Iv medio común _guía radiactividad

Colegio TerraustralIVº MedioDpto. Química.

GUÍA DE QUÍMICA: RADIOACTIVIDAD

EMISIONES RADIACTIVAS

La química nuclear se encarga de estudiar las reacciones que ocurren en el núcleo del átomo. Para que una reacción nuclear se produzca deben participar los protones y neutrones.

Reacciones nucleares versus reacciones químicasCaracterísticas de las reacciones químicas nucleares:

Participan protones, neutrones y otras partículas elementales. Los isótopos se intercombienten entre sí. Liberan o absorben grandes cantidades de energía. Las velocidades de reacción, en general, no son afectadas por cambios de temperatura, presión o

por catalizadores.Características de las reacciones químicas:

Participan solo electrones en la ruptura y formación de enlaces. Los átomos se ordenan por la ruptura y formación de enlaces. Liberan o absorben pequeñas cantidades de energía. Las velocidades de reacción son afectadas por cambios de temperatura, presión o por

catalizadores.

Notación nuclearPara representar los elementos que participan en una reacción nuclear se debe escribir el isótopo que está cambiando o produciéndose. Los isotopos son átomos con el número atómico pero diferente número de masa. Así, se anota el número másico (A) como superíndice y el número atómico (Z) como subíndice, según la expresión general:

Por ejemplo, los isotopos del neón:

Se puede escribir como:

Cuando se indica un isótopo con un número atómico y másico, se le llama núclido.

REACTIVIDAD

En la emisión de partículas y/o radiaciones electromagnéticas que se generan espontáneamente en los núcleos inestables de un elemento radiactivo. Estos núcleos son llamados isótopos radiactivos. Al descomponer la radicación emitida por un isotopo y producirse una desintegración, se producen tres tipos de emisiones diferentes: alfa, beta y gamma


REACCIONES Y ECUACIÓN NUCLEAR

Reacciones NuclearesLas reacciones nucleares se producen por un núcleo inestable, llamado núcleo padre, el cual emite espontáneamente radiaciones para transformarse en núcleo más estable, llamado núcleo hijo. El decaimiento radiactivo se representa mediante la ecuación general:

El núcleo padre se estabiliza emitiendo partículas α, β– ,β+

Desintegración α Núcleos de gran masa (Z≥83). En este caso, el núcleo padre alcanza la estabilidad emitiendo

partículas alfa (42He), transformándose en un núcleo hijo de menor masa, con un Z menor en dos

unidades y un A menor a cuatro unidades. La ecuación nuclear general de desintegración es:

Desintegración β Núcleos con exceso de neutrones. Cuando un núcleo tiene un exceso de neutrones se estabiliza

aumentado la cantidad de protones. Para ello, sustituye neutrones pro protones emitiendo radiación beta negativa (0

-1e). Según esto, el Z del núcleo hijo es una unidad mayor que el del padre y A no cambia.

Núcleos con exceso de protones. Cuando un núcleo tiene un exceso de protones, se estabiliza aumentando los neutrones. Esto lo logra emitiendo (0

+1e), lo que corresponde a un haz radiación beta positiva. En la desintegración de β+, el Z del núcleo hijo es menor en una unidad, pero A no varia. El proceso se puede expresar:


Al escribir una reacción nuclear se debe verificar se está balanceada para ello se debe cumplir que:1. La masa debe ser la misma al inicio y término de la desintegración, por lo que el número total de

protones y neutrones en los reactantes y productos debe ser igual.2. Para conservar el número atómico (Z), el núcleo total de cargas nucleares en los productos y

reactantes debe ser el mismo.Por ejemplo, para escribir la ecuación de desintegración nuclear del torio-234 emisor de partículas β–se debe:Primero, escribir la ecuación que expresa la emisión de la partículas beta negativa, quedando como incógnita el núcleo hijo (Y).

