QUÍMICA NUCLEAR UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS (Universidad del Perú, DECANA DE AMÉRICA) FACULTAD DE FARMACIA Y BIOQUÍMICA ESCUELA ACADÉMICA PROFESIONAL. FARMACIA Y BIOQUÍMICA “QUÍMICA NUCLEAR” ÁREA: -Química General I PROFESOR: -Avila Parco, Jose ALUMNOS: -Casqui Ccapcha, Alexandra -Yucra Quiliche, Jorge Luis -Peña Olivari, Angela -Díaz Barrientos, Renzo -Puma Llayqui, Jerry LIMA-PERÚ 2016 QUÍMICA GENERAL I Página 1 QUÍMICA NUCLEAR I.-ANTECEDENTES HISTÓRICOS Después del descubrimiento de los rayos X por Wilhelm Röntgen, muchos científicos comenzaron a trabajar en la radiación ionizante. Uno de ellos fue Henri Becquerel, quien investigó la relación entre fosforescencia y el ennegrecido de placas fotográficas. Cuando Becquerel (trabajando en Francia) descubrió esto, sin una fuente de energía externa el uranio generó rayos que pudieron ennegrecer (o empañar) la placa fotográfica, así fue como se descubrió la radioactividad. Marie Curie(trabajando en París) y su esposo Pierre Curie aislaron dos nuevos elementos radioactivos a partir de una mena de uranio. Utilizaron métodos radiométricos para identificar cual era la traza radioactiva después de cada separación química; separaron la mena de uranio en cada uno de sus diferentes elementos químicos que eran conocidos en ese entonces y midieron la radioactividad de cada fracción. Después realizaron un intento para separar aún más estas fracciones radioactivas para aislar una fracción más pequeña con una actividad específica alta (radiactividad dividida por masa). De esta forma aislaron polonio y radio. Se notificó en 1901 que altas dosis de radiación podían causar daños en humanos. Henri cargaba una muestra de radio en su bolsillo y como resultado sufrió una dosis altamente localizada que resultó él una quemadura por radiación, este daño generó una investigación en las propiedades biológicas de la radiación, las cuales resultaron en el desarrollo de tratamientos médicos. Ernest Rutherford, quien trabajaba en Canadá e Inglaterra, mostró que el decaimiento radioactivo puede ser descrito con una ecuación simple (una derivada lineal de primer grado ahora conocida como cinética de primer orden), implicando que dada una sustancia radioactiva ésta tiene "vida media" característica (el tiempo que toma a cierta cantidad de radioactividad presente disminuir su fuente a la mitad). También acuñó los términos alfa, beta y gamma, convirtió nitrógeno en oxígeno y lo más importante es que supervisó a los estudiantes que realizaron el experimento Geiger-Marsden (experimento de la placa de oro), el cual mostró que el 'modelo del pudín con pasas' del átomo estaba erróneo. En el modelo del budín con pasas propuesto por J. J. Thomson en 1904 el átomo estaba compuesto por electrones rodeados por una 'nube' de carga positiva para balancear la carga negativa de los electrones. Para Rutherford el experimento de la placa de oro implicó que la carga positiva estaba confinada en un núcleo muy pequeño, dando así lugar al modelo de Rutherford y eventualmente al modelo de Bohr del átomo, en el cual el núcleo positivo está rodeado por los electrones negativos. En 1934 la hija de Marie Curie (Irène Joliot-Curie) y su esposo fueron los primeros en crear radioactividad artificial: bombardearon boro con partículas alfa para generar el isótopo escaso en neutrones nitrógeno-13; este isótopo emitía positrones. Además bombardearon aluminio y magnesio con neutrones para hacer radioisótopos. QUÍMICA GENERAL I Página 2 QUÍMICA NUCLEAR II.- QUÍMICA NUCLEAR La química nuclear es la rama de la química que tiene que ver con radioactividad, procesos y propiedades nucleares. Es la química de los elementos radioactivos tales como los actínidos, radio y radón junto con la química asociada con el equipo (tales como los reactores nucleares), los cuales son diseñados para llevar a cabo procesos nucleares. Esto incluye la corrosión de superficies y el comportamiento bajo condiciones tanto normales como anormales de operación (un ejemplo de este último es durante un accidente nuclear). Un área importante es el comportamiento de los objetos y materiales después de ser dispuestos en un depósito de desechos nucleares