Material y energía: radiactividad natural e inducida Objetivo: Definir concepto de Radiactividad e identificar las principales emisiones radiactivas.

El núcleo Recordemos que el núcleo está compuesto de dos nucleones, protones y neutrones. El número de protones es el número atómico. El número de protones y neutrones juntos es en efecto la masa del átomo.

El tamaño de los núcleos es muy pequeño La fuerza nuclear es muy intensa y de corto alcance

TIPOS DE NUCLEIDOS - Isótopos: átomos con = Z pero con  N y A Pertenecen al mismo elemento, por lo que tienen iguales propiedades químicas pero diferentes propiedades nucleares. Ej: 1H, 2H, 3H - Isóbaros: átomos con = A pero con  Z y N Ej: 90Y (Z = 39, N = 51) y 90Sr (Z = 38, N = 52) . Pertenecen a elementos diferentes. -Isótonos: átomos con = N pero con  Z y A También pertenecen a elementos diferentes. Ej: 90Y y 89Sr tienen ambos 51 neutrones.

ESTABILIDAD NUCLEAR - El núcleo es intrínsecamente inestable debido a la repulsión electrostática entre los protones. - El balance repulsión-atracción determina si un nucleido es estable o radiactivo. - La relación entre N y Z es de fundamental importancia en dicho balance. - Cada elemento puede tener varios nucleidos estables. Estos nucleidos constituyen el “cinturón de estabilidad”.

Cinturón de estabilidad - Si Z < 20 N/Z  1 7 N  N/Z = 1 14 - Si 20 < Z < 83 1 < N/Z < 1.5 Sn  N/Z = 1.4 120 50

Si Z > 83: ningún nucleido es estable Bi N/Z = 1.52 209 21 Los nucleidos que caen fuera del “cinturón de estabilidad” sufren transformaciones que dan al lugar al fenómeno de radiactividad. Sin embargo, aún para los nucleidos radiactivos la existencia del núcleo como tal es más favorable que la separación en los nucleones que lo constituyen.

- La masa de un átomo es siempre menor que la suma de las masas de las partículas que lo constituyen. - Esa diferencia se denomina defecto de masa y es equivalente a la cantidad de energía que el núcleo gasta en mantener juntos a sus nucleones. Átomo de Li 6 3

RADIACTIVIDAD La radiactividad es un fenómeno espontáneo de transformación de un nucleido en otro, con emisión de partículas o radiación, y energía. Cuando N/Z cae fuera del “cinturón de estabilidad” el nucleido es radiactivo (radionucleido). Al radionucleido que experimenta el proceso se le denomina "padre" (P) y al decaer se convierte en el nucleido "hijo" (H), el cual puede ser estable o ser también radiactivo. La radiactividad no depende de la naturaleza física o química de los átomos, es una propiedad de su núcleo.

REACCIONES NUCLEARES: REACCIONES QUÍMICAS : REACCIONES NUCLEARES: 1.- Los átomos se recombinan por ruptura y formación de enlaces químicos. 1.- Los elementos (o sus isótopos) se reconvierten unos en otros. 2.- Solo están implicados los electrones de valencia en esos procesos. 2.- Pueden estar implicados electrones, protones, neutrones y otras partículas elementales 3.- Las reacciones van acompañadas de pequeñas cantidades de energía. 3.- Las reacciones van acompañadas de enormes cantidades de energía 4.- Las velocidades de reacción se ven afectadas por la temperatura, presión, concentración y catalizadores. 4.- Las velocidades de reacción, en general, NO se ven afectadas por la temperatura, presión y catalizadores.

masa, y su comportamiento en un campo eléctrico Los tres tipos de emanaciones de los elementos radioactivos naturales se designaron por las tres primeras letras del alfabeto griego: a,b y g Estas emanaciones están caracterizadas por sus masas relativas, o carencia de masa, y su comportamiento en un campo eléctrico

TIPOS DE RADIACIÓN

He U He Desintegración Alfa: + Pérdida de una partícula  (un núcleo de helio). He 4 2 U 238 92  234 90 He 4 2 +

Reacciones nucleares de interés histórico La primera transmutación natural reconocida de un elemento (Rutherford y Soddy, 1902) 226 88 4 2 Ra a 222 86 + Rn Se desintegra un átomo de radio-226 una partícula a un átomo de radón-222

Be a C n El descubrimiento del neutrón (Chadwick, 1932) + + un átomo 4 4 2 12 6 1 Be + a C + n un átomo de berilio-9 bombardeado con partículas a un átomo de carbono-12 un neutrón origina

Desintegración Alfa

 e I Xe e Desintegración Beta: Pérdida de una partícula  (un electrón de alta energía).  −1 e o I 131 53 Xe 54  + e −1

Desintegración Beta

Desintegración Beta

Emisión de positrones: Pérdida de un positrón (una partícula que tiene la misma masa de un electrón pero carga opuesta). e 1 C 11 6  B 5 + e 1

Emisión de positrones

Emisión Gamma: Pérdida de un rayo  (radiación de alta energía que casi siempre acompaña a la pérdida de una partícula nuclear). 

