GUÍA “QUÍMICA NUCLEAR” NÚCLEO ATÓMICO Y RADIOACTIVIDAD

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Departamento Química
4º año medio 2014
Profesora Paola A. Lizama Vergara.
GUÍA “QUÍMICA NUCLEAR”
NÚCLEO ATÓMICO Y RADIOACTIVIDAD
Nombre: ______________________________________________________________________________ 4º_____
D ESCU BRIM IENTO D E LAS PARTICU LAS RAD IO ACTIVAS
Las reacciones químicas en general implican cambios en la estructura electrónica externa
de los átomos o moléculas. Por otra parte, los núcleos atómicos cambian de posición uno respecto
a otro, pero no cambia estructura interna.
También hay reacciones químicas en que los componentes de los núcleos participan en algunas
transformaciones en los cuales los productos finales no contienen los mismos elementos en los
núcleos reactivos. Estos cambios se estudian en el área de la denominada Química Nuclear.
En 1896 el fisicoquímico; Antoine Henry Bequerel, científico
francés, mientras estudiaba las propiedades de algunos minerales, entre
ellos sales de uranio, encontró que emitían cierta radiación con mayor
poder de penetración que los rayos X, los cuales velaban una placa
fotográfica aun cuando estuvieran cubiertas y a oscuras.
En un comienzo, Becquerel pensó que las sales de uranio eran
fosforescentes, es decir, que después de ser expuestas a los rayos
solares, emitían los rayos que acababa de descubrir Roentgen.
Para verificar esta hipótesis, mantuvo en la oscuridad, durante
varios meses, las sales de uranio y comprobó que no había disminuido la
capacidad de éstas de ennegrecer las emulsiones fotográficas.
De esto dedujo que la radiación emitida por las sales de uranio no era debida a un
fenómeno de fosforescencia y que no dependía en absoluto de excitaciones previas. Observó
también que el aire que rodea a las sales se hacía más conductor, como lo mostraba el hecho de
que un electroscopio próximo a las sales se descargase.
En el año 1898, G. C. Schmidt y M. Curie, independientemente, encontraron que el Torio
emitía radiaciones del mismo tipo que el uranio. En Julio del mismo año Marie y Pierre Curie,
pudieron aislar de una tonelada de pechblenda (contiene 80% de óxido de uranio U3O8) un gramo
de un nuevo elemento que era más radiactivo que el uranio, al cual bautizaron con el bautizaron
con el nombre de Polonio. Seis meses más tarde el matrimonio Curie descubrió otro elemento
radioactivo hasta entonces desconocido que era 300 000 veces más radioactivo que el Uranio, al
cual llamaron Radio.
Actualmente se conocen unos treinta elementos radiactivos y todos ellos tienen su origen o
en el uranio o en el torio. Pero ¿y qué son las radiaciones emitidas por estas sustancias que
implican el cambio espontáneo de átomos de esas sustancias en otros átomos?
E. Rutherford identificó y separó este tipo de radiaciones,
mostró que aplicando un campo magnético, perpendicular a
la dirección de la emisión, la radiación podía ser desviada, y
que una componente de la radiación total era muy
penetrante y no se la podía desviar ni con campos eléctricos
o magnéticos. A esta componente se la llamó "radiación y,
demostrándose que ésta es radiación electromagnética de
muy alta frecuencia. Los rayos desviados corresponden a
partículas α y β , y se demuestra que éstas son de
naturaleza eléctrica.
N ATU R ALEZA D E LAS PAR TICU LAS R AD IO ACTIVAS
Partículas alfa (α): Corriente de partículas cargadas positivamente y que llevan una carga +2 y
una masa de 4. Son núcleos de Helio (42He+2). Se mueven a una velocidad de 20 000 (m/s)
Presentan una penetración en los tejidos de 0,01 cm. Pueden ser detenidas por una hoja de papel.
Poseen gran poder ionizante.
