UNIDAD I: FENÓMENOS NUCLEARES Y SUS APLICACIONES Colegio Andrés Bello Chiguayante UNIDAD I: FENÓMENOS NUCLEARES Y SUS APLICACIONES CAPÍTULO: REGLAS DE ESTABILIDAD NUCLEAR Jorge Pacheco R. Profesor de Biología y Química

REGLAS DE ESTABILIDAD NUCLEAR APRENDIZAJES ESPERADOS: Distinguen emisiones radiactivas y sus propiedades. Identifican los factores determinantes de la estabilidad nuclear.

REGLAS DE ESTABILIDAD NUCLEAR

U REGLAS DE ESTABILIDAD NUCLEAR 238 92 No existen reglas precisas que permitan predecir si un núcleo particular es radiactivo o no y el modo en que se desintegraría. Las reglas se basan en observaciones empíricas que las podemos resumir de la siguiente forma. Todo núcleo con más de 84 protones ( Zat >84) es inestable. Ejemplo: 238 U 92 Todos sus isótopos son inestables y radiactivos.

REGLAS DE ESTABILIDAD NUCLEAR Núcleos de isótopos con un total de 2, 8, 20, 50, 82, 126 protones o neutrones, son generalmente más estables que sus vecinos de la Tabla Periódica. Estos Números son llamados los Números Mágicos de los núcleos y su hallazgo más bien se debe a los resultados experimentales. Z Isótopos Estables 18 3 19 2 20 21 No hay

REGLAS DE ESTABILIDAD NUCLEAR Núcleos con número par de protones y neutrones son más estables que los asociados con impares. Esta afirmación proviene de contabilizar la abundancia isotópica en la Tabla Periódica que da como resultado los siguientes valores: Isótopos Estables Protones Neutrones 157 par 52 impar 50 5

REGLAS DE ESTABILIDAD NUCLEAR La estabilidad de un núcleo puede correlacionarse perfectamente con la cantidad de protones y neutrones, según la razón n/p en cada átomo. Esta observación experimental proviene del hecho que los átomos no poseen una relación 1:1 para n/p+ sino que varía desde: n/p+ = 1 para los elementos livianos (desde Z: 110)  hasta n/p+ = 1,52 para valores de Z alrededor de 83.

BANDA DE ESTABILIDAD NUCLEAR En la región a la izquierda de esta Franja de Estabilidad se ubican todos los núcleos con exceso de neutrones. Para ingresar a la zona estable deben disminuir los neutrones y aumentar los protones. Los elementos que se ubican a la derecha de la Franja de Estabilidad, tienen un exceso de protones de los que se deben deshacer emitiendo positrones,

U ThPaUThRaRnPoPbBiPo SERIE RADIACTIVA Algunos núcleos como U-238 no logran ingresar a la Franja de Estabilidad por una sola emisión, sino después de una serie de emisiones sucesivas. La figura siguiente muestra la manera como esto ocurre, partiendo por U-238. 238 U ThPaUThRaRnPoPbBiPo 206 Pb 92 82

SERIE RADIACTIVA

SERIE RADIACTIVA

X  X  + X  X  + X   + X ACTIVIDAD Indica los tipos de isótopos que se producen en cada una de las emisiones, si el siguiente elemento emite sucesivamente partículas ,  y . 231 X 91 4  2 227 X 89  + 227 X 89 4  2 223 X 87  + 223 X 87   -1 + 223 X 88

PREGUNTAS

¿En qué consiste la radiactividad? PREGUNTAS ¿En qué consiste la radiactividad? Respuesta: La radiactividad es un proceso en el que se libera gran cantidad de energía debido a la desintegración de núcleos de átomos inestables. La radioactividad es la emisión espontánea, por parte de núcleos inestables, de partículas o de radiación electromagnética, o de ambas.

¿Qué son los elementos radiactivos? PREGUNTAS ¿Qué son los elementos radiactivos? Respuesta: Elementos que poseen la propiedad de emitir espontáneamente partículas o rayos por desintegración del núcleo atómico. Ejemplo son el torio, el polonio, y el radio.

