10 Radioquimica (1).pdf

Dr. Marco Antonio Paco Guachalla
X. RADIOQUIMICA.
A. RADIACTIVIDAD.
1. CARACTERÍSTICAS
 Radioquímica: rama de la Química que estudia las reacciones químicas mediante técnicas basadas en la radiactividad.
 Radiactividad: fenómeno físico, cambios en el núcleo de un átomo, con la consiguiente transformación del átomo en otro
elemento más estable con liberación de energía por emisión partículas. Esta puede ser natural o artificial
 Radiación: es la emisión, propagación y transferencia de energía en cualquier medio en forma de ondas electromagnéticas o
partículas.
 Radiación electromagnética: propagación de la energía a través del espacio sin la
necesidad de un medio material.
= ℎ
 Radiación corpuscular: consiste en la propagación de partículas subatómicas que se desplazan a gran velocidad con
carácter ondulatorio. Dichas partícula pueden estar cargadas o estar neutras desde el punto de vista eléctrico.
 Radiación no ionizante: son radiaciones de baja energía, de modo que no puede liberar un electrón (ionización) del átomo,
ejemplo, la radiación electromagnética con longitud de onda mayor a 300 nm.
 Radiación ionizante: provoca ionización en el medio que atraviesa, como ser la radiación electromagnética con longitudes de
onda por debajo de 300 nm, o las radiaciones corpusculares.

Fisicoquímica
2. NÚCLEO ATÓMICO
El núcleo atómico consta de dos partículas (nucleones): protones (carga positiva) y neutrones (carga neutra)
 Numero atómico (Z): indica la cantidad de protones que contiene el elemento.
 Numero de masa (A): indica la cantidad de protones y neutrones que contiene el elemento.
Defecto de masa: la masa de cualquier núcleo es inferior a la suma de las masas individuales de los nucleones.
De acuerdo a la Teoría de la Relatividad, este defecto de masa se utiliza para compactar el núcleo.
La fuerza nuclear mantiene unido protones y neutrones en el núcleo, esta fuerza es de corto alcance, la fuerza de atracción entre
neutrones y protones es mayor que la repulsión entre protones o entre neutrones.
Energía de enlace nuclear: es la energía liberada en la formación del núcleo atómico a partir de los nucleones libres, también es la
energía necesaria para disgregar un núcleo en sus nucleones.
Masa del protón: 1.007276 u; Masa del neutrón: 1,008665 u
La masa atómica del berilio (Z = 4) es de 9,0122 u, determine: (a) la energía nuclear en MeV, (b) energía por nucleón,
(c) energía de un mol de berilio en kJ/mol.
Solución:
Protones = 4; neutrones = 5
Defecto de masa:
∆ = 9,0122 − (4 ∙ 1,007276 + 5 ∙ 1,008665 ) = −0,060229
(a)
∆ = ∆ = −0,060229 ∙
1
6,022 ∙ 10
∙
1
1000
∙ 3 ∙ 10 = −9 ∙ 10

−9 ∙ 10 ∙
1
1,6022 ∙ 10
∙
1
10
= −56,2
(b)
−56,2
9
= −6,24
(c)
−9 ∙ 10
∙
1
1000
∙
6,022 ∙ 10
1
= −5,42 ∙ 10
Núclido: átomo con características nucleares específicas, se conocen los siguientes tipos de núclidos:
Núclido Característica Ejemplo
Isótopo = ≠
Isótono ≠ ; =
Isóbaro ≠ =
Isómero
= =
Distinto nivel energético
Isodiáfero
≠ ; − = −
− − = − −

Fisicoquímica
3. ESTABILIDAD NUCLEAR
De acuerdo al grafico de Segre, elementos menores a un número atómico de 20 (Z < 20), la
cantidad de neutrones y protones que contiene el núcleo es en misma proporción (/1)
Elementos con un número atómico entre 20 y 83 (20 < Z < 83) el núcleo atómico contiene
más neutrones que protones (/1,2).
Elementos con número atómico mayor a 83 son radiactivos (excepto Tecnecio y Prometio)
(/1,4).
Los elementos estables, no son radiactivos (su núcleo no emite radiación), los elementos
radiactivos por ende emiten radiación y se desintegran hasta que el núcleo se estabilice.
→ +
→ +
B. DESINTEGRACIÓN RADIACTIVA.
Los elementos inestables se desintegran emitiendo radiación, las radiaciones más comunes, son:
 Radiación alfa (radiación corpuscular). Ocurre en aquellos núclidos pesados (Z  50) para alcanzar su
estabilidad emiten partículas formadas por dos protones y dos neutrones (similar a los nucleones del
helio), estas se desvían al atravesar campos eléctricos y magnéticos (por su carga positiva), son muy
poco penetrantes aunque sí muy energéticas e ionizantes.

