Núcleo Atómico

Núcleo Atómico
MSc. Victoria Calzada
PARTICULAS ELEMENTALES
QUARKS
LEPTONES
BOSONES
Quarks
Los quarks son partículas elementales, que
forman toda una serie de familias de otras
partículas.
Combinaciones de tres quarks forman los
bariones y combinaciones de un quark y un antiquark forman la famila de los mesones.
El modelo nuclear mas aceptado es aquel que
considera a las partículas nucleares en niveles de
energía.
Existe un estado fundamental nuclear y estados
excitados.
La desexcitación del núcleo va acompañada, al igual
que la de los electrones, por la emisión de radiación
electromagnética.
La distribución de los nucleones dentro del núcleo
determina la energía de éste.
ESTABILIDAD NUCLEAR
El núcleo es intrínsecamente inestable debido a
la repulsión electrostática entre los protones.
El balance repulsión-atracción determina si un
nucleido es estable o no.
La relación entre N y Z es de fundamental
importancia en dicho balance.
NUCLEIDOS
Se corresponde a un átomo con número definido de
protones y neutrones.
Es la unidad en Radioquímica, así como el elemento es
la unidad en Química.
Se conocen hasta el momento unos 117 elementos y
mas de 2000 nucleidos.
http://www.nndc.bnl.gov/nudat2/index.jsp
Cada elemento puede tener varios nucleidos
estables.
Estudiando la relación N/Z de los nucleidos
estables vemos que:
Si Z < 20 la relación N/Z es aproximadamente
1 para mantener la estabilidad
Para Z > 83 ningún nucleido es estable
Aún para los nucleidos radiactivos la existencia
del núcleo como tal es más favorable que la
separación en los nucleones que lo constituyen.
La masa de un átomo es siempre menor que la suma de
las masas de las partículas que lo constituyen.
Esa diferencia se denomina defecto de masa y es
equivalente a la cantidad de energía que el núcleo gasta
en mantener juntos a sus nucleones (energía de ligadura).
La energía de ligadura/nucleón es una medida de la
estabilidad del núcleo.
La inestabilidad nuclear conduce
fenómeno denominado radiactividad.
al
LA RADIACTIVIDAD ES UN FENÓMENO
ESPONTÁNEO DE TRANSFORMACIÓN
DE UN
NUCLEIDO EN OTRO CON
EMISION DE ENERGÍA (RADIACIÓN).
El modo de decaimiento más probable será
aquel que lo acerque a la estabilidad
DECAIMIENTO β Se produce en nucleidos con exceso de
neutrones (N/Z >estabilidad).
Implica la transformación de un neutrón en un
protón con emisión de un electrón y energía.
El número total de nucleones permanece
constante mientras que el número atómico
aumenta en una unidad.
A X
Z
A
Z+1Y
+ 0-1e + ν^ + E
DECAIMIENTO β +
Se produce en nucleidos con defecto de
neutrones (N/Z <estabilidad).
Implica la transformación de un protón en un
neutrón con emisión de un positrón y energía.
El número total de nucleones permanece
constante mientras que el número atómico
disminuye en una unidad.
A X
Z
A Y
Z-1
+ 0+1e + ν + E
CAPTURA ELECTRÓNICA
Se produce en nucleidos con defecto de
neutrones (N/Z <estabilidad).
Implica la captura de un electrón orbital por
parte de un protón nuclear, transformándose
ambos en un neutrón, con emisión de un
neutrino y energía.
El número total de nucleones permanece
constante mientras que el número atómico
disminuye en una unidad
A X
Z
+ 0-1e
A Y
Z-1
+ ν +E + RX
El hueco en las capas electrónicas es
llenado por otros electrones más externos,
produciéndose la emisión concomitante de
rayos X característicos.
EMISION α
Se produce en nucleidos con alto número de
nucleones (Z > 83).
Implica la pérdida simultánea de 2 protones y 2
neutrones bajo la forma de núcleos de 42He.
A X
Z
A-4 Y
Z-2
+ 42He +E
EMISION γ
Se produce cuando el núcleo se encuentra
en estado excitado.
Implica la emisión del exceso de energía
como
un
cuanto
de
radiación
electromagnética.
No produce cambio ni en el número de
nucleones ni en el número atómico.
Modos de decaimiento de los
isótopos del Carbono
Isótopo
9C
10C
11C
12C
13C
14C
15C
16C
N/Z
0.50
0.67
0.83
1.0
1.17
1.33
1.50
1.67
estable
estable
Para predecir el tipo de
decaimiento mas probable se
calcula el defecto de masa
β
AZX
AZ+1Y
+ 0-1e + E +ν~
∆m = M padre - (M hijo + me-)
α
AZX
A-4Z-2Y
+ 42He + E
∆m = M padre - M hijo - M 42He
CE
ν
∆m = M padre + m e- - M hijo
+
β
AZX
AZ-1Y
+ 0+1e + E + ν
∆m = M padre - (M hijo + me+)
CINETICA DEL
DECAIMIENTO RADIACTIVO
El decaimiento radiactivo es un proceso al
azar.
Sólo podemos establecer el número de
átomos desintegrados por unidad de tiempo.
La probabilidad de decaimiento es
característica
de
cada
nucleido
e
independiente de las condiciones físicas y
químicas.
λ
A
- dNA
λNA
dt
B +X
=
Integrando N =
- dNA
y
dt
N0e-λt
Multiplicando por λ
= A (actividad)
A=
A = λNA
A
-λt
A0e
Graficando A vs t
Graficando Ln A vs t
Actividad de una muestra
Cantidad de átomos desintegrados por
unidad de tiempo.
Unidades:
Becquerel (Bq) = dps
Curie (Ci) - 1 Ci = 3.7x1010 Bq
Constante de decaimiento (λ
λ)
Probabilidad de que un átomo se desintegre en
la unidad de tiempo.
Es característico de cada radionucleido.
Unidades:
Inversa de tiempo ( s-1, h-1 , d-1)
Período de semidesintegración (t1/2)
Tiempo en el cuál la actividad de la muestra o
el número de átomos de la misma disminuye
a la mitad.
Es característico de cada radionucleido al
igual que λ.
Unidades
Unidades de tiempo ( s, d, h, a)
Tarea 9
Comienza 16/6 20:00 h