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Fenómenos de Radioactividad
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Partículas beta (β): Corriente
de
partículas
cargadas
negativamente que tiene todas
las
propiedades
de
los
electrones de alta energía. Se
mueven
a
velocidades
cercanas a la luz. Penetran
hasta 1cm, atraviesan una
hoja de papel pero son
detenidos por una lámina de
aluminio de 1cm. Su poder
ionizante es 1000 veces
menor que las partículas alfa.
Partículas gamma (γ): Es radiación electromagnética de muy alta energía (longitud de onda de
0,005 a 1 Aº), mayor que la de los rayos X. Como se trata de energía no posee ni carga ni masa.
Penetración hasta 100 cm, atraviesan el cuerpo humano pero son detenidos por una lámina de
plomo de 5 cm.
La Radioactividad presenta características, como:
1.
La emisión de las radiaciones es independiente del hecho de
encontrarse el elemento radioactivo en libertad como sustancia
simple, o formar parte de un compuesto químico.
2.
La radiación es independiente de los factores que producen y
aceleran otras reacciones químicas como el calor, luz, presión,
catalizadores, etc)
3.
Las radiaciones emitidas por los elementos radiactivos,
además de impresionar placas fotográficas y de atravesar capas de
materiales opacos, tienen la propiedad de ionizar gases, excitare la
fluorescencia y producir reacciones químicas.
ISO TO PO S O N U CLEO S RAD IO ACTIVO S
El elemento radiactivo es aquel que tiene una proporción de átomos con núcleos
inestables, es decir que se va desintegrando sucesivamente hasta llegar a formar núcleos
estables. En esta categoría están todos aquellos elementos cuyo número atómico es superior a 85.
Esta situación ocurre principalmente en núcleos de gran masa, que poseen un exceso de
neutrones o un exceso de protones:
1)
Los neutrones están formados por la unión de protones y electrones, por lo tanto cuando
existe un exceso de neutrones en el núcleo, experimenta un fenómeno radioactivo caracterizado
por un aumento en la cantidad de protones. Esto lo realiza transformando una parte de los
neutrones en protones con la liberación de partículas negativas, o sea a través de la emisión de
rayos beta β negativos.
135
135
0
→
53I
54Xe +
-1e
El núcleo al liberar una partícula beta: El número atómico aumenta en una unidad
y el número másico no varía
2)
Si el núcleo posee un exceso de protones, debe estabilizarse con la transformación de
protones en neutrones, así se disminuye la cantidad de protones y aumenta la de neutrones,
lográndose una proporción entre los protones y neutrones que llevan a un núcleo estable.
Se postula que la transformación de un núcleo en neutrones, se debe a la liberación de positrones,
que poseen la misma masa que la de la partícula beta negativa, pero difiere en su carga. Un haz de
positrones corresponde a rayos beta β positivos.
118
54Xe
→
118
53I
+
0
+1e
3)
Cuando los núcleos atómicos poseen un número atómico > 83, llamados núcleos pesados,
tienden a experimentar una emisión de tipo alfa (42He), produciéndose una disminución en el
número atómico y el número de neutrones en dos unidades.
235
92Xe
→
231
90Th
+
4
2He
Cuando un núcleo emite una partícula alfa, su número atómico (Z) disminuye en
dos unidades y su número másico (A) en cuatro unidades.
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Fenómenos de Radioactividad
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4)
Si existe una emisión gamma por parte del núcleo, al ser ésta una radiación del tipo
electromagnética, no produce ningún efecto sobre el número másico ni atómico del elemento.
La desintegración espontanea de los núcleos radioactivos es fenómeno que se realiza en una serie
de etapas sucesivas, el cual finaliza cuando se llega a un núcleo estable como el plomo.
238
92U→
234
90Th
→23491Pa →23490U →23090Th →22688Ra →......20682Pb
Los núcleos con 2, 8, 20, 28, 50 u 82 protones o 2, 8, 20, 28, 50, 82 o 126 neutrones son por lo
general más estables que los núcleos que no contienen esta cantidad de nucleones.