 Radiación beta (radiación corpuscular). Son electrones o positrones que resultan de la transformación de los neutrones o protones del
núcleo cuando este se encuentra en un estado excitado, no posee masa apreciable, tienen menor capacidad para interaccionar con la
materia y por eso tiene mayor poder de penetración en la materia, esta radiación tiene una masa casi igual a la de un electrón y su
velocidad es casi comparable a la de la luz
 Radiación gamma (radiación electromagnética). Son longitud de onda corta con mayor poder de penetración en la materia, el núcleo
no pierde su identidad sino que se desprende de la energía que le sobra para pasar a otro estado de energía más baja emitiendo rayos
gamma (fotones muy energéticos). Este tipo de emisión acompaña a las radiaciones alfa y beta.
 Captura electrónica. Es un proceso de desintegración que ocurre en un átomo cuando el núcleo, con exceso de protones, captura un
electrón de los orbitales próximos a él, dando lugar a una transmutación.
 Emisión de neutrones. Son neutrones expulsados del núcleo por efecto de la fisión nuclear (espontanea o inducida)

Fisicoquímica
1. LEY DE LA DESINTEGRACIÓN RADIACTIVA
La desintegración radiactiva se comporta según la ley de
decaimiento exponencial (cinética de primer orden)
[ ] = [ ] ln
[ ]
[ ]
= −
Donde:
N, núcleos radiactivos que se desintegran
, constante de desintegración radiactiva
Cuando un núcleo se va desintegrando, emite radiación y da
lugar a otro núcleo distinto también radiactivo, que emite
nuevas radiaciones. El proceso continuará hasta que aparezca un
núcleo estable, no radiactivo. Todos los núcleos que proceden
del inicial (núcleo padre) forman una serie o cadena radiactiva.
Se conocen cuatro series o familias radiactivas.
ℎ (1,41 ∙ 10 ) →→→
(2,14 ∙ 10 ) →→→
(4,51 ∙ 10 ) →→→
(7,04 ∙ 10 ) →→→

2. PERIODO DE SEMIDESINTEGRACIÓN Y VIDA MEDIA
=
ln2
=
1
t½, periodo de semidesintegración radiactiva
, vida media (tiempo promedio de vida de un átomo radiactivo
antes de desintegrarse). Como la desintegración nuclear sigue
leyes estadísticas, no se puede establecer que un determinado
núcleo vaya a tardar ese tiempo en desintegrarse, pero es lo
más probable.
3. ACTIVIDAD Y ACTIVIDAD ESPECIFICA
= [ ]
a, actividad radiactiva (velocidad de desintegración radiactiva)
Unidades de actividad:
 Becquerel. El becquerel es una unidad SI de radioactividad definida en 1974. Se nombra en honor a Henri Becquerel, un físico
francés que descubrió la radioactividad en 1896. Un becquerel (1 Bq) equivale a 1 desintegración por segundo.
 Curie (curio). El curie (Ci) es una unidad de radioactividad que no es SI. S define como equivalenteal número de desintegraciones
que sufrirá un gramo de radio-226 en un segundo.
1 = 3,7 ∙ 10

Fisicoquímica
 Rutherford. El Rutherford (Rd) también es una unidad no SI, definida como la actividad de una cantidad de material radiactivo
en el que un millón de núcleos decaen por segundo.
1 = 10
La actividad específica es la actividad por cantidad de un radionúclido. Por lo general, se administra en unidades de Bq/g, o Ci/g u otras
similares.
=
La velocidad de desintegración radiactiva se mide en desintegraciones de núcleos radiactivos
que ocurren por unidad de tiempo.
Para medir la radioactividad en un laboratorio se utilizan contadores de centelleo. La medida
viene expresada en cuentas o centelleos por minuto (CPM).
CPM  DPM. Para pasar de CPM a DPM aplicar un factor de corrección que dependerá de la
eficacia de cada aparato.
El curio (abreviación Ci) es unidad de actividad radiactiva. Es la actividad de 1 gramo de radio (226), determinar a
cuantas desintegraciones nucleares radiactivas por segundo equivale un curio.
Solución:
Primero determinamos la constante de desintegración
=
ln 2
=
ln 2
1601
∙
1
365
∙
1
24 ℎ
∙
1 ℎ
3600
= 1,373 ∙ 10