o un sitio de eliminación de desechos. Incluye el estudio de los efectos químicos como resultado de la absorción de radiación dentro de los animales, plantas y otros materiales. La química de radiación controla gran parte de la biología de radiación ya que la radiación tiene un efectos es los seres vivos a un nivel molecular, para explicarlo de otra forma, la radiación altera los bioquímicos dentro del organismo, la alteración de las biomoléculas cambian la química que ocurre dentro del organismo; es así como este cambio en la bioquímica puede generar un resultado biológico. Como resultado, la química nuclear asiste de manera significativa a la comprensión de tratamientos médicos (tales como cáncer, radioterapia) y ha permitido que estos tratamientos sean mejorados. Incluye el estudio de la producción y uso de fuentes radioactivas para cierta gama de procesos. Esto incluye radioterapia en aplicaciones médicas, el uso de trazadores radioactivos dentro de la industria, ciencia y medio ambiente y el uso de la radiación para modificar materiales tales como polímeros. También incluye el estudio y uso de procesos nucleares en áreas no radioactivas de la actividad humana. Por ejemplo, la espectroscopía de resonancia magnética nuclear (RMN) es comúnmente utilizada en síntesis de orgánica, fisicoquímica y para análisis estructural en química macromolecular. QUÍMICA GENERAL I Página 3 QUÍMICA NUCLEAR III.-TIPOS DE EMISIONES Los núcleos atómicos de una sustancia radiactiva no son estables y se transmutan espontáneamente en otros núcleos emitiendo partículas alfa, beta y gamma. Una ecuación nuclear es una representación simbólica de una reacción nuclear. El decaimiento radiactivo se representa por medio de ecuaciones nucleares. Esto lo expresamos en forma general, así: A A X → Z Y + Emisión Radioactiva. Z Núcleo radioactivo Núcleo formado 3.1.- LAS PARTÍCULAS ALFA Las partículas alfa son átomos de He doblemente ionizados, es decir, que han perdido sus dos electrones. Por tanto, tienen dos neutrones y dos protones. Es la radiación característica de isótopos de número atómico elevado, tales como los del uranio, torio, radio, plutonio. Dada la elevada masa de estas partículas y a que se emiten a gran velocidad por los núcleos (su velocidad es del orden de 107m/s), al chocar con la materia pierden gradualmente su energía ionizando los átomos y se frenan muy rápidamente, por lo que quedan detenidas con tan sólo unos cm de aire o unas milésimas de mm de agua. En su interacción con el cuerpo humano no son capaces de atravesar la piel. Así pues, tienen poco poder de penetración siendo absorbidos totalmente por una lámina de aluminio de 0.1 mm de espesor o una simple hoja de papel. Cuando en una desintegración nuclear hay emisiones de tipo alfa, se obtiene un núcleo que tiene un número atómico menor en dos unidades y un número másico menor en cuatro unidades respecto al elemento que lo genera, esto es: A A-4 4 X → Y + He Z Z-2 2 Por ejemplo: 210 Po 84 206 4 → Pb + He 82 2 QUÍMICA GENERAL I Página 4 QUÍMICA NUCLEAR 3.2.- LAS PARTÍCULAS BETA Las partículas beta son electrones emitidos a grandes velocidades próximas a la de la luz. Debido a la menor masa que la radiación alfa, tienen más poder de penetración que las partículas alfa siendo absorbidas por una lámina de aluminio de 0.5 mm de espesor y quedan frenadas en algunos m de aire, o por 1 cm de agua. En el cuerpo humano, pueden llegar a traspasar la piel, pero no sobrepasan el tejido subcutáneo. Los positrones son partículas con masa despreciable y carga equivalente a la de un protón. Las partículas gamma son radiaciones electromagnéticas de la misma naturaleza que los rayos X pero de menor longitud de onda. Su poder de penetración es muy elevado frente al de las partículas alfa o beta, pudiendo atravesar el cuerpo humano. Quedan frenadas con espesores de 1 m de hormigón o unos pocos cm de plomo, por lo que cuando se utilizan fuentes radiactivas que emiten este tipo de radiación, hay que utilizar blindajes adecuados. Un neutrón puede transformarse en un protón al emitirse un electrón, reacción que puede escribirse de la siguiente forma: 1 1 0 n → p + e + energía 0 1 -1 El electrón emitido abandona el núcleo a altísima velocidad. En este proceso, el número másico no se altera (disminuye un neutrón y se genera un protón), pero el átomo que se forma tiene en su núcleo un protón más que el inicial, por lo tanto, el número atómico aumenta en una unidad, esto se puede escribir simbólicamente de la siguiente forma: A A 0 X → Y + e (β) Núcleo radiactivo que libera una partícula beta Z Z+1 -1 3.3.