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Ecuaciones nucleares. ¿ ? El bombardeo de aluminio-27 por las partículas alfa produce fósforo-30 y una otra partícula. Escribe la ecuación nuclear e identifica.

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1 Ecuaciones nucleares

2 ¿ ? El bombardeo de aluminio-27 por las partículas alfa produce fósforo-30 y una otra partícula. Escribe la ecuación nuclear e identifica la otra partícula. Al 27 13 Él 4 2 + P 30 15 n 1 0 + Se puede producir el plutonio-239 por bombardear el uranio-238 con las partículas alfa. Cuántos neutrones serán producidos como subproducto de cada reacción. Escribe la ecuación nuclear para esta reacción. U 238 92 Él 4 2 + PU 239 94 n 1 0 + 4

3 Fisión FISIÓN

4 Isótopos inestables Kelter, Carr, Scott, química un mundo de las opciones 1999, página 439 núcleo emocionado núcleo estable Energía Partículas + y o Radiación

5 Núcleo inestable Zumdahl, Zumdahl, DeCoste, mundo de la química 2002, página 620

6 U-235 fisionable

7 Proceso de la fisión Zumdahl, Zumdahl, DeCoste, mundo de la química 2002, página 620

8 Proceso de la fisión Zumdahl, Zumdahl, DeCoste, mundo de la química 2002, página 620 Neutrón Núcleo Dos neutrones de la fisión

9 Etapas de la fisión Kelter, Carr, Scott, química un mundo de las opciones 1999, página 454 Primera fase: 1 fisión segunda fase: 2 fisiones tercera etapa : 4 fisiones

10 Centrales nucleares

11 mapa: Instituto de la energía nuclear

12 Fuentes de energía en los Estados Unidos Zumdahl, Zumdahl, DeCoste, mundo de la química 2002, página 307 MaderaCarbónPetróleo/gas naturalHidráulico y nuclear 1850 100 80 60 40 20 0 por ciento 9 91 1900 21 71 5 3 1940 10 50 40 el an o 80 20 70 10 1990 26 58 16 2005 50 21 26

13 Fuentes de energía en los Estados Unidos Fuente: La administración de la información de la energía de los E.E.U.U. (producción eléctrica 2005) Reanudable (biomasa, geotérmica, solar, viento) Carbón Petróleo Hidroeléctrico 1850 100 80 60 40 20 0 por ciento 9 91 2005 50 7 3 gas natural Nuclear 19 3

14 Centrales eléctricas estatales con carbón Leyenda Central eléctrica existente Central eléctrica propuesta Ciudad

15 Centrales Nucleares Estatales

16 Central eléctrica del carbón © de los derechos reservados Pearson 2007 Benjamin Cummings. Todos los derechos reservados.

17 Central nuclear Zumdahl, Zumdahl, DeCoste, mundo de la química 2002, página 621

18 Núcleo del reactor Zumdahl, Zumdahl, DeCoste, mundo de la química 2002, página 622 refrigerante caliente Palancas de mando de sustancia de absorción de neutrón Uranio en cilindros de combustible refrigerante entrante

19 © de los derechos reservados Pearson 2006 Benjamin Cummings. Todos los derechos reservados. Producción de calor Producción de electricidad Central nuclear

20 No tenemos miedo del rayo alfa. ¡ Una hoja de papel lo mantendrá ausente! Un rayo beta necesita mucho más cuidado, Coloque las hojas del metal aquí y allí. Y en cuanto al rayo gama de gran alcance (Tenga mucho cuidado a lo que decimos) A menos que usted desee pasar semanas en cama ¡ Escóndase de las losas gruesas de plomo! los neutrones rápidos pasan a través de todo. Las losas de la cera se quitan su picadura repugnante. Éstos los retrasan, e incluso un imbécil Sabe que pueden ser absorbidos por el boro. Recuerde, recuerde todo lo que hemos dicho, Porque no es ningún uso que recuerde cuando esté muerto. Canto de los trabajadores radiactivos

21 Dentro de una central nuclear.

22 Eliminación de residuos nucleares Zumdahl, Zumdahl, DeCoste, mundo de la química 2002, página 626 depósitos a la superficie formación de roca huésped capa de la roca Interbed Aquifier capa de la roca Interbed Roca de fondo Río Eje Depósito paquete de residuo Forma de residuo

23 Vida Media

24 20 g 10 g 5 g 2.5 g Después de 1 vida media Comienzo Después de 2 vidas medias después de 3 vidas medias Vida Media Dorin, Demmin, Gabel, química el estudio de la 3ro edición de la materia, página 757