Luego calcular el valor de Z y A del núcleo hijo: Z= 90+1=91 Z=91, es el elemento paladio, A no varia.Finalmente, expresar la ecuación de desintegración:

RADIACTIVIDAD NATURAL

Serie radiactivaLos núcleos radiactivos, es decir, los núcleos inestables que se encuentran fuera de la franja de estabilidad, sufren desintegraciones en etapas sucesivas. A este conjunto de etapas se le llama serie de desintegración radiactiva, que son secuencias de reacciones nucleares que culminan en la formación de un isótopo estable.Serie de desintegración del unranio-238La serie de decaimiento radiactivo del uranio-238 es:

En esta serie, el núcleo padre es el U-238, el cual decae a través de 14 etapas hasta formar el núcleo hijo, Pb-206. Como se puede observar en el gráfico, las flechas en diagonal indican desintegración por emisión de partículas α, y las flechas en horizontal, desintegración por emisión de partículas β--.

CINETICA DE DESINTEGRACION RADIACTIVA

Vida media (t1/2): Este concepto se utiliza para referirse a la velocidad con que ocurren las desintegraciones nucleares y se define como el tiempo que se necesita para que la concentración de un reactivo disminuya a la mitad de su concentración inicial. Por ejemplo, si se dejará una muestra de 226g de radio-226 en una mesa, luego de 1600 años se encontrarán 113g; y, si incluso se dejaran pasar otros 1600 años, se encontrarán 56,5g de la muestra original. Si se grafican los datos de este ejemplo, después de 5 vidas medias se obtiene un gráfico como el siguiente:


Al analizar el decaimiento radiactivo del Ra- 226, se establece que el tiempo de vida media de este es de 1600 años, ya que la muestra siempre decae en la mitad de la muestra original. También se puede concluir que los núcleos radiactivos siempre se desintegran en forma exponencial, esto quiere decir que cada cierto periodo del tiempo cambian por un factor, en este caso ½.

RADIACTIVIDAD ARTIFICIAL

Transmutación NuclearLa transmutación nuclear es el cambio que experimenta un núcleo como resultado del bombardeo con partículas subatómicas como los neutrones. También se conoce como radiactividad inducida, ya que es posible producir radiactividad por medios artificiales.Como se sabe, en el núcleo actúan dos tipos de fuerzas, una que tiende a separa los protones, llamada fuerza de repulsión eléctrica y otra que mantiene unidos a protones y neutrones, la fuerza nuclear. Si se desea romper el núcleo de un átomo, se debe vencer la fuerza nuclear; en cambio, si se desea agregar protones o neutrones a este, se debe vencer la fuerza eléctrica. Ambos procesos son reacciones nucleares, por lo que liberan gran cantidad de energía.

Fisión nuclearProceso en el cual se divide un núcleo para formar núcleos más livianos y uno o más neutrones. Los núcleos formados son más estables y tiene mayor energía de enlace, por lo que se libera gran cantidad de energía. Una de las características más importantes de la fisión nuclear es que producen más neutrones que los capturados al inicio del proceso, por lo que se produce una reacción en cadena, es decir, una secuencia de reacciones nucleares de fisión. Bomba Atómica o Bomba A: se basa en la fisión nuclear, se utiliza como combustible el uranio, plutonio y polonio o la mezcla de ellos.

La Fusión Nuclear: Reacción en la que dos o más núcleos ligeros se fusionan para formar un núcleo más pesado, liberando una enorme cantidad de


energía en este proceso.Un buen ejemplo es la fusión de dos isótopos de hidrógeno pesado (deuterio: H2 y tritio: H3) para formar un núcleo de helio.Las reacciones de fusión liberan enormes cantidades de energía y son, comúnmente, referidas como reacciones termonucleares. El sol, así como el resto de las estrellas son en realidad enormes reactores de fusión. Las estrellas son esencialmente gigantes bolas de gas de hidrógeno bajo tremenda presión, debido a las fuerzas gravitacionales. Las moléculas de hidrógeno son fusionadas en helio y elementos más pesados dentro de las estrellas, soltando energía que recibimos como luz y calor.