- LAS PARTÍCULAS GAMMA Poseen la misma naturaleza que los rayos X, pero tienen una longitud de onda menor. Son radiaciones electromagnéticas con poder de penetración bastante alto, mucho más que las partículas alfa o beta, pudiendo atravesar sin problemas el cuerpo humano. Estas partículas pueden quedar frenadas con un espesor de 1 metro de hormigón o algunos cm. de plomo, debido a éste fuerte poder de penetración, cuando se trabaja con fuentes radiactivas como éstas debe utilizarse blindajes y protección adecuada. La radiación gamma se emite debido a cambios de energía dentro del núcleo. Su emisión no provoca variación en el número másico y tampoco en el número atómico. Simplemente se trata de un núcleo excitado que libera energía de esta forma: QUÍMICA GENERAL I Página 5 QUÍMICA NUCLEAR A A X → Y+g Z Z Por ejemplo: 125 125 Te →Te + g 52 52 4.- LAS REACCIONES NUCLEARES Una reacción nuclear implica cambios de los átomos de uno o dos elementos en uno o más átomos de otro u otros elementos. E = m c2 Mediante técnicas muy precisas es posible determinar la masa de un núcleo atómico formado por una cantidad de neutrones (que llamamos N) y otra cantidad de protones (que llamamos Z), es decir en total por A nucleones (A=N+Z). También se pueden medir la masa de un protón aislado y la de un neutrón aislado. La sorpresa es que la masa del núcleo resulta siempre menor que la suma de las masas de los nucleones que lo constituyen. Esto parece muy raro. En la vida cotidiana esto sería equivalente por ejemplo a mezclar un kilo de harina con medio kilo de manteca y que la pasta resultante pesara menos que un kilo y medio. La masa que falta en los núcleos atómicos cuando los formamos juntando todos los nucleones no ha desaparecido, sino que se ha transformado en energía, como lo establece la famosa relación de Einstein " E = mc2”. Einstein dice, ¡y tiene razón!, que la energía de un cuerpo (E) es igual a su masa (m) multiplicada por la velocidad de la luz (c) al cuadrado. Cuando desaparece una cantidad de masa, aparece una cantidad equivalente de energía. En nuestra desaparición de masa al formar el núcleo, la energía que aparece es llamada energía de unión. Esa energía de unión actúa como un pegamento que une a los nucleones. Si quisiéramos separar (disociar) de vuelta todos los nucleones tendríamos que hacer fuerza a medida que los separamos, es decir tendríamos que hacer trabajo. El trabajo total que haríamos en ese caso sería igual a la energía de unión. La energía de unión por nucleón, es decir la energía de unión dividida por el número de nucleones (A), nos indica cuánta masa perdió en promedio cada nucleón presente en el núcleo, y nos da idea de cuán "pegados" están los nucleones entre sí. Cuanto más grande es la energía de unión por nucleón, más agarrados están unos a otros y más difícil es separarlos. No sabemos por qué esto es así, pero sabemos que la energía de unión por nucleón no es igual para todos los elementos: es pequeña para núcleos livianos (cerca del hidrógeno), QUÍMICA GENERAL I Página 6 QUÍMICA NUCLEAR se hace máxima para núcleos intermedios (cerca del hierro) y se vuelve a achicar para núcleos pesados (plomo, uranio). Esto indica que los núcleos más difíciles de disociar son justamente los núcleos medios, ya que su pérdida de masa por nucleón es la más grande. Toda transformación de núcleos que conduzca a la formación de núcleos intermedios producirá entonces energía. Por ejemplo, si lográramos partir un núcleo de plomo en dos, los dos núcleos resultantes serían intermedios y en el proceso se liberaría energía. Si lográramos juntar dos núcleos de azufre (livianos), también formaríamos un núcleo intermedio y también obtendríamos energía. En cambio deberíamos gastar mucha energía en producir azufre partiendo un núcleo intermedio