Cuantos núcleos radiactivos contiene un gramo de radio-226
1 ∙
1
226
∙
6,022 ∙ 10
1
= 2,665 ∙ 10
Finalmente
= 1,373 ∙ 10 ∙ 2,665 ∙ 10 = 3,7 ∙ 10
 La actividad radiactiva en el sistema internación de unidades se expresa en núcleos radiactivos que se desintegran
por segundo, a esta unidad se denomina becquerel (Bq)
1 = 3,7 ∙ 10 = 3,7 ∙ 10
Cuando se encuentra fuera del núcleo atómico, el neutrón es una partícula inestable con una vida media de 14,8
min. Determine: (a) El período de semidesintegración del neutrón y su constante de desintegración. (b) Una fuente
de neutrones emite 1010
neutrones por segundo con una velocidad constante de 100 km∙s−1
. ¿Cuántos neutrones
por segundo recorren una distancia de 3,5·105
km sin desintegrarse? (c) ¿Qué distancia recorren el 1% de los
neutrones sin desintegrarse?
Solución:
(a)
=
1
=
1
14,8
= 0,06757 = 1,126 ∙ 10
=
ln 2
=
ln 2
0,06757
= 10,26
(b)
El tiempo que tarda en recorrer esa distancia
= 3,5 ∙ 10 ∙
1
100
= 3500
[ ] = [ ] = 10 ∙ , ∙ ∙
= 1,94 ∙ 10

Fisicoquímica
(c)
ln
[ ]
[ ]
= − = −
ln
1,126 ∙ 10
= 4090
4090 ∙
100
1
= 4,09 ∙ 10
C. RADIACIÓN Y MATERIA
Una de las características esenciales de las radiaciones ionizantes (fotones, neutrones,partículas cargadas, etc.) es su capacidad de penetrar
en la materia e interaccionar con ella. En estas interacciones, la radiación pierde parte o toda su energía cediéndola al medio que atraviesa
mediante distintos mecanismos de interacción que dependen esencialmente del tipo de radiación, de su energía y de las propiedades del
medio material con el que interaccionan.
Estos procesos de interacción de la radiación con la materia son la causa de los efectos producidos por las radiaciones (en particular, los
efectos biológicos producidos en seres vivos) y determinan las condiciones de propagación de la radiación en un medio material así como
el diseño de los blindajes apropiados para cada tipo de radiación.

La interacción de la radiación con un material determinado depende fundamentalmente de su carga eléctrica y su masa. Por lo que es
necesario distinguir entre:
 partículas sin carga y sin masa (fotones gamma y rayos X),
 partículas cargadas “ligeras” (radiación beta y positrones),
 partículas cargadas “pesadas” (radiación alfa)
 partículas con masa y sin carga (neutrones).
Describiremos brevemente los procesos de interacción principales mediante los cuales la radiación interacciona con la materia.
1. INTERACCIÓN DE FOTONES CON LA MATERIA.
De acuerdo a la energía radiactiva de los fotones se tienen las siguientes interacciones:
a) EFECTO FOTOELÉCTRICO.
El efecto fotoeléctrico se produce cuando tiene lugar una interacción entre un
fotón de baja energía y un átomo, la consecuencia de una interacción
fotoeléctrica es la emisión de electrones (fotoelectrones), debido a la
absorción total de la energía del fotón por el electrón ligado.
El átomo residual que resulta tras un efecto fotoeléctrico, es un ión positivo
con una vacante en una capa profunda, por lo general la capa K. En
consecuencia, el fotoelectrón emitido irá acompañado de rayos X
característicos.
La energía del fotón es menor a 500 keV.

Fisicoquímica
b) EFECTO COMPTON.
El efecto Compton tiene lugar en la interacción de un fotón de energía media y un
electrón débilmente ligado al átomo (capa superior) que se puede considerar
como libre, tomándose entonces la colisión como elástica.
Como resultado se tiene un átomo residual ionizado, pero como se produce en
una capa poco profunda, por lo general la capa más externa (electrones de
valencia) por lo que se emite radiación electromagnética de desexcitación será de
baja energía
La energía del fotón esta entre 0,5 y 1,0 MeV.
c) PRODUCCIÓN DE PARES.
El efecto de creación de pares tiene lugar con fotones de alta energía, y representa
un proceso de materialización de energía. El fenómeno que tiene lugar es la
desaparición del fotón en el campo del núcleo, y la creación en su lugar de un par
positrón-electrón.
Los positrones resultantes de la creación de pares, se aniquilan al combinarse con
electrones en el medio de interacción. Por esta razón, en la interacción de radiación
gamma de alta energía (E >1,02 MeV), el fenómeno va acompañado de radiación de
aniquilación.

Aplicaciones.
 Efecto fotoeléctrico las encontramos en: Cámaras, en el dispositivo que gobierna los tiempos de exposición (detectores de
movimiento; en el alumbrado público; como regulador de la cantidad de tóner en las máquinas copiadoras; en las celdas
solares, etc.), los alcoholímetros funcionan gracias a este principio en donde la reacción del alcohol con dicromato en medio
acido provoca cambios de color los cuales son medidos por el dispositivo, la lectura nos permite entonces saber la
concentración de alcohol en el individuo.
 Efecto compton y producción de pares: La radiografía por rayos X, los láseres "Light Amplification by Stimulated Emission of
Radiation" ("Amplificación de Luz por Emisión Estimulada de Radiación") obedecen a este efecto. Los centellogramas
también funcionan bajo este concepto.
d) REACCIONES DE FOTODESINTEGRACIÓN.
Ocurre cuando un fotón gamma de elevada energía interacciona con la materia de manera que los elementos que lo componen
transmutan.
2. INTERACCIÓN DE PARTÍCULAS CARGADAS CON LA MATERIA.
Cuando una partícula cargada ingresa en un medio material, experimenta una serie de colisiones con los átomos constituyentes. Sin
embargo, dado el "vacío" relativo existente en el interior del átomo, las colisiones mecánicas por choque directo entre la partícula y los
electrones o núcleos, son muy improbables. Por lo que el proceso predominante es la interacción coulombiana, proceso de interacción
debido a las fuerzas eléctricas producidas entre la partícula incidente, y los electrones y núcleos del medio absorbente. Esta interacción
produce una pérdida casi continua de la energía cinética de la partícula, hasta llegar a su detención.

