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FENÓMENOS NUCLEARES I
HABILIDADES
• Reconocimiento.
• Comprensión.
• Aplicación.
CONTENIDOS
• Energía nuclear
• Isóbaros, isótopos e isótonos.
• Características de las partículas
radioactivas.
• Masa atómica promedio.
• Reacciones nucleares.
OBJETIVOS
•
•
•
•
Definir Concepto energía nuclear
Conocer las partículas radioactivas.
Conocer el concepto de isótopos.
Conocer y aplicar el concepto de masa
atómica promedio.
• Conocer y aplicar reacciones nucleares.
Tipos de energía
RENOVABLES
NO RENOVABLES
A. Hidráulica
G. Carbón
B. Biomasa
H. Petróleo
C. Mareomotriz
I. Gas Natural
D. Solar
J. Nuclear
E. Eólica
F. Geotérmica
• Albert Einstein, descubrió su famosa fórmula
E= mC2, donde E es la energía liberada, m la
diferencia de masa o incremento y C es la
velocidad de la luz. Significa que la masa se
puede transformar en energía y al revés,
cuando en un proceso se pierde masa esta se
transforma en energía.
Radiactividad
El fenómeno de la radiactividad esta estrechamente
relacionado con el problema de la constitución de la
materia, y en especial con la del núcleo atómico.
Henri Becquerel investigando con cuerpos
fluorescentes halló una nueva propiedad de la materia a la
que posteriormente Marie Curie llamó Radiactividad. Se
descubre que ciertos elementos tenían la propiedad de
emitir radiaciones semejantes a los rayos x en forma
espontanea.
La radiactividad es un fenómeno que se origina
exclusivamente en el núcleo de los átomos radiactivos (hoy
se conocen más de 40 elementos radiactivos naturales)
• En 1903 recibieron el premio Nobel de física
junto con Becquerel por el descubrimiento de
la radiactividad natural.
• En 1934, los esposos Frederic e Irene Joliot,Curie obtuvieron el primer isótopo radiactivo
artificial cuando bombardearon Al con
partículas alfa y lo transformaron en fósforo
radiactivo.
• En 1939, Hahn y Strassman, descubrieron la
fisión nuclear al bombardear átomos de uranio
con neutrones,
• y en 1942, Enrico Fermi, logró la primera
reacción en cadena en el primer reactor
atómico.
REACCIONES QUIMICAS
REACCIONES NUCLEARES
Los átomos se reordenan por la ruptura
y formación de enlaces
Los elementos o los isótopos de un elemento
generan otro elemento al cambiar la
constitución del núcleo del átomo.
En la ruptura y formación de enlaces
solo participan los electrones
En las reacciones pueden participar protones,
neutrones, electrones y otras partículas
elementales
Las reacciones van acompañadas por la Las reacciones van acompañadas por la
liberación o absorción de cantidades
absorción o liberación de enormes cantidades
relativamente pequeñas de energía.
de energía.
7
1
4
3Li + 1H ===>2 2He + 23000000 Kcal
CH4 + 2 O2 → CO2 + 2 H2O + 200 kcal
La temperatura, presión y concentración Las velocidades de reacción generalmente no
de los reactantes y catalizadores son
se ven afectadas por la temperatura, la
factores que determinan la velocidad de presión o los catalizadores.
una reacción.
Radiaciones
Radiaciones ionizantes: radiaciones
con energía necesaria para arrancar
electrones de los átomos creando iones
positivos o negativos. Son radiaciones
ionizantes los rayos X, las radiaciones alfa,
gamma y la emisión de neutrones.
Radiaciones no ionizantes: son aquellas que
no son capaces de producir iones al
interactuar con los átomos de un material.
Estas pueden clasificarse en campos
electromagnéticos y radiaciones ópticas.
¿Qué son los Rayos X?
• Tipo de radiación secundaria que se origina dentro
de un tubo de descarga cuando se hacen incidir los
rayos catódicos sobre un obstáculo resistente
distinto del ánodo (anticátodo).
Rayos X
• Estos rayos se propagan en línea recta,
atraviesan diversos espesores de cuerpos
opacos, impresionan una placa fotográfica y
pueden ionizar los gases. Como toda
radiación electromagnética, los campos
eléctricos y magnéticos no tienen acción
sobre ellos. No se reflejan ni se refractan y
sólo son difractados por las redes
tridimensionales de los cuerpos cristalinos.
¿Qué entiende por
fluorescencia?
• Propiedad que tienen ciertas sustancias de
emitir luz cuando son excitadas por rayos X,
luz ultravioleta, luz solar, etc.
Isótopos
 Átomos cuyos núcleos tienen el
mismo número de protones (Z) y
diferente número de neutrones (distinto
A).
