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Química Nuclear
Estudiantes:
Viktor BurgosAxel CabezasDaniel CastroMatías Salas
Claudio Sanhueza
Curso: 7 º “A”
Subsector: Química
Profesor: Sr. Manuel Buchegger
Temuco, 28 de mayo de 2012
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1. Portada
2. Introducción
3. Objetivos del trabajo
4. Referencia histórica del tema
5. Principales científicos
6. Usos de la química nuclear
7. Fundamento químico (nivel atómico)
8. Conclusiones
9. Bibliografía
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INTRODUCCIÓN
El trabajo de investigación que a continuación presentamos, al que
llamamos “Química Nuclear”, surge como una actividad para finalizar la
primera unidad de la asignatura de química, es por ello que nos hemos
agrupado con la finalidad de obtener nuevos conocimientos en cuanto al
tema y también profundizar en aquellos aspectos que hasta este momento
nos eran desconocidos.
La Química nuclear es la energía que se obtiene al modificar la
estructura del núcleo de un átomo y que luego de este proceso se convierte
en otro elemento, esta se produce a través de la fisión o fusión nuclear.
Para desarrollar este informe trabajaremos en tres ejes específicos
que esperamos nos ayuden a conocer y comprender mejor sobre la química
nuclear, estos son:
· La historia de la química nuclear, como surgió y como se ha ido
desarrollando a través del tiempo.
· Principales científicos, es decir, quiénes fueron los principales
exponentes y qué aportes hicieron a ella.
· Y por último los usos que se le dan en la actualidad y la importancia
que pudiese tener para nosotros.
Para lograr el desarrollo de estos temas buscaremos información a
través de internet, la que leeremos entre todos los miembros del grupo y
seleccionaremos para ir construyendo este informe que esperamos sea de
su agrado y por sobre todo nos ayude a saber mucho más sobre este
interesante tema.
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OBJETIVOS
Explicar qué es la química nuclear.
Conocer a sus principales científicos.
Explicar en qué y cómo se usa.
Referencia histórica
Después del descubrimiento de Radiografías por Wilhelm Röntgen, muchos
científicos comenzaron a trabajar en la radiación de ionización. Uno de éstos era
Henri Becquerel, que investigó la relación en medio fosforescencia y el
ennegrecimiento de placas fotográficas. Cuando Becquerel (que trabaja en
Francia) descubrió que, sin la fuente externa de la energía, los rayos generados
de uranio que podrían ennegrecer (o niebla) la placa fotográfica, radiactividad fue
descubierta. Curie de Marie (trabajando adentro París) y su marido Curie de Pierre
aislado dos nuevos elementos radiactivos del uranio Oregón. Utilizaron
radiométrico los métodos para identificar que fluyen la radiactividad estaban
adentro después de cada separación química; separaron el mineral de uranio en
cada uno de los diversos elementos químicos que eran sabidos en ese entonces,
y midieron la radiactividad de cada fracción.
Entonces procuraron separar estas fracciones radiactivas más lejos, para aislar
una fracción más pequeña con una actividad específica más alta (radiactividad
dividida por la masa). De esta manera, aislaron polonium y radio. Fue notado en
cerca de 1901 que las altas dosis de la radiación podrían causar lesión en seres
humanos, Becquerel había llevado una muestra del radio en su bolsillo y
consecuentemente él sufrió una alta dosis localizada que dio lugar a quemadura
de la radiación; esta lesión dio lugar a las características biológicas de la radiación
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que era investigada, que a tiempo dieron lugar al desarrollo de tratamientos
médicos.
