FENOMENOS NUCLEARES RADIACTIVIDAD

OBJETIVOS Definir Concepto energía nuclear Conocer las partículas radioactivas. Conocer el concepto de isótopos. Conocer y aplicar el concepto de masa atómica promedio. Conocer y aplicar reacciones nucleares

¿Han escuchado hablar de radiactividad?

Tipos de energia RENOVABLES NO RENOVABLES A. Hidráulica G. Carbón B. Biomasa H. Petróleo C. Mareomotriz I. Gas Natural D. Solar J. Nuclear E. Eólica  F. Geotérmica

Albert Einstein, descubrió su famosa fórmula E= mC2, donde E es la energía liberada, m la diferencia de masa o incremento y C es la velocidad de la luz. Significa que la masa se puede transformar en energía y al revés, cuando en un proceso se pierde masa esta se transforma en energía.

REACCIONES QUIMICAS REACCIONES NUCLEARES Los átomos se reordenan por la ruptura y formación de enlaces Los elementos o los isótopos de un elemento generan otro elemento al cambiar la constitución del núcleo del átomo. En la ruptura y formación de enlaces solo participan los electrones En las reacciones pueden participar protones, neutrones, electrones y otras partículas elementales Las reacciones van acompañadas por la liberación o absorción de cantidades relativamente pequeñas de energía. CH4 + 2 O2 → CO2 + 2 H2O + 200 kcal Las reacciones van acompañadas por la absorción o liberación de enormes cantidades de energía. 3Li 7 + 1H1 ===>2 2He4 + 23000000 Kcal La temperatura, presión y concentración de los reactantes y catalizadores son factores que determinan la velocidad de una reacción. Las velocidades de reacción generalmente no se ven afectadas por la temperatura, la presión o los catalizadores.

La notación Un radionúclido es aquel que libera: partículas y energía en forma de REM Los radionúclidos forman los radioisótopos

Radiación Electromagnética Ondas producidas por la oscilación o la aceleración de una carga eléctrica cuya combinaciones se propagan a través del espacio transportando energía de un lugar a otro, pudiendo hacerlo en el vacío

REM 1 nm = 10-6 m

Isótopos Átomos de un mismo elemento y que difieren en su masa atómica

Isóbaros Átomos de igual masa atómica:

Isótopos y % de abundancia

Ejemplo de cálculo

Henri Becquerel Radiactividad Radiactividad Natural Henri Becquerel Radiactividad Radiactividad Natural. En Febrero de 1896, el físico francés Henri Becquerel investigando con cuerpos fluorescentes (entre ellos el Sulfato de Uranio y el Potasio), halló una nueva propiedad de la materia a la que posteriormente Marie Curie llamó "Radiactividad". Se descubre que ciertos elementos tenían la propiedad de emitir radiaciones semejantes a los rayos X en forma espontánea. Tal radiación era penetrante y provenía del cristal de Uranio sobre el cual se investigaba.

Pierre y Marie Curie

Marie y Pierre Curie al proseguir los estudios encontraron fuentes de radiación natural bastante más poderosas que el Uranio original, entre estos el Polonio y el Radio.

La radiactividad del elemento no dependía de la naturaleza física o química de los átomos que lo componen, sino que era una propiedad radicada en el interior mismo del átomo. Hoy en día se conocen más de 40 elementos radiactivos naturales, que corresponden a los elementos más pesados. Por arriba del número atómico 83, todos los núcleos naturales son radiactivos.

Los esposos Irene Curie y Frédéric Joliot 1934 experimentando con tales procesos descubren la radiactividad artificial, pues se percatan que al bombardear ciertos núcleos con partículas procedentes de fuentes radiactivas estos se vuelven radiactivos. Si la energía de las partículas es adecuada, entonces puede penetrar en el núcleo generando su inestabilidad y por ende, induciendo su desintegración radiactiva.

bombardearon aluminio con partículas alfa y lo transformaron en fósforo radiactivo. En 1939, Hahn y Strassman, descubrieron la fisión nuclear al bombardear átomos de uranio con neutrones, y en 1942, Enrico Fermi, logró la primera reacción en cadena en el primer reactor atómico.

