Radiactividad artificial y natural

Indice
• Matrimonio Curie .......................................................................... 3
• Radiactividad. Definición .............................................................. 5
• Radiactividad Natural ................................................................... 5
• Radiactividad Artificial .................................................................. 8
• Anexo ......................................................................................... 10
• Bibliografia ................................................................................. 13
Matrimonio Curie
Curie, Marie y Pierre (1867−1934) y (1859−1906), matrimonio de físicos franceses, premiados con el
Nobel, que descubrieron conjuntamente los elementos químicos radio y polonio. El estudio del matrimonio
Curie de los elementos radiactivos contribuyó a la comprensión de los átomos en los que se basa la física
nuclear moderna.
Pierre Curie nació en París el 15 de mayo de 1859, y estudió ciencias en la Sorbona. En 1880 él y su hermano
Jacques observaron que se produce un potencial eléctrico cuando se ejerce una presión en un cristal de cuarzo;
los hermanos llamaron piezoelectricidad al fenómeno (véase Efecto piezoeléctrico). Durante los estudios
posteriores sobre magnetismo, Pierre Curie descubrió que las sustancias magnéticas, a una cierta temperatura
(conocida como punto de Curie), pierden su magnetismo. En 1895 fue profesor de la Escuela de Física y
Química de París.
El físico francés Pierre Curie obtuvo el Premio Nobel de Física en 1903 por su descubrimiento de los
elementos radiactivos. Compartió el premio con su esposa Marie Curie y con su colega Antoine Henri
Becquerel.
Marie Curie, de soltera Marja Sklodowska, nació en Varsovia (Polonia) el 7 de noviembre de 1867. Su padre
fue profesor de física. En 1891 se trasladó a París (donde cambió su nombre por Marie) y se incorporó a la
Sorbona. Dos años más tarde acabó sus estudios de física con el número uno de su promoción. En 1894
conoció a Pierre Curie y se casaron en 1895.
Su verdadero nombre es María Sklodowska, es polaca, ella junto a su esposo descubrieron el radium,
elemento químico que ha tenido en el presente siglo vital importancia en los tratamientos terapéuticos ciertas
enfermedades de la piel, e incluso de la destrucción de células cancerosas.
Madame Curie junto a su esposo comienzan las investigaciones sobre la radiación ,día y noche los esposos
experimentaron con uranios y otros materiales , hasta obtener de la sal del radium y echan por tierra la teoría
sobre la indivisibilidad del átomo
• En 1901, la academia de Ciencias otorga a los esposos Curie el Premio Lacaze.
• En 1903, se les concede el Premio Nobel .
• En 1910, Madame Curie consigue aislar el radium .
• En 1911, la real academia le otorga el segundo Premio Nobel.
• En 1919, el gobierno de Francia transforma la cátedra de Madame Curie en Instituto del Radium o
Instituto Curie.
1
• En 1934, fallece Madame Curie.
Marie Curie estaba interesada en los recientes descubrimientos de los nuevos tipos de radiación. Wilhelm
Roentgen había descubierto los rayos X en 1895, y en 1896 Antoine Henri Becquerel descubrió que el uranio
emitía radiaciones invisibles similares. Curie comenzó a estudiar las radiaciones del uranio y, utilizando las
técnicas piezoeléctricas inventadas por su marido, midió cuidadosamente las radiaciones en la pechblenda, un
mineral que contiene uranio. Cuando vio que las radiaciones del mineral eran más intensas que las del propio
uranio, se dio cuenta de que tenía que haber elementos desconocidos, incluso más radiactivos que el uranio.
Marie Curie fue la primera en utilizar el término `radiactivo' para describir los elementos que emiten
radiaciones cuando se descomponen sus núcleos.
Marie Curie fue la primera mujer que ganó el Premio Nobel, y la primera persona que lo ganó dos veces.
Curie acuñó el término radiactividad para las emisiones del uranio detectadas en sus primeros experimentos.
Más tarde, junto con su marido, descubrió los elementos polonio y radio. El brillante trabajo de Curie en
radiactividad le acabó costando la vida; murió por exposición excesiva a las radiaciones.
Pierre Curie finalizó su trabajo sobre el magnetismo para unirse a la investigación de su esposa, y en 1898 el
matrimonio anunció el descubrimiento de dos nuevos elementos: el polonio (Marie le dio ese nombre en
honor de su Polonia natal) y el radio. Durante los cuatro años siguientes los Curie, trabajando en condiciones
muy precarias, trataron una tonelada de pechblenda, de la que aislaron una fracción de radio de un gramo. En
1903 compartieron con Becquerel el Premio Nobel de Física por el descubrimiento de los elementos
radiactivos. Marie Curie fue la primera mujer en recibir un Nobel.
