Guía Fenómenos nucleares II

Ejercicios PSU
1.
A)
241
95
Am + 210n → 243
Bk + 42He
97
B)
243
97
Bk + 210n → 241
Am + 42He
95
C)
241
95
Am + 242He → 243
Bk + 10n
97
D)
243
97
Bk + 42He → 241
Am + 210n
95
E)
241
95
Am + 42He → 243
Bk + 210n
97
¿Cuál de los siguientes isótopos presenta mayor probabilidad de decaer a través de la emisión de
partículas β?
A)
B)
C)
173
70
Yb
178
71
Lu
172
72
Hf
D)
178
73
Ta
E)
179
74
W
GUICEL002QM11-A16V1
2.
El bombardeo con una partícula alfa a un átomo de Americio-241 (Am), con la consiguiente
emisión de 2 neutrones, queda descrito por la ecuación
Programa Electivo Ciencias Básicas
Nº
Química
GUÍA PRÁCTICA
Fenómenos nucleares II:
fisión y fusión nuclear
Cpech
1
Ciencias Básicas Electivo Química
3.
4.
En la serie radiactiva que incluye al isótopo Radio-226 (Z=88), este emite 3 partículas α y 2
partículas β antes de quedar establecido como
A)
B)
C)
238
92
U
218
84
Po
218
83
Bi
D)
214
84
Po
E)
214
82
Pb
El siguiente gráfico muestra el tiempo de vida media de un isotopo radiactivo.
Masa de 90Sr (gramos)
10,0
8,0
6,0
1 vida
media
4,0
2 vidas
medias
2,0
0
20
40
60
3 vidas
medias 4 vidas
medias
80
100
120
Tiempo (años)
2
A partir de los datos del gráfico, es correcto afirmar que
I)
II)
III)
la vida media es el tiempo que demora la masa inicial de un isótopo en disminuir a la mitad.
la vida media del Sr-90 es inferior a 30 años.
cuando transcurran 5 vidas medias quedarán 0,3125 g de Sr-90.
A)
B)
C)
D)
E) Solo I
Solo II
Solo III
Solo I y II
I, II y III
Cpech
GUIA PRÁCTICA
5.
La vida media del isótopo radioactivo Sodio–25 es de 1 minuto. ¿En cuántos minutos 12 gramos
de ese isótopo se reducen a 3 gramos?
A)1
B)2
C)3
D)4
E)5
6.
La vida media del carbono radiactivo C-14 es de 5568 años. ¿Cuántos años se necesitarán para
reducir 80 gramos de este radioisótopo hasta 5 gramos?
A)
B)
C)
D)
E)
7.
El concepto de vida media se refiere al tiempo necesario para que
A)
B)
C)
D)
E)
8.
11136 años
16704 años
22272 años
27840 años
33408 años
la mitad de la masa de una sustancia determinada se desintegre.
la cuarta parte de la masa de una sustancia determinada se desintegre.
la totalidad de la masa de una sustancia determinada se desintegre.
un elemento no radiactivo se transforme en uno radiactivo.
un elemento gane el doble de su masa original.
El isótopo de carbono-14 se puede utilizar para determinar la data de una
I)
II)
III)
punta de flecha de piedra.
vasija de barro zoomorfa de la cultura diaguita.
momia maya encontrada en la península de Yucatán.
Es (son) correcta(s)
A) solo I.
B) solo II.
C) solo III.
D) solo I y II.
E) solo II y III.
Cpech
3
Ciencias Básicas Electivo Química
9.
Una estrella es una fuente de enormes cantidades de energía, la cual se origina mediante un
proceso conocido como
A) fisión nuclear.
B)transmutación.
C) fusión nuclear.
D) emisión radioactiva.
E) reacción en cadena.
10. ¿Cuál(es) de los siguientes hechos involucra(n) un proceso de fisión nuclear?
I)
II)
III)
Hiroshima (bomba de U)
Nagasaki (bomba de Pu)
Atolón de las islas Marshall (bomba de H)
A)
B)
C)
D)
E)
Solo I
Solo II
Solo III
Solo I y II
I, II y III
11. El proceso de fusión nuclear es un proceso que implica la
A)
B)
C)
D)
E)
unión de dos átomos pequeños.
desintegración de un átomo pequeño.
ruptura de un átomo de elevada masa atómica.
unión de dos átomos de elevada masa atómica.
desintegración espontánea de un núcleo.
12. En relación con la fisión nuclear, ¿cuál(es) de las siguientes afirmaciones es (son) correcta(s)?
4
I)
II)
III)
Solo se puede realizar en el Sol.
