Química Nuclear
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I.E.P. “Leonardo de Vinci” Mes: Mayo
Sub – Área: Química 5º Secundaria
Sistema Preuniversitario
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I.E.P. “Leonardo de Vinci” Mes: Mayo
Es la parte de la química que estudia los cambios naturales y artificiales que ocurren en el núcleo de los átomos (núclidos) inestables.
RADIACTIVIDAD Fue descubierta experimentalmente por H. Becquerel en 1896. Es el fenómeno de emisión de partículas y/o energía por parte de una sustancia teniendo como origen la desintegración de los núcleos inestables de algunos átomos llamados radiactivos. Existen dos tipos de desintegración:
RADIACTIVIDAD NATURALRepresentación del proceso Características
Descubierto por Henry Becquerel en 1896 al analizar la fluorescencia de una sal de uranio (Pechblenda).
Desintegración espontánea de núcleos inestables.
Los esposos Curie descubrieron el radio y el polonio.
Transmutación Natural: Es la conversión de un núcleo en otro en forma espontánea sin necesidad de un estimulante generando principalmente 3 tipos de emisiones alfa(), beta() y gamma() . Ejemplo:
Se cumple en toda ecuación nuclear:
Obs: Un núcleo natural inestable nunca produce simultáneamente los tres tipos de emisión, sino en forma discontinua, es decir emite “” acompañado de de “” luego “” acompañado de “”, pero nunca simultáneamente las 3 .
Sub – Área: Química 5º Secundaria
Química NuclearQuímica Nuclear
Ecuación Nuclear:
C146
N147
Núcleo inestable
Emisión
Transmutación
finalinicial
finalinicial
ZZ
AA
Núcleo estable
Materiales radiactivos
Núcleo de Helioelectrón
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RADIACTIVIDAD ARTIFICIALRepresentación del proceso Características
Descubierta por Irene Curie en 1935 al bombardear Al – 27 con rayos alfa.
Desintegración de núcleos atómicos debido al bombardeo de partículas y/o energía
Con esta reacción se obtuvo el primer radioisótopo artificial
Transmutación artificial: Es la conversión de un núcleo en otro en forma provocada o inducida mediante partículas de bombardeo.
Utilizando su ecuación nuclear: En forma simplificada:
: Rutherford (1919)
: Charwick (1932)
CARACTERÍSTICAS DE LAS RADIACIONES
Radiación Alfa () Beta () Gamma ()Naturaleza Corpuscular
(núcleos de Helio)Corpuscular (electrones
generados en el núcleo)
Ondulatoria (energía)
velocidad 20 000 km/s 270 000 km/s 300 000 km/sCarga Positiva Negativa No tienePoder ionizante Alto Bajo Muy bajoPoder penetrante Muy bajo bajo Muy alto
En General:
Sub – Área: Química 5º Secundaria
+ +
Sustancia no
radiactiva
Sustancia radiactiva
Núcleo finalNúcleo inicial
Partícula emitida
Partícula de bombardeo
P
Masa: > > Poder penetrante: > > Poder ionizante: > > Velocidad: < <
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PODER DE PENETRACIÓN:
Se observa que:
PODER IONIZANTE: En el aire > >
COMPORTAMIENTO DE LAS EMISIONES FRENTE A UN CAMPO ELECTRICO
Principales partículas implicadas en fenómenos nucleares
Partícula Notación en ecuaciones nucleares
Notación simplificada
Alfa
Electrón (beta negativo) -;
Positrón (beta positivo) +
Neutrón n
Deuterón d
Tritión t
Protón p
Gamma (*) y
* Son paquetes energéticos (no son corpusculares), sin carga y con masa cero.Ecuaciones Nucleares
Son las expresiones literales que representan una transformación de los núcleos atómicos, ya sea en forma natural o artificial.
