QUÍMICA NUCLEAR Fenómenos Nucleares

Introducción Repasemos algunos conceptos: La materia está constituida por átomos. Los átomos están formados por electrones que giran alrededor de un núcleo. El núcleo está formado por neutrones y protones.

¿QUÉ SABES SOBRE LOS FENÓMENOS NUCLEARES? ¿Quién descubrió que los átomos tenían un núcleo? Respuesta: El químico y físico británico Ernest Rutherford, el consideró que toda la masa de un átomo y su carga positiva se encontraría en un espacio extremadamente pequeño, a este le llamó núcleo atómico.

O U 238 92 16 8 17 18 Simbología para Uranio Uranio 238 ó U-238 Nucleones: Protones y neutrones en el núcleo. Núclido: Es un isótopo de cualquier átomo. Radionúclidos: Núclidos que emiten espontáneamente radiaciones. Isótopos: Átomos del mismo elemento con masas diferentes. O 16 8 17 18

Isóbaros: Átomos que presentan igual número másico y distinto número atómico. 14 6 N 14 7 Isótonos: Son átomos que presentan distinto número másico, distinto número atómico, pero tienen igual número de neutrones. B 11 5 C 12 6

¿QUÉ SABES SOBRE LOS FENÓMENOS NUCLEARES? Un átomo posee 19 protones, 20 neutrones y 19 electrones. ¿Cuál de los siguientes átomos es su isótono? A) 19A21 B) 19B20 C) 18C38 D) 39D58 E) 20E39 C

¿QUÉ SABES SOBRE LOS FENÓMENOS NUCLEARES? Identifique cuál (es) de las siguientes parejas son Isóbaros, Isótopos o Isótonos. Isótopos Isóbaros

¿QUÉ SABES SOBRE LOS FENÓMENOS NUCLEARES? Isótopos Isótonos Isóbaros Isótopos

¿QUÉ SABES SOBRE LOS FENÓMENOS NUCLEARES? ¿Por qué algunos núcleos son estables y otros inestables? Respuesta: Los núcleos atómicos se comportan como partículas compuestas a energías bajas, que son estables. La mayoría de los núcleos atómicos por debajo de una cierta masa atómica y que además presentan equilibrio entre protones y neutrones son estables. Los núcleos con demasiados neutrones o protones son inestables.

Energía nuclear ¿Qué es? La energía nuclear es aquella que se obtiene de la reacciones nucleares que presentan algunos isótopos.

BALANCE DE ECUACIONES NUCLEARES Conservar el número de masa (A). La suma de protones más los neutrones en los productos debe igualar la suma de protones más neutrones en los reactivos. Conservar el número atómico(Z). La suma de Z en los productos debe igualar la suma de Z en los reactivos.

EMISIONES RADIACTIVAS Radiación alfa: semejante a núcleos de helio, no es muy penetrante (una hoja de papel es capaz de detenerla). Son partículas con carga positiva. Relacionada a energía electromagnética. Se mueven comparativamente con mucha lentitud, aproximadamente 20000 km/s y con muy leve poder de penetración. Se producen en núcleos de gran masa. Z ≥ 83

DESINTEGRACIÓN ALFA Disminuye el número de protones en 2 Po 212 84 Pb 208 82 He 4 2 + Disminuye el número de protones en 2 U 238 92 Th 234 90 He 4 2 + Po 230 90 Ra 226 88 He 4 2 +

Radiación beta: formada por positrones y electrones, penetra un poco más (una hoja de aluminio la detiene). Su velocidad es muy cercana a la de la luz (300000 km/s). Se produce cuando un neutrón se convierte en protón, liberando en el proceso esta partícula. Los positrones se emiten generalmente desde núcleos en donde la cantidad de protones es mayor a la de neutrones.

