Ecuaciones nucleares.

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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. a 27 Al 4 Él 30 P 1 n + + 13 2 15 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. 238 U 4 Él 239 PU 4 ¿? 1 n + + 92 2 94

3 Fisión Imagen: FISIÓN

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

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

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

10 Centrales nucleares

11 Centrales nucleares mapa: Instituto de la energía nuclear

12 Fuentes de energía en los Estados Unidos
100 80 60 40 20 91 1900 21 71 5 3 el an o 80 20 70 10 1990 26 58 16 1940 10 50 40 por ciento 2005 50 21 26 9 Fuente: La administración de la información de la energía de los E.E.U.U. (producción eléctrica 2005) 49.9% Carbón   3.1% Reanudable (biomasa, geotérmico, solar, viento)   6.6% Hidroeléctrico   2.5% Petróleo 18.8% Gas natural 19.3% Nuclear 1850 Madera Carbón Petróleo/gas natural Hidráulico y nuclear Zumdahl, Zumdahl, DeCoste, mundo de la química 2002, página 307

13 Fuentes de energía en los Estados Unidos
100 80 60 40 20 91 50 por ciento 19 19 9 7 3 3 Fuente: La administración de la información de la energía de los E.E.U.U. (producción eléctrica 2005) 49.9% Carbón   3.1% Reanudable (biomasa, geotérmico, solar, viento)   6.6% Hidroeléctrico   2.5% Petróleo 18.8% Gas natural 19.3% Nuclear 1850 2005 Carbón Petróleo Nuclear Hidroeléctrico gas natural Reanudable (biomasa, geotérmica, solar, viento) Fuente: La administración de la información de la energía de los E.E.U.U. (producción eléctrica 2005)