o en producir plomo juntando dos núcleos intermedios. Estas transformaciones que pueden ocurrir en los núcleos de los átomos, y que consisten fundamentalmente en juntar o separar nucleones y/o grupos de nucleones se denominan reacciones nucleares. La energía liberada en las reacciones nucleares es la energía nuclear. A lo largo de millones y millones de siglos las reacciones nucleares se van produciendo naturalmente en el universo. A medida que se van formando núcleos intermedios es muy difícil que ellos se destruyan por otras reacciones nucleares, ya que es más fácil que ocurra una reacción que produzca energía que otra que necesite energía (como es más fácil bajar una escalera que subirla). Esto explica por qué las estrellas más viejas tienen mucho hierro. QUÍMICA GENERAL I Página 7 QUÍMICA NUCLEAR 5.- MÉTODOS PARA DETECTAR REACCIONES NUCLEARES Puesto que las emisiones de las sustancias radiactivas son invisibles, se han desarrollado diversos métodos indirectos para detectarlas. Se describirán cuatro de esos métodos. Todos ellos se basan en el hecho que en los átomos y moléculas afectadas por las radiaciones, ciertos electrones se desplazan a niveles energéticos más altos. Métodos Fotográficos: El papel y la película fotográfica se han usado durante mucho tiempo en la detección de la radiactividad. Las emisiones afectan a la emulsión fotográfica de la misma manera que la luz visible. Después de la exposición, el papel o película se revelan en la forma usual. 5.1.- MÉTODO FLUORESCENTE Muchas sustancias son capaces de absorber energía radiante de longitud de onda corta (por ejemplo, rayos gamma, X, y ultravioleta) o energía cinética de partículas de alta velocidad (alfa y beta) y transformarlas en energía radiante de una longitud de onda que está situada en la región visible por el ojo humano. 5.2.- MÉTODOS FOTOGRÁFICOS: El papel y la película fotográfica se han usado durante mucho tiempo en la detección de la radiactividad. Las emisiones afectan a la emulsión fotográfica de la misma manera que la luz visible. Después de la exposición, el papel o película se revelan en la forma usual. 5.3.- CÁMARA DE NIEBLA La cámara de niebla, también conocida como cámara de Wilson, es un dispositivo utilizado para detectar partículas de radiación ionizante. En su forma más sencilla, una cámara de niebla es un entorno cerrado que contiene vapor de agua superenfriado y supersaturado. Cuando una partícula cargada de suficiente energía interacciona con el vapor, lo ioniza. Los iones resultantes actúan como núcleos, alrededor de los cuales se forman gotas de líquido que dan lugar a una niebla. Al paso de las partículas se va produciendo una estela o traza, debido a los numerosos iones producidos a lo largo de su trayectoria. Estas trazas tienen formas distintivas (por ejemplo, la traza de una partícula alfa es ancha y recta, mientras que la de un electrón es más fina y muestra evidencias de ser deflectada). Cuando se aplica un campo magnético vertical, las partículas cargadas se curvan en sentidos opuestos dependiendo del signo de su carga. Esto se mostró en la fotografía donde se produjo el descubrimiento del positrón; el electrón se curvaba en el sentido opuesto. El positrón se estaba moviendo hacia arriba, presumiblemente fue deflectado desde abajo, porque la curvatura de la traza es mayor en la parte inferior de la figura. QUÍMICA GENERAL I Página 8 QUÍMICA NUCLEAR 5.4.- CONTADORES DE IONIZACIÓN DE GASES Una cámara de ionización es un instrumento construido para medir el número de iones dentro de una vasija lleno de gas entre dos placas de metal conductoras (o dos electrodos planos paralelos o cilíndricos coaxiales) separadas por un hueco, pudiendo ser una la propia pared del recipiente. Se aplica un voltaje (llamado corriente de calibración) entre ambas placas, lo que limpia los electrones de forma que el dispositivo no se sature. Cuando el gas entre los electrodos se ioniza por algún motivo, por ejemplo rayos X o emisiones radiactivas, los iones se mueven hacia los electrodos de signo opuesto, creando así una corriente de ionización, que puede ser medida por un galvanómetro o un electrómetro. Las cámaras de ionización se usan ampliamente en la industria nuclear, pues proporcionan un valor proporcional a la dosis recibida y tienen una vida útil mayor que los tubos Geiger estándar. Las cámaras de ionización se usan en medicina nuclear para determinar la actividad exacta de los tratamientos radiactivos terapéuticos (llamándose tales dispositivos «calibradores de dosis de radioisótopos»). 