Actividad: Cuál es la diferencia entre una reacción nuclear y una reacción química?

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1 Cuál es la diferencia entre una reacción nuclear y una reacción química? Nivel: 4º medio Subsector: Ciencias químicas Unidad temática: Actividad: Cuál es la diferencia entre una reacción nuclear y una reacción química? Qué es la radiactividad? Durante los siglos XIX y XX se publicaron la mayoría de las teorías atómicas que hasta hoy conocemos. En ellas se postula que el átomo está formado por partículas aún más pequeñas que los átomos: los neutrones, protones y electrones. Los neutrones y protones se encuentran en el núcleo y electrones en torno al núcleo ubicados en diferentes niveles de energía y en ciertas regiones llamadas orbitales. Como ya sabes, los protones tienen carga positiva, y según la ley de Coulomb las cargas eléctricas cargadas con el mismo signo se repelen. Sin embargo, dentro del átomo se encuentran reunidas sólo cargas positivas (y neutras) formando el núcleo. Cómo es esto posible? Si el fenómeno de repulsión entre cargas positivas ocurre dentro del núcleo atómico, entonces éste se desintegraría y no existiría. Las fuerzas que permiten que el núcleo esté formado por partículas positivas son los neutrones. Y de qué manera? Existen fuerzas de corto alcance entre neutrones, entre neutrones y protones y entre protones. Si estas fuerzas son mayores que las fuerzas de repulsión entre protones, el núcleo atómico se mantiene unido. Mientras que, si las fuerzas de corto alcance son menores que las fuerzas de repulsión, el núcleo se desintegra y se desintegra también el átomo. Algunos núcleos de algunos elementos de la tabla periódica son inestables y se rompen emitiendo luz o partículas; este fenómeno se conoce como radiactividad. La desintegración, fusión y fisión de un átomo se escribe también, como una reacción química, sin embargo tiene otras características. Cómo son estas reacciones? La radiactividad es la emisión espontánea de partículas o de radiación electromagnética o de ambas que sufren los núcleos inestables. Cuando este proceso ocurre en forma natural, entonces se desintegra un núcleo inestable el que puede formar productos también inestables y que, por lo tanto, sufrirán una desintegración posterior. Este proceso se repite hasta que finalmente se forma un núcleo estable. Existen formas de producir radiactividad artificialmente. La primera vez que ocurrió este fenómeno fue en 1919, cuando Rutherford bombardeó el átomo de nitrógeno con partículas alfa, produciendo un isótopo del oxígeno: oxígeno -17 con la emisión de un protón. 1

2 Nivel: 4º medio Subsector: Ciencias químicas Unidad temática: Actividad: La radiactividad es la emisión espontánea de partículas o de radiación magnética, o de ambas, que sufren elementos inestables. También existe la radiactividad artificial que ocurre cuando se bombardea elementos con otras partículas causando su destrucción y posterior radiactividad. Qué partículas se emiten en estos procesos? Cuando ocurre una reacción nuclear, se emiten partículas sub atómicas como protón, neutrón y electrón, y además se forman nuevas partículas. Cuáles son estas nuevas partículas? Las partículas nuevas y más características de un fenómeno de radiación nuclear son las partículas alfa, beta y la radiación gamma. Las partículas alfa son mucho más grandes que las beta, debido a que ellas corresponden a un núcleo de un átomo de Helio, por lo tanto cuenta con 2 protones y 2 neutrones (tienen carga positiva) a diferencia de las partículas beta que corresponden a un electrón (tienen carga negativa). La radiación gamma, por otro lado, corresponde a radiación electromagnética de alta energía. Cómo son estas partículas? Cada una de estas partículas es de diferente naturaleza, y por tanto tienen carga y masa diferente. Mira la siguiente reacción nuclear: 212 Po Pb + X - Le falta algo? - Estará completa? Para ambos elementos (Po y Pb), fíjate el número másico, A (212 y 208) y en el número atómico, Z (84 y 82): - Son iguales? - Qué habrá que hacer para que sean iguales? - A qué corresponderá la letra X? I. Realiza un trabajo de investigación que te permita saber cuál es la naturaleza de las partículas que se emiten durante una reacción nuclear. Puedes buscar información en el portal de Internet educarchile, en otros medios en Internet o en libros y textos para el estudiante. 1