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

15 Centrales Nucleares Estatales
Illinois es en gran medida el estado más nuclear de los Estados Unidos. Una serie de introducciones originales nos hemos plagado y los mosts… en diciembre de 1942, bajo soportes del campo de Stagg en la Universidad de Chicago, Enrique Fermi y Leo Szilard iniciaron la primera reacción en cadena atómica en historia. Así comenzó la edad atómica. El reactor, pila una (CP-1) de Chicago, rechristened el CP-2 y fue movido más adelante al parque próximo de Palos como parte del proyecto de Manhattan. Un segundo reactor, el CP-3, también fue construido allí. Después de la guerra, la basura de y las piezas de ambos reactores fueron enterradas allí; el área del dumpsite ahora es parte del coto del bosque de las colinas de Palos. Aquí están los cuadros de CP-1 y de CP-3.Illinois estaba también a casa al primer reactor de energía comercial, unidad 1 en la central eléctrica de Dresden de Edison de la Commonwealth. Los problemas subsecuentes forzaron la parada permanente de esta unidad, así también haciéndole uno de los primeros reactores de energía comerciales para cerrarse prematuramente. Dos reactores grandes en Zion, IL del PWR de ComEd también tuvieron que cerrarse prematuramente. Son los segundos y terceros (sobre 1000 megavatios) reactores de energía grandes a cerrarse prematuramente.También tenemos el primer y solamente la facilidad del almacenamiento comercial para el desperdicio de alto nivel, la operación de GE Morris.Además de las 3 plantas que se cerraron prematuramente, Illinois tiene actual once armas nucleares de funcionamiento - lejos más que cualquier otro estado.  La central nuclear de Dresden es uno de los tres primeros sitios a solicitar una extensión de la licencia que dejaría la planta funcionar durante mucho más tiempo que su diseño original pensó. ¡(Incidentemente, el NRC ha acordado dar el dinero del pagador de impuestos de ComEd para que libre financie este proceso de uso! NEIS no está satisfecho con esta vuelta de acontecimientos.) Usted puede transferir un mapa de Illinois nuclear aquí. ¿Cuáles son tan los sitios y las instalaciones que hacen esta “Illinois nuclear”? Reactores del funcionamiento: Braidwood I, de sur del sur de Braidwood II - 20 millas al oeste de Joliet, IL Byron I, de sudoeste de Byron II - 17 millas de Rockford, IL Clinton I - 6 millas al este de Clinton, IL Dresden II, Dresden III - 9 millas al este de Morris, IL LaSalle I, de sureste de LaSalle II - 11 millas de Ottawa, IL Ciudades del patio I, ciudades del patio II - 20 millas de noreste de Moline, IL Reactores cerrados: Dresden I Zion I y Zion II Reactor de investigación del TRIGA de la Universidad de Illinois Nuevo reactor previsto: Clinton II Sitios de la producción del combustible nuclear: La fábrica de productos químicos de la especialidad de Honeywell en la metrópoli, IL convierte el dióxido de uranio en la planta gaseosa de la difusión de Paducah del hexafluorudo de uranio - en Paducah Kentucky, apenas a través del río de Ohio de Illinois. 10 mil millones galones (que es mil millones con un “B”!) del agua subterránea contaminada Instalaciones de investigación que trabajan con los materiales radioactivos: Laboratorios nacionales de Argonne (Argonne, cerca de Darrien, de Woodridge y de Lemont - todos los suburbios de Chicago) Fermilab (Batavia) Descargas inútiles nucleares:: La operación de GE Morris - almacenaje para el desperdicio radioactivo de alto nivel Descarga de los desechos radioactivos en Sheffield, Illinois - cerrada en 1978 cuando alcanzó capacidad, desarrolló los escapes y fue abandonada más adelante por su operador (ecología de los E.E.U.U.). Basuras del proyecto de Manhattan enterradas en el coto del bosque de Palos. ¡Una descarga inútil nuclear público accesible - quizás la única en el mundo! Combustible gastado en los reactores de Illinois Rutas de transporte inútiles a la montaña de la yuca, nanovoltio (si y cuando se abre): I-80, I-70, I-24, I-57, e I-54 Ferrocarril meridional de Norfolk; Ferrocarril pacífico meridional; CSX Railroad; Atchison, el Topeka y Santa Fe Railroad (ATSF), Chicago y el ferrocarril del noroeste (CNW), Conrail, y el ferrocarril occidental del tronco magnífico (GTW) Sitios contaminados: Exelon finalmente se ha forzado para admitir el posioning del abastecimiento de agua cerca de la central nuclear de Braidwood, con tritio radiactivo y otros contaminantes. Dos sitios de Kerr-McGee en Chicago del oeste (cala de Kress y una depuradora de aguas residuales) son contaminados por los restos del proceso del torio. Lugares numerosos de la contaminación del radio en Ottawa, IL (conocido una vez orgulloso como “ciudad del radio”.) Probablemente de la fabricación del reloj en el Radium Dial Company (RDC) y procesos luminosos incorporó (LPI). Los sitios contaminados supuesto ahora limpiaron todo: Tizones del torio de Kerr-McGee en Chicago del oeste (parque de la Caña-Keppler, y los hogares construidos encendido sobre tizones radiactivos del torio). Laboratorios nacionales de Argonne - dirigirse una vez a los reactores numerosos (Jano, CP-5, EBWR, argonauta (CP-11), monstruo destructor, etc.). Una lista de sitios radiactivos en Illinois se puede encontrar en el asunto uno

16 Central eléctrica del carbón
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17 Central nuclear Cuando una masa crítica de un isótopo fisible se ha alcanzado, el flujo resultante de neutrones puede llevar a una reacción independiente económicamente; una variedad de técnicas se pueden utilizar para controlar el flujo de neutrones, que permite que las reacciones de la fisión nuclear sean mantenidas en los niveles seguros Muchos niveles de control se requieren, junto con un diseño a prueba de averías; si no, la reacción en cadena puede acelerar tan rápido que lanza bastante calor para derretir o para vaporizar el combustible y el envase, haciendo el lanzamiento de bastante radiación contaminar los alrededores Si el flujo del neutrón en un reactor se regula cuidadosamente para solamente lanzar bastante calor para hervir el agua, después el vapor resultante se puede utilizar para producir electricidad Reactores de agua ligera Utilizado para producir electricidad Las barras de combustible que contienen un isótopo fisible en una forma estructural estabilizada (pelotillas de uranio del óxido encajonadas en una aleación resistente a la corrosión del circonio) se suspenden en un baño de enfriamiento que transfiera el calor generado por la reacción de la fisión a un sistema de enfriamiento secundario El calor se utiliza para generar el vapor para la producción de electricidad Las palancas de mando se utilizan para absorber los neutrones y para controlar el índice de la reacción en cadena nuclear La tracción de las palancas de mando hacia fuera aumenta el flujo del neutrón, permitiendo que el reactor genere más calor; la inserción de las barras para totalmente la reacción Reactores de agua pesada Deuterio (2H) absorbe los neutrones menos con eficacia que el hidrógeno (1H), pero él es alrededor dos veces tan eficaces en la dispersión de los neutrones Un reactor nuclear que utiliza D2O en vez de H2O como el asesor es tan eficiente que puede utilizar el uranio unenriched como combustible, que reduce los gastos de explotación y elimina la necesidad de las plantas que producen el uranio enriquecido Reactores generadores Un reactor de la fisión nuclear que produce un combustible más fisionable que él consume; el combustible producido no es igual que el combustible consumió La reacción total es la conversión de nonfissile 238U a fisible 239PU, que se puede aislar químicamente y utilizar para aprovisionar de combustible un nuevo reactor Zumdahl, Zumdahl, DeCoste, mundo de la química 2002, página 621