En 1904 Pierre Curie fue nombrado profesor de física en la Universidad de París, y en 1905 miembro de la
Academia Francesa. Estos cargos no eran normalmente ocupados por mujeres, y Marie no tuvo el mismo
reconocimiento. Pierre murió el 19 de abril de 1906, al ser atropellado por un coche de caballos. Su esposa se
hizo cargo de sus clases y continuó sus propias investigaciones. En 1911 recibió un segundo Nobel, un hecho
sin precedentes. En esta ocasión fue el de Química, por sus investigaciones sobre el radio y sus compuestos.
Fue nombrada directora del Instituto de Radio de París en 1914 y se fundó el Instituto Curie. Marie Curie
sufrió una anemia perniciosa causada por las largas exposiciones a la radiación. Murió el 4 de julio de 1934 en
la Alta Saboya.
Los Curie tuvieron dos hijas, una de ellas también ganó un Nobel: Irène Joliot−Curie y su marido, Frédéric,
recibieron el Premio Nobel de Química en 1935 por la obtención de nuevos elementos radiactivos.
Radiactividad
Radiactividad es la propiedad que presentan los núcleos atómicos de ciertos isótopos de modificar
espontáneamente su constitución, emitiendo simultáneamente una radiación característica.
La Radiactividad fue descubierta por el científico francés Antoine Henri Becquerel en 1896. El
descubrimiento tuvo lugar de una forma casi ocasional: Becquerel realizaba investigaciones sobre la
fluorescencia del sulfato doble de uranio y potasio y descubrió que el uranio emitía espontáneamente una
radiación misteriosa. Esta propiedad del uranio recibió el nombre de radiactividad.
La radioactividad puede ser:
• Radiactividad natural: Es la que manifiestan los isótopos que se encuentran en la naturaleza.
• Radiactividad artificial o inducida: Es la que ha sido provocada por transformaciones nucleares
artificiales.
2
Radiactividad natural
En 1896 Becquerel descubrió que ciertas sales de uranio emitían radiaciones espontáneamente, al observar
que velaban las placas fotográficas envueltas en papel negro.
Hizo ensayos con el mineral en caliente, en frío, pulverizado, disuelto en ácidos y la intensidad de la
misteriosa radiación era siempre la misma. Por tanto, esta nueva propiedad de la materia, que recibió el
nombre de radiactividad, no dependía de la forma física o química en la que se encontraban los átomos del
cuerpo radiactivo, sino que era una propiedad que radicaba en el interior mismo del átomo.
El estudio del nuevo fenómeno y su desarrollo posterior se debe casi exclusivamente a los esposos Curie,
quienes encontraron otras sustancias radiactivas como el torio, polonio y radio. La intensidad de la radiación
emitida era proporcional a la cantidad de uranio presente, por lo que dedujo Marie Curie que la radiactividad
era una propiedad atómica.
Marie y Pierre Curie al proseguir los estudios encontraron fuentes de radiación natural bastante más poderosas
que el Uranio original, entre estos el Polonio y el Radio.
La radiactividad del elemento no dependía de la naturaleza física o química de los átomos que lo componen,
sino que era una propiedad radicada en el interior mismo del átomo.
Hoy en día se conocen más de 40 elementos radiactivos naturales, que corresponden a los elementos más
pesados. Por arriba del número atómico 83, todos los núcleos.
El fenómeno de la radiactividad se origina exclusivamente en el núcleo de los átomos radiactivos. Y la causa
que lo origina se cree que es debida a la interacción neutrón−protón del mismo.
Al estudiar la radiación emitida por el radio se comprobó que era compleja, pues al aplicarle un campo
magnético parte de ella se desviaba de su trayectoria y otra parte no.
Sabemos que la radiación emitida por una desintegración puede ser de tres tipos: alfa, beta y gamma; además
también hay que considerar hoy la emisión de neutrones:
• La radiación alfa (ðð ð está formada por núcleos del isótopo 4 de helio, es decir está constituida por
una radiación corpuscular, en la que cada corpúsculo está formado por dos protones y dos neutrones.
Ello significa que tiene una masa atómica de 4 unidades y una carga eléctrica de 2 unidades positivas.
Estos protones y neutrones formaban antes parte del núcleo que se ha desintegrado.
