Guía Fenómenos nucleares I

Ejercicios PSU
1.
Con respecto a la radiación gamma, ¿cuál(es) de las siguientes afirmaciones es(son) correcta(s)?
I)
II)
III)
Puede penetrar a través de una lámina delgada de aluminio.
No es capaz de atravesar una superficie plástica.
Produce efectos genotóxicos en los organismos vivos.
A) Solo I
B) Solo II
C) Solo III
2.
D) Solo I y II
E) Solo I y III
Las partículas alfa se pueden reconocer porque
I)
II)
III)
corresponden a núcleos de helio (He).
tienen carga positiva.
tienen bajo poder de penetración en las células.
Programa Electivo Ciencias Básicas
Nº
Química
GUÍA PRÁCTICA
Fenómenos nucleares I:
partículas radiactivas
Es (son) correcta(s)
A)
B)
C)
GUICEL001QM11-A16V1
3.
solo I.
solo II.
solo III.
D)
E)
solo I y II.
I, II y III.
¿Cuál de las siguientes opciones corresponde a una serie radiactiva?
204
Tl, 115
In, 69
Ga
A)
81
49
31
190
Pt, 107
Pd, 60
Ni B)
78
46
28
238
U, 234
Th, 234
Pa C)
92
90
91
D)
208
84
Po, 128
Te,
52
82
34
Se E)
226
88
Ra, 130
Ba,
56
90
38
Sr Cpech
1
Ciencias Básicas Electivo Química
4.
¿Cuál es la partícula (X) que falta en la siguiente reacción nuclear?
N+
15
7
1
1
H
X +
12
6
C
A)Alfa
B)Beta
C)Gamma
D)Neutrón
E)Positrón
5.
¿Cuál es el elemento (X) producido en la siguiente reacción nuclear?
30
15
6.
A)
24
12
Mg
B)
27
13
Al
C)
30
14
Si
D)
32
16
S
E)
35
17
Cl
X
A)
α
B) β
C)β
D)
α
E)
α
2
X +
0
+1
β
Una “serie de desintegración” muestra las diversas etapas en las que un núcleo radiactivo decae
y se convierte en un núcleo estable. ¿Qué partículas se emiten en las etapas de la desintegración
dada a continuación?
238
92
7.
P
U
Y
β
α
β
β
α
234
90
Z
α
β
α
β
α
Th + X
234
91
Pa + Y
234
92
U+Z
¿Cuál de las siguientes reacciones produce un átomo hijo a partir de una emisión β positiva?
A)
28
12
B)
242
96
C)
40
19
D)
238
92
U → 234
Th
90
E)
131
53
I → 131
Xe
54
Cpech
Mg → 28
Al
13
Cm → 238
Pu
94
K → 40
Ar
18
GUIA PRÁCTICA
8.
Una partícula alfa (α) se diferencia de un átomo de helio por su
I)
II)
III)
número atómico.
masa atómica.
carga eléctrica.
Es (son) correcta(s)
A)
B)
C)
D)
E)
9.
solo I.
solo II.
solo III.
solo I y III.
solo II y III.
162
Si un isótopo de renio 75 Re emite una partícula alfa, se obtendrá un átomo hijo cuyos números
A y Z corresponderán, respectivamente, a
A)
B)
C)
D)
E)
156 y 71
158 y 73
164 y 75
162 y 74
166 y 78
10. La reacción nuclear
Sn → 126
In
126
50
49
puede ser explicada a partir de una
I)
II)
III)
emisión β negativa.
captura electrónica.
emisión β positiva.
Es (son) correcta(s)
A)
B)
C)
D)
E)
solo I.
solo II.
solo III.
solo I y II.
solo II y III.
Cpech
3
Ciencias Básicas Electivo Química
11. La emisión de partículas radiactivas está asociada a un exceso de
I) protones.
II) neutrones.
III)electrones.
Es (son) correcta(s)
A)
B)
C)
solo I.
solo II.
solo III.
D)
E)
solo I y II.
I, II y III.
12. La emisión de rayos gamma se asocia a fuentes de
I)
II)
III)
partículas α.
partículas β.
rayos X.
Es (son) correcta(s)
A)
B)
C)
solo I.
solo II.
solo III.
D)
E)
solo I y II.
I, II y III.