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

19 Central nuclear Producción de calor Producción de electricidad
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20 Canto de los trabajadores radiactivos
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.

21 Dentro de una central nuclear.

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

23 Vida Media

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

25 Vida Media g I Xe b- 53 54 magnesio 1.00 0.875 magnesios
emisiones b emisiones g 89.9% 7.3% 131   53 I   54 Xe Xe* Vida Media magnesio 1.00 0.875 magnesios 0.500 magnesios 0.750 magnesios 131   54 Xe 131   53 0.500 magnesios I 131   53 I 0.250 magnesios 0.125 magnesios 8.02 días 16.04 días 24.06 días 0.00 días I 131 53 Xe 54 b- -1 + g Dorin, Demmin, Gabel, química el estudio de la 3ro edición de la materia, página 757

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

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

28 Vida Media de isótopos Vida media y radiación de algunos radioisótopos naturales Isótopo vida media radiación emitida carbono-14 5.73 x 103 años b Potasio-40 1.25 x 109 años g del, del b Radón-222 3.8 días a Radio-226 1.6 x 103 años g del, del a Torio-230 7.54 x 104 años g del, del a Torio-234 24.1 días g del, del b Uranio-235 7.0 x 108 años g del, del a Uranio-238 4.46 x 109 años a

29 a los átomos originales de Potasio-40 Tiempo (mil millones de años)
Vida media (t½) El tiempo necesario para que la mitad de los átomos de un núclido radiactivo decaigan. Vida media más corta = menos estable. 1/2 1/4 1/8 1/16 1/1 el 1/2 1/4 1/8 1/16 Cociente de los átomos restantes de Potasio-40 a los átomos originales de Potasio-40 1 vida media 1.3 2 vidas medias 2.6 3 vidas medias 3.9 4 vidas medias 5.2 Tiempo (mil millones de años) roca recién formada Potasio Argón Calcio

30 a los átomos originales Potassium-40 Tiempo (mil millones de años)
Vida Media (t½) El tiempo necesario para que la mitad de los átomos de un núclido radiactivo decaigan. Vida media más corta = menos estable. 1/1 Recién formado roca Potasio Argón Calcio Cociente de los átomos restantes Potassium-40 a los átomos originales Potassium-40 el 1/2 1/4 1/8 1/16 1 período 1.3 2 períodos 2.6 3 períodos 3.9 4 períodos 5.2 Tiempo (mil millones de años)

31 Copyright el © Pearson Education, Inc
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32 ¿Cuánto queda? Después de una vida media – 1/2 de los átomos originales qudean. Después de dos vidas medias , ½ x ½ = 1/(22) = de los átomos originales quedan. 1 4 Después de tres vidas medias , ½ del ½ x del ½ x = 1 (23) = de los átomos originales qudean. 1 8 Después cuatro vida media , ½ x ½ x ½ x ½ = 1/(24) = de los átomos originales qudean. 1 16 Después cinco vidas medias , ½ x ½ x ½ x ½ x ½ = 1/(25) = de los átomos originales qudean. 1 32 Después seis vidas medias, ½ x ½ x ½ x ½ x ½ x ½ = 1/(26) = de los átomos originales qudean. 1 64 Acumulación de isótopos “hija” 1 2 1 4 isótopos sobrevivientes “padre” 1 8 1 16 1 32 1 64 1 128 Principio 1 vida media 2 vidas medias 3 vidas medias 4 vidas medias 5 vidas medias 6 vidas medias 7 vidas medias