Los núcleos con números pares de neutrones y protones son por lo general más
estables que los que contienen números impares de nucleones
RADIACTIVIDAD NATURAL
TIEM PO D E VID A M ED IA Y D ECAIM IENTO RAD IO ACTIVO
La radiación emitida por las sustancias radiactivas es
discontinua, por tanto es posible de ser contada, ya que la
intensidad de la radiación depende sólo de la cantidad de
sustancia presente.
Se llama actividad o velocidad de desintegración de una
sustancia al número de partículas emitidas en una unidad de
tiempo. En general, se observa que la actividad de una
sustancia no es constante.
Esto concuerda perfectamente con la suposición de que el número de átomos que se desintegran o
decaen en un cierto intervalo Δt es proporcional con el número total de átomos presentes, N. De tal
modo que se cumple que:
ΔN = k x N x Δt
Donde k es una constante de proporcionalidad característica de cada elemento radiactivo; se
agrega el signo menos para indicar que la actividad disminuye al aumentar el tiempo.
El significado de k se obtiene al hacer N = 1 y Δt = 1 seg y representa la probabilidad de que 1 solo
átomo se desintegre en 1 seg, y es la llamada constante de desintegración.
Dos parámetros relacionados con la constante k y útiles en la
descripción de elementos radiactivos son el período de
semidesintegración y la vida media de un elemento.
Vida media es el tiempo necesario para que la actividad de la
muestra disminuya a 1/k de su valor inicial. (Es el tiempo en
que un elemento puede permanecer activo) Si designamos por
τ la vida media, entonces se tiene que:
τ =(1/k)
De un modo general puede decirse que "Un elemento es
tanto más activo cuanto menor es su vida media"
(A la derecha curva de decaimiento del 9038Sr)
Por período de semidesintegración T se entiende el tiempo requerido por el elemento para decaer
a la mitad de su cantidad original, es decir, el tiempo necesario para que el número de átomos
sea la mitad del número inicial.
Se puede demostrar que la constante de desintegración k y el período T del elemento radiactivo
están relacionados por la expresión: T=0,693/k
de allí se desprende que a mayor k, menor
período.
Por ejemplo, para el radio T=1.590 años. El radón, en cambio, queda reducido a la mitad al cabo de
3,825 días. En el torio, T=1,8x1010 años y, en cambio, en el torio B' T=1x109 seg.
Radioisótopos Naturales
Radioisótopo
Vida Media
Desintegración
238
9
α
4,49x10 años
92U
235
8
α
U
7,13x10
años
92
235
10
α
1,39x10 años
90Th
40
9
α
1,3x10 años
19K
14
β
C
5
730
años
6
3
β
12 años
1H
Radioisótopos Artificiales
Radioisótopo
Vida Media
Desintegración
239
α
240 000 años
94Pu
137
β
Cs
30
años
55
90
β
28,8 años
38Sr
131
β
8,04 años
53I
125
β
I
60,25
años
53
M ED ICIÓ N D E LA RAD IACIÓ N: CO NTAD O R GEIGER
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Fenómenos de Radioactividad
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Se han ideado diversas formas de detectar la radiación,
Becquerel estudió el efecto de la radiación sobre las placas
fotográficas.
Cuanto mayor sea la exposición mayor es el área oscura
del negativo revelado.
El contador Geiger se basa en la ionización de materia causada por la radiación, dado que
producen iones y electrones por la acción de la radiación ionizante, este permite que exista una
conducción eléctrica.
El contador Geiger fundamentalmente un cilindro que tiene una abertura hechas de un material que
pueden traspasar los rayos α, β y γ. En el centro del tubo existe un alambre conectado a una fuente
de corriente continua y el cilindro metálico está unido a otro terminal.
El impulso de corriente que se genera cuando entra radiación al tubo se amplifica; cada impulso
cuenta una medida de radiación.
