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Núcleo atómico- Estabilidad de los núcleos. Emisiones radiactivas. Series radiactivas. Fisión y Fusión.

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Núcleo atómico- Isótopos. Estabilidad de los núcleos. Emisiones radiactivas. Series radiactivas. Fisión y Fusión nuclear.
Radioisótopos y sus aplicaciones.
Actividades complementarias y autoevaluación.

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Núcleo atómico- Estabilidad de los núcleos. Emisiones radiactivas. Series radiactivas. Fisión y Fusión.

  1. 1. QUÍMICA 2do BACHILLERATO. TEÓRICO Prof. Claudia Minetti TEMA 1.3 - NÚCLEO ATÓMICO - RADIACTIVIDAD http://cienciasfisicascminetti.blogspot.com.uy/ 1 Núcleo Atómico Los Núcleos atómicos de los distintos elementos están formados por PROTONES y NEUTRONES, por lo cual se les denomina con el nombre genérico de NUCLEONES. Para describir un núcleo se utilizan dos números:  NÚMERO ATÓMICO (Z), que representa la cantidad de protones que contiene.  NÚMERO MÁSICO (A), que representa el total de nucleones que contiene, o sea, la SUMA TOTAL de protones y neutrones. Si se desea conocer el número de neutrones que contiene un núcleo, se debe tener en cuenta que: A = número de protones + número de neutrones, por lo tanto:  NÚMERO DE NEUTRONES = A – NÚMERO DE PROTONES = A- Z El Núcleo de cualquier elemento se simboliza: Existen muchos núcleos que presentan igual número de protones, por lo que pertenecen al mismo elemento, pero difieren en su Número Másico, o sea, que difieren en el número de neutrones. A estos núcleos se le denominan ISÓTOPOS QUÉ ES UN NUCLEIDO O NÚCLIDO? Hay controversia entre los científicos de cuál termino usar, y se toman como sinónimo. Cada uno lo usa según su costumbre ya que en la bibliografía se puede encontrar los dos términos: Un núclido, en efecto, es cada una de las posibles agrupaciones de nucleones (protones y neutrones), caracterizadas por un número másico A (protones + neutrones), un número atómico Z (protones) y un número N = A – Z (neutrones). Los núclidos se clasifican en:  isótopos (que poseen igual número atómico, pero distinta cantidad de neutrones),  isóbaros (que poseen igual número másico, pero distinto número atómico),  isótonos (que poseen igual número de neutrones, pero con números atómico y másico distintos) e
  2. 2. QUÍMICA 2do BACHILLERATO. TEÓRICO Prof. Claudia Minetti TEMA 1.3 - NÚCLEO ATÓMICO - RADIACTIVIDAD http://cienciasfisicascminetti.blogspot.com.uy/ 2  isómeros (que poseen números A, Z y N iguales, y difieren únicamente por su estructura de agrupamiento espacial, que implica diferente nivel o arreglos energéticos). ( Ref.3) Esta me pareció la más completa, pero están en libertad de encontrar y cotejar en varias fuentes los conceptos. Fuente: http://www7.uc.cl/sw_educ/qda1106/CAP4/4B/
  3. 3. QUÍMICA 2do BACHILLERATO. TEÓRICO Prof. Claudia Minetti TEMA 1.3 - NÚCLEO ATÓMICO - RADIACTIVIDAD http://cienciasfisicascminetti.blogspot.com.uy/ 3 REGLAS DE ESTABILIDAD No existen reglas precisas que permitan predecir si un núcleo particular es radiactivo o no y el modo en que se desintegraría. Todo lo que hay son observaciones empíricas que las podemos resumir de la siguiente forma. 1. Todo núcleo con más de 84 protones ( Zat >84) es inestable. Por ejemplo, 238 92U es inestable, todos sus isótopos son inestables, todos son radiactivos como se ha comprobado experimentalmente. Se desintegran de manera espontánea y con diferente rapidez. 