Qumica nuclear

CONTENIDOS1-1 El tomo nuclear1-2 tomos, istopos e iones1-3 Estabilidad nuclear. Energa de

enlace nuclear.1-4 Radiactividad y reacciones

nucleares1-5 Los istopos radiactivos y su estado

natural1-6 Velocidad de desintegracin

radiactiva17 Fisin y fusin nuclear

18 Aplicaciones de los radioistopos

Tema1

Eltomonuclear

MayorpartedelamasaConfinadoenunareginmuypequeaTodalacargapositiva.

Ncleo

Nmerodeprotones(Z)

Definelaidentidaddeltomo

Nelectrones=Nprotones

Eltomoesunsistemaelctricamenteneutro

NeutronesPartculasneutrasconmasaprotn

nprotones+nneutrones=nmsico(A)

He24

Z

A

Propiedadesdelastrespartculasfundamentales

quarks:up(+2/3) down (1/3)

neutrn:udd (0)

protn:uud (+1)

Losprotonesylosneutronesestnconstituidosporpartculaselementales

Quarks

ISTOPOS H31H21H11protio, H deuterio, DD2O

tritio, Tradiactivo

Z = n de protones = n atmicoA = n protones + n neutrones = n msico X

A

Z

H-11H+11IONES O2-168

TOMOS H11 O168

COMPORTAMIENTO QUMICO SIMILAR, DISTINTO COMPORTAMIENTO NUCLEAR

C146C136C126

MismoZMismone

MismoZDistintoA

Lasenergasenlosprocesosnuclearessonmuysuperioresalosprocesosqumicosconvencionales

Formacindencleos

Liberacindeenerga

Separacincomponentes

Suministrodeenerga

MasadelncleodeHeMasadecomponentes

Defectodemasa

E=mc2

E =1.49241010J931.5MeV

c =2,9979108 ms1

Sim=1u(1,661024 g)E= 0.0305ux931.5MeV/u= 28.4MeV

Energadeenlacenuclear(EEN)

Energadeenlacenuclear

Energadeenlacepornuclen

EENuclear/ndenucleones

28.4MeV/4=7,1MeVHe4

Ncleospequeos fusin Ncleosmayoresymsestables Exotrmico

Ncleosgrandes fisin Ncleosmenoresymsestables Exotrmico

Teoradelascapasynmeromgicos

Enelprocesodeformacindeunncleolosprotonesyneutronesvanocupandocapasdeenerga.Cuandounacapasecompletaelncleoresultaparticularmenteestable,deformasimilaraloselectronescuandocompletanunacapaelectrnica

Nmerosmgicosparalaestabilidadnuclear

ppar+npar -> 163

pimpar+nimpar -> 4

pimpar+npar -> 50

ppar+nimpar -> 55

Distribucindelosnclidosestablesenlanaturaleza

He42

n = 2p = 2

O168

n = 8p = 8

Ca4220

p = 20

Sr8838

n = 50

Pb20882

p = 82n = 126n = 22

p = 38

NmerodeprotonesZ

N

m

e

r

o

d

e

n

e

u

t

r

o

n

e

s

Emisinbeta

Emisinalfa

Bandadeestabilidad

EmisinpositronesCapturaelectrnica

ParaZ>83todoncleoesinestable

Bandadeestabilidad

ApartirdeZ=20senecesitanmsneutronesenelncleoparapaliarlasfuerzasrepulsivasentrelos

protones.

El20983BieselistopoestabledemayorZyA,

Radiactividadyreaccionesnucleares

Emisinderadiacinporelncleo

XAZ

YA 4Z 2

+ He42

U23892

+Th23490

lentas, ionizantes, poco penetrantes, establesinhalacin, ingestin!

4

2

Partculas NcleosdetomosdeHeespontneamenteproyectadosporelncleodeuntomoradioactivo,generalmenteconaltoA

Enunareaccinnuclear Zpermaneceigual

Apermaneceigual

PartculasPartculasdemasadespreciableycarganegativa.