Marie Curie y su marido fueron los primeros que crearon ”radiactividad”:
bombardearon boro con las partículas alfa para hacer un isótopo protón-rico de
nitrógeno; este isótopo emitió positrones. Además, bombardearon aluminio y
magnesio con neutrones para hacer los radioisótopos nuevos. Ernest Rutherford,
demostró que el decaimiento de la radiactividad se puede describir por una
ecuación simple (una ecuación derivada del primer grado linear, ahora llamada
primera cinética de la orden), implicando que una sustancia radiactiva dada tiene
un característico “período“(la época tomada para la cantidad de radiactividad
presente en una fuente para disminuir por mitad). Él también acuñó los términos
alfa, beta y gamma los rayos, él convirtió nitrógeno en oxígeno, y más importante
él supervisó a estudiantes que hicieron Experimento de Geiger-Marsden
(experimento de la hoja del oro) que demostró eso 'modelo del pudín del ciruelo'de
átomo era incorrecto. En el modelo del pudín del ciruelo, propuesto cerca J. J.
Thomson en 1904, el átomo se compone de los electrones rodeados por una
“nube” de la carga positiva para balancear la carga negativa de los electrones. A
Rutherford, el experimento de la hoja del oro implicó que la carga positiva fue
confinada a un núcleo muy pequeño que conducía primero a Modelo de
Rutherford, y eventual a Modelo de Bohr del átomo, donde el núcleo positivo es
rodeado por los electrones negativos.
La química nuclear es una rama de la química que estudia las propiedades
y el comportamiento de los núcleos atómicos. Es conocida mayoritariamente por el
aprovechamiento de la energía nuclear y el desarrollo de armas nucleares.
En 1896 Henri Becquerel observó este fenómeno por primera vez.
Descubrió y comprobó que todos que los minerales de Uranio (Z=92) eran
capaces de velar una placa fotográfica en ausencia de luz. Por lo que concluyó
que emitían radiaciones en forma espontánea. Marie Curie y Pierre Curie
continuaron con la búsqueda los minerales de Uranio eran radiactivos, además
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aislaron 2 elementos con iguales propiedades iguales polonio y radio, y los
llamaron elementos radiactivos.
Los científicos alemanes Otto Hahn y Fritz Strassmann descubrieron la
fisión nuclear en 1938. Cuando se irradia uranio con neutrones, algunos núcleos
se dividen en dos núcleos con números atómicos aproximadamente la mitad del
número atómico del uranio. La fisión libera una cantidad enorme de energía y se
utiliza en armas y reactores de fisión nuclear.
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PRINCIPALES CIENTÍFICOS
ANTOINE HENRI BECQUEREL:
Físico Francés nacido el 15 de Diciembre de 1852, y
muerto a los 55 años el 25 de agosto de 1908.
Viniendo de una familia de científicos, ya que fue nieto de
unos de los fundadores de la electroquímica, el señor
Antoine César Becquerel (Científico Francés, Nacido en
Marzo de 1788 y fallecido el 18 de enero de 1878, que
investigo la luminiscencia y la piezoelectricidad) e Hijo de
Alexandre-Edmond Becquerel (Nacido el 24 de marzo de
1820 y muerto en mayo de 1891) estudió el espectro solar, magnetismo,
electricidad y óptica. Es conocido por su trabajo en la luminiscencia y la
fosforescencia.
Recibió el Premio Nobel de Física el año 1903.
Investigo sobre la fosforescencia (entre los años 1882-1897) y
descubrimiento de la radiación invisible emitida por el Uranio.
Recibió la Medalla Rumford (1900), Medalla Helmholtz (1901) y Medalla
Barnard (1905).
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NIELS BOHR:
Nacido en Copenhague, el 7 de octubre de 1885.
Hijo de Christian Bohr. Tras doctorarse en la
Universidad de Copenhague en 1911, completó
sus estudios en Mánchester teniendo como
maestro a Ernest Rutherford.
En 1916, Niels comenzó a ejercer de profesor en la
Universidad de Copenhague, accediendo en 1920 a la dirección del recientemente
creado Instituto de Física Teórica.
Fue perseguido por la policía de Alemania por ser judío en la Segunda
Guerra mundial. Escapando a Suecia en 1943.