2. Núcleos de isótopos con un total de 2, 8, 20, 50, 82, 126 protones o neutrones, son generalmente más estables que sus vecinos de la Tabla Periódica. Estos Números 2, 8, 20, 50, 82, 126 son generalmente llamados los Números Mágicos de los núcleos y su hallazgo más bien se debe a los resultados experimentales que a teorías nucleares de espectroscopía. Como ejemplo podemos dar la tabla de valores a continuación. Los resultados indican que hay más isótopos estables para átomos con 20 protones que con 18, 19 o 21. Esta abundancia natural para Calcio es muy útil. Números Mágicos 3. Núcleos con número par de protones y par de neutrones son más estables que los asociados con impares. Esta afirmación proviene de contabilizar la abundancia isotópica en la Tabla Periódica que da como resultado los siguientes valores:
  4. 4. QUÍMICA 2do BACHILLERATO. TEÓRICO Prof. Claudia Minetti TEMA 1.3 - NÚCLEO ATÓMICO - RADIACTIVIDAD http://cienciasfisicascminetti.blogspot.com.uy/ 4 4. Así, el criterio de paridad parece ser muy fuerte para conocer previamente la estabilidad de los elementos químicos. La estabilidad de un núcleo puede correlacionarse perfectamente con la cantidad de protones y neutrones, según la razón en cada átomo. neutrones ------------- protones Esta observación experimental proviene del hecho que los átomos NO poseen una relación 1:1 para n --- p sino que varía desde n = 1 para los elementos livianos (desde Zatom=1-->10) hasta n = 1,52--- -- p p para valores de Zatom alrededor de 83. (VER EN EL GRÁFICO SUPERIOR) CÓMO CONSIGUEN LA ESTABILIDAD ESTOS NÚCLEOS ATÓMICOS? EMITIENDO PARTÍCULAS BETA Cuando hay exceso de NEUTRONES, zona izquierda de la franja, emitiendo partículas se logra mediante la reacción: 1 n ---> 1 p + 0 e  0 1 -1 Y los elementos que se ubican a la derecha de la Franja de Estabilidad, tienen un exceso de PROTONES de los que se deben deshacer emitiendo partículas + debido a la reacción: 1 p ---> 1 n + 0 e  + 1 0 +1
  5. 5. QUÍMICA 2do BACHILLERATO. TEÓRICO Prof. Claudia Minetti TEMA 1.3 - NÚCLEO ATÓMICO - RADIACTIVIDAD http://cienciasfisicascminetti.blogspot.com.uy/ 5 Nos queda por descubrir cuáles son emisores seguros de partículas alfa.  Sin duda los elementos que emiten rayos  disminuyen tanto su Z atómico como su N° de neutrones y son los que se encuentran "sobre" la Franja de Estabilidad y bajan diagonalmente hacia ésta, por poseer un Zatómico superior a 82. La figura mostrada resume el modo de emisión radiactiva que se observa en todos los casos descritos, alrededor de la zona de estabilidad El uso de lo descrito en los cuatro puntos anteriores, permiten con certeza discernir el carácter radiactivo de los isótopos y su estabilidad. SERIES RADIACTIVAS Algunos núcleos como U-238 no logran ingresar a la Franja de Estabilidad por una sola emisión, sino después de una serie de emisiones sucesivas. La figura siguiente muestra la manera como esto ocurre, partiendo por 238 92U 238 U --> Th --> Pa --> U --> Th --> Ra --> Rn --> Po --> Pb --> Bi --> Po --> 206 Pb 92 82 Obsérvese que hay desintegraciones en diagonal para ingresar a la Franja de Estabilidad, también hay desintegraciones hacia la derecha y la izquierda, indicando que la razón n/p debe ajustarse cada vez hasta alcanzar el isótopo 206 82Pb que pasa a ser estable. La figura también muestra los tiempos de vida media t½ que cada etapa demora en transcurrir hasta la mitad. Aparecen valores tan grandes como 4,5·109 años al comienzo, y tan pequeñas como 1,6·10-4 segundos al final. ESTA DESINTEGRACIÓN SE DA NATURALMENTE. También se muestra la desintegración de la serie radiactiva del Radio-226 para terminar en Pb-206, que también corresponde a solo una parte de la del Uranio-235.