25 magnesio 1.00 0.875 magnesios 0.500 magnesios 0.250 magnesios 0.125 magnesios 8.02 días 0.00 días 16.04 días24.06 días Vida Media Dorin, Demmin, Gabel, química el estudio de la 3ro edición de la materia, página 757 131 53 I 131 53 I 0.500 magnesios 0.750 magnesios emisiones 89.9% 7.3% 131 53 I 131 54 Xe 131 54 Xe* 131 54 Xe I 131 53 Xe 131 54 0 + +

26 0 1 2 3 4 Número de vidas medias Radioisótopo restante (%) 100 50 25 12.5 Vida Media de la Radiación Cantidad inicial del radioisótopo t el 1/2 Después de 1 vida mediaDespués de 2 vidas medias Después de 3 vidas medias

27 Diagrama de la vida media Timberlake, química 7 th Edición, página 104 Cantidad de yodo-131 (g) 20 15 10 5 0 40 48 56 08 1 vida media 16 2 vidas medias 24 3 vidas medias 32 4 vidas medias etc… Tiempo (días) La vida media de yodo-131 es 8 días

28 Vida Media de isótopos Isótopo vida media radiación emitida Vida media y radiación de algunos radioisótopos naturales carbono-14 5.73 x 10 3 años Potasio-40 1.25 x 10 9 años Torio-234 24.1 días Radón-2223.8 días Radio-2261.6 x 10 3 años Torio-230 7.54 x 10 4 años Uranio-235 7.0 x 10 8 años Uranio-2384.46 x 10 9 años

29 Vida media (t ½ ) –El tiempo necesario para que la mitad de los átomos de un núclido radiactivo decaigan. –Vida media más corta = menos estable. 1/21/2 1/41/4 1/81/8 1 / 16

30 Vida Media (t ½ ) –El tiempo necesario para que la mitad de los átomos de un núclido radiactivo decaigan. –Vida media más corta = menos estable. 1/1 el 1/2 1/4 1/8 1/16 0 Cociente de los átomos restantes Potassium-40 a los átomos originales Potassium-40 0 1 período 1.3 2 períodos 2.6 3 períodos 3.9 4 períodos 5.2 Tiempo (mil millones de años ) Recién formado roca Potasio Argón Calcio

31 Copyright el © Pearson Education, Inc., publicando como Benjamin Cummings

32 ¿ Cuánto queda? una vida media Después de una vida media – 1/2 de los átomos originales qudean. dosvidas medias Después de dos vidas medias, ½ x ½ = 1/(22) = de los átomos originales quedan. tres vidas medias Después de tres vidas medias, ½ del ½ x del ½ x = 1 (2 3 ) = de los átomos originales qudean. cuatro vida media Después cuatro vida media, ½ x ½ x ½ x ½ = 1/(24) = de los átomos originales qudean. cinco vidas medias Después cinco vidas medias, ½ x ½ x ½ x ½ x ½ = 1/(25) = de los átomos originales qudean. seis vidas medias Después seis vidas medias, ½ x ½ x ½ x ½ x ½ x ½ = 1/(26) = de los átomos originales qudean. 1 4 1 8 1 16 1 32 1 64 1 vida media2 vidas medias 3 vidas medias 1 2 1 4 1 8 1 16 1 32 1 64 1 128 Acumulación de isótopos hija 4 vidas medias5 vidas medias 6 vidas medias 7 vidas medias isótopos sobrevivientes padre Principio

33 FUENTE: Colaboración para la educación PERRY/Unión-Tribuna MATES del NDT 1. Un pequeño pedazo de fósil se quema adentro de un horno especial. 2. Quemar crea el gas de dióxido de carbon abarcado de isótopos de carbono-12 e isótopos de carbono-14. 3. Como el carbóno- 14 decae en Nitrógeno-14, emite un electrón. 4. Un contador de radiación anota el número de los electrones emitidos. Isótopo Estable C-12 Nitrógeno Electrón Decaimiento Del Isótopo C-14 Nota: no es escala correct.

34 El núclido de yodo-131 tiene una vida media de 8 días. Si originalmente tienes una la muestra de 625-g, ¿ después de 2 meses tendrás aproximadamente cuánto? a.40 g b.20 g c.10 g d.5 g e.menos de 1 g 625 g 312 g 156 g 78 g 39 g 20 g 10 g 5 g 2.5 g g 1.25 0 d 8 d 16 d 24 d 32 d 40 d 48 d 56 d 64 d 72 d 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Tabla de los datos: Decaimiento de vida media Cantidad Tiempo # de vidas medias Asume 30 días = 1 mes 60 días 8 días = 7.5 vidas medias N = N o ( 1 / 2 ) n N = cantidad restante N o = cantidad original n = # de vidas medias N = (625 g) ( 1 / 2 ) 7.5 N = 3.45 g