¿En qué consiste el decaimiento exponencial? PREGUNTAS ¿En qué consiste el decaimiento exponencial? Respuesta: Modelo matemático (función exponencial) de utilidad para predecir fenómenos de decaimiento o disminución como es el radiactivo.

¿Cuál es la diferencia entre 0e-1 y 0-1? PREGUNTAS ¿Cuál es la diferencia entre 0e-1 y 0-1? Respuesta: La diferencia fundamental entre un electrón con respecto a la partícula beta es el origen nuclear. No se trata de un electrón ordinario expulsado de un orbital atómico.

¿Qué es la vida media? Respuesta: PREGUNTAS ¿Qué es la vida media? Respuesta: Es el tiempo necesario para que se desintegren la mitad de los núcleos presentes en una muestra de un isótopo radiactivo. La vida media permite caracterizar a un isótopo debido que siempre es la misma.

REVISIÓN 6 días 7 días 6 días 15 días 6 días Determinación aproximada de la vida media del isótopo radiactivo según datos de tabla. Días Actividad del Isótopo 0,2 2,2 4,0 5,0 6,0 8,0 11,0 12,0 15,0 18,0 26,0 33,0 39,0 45,0 35,0 25,0 22,1 17,9 16,8 13,7 12,4 10,3 7,5 4,9 2,4 1,4 1,1 6 días 7 días 6 días 15 días 6 días

Fracción de la muestra original VIDA MEDIA Si se deja una muestra de 226 g de radio-226 en una mesa, luego de 1600 años se encontrarán 113 g; y, si incluso se dejaran pasar otros 1600 años, se encontrarán 56,5 g de la muestra original. Al analizar el decaimiento radiactivo del Ra-226, se establece que el tiempo de vida media es de 1600 años, ya que la muestra siempre decae en la mitad de la muestra original. Tiempo Masa Fracción de la muestra original Inicial 226 1 1600 113 1/2 3200 56,5 1/4 4800 28,25 1/8

ln N = ─kt No t ½ = 0,693 k VIDA MEDIA Para determinar el tiempo de vida media se debe determinar la velocidad de desintegración radiactiva. ln N = ─kt No t ½ = 0,693 k N Número de núcleos radiactivos final. No Número de núcleos inicial. k Constante de velocidad. t Tiempo.

EJEMPLO La vida media del radiosiótopo Co-60, es de 5,2 años. Si en un hospital se tienen 1000 g de este radioisótopo, ¿qué masa del isótopo quedará después de 15 años? ln N = ─ k t No t ½ = 0,693 k k = 0,693 5,2 años k = 0,13 años -1 ln N = ─ 0,13 años -1x 15 años 1000 g ln N = ─ 1,95 1000 g /e N = e ─ 1,95 1000 g N = 1000 g x 0,142 N = 142,23 g

EJERCICIOS La vida media del radiosiótopo Hierro-59, es de 45,1 días. Si se tienen 5 g de Hierro-59, ¿qué masa del isótopo quedará activa después de 30 días? 10 g de muestra radiactiva se reducen a 1,25 g en 18 años ¿cuál sería la vida media del isótopo? En 1932, el inglés Chadwick bombardeó 4Be2 con partículas , apareciendo una nueva partícula que confirmaba la existencia del neutrón. Escriba la notación nuclear. La edad de un sarcófago de madera egipcia se puede determinar mediante datación radiocarbónica. El núclido C-14 se genera en la tierra por acción de neutrones sobre el N-14 y es absorbido por los seres vivos. Cuando llega la muerte, la actividad de ese isótopo decae con el tiempo. Escriba la reacción nuclear que genera el C-14. Escribe su desintegración sabiendo que es emisor de partícula .

Profesor de Biología y Química Colegio Andrés Bello Chiguayante Muchas Gracias Jorge Pacheco R. Profesor de Biología y Química