Otro instrumento se basa en los pequeños centelleos de luz que se produce cuando la radiación
alcanza un material fosforescente adecuado. Los destellos se amplifican electrónicamente y se
cuentan para medir la cantidad de radiación.
U NID AD ES PARA M ED IR LA RAD IACIÓ N
La unidad SI de dosis absorbida es el gray (Gy), que corresponde a la absorción
de 1J de energía por kilogramo de tejido. La otra unidad es el Rems, que relaciona
la cantidad de radiación absorbida por un kilogramo de tejido y el tipo de radiación.
1 Rems = 1 Rad x 1 RBE
1 Rad = 1 x 102 (J) de energía por kg de tejido.
100 Rad corresponden a 1 Gy
RBE
= efectividad biológica relativa. (Valor 1 para radiación γ y β; 10 para la radiación α).
Para cuantificar el daño biológico en cantidad real de radiación absorbida por los tejidos se utiliza el
sievert (Sv) y el rem. 1 Sv corresponde a 100 rem.
Efectos biológicos de la exposición de radiación de corta duración (una dosis)
Dosis (Sv)
Dosis (rem)
Efecto biológico
0 - 0,25
0 - 25
0,25 - 0,49
25 – 49
Disminución temporal de los glóbulos blancos
0,50 - 0,99
50 – 99
Disminución importante de los glóbulos blancos en la sangre, nausea.
1,0 - 1,99
100-199
Caída del cabello, Náuseas.
2,0 - 5,0
200 – 500
No existen efectos clínicos observables
Hemorragias, muerte de la mitad de la población expuesta en menos de 30 días
SERIE RADIOACTIVA
Las partículas α proceden de los núcleos
atómicos, cuando uno de los núcleos pierde una
de esas partículas disminuye su masa en 4
unidades y su carga o números atómico disminuye
en 2.
Esto transforma al elemento inicial en otro nuevo,
de número atómico y numero másico más bajo.
Luego si el átomo pierde una partícula β, aumenta
su carga en 1 unidad y su masa no experimenta
variación.
De este modo van produciéndose sucesivas
transformaciones, que se conocen como
desintegraciones del elemento.
La figura de la derecha representa las
desintegraciones sucesivas de Uranio 238.
Observe los isótopos formados
RADIACTIVIDAD ARTIFICIAL
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Química Nuclear
Fenómenos de Radioactividad
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TRANSM U TACIÓ N NU CLEAR (O D ESINTEGRACIÓ N ARTIFICIAL)
La transmutación consiste en modificar el núcleo atómico al ser bombardeado con neutrón u otro
núcleo. Ernest Rutherford realizó en 1919 la primera transmutación, esto lo logró bombardeando
núcleos de Nitrógeno con partículas α:
14
7N
4
+
2He
17
→
8O
1
+
1H
La aceleración de partículas se logra mediante aceleradores de elevado potencial como el
ciclotrón, betatrón y sincotrón. Con este último se ha logrado partículas con energía cercana a 6
000 MeV (Mega electrón volt) (9,612600001x10-10J)
Otros ejemplos de transmutaciones:
235
27
92U
13Al
+
1
+
1
1H
0n
232
→
24
→
91Pa
11Na
+
4
2He
+
4
2He
ENERGÍA NUCLEAR
FISIÓ N N U CLEAR
Una reacción en la que núcleo pesado, cuyo número másico (A) es mayor a 200, se divide en dos
núcleos de tamaños comparables y uno o más neutrones, se denomina fisión nuclear. Este tipo de
reacciones va acompañadas por la liberación de una enorme cantidad de energía.
235
92U
+
1
0n
→
235
92U
→
139
56Ba
+
94
36Kr
+
310n + Energía
La primera fisión nuclear realizada por
Otto Hahn y Fritz Strassman fue la del
Uranio-235.
La Fisión nuclear controlada se utiliza en
los reactores de potencia para generar
electricidad.
