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:
Química Nuclear y de Partículas 2012 – Seminario3
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.
Química Nuclear y de Partículas 2012 – Seminario4
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
Química Nuclear y de Partículas 2012 – Seminario9
Pierre Curie Marie Curie
Química Nuclear y de Partículas 2012 – Seminario10
ÁTOMOS, ELECTRONES Y NÚCLEOSÁTOMOS, ELECTRONES Y NÚCLEOS
Tabla Periódica de los ElementosTabla Periódica de los Elementos
Química Nuclear y de Partículas 2012 – Seminario11
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.
Química Nuclear y de Partículas 2012 – Seminario12
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
Química Nuclear y de Partículas 2012 – Seminario14
RADIACTIVIDAD NATURALRADIACTIVIDAD NATURAL
PRODUCCIÓN DE 14C
Características de las radiacionesCaracterísticas de las radiaciones
Química Nuclear y de Partículas 2012 – Seminario15
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
Química Nuclear y de Partículas 2012 – Seminario16
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
Química Nuclear y de Partículas 2012 – Seminario19
Transmutación nuclearTransmutación nuclear
Química Nuclear y de Partículas 2012 – Seminario20
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
Química Nuclear y de Partículas 2009 – Seminario21
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))
Química Nuclear y de Partículas 2009 – Seminario22
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
Química Nuclear y de Partículas 2012 – Seminario24
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:
Física Nuclear y de Partículas 2005/2006– Tema 127
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
Física Nuclear y de Partículas 2005/2006– Tema 133
Física Nuclear y de Partículas 2005/2006– Tema 135
Química Nuclear y de Partículas 2012 – Seminario36
RADIACTIVIDAD NATURALRADIACTIVIDAD NATURAL
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
Química Nuclear y de Partículas 2012 – Seminario37
RADIACTIVIDAD NATURALRADIACTIVIDAD NATURAL
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
Química Nuclear y de Partículas 2012 – Seminario38
Radioterapia
La radiación enLa radiación en nuestros díasnuestros días
Química Nuclear y de Partículas 2012 – Seminario41
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.
RADIACTIVIDAD NATURALRADIACTIVIDAD NATURAL
Física Nuclear y de Partículas 2005/2006– Tema 142
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