Las características de las reacciones nucleares son:
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Bloque de plomo
1
2
Polo negativo
Polo positivo
Material radiactivo
1 < 2
Pantalla fluorescente de ZnS
3mm Al 5mm Al 30cm Pb
< <
Contenedor de plomo
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Conservación del número de masa. Areactantes = Aproductos
Conservación de la carga Zreactantes = Zproductos
Notación simplificada : A(x; y)
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a) Los elementos o los isótopos de los mismos elementos se interconvierten los unos y los otros.b) Pueden estar implicados los protones, neutrones, electrones y otras partículas subatómicas. c) Las reacciones van acompañadas por la absorción o liberación de cantidades enormes de
energía. d) Las velocidades de reacción, por lo general, no se ven afectadas por la temperatura, la presión y
los catalizadores.
En toda ecuación nuclear se debe cumplir:
A + X B + Y
Núcleo Partícula Núcleo Partícula Blanco de bombardeo Hijo Emitida
Ejemplos: Complete en cada caso e indique su notación simplificada
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I.E.P. “Leonardo de Vinci” Mes: Mayo
PROCESOS NUCLEARES
Fisión NuclearSe le llama también escisión nuclear, consiste en que un núcleo pesado se rompe por bombardeo de neutrones lentos, generando dos núcleos ligeros radiactivos o inestables, gran cantidad de energía en forma de calor y/o radiación y neutrones de alta velocidad. Generalmente se emiten 2 o 3 neutrones.
Esquema para la fisión nuclear. Un neutrón lento o térmico incide sobre un núcleo fisionable generándose un núcleo inestable; éste se fracciona generando nuevos núcleos ligeros radiactivos, neutrones veloces y energía nuclear.
En este principio se basa la bomba atómica, la cual fue diseñada por los científicos Otto Hahn; Fritz Strassmann y Enrico Fermi, y que estalló por primera vez el 16 de julio de 1945 en el desierto Alamo Gordo (Nuevo México).
La reacción en cadena es iniciada por un neutrón lento y termina en una explosión en el caso de una arma nuclear.
En la bomba atómica de Hiroshima se utilizó como material fisionable al U – 235En la bomba atómica de Nagasaki se utilizo como material fisionable al Pu – 239
Ventajas Desventajas Es fácil crear una planta Proporciona más energía que los
combustibles fósiles Es controlable Es el fundamento de la bomba
atómica
El combustible U – 235 es muy escaso por lo tanto es muy costoso
Deja desechos radiactivos que son muy nocivos y toxicos
Se produce una reacción en cadena , para ello se requiere una masa critica
Las plantas de energía de fisión no son seguras.
Fusión Nuclear
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Energía nuclear
0n1235U 235U* 141Ba
92Kr
301n
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Es el proceso de unión de dos núcleos livianos para formar un nuevo núcleo pesado y más estable liberando mayor energía que la fisión este proceso no es contaminante. En forma natural ocurre en el sol y las estrellas.Para realizar este proceso se requiere de 10 000 °C por lo que recibe el nombre de proceso termonuclear. Se considera que el sol es un gran reactor termonuclear.
Utilizando su ecuación nuclear:
Ventajas Desventajas No deja residuos que contaminan
el medio ambiente El combustible es abundante, por
lo tanto es barato Es menos contaminante que la
fisión Es el fundamento de la bomba de
hidrógeno y la bomba atómica
Tecnológicamente es muy difícil ya que no hay materiales que soporten las altas temperaturas.
En la actualidad no es controlable
1. La naturaleza de las partículas α y β es ..... y la de las partículas γ es ......a) Energética y corpuscularb) Corpuscular y neutra c) Positivo y negativo d) Corpuscular y energéticae) N.A.
2. La velocidad de los rayos Gamma es :a) 20 000 Km/s b) 270 000 c) 300 000 d) 30 000 e) 27 000
3. ¿Quien posee mayor poder de penetración?a) Rayos α b) Rayos β c) Rayos γ d) Neutrones e) Rayos X
4. Se bombardea con cierto proyectil al 92U238
este se transmuta en 94Pu241 y simultáneamente se genera un neutrón. indicar de que esta constituido dicho proyectil.A) 2 He 4 B) -1e 0 C) +1 e 0
D) 0 n 1 E) 1 H 1
5. Se produce artificialmente el 94 Pu 241 por acción de las partículas “X” sobre el 87Fr223, si en dicha transmutación se liberan dos neutrones, indicar la cantidad de neutrones de la partícula “X”.A) 10 B) 7 C) 13D) 14 E) 15
6. Indique el numero de partículas de α, β- , β+
emitidas en la desintegración total del
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Energía 2Energía 1
Actividades
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para transmutarse en Si la emisión positrónica es la mitad de la electrónica.