La fisión de 1 Kg de U-235 libera una gran
cantidad de energía equivalente a la explosión
de
20 000 de TNT. Las bombas lanzadas en
Japón durante la II Guerra Mundial contenían
aproximadamente 1 Kg de material fisionable.
Para que exista una reacción en cadena se
requiere de una masa crítica, para poder
disponer de una cantidad mínima de núcleos
fisionables para mantener la reacción. En el
caso del U-235 la masa crítica corresponde
aproximadamente a 1 kg.
FU SIÓ N N U CLEAR
La fusión nuclear a diferencia de la fisión es la unión de dos
núcleos livianos para formar uno más pesado y más estable.
Para poder lograr producir la fusión es necesaria una
cantidad de energía extremadamente alta, por ejemplos la
fusión de átomos de hidrógeno necesita aproximadamente
una temperatura de 100 millones de grados celsius.
Pero la energía que produce es 4 veces más que la que se produce por la fisión nuclear. A
diferencia de la fisión nuclear, la fisión no constituye una amenaza ambiental pues no deja residuos
radiactivos. El problema que actualmente todavía no se logra conseguir la temperatura requerida
para la fusión controlada:
2
1H
+
3
1H
→
4
2He
+
1
0n
+
Energía
CAMBIOS DE MASA Y ENERGÍA EN LAS REACCIONES
NUCLEARES
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Química Nuclear
Fenómenos de Radioactividad
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La enorme cantidad de energía liberada, proviene de las partículas que participan en la reacción.
Es decir que una parte de la masa de los elementos fisionabales o fusionables se transforman en
energía. Los cambios de masa y energía relacionados con ellos en las reacciones nucleares son
mucho mayores que los ocurridos en las reacciones químicas convencionales.
La relación entre la masa que se pierde y su transformación en energía está dada por la ecuación
de Einstein:
E = m x c2 ; m=masa y c=velocidad de la luz en el vacío (3,0x108 m/s)
Ejemplo: Examinemos la reacción desintegración radiactiva del U-238 según:
238
92U
Las masas de los núcleos son:
1
+
238
92U
0n
234
→
= 238,003 u ;
234
90Th
90Th =
4
+
2He
233,9942 u y 42He= 4,0015 u
El cambio de masa, Δm (masa de los productos - masa de los reactantes), en gramos de un mol de
Uranio - 238 que se produce es:
238
92U
1
+
0n
→
238,002 g
234
90Th
233,9942 g
Δm = 233,9942 g + 4,0015 g - 238,002 g
+
4
+
4,0015 g
2He
= -0,0063 g
= -6,3 x 10-6 kg
aplicando la ecuación de Einstein: E = m x c2 = -6,3 x 10-6 kg x (3,0 x 108 m/s)2 = - 5,67 x 1011 J
Para un mol de sustancia se liberan - 5,67x1011 J de energía.
APLICACIONES DE LA ENERGÍA NUCLEAR
EN M ED ICIN A Y AM BIEN TE
La posibilidad de realizar transmutaciones ha permitido la obtención de isótopos radiactivos en los
laboratorios destinados principalmente a la medicina y la industria. Estos radioisótopos pueden ser
usados en la esterilización de alimentos, para controlar poblaciones de insectos esterilizando
insectos machos. También pueden ser usados en la destrucción de células y tejidos cancerígenos
Núclidos
Vida Media
Emisión
Aplicación
Co-58
71,3 días
β+, γ
Determinación de la ingesta de vitamina B-12
Co-60
5,3 años
β, γ
Terapia del cáncer
C-14
5730 años
β
Datación con carbono, en la determinación de los caminos de reacción,
para medir el desgaste de los neumáticos.
I-131
8 días
β, γ
Diagnostico de enfermedades de la tiroides, tratamiento del cáncer de
tiroides.
Fe-59
45,6 días
β, γ
En el estudio de la formación de glóbulos rojos.