33 dióxido de carbon abarcado de isótopos de carbono-12
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. Isótopo Estable C-12 Nitrógeno Decaimiento Del Isótopo C-14 3. Como el carbóno-    14 decae en     Nitrógeno-14,     emite un electrón. Electrón Todos los organismos absorben, utilizan y acumulan el carbón del elemento durante vida. Hay varios tipos o isótopos, dependiendo del número de neutrones en el átomo de carbón. Es la diferencia en el comportamiento de estos isótopos que permite que los investigadores estimen edad. Mientras que son vivos, los organismos acumulan carbon-12 y los isótopos del carbono-14 en un cociente constante de cerca de 12 isótopos trillón C-12 a cada isótopo C-14. Carbon-12 es un isótopo estable. No cambia ni decae. Un fósil o un pedazo de pergamino contiene tanto C-12 como el dinosaurio o la cabra vivo original. En cambio, C-14 es radiactivo. Está siempre en un proceso del decaimiento, con un período de años. Eso significa que después de años, sólo seguirá habiendo la mitad del C-14 original en una muestra orgánica, el resto que decae en otro elemento, específicamente nitrogen-14. Midiendo el cociente de C-12 a los átomos restantes C-14 en una muestra y comparándolo al índice sabido del decaimiento C-14, los investigadores pueden estimar la edad de casi cualquier objeto orgánico. 4. Un contador de radiación anota     el número de los electrones emitidos. Nota: no es escala correct. FUENTE: Colaboración para la educación PERRY/Unión-Tribuna MATES del NDT

34 El núclido de yodo-131 tiene una vida media de 8 días
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? 40 g 20 g 10 g 5 g menos de 1 g Tabla de los datos: Decaimiento de vida media Cantidad Tiempo # de vidas medias  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 N = No(1/2)n N = cantidad restante No = cantidad original n = # de vidas medias N = (625 g) (1/2)7.5 Asume 30 días = 1 mes N = 3.45 g 60 días = 7.5 vidas medias 8 días

35 N ln = - k t No 0.693 ln 2 tel 1/2 = k 0.693 k 1.5 g k = 1.209 x 10-4
     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? Tabla de los datos: Decaimiento de la vida media ln = - k t N No Cantidad Tiempo # de vidas medias  24 g  12 g    6 g    3 g  1.5 g           0 a    a   a   a   a  0  1  2  3  4 0.693 ln 2 tel 1/2  =  k 0.693 La madera aterrorizada es un tipo de fósil: existe de la madera fósil donde todos los materiales orgánicos se han substituido por los minerales (lo más a menudo posible un silicato, tal como cuarzo), mientras que conserva la estructura original de la madera. 5730 y =  k ln = - (1.209x10-4) t 1.5 g 24 g k = x 10-4 t = 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 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 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 1010 años. ¿Cuánto tiempo tiene la muestra? ¿ Es posible? ¿Por qué sí o por qué no? 0.21 g C-14 84.8 g Au-191 39 días de viejo 6 x 1010 años ( mil millones de años ) ¿Cuántos años tiene la Tierra??? Demostración: Intenta cortar una cuerda por la mitad siete veces (si comienza la longitud de tu brazo).

37 3.36 g de C-14, ¿cuánto está presente después de 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 años? Tabla de los datos: Decaimiento dla vida media tel 1/2  = 5730 años Cantidad Tiempo # de vidas medias  3.36 g  g 1.68  0.84 g  0.42 g  0.21 g           0 a    a   a   a   a  0  1  2  3  4 años n =  5.730 años n = 4 vidas medias Los científicos australianos han encontrado una nueva especie de seres humanos hobbit-clasificados que vivieron hace aproximadamente años encendido una isla indonesia. El descubrimiento agrega otro pedazo al rompecabezas complejo de la evolución humana.El esqueleto parcial del floresiensis del homo, encontrado en una cueva en la isla de Flores, está de una hembra adulta que era un metro alto, tenía un cerebro chimpancé-clasificado y era substancialmente diferente de seres humanos modernos.Compartió la isla aislada a al este de Java con los elefantes y los dragones de Komodo miniatura.Los hominins caminaron verticalmente y se desarrollaron en su tamaño enano debido a condiciones ambientales y coexistieron probablemente con los seres humanos modernos en la región para los millares de años. (# de las vidas medias) (vida media) = edad de la muestra (4 vidas medias) (5730 años) = edad de la muestra años