Fisicoquímica
Ejemplo: radiólisis del agua:
→∙ +∙
∙ +∙ →
∙ +∙ →
3. INTERACCIÓN DE PARTÍCULAS PESADAS
Cuando una partícula pesada cargada, partícula alfa, penetra en un medio material, interacciona fundamentalmente con los electrones
atómicos. Como la masa de estas partículas es miles de veces mayor que los electrones colisionados, sus trayectorias son prácticamente
rectilíneas. Las partículas van perdiendo paulatinamente su energía, hasta que se detienen y capturan dos electrones del entorno,
convirtiéndose en átomos de helio, su alcance es corto medido en mm.
4. INTERACCIÓN DE NEUTRONES.
El neutrón es una partícula algo más másica que el protón, como partícula libre es inestable, desintegrándose a protón por emisión
beta negativa, con período de 12,8 minutos. En cambio, cuando está confinado en el núcleo, su energía de enlace negativa le confiere
una estabilidad total. Los neutrones al carecer de carga eléctrica aparente, no producen directamente ionización ni radiación de
frenado. La interacción neutrónica,, se produce con los núcleos del medio absorbente y no con los electrones corticales. En
consecuencia, el proceso predominante de interacción neutrónica, es la producción de reacciones nucleares (fisión nuclear).
D. REACCIONES NUCLEARES
Las reacciones nucleares también obedecen a la ley de la conservación de la materia, solo que a diferencia de las reacciones químicas, en
estas los productos son elementos distintos de los reactivos.
+ → +

1. FISIÓN NUCLEAR
Proceso radiactivo en el que se divide un núcleo pesado inestable o radiactivo (A > 60) en núcleos
más pequeños con la consiguiente liberación de gran energía.
+ → + + 3 + 200
Se conocen dos tipos de fisión:
 Fisión natural, La fisión espontánea ocurre con vidas medias mayores a 106
años. Por lo tanto
son muy poco probables. Entre los elementos que sufren fisión espontánea están el 235-U y
el 232-Th (procesos de fisión espontánea pueden detectarse en rocas con contenidos de U y
Th).
 Fisión inducida, Los proyectiles empleados para inducir la fisión inducida en general son
neutrones (por no tener carga eléctrica puede aproximarse al núcleo sin experimentar
repulsión, ser absorbido e iniciar el proceso de fisión).
2. FUSIÓN NUCLEAR
En este proceso, sucede la combinación de pequeños núcleos en otros más grandes, para que ocurra estas
reacciones se requiere elevadas temperaturas (reacciones termonucleares)
+
~ ∙ ℃
⎯⎯⎯⎯⎯⎯ + + 3,5
La energía liberada como luz estelar proviene de reacciones de fusión en las profundidades del interior de la
estrella.

Fisicoquímica
E. EFECTOS Y PROTECCIÓN RADIOLÓGICA.
Las radiaciones ionizantes, al atravesar tejidos biológicos,
pueden producir un aumento de los radicales libres y, por
tanto, el desarrollo de ciertas anomalías en el desarrollo
celular.
Hay dos clases de efectos, los que ocurren con seguridad al
superarse un valor determinado de la dosis de radiación
recibida (deterministas) y los que tienen una probabilidad
de ocurrencia creciente al aumentar dicha dosis
(estocásticos), que va a depender de la dosis radiactiva
recibida y los mecanismos de reparación de las células
(estocástico somático y/o hereditario).
1. DOSIMETRÍA.
La Dosimetría de las Radiaciones Ionizantes se ocupa de la medida de la dosis absorbida por un material o tejido como consecuencia
de su exposición a las radiaciones ionizantes presentes en un campo de radiación.
La dosis absorbida se define como la energía absorbida por unidad de masa y depende de la naturaleza y características del campo de
radiación, del material o tejido irradiado y de los complejos procesos de interacción materia-radiación.