P-32
14,3 días
β
Tratamiento de la leucemia
Ra-226
1602 años
α, γ
Terapia del cáncer
H-3
12,3 años
β
Cantidad de agua que tiene una persona
Na-23
14,8 hrs
β, γ
Estudio del funcionamiento del sistema circulatorio
Tc-99
6 hrs
β
Estudio de los huesos, hígado, pulmones y huesos.
La aplicación de los radioisótopos como trazadores en la industria, el cuál se introduce dentro de
los conductos de gas, agua o petróleo, siguiendo su recorrido detectando la emisión radiactiva.
También se utilizan como gammografías, el cuál consiste en obtener imágenes interna de algunas
piezas utilizando radiografías en base a rayos gamma.
Los trazadores también se aplican en
agricultura
marcando
algunos
nutrientes del suelo y así estudiar
aquellos que producen mejores
resultados en los distintos tipos de
cultivos. Los isótopos radiactivos son
utilizados para estudiar el ambiente,
específicamente para análisis de
contaminantes.
El isótopo radioactivo C-14 se usa en
la datación de objetos arqueológicos
de naturaleza orgánica.
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El hombre siempre ha estado
expuesto a una cierta cantidad de
radiación ambiental proveniente de
fuentes naturales y artificiales.
De fuentes naturales de radiación
recibimos aprox. 1 mSv/año.
Una fuente natural es la radiación
cósmica, que nos llega de fuera del
planeta. La atmósfera sirve de
blindaje para la mayor parte de ella,
pero de cualquier manera nos llega
una dosis de 0,35 mSv/año en el
ecuador a nivel del mar. Esta dosis
aumenta con la latitud debido al
campo magnético de la Tierra,
hasta que a latitud 50°, se reciben
aproximadamente 0.5 mSv/año. La
dosis también aumenta con la
altura sobre el nivel del mar porque
hay
menos
atmósfera
para
absorber la radiación. A 2000 m
sobre el nivel del mar, aumenta a 1
mSv/año, mientras que a 5 000
metros llega a 3 mSv/ año. En un
viaje
aéreo,
se
reciben
aproximadamente 0,05 mSv.
Otra fuente natural de radiación son
ciertos elementos radiactivos que
están presentes en cualquier
mineral, como uranio, torio y
potasio 40.
El radón es un gas radiactivo producido por el decaimiento del uranio de todos los materiales. Es responsable
de aproximadamente 0.3 mSv/ año, como una tercera parte de la dosis natural que recibimos. En ciertos
lugares se puede acumular este gas, como en lugares mal ventilados o en fallas geológicas, aumentando la
dosis.
Algunos ejemplos de fuentes artificiales son los reactores nucleares, las fuentes radiactivas y los aparatos
para usos médicos e industriales de la radiación. Una radiografía de tórax produce 0,2 mSv en un segundo.
Una radiografía dental, 10 mSv, pero en una región muy localizada del cuerpo.
GENERACIÓN DE ENERGÍA ELÉCTRICA
Cuando se produce la fisión del átomo de Uranio, se libera gran cantidad de energía y se
produce una reacción autosostenible. Al controlar a partir de cierto nivel la reacción en cadena, se
controla también la energía que se libera.
Los reactores nucleares tienen la función de controlar la energía que se libera en una fisión
nuclear. El calor liberado de la fisión se transmite a través de un intercambiador calórico a un
sistema que librare vapor, el cuál hace funcionar las turbinas que posteriormente generarán la
energía eléctrica.
Partes de un Reactor nuclear
a) Combustible: en forma de UO2,
que debe contener 3 o 4% de U-238
(Uranio enriquecido)
b)
Material
moderador:
comúnmente agua, se utiliza para
desacelerar los neutrones liberados
en la fisión.
c) Barras de control: de grafito,
cadmio o boro, absorben los
neutrones. Con esto se puede
controlar la fisión.
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Sin estas barras el corazón del reactor se podría derretir, produciéndose un incendio y la liberación de
material radiactivo al ambiente.
d) Sistema de enfriamiento: absorbe el calor producido por la fisión y lo transfiere fuera del reactor, hacia
un sistema que produzca gran cantidad de vapor para hacer funcionar el generador eléctrico.
e) Sistema de blindaje: evita las fugas de radiaciones hacia el exterior.
