Química nuclear 2013 jaime peña

QUÍMICAQUÍMICA NUCLEARNUCLEAR

Química Nuclear y de Partículas 2012 – Seminario2

BREVE INTRODUCCIÓN HISTÓRICABREVE INTRODUCCIÓN HISTÓRICA

Algunos de los acontecimientos más importantes en la historia de la química nuclear han sido:


ÁTOMOS, ELECTRONES Y NÚCLEOSÁTOMOS, ELECTRONES Y NÚCLEOS

¿DE QUÉ ESTÁN HECHAS LAS COSAS?

QuarksNeutrónElectrón

ÁTOMO ~ 10-10 m NÚCLEO ~ 10-14 m NUCLEÓN < 10-15 m

ProtónÁtomo

FÍSICA MATERIALES

FÍSICA ATÓMICA

FÍSICA NUCLEAR

FÍSICA DE PARTÍCULAS

Química nuclearQuímica nuclear

Es una rama de la química que se encarga de estudiar las transformaciones o desintegraciones que ocurre dentro del núcleo atómico; y que pueden ser naturales (espontáneas) o artificiales (provocados). Esta rama nace con el descubrimiento de la radiactividad por Henri Becquerel.


RadiactividadRadiactividad

En el fenómeno de desintegración de los núcleos atómicos inestables emitiendo partículas y/o energía, por lo que se originan nuevos núcleos. Existe dos tipos de desintegración radiactivo.

Tipos de RadiactividadTipos de Radiactividad

M ateriara diac tiva

M ateria n o ra d ia ctiva

M ateriara diac tiva

1. Es la desintegración espontánea de núcleos atómicos inestables.

2. Fue descubierto por Henry Becquerel (1896).

3. Se emiten radiaciones: , y .

1. Es la desintegración espontánea de núcleos atómicos debido al bombardeo con partículas aceleradas.

2. Fue descubierto por Irene Curie (1934).

3. Se emiten radiaciones: , y

Radiactividad Natural Radiactividad Artificial

Descubrimiento de la RadiactividadDescubrimiento de la Radiactividad

plac aF otográ fic a

pape l n egro

* Ó x id o d e u r a n io : U O3 8

2 4 2 4 2

* S a le s d e u r a n io : K S O . U O S O .2 H O* S a le s d e r a d io (R a ) y p o lo n io (P o )

Naturaleza de las RadiacionesNaturaleza de las Radiaciones

p a n ta llaf lu o re sc e n te

r ec u b ie r tod e Z n S

s u s ta n c iar a d ia c ti va

c a m p o e l éc tr ic o

L inearec ta

El matrimonio CurieEl matrimonio Curie


Pierre Curie Marie Curie


ÁTOMOS, ELECTRONES Y NÚCLEOSÁTOMOS, ELECTRONES Y NÚCLEOS

Tabla Periódica de los ElementosTabla Periódica de los Elementos


ESTABILIDAD NUCLEARESTABILIDAD NUCLEAR

zo na d e esta bilid ad

N > Z NZ = 1

2 0

4 0

6 0

8 0

1 0 0

1 2 0

2 0

NZ

< 1 ,5

Z

N Si la repulsión es mayor que

la atracción el núcleo se desintegra y emite partículas y/o radiación. Si las fuerzas de atracción predominan, el núcleo es estable.

Existen 272 núcleos que son muy estables, que de alguna forma obedecen a las siguientes restricciones:

Un núcleo es estable si posee un número par de protones y/o neutrones.


Los núcleos están formados por protones y neutrones.NOTACIÓN: Un núcleo atómico viene descrito por:

COMPONENTES DE LOS NÚCLEOSCOMPONENTES DE LOS NÚCLEOS

Física Nuclear y de Partículas 2005/2006– Tema 113

RADIACTIVIDADRADIACTIVIDAD NATURAL NATURAL

TORIO-232 1.41 BILL. DE AÑOS

RADIO-228 5.75 AÑOS

ACTINIO-228 6.15 HORAS

FRANCIO-224 3.3 MINUTOS

RADIO-224 3.66 DÍAS

RADÓN-220 55.6 SEGUNDOS

POLONIO-216 0.145 SEGUNDOS

PLOMO-212 10.64 MINUTOS

BISMUTO-212 1.01 HORAS

TALIO-208 3.05 MINUTOS

PLOMO-208 ESTABLE


RADIACTIVIDAD NATURALRADIACTIVIDAD NATURAL

PRODUCCIÓN DE 14C

Características de las radiacionesCaracterísticas de las radiaciones


H e42

+ 2

0- 1

RADIACIÓN NOTACIÓN MASA (U)

CARGA RELATIVA

NATURALEZA VELOCIDAD EN EL VACÍO

Alfa ()

4 +2 Corpuscular Posee masa

20000 km/s

Beta ()

0,00055 -1 Corpuscular Posee masa

270000 km/s

gama ()

0 0 Energético

(Electromagnética) 300000 km/s

0

0


0 ,1 m m 3 m m 3 0 cm

A lA l

A l

m a yo r ve lo c id a dm e n o r m a sa

Propiedades de las RadiacionesPropiedades de las Radiaciones

Poder de Ionización La mayor masa, la carga eléctrica y velocidad de las radiaciones,

determina la intensidad de interacción con los diferentes átomos de los cuales arrancan electrones ionizándolos positivamente.

