Tabla 23.1 Comparación de las reacciones químicas con las reacciones nucleares Reacciones químicas Reacciones nucleares Los átomos se organizan por la ruptura y formación de enlaces químicos. 2. Sólo los electrones de los orbitales atómicos o moleculares participan en la ruptura y formación enlaces. 3. Las reacciones se acompañan por la absorción o liberación de cantidades de energía relativamente pequeñas. 4. Las velocidades de reacción se ven afectadas por la temperatura, presión, concentración y catalizadores. 1. Los elementos (o los isótopos de los mismos elementos) se convierten entre sí. 2. Pueden participar protones, neutrones, electrones y otras partículas elementales. 3. Las reacciones van acompañadas por la absorción o liberación de cantidades enormes de energía 4. Las velocidades de reacción, por lo general, no se ven afectadas por la temperatura, la presión o los catalizadores. 23.1

Vida Media de la Radiación Cantidad inicial del radioisótopo 0 1 2 3 4 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

Diagrama de la vida media 20 La vida media de yodo-131 es 8 días 15 1 vida media 10 Cantidad de yodo-131 (g) 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

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

a los átomos originales de Potasio-40 Tiempo (mil millones de años) 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

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

U-235 fisionable

Serie de decaimiento

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 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 Pb-214 a 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

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 1p +     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

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