Clase 11 mención el mundo atómico ii Núcleo atómico Radiactividad Energía nuclear

Núcleo atómico 1.1 Componentes Neutrón (n) El núcleo es una masa muy compacta formada por protones y neutrones. Unidad de masa atómica (UMA): Unidad utilizada para medir cantidades de masa muy pequeñas en un átomo. Su valor es 1,6605·10-27 [kg] Neutrón (n) No tienen carga eléctrica y son casi del mismo tamaño que los protones. Los neutrones ayudan a reducir la repulsión eléctrica que existe entre los protones cargados positivamente, estabilizando el núcleo atómico. Su masa =1,674954·10-27[kg]= 1,00867 [uma]

Spin: Corresponde al giro del electrón dentro del orbital Spin: Corresponde al giro del electrón dentro del orbital. En un orbital lleno existen dos electrones con spin contrario. Se designa con +1/2 cuando el electrón gira con sentido contrario a las manecillas del reloj. Se designa con -1/2 cuando el electrón gira en el sentido de las manecillas del reloj. Los Fermiones tienen Spin semi-entero como los Quarks y los Leptones. Los Bosones poseen Spin entero como los fotones.

Notación atómica Número atómico (Z) Corresponde al número de protones presentes en el núcleo atómico. Como los átomos son neutros, este número corresponde también al número de electrones del átomo. Número másico (A) Corresponde a la cantidad de protones más neutrones presentes en el núcleo. A la suma de protones más neutrones se le llama nucleones. El número de neutrones presentes en el núcleo, se puede calcular como A - Z

Tipos de átomos Isóbaros: aquellos átomos que presentan igual número másico y distinto número atómico. Isótonos: son átomos que presentan distinto número másico, distinto número atómico, pero tienen igual número de neutrones.

Isótopos Son aquellos átomos que presentan distinto número másico (A), pero igual número atómico (Z). Se establece en átomos de un mismo elemento. Por ejemplo, para los isótopos de hidrógeno, tenemos: Hidrógeno común (Protio): Tiene un protón en el núcleo (a). Deuterio: Tiene un protón y un neutrón en el núcleo (b). Tritio: Tiene un protón y dos neutrones en el núcleo (c).

Carbono (C) Nitrógeno (N) Oxigeno (O) Cloro (Cl) Uranio (U) Azufre (S) Isótopos más frecuentes en la naturaleza 126C - 136C - 146C Datación de especímenes orgánicos Carbono (C) 147N - 157N Investigación medica, agricultura y resonancia magnética nuclear. Nitrógeno (N) 168O - 178 O - 188O Isotopo estable y ocurre naturalmente en el medio ambiente. Oxigeno (O) 3517Cl - 3717Cl Datación geológica entre 60.000 y 1 millón de años Cloro (Cl) 23592U – 23892 U – 23992 U Fisión nuclear. Uranio (U) 3216S – 3316 S – 3416S – 3616S PH, fugacidad de oxigeno en formación de minerales. Azufre (S)

Radiactividad Características Proceso del núcleo atómico que produce la emisión de partículas energéticas. La radiactividad se relaciona con la estabilidad del núcleo, la que, a su vez, depende de la proporción entre protones y neutrones existentes en él. Se llaman isótopos radiactivos o radioisótopos a todos los isótopos que emiten radiaciones. Si este proceso ocurre de manera espontánea, se llama radiactividad natural; mientras que si un núcleo estable es transformado artificialmente en radioisótopo, se dice que presenta radiactividad artificial. Decaimiento radioactivo: Proceso en que un núcleo emite partículas  o , o radiación electromagnética .

La vida media de C-14 es 5.730 años. La vida media de una sustancia radiactiva es el tiempo necesario para que se desintegren la mitad de los núcleos presentes en dicha sustancia. Es decir, si tenemos una masa m de una sustancia, y al cabo de 14 días tenemos la mitad de esa masa (m/2, la otra mitad se ha desintegrado), diremos que su vida media es de 14 días. Ejemplo Carbono 14. La vida media de C-14 es 5.730 años.

Vida media La vida media o el período de semidesintegración varía para las distintas sustancias radiactivas. Sin embargo, cualquier sustancia radiactiva evoluciona en el tiempo, ajustándose a una curva, como muestra la figura.