Á to m o n e u tro

m ayo r m asa y carg a(a trae e lec trones)

O r d en d e Io n iz a c ió n :

18

Principales Principales emisiones emisiones radiactivasradiactivas

Transmutación nuclearTransmutación nuclear


EA 1

Z 1X

A 2

Z 2(a) (b )

p ar t íc u lap ro y ec ti l

n ú cleob la n co

n ú cleon u ev o

p ar t íc u lae m it id a

E (a ,b ) Z 2

Ecuaciones NuclearesEcuaciones Nucleares


energía

oo

emitidapartícula

11

hijonucleo

178

proy ectilpartícula

42

padrenucleo

147 HOHeN

O178)p,(N14

7

Tiempo de vida media (tTiempo de vida media (t1/21/2))


t = 5 7 3 0 a ñ o s1 /2 t = 5 7 3 0 a ñ o s1 /2

n u evo sn ú c leo s

C14

6 C14

6 C14

6

m o= 4 6 g m = 2 3 g m f = 11 ,5 g

t iem p o tra n scu rr id o ( t)

Tiempo de vida media

Log

2/1

.3,0

t

t

m

m

f

o


ISÓTOPO VIDA MEDIA ( T1/2)

P – 32 14 días

I – 131 8 días

Co – 60 5, 27 años

C – 14 5730 años

K – 40 1,3 . 1 09 años

U – 238 4,5 . 109 años

Ra - 226 1,6 . 103 años

RADIOISÓTOPO APLICACIÓN

I - 131 Usado para el tratamiento de las tiroides (hipertiroidismo).

Na – 24 Se emplea para detectar obstrucciones sanguíneos.

Co – 60 Se utiliza para tratar tumores cancerígenos.

Tc – 99

Sirve para obtener imágenes de los órganos, mediante la técnica de la gammagrafía.

C – 14 Cálculo de la antigüedad de restos posibles.

K - 40 Antigüedad de rocas y minerales.

FISIÓN NUCLEARFISIÓN NUCLEAR

Consiste en la ruptura de núcleos pesados por bombardeo con neutrones lentos produciendo nuevos núcleos livianos muy inestables, neutrones y un desprendimiento de gran cantidad de energía. Debemos tener en cuenta que

no todos los núcleos son fisionables. A pesar de ser altamente productiva (energéticamente hablando), es también muy difícil de controlar, como podemos ver en el desastre de Chernobill, y en las bombas de Nagasaki e Hiroshima.

Física Nuclear y de Partículas 1012– Tema 125

Características Este proceso es controlable con barras de Cadmio o

grafito que limitan la acción de los neutrones, si se controla se trata de un reactor nuclear o pila atómica, si no se controla se trata de una bomba atómica.

Se producen gran cantidad de desechos radiactivos que son muy nocivos, tóxicos.

Se produce reacción en cadena, para ello se requiere una masa crítica (masa mínima de U - 235 o Pu - 239 para que se inicie la reacción en cadena).

FUSIÓN NUCLEARFUSIÓN NUCLEAR

Fusión Nuclear Consiste en la unión de núcleos ligeros para obtener núcleos pesados

y más estables; además la liberación de mayor cantidad de energía que en la fisión y emisión de partículas nucleares. Ejemplo:


energían10He4

2H31H2

1

Características En la actualidad no es controlable, para que este proceso se

desarrolle los núcleos iniciales deben estar a 10000ºC, lo cual se logra con una bomba de fisión nuclear o con la aplicación del láser.

Es menos contaminante que la fisión nuclear. La cantidad de energía liberada en este proceso es

aproximadamente de 300 a 1000 veces la energía liberada en una fisión nuclear, por eso se llama reacción termonuclear.

En forma natural este proceso se desarrolla en el sol y las estrellas, hasta hoy se ha hecho en las bombas de hidrógeno y la bomba de neutrones.

Desastre en ChernobillDesastre en Chernobill

Es el nombre que recibe el

accidente nuclear sucedido en la central nuclear de Chernóbill (Ucrania) el 26 de abril de 1986. Este suceso ha sido considerado el accidente nuclear más grave según la Escala Internacional de Accidentes Nucleares y uno de los mayores desastres medioambientales de la historia.[

Física Nuclear y de Partículas 2012 – Seminario32

Desastre en FukushimaDesastre en Fukushima




Los elementos radiactivos naturales se encuentran distribuidos en forma bastante uniforme en las rocas y suelos de la corteza terrestre, la cual está constituida principalmente por basalto y granito

NucleoNucleo SímboloSímbolo Vida MediaVida Media

Uranio-235 235U 7.04 x 108 años

Uranio-238 238U 4.47 x 109 años

Torio-232 232Th 1.41 x 1010 años

Radio-226 226Ra 1.60 x 103 años

Radón-222 222Rn 3.82 días

Potasio-40 40K 1.28 x 109 años

Principales Radionucleidos



ComidaComida4040KK

pCi/kgpCi/kg

226226RaRapCi/kgpCi/kg

Plátano 3,520 1

Nueces 5,600 1,000-7,000

Zanahorias 3,400 0.6-2

Patatas 3,400 1-2.5

Cerveza 390 ---

Carne Roja 3,000 0.5

Limón 4,640 2-5

Agua del Grifo --- 0-0.17

La radiación interna proviene de las sustancias radiactivas presentes en los alimentos, en el agua y en el aire, las cuales, al ser ingeridas o inhaladas, se absorben en los tejidos vivos. Los principales isótopos radiactivos que contiene el cuerpo humano son el potasio-40, el carbono-14 y el tritio

NOTA: 1Ci = 1 Curio = 3.7x1010 Bq1 Bq = 1 Becquerel = 1 desintegración / s


Radioterapia

La radiación enLa radiación en nuestros díasnuestros días


El Radón es una de las principales sustancias que contribuye a la dosis que recibimos de manera natural. El Radón es un gas noble que se filtra hasta el interior de nuestras casas desde el subsuelo.

Es curioso observar cómo ésta dosis es mayor en países fríos, donde las medidas para aumentar la eficiencia energética limitan la renovación de aire en las viviendas.


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