Química nuclear o RadiactividadLa emisión beta es un electrón que se produce en el núcleo del...

Aplicaciones

• La energía nuclear puede ser

aprovechada para diversos

fines: unos bélicos, que

destruyen, y otros pacíficos,

que construyen. Entre los

usos pacíficos destaca su

aplicación en diversas áreas

de la medicina, la industria y

la agricultura.

DESCUBRIMIENTO DE LA ENERGÍA NUCLEAR

• LA QUÍMICA NUCLEAR TRATA DE LAS ESTRUCTURAS PROPIEDADES Y TRASFORMACIONES

DE LOS NÚCLEOS ATÓMICOS. EL DESCUBRIMIENTO DE LOS RAYOS X EN 1895 Y LA

RADIACTIVIDAD NATURAL EN 1896 MARCÓ EL COMIENZO DE ESTA RAMA.

Evolución del átomo

Antes del modelo de Thompson (1896)Henri Becquerel descubrió que algunosmateriales que se podían encontrar en lanaturaleza emitían partículas :RADIOACTIVIDAD

1898 el matrimonio CURIE descubrió nuevosmateriales radiactivos (radio y polonio) y loque emitía era mucho mas grande que unelectrón y de carga positiva : partícula alfa

Representación atómica

Numero másico (A)Corresponde a la Suma deprotones y neutrones del átomoy determina el peso atómico.

Numero Atómico (z) Corresponde al numero de protones del átomo.

Recuerda que en un átomo neutro el numero de protones es igual al de

electrones A

Z

A= p+ + n0

Z= p+ = e-

Símbolo Químico

Todos los elementos químicos de la tabla periódica poseen:

Isotopos e IsobarosIsótopos: Átomos del mismo elementoque poseen igual Z pero distinto A. Sediferencian por la cantidad deneutrones que poseen.

Isóbaros: Átomos que poseen distinto Z pero igual A.

Masa atómica promedioLos átomos de un mismo elemento tienen isotopos que difieren en el número de neutrones, y por lo tanto

en sus masas atómicas. La masa atómica promedio se establece considerando la abundancia de cada uno de los isotopos

en la naturaleza.

Calculo de masa atómica promedio

Calcula la masa atómica promedio de oxigeno, a partir de sus respectivos isotopos:

Mm= (16 x 99,76%)+(17x0,03%)+(18x0,21%)100

Mm= 16,0045 uma

Ojo: El isotopo con

mayor abundancia,

siempre tiende a ser el más

estable de todos.

Notación Nuclear

Símbolo Químico

En una reacción nuclear se debenrepresentar los isotopos de cadaelemento que participa en la reacción,a partir de la representación atómica.

Ejemplo de representación de isotopos:

Notación NuclearCuando se indica un isotopo con su número atómico y unnúmero másico se denomina Núclido. Veamos el ejemplode carbono con sus isotopos:

Núclidos del carbono

Fuerzas en el NúcleoLa fuerza que controla la estructura

electrónica y las propiedades del

átomo es la conocida Fuerza de

Coulomb (Fuerza Electrostática). Esta

fuerza depende de las cargas

enfrentadas y de la distancia que hay

entre ellas.

¿Qué mantiene unidas a las partículas en el núcleo?

En el núcleo existen dos tipos defuerzas, las cuales permiten que seproduzca una unión muy intensa,capaz de vencer la fuerza derepulsión entre protones ymantener unido al núcleo.

Interacción nuclear fuerte

Interacción nuclear débil

Interacción nuclear fuerteFuerza atractiva de corto alcance que actúa solo en el

núcleo atómico. Esta fuerza se puede ejercer entre dos protones, dos neutrones o entre protón y neutrón,

para ello debe vencer la fuerza electromagnética de repulsión. Cuanto mayor es este tipo de fuerza, mas

estable es el núcleo atómico.

Interacción nuclear débilUnos diez mil millones de veces más débil que laelectromagnética y con un alcance aún menor quela interacción fuerte, esta fuerza la encontramos enlos llamados fenómenos radiactivos de tipo beta,que no son otra cosa que desintegraciones departículas y núcleos atómicos.

RadiaciónLa radiación es una forma de energía que se presenta de dos formas principalmente:

Radiación corpuscular

Radiación Electromagnética

Emisión de energía a partir de partículas subatómicas

Emisión de energía a partir ondas.

Emisión: Liberación de partículas subatómicas con cierta energía debido a procesos de desintegración atómica.