5.5.- USOS DE ISÓTOPOS RADIACTIVOS La primera utilización de los isótopos radiactivos con fines experimentales se realizó en Austria en 1913, justamente diez años después de la concesión del Premio Nobel a Henry Becquerel y Marie Curie por el descubrimiento de la Radiactividad. Fue concretamente el físico George Charles de Hevery quien utilizó un isótopo de plomo (Pb-210) para estudiar la solubilidad del sulfato y cromato de plomo. Con el invento del ciclotrón a principios de la década de los treinta y el posterior desarrollo de los reactores nucleares en la década de los cincuenta comienza la fabricación industrial de isótopos radiactivos. Las aplicaciones de los isótopos radiactivos son múltiples y abarcan distintos campos como la industria, medicina e investigación. En cualquiera de estos campos se utilizan los isótopos para múltiples funciones tales como: Medida de caudales, prospecciones mineras, control de contaminación de aguas, elaboración de radiofármacos, estudios y análisis citológicos, investigación bioquímica, radiodiagnosis, tratamiento del cáncer, y otros muchos usos. Todas estas aplicaciones son muy beneficiosas para la humanidad, pero como cualquier otra actividad genera residuos que es necesario tratar y gestionar para preservar al hombre y al medio ambiente de las acciones perniciosas de las radiaciones. Gracias al uso de reactores nucleares hoy, en día es posible obtener importantes cantidades de material radiactivo a bajo costo. Es así como desde finales de los años 40, se produce una expansión en el empleo pacífico de diversos tipos de Isótopos Radiactivos en diversas áreas del quehacer científico y productivo del hombre. Las reacciones químicas tradicionales ocurren como resultado de la interacción entre la valencia de electrones alrededor del núcleo del átomo. En 1896, Henri Becquerel, expandió el campo de la química para incluir los cambios nucleares cuando descubrió que el uranio emitía radiación. Poco después del descubrimiento de Becquerel, Marie Sklodowska Curie empezó a estudiar la radioactividad y completó en gran medida el QUÍMICA GENERAL I Página 9 QUÍMICA NUCLEAR primer trabajo sobre cambios nucleares. Curie descubrió que la radiación era proporcional a la cantidad de elementos radioactivos presentes, y propuso que la radiación era una propiedad de los átomos (al contrario a una propiedad química de un compuesto). Marie Curie fue la primera mujer en ganar el Premio Nobel y la primera persona en ganar dos (el primero, compartido con su esposo Pierre y con Becquerel por descubrir la radioactividad; y el segundo por descubrir los elementos radioactivos radio y polonio). Radiación y Reacciones Nucleares. En 1902, Frederick Soddy propuso la teoría que 'la radioactividad es el resultado de un cambio natural de un isotopo de un elemento hacia un isotopo de un elemento diferente.' Las reacciones nucleares incluyen cambios en las partículas del núcleo de un átomo y por consiguiente causan un cambio en el átomo mismo. Todos los elementos más pesados que el bismuto (Bi) (y algunos más livianos) exhiben una radioactividad natural y por consiguiente pueden 'decaer en' hacia elementos más livianos. Al contrario que las reacciones químicas normales que forman moléculas, las reacciones nucleares resultan en la transmutación de un elemento en un isotopo diferente o en un elemento diferente (recuerde que el número de protones de un átomo define el elemento, por lo tanto un cambio de un protón resulta en un cambio de un átomo). VI.