Su Teoría de La Mecánica Cuántica fue rechazada rotundamente por Albert
Einstein, produciéndose así uno de los debates más grandes y controversiales de
la historia de la Química y Física.
Einstein creía haber encontrado el punto débil de la teoría de Bohr que era
el llamado “Entrelazamiento cuántico” esta ley surgía de la idea de que dos
partículas se pueden entrelazar. Es mas fácil explicarlo con el ejemplo de las dos
ruletas, imaginemos que tenemos dos ruletas de casino, con los colares Rojo y
Azul. Estas dos ruletas deben estar entrelazadas. Básicamente si una se detenía
en el color Rojo la otra (no importa a cuanta distancia) estaría en Azul.
Recibió el Premio Nobel de la Fisica en 1922 y el premio Átomos para la
Paz, en 1958.
Murió el 18 de noviembre de 1962.
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ALBERT EINSTEIN:
Alemania, 14 de marzo de 1879 – Princeton, 18 de abril
de 1955.
En 1905, cuando era un joven físico desconocido,
empleado en la Oficina de Patentes de Berna, publicó su
teoría de la relatividad especial. En ella incorporó, en un
marco teórico simple fundamentado en postulados físicos sencillos, conceptos y
fenómenos estudiados antes por Henri Poincaré y por Hendrik Lorentz.
En esta teoría se planteaba que la velocidad de la Luz siempre es igual y el
Espacio-Tiempo se modifican para mantener esta velocidad.
Por ejemplo si voy en un automóvil a la velocidad de la luz, y tu me estas
viendo en una esquina. Tu miraras mi automóvil se vería aproximadamente de un
metro de largo. Y si pudieras escuchar mi reloj, escucharías que se el tiempo pasa
mas lento. Esto se explica por algunos fenómenos. Por ejemplo:
Si no te movieras el tiempo pasaría más rápido que cuando estuvieras en
movimiento. La gravedad también afecta al tiempo, una persona que vive en el
piso 20, notaria que el tiempo transcurre mas rápido que si viviera en el piso 1, ya
que en el piso 20 la gravedad es menor.
Esto se comprobó en los años 20, cuando Einstein subió a un avión un
Reloj Atómico y dejo uno en tierra, estos relojes estaban descoordinados en 2
millonésimas de segundos, una diferencia muy pequeña, pero comprobó esta
Teoría.
Esto dio vida a la “Rebanada de Ahora”, que quiere decir lo que uno piensa
que pasa al mismo tiempo que ahora. Por ejemplo:
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Si hay un humano sentado y un extraterrestre también sentado a unos 10
mil millones de años Luz.
Los dos se estarían imaginando lo que pasa en ese minuto de iguales
hechos. Pero si el extraterrestre se aleja en su bicicleta, el tiempo para el sería
mas lento y lo que el piensa que pasa en la tierra en su ahora, para nosotros seria
algo que paso hace 200 años. Y si el Extraterrestre se acerca a la tierra, lo que su
ahora comprendería seria lo que para nosotros seria 200 años más.
Premio Nobel de Física (1921)
Medalla Copley (1925)
Medalla Max Planck (1929)
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ERNEST RUTHERFORD:
Nueva Zelanda, 30 de agosto de 1871 – Reino Unido,
19 de octubre de 1937.
Se dedicó al estudio de las partículas radioactivas y
logró clasificarlas en alfa, beta y gamma.
Halló que la radiactividad iba acompañada por una
desintegración de los elementos, lo que le valió ganar el Premio Nobel de Química
en 1908. Se le debe un modelo atómico, con el que probó la existencia del núcleo
atómico, en el que se reúne toda la carga positiva y casi toda la masa del átomo.
Consiguió la primera transmutación artificial con la colaboración de su discípulo
Frederick Soddy.