a) DOSIS DE ABSORCIÓN,
Una de las dificultades al definir unidades de radiación es que tiene que ser aplicable a distintos tipos de radiación (α, β, , neutrones,
…). Existe un denominador común para todos los tipos de interacción de la radiación con la materia: en todos los casos se transfiere
energía a la materia. La cantidad total de energía transferida, ası como la razón de transferencia puede servir como una medida
cuantitativa de la interacción de la radiación con la materia.
=
ℰ
Dosis es la energía depositada por la radiación en una porción
de material, en el SI se mide en Gray
= ( )
También se puede medir en rad (dosis de radiación absorbida)
1 =
100
= 0,01
b) DOSIS EQUIVALENTE,
Es la evaluación del efecto biológico que tienen las dosis de radiación depositada. La dosis de absorción se debe multiplicar por el
efecto biológico relativo (para aplicar el factor RBE debemos conocer, no solo el tipo de radiación sino también el tipo de tejido
irradiado. Tal información no está siempre disponible. Se conoce bajo condiciones clínicas y se usa sobre todo en radiobiología)
= ∙
En el SI se expresa en Sievert
1 = 1 ∙
También se puede medir en rem (Roentgen equivalent man)
1 = 1 ∙
Tipo de radiación Factor de calidad  EBR
Rayos X y  1
Rayos  y + 1,5 – 2
Rayos  10
Neutrones 2 – 10

Fisicoquímica
Dosis (rem) Efectos
0 – 50 Efectos no detectables inmediatamente
30 – 120 Náuseas y vómitos, fatiga y efectos tardíos.
130 – 160 Enfermedades manifiestas, fatiga persistente y efectos tardíos
180 – 220 Mortalidad baja, difícil recuperación total, efectos tardíos.
270 – 330 Síntomas más acentuados, mortalidad intermedia
400 – 750 Mortalidad casi del 100%
Durante un examen de diagnóstico con rayos X, una parte de una pierna rota recibe una dosis equivalente de 0.40
mSv. Calcule: (a) ¿Cuál es la dosis equivalente en mrem?, (b) ¿Cuál es la dosis absorbida, en mrad y mGy? (c) Si la
masa de esa parte de la pierna es de 1.2 kg, y la energía de los fotones de rayos X es 50 keV ¿cuántos fotones de
rayos X se absorben?
Solución:
(a)
0,40 ∙
100
1
= 40
(b)
= ∙ =
0,40
1
= 0,40 = 40
(c)
=
ℰ
ℰ = 0,40 ∙ 10 ∙ 1,2 = 4,80 ∙ 10
4,80 ∙ 10 ∙
1
1,6022 ∙ 10
∙
1
1000
∙
1
50
= 6 ∙ 10

Durante el desastre de Chernóbil, así como también durante la crisis nuclear de Fukushima, el 238-U es usado como
combustible nuclear, se desintegró a través de un proceso poco común conocido como fisión espontánea. Los
principales productos de fisión fueron el cesio-137 y el yodo-131 (t½ = 8,02 días). Como el 131-I es altamente volátil
alcanzó distancias lejanas causando problemas de salud más graves. Además, el yodo se absorbe en el intestino y se
concentra en las glándulas tiroides y mamarias. Esto provoca, entre otras cosas, a una mayor incidencia de cáncer
de tiroides.
El 131-I decae a través de emisión beta liberando 606 keV, y se convierte 131-Xe. (a) Plantee la reacción balanceada
de la desintegración del I-131, (b) Calcule la constante de desintegración del 131-I en s–1
. (c) Si un individuo de unos
80 kg vive cerca de un área contaminada con 131-I, y tras varios análisis de rutina se determina que la actividad
específica promedio en su cuerpo durante un año es de 5 Bq/g, calcule:
i. La Actividad y cuantos Núcleos de 131-I hay en el cuerpo del individuo.
ii. ¿Cuál será la dosis equivalente transcurrido un año de exposición? (EBR = 1,5)
Solución:
(a)
→ +
(b)
=
ln 2
8,02
∙
1
24 ℎ
∙
1 ℎ
3600
= 1 ∙ 10
i.
= 80000 ∙
5
1
= 4 ∙ 10 = 4 ∙ 10
=
=
4 ∙ 10
1 ∙ 10
= 4 ∙ 10
ii.
606000 ∙
1,6 ∙ 10
1
= 9,7 ∙ 10

Fisicoquímica
4 ∙ 10 ∙
1
1
∙
9,7 ∙ 10
1
= 0,039
=
0,039
80
∙ 1,5 = 7.27 ∙ 10 = 0,727 = 72,7
F. FUENTES DE RADIACIÓN INTERNA.
Si bien las fuentes de radiación externa son las más dañinas, no se
debe olvidar que la radiación es natural, por lo que las moléculas
que componen el organismo emiten radiación.