Rayos X En el transcurso de su estudio sobre descargas eléctricas en gases, el físico alemán Wilhelm Röentgen descubrió la existencia de una radiación invisible muy penetrante que era capaz de ionizar el gas y provocar fluorescencia en él. Como desconocía el origen de esta radiación, le dio el nombre de rayos X. Wilhelm Röntgen

Rayos X en medicina La propiedad de los rayos x de atravesar cuerpos opacos depende de la composición de éstos. La madera, la carne, el papel, compuestos por elementos químicos ligeros, no absorben los rayos x. Pero sí lo hacen los materiales como el plomo, el hueso y el acero, formados por elementos químicos pesados. Para sacar radiografías, sólo los rayos x, que llevan la dirección de la carne, impresionan la placa, que aparece negra al revelarse. Por eso, los huesos aparecen blancos sobre un fondo oscuro.

Emisión de una fuente radiactiva Si un rayo emitido por un elemento radiactivo se hace pasar a través de un campo eléctrico, la radiación se descompone en rayos , rayos  y rayos .

Emisión de una fuente radiactiva

Emisión de una fuente radiactiva Los rayos α son de baja penetrabilidad: los detiene una hoja de papel. En cambio, los rayos β son alrededor de 100 veces más penetrantes, y los rayos    son 1000 veces más penetrantes en la materia.

Energía nuclear Núcleo como fuente de energía Al medir la masa del núcleo y compararla con la masa de los nucleones (protones y neutrones), obtenida teóricamente, se descubrió algo sorprendente: se obtuvo una diferencia de masa, a la que se llamó defecto de masa. Éste se produce porque parte de la masa de los neutrones se transforma en energía cuando dichas partículas se unen para formar un núcleo atómico. La energía que se desprende de la formación de un núcleo a partir de los nucleones se conoce como energía de enlace nuclear.

Núcleo como fuente de energía Los procesos en los que se modifican los núcleos de los átomos reciben el nombre de reacciones nucleares. En las reacciones nucleares, pequeñas cantidades de masa se transforman en grandes cantidades de energía, de acuerdo con la equivalencia establecida por Einstein: Albert Einstein Debido al elevado valor de c, a partir de una pequeña cantidad de materia es posible obtener una enorme cantidad de energía. E = es la energía desprendida. m = es la masa. c = es la velocidad de propagación de luz en el vacío.

La energía equivalente a 1 UMA = 931,49 (MeV) =1,49 · 10-10 joules. Fisión nuclear Proceso en que un núcleo pesado se separa en fragmentos de menor masa, liberándose gran cantidad de energía. Este proceso deja residuos radiactivos. Por ejemplo, el núcleo de uranio 235 se rompe en dos núcleos intermedios cuando se bombardea con neutrones, además se obtiene un átomo de bario 142, un átomo de criptón-91, tres neutrones y una energía de 210 (MeV), que desprende en forma de calor. Megaelectronvoltios [MeV] corresponde a fotones gamma de longitudes de onda inferiores a 10-11[m] o frecuencias superiores a 1019 [Hz]. La energía equivalente a 1 UMA = 931,49 (MeV) =1,49 · 10-10 joules.

Fisión nuclear Los neutrones que se obtienen en la fisión de un núcleo de uranio 235 pueden utilizarse para bombardear otros núcleos de este isótopo y provocar nuevas fisiones que, a su vez, producirán nuevos neutrones. Así, el proceso se repetirá sucesivamente. De este modo, se origina una reacción en cadena mediante la cual, en un tiempo muy breve, se consigue la fisión de un gran número de núcleos y se libera una enorme cantidad de radiación y energía.

Fusión nuclear Proceso de unión de núcleos livianos para formar otro un poco más pesado. Este proceso no deja residuos radiactivos. La fusión de un núcleo de deuterio con un núcleo de tritio da lugar a la formación de un núcleo de helio-4, además de un neutrón y una energía de 17,6 (MeV), que se desprende en forma de calor. Ésta es una de las reacciones mediante las que el sol produce energía. Esta forma de producir energía todavía se encuentra en fase de estudio y desarrollo, debido a que plantea serios problemas tecnológicos que no han sido resueltos.

Energía nuclear Usos de la fisión para la obtención de energía Una de las utilizaciones importantes de la energía nuclear se lleva a cabo en las centrales eléctricas. Allí, las turbinas son movidas por vapor; el calor necesario para obtener vapor se obtiene de la fisión nuclear en un reactor.

C Pregunta PSU Comprensión ¿Cuál(es) de las siguientes opciones corresponde(n) a un núcleo de un átomo cuyo número másico es 4? 8 protones y 4 neutrones 4 protones y 2 neutrones 2 protones y 2 neutrones Solo I Solo II Solo III Solo II y III I, II y III Fuente : DEMRE - U. DE CHILE, proceso de admisión 2012. C Comprensión