DESINTEGRACIÓN  - C 14 6 N 7  -1 + -1 + Aumenta el número de protones en 1 K 40 19 Ca 20  -1 + n 1 p  -1 +

DESINTEGRACIÓN  + (POSITRÓN) 14 6 B 5  +1 + K 38 19 Ar 18  +1 + p 1 n  +1 + Disminuye el número de protones en 1

Radiación gamma: formada por fotones de alta frecuencia, son las más penetrantes (una hoja de plomo de 10 cm de espesor es capaz de detenerla). Con una longitud de onda mucho menor. Tienen un poder de penetración en la materia que es mucho mayor que las partículas y alfa. Generalmente acompañan emisiones de rayos a y b , aunque los núcleos excitados por partículas de masa elevada emiten estos rayos para volver a su estado fundamental.

EMISIONES RADIACTIVAS TIPOS DE RADIACIÓN ALFA: bajo poder de penetración-alto poder ionizante. BETA: poder medio de penetración-100 veces menos poder ionizante que radiación a . GAMA: poder de penetración cien veces menos que radiación b EMISIONES RADIACTIVAS

BALANCE DE ECUACIONES NUCLEARES Conservar el número de masa (A). La suma de protones más los neutrones en los productos debe igualar la suma de protones más neutrones en los reactivos. Conservar el número atómico(Z). La suma de Z en los productos debe igualar la suma de Z en los reactivos.

 + 

Serie Radiactiva de la desintegración U-238 hasta Pb-206

Energía nuclear Ese núcleo, en condiciones especiales, se puede modificar: Se puede dividir el núcleo (fisión) o se puede unir a otro núcleo (fusión). Y durante esos procesos (fisión o fusión) se libera mucha energía.

Fisión nuclear Consiste en la división de un núcleo pesado. Esta división, producto de un bombardeo de neutrones, genera 2 a 3 neutrones más. Esta reacción es en cadena. La fisión nuclear es la que vemos en los reactores nucleares.

Fisión nuclear El siguiente esquema muestra cómo sería una fisión nuclear.

Fusión nuclear La fusión nuclear consiste en la unión de dos átomos livianos, generando un tercer átomo más pesado y estable. Para generar esa unión se requiere de una gran cantidad de energía. Se estudia la forma de contener esa energía. La fusión nuclear aún está en etapa de experimentación.

Fusión nuclear Fusión nuclear El siguiente esquema muestra cómo sería una fusión nuclear.

Reactor nuclear No cualquier isótopo se usa para la fisión nuclear. El U-235 es isótopo radiactivo inestable entre los 3 isótopos que componen el elemento. Como se fisiona, se usa de combustible. Pero debido a que su proporción es tan pequeña (0.71%), el U- 238 tiene que ser sometido a un proceso muy complejo de enriquecimiento, para así obtener U-235. El Uranio (símbolo U). En la naturaleza existen varios isótopos de este mineral. El más abundante es el U- 238 con un 99.285%, otro isótopo, el U- 235, tiene un 0.71% y el U-234 tiene un 0.005%. El problema son los desechos y residuos radiactivos que son muy peligros.

Reactor nuclear Como producto de la fisión nuclear se genera gran cantidad de energía como calor. Esa energía se aprovecha para calentar agua, la que se evapora. Ese vapor (en movimiento) hace girar una turbina y esa turbina a un alternador que producirá corriente eléctrica.

Esquema de un reactor nuclear. Edificio de contención Línea de vapor Electricidad Varas de control Generador de vapor Bomba Turbina Reactor Alternador Condensador Torre de enfriamiento Bomba Agua fría Vasija del reactor Agua a presión

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. En la agricultura, por ejemplo, en el control de plagas. Fertilidad de suelos. En los alimentos y su conservación.

PROBLEMAS de la energía nuclear Sin considerar la destrucción que generaría una bomba nuclear, el uso conlleva: Pueden producir severos daños a la salud de las personas (cáncer por ejemplo) y daños medioambientales. Estos desechos pueden emitir radiación por miles de años y esta radiación es muy peligrosa. Primero de ellos es el tratamiento de sus desechos. Los desechos radiactivos producto de la fisión nuclear son muy peligrosos.