Bomba de Hidrógeno o Bomba H: se basa en la fusión del hidrógeno y helio. Para que ocurra la fusión nuclear es necesario someter el combustible a varios millones de grados Celsius. Esto se logra haciendo explotar previamente una bomba atómica, la cual genera la energía necesaria para producir la fusión del hidrógeno o del helio, liberándose una gran cantidad de energía.

Bomba de Neutrones: la bomba de neutrones no genera una gran explosión, se trata de la fusión de átomos que reducen notablemente la onda electromagnética. Se trata de un sistema que libera una gran cantidad de neutrones, que al ser absorbido por los materiales lo inducen a ser radiactivos durante un corto tiempo. Las emisiones radiactivas que hacen estos materiales al absorber los neutrones son altamente dañinos y de manera irreparable para los seres vivos, sin destruir el entorno.

Peligros de la energía nuclear Además de los peligros evidentes, asociados al uso bélico de la energía nuclear, su uso pacífico conlleva algunos peligros que, aunque menores, no pueden ser desconocidos. Un primer riesgo se relaciona con la operación de los reactores nucleares utilizados en la producción de energía eléctrica. Aunque la mayoría cuenta con extremas medidas de seguridad, siempre existe el riesgo que la reacción de fisión se salga de control, produciendo el incendio y explosión del reactor, como ocurrió en Chernobyl, Bielorrusia, el 26 de abril de 1986, tragedia que constituye, sin duda, el mayor y más grave accidente nuclear ocurrido en la historia. Otro riesgo es la emisión a la atmósfera de material radiactivo, como ocurrió en Pensylvania en 1979. Un segundo aspecto de no menor importancia son los riesgos asociados a los procesos de enriquecimiento del uranio para producir el combustible radiactivo y el depósito final de los desechos radioactivos generados por las plantas, los que, generalmente, tienen vidas medias extraordinariamente largas.

DATACIÓN RADIACTIVA

La datación radiactiva se utiliza para determinar la edad de algunos objetos de interés. Algunas técnicas de datación son:

Dotación con carbono radiactivoEl isótopo C-14 se forma pro bombardeo de los rayos cósmicos al nitrógeno atmosférico, según la ecuación:


El C-14 se encuentra en el aire como dióxido de carbono radiactivo. Este gas es incorporado a la cadena trófica pro las plantas, luego los animales se las comen y exhalan C-14 como dióxido de carbono. Cuando el ser vivo muere no intercambia materia ni energía con el entorno, por lo que no se renueva C-14 y su concentración disminuye. Así, el C-14 a través de las sucesivas desintegraciones se transforma en N-14, isótopo estable.

La vida media del C-14 es de 5730 años, por lo que, cuanto menor cantidad exista en un organismo u objeto, mayor será su antigüedad. El mismo cambio que ocurre con el C-14 se observa en el carbón, petróleo y madera del subsuelo y también en las momias.

ACTIVIDADES PROPUESTAS.I.- Selección múltiple

1.- La radiactividad se relaciona con:a) la estabilidad nuclear, que depende de la proporción existente entre protones y neutrones b) la estabilidad nuclear, que depende de la suma de protones más neutronesc) la emisión de electrones radiactivos desde un átomod) la emisión de partículas radiactivas desde un átomo

2.- ¿Cómo decaen los radioisótopos que tienen un exceso de neutrones?a) por emisión de protonesb) por emisión de neutrones c) por emisión de electrones d) por emisión de protones y luego electrones

3.- Indique que tipo de partículas liberan los isótopos que poseen una cantidad de protones mayor que la de neutrones.a) partículas αb) partículas βc) partículas β +d) rayos gamma