1. PROTECCIÓN.
Como consecuencia del estado actual de conocimientos de los efectos biológicos de las radiaciones, la Comisión Internacional de
Protección Radiológica (ICRP) considera que el objetivo principal de la protección radiológica es evitar la aparición de efectos biológicos
deterministas y limitar al máximo la probabilidad de aparición de los estocásticos.
a) Límite de dosis, Las dosis de radiación recibidas por las personas no deben superar los límites establecidos en la normativa
nacional (Autoridad de fiscalización de electricidad y tecnología nuclear – AETN), la tasa de dosis no debe superar 0,02 mSv/h a
30 cm del borde de la fuente radiactiva.
b) Medidas básicas de protección. Los riesgos de irradiación a que están sometidos los individuos se reducen aplicando distancia,
tiempo y blindaje.
 Distancia. Aumentando la distancia entre el operador y la fuente de radiaciones ionizantes, la exposición disminuye en
la misma proporción en que aumenta el cuadrado de la distancia. En muchos casos bastará con alejarse suficientemente
de la fuente de radiación para que las condiciones de trabajo sean aceptables.
 Tiempo. Disminuyendo el tiempo de exposición todo lo posible, se reducirán las dosis. Es importante que las personas
que vayan a realizar operaciones con fuentes de radiación estén bien adiestradas, con el fin de invertir el menor tiempo
posible en ellas.
 Blindaje. En los casos en que los dos factores anteriores no sean suficientes, será necesario interponer un espesor de
material absorbente (blindaje), entre el operador y la fuente de radiación.

Fisicoquímica
G. APLICACIONES DE LOS RADIOISÓTOPOS.
Ejemplos de radioisótopos utilizados:
a) Medicina nuclear: El F-18 (vida media, 1,8 horas) es un isótopo artificial emisor de positrones (emisor β+
), que puede obtenerse por medio de
un ciclotrón a partir de O-18 bajo la forma química H2
18
O, se ha formalizado su aplicación en la Tomografía de Emisión de Positrones (PET), para
diagnósticos oncológicos, neurológicos y cardiológicos. Su distribución por el organismo permite diagnosticar tumores, perfusión cerebral o
cardíaca principalmente.
Detección de tejidos oncológicos: Aproximadamente 80 % de las detecciones se efectúa con el isótopo Tc-99m(vida media 6 horas), el cual sirve
para marcar un fármaco que se fija metabólicamente en un órgano o tejido específico, pudiéndose observar y cuantificar desde el exterior.
b) Biología: Ciclos biológicos. El marcado de compuestos metabólicos con tritio (H.3), C-14, etc. permite el seguimiento de determinados ciclos,
ejemplo ciclo de Krebs.
Estudio de nutrientes vegetales: Compuestos marcados isotópicamente pueden revelar información sobre la dinámica de fijación de 56 Fe en
agregados de suelos, 32 P fertilizantes fosforados, 45 Ca, 42 K, etc.
c) Alimentos: para ofrecer alimentos inocuos, La irradiación remplaza ciertos tratamientos químicos. Permite la disminución o retraso
de maduración de ciertas frutas y legumbres. Reduce la pérdida de alimentos debido a la infestación producida por las bacterias,
insectos y por los mohos que los contaminan y que pueden provocar enfermedades cuando se ingieren los alimentos. El
radioisótopo más utilizado es el Co-60. Las dosis que se aceptan son muy diferentes para cada tipo de radiación: 10 kGy/h para los
rayos gamma; 10 kGy/min para los rayos X y 10 kGy/s para los electrones acelerados
d) Radioterapia – radiofármacos: El 11
C-raclopride es una droga sintética que actúa como antagonista de los receptores
dopaminérgicos D2 y D3. Sus principales aplicaciones son en la enfermedad de Parkinson, la atrofia multisistemica y la enfermedad
de Alzheimer entre otras, el 11
C decae a 11
Bi emitiendo positrones. El 99m
Tc e obtiene a partir del 99
Mo y se degrada emitiendo
fotones gamma, este radioisótopo es el más versátil dentro de los radiofármacos, ya que este puede formar complejos con distintas
macromoléculas (fármacos). El 99mTc-furifosmina es utilizado como agente para la evaluación del grado de perfusión cardíaca.
99m
Tc- ácido 2,3-dimercaptosuccínico, los kit comerciales deben ser marcados con no más de 1480 MBq (40 mCi), este complejo es
captado por tumores primarios y sus metástasis, principalmente por el cáncer medular de tiroides, etc.

Biodistribución de radiofármacos.
A. 99m Tc-MIBI (metoxi isobutil isonitrilo)
estudio de perfusión miocárdico — SPECT
(tomografía computarizada por emisión de
fotones individuales)
B. 18 F-fluorodesoxiglucosa, estudio de
viabilidad miocárdico — PET (tomografía
por emisión de positrones)
a — corazón; b — tiroides; c — hígado;
d — intestinos; e — vejiga urinaria;
f —riñones; g — cerebro.
PROBLEMAS PROPUESTOS 10
1) Balancear las siguientes ecuaciones nucleares, e identifique la especie X en cada caso
212 208 26 1
84 82 12 1
137 137 59 2 60
55 56 27 1 27
78 0 20 20
33 1 8 9
Po Pb X Mg p X
Cs Ba X Co H Co X
As X O F X