Es la ruptura de un núcleo de elevada masa atómica en dos núcleos de menor masa.
Se puede realizar en un reactor nuclear de manera controlada.
A)
B)
C)
D)
E)
Solo I
Solo II
Solo III
Solo I y II
Solo II y III
Cpech
GUIA PRÁCTICA
13. La bomba termonuclear, caracterizada por su insuperable peligrosidad, se basa principalmente
en el principio nuclear de
A)ionización.
B) fusión nuclear.
C) fisión nuclear.
D)transmutación.
E)inestabilidad.
14. En los tratamientos médicos asociados a la energía nuclear podemos encontrar sistemas de
radiación externa (bomba de cobalto) o de radiación interna (yodo radiactivo). La idea de estos
tratamientos es que el paciente emita radiación que sea detectable desde fuera de su cuerpo,
con propósitos diagnósticos o que la radiación pueda destruir células cancerosas; por ende, estas
radiaciones deben ser capaces de atravesar fácilmente los tejidos vivos. Al respecto, ¿qué tipo(s)
de radiación estaría(n) involucrada(s) en dichos casos?
I)
II)
III)
Emisión alfa
Emisión beta
Emisión gamma
A)
B)
C)
D)
E)
Solo III
Solo I y II
Solo I y III
Solo II y III
I, II y III
15. Los procesos de imagenología que involucran el uso de energía nuclear persiguen
I)
II)
III)
irradiar al sujeto para detectar zonas de actividad metabólica irregular.
inocular sustancias radiactivas capaces de concentrarse en órganos específicos.
que el sujeto emita radiación detectable desde el exterior de su cuerpo.
Es (son) correcta(s)
A)
B)
C)
D)
E)
solo I.
solo II.
solo III.
solo I y III.
solo II y III.
Cpech
5
Ciencias Básicas Electivo Química
Tabla de corrección
Ítem
6
Cpech
Alternativa
Habilidad
1
Comprensión
2
Aplicación
3
Aplicación
4
ASE
5
Aplicación
6
Aplicación
7
Reconocimiento
8
Comprensión
9
Reconocimiento
10
Comprensión
11
Reconocimiento
12
Comprensión
13
Reconocimiento
14
Comprensión
15
Comprensión
GUIA PRÁCTICA
Resumen de contenidos
Desintegración radiactiva
La desintegración radiactiva corresponde a la desintegración natural o inducida de isótopos inestables
que son capaces de sufrir transformación de sus núcleos, para dar lugar a otras especies de menor
masa atómica liberando energía (son reacciones exergónicas). Tal hecho genera las denominadas
series radiactivas o series de desintegración nuclear, que son aquellas reacciones nucleares que
comienzan con un núcleo radiactivo y terminan con un núcleo estable.
Una serie radiactiva de importancia es la del Uranio-238 que da lugar al Plomo-206, después de 14
etapas de desintegración sucesivas, con la correspondiente liberación de partículas α y β.
Tipo de radiación
a
b
b
a
a
a
a
a
b
b
a
b
b
a
Elemento
Uranio-238
↓
Torio-234
↓
Protactinio-234
↓
Uranio-234
↓
Torio-230
↓
Radio-226
↓
Radón-222
↓
Polonio-218
↓
Plomo-214
↓
Bismuto-214
↓
Polonio-214
↓
Plomo-210
↓
Bismuto-210
↓
Polonio-210
↓
Plomo-206
Vida media
4,5 x 109 años
24,1 días
1,17 minutos
245 mil años
80 mil años
1600 años
3,8 días
3,1 minutos
26,8 minutos
19,7 minutos
0,0002 segundos
22,3 años
5,0 días
138,4 días
Estable
Cpech
7
Ciencias Básicas Electivo Química
Vida media (t 1/2)
Todo isótopo radioactivo sufre reacciones de desintegración. El tiempo en el cual una cantidad de
isótopos se desintegra es característico de cada especie radioactiva. Se denomina entonces vida
media de un isótopo (t1/2) al tiempo que tardará en desintegrarse la mitad de su masa disponible.
99
Por ejemplo, la vida media del Molibdeno-99 42 Mo es de 67 hrs. Si se partiese de 10 gramos de
Molibdeno-99, solo quedarían 5 gramos de ese isótopo al cabo de 67 hrs, solo 2,5 gramos al cabo de
99
otros 67 hrs, y así sucesivamente. El Molibdeno-99 se desintegra a Tecnecio-99 43 Tc , liberándose una
partícula β en cada reacción.