4.- ¿Cuál de los siguientes núclidos puede (n) ser radiactivos?a) 8

16 Ob) 6

12 Cc) 94

238 Pud) 50

108 Sn

5.- Un electrón se puede definir como:a) un rayo alfab) un rayo betac) un rayo gammad) una partícula neutra

6.- los compuestos radiactivos son aquellos que al desintegrarse espontáneamente :


a) pueden emitir partículas alfab) emiten neutronesc) capturan partículas betad) capturan electrones

7.- La siguiente transmutación libera una partícula (X) 16

32 S + 01 n → 1

1 H + Xa) 17

32 Clb) 15

32 Pc) 16

33 Sd) 18

33 Ar

8.- En la siguiente reacción nuclear 12

24 Mg + 24 He → 1

1 H + “X”X representa:a) 8

17 Ob)11

23 Nac) 12

24 Mg d) 13

27 Al

9.- Un elemento radiactivo se caracteriza porque:a) está formado por átomos con núcleos establesb) se desintegra en sucesivas etapas emitiendo radiacionesc) se transforma en otros núcleos que son inestablesd) su núcleo tiene un exceso de protones

10.- Para completar la siguiente serie radiactiva: 92U234 → 90Th230 → 88Ra226 → 86Rn222 → 84Po218 se debe escribir sobre las fechas de izquierda a derecha:a) α , α, β- , β-b) α, β- , β-c ) α, α, α, αd) α, β-

11.- Para referirse a la velocidad con que ocurren las desintegraciones nucleares se utiliza el concepto:a) emisiones radiactivasb) energía nuclearc) tiempo de vida mediad) serie radiactiva

12.- La vida media del Co –60 es de 5,3 años ¿Qué cantidad de una muestra de 10 g de cobalto queda después de 21,2 años?a) 1,125 gb) 0,625 gc) 5,3 años d) 8,25 años


13.- ¿Qué opción ordena las emisiones radiactivas α, β y γ según su orden de penetración en un sólido?a) γ > β > αb) α > β > γc) β > γ > αd) β > α > γ

14.- El isótopo de 53 I131 usado en medicina para medir la actividad de la glándula tiroides, tiene una vida media de 8 días, Esto implica que el isótopo decae:a) totalmente en 6 díasb) a la mitad en 4 díasc) a la mitad en 8 díasd) totalmente en 24 días

15.- Después de 6 años, los 16 g de una muestra de un elemento radiactivo quedan reducidos a 2 g. Por lo tanto, su período de semidesintegración (vida media) es:a) 3 añosb) 6 añosc) 4 añosd) 2 años

16.- Si la vida media de un isótopo radiactivo es de una semana ¿Qué fracción de material quedará sin decaer después de tres semanas?a) la mitadb) la tercera partec) la sexta parted) la octava parte

17.- En el decaimiento radiactivo del U -238 ¿Qué elemento resulta tras la emisión de las siguientes partículas α - β- - β- - α a) Th – 230b) U -231c) Pa – 234d) Th – 234

18.- El U -234 alcanza su estabilidad nuclear cuando se transforma en:a) Po – 210b) Pb – 206c) Pb – 210d) Th – 234

19.- La edad de un objeto arqueológico se puede calcular a través de:a) cálculo de su vida mediab) de la desintegración del objeto en cuestiónc) el método del C- 14d) el método del N – 14

20.- La datación radiactiva se usa para:


I, - determinar la edad de objetos de interés arqueológicosII, - determinar la vida media de un elemento radiactivoIII.- determinar el decaimiento radiactivo de un elementoa) Solo I b) solo II c) solo III d) solo I y II

II.- Realiza las siguientes ecuaciones nucleares, indicando en cada caso el núclido formadoen la hoja de respuestas,a.- Neptunio -232 captura un electrónb.- 7

12 N emite un positrónc.- 11

26 Na emite un electrónd.- 3

9 Li emite un neutróne.- 83

212 Bi emite una partícula alfaf.- Radio – 226 emite una partícula alfa

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