ARMAS NUCLEARES
a)
Bomba Atómica o Bomba A:
Se basa en la fisión-nuclear, se utiliza como combustible: uranio, plutonio y
polonio o mezcla de ellos.
b)
Bomba de Hidrogeno o Bomba H:
Se basa en la fusión del hidrógeno y helio. Para que ocurra la fusión nuclear es necesario someter
el combustible varios millones de grados celsius.
Esto se logra haciendo explotar previamente una bomba atómica, la cuál genera la energía
necesaria para producir la fusión del hidrógeno o del helio, liberándose una gran cantidad de
energía.
1
2
c)
1H
1H
3
2He
3
2He
+
+
+
+
1
1
1H
1H
3
2He
1
1H
→
→
→
→
2
1H
3
2H
4
2He
4
2He
+
0
-1e
+
+
1
1H
0
-1e
+
+
+
+
energía
energía
energía
energía
Bomba de neutrones:
La bomba de neutrones no genera una gran explosión, se trata de la fusión de átomos que reducen
notablemente la onda electromagnética. Se trata de un sistema que libera una gran cantidad de
neutrones, que al ser absorbido por los materiales lo inducen a ser radiactivos durante un corto
tiempo, Las emisiones radiactivas que hacen estos materiales al absorber los neutrones son
altamente dañinos y de manera irreparable para los seres vivos, sin destruir el entorno.
EJERCICIOS
I. Responda 1) El C-11 tiene un período de semidesintegración de 20 minutos. Partiendo de 100 g de carbono,
¿qué cantidad quedará al cabo de tres horas?
2) En un experimento se inyecta a un animal Na radiactivo, cuyo período de semidesintegración es
14,8 horas. ¿Cuántos días son necesarios para que la radiactividad descienda a 0,1 de su
intensidad original?.
3) El período de semidesintegración de Ag-112 es de 3,20 horas. ¿Cuánto tiempo tardará para que
desaparezca el 30% de una muestra?.
4) El núclido de sodio 22 se desintegra por emisión de un positrón, la rapidez es tal que el 76,6%
de la cantidad original permanece después de un año. a) Escriba la ecuación de desintegración. b)
¿Cuál es la constante de desintegración? c) ¿Cuál es el período de desintegración del núclido?
5) El período de semidesintegración del Fe-59 es 45 días. a) Calcular el tiempo necesario para que
se desintegre el 70% de la muestra. b) Se quiere disponer de 1 g de Fe-59 para un experimento y
el envío demora 20 días, ¿qué cantidad se deberá encargar?
6) Se ha hallado que el 60% de la muestra de un núcleo radiactivo se ha desintegrado en 20 horas.
Calcular el período de semidesintegración.
7) El isótopo Co-60 presenta un t½ de 5,23 años. Sus capsulas se usan en radioterapia y su
efectividad para la medicina es nula al 75% de su actividad inicial, debiendo sustituirse. ¿Qué
actividad presentará luego de 1 año de uso?
II.- Desarrolla las siguientes ecuaciones nucleares, indicando en el núclido formado:
a.- Neptunio -232 captura un electrón
b.- 712 N emite un positrón
c.- 1126 Na emite un electrón
d.- 39 Li emite un neutrón
e.- 83212Bi emite una partícula alfa
f.- Ra–226 emite una partícula alfa
Química 2014 - 4º Medio
Profesora Paola A. Lizama Vergara
Química Nuclear
Fenómenos de Radioactividad
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III. Ejercicios de Selección
1.- Al estudiar la desintegración radiactiva de
un elemento, se obtiene el gráfico adjunto:
El período de
semidesintegración
de este elemento es:
a) 2 horas
b) 4 horas
c) 8 horas
d) 12 horas
e) 20 horas
11.- Para referirse a la velocidad con que
ocurren las desintegraciones nucleares se
utiliza el concepto de:
a) emision radiactiva
b) energía nuclear
c) tiempo de vida media d) serie radiactiva
2.- Los radioisótopos que tienen un exceso de
neutrones decaen por emisión de
a) protones b) neutrones
c) electrones d) protones y luego electrones
13.- Ordenando las emisiones en función de
su poder de penetración es correcto
a) γ> β>α b) α>β>γ
c) β>γ>α d) β>α>γ
3.- Indique que tipo de partículas liberan los
isótopos que poseen una cantidad de protones
mayor que la de neutrones
a) partículas α
b) partículas β
c) partículas β +
d) rayos gamma
4.- ¿Cuál de los siguientes núclido(s) puede(n)
ser radiactivos?