Tipos de RadiaciónSegún su desplazamiento la radiación puede modificarpropiedades químicas y físicas de los sistemas queatraviesan. Debido a esto se clasifica en dos:

Radiación ionizante Radiación no ionizante

Posee energía para arrancar electrones de los átomos y

generar iones. Rompe enlaces.

No producen iones al interactuar con átomos. Por lo tanto no

produce cambios a nivel de enlaces.

Poder de penetraciónEste concepto es una característica de las emisionesradiactivas y hace referencia a la capacidad de un tipo deenergía de atravesar un obstáculo que se interpone en sutrayectoria.

Desintegración radiactiva

Existen compuestos o átomos que se consideran radiactivos, esto se debe a que son especies inestables

debido a que en sus núcleos existe un exceso de p+ o n0. Por ello existe un mecanismo de estabilización que consiste en

emitir partículas o radiación electromagnética de forma espontanea.

Emisiones radiactivas

Alfa (α)

Beta (β)

Gamma (γ)

EMISIONES RADIOACTIVAS

• EMISIÓN PARTÍCULA ALFA𝛼

NÚCLEOS DE HELIO 24𝐻𝑒2+

• EMISIÓN PARTÍCULA BETA 𝛽

• PUEDE SER DE TIPO NEGATIVA ( -1 0 E ) Β- O

POSITIVA ( +1 0 E ) O Β+

• EMISIÓN DE RAYO GAMA 𝛾

ELECTROMAGNÉTICA DE ALTA ENERGÍA

Emisión Alfa (α)Corresponde a un núcleo con carga positiva queposee 2 protones y 2 neutrones, por lo que seasocia al núcleo de Helio+2

.Esta emisión posee unbajo poder de penetración debido a su granmasa y volumen. Sin embargo posee un altopoder ionizante.

Esta emisión se puede identificar por:4

2He+2 4

2α

Ejemplo:

Emisión Alfa (α)Su poder ionizante es inversamente proporcional a ladistancia que recorre, de modo que mientras mas avanza,disminuye la velocidad para formar nuevos iones. Estoocurre hasta que la partícula alfa incorpora electrones yse transforma en un átomo de Helio.

𝟒

𝟐𝐇𝐞+2 + 2 electrones

𝟒

𝟐𝐇𝐞

Emisión Beta (β)

Posee bajo poder ionizante pero alto

poder de penetración.

La emisión beta es un electrón que se produce en el núcleo del átomo y seemite cuando los componentes de un núcleo inestable se desintegran paratransformarse en un núcleo mas estable. Esta emisión es una partícula de

menor tamaño que la partícula α, pero posee mayor energía.

Puede ser de tipo negativa ( -1 0 e ) β- o positiva ( +1

0 e ) o β+

a) Radiación Beta negativo: Se produce cuando un núcleo inestable, poseeuna mayor cantidad de neutrones que de protones. El núcleo se estabilizaal desintegrar un neutrón.

b) Radiación Beta positiva: Se produce generalmente en núcleos cuyacantidad de protones es superior a la de neutrones. La partícula emitida sellama positrón. El nuevo núcleo es una unidad menor, pero A no varía.

Z AX → Z+1

A Y + -1 0 e

Z AX → Z-1

A Y + 1 0 e

Tipos de Emisión Beta (β)

Emisión Gamma (γ)La emisión gamma no implica cambios ni en Z ni en A, pues no

poseen carga ni masa, razón por la cual en el núcleo no producecambios en su estructura, sino perdida de energía, gracias a lo cualel núcleo se compensa o estabiliza. Viajan más rápido que las otrasradiaciones. Poseen bajo poder ionizante y son capaces de atravesarla materia. Son capaces de atravesar la piel y otras sustanciasorgánicas.

Poder de penetración de emisiones radiactivas

RADIACTIVIDAD.

EXISTEN ISÓTOPOS DE UN MISMO ELEMENTO QUE SON

ESTABLES Y OTROS INESTABLES. ESTOS ÚLTIMOS SE

PUEDEN DESINTEGRAR TRANSFORMÁNDOSE EN OTROS

ELEMENTOS (FENÓMENO DENOMINADO

“TRANSMUTACIÓN”, EMITIENDO AL MISMO TIEMPO

RADIACIONES DE VARIOS COLORES O FLUORESCENCIA.

ESTE FENÓMENO QUE SUFREN ALGUNOS ELEMENTOS SE

LLAMA RADIACTIVIDAD O RADIOACTIVIDAD.