35 ln 2 Dado que la vida media del carbono-14 es 5730 años, considera una muestra de madera fosilizada que, cuando está viva, habría contenido 24 g de carbono-14. Ahora contiene 1.5 g del carbono-14. ¿Cuánto tiempo tiene la muestra? 24 g 12 g 6 g 3 g 1.5 g 0 a 5.730 a 11.460 a 17.190 a 22.920 a 0 1 2 3 4 Tabla de los datos: Decaimiento de la vida media Cantidad Tiempo # de vidas medias ln = - k t N NoNo t el 1/2 = 0.693 k 5730 y = 0.693 k k = 1.209 x 10 -4 ln = - (1.209x10 -4 ) t 1.5 g 24 g t = 22.933 años

36 Cálculos de práctica de la vida media La vida media del carbono-14 es 5730 años. ¿Si una muestra contuvo originalmente 3.36 g de C-14, cuánto está presente después de 22.920 años? Oro-191 tiene una vida media de 12.4 horas. Después de un día y 13.2 horas, 10.6g de oro-19 queda en una muestra. ¿Cuánto oro- 191 estaba presente originalmente en la muestra? Hay 3.29 g de yodo-126 que quedan en una muestra que contuvo originalmente 26.3 g de yodo-126. La vida media de yodo-126 es 13 días. ¿Cuánto tiempo tiene la muestra? Una muestra que contuvo originalmente 2.5 g de rubidio-87 ahora contiene 1.25g. La vida media de rubidio-87 es 6 x 10 10 años. ¿Cuánto tiempo tiene la muestra? ¿ Es posible? ¿Por qué sí o por qué no? Demostración: Intenta cortar una cuerda por la mitad siete veces (si comienza la longitud de tu brazo). 0.21 g C-14 84.8 g Au-191 39 días de viejo 6 x 10 10 años (60.000.000.000 mil millones de años ) ¿Cuántos años tiene la Tierra???

37 22.920 años La vida media del carbono-14 es 5730 años. Si una muestra contuvo originalmente 3.36 g de C-14, ¿cuánto está presente después de 22.920 años? 3.36 g g 1.68 0.84 g 0.42 g 0.21 g 0 a 5.730 a 11.460 a 17.190 a 22.920 a 0 1 2 3 4 Tabla de los datos: Decaimiento dla vida media Cantidad Tiempo # de vidas medias t el 1/2 = 5730 años n = 5.730 años n = 4 vidas medias (4 vidas medias) (5730 años) = edad de la muestra (# de las vidas medias) (vida media) = edad de la muestra 22.920 años

38 Vida Media Hoja de trabajo de la vida media

39 Serie de decaimiento

40 Decaimiento radiactivo de uranio U-238 206 210 214 218 222 226 230 234 238 Número de masa 818283848586878889909192 Número atómico Th-230 Th-234 Ra-226 Rn-222 Po-218 Pb-206 Pb-214 Pb-210 Pa-234 Bi-214 Po-214 Bi-210 Po-210 U-234 4.5 x 10 9 a 24 d 1.2 m 2.5 x 10 5 a 8.0 x 10 4 a y 1600 3.8 d 3.0 m 27 m 160 5.0 d 138 d estable

41 Estabilidad Nuclear El decaimiento ocurrirá tal como un núcleo vuelve a la banda (línea) de estabilidad. Protones (z) 10 20 30 40 50 60 70 80 90 140 130 120 110 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 Neutrones (n)

42 © de los derechos reservados Pearson 2007 Benjamin Cummings. Todos los derechos reservados.

43 Banda de Estabilidad Número de neutrones 160 150 140 130 120 110 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 Núclidos estables Núclidos radiactivos naturales Otros núclidos conocidos Número de protones 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 n = p

44 decaimiento 140 130 120 110 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 20 30 4050 60 70 80 90 Protones (z) Neutrones (n) 184 74 W 107 47 AG 56 26 FE 20 10 Ne 209 83 BI emisión de positrón y/o captura de electrón

45 decaimiento 140 130 120 110 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 20 30 4050 60 70 80 90 Protones (z) Neutrones (n) 184 74 W 107 47 AG 56 26 FE 20 10 Ne 209 83 BI emisión de positrón y/o captura de electrón Estabilidad Nuclear El decaimiento ocurrirá tal como un núcleo vuelve a la banda (línea) de estabilidad.