a) 816 O b) 612 C c) 94238 Pu d) 50108 Sn
5.- Un electrón se puede definir como rayo
a) alfa b) beta c) gamma d) otra
6.- los compuestos radiactivos son aquellos
que al desintegrarse espontáneamente:
a) emiten partículas alfa
b) emiten neutrones
c) captan partículas beta
d) captan electrones
7.- La siguiente transmutación libera una
partícula X que corresponde a:
16
a)
17
32
32
Cl
S
b)
+
15
32
0
P
1
n →
1
1
H + X
33
c) 16 S
d) 1833 Ar
8.- En la reacción nuclear X representa:
12
a)
8
17
O
24
Mg +
b)11
23
2
4
Na
He →
c)
1
12
1
24
H + “X”
Mg d) 1327 Al
9.- Un elemento radiactivo se caracteriza
porque:
a) está formado por átomos con núcleos
estables
b) se desintegra en sucesivas etapas
emitiendo radiaciones
c) se transforma en otros núcleos que son
inestables
d) su núcleo tiene un exceso de protones
10.Para completar la siguiente serie
radiactiva se debe escribir sobre las fechas de
izquierda a derecha:
234
→ 90Th230 → 88Ra226 → 86Rn222 → 84Po218
92U
a) α , α, β- , βb) α, β- , βc) α, α, α, α
d) α, βQuímica 2014 - 4º Medio
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12.- La vida media de Co–60 es de 5,3 años
¿Qué cantidad de una muestra de 10 g de
cobalto queda después de 21,2 años?
a) 1,125g b) 0,625g c) 5,3 años d) 8,25 años
14.- El isótopo 53 I131 usado en medicina para
medir la actividad de la glándula tiroides, tiene
una vida media de 8 días. Esto implica que el
isótopo decae:
a) totalmente en 6 días
b) a la mitad en 4 días
c) a la mitad en 8 días
d) totalmente en 24 días
15.- Después de 6 años, los 16g de una
muestra de un elemento radiactivo quedan
reducidos a 2g. Por lo tanto, su período de
semidesintegración (vida media) es:
a) 3 años b) 6 años c) 4 años d) 2 años
16.- Si la vida media de un isótopo radiactivo
es de una semana ¿Qué fracción de material
quedará sin decaer después de tres semanas?
a) la mitad
b) la tercera parte
c) la sexta parte
d) la octava parte
17.- En el decaimiento radiactivo del U -238
¿Qué elemento resulta tras la emisión de las
siguientes partículas α - β- - β- - α
a) Th–230 b) U-231 c) Pa–234 d) Th–234
18.- El U-234 alcanza su estabilidad nuclear
cuando se transforma en:
a) Po–210
b) Pb–206 c) Pb–210 d) Th –
234
19.- La edad de un objeto arqueológico se
puede calcular a través de:
a) cálculo de su vida media
b) de la desintegración del objeto en cuestión
c) el método del C-14
d) el método del N-14
20.- La datación radiactiva se usa para:
I determinar la edad de objetos arqueológicos
II determinar la vida media de un elemento
radiactivo
III determinar el decaimiento radiactivo de un
elemento
a) Solo I
b) solo II
c) solo III
d) solo I y II
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