FENÓMENOS NUCLEARES Y SUS APLICACIONES Colegio Andrés Bello Chiguayante Colegio Andrés Bello Chiguayante Jorge Pacheco R. Profesor de Biología y Química

FENÓMENOS NUCLEARES Y SUS APLICACIONES APRENDIZAJES ESPERADOS: Distinguen emisiones radiactivas y sus propiedades. Identifican los factores determinantes de la estabilidad nuclear.

¿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.

¿QUÉ SABES SOBRE LOS FENÓMENOS NUCLEARES? ¿Qué aporte hizo a la ciencia Henry Moseley? Respuesta: Su principal contribución fue la justificación cuantitativa del concepto de número atómico en la Ley de Moseley mencionando que los núcleos atómicos contienen cargas positivas iguales a su número atómico.

¿QUÉ SABES SOBRE LOS FENÓMENOS NUCLEARES? ¿En qué años fueron descubiertos el electrón, el núcleo, el protón y el neutrón? Respuesta: Electrón: Descubierto por Thomson en Núcleo: En el año 1911 después de la realización del "experimento de la lámina de oro", de Ernest Rutherford. Protón: Generalmente se acredita a Ernest Rutherford en el año Neutrón: En el año 1932, James Chadwick realiza el descubirmiento del neutrón siendo fundamental en el campo de la ciencia nuclear.

¿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. La mayoría de los núcleos atómicos por debajo de un cierto peso atómico y que además presentan equilibrio entre protones y neutrones son estables. Los núcleos con demasiados neutrones o protones son inestables.

LA ENERGÍA GUARDADA EN EL NÚCLEO ATÓMICO

COMPARACIÓN ENTRE REACCIONES REACCIÓN QUÍMICAREACCIÓN NUCLEAR Los átomos se reorganizan por la ruptura y formación de enlaces químicos. Los elementos (o los isótopos de los mismos elementos) se convierten entre sí. Sólo los electrones de los orbitales atómicos o moleculares participan en la ruptura y formación de enlaces. Pueden participar protones, neutrones, electrones y otras partículas elementales. Las reacciones se acompañan por la absorción o liberación de cantidades de energía relativamente pequeñas. Las reacciones van acompañadas por la absorción o liberación de cantidades enormes de energía. Las velocidades de reacción se ven afectadas por la temperatura, presión, concentración y catalizadores. Las velocidades de reacción, por lo general, no se ven afectadas por la temperatura, la presión o los catalizadores.

NOTACIÓN NUCLEAR Con el fin de estudiar las reacciones nucleares, es preciso entender cómo se escriben y balancean sus ecuaciones. Además de escribir los símbolos de los distintos elementos químicos, también se debe indicar, de manera clara, el valor de la masa (A )y la carga nuclear (Z) que hay en cada especie. Se debe balancear la ecuación nuclear cumpliendo que: el número total de protones y neutrones en los productos y reactivos debe ser el mismo (para conservar el número de masa) y el número total de cargas nucleares en los productos y reactivos debe ser el mismo (para conservar el número atómico).

PARTÍCULAS ELEMENTALES ECUACIONES NUCLEARES

EMISIONES RADIACTIVAS

Rayos  Los rayos gama están constituidos por radiación electromagnética, de la misma naturaleza que la luz ordinaria, pero con una longitud de onda mucho menor. Son eléctricamente neutros, es y no son desviados por campos eléctricos o magnéticos Tienen un poder de penetración en la materia que es mucho mayor que las partículas y alfa. Partícula  Los rayos alfa son partículas con carga positiva. No están constituidos por radiación (energía electromagnética). Se mueven comparativamente con mucha lentitud, aproximadamente km/s y con muy leve poder de penetración. Está formada por dos protones y dos neutrones; es decir, es idéntica al núcleo del Helio. Partícula  Los rayos beta son un flujo de electrones. Se mueven con una velocidad muy cercana a la de la luz ( km/s). Son partículas subatómica de mayor poder de penetración que las partículas alfa.

TIPOS DE RADIACIÓN ALFA: núcleos de Helio ( = 2 protones + 2 neutrones) BETA: electrones GAMA: luz (ondas electromagnéticas)

EMISIONES RADIACTIVAS Ver Animación

Captura en negativo el 4 de noviembre de 2003 de la súper llamarada X28 cerca de un lado del sol por el Observatorio Heliosférico Solar (SOHO)

RADIOISÓTOPOS

No estamos tan aislados de las radiaciones como creemos. Cada instante, intercambiamos decenas de miles de partículas con nuestro entorno. Sólo del espacio, recibimos unos 100 mil neutrones cada hora.

BALANCE DE ECUACIONES NUCLEARES 1.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. 2.Conservar el número atómico(Z). La suma de Z en los productos debe igualar la suma de Z en los reactivos. n 0 U Cs Rb n

DESINTEGRACIÓN  - C 14 6 N 7  0 + K Ca  0 + n 1 0 p 1 1  0 + Disminuye el número de neutrones en 1 Aumenta el número de protones en 1

DESINTEGRACIÓN  + (POSITRÓN) C 14 6 B 5  K Ar  p 1 1 n 1 0  0 + Aumenta el número de neutrones en 1 Disminuye el número de protones en 1

DESINTEGRACIÓN ALFA Disminuye el número de neutrones en 2 Po Pb He U Th He Po Ra He Disminuye el número de protones en 2

BANDA DE ESTABILIDAD NUCLEAR n/p demasiado grande Desintegración beta X n/p demasiado pequeño Desintegración de positrón o captura de eléctrón Y Número de protones Número de neutrones Cinturón de estabilidad Neutrone/protones = 1

SERIE DE DECAIMIENTO DEL URANIO Cinética de la desintegración radiactiva N hijo velocidad = - NN tt velocidad = N NN tt = N - N = N 0 exp(- t)lnN = lnN 0 - t N = el números de átomos en tiempo t N 0 = el números de átomos en tiempo t = 0 es la constante de desintegración ln2 = t½t½

¿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. REVISIÓN 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? 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. REVISIÓN

Un elemento 237 X 93 emite sucesivamente las partículas , , , , , . Indica los tipos de isótopos que se producen en cada una de las emisiones. Respuesta: REVISIÓN X  He + X   + X  + X X  He + X   + X   + X

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

¿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

Determinar aproximadamente la vida media del isótopo radiactivo según datos de la siguiente tabla. REVISIÓN DíasActividad 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 4,0 2,4 1,4 1,1 6 días 7 días 6 días 15 días 6 días

¿Cuál es la diferencia entre 0 e -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. REVISIÓN

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