Unidad N 11 QUIMICA NUCLEAR

Transcripción

1 Unidad N 11 QUIMICA NUCLEAR

2 Estructura básica del átomo Electrones: CAMBIOS: generan las propiedades Químicas y Físicas más o menos comunes de un dado átomo. Núcleo: CAMBIOS: modifican en forma sustancial las propiedades Química y Físicas, debido a que cambian el/los elemento/s que la constituyen

3 Repaso de Notación de los átomos: Número atómico (Z) número de protones en el núcleo Número de masa o número másico (A) A = número de protones + número de neutrones Notación: A ZE significa elemento E con Número másico A Número atómico Z Ejemplos: -Indique los nombres de los siguientes elementos Repaso isotopos: 12 6 E 1, 14 7E 2, 14 6E 3 Igual Z pero distinto A, es decir distintos número de neutrones 12 6 C 14 6C

4 -Extendiendo la notación, no sólo a átomos, sino a partículas, quienes serían 1 +1x 1, 1 0x 2, 0-1x 3? 1 +1 x 1 masa 1 y carga x 2 masa 1 y carga x 3 masa 0 y carga -1 Protón: 1 +1p Neutron: 1 0n Electrón: 0-1β Otras partículas que necesitamos conocer son: 4 +2 x masa 4 y carga +2 Núcleo He o alfa: 4 +2α 0 +1 x masa 0 y carga +1 Positrón: 0 +1β

5 La radiactividad es una propiedad de los isótopos* cuyos núcleos tienen una combinación de protones y neutrones que los hacen inestables, por lo que tienden a modificar espontáneamente su constitución, emitiendo partículas o radiaciones de forma espontánea. Los radionúclidos son mas estable cuando A=2Z

6 Resumen de algunas emisiones: Los núcleos por fuera de la banda de estabilidad son RADIACTIVOS, o sea se descomponen se desintegran liberando diferentes tipos de partículas o de radiación electromagnética Tipo Partícula Numero de masa Carga Notación α Núcleo de He α β Electrón β γ γ β + Positrón β p Protón p n Neutrón n

7 Reacciones nucleares: Dado los ejemplos anteriores: 14 6C, 14 7N: Qué esquema podríamos proponer para que ocurra la transformación de un elemento a otro? Si consideramos al neutrón como la suma de un protón y un electrón, podríamos describirlo con un esquema como: Carga Número de masa De este modo podríamos escribir una reacción del tipo: 1 0 n 1 +1 p + 0-1β

8 Así, pensando en un esquema de núcleos sería: C N Núclido 1 Núclido 2 Un núcleo específico: un dado A y Z 1 0 n 1 +1 p + 0-1β Ahora contemos los nucleones en cada uno para determinar su Z ( número atómico) y A (número de masa): Núclido 1: Z = 6, A = 14 Núclido 2: Z = 7, A = C 14 7 N

9 Energía de enlace Energía desprendida cuando Z protones y A-Z neutrones se juntan para formar un núcleo. La energía de enlace permite comparar la estabilidad de los distintos núcleos. Puede ocurrir: FUSIÓN de los núcleos muy ligeros para dar más pesados (son necesarias energías de activación extremadamente altas) FISIÓN de los núcleos muy pesados para dar núcleos mas ligeros (algunas son espontaneas, otras inducidas)

10 Estabilidad de los núcleos atómicos Los nucleones están enlazados por fuerzas atractivas extremadamente fuertes en distancias cortas. La proporción entre número de protones, neutrones y tamaño del núcleo influyen en la estabilidad Existe una relación entre la estabilidad del núcleo y la relación : PROTON/NEUTRON Todos los elementos con Z>83 son inestables Todos los núcleos situados por fuera de la banda de estabilidad son inestables y se descomponen, emitiendo radiactividad hasta convertirse en núcleos estables (relación protón/neutrón adecuada)

11 REQUISITOS DE PORTECCION ANTE LA RADIACIÓN α, β, γ Radiació n Poder de penetración relativo Protección requerida α 1 Papel, piel β 100 Aluminio de 3 mm γ Hormigón o plomo

12 Serie de desintegración del Uranio 238 ( U):

13 La fisión es una reacción nuclear: ocurre cuando un núcleo pesado se divide en dos o más núcleos pequeños, además de algunos subproductos como neutrones libre, fotones (generalmente rayos gamma) y otros fragmentos del núcleo como partículas alfa (núcleos de helio) y beta (electrones y positrones de alta energía). La fisión de núcleos pesados es un proceso exotérmico, lo que supone que se liberan cantidades sustanciales de energía Reacción de fisión del uranio: se bombardea el uranio con neutrones, un proceso puede ser: 235 U 92 + n ====== 137 Ba Kr n 0 Energía liberada: 7,3*10 10 J

14 Reacción en cadena

15 En general Los radioisótopos se utilizan como: Fuente de energía duradera (fisión nuclear) Ciencias medioambientales: Para estudiar el ambiente y seguir el movimiento de los radioisótopos En biología: para marcar las vías metabólicas. En química: para marcar y seguir caminos de reacción En geología: para determinar las edades de las Rocas

16 Ejemplos de usos El (americio) Am (243) se utiliza en los detectores de humo: ioniza las partículas de humo, fluye corriente y activa la alarma El C (14) se incorpora al acero para analizar el desgaste y en los plásticos para controlar la homogeneidad La exposición a radiación se utiliza para esterilizar alimentos e inhibir la germinación de la papa. El Uranio (U 238) (t 1/2 = 4,5 * 10 9 años ) y el K(40) (t 1/2 = 1,26*10 9 años) se utiliza para datas rocas

17 Ejemplos de usos: Como marcadores para rastrear cambios y seguir mecanismos de reacción: El C(14) : para seguir el camino del azúcar en el organismo, con glucosa marcada. Marcar con N, P o K fertilizantes y seguir el mecanismo de crecimiento de la planta y el pasaje al ambiente. El O(18) para la reacción entre el H 2 O y el CO 2 en la fotosíntesis y así saber que el Oxígeno es el del H 2 O y no el del CO 2

18 Ejemplos de usos La energía nuclear o energía ionizante se utiliza en medicina: Para eliminar células no deseadas como cáncer. Para Diagnosticar: Na (24) para monitorear el flujo sanguíneo Sr (87) para estudiar el crecimiento óseo Tecnecio Tc (99) para las gammagrafias óseas: las radiaciones gamma (γ) son de vida corta y provocan menos daño que las α Tomografia por emisión de positrones: utiliza el F (18)

19 Periodos de semidesintegración (vida media) de algunos radionúclidos Uranio-235 7, años Uranio-238 4, años Potasio-40 1, años Rubidio-87 4, años Calcio-41 1, años Carbono años Radio años Cesio ,07 años Bismuto ,55 años Estroncio-90 28,90 años Cobalto-60 5,271 años Cadmio ,6 días Yodo-131 8,02 días Radón-222 3,82 días Oxígeno segundos