- EN CUALQUIERA DE ESTOS CAMPOS SE UTILIZAN LOS ISÓTOPOS - Medida de caudales, prospecciones mineras, control de contaminación de aguas, elaboración de radiofármacos, estudios y análisis citológicos, investigación bioquímica, radiodiagnosis, tratamiento del cáncer, y otros muchos usos. - Todas estas aplicaciones son muy beneficiosas para la humanidad, pero como cualquier otra actividad genera residuos que es necesario tratar y gestionar para preservar al hombre y al medio ambiente de las acciones perniciosas de las radiaciones. - Gracias al uso de reactores nucleares hoy, en día es posible obtener importantes cantidades de material radiactivo a bajo costo. Es así como desde finales de los años 40, se produce una expansión en el empleo pacífico de diversos tipos de Isótopos Radiactivos en diversas áreas del quehacer científico y productivo del hombre. 6.1.- AGRICULTURA Y ALIMENTACIÓN 6.1.1.- CONTROL DE PLAGAS Se sabe que algunos insectos pueden ser muy perjudiciales tanto para la calidad y productividad de cierto tipo de cosechas, como para la salud humana. En muchas regiones del planeta aún se les combate con la ayuda de gran variedad de productos químicos, muchos de ellos cuestionados o prohibidos por los efectos nocivos que producen en el organismo humano. Sin embargo, con la tecnología nuclear es posible aplicar la llamada "Técnica de los Insectos Estériles (TIE)", que consiste en QUÍMICA GENERAL I Página 10 QUÍMICA NUCLEAR suministrar altas emisiones de radiación ionizante a un cierto grupo de insectos machos mantenidos en laboratorio. Luego los machos estériles se dejan en libertad para facilitar su apareamiento con los insectos hembra. No se produce, por ende, la necesaria descendencia. De este modo, luego de sucesivas y rigurosas repeticiones del proceso, es posible controlar y disminuir su población en una determinada región geográfica. En Chile, se ha aplicado con éxito la técnica TIE para el control de la mosca de la fruta, lo que ha permitido la expansión de sus exportaciones agrícolas. 6.1.2.- MUTACIONES La irradiación aplicada a semillas, después de importantes y rigurosos estudios, permite cambiar la información genética de ciertas variedades de plantas y vegetales de consumo humano. El objetivo de la técnica, es la obtención de nuevas variedades de especies con características particulares que permitan el aumento de su resistencia y productividad. 6.1.3.- CONSERVACIÓN DE ALIMENTOS En el mundo mueren cada año miles de personas como producto del hambre, por lo tanto, cada vez existe mayor preocupación por procurar un adecuado almacenamiento y mantención de los alimentos. Las radiaciones son utilizadas en muchos países para aumentar el período de conservación de muchos alimentos. Es importante señalar, que la técnica de irradiación no genera efectos secundarios en la salud humana, siendo capaz de reducir en forma considerable el número de organismos y microorganismos patógenos presentes en variados alimentos de consumo masivo. La irradiación de alimentos es aplicada en Chile en una planta de irradiación multipropósito ubicada en el Centro de Estudios Nucleares Lo Aguirre, con una demanda que obliga a su funcionamiento ininterrumpido durante los 365 días del año. 6.2.- HIDROLOGÍA Gracias al uso de las técnicas nucleares es posible desarrollar diversos estudios relacionados con recursos hídricos. En estudios de aguas superficiales es posible caracterizar y medir las corrientes de aguas lluvias y de nieve; caudales de ríos, fugas en embalses, lagos y canales y la dinámica de lagos y depósitos. En estudios de aguas subterráneas es posible medir los caudales de las napas, identificar el origen de las aguas subterráneas, su edad, velocidad, dirección, flujo, relación con aguas superficiales, conexiones entre acuíferos, porosidad y dispersión de acuíferos. QUÍMICA GENERAL I Página 11 QUÍMICA NUCLEAR 6.3.- MEDICINA 6.3.1.- VACUNAS. Se han elaborado radiovacunas para combatir enfermedades parasitarias del ganado y que afectan la producción pecuaria en general. Los animales sometidos al tratamiento soportan durante un período más prolongado el peligro de reinfección siempre latente en su medio natural. 6.3.2.