1. Con respecto a la radiación gamma, cuál(es) de las siguientes afirmaciones es(son) correcta(s)?

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1 Nº GUÍA PRÁCTICA Fenómenos nucleares I: partículas radiactivas Ejercicios PSU 1. Con respecto a la radiación gamma, cuál(es) de las siguientes afirmaciones es(son) correcta(s)? I) Puede penetrar a través de una lámina delgada de aluminio. II) No es capaz de atravesar una superficie plástica. III) Produce efectos genotóxicos en los organismos vivos. A) Solo I D) Solo I y II B) Solo II E) Solo I y III C) Solo III 2. Las partículas alfa se pueden reconocer porque I) corresponden a núcleos de helio (He). II) tienen carga positiva. III) tienen bajo poder de penetración en las células. Programa Electivo Ciencias Básicas Química Es (son) correcta(s) A) solo I. D) solo I y II. B) solo II. E) I, II y III. C) solo III. 3. Cuál de las siguientes opciones corresponde a una serie radiactiva? A) Tl, In, Ga B) Pt, Pd, Ni GUICEL1QM11-A16V C) U, Th, Pa D) Po, Te, Se E) Ra, Ba, Sr

2 Ciencias Básicas Electivo Química 4. Cuál es la partícula (X) que falta en la siguiente reacción nuclear? A) Alfa B) Beta C) Gamma D) Neutrón E) Positrón 15 7 N H X C 5. Cuál es el elemento (X) producido en la siguiente reacción nuclear? 3 P X + β A) Mg B) Al 13 3 C) Si D) S E) Cl Una serie de desintegración muestra las diversas etapas en las que un núcleo radiactivo decae y se convierte en un núcleo estable. Qué partículas se emiten en las etapas de la desintegración dada a continuación? 238 U 234 Th + X 234 Pa + Y 234 U + Z A) B) C) D) E) X Y Z α β α β α β β β α α β β α α α 7. Cuál de las siguientes reacciones produce un átomo hijo a partir de una emisión β positiva? A) Mg Al B) Cm Pu C) K 4Ar D) U 234Th E) I 131Xe

3 GUIA PRÁCTICA 8. Una partícula alfa (α) se diferencia de un átomo de helio por su I) número atómico. II) masa atómica. III) carga eléctrica. Es (son) correcta(s) A) solo I. B) solo II. C) solo III. D) solo I y III. E) solo II y III Si un isótopo de renio Re 75 emite una partícula alfa, se obtendrá un átomo hijo cuyos números A y Z corresponderán, respectivamente, a A) 156 y 71 B) 158 y 73 C) 164 y 75 D) 162 y 74 E) 166 y La reacción nuclear Sn In 5 49 puede ser explicada a partir de una I) emisión β negativa. II) captura electrónica. III) emisión β positiva. Es (son) correcta(s) A) solo I. B) solo II. C) solo III. D) solo I y II. E) solo II y III. 3

4 Ciencias Básicas Electivo Química 11. La emisión de partículas radiactivas está asociada a un exceso de I) protones. II) neutrones. III) electrones. Es (son) correcta(s) A) solo I. D) solo I y II. B) solo II. E) I, II y III. C) solo III. 12. La emisión de rayos gamma se asocia a fuentes de I) partículas α. II) partículas β. III) rayos X. Es (son) correcta(s) A) solo I. D) solo I y II. B) solo II. E) I, II y III. C) solo III. 13. Las partículas liberadas en las reacciones corresponden, respectivamente, a A) +β y -β B) α y -β C) +β y +β D) +β y α E) -β y +β Hg Au Nd Pr La emisión de un electrón en una reacción nuclear se asocia a la A) descomposición de un protón. B) reorganización de la electrósfera. C) descomposición de un neutrón. D) unión de un protón más un neutrón. E) descomposición de un positrón. 4