En 1907, obtiene una plaza de profesor en la Universidad de Mánchester,
en donde trabajará junto a Hans Geiger. Junto a éste, inventará un contador que
permite detectar las partículas alfa emitidas por sustancias radiactivas (prototipo
del futuro contador Geiger), ya que ionizando el gas que se encuentra en el
aparato, producen una descarga que se puede detectar. Este dispositivo les
permite estimar el número de Avogadro de modo muy directo: averiguando el
periodo de desintegración del radio, y midiendo con su aparato el número de
desintegraciones por unidad de tiempo. De ese modo dedujeron el número de
átomos de radio presente en su muestra.
En 1908, junto a uno de sus estudiantes, Thomas Royds, demuestra de
modo definitivo lo que se suponía: que las partículas alfa son núcleos de helio. En
realidad, lo que prueban es que una vez liberadas de su carga, las partículas alfa
son átomos de helio. Para demostrarlo, aisló la sustancia radiactiva en un material
suficientemente delgado para que las partículas alfa lo atravesaran efectivamente,
pero para ello bloquea cualquier tipo de "emanación" de elementos radiactivos, es
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decir, cualquier producto de la desintegración. Recoge a continuación el gas que
se halla alrededor de la caja que contiene las muestras, y analiza su espectro.
Encuentra entonces gran cantidad de
Helio: los núcleos que constituyen las partículas alfa han recuperado
electrones disponibles.
Ese mismo año gana el Premio Nobel de Química por sus trabajos de 1908.
Sufrirá sin embargo un pequeño disgusto, pues él se considera fundamentalmente
un físico. Una de sus citas más famosas es que "la ciencia, o es Física, o es
filatelia", con lo que sin duda situaba la física por encima de todas las demás
ciencias.
En 1911 hará su mayor contribución a la ciencia, al descubrir el núcleo
atómico. Había observado en Montreal al bombardear una fina lámina de mica con
partículas alfa, que se obtenía una deflexión de dichas partículas.
Al retomar Geiger y Marsden de modo más concienzudo estos
experimentos y utilizando una lámina de oro, se dieron cuenta de que algunas
partículas alfa se desviaban más de 90 grados. Rutherford lanzó entonces la
hipótesis, que Geiger y Marsden enfrentaron a las conclusiones de su
experimento, de que en el centro del átomo debía haber un "núcleo" que
contuviera casi toda la masa y toda la carga positiva del átomo, y que de hecho los
electrones debían determinar el tamaño del átomo. Este modelo planetario había
sido sugerido en 1904 por un japonés, Hantarō Nagaoka, aunque había pasado
desapercibido. Se le objetaba que en ese caso los electrones tendrían que irradiar
girando alrededor del núcleo central y, en consecuencia, caer. Los resultados de
Rutherford demostraron que ese era sin dudar el modelo bueno, puesto que
permitía prever con exactitud la tasa de difusión de las partículas alfa en función
del ángulo de difusión y de un orden de magnitud para las dimensiones del núcleo
atómico. Las últimas objeciones teóricas (sobre la irradiación del electrón) se
desvanecieron con los principios de la teoría cuántica, y la adaptación que hizo
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Niels Bohr del modelo de Rutherford a la teoría de Max Planck, lo que sirvió para
demostrar la estabilidad del átomo de Rutherford.
En 1914 empieza la Primera Guerra Mundial, y Rutherford se concentra en
los métodos acústicos de detección de submarinos. Tras la guerra, ya en 1919,
lleva a cabo su primera transmutación artificial. Después de observar los protones
producidos por el bombardeo de hidrógeno de partículas alfa (al observar el
parpadeo que producen en pantallas cubiertas de sulfuro de zinc), se da cuenta de
que obtiene muchos de esos parpadeos si realiza el mismo experimento con aire y
aún más con nitrógeno puro. Deduce de ello que las partículas alfa, al golpear los
átomos de nitrógeno, han producido un protón, es decir que el núcleo de nitrógeno
ha cambiado de naturaleza y se ha transformado en oxígeno, al absorber la
partícula alfa. Rutherford acababa de producir la primera transmutación artificial de
la historia. Algunos opinan que fue el primer alquimista que consiguió su objetivo.