    
    
   

Fisicoquímica
2) Calcule la energía de unión nuclear, energía nuclear por nucleón y la energía nuclear por mol de: a)
209
83 Bi (208,9804 uma), b)
35
17 Cl
(34,95952 uma) (protón = 1,00728 uma; neutrón = 1,00866 uma)
RESPUESTA: a) – 1,6 GeV – 7,6 MeV/nucleón – 1,54·1011
kJ/mol
3) La energía necesaria para disociar al 6C14
es 102,359 MeV (a) ¿Cuál será la masa atómica del C14
y la energía de por nucleón? (b) Para
el C12
¿Cuál es su masa atómica y su energía por nucleón? (c) ¿Cuál es el más estable de los dos isotopos?
RESPUESTA: 14,00324 u 7,31 MeV/nucleón 12,0 u 7,43 MeV/nucleón
4) Considere la siguiente desintegración nuclear: 64
Cu  64
Zn + β, media vida 12,8 horas. Si inicia con un mol de Cu-64, calcule la cantidad
de gramos de Zn-64 que se formaran después de 25,6 horas.
RESPUESTA: 47,95 g
5) Una muestra de 10 mg de un isotopo radiactivo con una media vida de 1300 millones de años se desintegra a una velocidad de 29000
dpm. Calcule la masa molar del isotopo y su vida media.
RESPUESTA: 210,6 g/mol
6) El isotopo radiactivo Pu-238, utilizado en los marcapasos, se desintegra emitiendo una partícula alfa con una vida media de 86 años.
(a) escriba una ecuación para el proceso de desintegración. (b) la energía de la partícula alfa emitida es de 5,62 MeV (energía por
desintegración), suponga que toda la energía de la partícula alfa se utiliza para hacer funcionar el marcapasos, calcule la producción
de energía, en watts, al inicio y al cabo de 10 años de funcionamiento del marcapasos (en un principio se tenía 1 mg de Pu-238)
RESPUESTA: genera U; 582,2 W, 537,1 W.
7) Una sustancia radiactiva decae de la siguiente manera:
T (días) 0 1 2 3 4 5 6
Masa (g) 500 389 303 236 184 143 112
Calcule la constante de velocidad de desintegración, la media vida de su desintegración, vida media y luego de cuantos días se tendrá
una masa de 10 g
RESPUESTA: 0,25 d–1
, 2,78 d, 4 d, 15,7 d
8) En una mezcla encontrada en la actualidad, de isótopos de U, el 92U238
representa el 99,3 % y el 92U235
el 0,7 %. Sus vidas medias son
4,56·109
años y 1,02·109
años respectivamente. Calcular: a) Tiempo transcurrido desde que se formó la Tierra, si eran igualmente
abundantes en ese momento. b) Actividad de 1 g. de 92U238
. c) vida media de ambos isotopos e indicar cuál es más estable.
RESPUESTA: 9,4·109
a, 6,39·10–13
dpa, U-238

9) Dos isotopos radiactivos X y Y tienen la misma cantidad molar en un inicio (t = 0). Una semana después, hay cuatro veces menos X que
Y. Si la media vida de X es de 2 días, calcule la media vida de Y e indique sus vidas medias.
RESPUESTA: 1,27 d; 2,88 d; 1,82 d
10) El C-14 tiene una media vida de 5730 años y constituye el 10–10
% del carbono en la naturaleza. El cuerpo humano contiene cerca del
18,5 % de carbono por peso corporal. Calcular la radioactividad en nCi, que se origina por desintegración del C-14 en una persona que
pesa 70 kg
RESPUESTA: 808,5 nCi
11) Cuando se encuentra fuera del núcleo atómico, el neutrón es una partícula inestable con una vida media de 885,7 s. Determine: a) El
período de semidesintegración del neutrón y su constante de desintegración. b) Una fuente de neutrones emite 1010
neutrones por
segundo con una velocidad constante de 100 km∙s−1
. ¿Cuántos neutrones por segundo recorren una distancia de 3,7105
km sin
desintegrarse?
RESPUESTA: 613,9 s 1,13·10–3
s–1
1,53·108
no
12) La fisión de un átomo de 92U235
por la captura de un neutrón, produce 56Ba144
y 36Kr90
. Cierta central nuclear libera 45 GW. Escriba la
reacción nuclear. Determine la masa del material fisionable que se consume en un día (masas de los átomos U = 235,12 Ba = 143,92 Kr
= 89,94 no
= 1,008665). Estime cuantos m3
de metano por día en condiciones normales se necesita para generar la misma cantidad de
energía combustión del metano libera 213 kcal/mol)
RESPUESTA: 40 kg 97,7 millones m3
13) En un accidente nuclear se emiten diversos productos radiactivos. Dos de ellos son los isótopos 131
I y el 137
Cs, cuyos períodos de
semidesintegración son 8 días y 30 años, respectivamente. Si la proporción de átomos de I a Cs es de 1/5, a) Determinar el tiempo
transcurrido para que ambos isótopos tengan la misma actividad. b) El 1 % en masa de los productos de la fisión nuclear del 235
U es
131
I. Si en la fisión nuclear del uranio se desprenden 200 MeV y la potencia térmica del reactor tiene un valor de 1000 MW, calcular la
actividad del 131
I en el momento del accidente
RESPUESTA: 65 d; 15,2 Ci
14) El tritio es radiactivo y se desintegra emitiendo electrones. Su media vida es de 12,5 años. En el agua común, la relación entre átomos
de hidrogeno y átomos de tritio es de 1017
a 1 ¿Cuántas desintegraciones se observaran por minuto en una muestra de 1 kg de agua?
Se pueden determinar la edad de un vino a través de la medición de su contenido de tritio, ya que el agua expuesta a la atmósfera
tiene una cantidad constante del mismo. Si una muestra de agua del viñedo presenta 52,2 cpm y una muestra de vino presenta 11,5
cpm ¿hace cuánto tiempo se embotelló el vino?
RESPUESTA: 70,6 dpm 27 años