5 GUIA PRÁCTICA 15. La estabilidad de un núcleo atómico se puede predecir usando la razón entre neutrones y protones (n:p). Al graficar el número de protones frente al número de neutrones para todos los átomos, se obtiene una franja de estabilidad en la que se ubican todos los elementos estables, como se muestra a continuación. Nº neutrones (A-Z) Franja de estabilidad Cd 22 8 Hg 1:1 Razón neutrón-protón 2 6 3Li Nº protones (Z) Los núcleos ubicados a la izquierda de la franja de estabilidad tienen exceso de neutrones, por lo que deben disminuir el número de neutrones y aumentar el de protones, lográndose mediante la siguiente reacción: 1 1 n p + β 1-1 Los núcleos ubicados a la derecha de la franja presentan exceso de protones, por lo tanto, tienden a disminuir el número de protones y aumentar el de neutrones mediante la reacción: 1 1 p n + β 1 +1 A partir del análisis del gráfico y de la información proporcionada, se puede deducir que I) un núcleo con 4 protones y 8 neutrones sería emisor de partículas -1 β. II) III) un núcleo con Z = 6 y razón n:p = 1 sería emisor de partículas -1 β. los elementos que cumplan la condición nº= 2Z serán emisores de partículas +1 β. Es (son) correctas A) solo I. D) solo II y III. B) solo II. E) I, II y III. C) solo III. 5

6 Ciencias Básicas Electivo Química Tabla de corrección Ítem Alternativa Habilidad 1 Comprensión 2 Reconocimiento 3 Comprensión 4 Aplicación 5 Aplicación 6 Aplicación 7 Aplicación 8 Comprensión 9 Aplicación 1 Aplicación 11 Comprensión 12 Reconocimiento 13 Aplicación 14 Comprensión 15 ASE 6

7 GUIA PRÁCTICA Resumen de contenidos La radiactividad Los fenómenos nucleares son una serie de reacciones que ocurren en el núcleo atómico. Cuando un átomo radiactivo se desintegra, las partículas del núcleo (neutrón y protón) buscan estabilidad emitiendo distintas partículas (alfa, beta y radiación gamma). En este proceso se ven involucradas reacciones que llegan a alterar la identidad de las especies químicas, con lo cual transforman la materia en un nivel más íntimo que en una reacción química, en la que se reordenan los enlaces de las especies que participan. Las reacciones nucleares llegan a liberar cantidades altísimas de energía en el proceso. Existen dos tipos de radiactividad: natural y artificial o inducida. La primera tiene relación con núcleos atómicos que en la naturaleza sufren una desintegración espontánea, debido a su inestabilidad, experimentando emisión de energía en forma de partículas o radiaciones, dando lugar a otros núcleos más estables. La segunda se vincula con el bombardeo de partículas sobre un núcleo atómico para volverlo inestable. Isótopos Dalton afirmaba que todos los átomos de un determinado elemento son idénticos. Sin embargo, el hallazgo de los neutrones en el siglo XX demostró que esto no es así, debido a que un mismo elemento puede presentar diferentes números másicos, dependiendo de su número de neutrones. Tal es el caso del carbono, que posee 3 isótopos conocidos: el carbono 12, 13 y 14. Carbono-12 1s 2 2s 2 2p 2 N + N N + N N N + Carbono-13 Carbono-14 1s 2 2s 2 2p 2 1s 2 2s 2 2p 2 N + N N + N N + N + N + N + N + + N N + + N N + N + N 7