3 II. Luego de que hayas reunido la información necesaria, completa la tabla para resumir las características de cada partícula y contesta las preguntas que se encuentran a continuación. A) Tabla resumen de naturaleza de la radiación Radiación Naturaleza Carga Masa [Kg] Alfa Beta Gamma Positrón Neutrón Protón Simbología Poder de penetración B) Preguntas y aplicaciones 1. Las partículas alfa son las partículas más grandes y con más masa, en cambio la radiación gamma (radiación electromagnética) es energía desprendida de la reacción nuclear. En relación a esto, cómo crees que serán los efectos que cada una de estas partículas puede tener sobre el ser humano? 2. Ordena las partículas alfa, beta y gamma, en orden creciente de poder de penetración. 3. Observa la animación Partículas nucleares, disponible en el portal educarchile. 2

4 Como ya sabes, los isótopos inestables que decaen en forma natural a otros elementos más pequeños y estables emiten ciertas partículas o energía. Podemos utilizar estas emisiones en aplicaciones prácticas? A veces se trabaja con elementos que decaen en forma natural emitiendo, en forma controlada partículas o energía. Estas partículas pueden ser utilizadas en algunas ramas de la ciencia o bien, en medicina. Por ejemplo, en química se utilizan isótopos de elementos radiactivos para descubrir mecanismos de una reacción química regular. Cómo lo hacen? Debido a que el isótopo utilizado emite una partícula conocida, es posible seguir o rastrear esta partícula inestable que decae en el tiempo, o bien las radiación emitida por este isótopo. De ese modo descubren cómo ocurre una determinada reacción química. También se utilizan isótopos radiactivos en medicina para el tratamiento de ciertos tumores. Cómo lo hacen? En la mayoría de los casos, utilizan isótopos que emiten radiación electromagnética la que daña células de origen tumoral. 4. Investiga sobre otras aplicaciones de la radiactividad hoy en día. 3

5 Cuál es la diferencia entre una reacción nuclear y una reacción química? Al proceso de convertir un átomo en otro se le llamó transmutación nuclear. Otra reacción nuclear es la fisión, en donde un núcleo pesado se divide para formar núcleos más pequeños de masa intermedia y uno o más neutrones. La gran estabilidad de los núcleos formados (en comparación a los núcleos de origen) permite que esta reacción libere gran cantidad de energía. Este proceso puede ocurrir en forma natural o artificial. En particular, la fisión del uranio 235, no sólo libera gran cantidad de energía, sino que también se producen más neutrones que los capturados originalmente en el proceso. Esto hace posible una reacción nuclear en cadena que es una secuencia de reacciones de fisión nuclear autosostenidas. Esta reacción, en pocos segundos se vuelve incontrolable liberando una gran cantidad de calor hacia los alrededores. Por otra parte, es posible que ocurra un fenómeno en el que se combinan dos pequeños núcleos para formar otros mayores: la fusión nuclear. La estabilidad para elementos más livianos aumenta al aumentar la masa. Esto sugiere que si dos núcleos pequeños se combinan para formar uno mayor y más estable, se liberará una gran cantidad de energía. La fusión nuclear ocurre constantemente en el sol, el que está formado por hidrogeno y helio. I. Para comprender cuál es la diferencia entre una reacción nuclear y una reacción química regular, reúne material adecuado que contenga esta información sobre reacciones nucleares, radiactividad y aplicaciones de la radiactividad. Puedes acceder a el en el portal en Internet de educarchile, otros medios en Internet o en libros disponibles en una biblioteca. II. Luego de que dispongas de esta información, contesta las siguientes preguntas: 1. Confecciona una tabla de comparación entre ambas reacciones. 2

6 Cuál es la diferencia entre una reacción nuclear y una reacción química? 2. Qué tienen en común la fisión y fusión nuclear? 3. En relación a la energía producida por las reacciones nucleares: a. Por qué se dice que esta energía es energía limpia? b. Qué es un reactor nuclear? c. Qué opinas de la construcción de un reactor nuclear para la generación de energía para tu ciudad? d. Qué ocurrió en Chernobil? 4. Qué es la bomba atómica? Qué elementos se utilizaron? En qué lugares fue lanzada? 3

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