A) 4; 1; 2B) 6; 6; 3C) 4; 4; 2D) 6; 3; 6;E) 4; 2; 1
7. Que especie se obtiene cuando el neptunio 93Np237 emite una partícula alfa.
A) 92U235 B) 91Pa233 C) 97Bk247 D) 102No258 E) 94Pu242
8. Que tipo de emisión debe emitir el plutonio 94Pu 244 para así obtener el americio 95Am 244
A) Protón B) Neutrón C) BetaD) Positrón E) Alfa
9. Cuantas partículas alfa y beta se liberan durante la siguiente transmutación:
99 Es 252 90 Th 220 +...........
A) 6 y 8 B) 8 y 7 C) 7 y 9D) 6 y 15 E) 6 y 9
10. Completar las siguientes ecuaciones nucleares:A) 11 Na 23 + 2He 4 12Mg 26 + ?
B) 29 Cu 64 -1e0 + ?C) 15 P30 14 Si30 + ?D) 48Cd113 + ? 48Cd 114
E) 14Si27 13Al27 + ?
11. Se bombardea con cierto proyectil al 92U238 este se transmuta en 94Pu241 y simultáneamente se genera un neutrón. Indicar de que esta constituido dicho proyectil.
A) 2He4 B) -1e 0 C) +1e0
D) 0n1 E) 1H1
12. Se produce artificialmente el 94Pu241 por acción de las partículas “X” sobre el 87Fr223, si en dicha transmutación se liberan dos neutrones, indicar la cantidad de neutrones de la partícula “X”.
A) 10 B) 7 C) 13D) 14 E) 15
13. El 94Pu239 se utiliza como material fisionable en algunos reactores nucleares; sin embargo dicho plutonio no existe en la naturaleza por lo que debe ser producido artificialmente en los reactores de “cría”. Indicar que ecuación debe corresponder a la producción del plutonio-239.A) 94Pu238 (d,p) ?B) 95Am243 ( p,n) ?C) 96Cf242 (n, α ) ?D) 92U238 (α , 3n) ?E) 93Np236(p,α) ?
14. Al completar la reacción nuclear: , el elemento “x” es:
A) B) C)
D) D)
15. En la reacción nuclear: , el
átomo “X” es:
A) B) C)
D) E) N.A
16. Dadas las proposiciones:( ) Las partículas alfa están formadas
por dos protones y dos neutrones.( ) Las partículas beta son electrones
positivos que se generan en el núcleo atómico.
( ) Los rayos gamma son fotones de alta energía, carecen de carga y masa.
( ) La radiactividad fue descubierta por Becquerel y estudiada por los esposos Curie.
( ) Cuando un átomo radiactivo emite una partícula alfa, cuando su número de masa disminuye en dos unidades.
Los valores de verdad respectivos son:A) VVVVV B) FVFVF C) FFFFFD) VFVVF E) VFVFV
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17. Las partículas que presentan mayor poder de penetración y destruyen los tejidos son:
A) Alfa B) Núcleos de Helio C) Beta D) Positrones E)Gamma
18. Respecto al orden de velocidades para los rayos “α”, “β”, “γ”, podemos afirmar :
A) α = β > γ B) α > β > γ C) γ > β > α D) α = β = γ E) β > γ > α
19. El orden respecto al poder de ionización es: A) α > β > γ B) α = β = γ C) γ > β > α D) α > γ > β E) α = β > γ
20. A la emisión espontánea de radiaciones muy intensas debido a la desintegración de nùclidos inestables se denomina:
A) Reactividad B) cambio físico C) Radiación D) Radiactividad E) N.A.