13. Las partículas liberadas en las reacciones
188
80
Hg → 188
Au
79
135
60
Nd → 135
Pr
59
corresponden, respectivamente, a
A)
B)
C)
D)
E)
+β y -β
α y -β
+β y +β
+β y α
-β y +β
14. La emisión de un electrón en una reacción nuclear se asocia a la
A)
B)
C)
D)
E)
4
Cpech
descomposición de un protón.
reorganización de la electrósfera.
descomposición de un neutrón.
unión de un protón más un neutrón.
descomposición de un positrón.
GUIA PRÁCTICA
15. La estabilidad de un núcleo atómico se puede predecir usando la razón entre neutrones y protones
(n:p). Al graficar el número de protones frente al número de neutrones para todos los átomos, se
obtiene una franja de estabilidad en la que se ubican todos los elementos estables, como se
muestra a continuación.
202
80
120
Franja de
estabilidad
100
Nº neutrones (A-Z)
Hg
1:1 Razón
neutrón-protón
80
110
48
60
Cd
40
20
0
6
3
0
Li
20
40
60 80 100
Nº protones (Z)
Los núcleos ubicados a la izquierda de la franja de estabilidad tienen exceso de neutrones, por lo
que deben disminuir el número de neutrones y aumentar el de protones, lográndose mediante la
siguiente reacción:
1
0
n → 11 p + -10 β
Los núcleos ubicados a la derecha de la franja presentan exceso de protones, por lo tanto, tienden
a disminuir el número de protones y aumentar el de neutrones mediante la reacción:
1 p → 1 n + 0 β
1
0
+1
A partir del análisis del gráfico y de la información proporcionada, se puede deducir que
I)
un núcleo con 40 protones y 80 neutrones sería emisor de partículas -10 β .
II)
un núcleo con Z = 60 y razón n:p = 1 sería emisor de partículas -10 β .
0
III) los elementos que cumplan la condición nº= 2Z serán emisores de partículas +1 β .
Es (son) correctas
A)
B)
C)
solo I.
solo II.
solo III.
D) solo II y III.
E) I, II y III.
Cpech
5
Ciencias Básicas Electivo Química
Tabla de corrección
Ítem
6
Cpech
Alternativa
Habilidad
1
Comprensión
2
Reconocimiento
3
Comprensión
4
Aplicación
5
Aplicación
6
Aplicación
7
Aplicación
8
Comprensión
9
Aplicación
10
Aplicación
11
Comprensión
12
Reconocimiento
13
Aplicación
14
Comprensión
15
ASE
GUIA PRÁCTICA
Resumen de contenidos
La radiactividad
Los fenómenos nucleares son una serie de reacciones que ocurren en el núcleo atómico. Cuando
un átomo radiactivo se desintegra, las partículas del núcleo (neutrón y protón) buscan estabilidad
emitiendo distintas partículas (alfa, beta y radiación gamma).
En este proceso se ven involucradas reacciones que llegan a alterar la identidad de las especies
químicas, con lo cual transforman la materia en un nivel más íntimo que en una reacción química, en la
que se reordenan los enlaces de las especies que participan. Las reacciones nucleares llegan a liberar
cantidades altísimas de energía en el proceso.
Existen dos tipos de radiactividad: natural y artificial o inducida.
La primera tiene relación con núcleos atómicos que en la naturaleza sufren una desintegración
espontánea, debido a su inestabilidad, experimentando emisión de energía en forma de partículas o
radiaciones, dando lugar a otros núcleos más estables.
La segunda se vincula con el bombardeo de partículas sobre un núcleo atómico para volverlo inestable.
Isótopos
Dalton afirmaba que “todos los átomos de un determinado elemento son idénticos”. Sin embargo, el
hallazgo de los neutrones en el siglo XX demostró que esto no es así, debido a que un mismo elemento
puede presentar diferentes números másicos, dependiendo de su número de neutrones. Tal es el
caso del carbono, que posee 3 isótopos conocidos: el carbono 12, 13 y 14.
Carbono-12
1s22s22p2
Carbono-13
1s22s22p2
Carbono-14
1s22s22p2
N + N
N + N +
+ + N
N +
N + N
N + N +
N + + N
N +
N + N
N + N +
N + + N
N + N
Cpech
7
Ciencias Básicas Electivo Química
La radiactividad es una propiedad de los isótopos inestables. La inestabilidad es característica de
aquellos átomos que poseen un estado excitado en sus núcleos. Para alcanzar la estabilidad deben
perder energía.
No existen reglas precisas para predecir si un núcleo es radiactivo o no. Pero se han realizado ciertas
generalizaciones basadas en observaciones empíricas. Por ejemplo, todos los núcleos con más de
84 protones son inestables y la estabilidad se relaciona con la razón entre neutrones y protones.