- MEDICINA NUCLEAR. Se ha extendido con gran rapidez el uso de radiaciones y de radioisótopos en medicina como agentes terapéuticos y de diagnóstico. En el diagnóstico se utilizan radiofármacos para diversos estudios de: Tiroides. Hígado. Riñón. Metabolismo. Circulación sanguínea. Corazón. Pulmón. Trato gastrointestinales. En terapia médica con las técnicas nucleares se puede combatir ciertos tipos de cáncer. Con frecuencia se utilizan tratamientos en base a irradiaciones con rayos gamma provenientes de fuentes de Cobalto-60, así como también, esferas internas radiactivas, agujas e hilos de Cobalto radiactivo. Combinando el tratamiento con una adecuada y prematura detección del cáncer, se obtienen terapias con exitosos resultados. 6.3.3.- RADIO INMUNOANÁLISIS Se trata de un método y procedimiento de gran sensibilidad utilizado para realizar mediciones de hormonas, enzimas, virus de la hepatitis, ciertas proteínas del suero, fármacos y variadas sustancias. El procedimiento consiste en tomar muestras de sangre del paciente, donde con posterioridad se añadirá algún radioisótopo específico, el cual permite obtener mediciones de gran precisión respecto de hormonas y otras sustancias de interés. QUÍMICA GENERAL I Página 12 QUÍMICA NUCLEAR 6.3.4.- RADIOFÁRMACOS Se administra al paciente un cierto tipo de fármaco radiactivo que permite estudiar, mediante imágenes bidimensionales (centelleografía) o tridimensionales (tomografía), el estado de diversos órganos del cuerpo humano. De este modo se puede examinar el funcionamiento de la tiroides, el pulmón, el hígado y el riñón, así como el volumen y circulación sanguíneos. También, se utilizan radiofármacos como el Cromo - 51 para la exploración del bazo, el Selenio - 75 para el estudio del páncreas y el Cobalto - 57 para el diagnóstico de la anemia. 6.4.- MEDIO AMBIENTE En esta área se utilizan técnicas nucleares para la detección y análisis de diversos contaminantes del medio ambiente. La técnica más conocida recibe el nombre de Análisis por Activación Neutrónica, basado en los trabajos desarrollados en 1936 por el científico húngaro J.G. Hevesy, Premio Nobel de Química en 1944. La técnica consiste en irradiar una muestra, de tal forma, de obtener a posteriori los espectros gamma que ella emite, para finalmente procesar la información con ayuda computacional. La información espectral identifica los elementos presentes en la muestra y las concentraciones de los mismos. Una serie de estudios se han podido aplicar a diversos problemas de contaminación como las causadas por el bióxido de azufre, las descargas gaseosas a nivel del suelo, en derrames de petróleo, en desechos agrícolas, en contaminación de aguas y en el smog generado por las ciudades. 6.5.- INDUSTRIA E INVESTIGACIÓN 6.5.1.- TRAZADORES Se elaboran sustancias radiactivas que son introducidas en un determinado proceso. Luego se detecta la trayectoria de la sustancia gracias a su emisión radiactiva, lo que permite investigar diversas variables propias del proceso. Entre otras variables, se puede determinar caudales de fluidos, filtraciones, velocidades en tuberías, dinámica del transporte de materiales, cambios de fase de líquido a gas, velocidad de desgaste de materiales, etc. 6.5.2.- INSTRUMENTACIÓN Son instrumentos radioisótopicos que permiten realizar mediciones sin contacto físico directo. Se utilizan indicadores de nivel, de espesor o bien de densidad. 6.5.3.- IMÁGENES. QUÍMICA GENERAL I Página 13 QUÍMICA NUCLEAR Es posible obtener imágenes de piezas con su estructura interna utilizando radiografías en base a rayos gamma o bien con un flujo de neutrones. Estas imágenes reciben el nombre de Gammagrafía y Neutrografía respectivamente, y son de gran utilidad en la industria como método no destructivo de control de calidad. Con estos métodos se puede comprobar la calidad en soldaduras estructurales, en piezas metálicas fundidas, en piezas cerámicas, para análisis de humedad en materiales de construcción, etc. 6.5.4.- DATACIÓN. Se emplean técnicas isotópicas para determinar la edad en formaciones geológicas y arqueológicas. Una de las técnicas utiliza el Carbono-14, que consiste en determinar la cantidad de dicho isótopo contenida en un cuerpo orgánico. La radiactividad existente, debida a la presencia de Carbono-14, disminuye a la mitad cada 5730 años, por lo tanto, al medir con precisión su actividad se puede inferir la edad de la muestra. 6.5.5.