UNIDAD I: FENÓMENOS NUCLEARES Y SUS

APLICACIONESCAPÍTULO: REGLAS DE ESTABILIDAD NUCLEAR

Colegio Andrés Bello Chiguayante

Jorge Pacheco R.Profesor de Biología y Química

REGLAS DE ESTABILIDAD NUCLEAR

APRENDIZAJES ESPERADOS:• Distinguen emisiones radiactivas y sus propiedades.• Identifican los factores determinantes de la

estabilidad nuclear.

REGLAS DE ESTABILIDAD

NUCLEAR

REGLAS DE ESTABILIDAD NUCLEAR• No existen reglas precisas que permitan predecir si un

núcleo particular es radiactivo o no y el modo en que se desintegraría.

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

1. Todo núcleo con más de 84 protones ( Zat >84) es inestable.

238 U92Ejemplo: • Todos sus isótopos

son inestables y radiactivos.

REGLAS DE ESTABILIDAD NUCLEAR2. Núcleos de isótopos con un total de 2, 8, 20, 50, 82, 126

protones o neutrones, son generalmente más estables que sus vecinos de la Tabla Periódica.

• Estos Números son llamados los Números Mágicos de los núcleos y su hallazgo más bien se debe a los resultados experimentales.

Z Isótopos Estables18 319 220 2021 No hay

REGLAS DE ESTABILIDAD NUCLEAR3. Núcleos con número par de protones y neutrones son

más estables que los asociados con impares.

• Esta afirmación proviene de contabilizar la abundancia isotópica en la Tabla Periódica que da como resultado los siguientes valores:

Isótopos Estables Protones Neutrones157 par par52 par impar50 impar par5 impar impar

REGLAS DE ESTABILIDAD NUCLEAR4. La estabilidad de un núcleo puede correlacionarse

perfectamente con la cantidad de protones y neutrones, según la razón n/p en cada átomo.

• Esta observación experimental proviene del hecho que los átomos no poseen una relación 1:1 para n/p+ sino que varía desde:

• n/p+ = 1 para los elementos livianos (desde Z: 110)  hasta n/p+ = 1,52 para valores de Z alrededor de 83.

BANDA DE ESTABILIDAD NUCLEAR• En la región a la

izquierda de esta Franja de Estabilidad se ubican todos los núcleos con exceso de neutrones. Para ingresar a la zona estable deben disminuir los neutrones y aumentar los protones.

• Los elementos que se ubican a la derecha de la Franja de Estabilidad, tienen un exceso de protones de los que se deben deshacer emitiendo positrones,

SERIE RADIACTIVA• Algunos núcleos como U-238 no logran

ingresar a la Franja de Estabilidad por una sola emisión, sino después de una serie de emisiones sucesivas.

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

238 U ThPaUThRaRnPoPbBiPo 206 Pb92 82

SERIE RADIACTIVA

SERIE RADIACTIVA

ACTIVIDAD• Indica los tipos de isótopos que se producen en cada

una de las emisiones, si el siguiente elemento emite sucesivamente partículas , y .

231 X

91

4 2

227 X

89227 X

89

4 2

223 X

87223 X

87

0 -1

223 X

88

+ + +

PREGUNTAS

• ¿En qué consiste la radiactividad?Respuesta:• La radiactividad es un proceso en el que se libera

gran cantidad de energía debido a la desintegración de núcleos de átomos inestables.

PREGUNTAS

• La radioactividad es la emisión espontánea, por parte de núcleos inestables, de partículas o de radiación electromagnética, o de ambas.

• ¿Qué son los elementos radiactivos?

Respuesta:• Elementos que poseen la propiedad de

emitir espontáneamente partículas o rayos por desintegración del núcleo atómico. Ejemplo son el torio, el polonio, y el radio.

PREGUNTAS

• ¿En qué consiste el decaimiento exponencial?

Respuesta:• Modelo matemático (función exponencial)

de utilidad para predecir fenómenos de decaimiento o disminución como es el radiactivo.

PREGUNTAS

• ¿Cuál es la diferencia entre 0e-1 y 0-1?

Respuesta:• La diferencia fundamental entre un

electrón con respecto a la partícula beta es el origen nuclear. No se trata de un electrón ordinario expulsado de un orbital atómico.

PREGUNTAS

• ¿Qué es la vida media?

Respuesta:• Es el tiempo necesario para que se

desintegren la mitad de los núcleos presentes en una muestra de un isótopo radiactivo.

• La vida media permite caracterizar a un isótopo debido que siempre es la misma.

PREGUNTAS

• Determinación aproximada de la vida media del isótopo radiactivo según datos de tabla.

REVISIÓN

Días Actividad del Isótopo

0,22,24,05,06,08,011,012,015,018,026,033,039,045,0

35,025,022,117,916,813,712,410,37,54,94,02,41,41,1

6 días

7 días

6 días

15 días6 días

VIDA MEDIA• Si se deja una muestra de 226 g de radio-226 en una

mesa, luego de 1600 años se encontrarán 113 g; y, si incluso se dejaran pasar otros 1600 años, se encontrarán 56,5 g de la muestra original.

• Al analizar el decaimiento radiactivo del Ra-226, se establece que el tiempo de vida media es de 1600 años, ya que la muestra siempre decae en la mitad de la muestra original.

Tiempo Masa Fracción de la muestra original

Inicial 226 11600 113 1/23200 56,5 1/44800 28,25 1/8

VIDA MEDIA• Para determinar el tiempo de vida media se debe

determinar la velocidad de desintegración radiactiva.

ln N = ─ktNo

N Número de núcleos radiactivos final.

No Número de núcleos inicial.

k Constante de velocidad.

t Tiempo.

t ½ = 0,693k

EJEMPLO• La vida media del radiosiótopo Co-60, es de 5,2 años. Si

en un hospital se tienen 1000 g de este radioisótopo, ¿qué masa del isótopo quedará después de 15 años?

ln N = ─ k tNo

t ½ = 0,693k

k = 0,6935,2 años

k = 0,13 años -1 ln N = ─ 0,13 años -1x 15 años1000 g

/eln N = ─ 1,951000 g

N = e ─ 1,95

1000 g

N = 1000 g x 0,142 N = 142,23 g

EJERCICIOS1. La vida media del radiosiótopo Hierro-59, es de 45,1 días. Si se

tienen 5 g de Hierro-59, ¿qué masa del isótopo quedará activa después de 30 días?

2. 10 g de muestra radiactiva se reducen a 1,25 g en 18 años ¿cuál sería la vida media del isótopo?

3. En 1932, el inglés Chadwick bombardeó 4Be2 con partículas ,

apareciendo una nueva partícula que confirmaba la existencia del neutrón. Escriba la notación nuclear.

4. La edad de un sarcófago de madera egipcia se puede determinar mediante datación radiocarbónica. El núclido C-14 se genera en la tierra por acción de neutrones sobre el N-14 y es absorbido por los seres vivos. Cuando llega la muerte, la actividad de ese isótopo decae con el tiempo. Escriba la reacción nuclear que genera el C-14. Escribe su desintegración sabiendo que es emisor de partícula .

Muchas Gracias

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Jorge Pacheco R.Profesor de Biología y Química