NIVEL II
21. La fisión es sinónimo de ...... mientras que la fusión es sinónimo de ......... : a) Unión – divisiónb) División – uniónc) Aumento – división d) División -disminución e) Aumento – unión.
22. La radiactividad fue descubierta por : a) Rutherford b) Thompsonc) Curie d) Becquerel e) Crookes
23. Cuando el núcleo emite una partícula “α”: a) La carga nuclear disminuye en 2
unidades.b) La carga nuclear aumenta en 2 unidades.c) La carga nuclear disminuye en una
unidad.d) La carga nuclear no varia.e) a y b.
24. Las partículas “α” que emite el radio durante su desintegración son paquetes formados por:
a) Un protón y un Neutrónb) Un electrón y un Neutrónc) Dos electrones y dos protonesd) Un electrón y dos protonese) Dos protones y dos neutrones.
25. En la siguiente reacción nuclear determinar la especie que se obtiene:
......... + α
A) B) C)
D) E)
26. En la siguiente reacción nuclear determinar la especie que se obtiene:
............ + α
A) B) C)
D) E) N.A.
27. Los rayos emitidos por una fuente radiactivo pueden desviarse por un campo eléctrico ¿Cuál de las siguientes sentencias, es(son) verdadera(s)?
( α : Alfa; β : Beta; γ : Gamma) i. Los rayos α se desvían hacia la placa
negativa .ii. Los rayos β se desvían hacia la placa
positiva .iii. Los rayos γ no se desvían.
A) I, II, III B) I, II C) I, III D) II, III E) III
28. Al completar los siguientes procesos nucleares, las especies que se obtiene son:
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Rn22286
Th222
90Rn
22086
Po21884
Bi21883 At
21885
Pb211
82
Po
213
90Po215
84At
211
85
Pb21580
D 2Cr 53
n 1
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+ + ..........
+ ........ + γ
A) ; B) ;
C) ; D) ;
E) Ninguna
29. En las siguientes reacciones nucleares, determinar el número de neutrones usados como proyectiles, y el número de partículas producidas
A) 22 y 15 B) 30 y 17 C) 42 y 17 D) 32 y 15 E) 17 y 32
30. Indicar la proposición incorrecta:a) La fisión es exotérmica porque libera
energía.b) La fusión es termonuclear.c) La fisión produce contaminación ambiental
debido a que genera núcleos radiactivos.d) La energía liberada por la fisión es menor
que la energía liberada por la fusión.e) Una reacción de fusión nuclear es
necesario para provocar una reacción de fisión nuclear
I. Las radiaciones gamma son ondas electromagnéticas de bajo poder de penetración.
II. La radioactividad se manifiesta en núcleos estables.
III. Las radiaciones alfa y beta son de naturaleza corpuscular.
Son no correctas:A) Sólo I B) Sólo II C) Sólo IIID) I y III E) I y II
32. Determine cuál es el núcleo inicial que ha efectuado una desintegración alfa según el esquema alfa según el esquema mostrado:
¿?
A) B) C)
D) E)
33. Complete las siguientes ecuaciones nucleares:
A) Neutrón, alfa B) Alfa, beta C) Protón, neutrón D) Alfa, gamma E) Protón, positrón
34. Halle la suma de a + b
A) 48 B) 45 C) 52D) 42 E) 62
35. Hallar el valor de Q:
Q = a + b + c + d
A) 8 B) 6 C) 10D) 11 E) 7
36. El núclido de emite 6 partículas “” y 4 partículas “”. ¿Cuál es el núclido resultante? A) B) C) D) E)
37. Completar las reacciones nucleares: I.
II.
III.
¿Qué partículas en total completan las reacciones? A)
B)
C)
D)
E)
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Fe 54 26
124
Mn 26
Mn 25
H 1 1
F 19
9
1
Ca
10Ne 21
10
Ne
25Ne 20
10Mn
55
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Sub – Área: Química 5º SecundariaDepartamento de
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