• La radiación beta (ðð ð está constituida por electrones, lo que significa que es también de naturaleza
corpuscular, en la que cada corpúsculo tiene una masa atómica de 1/1800 aproximadamente, y una
carga de 1 unidad negativa. Posteriormente, se descubrió la radiación beta positiva, semejante a la
beta pero con carga positiva. Está formada por positrones procedentes de transformación de un protón
en un neutrón. Son electrones resultantes de la desintegración de los neutrones del núcleo:
neutrón protón + electrón + neutrino
Debido a su carga es desviada por campos eléctricos y magnéticos. Es más penetrante, aunque su poder de
ionización no es tan elevado como el de la radiación ð .
• La radiación gamma (ðð es de naturaleza electromagnética, semejante a la luz ordinaria, pero con
mucho menor longitud de onda. Es, por lo tanto, de naturaleza ondulatoria, carente de masa en reposo
y de carga. Esta radiación tampoco existía antes en el núcleo, sino que es energía que se emite como
3
consecuencia de un reajuste energético de núcleo.
No es corpuscular como las 2 anteriores, sino de naturaleza electromagnética. Al no tener carga, los campos
eléctricos y magnéticos no la afectan. Es la más penetrante, y muy peligrosa.
Las leyes de desintegración radiactiva, descritas por Soddy y Fajans, son:
• Cuando un átomo radiactivo emite una partícula ð , la masa del átomo resultante disminuye en 4
unidades y el número atómico en 2.
• Cuando un átomo radiactivo emite una partícula ð , la masa del átomo resultante no varía y su número
atómico aumenta en una unidad.
• Cuando un núcleo exitado emite una radiación no varía ni su masa ni su número atómico, solo pierde
una cantidad de energía hv.
Las dos primeras leyes nos indican que cuando un átomo emite una radiación ð o ð se transforma en otro
átomo de un elemento diferente. Este nuevo elemento puede ser radiactivo, transformándose en otro, y así
sucesivamente, dando lugar a las llamadas series radiactivas.
Radiactividad artificial.
Se produce la radiactividad inducida cuando se bombardean ciertos núcleos estables con partículas
apropiadas.
Si la energía de estas partículas tiene un valor adecuado penetran dentro del núcleo bombardeado y forman un
nuevo núcleo que, en caso de ser inestable, se desintegra después radiactivamente.
Fue descubierta por los esposos Curie, bombardeando núcleos de boro y aluminio con partículas ð.
Observaron que las sustancias bombardeadas emitían radiaciones después de retirar el cuerpo radiactivo
emisor de las partículas ð de bombardeo.
El estudio de la radiactividad permitió un mayor conocimiento de la estructura del núcleo atómico y de las
partículas subatómicas. Se abre la posibilidad de convertir unos elementos en otros. Incluso el sueño de los
alquimistas de transformar otros elementos en oro se hace realidad, aunque no resulte rentable.
Todos los isótopos naturales situados por encima del bismuto en la tabla periódica son radiactivos; además,
existen isótopos naturales radiactivos del bismuto, el talio, el vanadio, el indio, el neodimio, el gadolinio, el
hafnio, el platino, el plomo, el renio, el lutecio, el rubidio, el potasio, el hidrógeno, el carbono, el lantano y el
samario. En 1919, Rutherford provocó la primera reacción nuclear inducida artificialmente al bombardear gas
nitrógeno corriente (nitrógeno 14) con partículas alfa; comprobó que los núcleos de nitrógeno capturaban
estas partículas y emitían protones muy rápidamente, con lo que formaban un isótopo estable del oxígeno, el
oxígeno 17. Esta reacción puede escribirse en notación simbólica como
ðN + ðHe ð ðO + ðH
donde, por convenio, se escriben los números atómicos de los núcleos implicados como subíndices y a la
izquierda de sus símbolos químicos, y sus números másicos como superíndices. En la reacción anterior, la
partícula alfa se expresa como un núcleo de helio, y el protón como un núcleo de hidrógeno.
Hasta 1933 no se demostró que estas reacciones nucleares podían llevar en ocasiones a la formación de
nuevos núcleos radiactivos. Los químicos franceses Irène y Frédéric Joliot−Curie produjeron aquel año la
primera sustancia radiactiva bombardeando aluminio con partículas alfa. Los núcleos de aluminio capturaban
estas partículas y emitían neutrones, con lo que se formaba un isótopo de fósforo que se desintegraba por
4
emisión de positrones, con un periodo de semidesintegración muy corto. Los Joliot−Curie también produjeron
un isótopo de nitrógeno a partir de boro, y uno de aluminio a partir de magnesio. Desde entonces se han
descubierto muchísimas reacciones nucleares, y se han bombardeado los núcleos de todos los elementos de la
tabla periódica con distintas partículas, entre ellas partículas alfa, protones, neutrones y deuterones (núcleos
de deuterio, el isótopo de hidrógeno de número másico 2). Como resultado de esta investigación intensiva se
conocen en la actualidad más de 400 elementos radiactivos artificiales. Esta investigación se ha visto
favorecida por el desarrollo de aceleradores de partículas que comunican velocidades enormes a las partículas
empleadas en el bombardeo, con lo que en muchos casos aumenta la probabilidad de que sean capturadas por
los núcleos utilizados como objetivo.