38 Vida Media Hoja de trabajo de la vida media

39 Serie de decaimiento

40 Decaimiento radiactivo de uranio
238 4.5 x 109 a 24 d 1.2 m 2.5 x 105 a 8.0 x 104 a y 1600 3.8 d 3.0 m 27 m 160 ms 5.0 d 138 d estable U-238 Th-234 a 234 Pa-234 b U-234 b Th-230 a 230 Ra-226 a 226 Rn-222 a Número de masa 222 Po-218 a 218 Pb-214 a Imposible para cualquie núclido con Z > 85 al decaimiento a un núclido de hija estable en un solo paso, excepto vía la fisión nuclear  • Isótopos radiactivos con Z > generalmente decaimiento 85 a un núcleo de la hija que es radiactivo, que alternadamente decae a un segundo núcleo radiactivo de la hija, y así sucesivamente, hasta resultados estables de un núcleo finalmente • Esta serie de reacciones secuenciales de la alfa y del beta-decaimiento se llama una serie de decaimiento radiactivo Algunos núcleos transforman espontáneo en núcleos con un diverso número de protones, produciendo un diverso elemento que estos isótopos radiactivos naturales decaen emitiendo partículas subatómicas deben ser posibles realizar la reacción reversa, convirtiendo un núcleo estable a otro núcleo más masivo bombardeándolo con las partículas subatómicas en una reacción de la transmutación nuclear Po-214 b 214 Bi-214 b Pb-210 a Bi-210 b Po-210 b 210 Pb-206 a 206 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 Número atómico

41 140 130 120 110 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 Estabilidad Nuclear El decaimiento ocurrirá tal como un núcleo vuelve a la banda (línea) de estabilidad. Neutrones (n) Pues el número de protones en el núcleo aumenta, el número de neutrones necesitó para los aumentos estables de un núcleo más rápido; demasiados protones (o demasiados pocos neutrones) en el resultado del núcleo en un desequilibrio entre las fuerzas, que lleva a la inestabilidad nuclear La relación entre los números de protones y los neutrones en núcleos estables se demuestra en la figura siguiente     Los isótopos estables forman una “península de la estabilidad” en un “mar de la inestabilidad” Solamente tres isótopos estables, 1H, 3Él, y 4Él, tiene un cociente del neutrón-a-protón inferior o igual 1; el resto de los núcleos estables tienen un cociente más alto del neutrón-a-protón, que aumenta constantemente a cerca de 1.5 para los núcleos más pesados Todos los elementos con Z > 83 son inestables y radiactivos   Más que la mitad de los núcleos estables tienen números pares de neutrones y de protones; solamente 6 de los 279 núcleos estables no tienen números impares de ambos • Ciertos números de neutrones o de protones dan lugar especialmente a núcleos estables; éstos son los números mágicos supuestos 2, 8, 20, 50, 82, y 126 • Los núcleos con números mágicos de ambos protones y neutrones reputan “doble magia” y son aún más estables Además de la “península de la estabilidad,” la figura precedente demuestra una pequeña “isla de la estabilidad” que existe en la esquina correcta superior • La isla corresponde a los elementos pesadísimos, con números atómicos cerca del número mágico de 126, y puede ser bastante estable existir en naturaleza Protones (z)

42 Todos los elementos con Z > 83 son inestables y radiactivos
Pues el número de protones en el núcleo aumenta, el número de neutrones necesitó para los aumentos estables de un núcleo más rápido; demasiados protones (o demasiados pocos neutrones) en el resultado del núcleo en un desequilibrio entre las fuerzas, que lleva a la inestabilidad nuclear La relación entre los números de protones y los neutrones en núcleos estables se demuestra en la figura siguiente     Los isótopos estables forman una “península de la estabilidad” en un “mar de la inestabilidad” Solamente tres isótopos estables, 1H, 3Él, y 4Él, tiene un cociente del neutrón-a-protón inferior o igual 1; el resto de los núcleos estables tienen un cociente más alto del neutrón-a-protón, que aumenta constantemente a cerca de 1.5 para los núcleos más pesados Todos los elementos con Z > 83 son inestables y radiactivos   Más que la mitad de los núcleos estables tienen números pares de neutrones y de protones; solamente 6 de los 279 núcleos estables no tienen números impares de ambos • Ciertos números de neutrones o de protones dan lugar especialmente a núcleos estables; éstos son los números mágicos supuestos 2, 8, 20, 50, 82, y 126 • Los núcleos con números mágicos de ambos protones y neutrones reputan “doble magia” y son aún más estables Además de la “península de la estabilidad,” la figura precedente demuestra una pequeña “isla de la estabilidad” que existe en la esquina correcta superior • La isla corresponde a los elementos pesadísimos, con números atómicos cerca del número mágico de 126, y puede ser bastante estable existir en naturaleza © de los derechos reservados Pearson 2007 Benjamin Cummings. Todos los derechos reservados.