16
17
18
8O
8O
8O
Z
8
8
8
n
8
9
10
A
16
17
18
Isóbaros
 Átomos cuyos núcleos tienen el
mismo número másico (A) y diferente
número atómico (Z) y de neutrones.
40
Ar
18
40
K
19
40
Ca
20
Z
18
19
20
n
22
21
20
A
40
40
40
Isótonos
 Átomos cuyos núcleos tienen el
mismo número de neutrones, pero
distinto número atómico (Z) y másico
(A).
78
79
80
33As
34Se
35Br
Z
33
34
35
n
45
45
45
A
78
79
80
Masa atómica promedio
 Es la suma de los productos de las masas
atómicas de los isótopos, multiplicadas por
los
porcentajes
de
abundancias
correspondientes.
 Se expresa en U.M.A.
Masa
Masa
atómica =
Masa
+ Isótopo 2 x % Abundancia
Isótopo 1 x % Abundancia
100 %
Masa atómica
Banda de estabilidad
Emisores α
140
Emisores β–
130
Número de neutrones, N
120
N=Z
110
Banda o valle de
estabilidad nuclear
100
90
80
70
Captura electrónica
y emisores β+
60
50
40
30
20
10
0
0
5
10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 105 110
Número de protones, Z
banda de estabilidad.
cierto número de protones o neutrones
producen núcleos que son particularmente
estables, a los que se denomina números
mágicos (2, 8, 20, 25, 50, 82 y 126). Esto
último es análogo a lo que se observa en los
átomos con respecto a las configuraciones
electrónicas muy estables de los gases nobles
(2, 10, 18, 36, 54…).
N(t) = N0 · e – λ ·
t
N(t)
Si el tiempo transcurrido es el doble del periodo de
semidesintegración la población se habrá reducido
a la cuarta parte.
Si el tiempo transcurrido es el triple del periodo de
semidesintegración la población se habrá reducido
a la octava parte.
N0
Si el tiempo transcurrido es cuatro veces el periodo de semidesintegración la población se habrá
reducido a la decimosexta parte.
N0
2
N0
4
N0
8
N0
16
T½
2 · T½
3 · T½
4 · T½
t
Series radiactivas naturales
Se conocen tres series radiactivas naturales: serie del torio, serie del
uranio y serie del actinio. Todas ellas acaban en un núcleo estable de
plomo.
Existe una cuarta serie radiactiva conocida como serie del neptunio.
La cabeza de esta serie está formada por núclidos muy radiactivos por
lo que ya se han desintegrado desde la formación de la Tierra. No
obstante la serie se ha podido obtener de forma artificial.
238U
234Th
234Pa
234U
230Th
226Ra
222Rn
218Po
Número de protones, Z
+α
238U
234Th
234Th
+β
234U + β
230Th + α
226Ra + α
234Pa
234U
230Th
226Ra
222Rn
Hg 80
Tl 81
Pb 82
Bi 83
Po 84
At 85
Rn 86
Fr 87
Ra 88
Ac 89
Th 90
Pa 91
U 92
Np 93
Pu 94
Número de neutrones, N
147
146
145
144
143
142
141
140
139
138
137
136
135
134
133
132
131
130
129
128
127
126
125
124
123
234Pa
+α
218Po + α
222Rn
130
214Po
210Tl
129
128
210Pb
210Bi
127
210Po
126
206Tl
125
206Pb
124
123
Hg 80
Tl 81
Pb 82
Bi 83
Po 84
At 85
Rn 86
Fr 87
Ra 88
Ac 89
Th 90
Pa 91
U 92
Np 93
Pu 94
Número de neutrones, N
147
238U
146
145
234Th
144
234U
143
234Pa
142
141
230Th
140
139
226Ra
138
137
222Rn
136
135
218Po
134
218At
133 214Pb
218Rn
132
131 214Bi
Número de protones, Z
218Po
218Po
214Pb
218At
218At
214Bi
218Rn
214Bi
210Tl
214Po
210Pb
210Bi
210Bi
206Tl
210Po
+α
218At + β
214Bi + β
214Bi + α
218Rn + β
214Po + β
214Po + α
210Tl + α
210Pb + β
210Pb + α
210Bi + β
206Tl + α
210Po + β
206Pb + β
206Pb + α
214Pb
Propiedades de las partículas
subatómicas
Partícula símbolo Masa g
Protón
Neutrón
electrón
Masa
UMA
Carga
Cb
Unidad
es de
carga
eléctric
a
1,602 x
+1
10 - 19
1 p
1
1,673 x
10 -24
1,0073
1
0n
1,675 x
10 - 24
1,0087
0
0
0e
9,109 x
10 - 24
5,4858
x 10 - 4
1,602 x
10 - 19
-1
-1
Emisiones radioactivas
 Son
aquellas
que
se
emiten
espontáneamente al desintegrarse un
núcleo
atómico
inestable,
para
transformarse en otros núcleos más
estables.