Masa de 99Mo (gramos)
10,0
8,0
6,0
1vida media
4,0
2 vidas medias
2,0
3 vidas medias
4 vidas medias
0
67
134
201
Tiempo (años)
268
En el gráfico se muestra cómo va disminuyendo la masa en gramos disponibles de
de 4 vidas medias.
99
42 Mo
en el transcurso
Fisión
La fisión nuclear corresponde a la partición inducida de un núcleo pesado (cuyo A > 200 uma) por
acción de un bombardeo con neutrones, como se muestra en la reacción para el Uranio−235.
1
0n
+ 235
92 U
137
52 Te
142
56 Ba
1
+ 97
40 Zr + 2 0 n
1
+ 91
36 Kr + 3 0 n
En esta reacción de fisión se produce la ruptura del átomo de Uranio-235, para dar paso a especies
más pequeñas. Se muestran dos caminos posibles: el primero da lugar a las especies Telurio-137 y
Circonio-97, además de la liberación de 2 neutrones; en el segundo, a Bario-142 y Kriptón-91, con
la liberación de 3 neutrones. Cada neutrón liberado en ambas reacciones nucleares, a su vez, podrá
bombardear otros núcleos de Uranio-235, induciendo sus respectivas desintegraciones sucesivas.
8
Cpech
GUIA PRÁCTICA
El comportamiento descrito para el Uranio-235 se denomina reacción nuclear en cadena y se define
como una secuencia de reacciones autosuficientes para producir nuevas reacciones. La mínima
cantidad de isótopo necesaria para permitir la reacción en cadena se denomina masa crítica.
Átomos de
Uranio -235
Neutrón
En una fisión nuclear la cantidad de núcleos desintegrados y energía aumenta rápidamente, por lo
cual, en un proceso no controlado, da lugar a una explosión violenta. Tal es el funcionamiento de
bombas nucleares en base a fisión, como la utilizada en Hiroshima, en 1945, finalizado la Segunda
Guerra Mundial.
2
1
Carga explosiva
Disparo de una
“bala” de U-235
Esfera de U-235
Masa supercrítica,
reacción de fisión
nuclear
Cpech
9
Ciencias Básicas Electivo Química
Fusión
Si la fisión sucede transformando núcleos grandes en otros más pequeños, en la fusión nuclear
sucede un proceso inverso. Ocurre una liberación de energía mucho mayor por cantidad de sustancia
que en la fisión.
En el Sol, formado por hidrógeno (73%), helio (26%) y otros elementos (1%), suceden continuamente
reacciones termonucleares o de fisión. En él, los ligeros núcleos isotópicos de hidrógeno se unen
para formar helio, a temperaturas muy elevadas del orden de los 10.000.000 K, con el fin de vencer las
fuerzas de repulsión de los núcleos y lograr que se fusionen. Un mecanismo teórico propuesto para
las reacciones nucleares en el Sol sería:
1
1H
1
1H
1
2
2
3
0
+ 1 H → 1 H + 1 e−
+ 1 H → 2 He
3
2 He
3
4
1
+ 2 He → 2 He + 2 1H
3
2 He
1
4
0
+ 1 H → 2 He + 1 e−
La fusión es más deseable que la fisión debido a la mayor disponibilidad de núcleos ligeros, también
porque sus productos no son radioactivos y por la menor cantidad de residuos que desecharía
al ambiente. Sin embargo, como ya se mencionó, esta necesita de altísimas temperaturas para
producirse, condición que es muy difícil de proveer, y que impide el uso de la fusión nuclear de forma
controlada con el fin de obtener energía.
Usos de la energía nuclear
El potencial que posee la energía nuclear, con los cuidados adecuados, está siendo aprovechado en
campos como:
10
-
Energía: los reactores nucleares son utilizados para producir energía eléctrica a través de la
fisión.
-
Medicina: con propósitos de diagnóstico y para el tratamiento de diferentes cánceres.
-
Agricultura: produciendo mutaciones controladas para privilegiar individuos con características
sobresalientes o en el control de plagas, irradiando machos de una especie para generar
descendencia estéril.
-
Alimentación: con pequeñas dosis de radiación se reduce la carga microbiana y se logra retrasar
el brote de tubérculos y raíces, además de la maduración de frutas.
-
Datación arqueológica: todo compuesto orgánico, que posea carbono en su estructura y que
esté muerto, es susceptible de ser datado en su antigüedad usando carbono-14.
-
Uso bélico: es el que tiene consecuencias más catastróficas dentro de los usos posibles en la
actualidad. Consiste en la construcción de bombas nucleares con alto nivel destructivo, utilizadas
con fines disuasivos contra potenciales enemigos de ciertos países que las poseen o están en
situación de construirlas.
Cpech
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