Tubo de Rayos X

Hace algo más de un siglo, en 1895, Wilhelm Conrad Röntgen (1845- 1923), científico alemán de la Universidad de Würzburg, descubrió una radiación (entonces desconocida y de ahí su nombre de rayos X) que tenía la propiedad de penetrar los cuerpos opacos. Por su descubrimiento obtuvo el Premio Nobel de Física de 1901.

¿Han escuchado hablar de la radiactividad? ¿En qué consisten las radiaciones que se designan como α, β y γ ? ¿Qué diferencia existe entre las radiaciones α y β y la radiación visible o ultravioleta?

¿Qué cambios o transmutaciones de los elementos ocurren en la desintegración radiactiva? • ¿Cómo se explican estas trasmutaciones desde el punto de vista de la estabilidad nuclear? • ¿Cómo produce cambios químicos la radiación de alta energía? • ¿Por qué la radiación puede inducir cáncer? • ¿Cómo se entiende que se utilice la radiación para el tratamiento del cáncer? • ¿Por qué el radón involucra un peligro para la salud humana?

• ¿Por qué fumar encierra un riesgo adicional, aparte del efecto tóxico de los cientos de sustancias que contiene, y cómo dicho riesgo se relaciona con fenómenos nucleares? • ¿Cómo se explica que la radiación de alta energía sea capaz de inducir mutaciones? • ¿De qué manera se inician los efectos químicos a nivel celular cuando la radiación electromagnética de alta energía interacciona con un ser vivo? • ¿Qué se entiende por radiactividad inducida?

Emisiones Radiactivas Entre 1896 y 1903 se descubre que no todas las radiaciones eran iguales:

Partícula alfa Las partículas o rayos alfa (α) son núcleos completamente ionizados de Helio 4 (4He). Es decir, sin su envoltura de electrones correspondiente. Estos núcleos están formados por dos protones y dos neutrones. Al carecer de electrones, su carga eléctrica es positiva, de +2 su carga, mientras que su masa es de 4 uma.

Rayos Alfa Emisión de partículas alfa, de baja velocidad y bajo poder de penetración Presentan gran poder de ionización al interactuar con electrones periféricos de otros átomos.

partícula beta Una partícula beta es un electrón que sale despedido de un suceso radiactivo La radiación alfa está compuesta por un núcleo de helio y puede ser detenida por una hoja de papel. La radiación beta, compuesta por electrones, es detenida por una hoja de papel de aluminio.

Rayos Beta Son mucho más pequeñas que las partículas alfa y de mayor poder de penetración, son electrones de alta velocidad

Rayos gamma La radiación gamma y/o (rayos gamma) es un tipo de radiación electromagnética, y por tanto formada por fotones, producida generalmente por elementos radioactivos o procesos subatómicos como la aniquilación de un par positrón-electrón.

Rayos Gamma Radiación electromagnética de gran poder de penetración, no tienen carga eléctrica, son altamente mutagénicas para las células vivas

Características de la radiación α β γ Partícula Símbolo Masa Relativa Grado de Penetración Capacidad para ionizar Carga α 2He4 4 1 10.000 + β -1β 0 5,5 · 10-4 100 - γ hν 100.000

Comparación del poder de penetración α 10.000 β 100 γ 1

Reacciones Nucleares

Reacciones Nucleares Núcleos de gran masa, Z > 83: liberan partículas alfa (α). Núcleo con exceso de neutrones en relación a los protones, liberan partículas beta(β). Núcleos con exceso de protones, éstos se transforman en neutrones, liberando positrones +1ē0 o partículas beta positivas

Ecuaciones Nucleares

Serie Radiactiva Cuando un elemento es inestable, emite partículas y REM, para alcanzar una estabilidad energética; se origina así una serie radiactiva

Serie Radiactiva: U – 238 y U - 235