Fisicoquímica
15) Todos los compuestos que contienen carbón y que son biosintetizados en la tierra contiene suficiente C-14 para ceder 13 DPM/g de
carbón, determinar: a) el porcentaje molar de C-14 en el carbón de la superficie terrestre, b) la edad de una muestra biológica que
contiene 3 DPM/g de carbón, y su porcentaje molar de C14
en esta muestra.
RESPUESTA: 1,12·10–10% mol 12 mil años
16) La vida media de C-14 es de 8267 años, Determinar a) calcule la constante de rapidez, b) la actividad específica de C-14 puro en términos
de DPM/g y Ci/mol, b) cuanto es teóricamente la actividad específica máxima (Ci/mol) de glucosa marcado con C-14, c) que porcentaje
de las moléculas de glucosa están marcadas con C-14 si presenta una actividad específica de 0,20 mCi/mol
RESPUESTA: 9,9·1012
dpm 62,4 Ci/mol 374,7 Ci/mol 5.3·10–5
%
17) El periodo de semidesintegración del P-32 es de 14,3 días, determinar: a) en que tiempo se desintegra un átomo de P-32, b)
teóricamente cuanto será la actividad específica máxima (Ci/mg) al cual se puede preparar con frutosa-1,6-difosfato-P32
, b) si se ha
marcado el 2,5·10–5
% de F-1,6-DP con P32
el contador por centelleo puede registrar como 1 centelleo por cada 100 mil núcleos que se
desintegran, cuantos cpm se registrara en dicho contador si se tiene 1 mg de F-1,6-DP
RESPUESTA: 20,6 d 296 cpm
18) La hormona tiroxina (T4) (C15H11O4NI4) se ha marcado con 131
I, este isotopo tiene una media vida de 8,1 días, determinar a) cuantos Ci
como máximo emite 1 mg de T4, b) que porcentaje de T4 está marcado si 1 mg de T4 emite 4·107
Bq.
RESPUESTA: 3·1012
Bq 1,33·10–3
%
19) El esqueleto de un hombre medio pesa alrededor de 7 kg. ¿Qué concentración de Ra-226 en los huesos supondría una dosis anual de
5 rem? Al desintegrarse 1 átomo de Ra-226 emite 4,871 MeV.
RESPUESTA: 0,024 ppm
20) Durante un examen de diagnóstico con rayos X, una parte de una pierna rota recibe una dosis equivalente de 0.40 mSv. a) ¿Cuál es la
dosis equivalente en mrem? b) ¿Cuál es la dosis física, en mrad y mGy? c) Si la masa de esa parte de la pierna es de 1.2 kg, y la energía
de los fotones de rayos X es 50 keV ¿cuántos fotones de rayos X se absorben? (1 rem= 0.01 Sv, 1 rad= 0.01 Gy) d) longitud de onda de
los rayos X
RESPUESTA: 40 mrem 40 mrad 0,4 mGy 6·1010 fotón 25 pm
21) Con frecuencia, la cantidad de material radiactivo se mide mediante su actividad y no por su masa. En un procedimiento de escaneo
cerebral, a un paciente de 70 kg se le inyectan 20 mCi de 99m
Tc, el cual se desintegra emitiendo fotones de rayos γ con una vida media
de 8 horas con 40 minutos. Dado que el RBE de esos fotones es de 0,98 y solo dos tercios de los fotones son absorbidos por el cuerpo
calcule la dosis en mSv y rem recibida por el paciente. La energía de un fotón gamma es de 143 keV , e indique la longitud de onda de
la radiación gamma en pm y Hz
RESPUESTA: 4,9 mSv 0,49 rem 8,7 pm 3,4·1019
Hz

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