Electronesnucleares0

1

Cuandounncleoemiteradiacin escomosiunneutrnsetransformaraenunprotn,permaneciendosumasainvariable.SetransformaenunnuevotomoconelmismoAperoconZ+1

n1

0 p1

1 0

1+ N147C

146

+

Partculas+Positrones.Similaresalas peroconcarga+Cuandounncleoemiteradiacin+ escomosiunprotnsetransformaraenunneutrn

n1

0p

1

1 0

+1+ 30

15P 0

+1

30

14Si +

Rpidas,penetrantesypocoionizantes

RadiacinXporcapturadeelectrones

Cuandounncleocapturaunelectrninternoconvirtiendounprotnenunneutrn.OtroelectrnmsexternoocupasulugaryseemiteradiacinX

202

81 Tl+0

1e

202

80Hg +rayosX

RayosY*AZ Y+AZ muypenetrantes,E234

92 U230

90 Th*+ He4

2

230

90 Th*230

90 Th+Notransformaalelementoenotro

diferente

Losistoposradiactivosysuestadonatural

Istoposradiactivos:todosaquellosconZ>83yalgunosotrosms

238U92

234Th90

4He2+2

+

234Th90

234Pa91

01

+

234Pa91

234U92

01

+

Losnclidos hijossonnuevosnclidosProducidosporladesintegracinradiactiva

206Pb82

SeriededesintegracindelU

Velocidaddedesintegracinradiactiva

Lavelocidaddedesintegracindeunmaterialradiactivo,denominadaactividadA,es

directamenteproporcionalalnmerodetomospresentes

A= NA=actividad(tomoss1)

=constantededesintegracin(s1)N=nmerodetomos

Ladesintegracindeunmaterialradiactivosigueunacinticadeprimerorden

ln = - tNtNo

Nt =nmerodetomosatiempot

N0 =nmerodetomosatiempo0

=constantededesintegracin(s1)t=tiempo(s)

e019039

9038 YSr +

t1/2 = 28 aos

Vidamedia(t1/2)

Tiemponecesarioparadesintegrarlamitaddelamuestra.Enunprocesodeorden1

t1/2 = 0,693

lnNt = t+ln N0

l

n

N

t

Ln N0

Fisinnuclear

Procesomedianteelcualunncleopesadosefragmentaenotrosmspequeosdeformaespontneaoalserbombardeadoconpartculas,porejemploneutrones.

Kr9136

142

56Ba

Mo10742I

13453

Am24495 n

10

+ + 3

Espontnea:

Inducida:Kr91

36Ba14256

U23592

n10

+ + 3n10

+

[]*U23692

Reactornucleardeaguapresurizada

Fusinnuclear

Dosncleosligerossefusionanparadarotromspesado,liberandograncantidaddeenerga.

Reaccionessolares

FundamentodelabombaH

Potencialfuentedeenergacasiilimitada

H31+ He42 + n

10H

21

Senecesitantemperaturasde40.000.000Kparainiciarlareaccinyqueseaautosostenible

Plasmaconfinadoenuncampomagntico

Aplicacionesdelosradioistopos

Terapiaantitumoral(rayos ,rayosX)Trazadoresradiactivos32Pennutrientesvegetales 131Itratamientodeproblemasdetiroides 201Tldiagnsticoporimagennuclear

Flujosanguneoenmiocardiosano

Flujosanguneoenmiocardiodeficientementeirrigado

35S32SO32(aq) +H+(aq) H2O(l)+32SO2(g)+35S(s)Estructurasymecanismosdereaccionesqumicas

35S 32S

TratamientoconradiacinEsterilizacindematerialquirrgico Conservacindealimentos,etc.

Qumica ordinaria

Reaccin

Nuclear

Los elementos pueden transformarse en otros

No se forman elementos nuevos

Participan las partculas del ncleo

Participan los electrones, sobre todo los ms externos

Se libera o absorbe

EnergaEs absorbida o liberada: relativamente pequea

Velocidad de reaccin: no depende de factores externos

V de reaccin depende de : T, P, [ ]...

Qumica nuclearNmero de diapositiva 2Nmero de diapositiva 3Nmero de diapositiva 4Nmero de diapositiva 5Nmero de diapositiva 6Nmero de diapositiva 7Nmero de diapositiva 8Nmero de diapositiva 9Nmero de diapositiva 10Nmero de diapositiva 11Nmero de diapositiva 12Nmero de diapositiva 13Nmero de diapositiva 14Nmero de diapositiva 15Nmero de diapositiva 16Nmero de diapositiva 17Nmero de diapositiva 18Nmero de diapositiva 19Nmero de diapositiva 20Nmero de diapositiva 21