8 Ciencias Básicas Electivo Química La radiactividad es una propiedad de los isótopos inestables. La inestabilidad es característica de aquellos átomos que poseen un estado excitado en sus núcleos. Para alcanzar la estabilidad deben perder energía. No existen reglas precisas para predecir si un núcleo es radiactivo o no. Pero se han realizado ciertas generalizaciones basadas en observaciones empíricas. Por ejemplo, todos los núcleos con más de 84 protones son inestables y la estabilidad se relaciona con la razón entre neutrones y protones. La siguiente tabla compara los porcentajes de abundancia de los isótopos de carbono. El grado de abundancia está estrechamente ligado al grado de estabilidad que posee el isótopo en cuestión. Isótopo Abundancia relativa (%) 6 C12 (carbono-12) 98,89 6 C13 (carbono-13) 1,19 6 C14 (carbono-14) 1-1 Masa atómica promedio Al observar la tabla periódica se aprecia, por ejemplo, que el valor de la masa de 1 mol de átomos de carbono es 12,11 u. La pregunta es de dónde procede este valor? Este se obtiene del promedio ponderal de la masa de cada isótopo de carbono conocido y su abundancia relativa. Tomando en cuenta sus isótopos más significativos, su masa atómica se obtiene del siguiente desarrollo Masa atómica promedio (C) = (12, u 98,89%) + (13, u 1,19%) 1% Masa atómica promedio (C) = 12,11 u el cual aparece registrado en la tabla periódica. En general, para cualquier elemento, conociendo la masa de sus isótopos y su porcentaje de abundancia relativa, se puede calcular su masa atómica promedio de la siguiente forma Masa atómica promedio = Σ (masa isótopo % abundancia) 1% 8

9 GUIA PRÁCTICA Partículas y reacciones nucleares 1. Partículas alfa Las partículas alfa corresponden a núcleos de helio, los cuales están libres de sus electrones de valencia, motivo por el que poseen una carga eléctrica +2 y una masa de 4 uma. Su representación en una ecuación nuclear se simboliza como 4 2 α o 4 2 He2+. Su emisión se encuentra asociada a núcleos grandes (con más de 83 protones) Ra 4 2 α Rn En la ecuación anterior se muestra una reacción nuclear donde el radio 226 se transforma en radón 222, liberando una partícula alfa. Se observa una disminución de su número atómico (Z) en dos unidades y a su masa atómica (A) en cuatro unidades, tal como establece la ley de Soddy. 2. Partículas beta Corresponden a electrones emitidos a altas velocidades desde un núcleo inestable y poseen carga negativa. Las partículas beta entran en juego cuando ocurre la desintegración de un neutrón en un protón y un electrón. Corresponde a un proceso donde no existe cambio en el número másico, pero sí en el número atómico del elemento, cumpliéndose la ley de Fajans. Tal es el caso de la transformación de plomo 214 Pb en bismuto 214 Bi Pb 1 β Bi 3. Emisiones gamma También llamados rayos gamma. Son ondas electromagnéticas idénticas a la luz, pero con un contenido energético altísimo. Son neutras eléctricamente, no tienen masa, y son peligrosas al exponerse ante las células, pues tienen la capacidad de alterar el ADN, produciendo mutaciones. Se emiten sin provocar cambios en el número atómico y número másico de los átomos donde intervienen, acompañando a las emisiones alfa y beta. 9

10 Ciencias Básicas Electivo Química Grado de ionización y poder de penetración El grado de ionización corresponde a la capacidad de las partículas de arrancar electrones a otros átomos con los que se encuentran. Depende de la carga, velocidad y tamaño de las partículas. El orden decreciente de ionización corresponde a α > β > γ. Las partículas γ, al no estar cargadas, no sufrirán desviación al exponerse a un campo eléctrico. + Rayos β Rayos γ Rayos α El poder de penetración es la capacidad de las partículas de atravesar los materiales. A mayor grado de ionización, menor poder de penetración. Esto es virtud de las interacciones que tienen las partículas con la materia, que impedirán o no su avance en la emisión de las mismas. El orden creciente de esta propiedad es α < β < γ. Debido a esto, la radiación gamma es la más peligrosa para los seres vivos, pues puede penetrar en las células y producir quemaduras internas, mutaciones e incluso la muerte si la exposicion es muy alta. Alfa Beta Gamma Agua Cemento Papel 1

11 GUIA PRÁCTICA Mis apuntes 11

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