Química- Plan común Nivel: 4º medio Karina Oñate Fuentes Fenómenos Nucleares Química- Plan común Nivel: 4º medio Karina Oñate Fuentes

Modelos atómicos John Dalton Joseph Thomson Ernest Rutherford Los átomos son divisibles. Están constituidos por pequeños corpúsculos móviles (electrones) rodeados por una esfera de carga positiva uniforme. La energía presente en los electrones los lleva a comportarse como ondas. Los electrones se mueven alrededor del núcleo en zonas de mayor probabilidad. El átomo está compuesto principalmente de espacio vacío. Los electrones están orbitando alrededor de una estructura central con carga positiva (núcleo). Los electrones se mueven en orbitas definidas. Los elementos están formados por pequeñas partículas indivisibles Todos los átomos de un elemento poseen similares características y masa. Existen átomos simples y átomos compuestos (moléculas). John Dalton Joseph Thomson Ernest Rutherford Niels Bohr Erwin Schroedinger

Estructura del núcleo atómico Número Atómico (Z): Número de protones del átomo. Indica el elemento al que pertenece el átomo. ZXA Número Másico (A): Suma de protones y neutrones del átomo. Indica la masa del átomo

Isótopos Corresponden a átomos que tienen el mismo número atómico pero diferente número másico. Por ejemplo, existen tres isótopos de hidrógeno. Se conocen como hidrógeno, deuterio y tritio. Solo 21 elementos poseen un solo isótopo natural

Isóbaros Se denominan isóbaros a los distintos núcleos atómicos con el mismo número másico (A), pero diferente número atómico (Z). Las especies químicas son distintas, pero la cantidad de protones y neutrones es tal que, a pesar de ser distinta entre los dos isóbaros, la suma es la misma.

Isótonos Son átomos diferentes, por lo tanto, tienen diferente número atómico, también tienen diferente número másico, pero, tienen el mismo número de neutrones. Número de protones difiere entre átomos.

ISÓTONOS ISÓTONOS ISÓBAROS ISÓBAROS ISÓTOPOS ISÓTOPOS Regla nemotécnica ISÓTONOS Igual número de neutrones (N) ISÓTONOS ISÓBAROS Igual número másico (A) ISÓBAROS ISÓTOPOS Igual número de protones (P) ISÓTOPOS

Ejemplos isótopos isótonos isóbaros isótopos

Propiedades del núcleo Masa nuclear Tamaño nuclear Espín nuclear Fuerzas de interacción

Masa nuclear La masa está dada generalmente por el núcleo A mayor cantidad de nucleones, mayor masa

Unidad de masa atómica UMA : doceava (1/12) parte de la masa de un carbono-12. Hidrógeno-I: 1,7 x 10-24 g Uranio- 238: 4,1x 10-22 g La masa promedio se calcula con el porcentaje de abundancia de los isótopos estables (pág 71)

Ejercicio El átomo de cloro, Cl-17, tiene dos isótopos con masas atómicas 35 uma y 37 uma. Los porcentajes de abundancia son 75,4% y 24,6%. Calcular masa atómica promedio 35,49 uma

Tamaño nuclear El volumen nuclear es proporcional a la cantidad de nucleones y la dispersión de sus partículas

Fuerzas nucleares Hay interacciones fuertes y débiles Tienen influencia al interior del núcleo Determinan la estructura del núcleo La interacción nuclear fuerte es la responsable de mantener unidos a los nucleones (protones y neutrones) que coexisten en el núcleo atómico, venciendo a la repulsión electromagnética entre los protones que poseen carga eléctrica del mismo signo (positiva) y haciendo que los neutrones, que no tienen carga eléctrica, permanezcan unidos entre sí y también a los protones.

Las partículas conocidas hasta ahora pueden explicarse por la combinación de partículas llamadas quarks Existen partículas elementales y sus respectivas antipartículas Hadrones (responden a interacciones fuertes) protón, neutrón, mesones Leptones (no responden a interacciones fuertes, sin estructura interna) electrón, positrón Quarks (constituyentes fundamentales de los hadrones)

Energía y estabilidad nuclear Algunos núcleos son inestables y se rompen emitiendo partículas y radiaciones Hay una transformación del núcleo porque cambian el número de protones y neutrones Este fenómeno se conoce como radiactividad

Factores de estabilidad nuclear: Relación protón/ neutrón

Eb: ∆ mc2 E = m c2 Energía de ligadura de nucleones: Al medir la masa del núcleo y compararla con la de sus nucleones por separado se descubrió que la masa del núcleo es menor que la suma de los nucleones que lo forman. Defecto de masa (∆ m) E = m c2 Parte de la masa de los nucleones se transforma en energía que los mantiene unidos. Energía de ligadura (Eb): Eb: ∆ mc2 j