El estudio de las reacciones nucleares y la búsqueda de nuevos isótopos radiactivos artificiales, sobre todo
entre los elementos más pesados, llevó al descubrimiento de la fisión nuclear y al posterior desarrollo de la
bomba atómica (véase Energía nuclear; Armas nucleares). También se descubrieron varios elementos nuevos
que no existen en la naturaleza. El desarrollo de reactores nucleares hizo posible la producción a gran escala
de isótopos radiactivos de casi todos los elementos de la tabla periódica, y la disponibilidad de estos isótopos
supone una ayuda incalculable para la investigación química y biomédica (véase Isótopo trazador). Entre los
isótopos radiactivos producidos artificialmente tiene gran importancia el carbono 14, con un periodo de
semidesintegración de 5.730 ± 40 años. La disponibilidad de esta sustancia ha permitido investigar con mayor
profundidad numerosos aspectos de procesos vitales, como la fotosíntesis.
En la atmósfera terrestre existe una cantidad muy pequeña de carbono 14, y todos los organismos vivos
asimilan trazas de este isótopo durante su vida. Después de la muerte, esta asimilación se interrumpe, y el
carbono radiactivo, que se desintegra continuamente, deja de tener una concentración constante. Las medidas
del contenido de carbono 14 permiten calcular la edad de objetos de interés histórico o arqueológico, como
huesos o momias. Véase Datación.
En el análisis de activación de neutrones se coloca una muestra de una sustancia en un reactor nuclear para
hacerla radiactiva. Detectando los tipos de radiactividad asociados con los radioisótopos correspondientes es
posible encontrar impurezas que no pueden ser detectadas por otros medios. Otras aplicaciones de los isótopos
radiactivos se dan en la terapia médica (véase Radiología), la radiografía industrial, y ciertos dispositivos
específicos como fuentes de luz fosforescente, eliminadores estáticos, calibradores de espesor o pilas
nucleares.
Anexo
Partículas alfa
Una partícula alfa está formada por dos protones y dos neutrones que actúan como una única partícula. Son
núcleos de átomos de helio. Cuando un núcleo radiactivo inestable emite una partícula alfa, éste se convierte
en un núcleo de un elemento distinto.
5
Desintegración beta
Hay dos tipos de desintegración beta. En la que se muestra a la izquierda, un neutrón se convierte en un protón
emitiendo un antineutrino y una partícula beta cargada negativamente. En la de la derecha, un protón se
convierte en un neutrón emitiendo un neutrino y una partícula beta positivamente cargada. Las partículas beta
positivas se llaman positrones, y las negativas electrones.
Rayos gamma
Los rayos gamma (fotones de alta energía) son emitidos por el núcleo de un átomo tras sufrir una
desintegración radiactiva. La energía del rayo gamma (generalmente similar a la de los rayos X de alta
energía) corresponde a la diferencia de energías entre el núcleo original y los productos de la desintegración.
Cada isótopo radiactivo emite rayos gamma con una energía característica.
Marie Curie
Marie Curie fue la primera mujer que ganó el Premio Nobel, y la primera persona que lo ganó dos veces.
Curie acuñó el término radiactividad para las emisiones del uranio detectadas en sus primeros experimentos.
Más tarde, junto con su marido, descubrió los elementos polonio y radio. El brillante trabajo de Curie en
radiactividad le acabó costando la vida; murió por exposición excesiva a las radiaciones.
Marie y Piere Curie
Pierre Curie
El físico francés Pierre Curie obtuvo el Premio Nobel de Física en 1903 por su descubrimiento de los
elementos radiactivos. Compartió el premio con su esposa Marie Curie y con su colega Antoine Henri
Becquerel.
Jean Frédéric Joliot−Curie
El físico francés Jean Frédéric Joliot−Curie obtuvo el Premio Nobel de Química en 1935 por sus
investigaciones sobre elementos radiactivos.
Becquerel, Antoine Henri (1852−1908), físico y Premio Nobel francés que descubrió la radiactividad del
uranio. Era hijo de Alexandre Becquerel (que estudió la luz y la fosforescencia e inventó la fosforoscopia) y
nieto de Antoine César Becquerel, uno de los fundadores de la electroquímica.
Bibliografía
• Ciencias Naturales 3er curso
• Enciclopedia Encarta 99
• Enciclopedia Compton's
1
11
6
7