Prof. Carolina Torres A

Estabilidad nuclear

La mayoría de los núcleos atómicos son estables y permanecen inalterables en el tiempo.

La estabilidad del núcleo depende de la proporción que hay entre el número de neutrones y protones. Estos núcleos inestables emiten partículas o radiaciones electromagnéticas, proceso conocido como radiactividad.

La radiactividad de ciertos elementos químicos, principalmente isótopos, está relacionada con la inestabilidad nuclear.

Introducción

La radiactividad es un proceso estrictamente nuclear, es un proceso de desintegración espontánea del núcleo.

La estabilidad nuclear es el equilibrio entre las fuerzas de repulsión eléctrica de los protones y la fuerza atractiva nuclear de corto alcance, que experimentan los protones y neutrones del núcleo. La relación entre el número de protones(Z) y neutrones(N) es por lo tanto clave para la estabilidad del núcleo.

Roentgen trabajaba con un tubo de rayos catódicos cuando inesperadamente, observó luz en una pantalla fluorescente, que se encontraba fuera del aparato. Concluyó que la luz era producida por unos rayos desconocidos que salían del tubo: a estos rayos los llamó rayos X.

Un poco de Historia…

Otro hecho importante ocurrió cuando puso su mano en la trayectoria de los rayos X y sobre la pantalla vio la sombra de sus huesos. Posteriormente se supo que los rayos X no estaban compuestos por partículas, como los rayos catódicos, sino que se trataba de una nueva forma de radiación electromagnética, como la luz visible o las ondas de radio, pero mucho más energética, penetrante e ionizante.

Becquerel, al saber del descubrimiento de los rayos X, investigó si estos eran emitidos por sustancias fluorescentes (las que absorben luz y luego se iluminan en la oscuridad) y para ello trabajó con una sal de uranio y una película fotográfica virgen. Así descubrió que el mineral de uranio emitía una radiación desconocida, que luego denominó radioactividad.

Marie Curie y su marido, Pierre, descubrieron que la radioactividad era de naturaleza atómica y no molecular y además comprobaron que los elementos torio y uranio eran radioactivos.

Su trabajo de análisis químico sobre la pechblenda, un mineral de uranio, los condujo a encontrar dos nuevos elementos, el polonio y el radio.

El radio posee un gran poder radioactivo, y por su capacidad para matar células se convirtió en la base para la terapia radiológica contra el cáncer.

En 1899, el neozelandés Ernest Rutherford demostró que las sustancias radioactivas producen dos tipos de radiaciones, a las que llamó rayos alfa y rayos beta, pero fue posteriormente Paul Villard quien descubrió el tercer tipo de radiación, a la cual denominó gamma.

Naturaleza radiactiva

Como la radiactividad no se puedepercibir a través de los sentidos, no tiene olor ni sabor, fue necesario idear dispositivos para detectar las radiaciones provenientes de los elementos radiactivos.El instrumento más usado es elllamado contador Geiger-Muller.

La liberación de radiación por los isótopos radiactivos o radioisótopos se conoce como decaimiento radiactivo;

los núcleos inestables de estos isótopos experimentan un proceso de desintegración nuclear, con el fin de corregir la relación cuantitativa entre protones y neutrones.

En las reacciones nucleares, un núcleo inestable, llamado núcleo padre, emite radiaciones en forma espontánea, convirtiéndose así en un núcleo más estable, llamado núcleo hijo. Además, en el proceso se emite una cierta cantidad de energía que designaremos con la letra Q.

Decaimiento radiactivo y tipos de radiación

La radiación alfa consiste en un flujo de partículas formadas por dos protones y dos neutrones.

Una partícula α tiene una masa de 4 u y una carga igual a +2, y es idéntica a un núcleo de helio (un átomo de helio sin sus dos electrones).

Su símbolo es: 4 He2. Se producen en los núcleos de gran masa (Z > 83); donde la fuerza de repulsión que se genera entre los protones tiende a superar la fuerza que permite que el núcleo se mantenga unido. Esto hace que sean radiactivos.

Para estabilizarse, emiten radiación alfa, transformándose en núcleos de menor masa. Así, se obtiene un núcleo cuyo Z es dos unidades menor y su A es cuatro unidades menor, según:

Emisión alfa (α o 2He4)

Es un proceso mediante el cual un núcleo inestable emite una partícula idéntica a un electrón, con el fin de mejorar la relación neutrones/protones.

También se simboliza como β- para reforzar el hecho de que su carga es -1.