46

47 Vidas medias de algunos isótopos del carbón núclido Vida media Carbono-9 0.127 s Carbono-1019.3 s Carbono-11 10.3 m Carbono-12 Estable Carbono-13 Estable Carbono-14 5715 a Carbono-15 2.45 s Carbono-16 0.75 s

48 Ampliación de parte de la banda de la estabilidad alrededor del neón traslada a la banda de estabilidad por decaimiento beta. Umland y Bellama, química general 2 nd Edición, página 773 traslada a la banda de estabilidad por la emisión de positrón. La captura de electrón también se movería en la banda de la estabilidad.

49 Efectos de emisiones radiactivas en el protón y los neutrones Número de protones Pérdida de Pérdida de o captura de electrón Pérdida de

50 Decaimiento nuclear 223 88 4 2 219 86 Rn Ra+ 2+ H 14 7 4 2 17 8 1 1 O N+ + 2+ 87 37 0 87 38 Senior Rb+ n 1 0 + 2 1 2 1 4 2 Él H H+ 14 6 0 17 7 N C+ 3 1 2 1 4 2 Él H H+ Gamma beta alfa positrón protón neutrón 4 2 2+ 0 n 1 0 H 1 1 1+ 0 +1 0 0 absorción, bombardeo vs. la producción, emisión

51 Unidades usadas en la medida de la radiactividad Curie Curie (c) Becquerel Becquerel (Bq) Roentgens Roentgens (r) Rad Rad (rad) Rem Rem (rem) decaimiento radiactivo exposición a la radiación ionizante absorción de energía causada por la radiación ionizante efecto biológico de la dosis absorbida en seres humanos Unidades Medidas

52 Efectos de la dosis instantánea de la radiación de Cuerpo-Total en la gente Dosis, SV (rem) efecto >10 (1000) Muerte dentro de 24 h de la destrucción del sistema neurológico. 7.5 (750) Muerte dentro de 4 a 30 d de la hemorragia gastrointestinal. 1.5 - 7.5 (150 - 750) Cuidado intensivo de hospital requerido para sobrevivir. Al extremo más alto de la gama, la muerte a través de la infección como resultado de la destrucción de los órganos que forman glóbulos blancos ocurre generalmente 4 a 8 semanas después del accidente. Los que sobreviven este período se recuperan generalmente. < 0.5 (50)Únido efecto probado es la disminución de la cuenta de glóbulos blancos. Alexander Litvinenko

53 La intensidad de la radiación es proporcional a 1 / d 2, en lo cual d es la distancia de la fuente.

54 Emisión alfa, beta, positrón Ejemplos de los procesos del decaimiento nuclear emisión (alfa) emisión (beta) emisión (positrón) Aunque la emisión beta implique electrones, esos electrones vienen del núcleo. Dentro del núcleo, un neutrón decae en un protón y un electrón. El electrón se emite, dejando un protón para substituir por el neutrón, así transformando el elemento. (También se produce y se emite un neutrino en el proceso.) Herron, Frank, Sarquis, Sarquis, Schrader, Kulka, química, brezo que publica, 1996, página 275

55 Reacciones nucleares Primer reconocimiento de una transmutación natural de un elemento (Rutherford y Soddy, 1902) Primera transmutación artificial de un elemento (Rutherford, 1919) Descubrimiento del neutrón (Chadwick, 1932) Descubrimiento de la fisión nuclear (Otto Hahn y Fritz Strassman, 1939) ¿?¿? ¿?¿? Bailar, química, página 361

56 Preparación de elementos transuránicos 93 neptunio NP 1940 PU 1940 del plutonio 94 95 americio 1944 96 curio cm 1945 97 berkelio Bk 1949 98 Cf 1950 del californio Número Atómico NombreSímbolo Año Descubiert o Reacción Rafael A. quema, los fundamentales de la química 1999, página 553

57 Preparación de elementos transuránicos 93 neptunio NP 1940 PU 1940 del plutonio 94 95 americio 1944 96 curio cm 1945 97 berkelio Bk 1949 98 Cf 1950 del californio Número Atómico NombreSímbolo Año Descubiert o Reacción Rafael A. quema, los fundamentales de la química 1999, página 553

58 Elementos transuránicos adicionales 99 einsteinio Es 1952 100 fermio Fm 1952 Md 1955 del mendelevio 101 102 nobelio NOTA 1958 103 Lawrencium LR 1961 104 Rutherfordium Rf 1964 DB 1970 de 105 Dubnium Sg 1974 de 106 Seaborgium 107 Bohrium BH 1981 108 Hassium Hs 1984 109 Meitnerium Mt 1988 110 Darmstadtium Ds 1994 111 Unununium Uun 1994 112 Ununbium Uub 1996 114 Uuq 1999 (Rusia) 116 2002 (Rusia) 118 2006


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