  6. 6. QUÍMICA 2do BACHILLERATO. TEÓRICO Prof. Claudia Minetti TEMA 1.3 - NÚCLEO ATÓMICO - RADIACTIVIDAD http://cienciasfisicascminetti.blogspot.com.uy/ 6 Radiactividad La radiactividad es un fenómeno en el cual, los núcleos de átomos que no son estables (suelen ser aquellos que tienen un número de neutrones muy superior al de protones), emiten partículas y radiaciones de forma espontánea hasta que consiguen estabilizarse. Esto hace que los núcleos de un elemento se transformen en núcleos de otro elemento diferente. Estos núcleos de isótopos radiactivos se denominan radioisótopos. Las partículas y radiaciones que pueden ser emitidas son: - Partículas alfa (): Formadas por 2 protones y 2 neutrones (núcleos de helio). Su carga es positiva y son emitidas a gran velocidad. Tienen poco poder de penetración. - Partículas beta (β): Son electrones que se desplazan a gran velocidad. Tienen mayor poder de penetración que las partículas alfa. - Rayos gamma (γ): Son radiaciones de alta energía, que se propagan a la velocidad de la luz. Son muy penetrantes, sólo son detenidos por gruesas capas de plomo u hormigón. FISIÓN NUCLEAR La fisión nuclear consiste en la rotura de núcleos de átomos "grandes" mediante bombardeo con neutrones, dando lugar a dos o más núcleos de átomos "pequeños" y algunas otras partículas. Además se libera gran cantidad de energía. El proceso comienza al bombardear el núcleo grande con partículas como neutrones, (los neutrones son buenos proyectiles ya que al no tener carga son menos rechazados por parte del núcleo). Además de núcleos de elementos con átomos más pequeños, se liberan otros neutrones que rompen otros núcleos grandes, en lo que se denomina una REACCIÓN EN CADENA. La gran cantidad de energía que se libera se llama ENERGÍA NUCLEAR.
  7. 7. QUÍMICA 2do BACHILLERATO. TEÓRICO Prof. Claudia Minetti TEMA 1.3 - NÚCLEO ATÓMICO - RADIACTIVIDAD http://cienciasfisicascminetti.blogspot.com.uy/ 7 238 U + 1 n ---> 239 U ---> 239 Np + 0 e 92 0 92 93 -1 239 Np ---> 239 Pu + 0 e 93 94 -1 Esta energía se aprovecha en las centrales nucleares para obtener energía eléctrica. También es la responsable del efecto destructivo de las bombas atómicas y de los misiles nucleares. FUSIÓN NUCLEAR La fusión nuclear es un proceso en el que núcleos de átomos muy pequeños se unen para dar núcleos de átomos mayores. Dos átomos de hidrógeno pueden unir sus núcleos y convertirse en un átomo de helio. Este proceso se realiza continuamente en nuestro Sol y en todas las demás estrellas del Universo. Como resultado se desprende una gran cantidad de energía. Esta fuente de energía tendría la gran ventaja de no producir residuos radiactivos. El problema es que lograr la fusión de forma controlada tiene grandes dificultades técnicas. Se requiere muchísima energía inicial (hay que poner los átomos de combustible a 100 millones de ºC) por eso esta reacción se denomina termonuclear. A esta temperatura la materia se encuentra en estado de plasma (átomos en un mar de electrones sueltos) y no se puede confinar en ningún recipiente porque ninguno soporta esta temperatura. REACCIONES DE FUSIÓN Y ENERGÍAS LIBERADAS Aplicaciones de los radioisótopos Los Radioisótopos son isótopos radiactivos de un elemento. Por ejemplo, el 3 H es un isótopo radiactivo del 1 H. Las aplicaciones de los radioisótopos se basan en que un isótopo radiactivo es, desde el punto de vista físico y químico, exactamente igual a su isótopo no radiactivo y se comporta de la misma forma en cualquier proceso físico o químico en el cual participe.
  8. 8. QUÍMICA 2do BACHILLERATO. TEÓRICO Prof. Claudia Minetti TEMA 1.3 - NÚCLEO ATÓMICO - RADIACTIVIDAD http://cienciasfisicascminetti.blogspot.com.uy/ 8 La ventaja es que se trata de un átomo "marcado" y puede ser seguido en todas sus reacciones químicas y/o biológicas gracias a las radiaciones que emite. Teniendo en cuenta estas características de los radioisótopos, se pueden emplear para tres aplicaciones fundamentalmente, como son: - Fuente de energía. - Investigaciones científicas. - Aplicaciones médicas. BIBLIO-WEBGRAFÍA: 1- https://tuylaquimica.files.wordpress.com/2011/03/nc3bacleoat.pdf Prof. Carlos Julio Albornoz 2- http://www7.uc.cl/sw_educ/qda1106/CAP4/4B/ 3- http://medicablogs.diariomedico.com/laboratorio/2012/08/15/nuclido-y-nucleido/ 4- Curso completo – Física y Química- cide@d 3ro ESO. pág.138 i.t.e. España 5- http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbasees/nucene/fusion.html - PÁGINA INTERACTIVA.
  9. 9. QUÍMICA 2do BACHILLERATO. TEÓRICO Prof. Claudia Minetti TEMA 1.3 - NÚCLEO ATÓMICO - RADIACTIVIDAD http://cienciasfisicascminetti.blogspot.com.uy/ 9

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