Se caracteriza porque un neutrón del núcleo atómico se transforma en protón, liberando en el proceso un electrón, el cual es expulsado; en tanto, el protón permanece al interior del núcleo sin cambiar la masa atómica.

Emisión beta (β )

Los núcleos inestables también pueden emitir partículas cuya masa es idéntica a la de un electrón, pero su carga es positiva (+1).

Este tipo de emisiones ocurre generalmente en núcleos cuya cantidad de protones es superior a la de neutrones.

La partícula emitida se denomina positrón.La masa atómica permanece inalterada.

Emisión de positrones o beta positiva (β+ o 1 e )

Emisión gamma (γ)Este tipo de radiación es muy distinta a las

radiaciones α y β. Es una radiación electromagnética como la de la luz, pero con un contenido energético muy superior (de alta frecuencia).

Los rayos gamma no poseen carga ni masa; por lo tanto, la emisión de rayos gamma por parte de un núcleo no produce cambios en su estructura, sino simplemente la pérdida de una determinada cantidad de energía.

Ejercicios

Poder ionizante

Las radiaciones α, β y γ tienen energía suficiente como para arrancar electrones de los átomos con los que chocan, es decir, convertirlos en iones.

A esta capacidad se le denomina poder ionizante, y es diferente en las distintas radiaciones: se ha calculado que el poder ionizante de las radiaciones alfa es cien veces superior al de la radiación β, y las emisiones beta cien veces superior al de la radiación γ.

El poder ionizante de las emisiones radiactivas varía en sentido inverso al poder de penetración. De este modo, por ejemplo, las radiaciones α poseen una bajísima capacidad para penetrar en la materia, pero un altísimo poder de ionización.

Las radiaciones nucleares, al ser ionizantes, son muy peligrosas para la salud, ya que pueden, entre otras cosas, provocar mutaciones en el material genético de los seres vivos, lo que en algunos casos puede ocasionar cáncer.

Serie radiactiva es un conjunto secuenciado de reacciones nucleares que comienza con el núcleo radiactivo y termina con el núcleo estable.

Una de las series radiactivas es la del UranioEs oportuno aclarar que las emisiones alfa o beta

van acompañadas por radiaciones gamma. Como liberan energía, los procesos de

desintegración nuclear son exergonicos y comprenden una o más desintegraciones sucesivas, las necesarias hasta alcanzar un núcleo estable.

En la foto, las flechas hacia la derecha indican emisión beta y flechas hacia abajo indican emisión alfa.

Entonces…

La velocidad de desintegración corresponde al número de átomos que se desintegran en un tiempo determinado.

Velocidad de desintegración radiactiva

La vida media (t1/2) es el tiempo que tarda en desintegrarse la mitad de los núcleos de cualquier sustancia radiactiva en relación a su valor inicial. La vida media también se conoce como “período de semi desintegración”.

Vida media

Vida media

el Ra-226 se transforma en gas radón (Rn-222) por emisión de partículas α. Supongamos que medimos 226 g de este isótopo y luego dejamos esa cantidad sobre una mesa; 1600 años más tarde volvemos al lugar y determinamos la cantidad de radio en la muestra.

¿Qué cantidad encontraríamos de la muestra original?

ejercicio

datación

ejercicios

Fisión y la Fusión nuclear Relación de la fusión con la teoría del Big Bang . Aplicaciones pacificas de la fisión nuclear En que consiste una central nuclear investigue y realice un esquema o dibujo

indicando lo siguiente

Ventajas y desventajas de las centrales nucleares: aspectos ambientales y políticos ¿En que consiste la tecnología nuclear?, El Deuterio como fuente energía nuclear.

Tratamiento de residuos radiactivos. Radiofarmacos: acción y mecanismo. Usos de los trazadores en la industria, agricultura y el medio ambiente. Armas nucleares Desarrollo histórico de la Radiactividad

Trabajo con nota

Fecha de defensa: 03 de septiembre Solo será evaluado 1 integrante del equipo elegido al azar.

La nota será grupal y corresponderá a una nota por presentación del power point y otra por exposición oral ambas con sus respectivas pautas de evaluación.

Los equipos expondrán el día señalado por orden aleatorio.

La ausencia de uno de los integrantes lo deja inmediatamente fuera del equipo teniendo que exponer a alumnos de 1° y 2° medio.

Tiempo de exposición máx 8 minutos y mínimo 5 minutos.

La presentación debe realizarse en power point, cuidando para ello la diagramación, animación, color y tamaño de la letra, presencia de imágenes., linkografia, y conclusión de su trabajo investigativo. (Pauta anexa)

Pauta de evaluación

anexa

Pauta de evaluación de exposición oral y de power point