Premio Nobel de química
Además es conocido como El padre de la física nuclear.
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USOS DE LA QUÍMICA NUCLEAR
Agricultura:
El uso de las técnicas nucleares en la agricultura permite conseguir que sea
sostenible y eficiente, sin causar grandes daños al medio ambiente.
Algunas de las técnicas utilizadas permiten:
· Erradicar plagas de insectos: los insectos macho son expuestos a una
radiación que los esteriliza, luego de esto os insectos son liberados en zonas de
plaga en donde al aparearse con las hembras no se reproducen y desaparecen
por ir dejando descendencia, esta también es conocida como TIE (Técnica de los
insectos estériles). En Chile se ha aplicado principalmente para tratar el control de
la mosca de la fruta y así permitir exportar mayor cantidad de estos alimentos.
· Fitotecnia: es la técnica que se utiliza para desarrollar nuevas variedades
de alimentos que presentan mejor resistencia a enfermedades, mayor calidad y
rendimiento, es decir se utiliza para aumentar el período de conservación de los
alimentos sin que esto tenga efectos secundarios sobre la salud de quiénes los
consumen.
· Optimar el uso de fertilizantes aplicados a los cultivos y el uso del
agua: Estas técnicas constituyen una herramienta esencial en las investigaciones
de fertilidad de suelos, fuentes de fertilizantes, economía en el uso del agua, en un
corto plazo.
Riego: La producción agrícola requiere la presencia de suficiente agua en
el suelo. Las sondas neutrónicas radiométricas se emplean para mejorar los
métodos tradicionales de riego, lo que permite reducir el uso total de agua en un
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40% aproximadamente. En las zonas de secano se han ensayado y puesto en
práctica de inmediato diferentes procedimientos para mejorar la conservación del
agua.
Medicina:
Durante los últimos cincuenta años, los isótopos radiactivos han tenido un
papel importante en la medicina, tanto para el diagnóstico como para la terapia.
Muchos de estos isótopos radioactivos se producen artificialmente para una
aplicación médica específica.
Terapia
Los radioisótopos actúan cuando alcanzan una célula tumoral. La radiación
llega al núcleo de la célula e impide que ésta funcione correctamente. Cuando la
radiación daña células sanguíneas, pueden sobrevenir vómitos, pérdida de cabello
y mayor sensibilidad a las infecciones.
Tratamiento
Se utiliza radiación gamma para destruir las células cancerígenas, pero la
suficiente como para no dañar los tejidos sanos de alrededor.
Detección
Cámara de rayos gamma. Es el aparato principal para la detección. En el
caso de los pulmones, al suministrar material radiactivo al paciente y ser
transportado por la sangre, la cámara permite ver si alguna zona del pulmón no
tiene un riego sanguíneo normal.
El isótopo yodo-131 es fácil de fabricar y es eficaz para tratar tumores del
tiroides, pero emite demasiada radiación beta y gamma para un empleo seguro en
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diagnósticos. Ha sido sustituido por el yodo-123 que no emite la radiación beta
más dañina.
Eliminación de los radioisótopos del cuerpo
El complejo EDTA se introduce en el cuerpo con el fin de sustituir el átomo
metálico de una molécula por otro isótopo radiactivo bloqueando su actividad. Esta
sustancia se elimina por vía renal.
Isótopos
Un organismo vivo mantiene una proporción constante de carbono-14 en
relación con el carbono-12. Se pierde carbono en forma de CO2 o en productos de
deshecho orgánico, pero se gana en la ingestión de alimentos. Las plantas reciben
el carbono de la atmósfera mediante la fotosíntesis. Los animales que se
alimentan de vegetales o de otros animales que los hayan ingerido adquieren
carbono. Cuando un organismo muere deja de consumir carbono de la atmósfera
y el carbono-14 que posee en su cuerpo se va desintegrando según su vida
media. Analizando la vida media y la cantidad inicial y final de carbono que posee
un cuerpo, podemos llegar a determinar la edad de este.
