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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TEMA 1.3 - NÚCLEO ATÓMICO - RADIACTIVIDAD http://cienciasfisicascminetti.blogspot.com.uy/
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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

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 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/

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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:

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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

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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.

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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.

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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.

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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.

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