Actividad: ¿Cuál es la diferencia entre una reacción

Actividad para el estudiante
Fenómenos nucleares y sus aplicaciones
¿Cuál es la diferencia entre una reacción nuclear y una reacción química?
Nivel: 4º medio
Subsector: Ciencias químicas
Unidad temática: Fenómenos nucleares y sus aplicaciones
Actividad: ¿Cuál es la diferencia entre una reacción nuclear
y una reacción química?
¿Qué es la radiactividad?
Durante los siglos XIX y XX se publicaron la mayoría de las teorías atómicas
que hasta hoy conocemos. En ellas se postula que el átomo está formado por
partículas aún más pequeñas que los átomos: los neutrones, protones y
electrones. Los neutrones y protones se encuentran en el núcleo y electrones
en torno al núcleo ubicados en diferentes niveles de energía y en ciertas
regiones llamadas orbitales.
Como ya sabes, los protones tienen carga positiva, y según la ley de Coulomb
las cargas eléctricas cargadas con el mismo signo se repelen. Sin embargo,
dentro del átomo se encuentran reunidas sólo cargas positivas (y neutras)
formando el núcleo. ¿Cómo es esto posible?
Si el fenómeno de repulsión entre cargas positivas ocurre dentro del núcleo
atómico, entonces éste se desintegraría y no existiría.
Las fuerzas que permiten que el núcleo esté formado por partículas positivas
son los neutrones. ¿Y de qué manera?
Existen fuerzas de corto alcance entre neutrones, entre neutrones y protones y
entre protones. Si estas fuerzas son mayores que las fuerzas de repulsión
entre protones, el núcleo atómico se mantiene unido. Mientras que, si las
fuerzas de corto alcance son menores que las fuerzas de repulsión, el núcleo se
desintegra y se desintegra también el átomo.
Algunos núcleos de algunos elementos de la tabla periódica son inestables y se
rompen emitiendo luz o partículas; este fenómeno se conoce como
radiactividad.
La desintegración, fusión y fisión de un átomo se escribe también, como una
reacción química, sin embargo tiene otras características.
¿Cómo son estas reacciones?
La radiactividad es la emisión espontánea de partículas o de radiación
electromagnética o de ambas que sufren los núcleos inestables. Cuando este
proceso ocurre en forma natural, entonces se desintegra un núcleo inestable el
que puede formar productos también inestables y que, por lo tanto, sufrirán
una desintegración posterior. Este proceso se repite hasta que finalmente se
forma un núcleo estable.
Existen formas de producir radiactividad artificialmente. La primera vez que
ocurrió este fenómeno fue en 1919, cuando Rutherford bombardeó el átomo de
nitrógeno con partículas alfa, produciendo un isótopo del oxígeno: oxígeno -17
con la emisión de un protón.
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Actividad para el estudiante
Fenómenos nucleares y sus aplicaciones
¿Qué emite la radiactividad?
Nivel: 4º medio
Subsector: Ciencias químicas
Unidad temática: Fenómenos nucleares y sus aplicaciones
Actividad: ¿Qué emite la radiactividad?
¿Qué emite la radiactividad?
La radiactividad es la emisión espontánea de partículas o de radiación
magnética, o de ambas, que sufren elementos inestables. También existe la
radiactividad artificial que ocurre cuando se bombardea elementos con otras
partículas causando su destrucción y posterior radiactividad. ¿Qué partículas se
emiten en estos procesos?
Cuando ocurre una reacción nuclear, se emiten partículas sub atómicas como
protón, neutrón y electrón, y además se forman nuevas partículas.
¿Cuáles son estas nuevas partículas?
Las partículas nuevas y más características de un fenómeno de radiación
nuclear son las partículas alfa, beta y la radiación gamma.
Las partículas alfa son mucho más grandes que las beta, debido a que ellas
corresponden a un núcleo de un átomo de Helio, por lo tanto cuenta con 2
protones y 2 neutrones (tienen carga positiva) a diferencia de las partículas
beta que corresponden a un electrón (tienen carga negativa).
La radiación gamma, por otro lado, corresponde a radiación electromagnética
de alta energía.
¿Cómo son estas partículas?
Cada una de estas partículas es de diferente naturaleza, y por tanto tienen
carga y masa diferente.
Mira la siguiente reacción nuclear:
212
84
Po ⎯
⎯→ 208
82 Pb + X
-
¿Le falta algo?
¿Estará completa?
Para ambos elementos (Po y Pb), fíjate el número másico, A (212 y 208) y en
el número atómico, Z (84 y 82):
- ¿Son iguales?
- ¿Qué habrá que hacer para que sean iguales?
- ¿A qué corresponderá la letra X?
I. Realiza un trabajo de investigación que te permita saber cuál es la
naturaleza de las partículas que se emiten durante una reacción nuclear.