La siguiente tabla compara los porcentajes de abundancia de los isótopos de carbono. El grado de
abundancia está estrechamente ligado al grado de estabilidad que posee el isótopo en cuestión.
Isótopo
Abundancia relativa (%)
6
C12 (carbono-12)
98,890
6
C13 (carbono-13)
1,109
6
C14 (carbono-14)
10-10
Masa atómica promedio
Al observar la tabla periódica se aprecia, por ejemplo, que el valor de la masa de 1 mol de átomos de
carbono es 12,0110 u. La pregunta es ¿de dónde procede este valor? Este se obtiene del promedio
ponderal de la masa de cada isótopo de carbono conocido y su abundancia relativa. Tomando en
cuenta sus isótopos más significativos, su masa atómica se obtiene del siguiente desarrollo
Masa atómica promedio (C) =
(12,000 u ⋅ 98,890%) + (13,00 u ⋅ 1,109%)
100%
Masa atómica promedio (C) = 12,0110 u
el cual aparece registrado en la tabla periódica.
En general, para cualquier elemento, conociendo la masa de sus isótopos y su porcentaje de abundancia
relativa, se puede calcular su masa atómica promedio de la siguiente forma
Masa atómica promedio =
8
Cpech
Σ (masa isótopo ⋅ % abundancia)
100%
GUIA PRÁCTICA
Partículas y reacciones nucleares
1. Partículas alfa
Las partículas alfa corresponden a núcleos de helio, los cuales están libres de sus electrones de
valencia, motivo por el que poseen una carga eléctrica +2 y una masa de 4 uma. Su representación en
4
una ecuación nuclear se simboliza como 4α o 2He2+.
2
Su emisión se encuentra asociada a núcleos grandes (con más de 83 protones).
226
Ra
88
4
→ 2α +
222
86 Rn
En la ecuación anterior se muestra una reacción nuclear donde el radio−226 se transforma en radón−222,
liberando una partícula alfa. Se observa una disminución de su número atómico (Z) en dos unidades y
a su masa atómica (A) en cuatro unidades, tal como establece la ley de Soddy.
2. Partículas beta
Corresponden a electrones emitidos a altas velocidades desde un núcleo inestable y poseen carga
negativa.
Las partículas beta entran en juego cuando ocurre la desintegración de un neutrón en un protón y
un electrón. Corresponde a un proceso donde no existe cambio en el número másico, pero sí en el
número atómico del elemento, cumpliéndose la ley de Fajans. Tal es el caso de la transformación de
214
plomo−214 214Pb en bismuto−214 83Bi .
82
214
Pb
82
→
0
β
−1
+
214
Bi
83
3. Emisiones gamma
También llamados rayos gamma. Son ondas electromagnéticas idénticas a la luz, pero con
un contenido energético altísimo. Son neutras eléctricamente, no tienen masa, y son peligrosas al
exponerse ante las células, pues tienen la capacidad de alterar el ADN, produciendo mutaciones. Se
emiten sin provocar cambios en el número atómico y número másico de los átomos donde intervienen,
acompañando a las emisiones alfa y beta.
Cpech
9
Ciencias Básicas Electivo Química
Grado de ionización y poder de penetración
El grado de ionización corresponde a la capacidad de las partículas de arrancar electrones a otros
átomos con los que se encuentran. Depende de la carga, velocidad y tamaño de las partículas. El orden
decreciente de ionización corresponde a α > β > γ.
Las partículas γ, al no estar cargadas, no sufrirán desviación al exponerse a un campo eléctrico.
Rayos β
+
Rayos γ
Rayos α
−
El poder de penetración es la capacidad de las partículas de atravesar los materiales. A mayor grado
de ionización, menor poder de penetración. Esto es virtud de las interacciones que tienen las partículas
con la materia, que impedirán o no su avance en la emisión de las mismas. El orden creciente de esta
propiedad es α < β < γ.
Debido a esto, la radiación gamma es la más peligrosa para los seres vivos, pues puede penetrar en
las células y producir quemaduras internas, mutaciones e incluso la muerte si la exposicion es muy alta.
Alfa
Beta
Gamma
Cemento
Agua
Papel
10
Cpech
GUIA PRÁCTICA
Mis apuntes
Cpech
11
Registro de propiedad intelectual de Cpech.
Prohibida su reproducción total o parcial.