La estructura atómica: el núcleo

Transcripción

1 Tema 1 La estructura atómica: el núcleo Introducción. Modelos atómicos Composición del átomo. Partículas fundamentales Estructura del núcleo Estabilidad nuclear y energía de enlace nuclear Aplicaciones de las reacciones nucleares

2 Introducción: modelos atómicos Tema 1 Átomo (del latín atomus, y éste del griegoάτοµος, indivisible) es la unidad más pequeña de un elemento químico que mantiene su identidad o sus propiedades y que no es posible dividir mediante procesos químicos Modelo de Dalton Todos los átomos de un elemento son semejantes en masa (peso) y otras propiedades pero diferentes a los de otro elemento distinto. John Dalton ( ) Físico y Químico británico

3 Introducción: modelos atómicos Tema 1 Modelo de Thomson Un átomo se compone de dos partes, una negativa y una positiva. La parte negativa está constituida por electrones, que se encuentran inmersos en una masa de carga positiva (a manera de pasas en un pastel) Sir Joseph John Thomson ( ) profesor universitario y físico británico, galardonado con el Premio Nobel de Física en 1906

4 Introducción: modelos atómicos Tema 1 Modelo de Rutherford El átomo se compone de una parte positiva y una negativa, la parte positiva se concentra en un núcleo, el cual también contiene virtualmente toda la masa del átomo, mientras que los electrones se ubican en una corteza alrededor del núcleo, en órbitas circulares o elípticas, con un espacio vacío entre ellos Ernest Rutherford ( ) físico y químico británico Premio Nobel de Química en 1908

5 Introducción: modelos atómicos Tema 1 Composición del núcleo En 1932 J. Chadwick demostró la existencia del neutrón James Chadwick ( ) físico británico Premio Nobel de Física en 1935

6 Composición del átomo. Partículas fundamentales Tema 1 Átomo Núcleo Envolvente electrónica partículas Partículas subatómicas fundamentales Carga Sistema Internacional (Culombios/C) Unidades arbitrarias Masa Sistema Internacional (Kg) Unidad de Masa Atómica (u.m.a.) Núcleo Protón * * Neutrón * Envolvente electrónica Electrón * * uma = *10-27 Kg

7 Estructura del núcleo Tema 1 Isótopos ( en el mismo sitio ) Son los distintos núclidos de un mismo elemento Especies nucleares o núclidos A Z E Z no cambia y A es distinto Z = nº de protones (número atómico; Z es también el número de electrones) A = nº de protones + nº de neutrones (número másico)

8 Estabilidad nuclear y energía de enlace nuclear Tema 1 Interacciones entre las partículas del núcleo ESTABILIDAD equilibrio de fuerzas

9 Estabilidad nuclear y energía de enlace nuclear Tema 1 Relación entre el nº de protones y de neutrones de los núcleos estables

10 Estabilidad nuclear y energía de enlace nuclear Tema 1 Energía de enlace nuclear Ejemplo: 2p + 2n 4 2He masa protón = u.m.a. masa neutrón = u.m.a. masa del núcleo 4 2He = u.m.a. m = m 4 2He (2 masa protón + 2 masa neutrón) = u.m.a. m = defecto de masa en un proceso nuclear E = m * c 2 c = * 10 8 m/s (parámetro constante) Relación entre la variación de masa y la energía de enlace nuclear

11 Estabilidad nuclear y energía de enlace nuclear Tema 1 Variación de la energía de enlace por nucleón

12 Estabilidad nuclear y energía de enlace nuclear Tema 1 Tipos de emisiones nucleares Tipo α β γ Partícula (distintas NOMENCLATURAS) Núcleo de helio-4, 4 2 He2+, 4 2 α, α Electrón, 0-1 e, β, β Fotón β + p n Positrón, 0 +1e, β+ Protón, 1 1 H, 1 1 p, p neutrón, 1 0 n, n

13 Estabilidad nuclear y energía de enlace nuclear Tema 1 Identificación de productos de una reacción nuclear emisión de partículas α A Z E α = Núcleo de helio = 4 2He 2+

14 Estabilidad nuclear y energía de enlace nuclear Tema 1 A Z E Identificación de productos de una reacción nuclear Emisión β Captura de e - Emisión β + Electrón, 0-1e Positrón, 0 +1e

15 Estabilidad nuclear y energía de enlace nuclear Tema 1 Serie de desintegración del uranio-238 A Z E α 4 2 He 2+ β γ β e Fotón 0 +1 e p 1 1 H n 1 0 n

16 Estabilidad nuclear y energía de enlace nuclear Tema 1 Velocidad de desintegración de un núcleo radiactivo Período de semidesintegración

17 Aplicaciones de las reacciones nucleares I. Nucleosíntesis α 4 2 He 2+ β 0-1 e γ Fotón Tema 1 β e p 1 1 H n 1 0 n Formación de elementos (o isótopos), transmutación de elementos 14 7 N + α 17 8 O + p Fe + n Fe Fe Co + β Co + n Fe

18 Aplicaciones de las reacciones nucleares Tema 1 II. Datación isotópica Se basa en el tiempo que tarda la desintegración radiactiva de un cierto elemento. Ejemplo más habitual: datación por carbono-14 (o radiocarbono) III. Trazadores o marcadores Isótopos radiactivos que se usan para seguir la evolución o distribución de una determinada sustancia

19 Aplicaciones de las reacciones nucleares Tema 1 IV. Energía nuclear. Fisión nuclear Proceso autosostenido (reacción en cadena) Esquema de un reactor nuclear

20 Aplicaciones de las reacciones nucleares Tema 1 IV. Energía nuclear. Fusión nuclear Energía producida: 80% para generación de energía eléctrica y 20% para mantener la reacción de fusión

21 Aplicaciones de las reacciones nucleares Tema 1 Marie Curie Premio Nobel de Física en 1903 Henri Becquerel ( ) Pierre Curie ( ) Marie Curie ( ) Por el descubrimiento de la radiactividad espontánea Premio Nobel de Química en 1911 Por el descubrimiento de los elementos radio y polonio y aislamiento del radio Lise Meitner y Otto Hahn Otto Hahn. Premio Nobel de Química en 1944 Por el descubrimiento de la fisión nuclear