- INVESTIGACIÓN Utilizando haces de neutrones generados por reactores, es posible llevar a cabo diversas investigaciones en el campo de las ciencias de los materiales. Por ejemplo, se puede obtener información respecto de estructuras cristalinas, defectos en sólidos, estudios de monocristales, distribuciones y concentraciones de elementos livianos en función de la profundidad en sólidos, etc. En el ámbito de la biología, la introducción de compuestos radiactivos marcados ha permitido observar las actividades biológicas hasta en sus más mínimos detalles, dando un gran impulso a los trabajos de carácter genético. 7.- LA NATURALEZA DE LAS REACCIONES NUCLEARES. RADIACTIVIDAD Recordemos que los núcleos quedan definidos mediante los números atómico (Z) y másico (A). El número atómico se refiere al número de protones mientras que el número másico es igual a la suma del número de protones más el número de neutrones, es decir, es igual al número total de nucleones. Con excepción del hidrógeno (11H), todos los núcleos contienen dos tipos de partículas fundamentales llamadas nucleones: los protones y los neutrones. Los isótopos son núcleos con igual Z (corresponden a un mismo elemento) pero con diferente número másico. Por ejemplo, el uranio presenta tres isótopos en la Naturaleza con 233, 235 y 238 nucleones. Los mismos son simbolizados como 23392U, 23592U y 23892U, obviamente, todos poseen 92 protones. El superíndice es el número de masa y el subíndice es el número atómico. Especies como 147N y 136C se denominan isótonos ya que poseen igual número de neutrones (N) y diferente de protones. Los diversos isótopos tienen diferente abundancia natural. Por ejemplo, el 99,3 % del uranio natural es uranio-238, el 0,7% es uranio-235 y sólo hay trazas de uranio-233. Los QUÍMICA GENERAL I Página 14 QUÍMICA NUCLEAR distintos núcleos también tienen diferente estabilidad. De hecho, las propiedades nucleares de un átomo dependen del número de protones y neutrones que hay en su núcleo. Recordemos que se aplica el término núclido a un núcleo con un número específico de protones y neutrones. Algunos núcleos son inestables y emiten partículas y/o radiación electromagnética de manera espontánea, fenómeno al que se llama radiactividad. Los núcleos que son radiactivos se llaman radionúclidos, y los átomos que contienen estos núcleos se conocen como radioisótopos. Todos los elementos que tienen número atómico mayor de 83 son radiactivos. Por ejemplo, el isótopo del polonio, el polonio-210 (21084Po), decae de modo espontáneo a 20682Pb y emite una partícula a. Otro tipo de radiactividad, conocida como transmutación nuclear, se produce al bombardear el núcleo con neutrones, protones y otros núcleos. La conversión de 147N a 166C y 11H es un ejemplo de transmutación nuclear, que se produce cuando el isótopo de nitrógeno captura un neutrón (del Sol). Este tipo de transmutación suele suceder en el espacio, pero también se puede lograr por medios artificiales. QUÍMICA GENERAL I Página 15 QUÍMICA NUCLEAR QUÍMICA GENERAL I Página 16 QUÍMICA NUCLEAR QUÍMICA GENERAL I Página 17 QUÍMICA NUCLEAR QUÍMICA GENERAL I Página 18 QUÍMICA NUCLEAR QUÍMICA GENERAL I Página 19 QUÍMICA NUCLEAR QUÍMICA GENERAL I Página 20 QUÍMICA NUCLEAR REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS 1.-«Determination of Molecular Structure by MOLECULAR SPECTROSCOPY». B.Z. Shakhashiri Fall. 2.-Peter Atkins and Julio de Paula, Atkins' Physical Chemistry, 8th edn (W.H. Freeman 2006), p.816-8 3.-Radiochemistry and Nuclear Chemistry Comprehensive textbook by Choppin, Liljenenzin and Rydberg. ISBN 0-7506-7463-6, Butterworth-Heinemann, 2001 4.-http://qnuclearvivisns.blogspot.pe/2009/11/metodos-para-detectar-radiacionpuesto.html 5.- http://quimica.laguia2000.com/quimica-nuclear/quimica-nuclear 6.- http://www.ecured.cu/Qu%C3%ADmica_nuclear 7.- http://www.monografias.com/trabajos97/quimica-nuclear/quimica-nuclear.shtml 8.- http://www.ehowenespanol.com/how-detect-radiation-como_76635/ 9.- http://www.monografias.com/trabajos97/quimica-nuclear/quimica-nuclear.shtml#ixzz4BsTMBfru QUÍMICA GENERAL I Página 21 QUÍMICA NUCLEAR QUÍMICA GENERAL I Página 22 QUÍMICA NUCLEAR QUÍMICA GENERAL I Página 23 QUÍMICA NUCLEAR QUÍMICA GENERAL I Página 24 QUÍMICA NUCLEAR QUÍMICA GENERAL I Página 25 QUÍMICA NUCLEAR QUÍMICA GENERAL I Página 26