43 Banda de Estabilidad n = p 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0
160 150 140 130 120 110 100   90   80   70   60   50   40   30   20   10     0 Banda de Estabilidad n = p Número de neutrones La venda de casillas negras, que demuestra los núclidos estables, se conoce como la venda de la estabilidad. Cuanto más futuro un núclido es generalmente de la venda de la estabilidad, más corto es el período del núclido. No se sabe ningunos isótopos estables para los elementos con los números atómicos más alto de 83 (bismuto).  Núclidos estables Núclidos radiactivos naturales Otros núclidos conocidos Número de protones

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

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

46

47 Vidas medias de algunos isótopos del carbón
núclido Vida media Carbono s Carbono s Carbono m Carbono Estable Carbono Estable Carbono a Carbono s Carbono s Los isótopos del oxígeno se pueden representar de ninguno de estos maneras: A X:             16O               17O              18O Z AX:              16O               17O             18O       Elemento-UNo: Oxygen-16 Oxygen-17 Oxygen-18 • Los isótopos de elementos naturales en la tierra están presentes en proporciones casi fijas con cada proporción que constituye la abundancia natural de un isótopo cualquier núcleo que sea inestable y decaiga repute espontáneo radiactivo, emitiendo partículas subatómicas y la radiación electromágnetica • Las emisiones se llaman radiactividad y pueden colectivamente ser medidas • Los isótopos que emiten la radiación se llaman los radioisótopos• La tarifa en la cual el decaimiento radiactivo ocurre es característica del isótopo y se divulga como período (t½), la cantidad de tiempo requirió para la mitad del número inicial de núcleos presentes para decaer en una reacción de primer orden  

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

49 Efectos de emisiones radiactivas en el protón y los neutrones
Pérdida de Pérdida de Número de protones Química: La ciencia central, octava edición de Brown, LeMay, cuadro 21.3 T-193 de Bursten Dos clases generales de reacciones nucleares    1. Reacción del decaimiento nuclear (o decaimiento radiactivo) Un núcleo inestable emite la radiación y se transforma en el núcleo de uno o más otros elementos                      Los núcleos resultantes de la hija tienen una masa más baja y son más bajos en la energía (más estable) que el núcleo del padre que decayó Ocurrir espontáneo bajo todas las condiciones     2. Reacción de la transmutación nuclear Un núcleo reacciona con una partícula subatómica u otro núcleo para formar un núcleo del producto que sea más masivo que la materia prima Ocurrir espontáneo solamente bajo condiciones especiales que cada uno de las tres clases generales de núcleos radiactivos es caracterizada por un diverso proceso del decaimiento o sistema de procesos núcleos Neutrón-ricos Tener demasiados neutrones y tener un cociente del neutrón-a-protón que sea demasiado alto dar un núcleo estable Estos núcleos decaen por un proceso que convierta un neutrón a un protón, de tal modo disminuyendo el cociente del neutrón-a-protón núcleos Neutrón-pobres Tener demasiados pocos neutrones y tener un cociente del neutrón-a-protón que sea demasiado bajo dar un núcleo estable Estos núcleos decaen por los procesos que convierten un protón a un neutrón, de tal modo aumentando el cociente del neutrón-a-protón 3. Núcleos pesados Los núcleos pesados (con el  200 de A) son intrínseco inestables, sin importar el cociente del neutrón-a-protón Todos los núcleos con Z > 83 son inestables Decaer emitiendo una partícula del , que disminuye el número de protones y de neutrones en el núcleo original por 2 Puesto que el cociente del neutrón-a-protón en una partícula del  es 1, el beneficio neto de la emisión alfa es un aumento en el cociente del neutrón-a-protón Pérdida de o captura de electrón Número de protones