Completar las siguientes reacciones de transmutación : b) c) d) e) f)

FISIÓN NUCLEAR Reacción por la cual al hacer incidir neutrones sobre un núcleo pesado, se divide en dos, liberando mucha energía y emitiendo 2 ó 3 neutrones.

Fisión nuclear

U n Ba Kr n El descubrimiento de la fisión nuclear (Qtto Hahn y Fritz Strassman, 1939) 235 92 U 1 141 56 92 36 1 + n Ba + Kr + 3 n un átomo de uranio-235 un átomo de bario-141 bombardeado con un neutrón un átomo de kriptón-92 tres neutrones origina

Central nuclear Instalación industrial que genera energía eléctrica a partir de energía nuclear. Elementos: - Reactor: dispositivo donde se produce la fisión. - Controlador: captura neutrones en exceso (Cd). - Blindaje: no se escape la radiación (contaminación). - Sistema de refrigeración: evita el calentamiento del reactor.

Elementos de una central nuclear

¿Para qué se utiliza? Hoy en día este tipo de energía se puede utilizar para diversos usos y en diversos ambitos: Agricultura Y Alimentación Control de Plagas. Mutaciones. Conservación de Alimentos Hidrología Medicina Vacunas Medicina Nuclear Radioinmunoanalisis Radiofarmaco

Inconvenientes medioambientales Almacenamiento de residuos radiactivos Riesgo de accidentes nucleares Transporte de residuos radiactivos Recalentamiento de los ríos Aumento de las enfermedades provocadas por la radiactividad Contaminación de las personas que trabajan con energía nuclear Contaminación radiactiva del entorno Accidente nuclear Accidentes en el transporte de residuos radiactivos

Desastres nucleares Chernobyl (Ucrania) - Causa: reactor nuclear explotó y ardió por pruebas no autorizadas. - Consecuencia: muertes y contaminación.

Desastres nucleares Fukushima (Japón) - Causa: terremoto y maremoto. Provocó fallos tecnológicos y descontrol de central y reactores. - Consecuencia: emisión partículas radioactivas. Contaminación.

Desastre de Fukushima

Dos modelos distintos: Hiroshima (uranio), Nagasaki (plutonio).

FUSIÓN NUCLEAR Reacción nuclear por la cual dos átomos ligeros de carga similar se unen para formar uno más pesado, liberando o absorbiendo una gran cantidad de energía (proceso que genera la energía del sol y de las estrellas).

¿Cómo se produce la energía en el sol? FUSIÓN NUCLEAR

Algunas aplicaciones de la energía nuclear Algunas de las aplicaciones de la energía nuclear son: En la agricultura, por ejemplo, en el control de plagas. Fertilidad de suelos. En los alimentos y su conservación.

Algunas aplicaciones de la energía nuclear En medicina, en diagnóstico y tratamiento (medicina nuclear). Como radio-fármacos. En industria, se utiliza para la medición de densidades. En la industria se usa como trazadores. En el medio ambiente, para medir contaminantes.

Series radioactivas Los núcleos radioactivos grandes no pueden estabilizarse experimentando solo una transformación nuclear. Experimentan una serie de desintegraciones hasta que forman un núclido estable (comúnmente un núclido de plomo).

1.6.-Vida media Es el tiempo necesario para que se desintegren la mitad de los núcleos presentes en una muestra de un isótopo radioactivo. Una forma adecuada de caracterizar a un isótopo radioactivo es por su vida media La vida media de un isótopo dado es siempre la misma ; no depende de cuántos átomos se tengan o cuánto tiempo hayan estado allí.

Investigación Individual Aceleradores de partículas Estos aceleradores de partículas son enormes, con pistas circulares con radios que tienen kilómetros de largo.

TALLER (2 pers) Diferenciar los distintos tipos de nuclidos y aplicar conceptos de química nuclear

1. - ¿Qué tipo de núclido se forma en los siguientes casos 1.- ¿Qué tipo de núclido se forma en los siguientes casos? Escribe las respectivas ecuaciones. a) Neptunio-232 captura un electrón. b) 127N emite un positrón. c) 1126Na emite un electrón. d) 21283 Bi emite una partícula alfa. e) 93Li emite un neutrón. 2.-El 2713Al se puede convertir en 3015P. ¿Qué tipo de partícula interviene en la transmutación? 3.-Defina con sus palabras el concepto RADIACTIVIDAD. Si es necesario utilice ejemplos 4.-Realice un esquema representando y explicando cada tipo de emisión (alfa, beta, gama) 5.-Describa y explique los conceptos de Fisión y Fusión Nuclear, si es necesario realice los esquemas correspondientes. 6.-Mencione claramente cual es la utilidad que se le da a los radioisótopos en la actualidad.

7.-Represente una ecuación química y una ecuación nuclear y explique utilizando las representaciones cuales son las posibles diferencias. 8.-El Uranio A=238; Z=92 sufre una desintegración de cierto tipo a Uranio A=234; Z=90.Realizando la ecuación explique y represente que tipo de emisión es: 9.-El Iodo A=131; Z=53 puede sufrir una desintegración del tipo beta y también la liberación de un positrón. Represente ambas ecuaciones nucleares. 10.- Identifica a qué tipo de emisión corresponden las siguientes ecuaciones; señala cuáles son los elementos que interactúan y explica brevemente en qué consiste el proceso.