Ecuaciones nuclearesEn las ecuaciones nucleares, la suma de protones y

neutrones de las especies que reaccionan en la ecuación debe ser igual a la suma de protones y neutrones de las

especies que se producen. Así por ejemplo:

Ecuación nuclear

ecuación Química

Ecuaciones nucleares

Núcleo padre Núcleo Hijo

En estas ecuaciones utilizaremos la siguiente nomenclatura:

Núcleo padre: Reactante inestable que emite radiación.Núcleo hijo: Producto estable en cantidad de protones y

neutrones.

Ecuaciones nuclearesVeamos como se expresan las emisiones de partículas

radiactivas mediante ecuaciones nucleares:

1. Emisión de partículas alfa:

Si un elemento emite una partícula alfa, el núcleo formado disminuirá su numero másico (A) en 4 unidades y su numero

atómico (Z) en 2 unidades.

Ecuaciones nucleares2.a Emisión de partículas beta negativas:

2.b Emisión de partículas beta positivas (positrón):

El núcleo hijo disminuye su numero atómico sin

variar el numero másico.

El núcleo hijo aumenta su numero atómico sin

variar el numero másico. Ocurre en

isobaros

Ecuaciones nucleares3. Emisión de radiación gamma:

Esta emisión corresponde a una estabilización energética, por lo que el núcleo padre y el núcleo hijo difieren solo en la cantidad de

energía que poseen.

Estabilidad nuclearEn primer lugar la radiactividad se describe como la descomposición espontanea de los átomos al

acumular una gran cantidad de protones y neutrones, para alcanzar estabilidad. Pero Cabe

preguntarse:

¿Qué es la estabilidad del núcleo?

Estabilidad nuclear➢ Como ya sabemos en el núcleo existen fuerzas

de repulsión y además fuerzas de atracción decorto alcance, las cuales permiten la estabilidaddel núcleo.

➢ Estas fuerzas dependen de la cantidad deprotones y neutrones que hay, por lo tanto laestabilidad del núcleo dependerá directamentede esta relación numérica de estas partículas.

Protón

Neutrón

• No existen reglas precisas que permitan predecir si unnúcleo particular es radiactivo o no y el modo en que sedesintegraría.

• Las reglas se basan en observaciones empíricas que laspodemos resumir de la siguiente forma.

1. Todo núcleo con más de 83 protones ( Zat >83) es inestable.

238U92

Ejemplo: Todos sus isótopos son inestables y radiactivos.

Estabilidad nuclearReglas para predecir la estabilidad nuclear:

Banda de estabilidad

Sobre la franja de estabilidad se ubican elementos que tienen una proporción n/p mayor que aquellos

que se sitúan dentro de la banda. Una forma de disminuir esta proporción y ganar estabilidad es que estos núcleos experimentan liberación de partículas

Beta negativa.

Por debajo de la franja de estabilidad, los elementos tienen un exceso de protones de los que se deben

deshacer emitiendo positrones.

La banda o cinturón de estabilidad, nos permite determinar la estabilidad de un átomo a partir de la

la relación de protones neutrones que posee.

Los elementos que posean A>100 emitirá partículas Alfa

Series de desintegración radiactiva

Los elementos radiactivos tienden siempre a emitir radiación (energía o partículas) para alcanzar estabilidad. Este proceso recibe el

nombre de Desintegración radiactiva.

Átomo (núcleo inestable)

Átomo (núcleo estable)

Liberación de partículas

α, -β, +β, γ

• Algunos núcleos como U-238 no logran ingresar a laFranja de Estabilidad por una sola emisión, sino despuésde una serie de emisiones sucesivas.

• La figura siguiente muestra la manera como esto ocurre,partiendo por U-238.

238U →Th→Pa→U→Th→Ra→Rn→Po→Pb→Bi→Po→

206Pb

92 82

Series de desintegración radiactiva

Series de desintegración

Existen series características como son:

1. Serie del y finaliza con el

2. Serie del y finaliza con el

3. Serie del y finaliza con el

• Indica los tipos de isótopos que se producen en cada una delas emisiones, si el siguiente elemento emite sucesivamentepartículas , y .

231

X91

4

2

227

X89

227

X89

4

2

223

X87

223

X87

0

-1

223

X88

→ +

→ +

→ +

Ejercicio

Átomos

Alfa

Elementos buscan generar

estabilidad

Beta Gamma

Emisiones

ISÓTOPOS INESTABLES

RADIACTIVIDAD

Aumento nivel de penetración

Aumento poder de ionización