50 Decaimiento nuclear “absorción”, “bombardeo” vs. la “producción”, “emisión” 223 4 a 2+ 219 2 Ra + Rn H 3 4 + H Él + 1 n 88 2 86 1 1 2 4 2+ a 14 17 1 + N O + H 2 H + 2 H 4 Él 2 7 8 1 1 1 2 87 b 87 Rb + Senior 14 17 37 -1 38 C b + N 6 -1 7 Puede utilizar el número y el tipo de nucleones presentes para escribir una ecuación equilibrada para una reacción del decaimiento nuclear El procedimiento permite que predigamos la identidad del padre o del núcleo de la hija si la identidad de solamente una se sabe Sin importar el modo de decaimiento, el número total de nucleones se conserva en todas las reacciones nucleares, al igual que la carga positiva total • Para describir las reacciones del decaimiento nuclear, ANotación X para                                                                           los núclidos se han extendido para incluir emisiones radiactivas La tabla siguiente enumera el nombre y el símbolo para cada tipo de radiación emitida El exponente izquierdo en el símbolo para una partícula da el número total, que es el número total de protones y de neutrones    Para un protón o un neutrón, A = 1 Porque ni un electrón ni un positrón contiene los protones o los neutrones, su número total es 0 El subíndice izquierdo da la carga de la partícula Los protones llevan una carga positiva, tan Z = +1 para un protón Un neutrón no contiene ningún protón y es eléctricamente el neutral, tan Z = 0 Para un electrón, un Z = - 1, y para un positrón, Z = +1 Porque los rayos del  son fotones de gran energía, A y Z son 0 En algunos casos, dos diversos símbolos se utilizan para las partículas que son idénticas pero se producen en maneras diferentes Símbolo 0e, simplificada a e- representa un electrón libre o un electrón asociado a un átomo Símbolo 0, simplificado al - denota un electrón que origine dentro del núcleo, que es una partícula de  4Él refiere al núcleo de un átomo del helio, y 4 es una partícula idéntica expulsada de un núcleo más pesado Hay seis clases fundamental diversas de reacciones del decaimiento nuclear, que lanza una diversa clase de partícula o la energía (véase la tabla) Gamma beta alfa positrón      protón neutrón 4 a 2+ b b g 2 -1 +1 1 1 n H 1+ 1

51 Unidades usadas en la medida de la radiactividad
Unidades Medidas Curie (c) decaimiento radiactivo Becquerel (Bq) decaimiento radiactivo Roentgens (r) exposición a la radiación ionizante     1. radiación del  Reacciona fuerte con la materia debido a su altas carga y masa No penetra profundamente en un objeto y puede ser parado por el vestir o la piel Partículas alfa más perjudiciales si su fuente está dentro del cuerpo porque su energía es absorbida por los tejidos internos     2. radiación del  los rayos del , sin carga y ninguna masa, no obran recíprocamente fuerte con la materia y no penetran profundamente en la mayoría de los objetos, incluyendo el cuerpo humano Plomo o necesario concreto para parar totalmente rayos del  El tipo más peligroso cuando vienen de una fuente fuera del cuerpo     3. radiación del  El intermedio en masa y carga entre las partículas del  y el  irradia, así que la interacción con la materia es intermedia Las partículas beta penetran el papel o la piel pero se pueden parar por la madera o una hoja fina del metal Hay muchas maneras de medir la exposición de radiación, o la dosis El (r) de Roentgen se utiliza para medir la cantidad de energía absorbente por el aire seco y se utiliza para describir la exposición cuantitativo El daño a los tejidos biológicos es proporcional a la cantidad de energía absorbente por los tejidos, no aire La unidad más común para medir los efectos de la radiación en tejido biológico es el rad (dosis absorbente de la radiación); La unidad del SI es el gris (Gy) El Rad se define como la cantidad de radiación que haga 0.01 J de la energía ser absorbida por 1 kilogramo de la materia, y el gris se define como la cantidad de radiación que haga 1 J de la energía ser absorbida por kilogramo        1 rad = J/kg 1 GY = 1J/kg La cantidad de daño de tejido causada por 1 rad de partículas del  es mucho mayor que el daño causado por 1 rad de partículas del  o de rayos del  porque las partículas del  tienen masas más altas y cargan Una unidad llamada el rem (roentgen equivalente en hombre) describe la cantidad real de daño de tejido causada por una cantidad dada de radiación El número de rems de radiación es igual al número de rads multiplicados por el factor de RBE (eficacia biológica relativa), que es 1 para las partículas del , los rayos de , y las radiografías, y 20 para las partículas del  La mayoría de las medidas se divulgan en millirems Rad (rad) absorción de energía causada por la radiación ionizante Rem (rem) efecto biológico de la dosis absorbida en seres humanos