Los isótopos estables tienen una relación neutrones / protones que está dentro de la “banda de estabilidad”. Se puede establecer que: - Para los isótopos ligeros (masa atómica pequeña), la relación estable es de 1. - Para los isótopos pesados aumenta hasta cerca de 1,5. - No existen isótopos estables para elementos químicos de número atómico mayor a 83 (por ejemplo, el bismuto). Los isótopos que tienen una relación neutrones / protones mayor o menor al “cinturón de estabilidad” son inestables y se descomponen espontáneamente por medio de un tipo de reacción nuclear. Los núcleos inestables, producen reacciones químicas conocidas como descomposición radiactiva o desintegración. Actividad pág. 361

Henry Becquerel 1852-1908

Marie y Pierre Curie Descubrieron que todos minerales del uranio son radiactivos Polonio (Z=84) Radio (Z=88)

Radiactividad Notación nuclear: En las reacciones nucleares, un núcleo puede ganar o perder neutrones y protones Las reacciones nucleares se pueden representar a través de ecuaciones Se utiliza la notación núclido

Radiación alfa Flujo de partículas formadas por dos protones y dos neutrones Tiene una masa de 4 uma y una carga +2 Tiene la estructura de un núcleo de Helio 4He2 Debido a su elevada masa y volumen, tienen bajo poder de penetración pero elevado poder ionizante Viajan a 1/10 de la velocidad de la luz

Radiación Beta Haces de partículas con carga negativa -1 7000 veces más pequeñas que las alfa Tiene una masa de 0,00055 uma Viajan a una velocidad cercana a la luz Poseen un poder de penetración medio 0 e-1

Radiación gamma Radiación electromagnética idéntica a la luz, pero con contenido energético muy superior Tiene alto poder de penetración Viaja a la velocidad de la luz

Actividad: Completa el siguiente cuadro resumen Nombre Símbolo Naturaleza Carga Masa (uma) Velocidad Alfa Beta Gamma

Actividad próxima clase Reunirse en grupos de 5 personas y traer los materiales: Caja de zapatos 100 monedas de 1 ó de 5 Cronómetro

Estabilidad Nuclear: Actualmente se conocen alrededor de 1500 núcleos diferentes de los que cerca de 300 son estables, es decir, no presentan tendencia a descomponerse con el transcurso del tiempo. La estabilidad de un átomo está en función de la relación neutrones/protones que cambia con el número atómico. Esta relación tiene un valor próximo a uno para los elementos químicos ligeros, ( 612C, 714N y 816O )son estables. A medida que aumenta el número atómico la relación neutrones/protones aumenta hasta cerca de 1.5 en los elementos químicos pesados, por ejemplo, 82206Pb.

Reacciones nucleares Un núcleo inestable, llama núcleo padre, emite radiaciones en forma espontánea y se convierte en un núcleo estable, llamado núcleo hijo. Está determinado por el número de protones y neutrones y la transformación mutua de las partículas

Reacciones nucleares (decaimiento radiactivo) Ocurre cuando un núcleo inestable, llamado núcleo padre, emite radiaciones transformándose en un núcleo estable llamado núcleo hijo. Se ha comprobado experimentalmente que los núcleos estables tienen un número igual o casi igual de protones y neutrones, o cuando el número de protones y neutrones es un número par

En las reacciones químicas los átomos se reordenan por la ruptura y formación de enlaces químicos, en los que sólo participan los electrones. En las reacciones nucleares, los átomos se interconvierten los unos en los otros, implicando protones, neutrones y otras partículas elementales

Tipos de decaimiento radiactivo: Núcleos por sobre el cinturón de estabilidad: Neutrones > protones Necesita aumentar el número de protones para estabilizarse Transforma neutrones en protones liberando partículas negativas (0e-1) conocida como radiación beta negativa 234Th90 234Pa91 + 0e-1

Núcleos por debajo del cinturón de estabilidad: Protones > neutrones Se transforman protones en neutrones Se libera una partícula con carga positiva, llamada radiación Beta positiva (0e+1) 22Na11 22Ne10 + (0e+1)

Núcleos con Z mayor o igual a 83: Sufren decaimiento tipo alfa (4He2) Da origen a un núcleo hijo con A= A-4 y Z = Z-2 210Po84 206Pb82 + (4He2)

Actividad 1.- 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. 2.- Plantea la ecuación de decaimiento radiactivo de los siguientes elementos: a. U-238, que es un emisor de partículas α. b. K-40, que es un emisor de positrones (β+).