Puedes buscar información en el portal de Internet educarchile, en otros
medios en Internet o en libros y textos para el estudiante.
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Fenómenos nucleares y sus aplicaciones
¿Qué emite la radiactividad?
II. Luego de que hayas reunido la información necesaria, completa la tabla
para resumir las características de cada partícula y contesta las preguntas que
se encuentran a continuación.
A) Tabla resumen de naturaleza de la radiación
Radiación
Naturaleza Carga
Masa
[Kg]
Simbología Poder
de
penetración
Alfa
Beta
Gamma
Positrón
Neutrón
Protón
B) Preguntas y aplicaciones
1. Las partículas alfa son las partículas más grandes y con más masa, en
cambio la radiación gamma (radiación electromagnética) es energía
desprendida de la reacción nuclear. En relación a esto, ¿cómo crees que
serán los efectos que cada una de estas partículas puede tener sobre el
ser humano?
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2. Ordena las partículas alfa, beta y gamma, en orden creciente de poder
de penetración.
3. Observa la animación “Partículas nucleares”, disponible en el portal
educarchile.
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Fenómenos nucleares y sus aplicaciones
¿Qué emite la radiactividad?
Como ya sabes, los isótopos inestables que decaen en forma natural a otros
elementos más pequeños y estables emiten ciertas partículas o energía.
¿Podemos utilizar estas emisiones en aplicaciones prácticas?
A veces se trabaja con elementos que decaen en forma natural emitiendo, en
forma controlada partículas o energía. Estas partículas pueden ser utilizadas en
algunas ramas de la ciencia o bien, en medicina. Por ejemplo, en química se
utilizan isótopos de elementos radiactivos para descubrir mecanismos de una
reacción química regular. ¿Cómo lo hacen?
Debido a que el isótopo utilizado emite una partícula conocida, es posible
seguir o rastrear esta partícula inestable que decae en el tiempo, o bien las
radiación emitida por este isótopo. De ese modo descubren cómo ocurre una
determinada reacción química.
También se utilizan isótopos radiactivos en medicina para el tratamiento de
ciertos tumores. ¿Cómo lo hacen? En la mayoría de los casos, utilizan isótopos
que emiten radiación electromagnética la que daña células de origen tumoral.
4. Investiga sobre otras aplicaciones de la radiactividad hoy en día.
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Fenómenos nucleares y sus aplicaciones
¿Cuál es la diferencia entre una reacción nuclear y una reacción química?
Al proceso de convertir un átomo en otro se le llamó transmutación nuclear.
Otra reacción nuclear es la fisión, en donde un núcleo pesado se divide para
formar núcleos más pequeños de masa intermedia y uno o más neutrones. La
gran estabilidad de los núcleos formados (en comparación a los núcleos de
origen) permite que esta reacción libere gran cantidad de energía. Este
proceso puede ocurrir en forma natural o artificial.
En particular, la fisión del uranio – 235, no sólo libera gran cantidad de
energía, sino que también se producen más neutrones que los capturados
originalmente en el proceso. Esto hace posible una reacción nuclear en cadena
que es una secuencia de reacciones de fisión nuclear autosostenidas. Esta
reacción, en pocos segundos se vuelve incontrolable liberando una gran
cantidad de calor hacia los alrededores.
Por otra parte, es posible que ocurra un fenómeno en el que se combinan dos
pequeños núcleos para formar otros mayores: la fusión nuclear. La
estabilidad para elementos más livianos aumenta al aumentar la masa. Esto
sugiere que si dos núcleos pequeños se combinan para formar uno mayor y
más estable, se liberará una gran cantidad de energía. La fusión nuclear ocurre
constantemente en el sol, el que está formado por hidrogeno y helio.
I. Para comprender cuál es la diferencia entre una reacción nuclear y una
reacción química regular, reúne material adecuado que contenga esta
información sobre reacciones nucleares, radiactividad y aplicaciones de la
radiactividad.
Puedes acceder a el en el portal en Internet de educarchile, otros medios en
Internet o en libros disponibles en una biblioteca.
II. Luego de que dispongas de esta información, contesta las siguientes
preguntas:
1. Confecciona una tabla de comparación entre ambas reacciones.
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Fenómenos nucleares y sus aplicaciones
¿Cuál es la diferencia entre una reacción nuclear y una reacción química?
2. ¿Qué tienen en común la fisión y fusión nuclear?
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3. En relación a la energía producida por las reacciones nucleares:
a. ¿Por qué se dice que esta energía es “energía limpia”?
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b. ¿Qué es un reactor nuclear?
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c. ¿Qué opinas de la construcción de un reactor nuclear para la
generación de energía para tu ciudad?
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d. ¿Qué ocurrió en Chernobil?
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4. ¿Qué es la bomba atómica? ¿Qué elementos se utilizaron? ¿En qué
lugares fue lanzada?
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