Armas nucleares
Los mecanismos que utilizan las bombas nucleares para la liberación de
energía se basan en la fusión y la fisión de los átomos.
La fisión nuclear es la rotura de un átomo en otros dos de tamaño similar y
el desprendimiento de neutrones que pueden inducir nuevos procesos de fisión.
La fusión nuclear, en cambio, obtiene un núcleo más pesado a partir de
otros dos.
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Los explosivos clásicos generaban energía mediante la combustión de
determinados compuestos químicos.
La primera bomba atómica resultaba devastadora en comparación con los
explosivos anteriores.
Se basaba en la fisión del núcleo de un átomo de plutonio. Durante este
proceso se libera una cantidad desmesurada de energía.
Las bombas de fusión de hidrógeno, en cambio, aprovechan la energía que
se produce en la fusión de los átomos de hidrógeno. Pero para producir la fusión
se necesitan unas temperaturas muy elevadas. La bomba-H utilizaba una bomba
de fisión como detonante emitiendo una cantidad de energía aún mayor.
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NIVEL ATÓMICO
Un núcleo con masa y con uno o más niveles de energía (dependiendo de
la clase de elemento de que se trate), con electrones girando a su alrededor,
constituye a un átomo. El núcleo atómico contiene subpartículas de varios tipos,
pero los de mayor importancia son los Protones, con una carga eléctrica positiva, y
los Neutrones compuestos por subpartículas con cargas negativas y positivas
electromagnéticas que se neutralizan unas a otras. Cada subpartícula (protones y
neutrones) del núcleo cuenta con una masa atómica definida, pero para obtener
un número atómico específico debemos considerar sólo la suma de electrones en
ese átomo.
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CONCLUSIONES
En esta investigación conocimos aspectos muy interesantes como el
uso de la química nuclear: que tiene un gran aporte para la medicina;
también como es utilizada como una importante pero peligrosa fuente de
energía. Sobre todo nos pareció importante e impactante como se utiliza la
química nuclear para el uso de armas bélicas y mortíferas que son
utilizadas para la guerra y la destrucción de la sociedad, poniendo en riesgo
a quienes las usan y a quienes reciben los impactos, esto último nos parece
destacable en forma negativa porque Becquerel por error descubrió la
radioactividad y seguramente no le gustaría saber que su error se utiliza en
contra de los seres humanos como ocurre en las guerras, que en vez de
ayudar sólo destruyen y dejan muertos.
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Webgrafía
Información:
http://espanol.answers.yahoo.com/question/index?qid=20090914124524AAzzY1Q
http://www.xtec.cat/~jbiayna/jjcc/arxiu/treballs03/pdf/61.pdf
http://es.wikipedia.org/wiki/Henri_Becquerel
http://es.wikipedia.org/wiki/Antoine_C%C3%A9sar_Becquerel
http://es.wikipedia.org/wiki/Alexandre-Edmond_Becquerel
http://es.wikipedia.org/wiki/Niels_Bohr#Investigaciones_cient.C3.ADficas
http://es.wikipedia.org/wiki/Ernest_Rutherford
Imágenes:
http://www.google.cl/imgres?
um=1&hl=es&biw=1218&bih=672&tbm=isch&tbnid=laLP_IvRnSJNrM:&imgrefurl=h
ttp://www.redclinica.cl/HospitalClinicoWebNeo/index.asp
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http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/2/24/
Antoine_Becquerel.jpg/220px-Antoine_Becquerel.jpg
http://elproyectomatriz.files.wordpress.com/2010/08/bomba-nuclear.jpg
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http://www.profesorenlinea.cl/imagenbiografias/bohr01.jpg