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. Alexander Litvinenko 7.5 (750) Muerte dentro de 4 a 30 d de la hemorragia gastrointestinal. ( ) 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. Los efectos de la radiación de ionización dependen de cuatro factores El tipo de radiación, que dictados hasta dónde puede penetrar en materia La energía de las partículas o de los fotones individuales El número de partículas o fotones que pegan un área dada por tiempo de unidad La naturaleza química de la sustancia expuesta a la radiación Las capacidades relativas de las varias formas de radiación de ionización de penetrar tejidos son: La dosis de la radiación de ionización es la cantidad de radiación de ionización absorbente por una masa de unidad de la materia. La dosis se mide en grises o los rads.  El gris, GY, es la unidad del SI de dosis de radiación y se define como julios de energía absorbentes por el kilogramo de material de blanco: 1 GY = 1 J/kg La unidad tradicional para la dosificación de la radiación es el rad (dosis absorbente de la radiación); 1Gy = 100 rad. Una dosis en términos de energía absorbente no es bastante. Las diversas clases y energías de la radiación afectan a tejidos diferentemente.  Antes de que las dosis puedan ser comparadas, deben ser multiplicadas por un factor de calidad, Q.  El factor de calidad se refiere a veces como la eficacia biológica relativa o valor de RBE.  Q-Valores para las varias clases de radiación Radiación Q (RBE) Radiografías, beta, gamma 1 Neutrones lentos 3 Neutrones rápidos Alfa La unidad tradicional que toma en cuenta el tipo de radiación se llama el rem (hombre equivalente del roentgen): Rem = rad x RBE

53 La intensidad de la radiación es proporcional a 1/d2, en lo cual d es la distancia de la fuente.

54 Emisión alfa, beta, positrón
Ejemplos de los procesos del decaimiento nuclear emisión a (alfa) emisión b (beta) emisión b+  (positrón) Emisión de positrón Un positrón tiene la misma masa que un electrón pero enfrente de la carga La emisión de positrón es el contrario del decaimiento beta y es característica de los núcleos neutrón-pobres que decaen por la transformación de un protón a un neutrón y a un positrón de gran energía se emita que 1 p    1n +   0  La emisión de positrón no cambia el número total del núcleo, no obstante el número atómico del núcleo de la hija es más bajo por 1 que el del padre. El cociente del neutrón-a-protón aumenta, núcleo móvil más cercano a la venda de núcleos estables A X       A  X ′ +      0  positrón de la hija del padre Captura de electrón Un núcleo neutrón-pobre puede decaer por la emisión de positrón o la captura de electrón (EC), en las cuales un electrón en una cáscara interna reacciona con un protón para producir un neutrón p +     0 e   1 n Cuando un segundo electrón se mueve desde una cáscara externa para tomar el lugar del electrón de la bajo-energía que fue absorbido por el núcleo, se emite una radiografía. La reacción total para la captura de electrón es AX +      0 e        A  X' + radiografía hija del electrón del padre El número total no cambia, sino que el número atómico del núcleo de la hija es más bajo por 1 que el del padre; el cociente del neutrón-a-protón aumenta, moviendo el núcleo hacia la venda de núcleos estables        Emisión gamma Muchas reacciones del decaimiento nuclear producen los núcleos de la hija que están en un estado emocionado nuclear Un núcleo en un estado emocionado lanza energía bajo la forma de fotón cuando vuelve al estado de tierra Estos fotones de gran energía son rayos del  La emisión gamma puede ocurrir instantáneamente o después de un retardo significativo Fórmula general       A X*   AX +   0 Porque los rayos del  son energía, su emisión no afecta al número total o al número atómico del núclido de hija; la emisión del rayo gama es la única clase de radiación que no implique la conversión de un elemento a otro pero se observa conjuntamente con una cierta otra reacción del decaimiento nuclear Fisión espontánea Solamente los núcleos muy masivos con altos cocientes del neutrón-a-protón pueden experimentar la fisión espontánea, la cual el núcleo adapta en dos pedazos que tengan diversos números atómicos y masas atómicas Procesar la más importante para los elementos de la transporte-actinida con el  104 de Z La fisión espontánea es acompañada por el lanzamiento de granes cantidades de energía y acompañada por la emisión de varios neutrones El número de nucleones se conserva; la suma de los números totales de los productos iguala el número total del reactivo; la suma de los números atómicos de los productos es igual que el número atómico del núclido de padre 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
Número Atómico Año Descubierto Nombre Símbolo Reacción 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 Rafael A. quema, los fundamentales de la química 1999, página 553

57 Preparación de elementos transuránicos
Número Atómico Año Descubierto Nombre Símbolo Reacción 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 Rafael A. quema, los fundamentales de la química 1999, página 553

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