 Partícula alfa.
 Partícula beta.
 Rayos gama.
Emisión alfa
También denominada rayos alfa o
partículas
alfa
corresponden
a
partículas positivas iguales al núcleo
de un átomo del elemento helio, pero
con carga +2.
α=
4
2
He 2
 Presenta el menor poder
penetración en los cuerpos.
de
 Presenta el mayor poder ionizante
sobre el aire.
Partículas α
El núcleo emite una partícula α. Las partículas α son núcleos de helio.
A
Z
X
A–4
Z–2
4
2+
Y + 2 He
+
El núcleo original pierde dos protones y dos neutrones por lo que el
número másico se reduce en cuatro unidades.
Emisión alfa
 1a Ley de la radioactividad: Cuando
un núcleo emite una partícula α, su
número atómico disminuye en dos
unidades y su número másico disminuye
en cuatro unidades.
U    Th
235
92
Átomo padre
4
2
231
90
Átomo hijo
Emisión beta
 Son electrones emitidos, en altísima
velocidad, fuera de un núcleo inestable.
 Presentan carga negativa (-1) y su masa
es ínfima. Velocidad cercana a la luz.
 Presenta mayor poder de penetración en
los cuerpos que la partícula alfa.
 Penetran hasta 1 cm de madera.
 Presenta menor poder ionizante sobre el
aire respecto de la partícula alfa.
Emisión beta
 2a Ley de la radioactividad: Cuando
un núcleo emite una partícula β, su
número atómico aumenta en una unidad
y su número másico no se altera.
210
83
Bi   
Átomo padre
0
1
210
84
Po
Átomo Hijo
Desintegración β El núcleo emite un electrón también conocido como partícula β–. Un
neutrón se convierte en un protón, un electrón y un antineutrino
(antipartícula del neutrino).
1
0
n
1
1
0
p + –1 e + ν
+
+
Desintegración
β–
Tanto el electrón como el antineutrino son expulsados del átomo
mientras que el protón permanece en el núcleo por lo que el número
atómico aumenta en una unidad.
1
0
A
Z
n
X
1
1
0
p + –1 e + ν
A
Z+1
0
Y + –1 β + ν
Desintegración
β–
El número másico no cambia. El neutrón perdido se compensa con el
nuevo protón.
+
+
A
Z
X
A
Z+1
0
Y + –1 β + ν
Desintegración
β+
El núcleo emite un positrón, β+, (antipartícula del electrón). Un protón
se convierte en un neutrón, un positrón y un neutrino.
1
1
p
1
0
0
n + 1e + ν
+
+
Emisión gama
 No
son
partículas,
son
ondas
electromagnéticas semejantes a la luz con
longitud de onda entre 0,01 a 0,001 A.
 No poseen masa ni carga eléctrica, por
lo que no alteran la masa ni el número
atómico al ser emitidas.
 No se acostumbra escribir la emisión
gama en las ecuaciones nucleares.
 No sufren desviación al atravesar un
campo eléctrico o magnético.
Emisión gama
 Presenta el mayor poder de
penetración en los cuerpos que las
partículas alfa y beta.
 Penetran hasta 20 cm de acero y 5
cm de plomo.
 Altamente mutagénicos.
 Presenta menor poder de ionización
que las partículas alfa y beta.
Emisión
γ
A
Z
*
X
A
Z
0
X + 0γ
+
Emisiones radioactivas
Resumen
partícula símbolo
Masa
relativa
Grado de
Capacidad
penetración para ionizar
carga
α
4
2
He
4
1
10.000
+
ß
0
ß
5,5x10-4
100
100
-
γ
hxv
0
100.000
1
0
-1
Reacciones nucleares
 Responden
a
la
ley
de
conservación de masa y energía.
 La masa y el número atómico de
un átomo padre deben ser
equivalentes a la suma de masa y
cargas de las partículas emitidas y
del (los) átomo (s) hijo (s).
Reacciones nucleares
214
82
Pb   X
0
1
Átomo padre
214 = 0 + A
82 = -1 + Z
Z
A
Átomo hijo
A = 214
Z = 83
Usted aprendió
• Acerca de las partículas
radioactivas.
• El concepto de isótopos.
• El concepto y la aplicación de
de masa atómica promedio.
• Acerca de las reacciones
nucleares y su aplicación.
PROXIMA CLASE
• FENOMENOS NUCLEARES II