Guía de Energía Nuclear
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8/17/2019 Guía de Energía Nuclear
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Departamento de Ciencias Profesor/es: Jorge Henríquez H. Asignatura: Química PN Nive: Cuarto !edio.
APUNTE N°1: RADIOACTIVIDAD
CUARTO MEDIO
EMISIONES RADIACTIVAS
La química nuclear se encarga de estudiar las reacciones que ocurren en el núcleo
del átomo. Para que una reacción nuclear se produzca deben participar los protones
y neutrones.
Reaccione nucleare !eru reaccione química
Características de las reacciones químicas nucleares:
• Participan protones, neutrones y otras partículas elementales.
• Los isótopos se intercombienten entre sí.
• Liberan o absorben grandes cantidades de energía.
• Las elocidades de reacción, en general, no son a!ectadas por cambios de
temperatura, presión o por catalizadores.
Características de las reacciones químicas:
• Participan solo electrones en la ruptura y !ormación de enlaces.
• Los átomos se ordenan por la ruptura y !ormación de enlaces.
• Liberan o absorben peque"as cantidades de energía.
• Las elocidades de reacción son a!ectadas por cambios de temperatura, presión
o por catalizadores.
No"ación nuclear
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Para representar los elementos que participan en una reacción nuclear se debe
escribir el isótopo que está cambiando o produci#ndose. Los io"o#o son átomos
con el número atómico pero di!erente número de masa. $sí, se anota el número
másico %$& como superíndice y el número atómico %'& como subíndice, según la
e(presión general:
Por e)emplo, los isotopos del neón:
*e puede escribir como:
Cuando se indica un isótopo con un número atómico y másico, se le llama n$cli%o&
REACTIVIDAD
+n la emisión de partículas yo radiaciones electromagn#ticas que se generan
espontáneamente en los núcleos inestables de un elemento radiactio. +stos núcleos
son llamados ió"o#o ra%iac"i!o& $l descomponer la radicación emitida por un
isotopo y producirse una desintegración, se producen tres tipos
de emisiones di!erentes: al!a, beta y gamma
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REACCIONES ' ECUACI(N NUC)EARReaccione Nucleare
Las reacciones nucleares se producen por un núcleo inestable, llamado n$cleo #a%re,
el cual emite espontáneamente radiaciones para trans!ormarse en núcleo más
estable, llamado n$cleo *i+o& +l decaimiento radiactio se representa mediante la
ecuación general:
+l núcleo padre se estabiliza emitiendo partículas -, / ,0
Dein"e,ración -
• N$cleo %e ,ran maa ./023& +n este caso, el núcleo padre alcanza la
estabilidad emitiendo #ar"ícula al4a .567e38 trans!ormándose en un núcleo
1i)o de menor masa, con un ' menor en dos unidades y un $ menor a cuatro
unidades. La ecuación nuclear general de desintegración es:
Dein"e,ración 9
• N$cleo con eceo %e neu"rone& Cuando un núcleo tiene un e(ceso de
neutrones se estabiliza aumentado la cantidad de protones. Para ello, sustituye
neutrones pro protones emitiendo ra%iación ;e"a ne,a"i!a .
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.1e38 lo que corresponde a un 1az ra%iación ;e"a #oi"i!a& +n ladesintegración de 0, el ' del núcleo 1i)o es menor en una unidad, pero $ no
aria. +l proceso se puede e(presar:
$l escribir una reacción nuclear se debe
ericar se está balanceada para ello se debe cumplir que:
3. La masa debe ser la misma al inicio y t#rmino de la desintegración, por lo que el
número total de protones y neutrones en los reactantes y productos debe ser
igual.2. Para conserar el número atómico %'&, el núcleo total de cargas nucleares en los
productos y reactantes debe ser el mismo.
Por e)emplo, para escribir la ecuación de desintegración nuclear del torio4256 emisor
de partículas /se debe:
Primero, escribir la ecuación que e(presa la emisión de la partículas beta negatia,
quedando como incógnita el núcleo 1i)o %7&.
Luego calcular el alor de ' y $ del núcleo 1i)o: '8 903893 '893, es el elemento
paladio, $ no aria.
;inalmente, e(presar la ecuación de desintegración:
RADIACTIVIDAD NATURA)
Serie ra%iac"i!a
Los núcleos radiactios, es decir, los núcleos inestables que se encuentran !uera de l
!ran)a de estabilidad, su!ren desintegraciones en etapas sucesias. $ este con)unto d
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etapas se le llama erie %e %ein"e,ración ra%iac"i!a8 que son secuencias dreacciones nucleares que culminan en la !ormación de un isótopo estable.
Serie %e %ein"e,ración %el unranio=62
La serie de decaimiento radiactio del uranio425< es:
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+n esta serie, el núcleo padre es el =425. Como se puede obserar en el gráco, las ?ec1as en
diagonal indican desintegración por emisión de partículas -, y las !lec1as en 1orizonta
desintegración por emisión de partículas 44.
CINETICA DE DESINTE?RACION RADIACTIVA
Vi%a me%ia ."1@63: +ste concepto se utiliza para re!erirse a la elocidad con que ocurre
las desintegraciones nucleares y se dene como el tiempo que se necesita para que l
concentración de un reactio disminuya a la mitad de su concentración inicial. Po
e)emplo, si se de)ará una muestra de 22>g de radio422> en una mesa, luego de 3>
a"os se encontrarán 335g@ y, si incluso se de)aran pasar otros 3> a"os, se encontrará
A>,Ag de la muestra original. *i se gracan los datos de este e)emplo, despu#s de A ida
medias se obtiene un gráco como el siguiente:
$l analizar el decaimiento radiacti
del Ba4 22>, se establece que e
tiempo de ida media de este es d
3> a"os, ya que la muestra siempr
decae en la mitad de la muestr
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original. ambi#n se puede concluir que los núcleos radiactios siempre se desintegra
en !orma e(ponencial, esto quiere decir que cada cierto periodo del tiempo cambian po
un
!actor, en est
caso D.
RADIACTIVIDAD ARTIICIA)
Tranmu"ación Nuclear
La transmutación nuclear es el cambio que e(perimenta un núcleo como resultado de
bombardeo con partículas subatómicas como los neutrones. ambi#n se conoce com
ra%iac"i!i%a% in%uci%a, ya que es posible producir radiactiidad por medios articiales
Como se sabe, en el núcleo actúan dos tipos de !uerzas, una que tiende a separa lo
protones, llamada 4uerBa %e re#ulión elc"rica y otra que mantiene unidos
protones y neutrones, la 4uerBa nuclear& *i se desea romper el núcleo de un átomo, s
debe encer la !uerza nuclear@ en cambio, si se desea agregar protones o neutrones
este, se debe encer la !uerza el#ctrica. $mbos procesos son reacciones nucleares, por l
que liberan gran cantidad de energía.
iión nuclear
Proceso en el cual se diide un núcleo para
!ormar núcleos más liianos y uno o más
neutrones. Los núcleos !ormados son más
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estables y tiene mayor energía de enlace, por lo que se libera gran cantidad de energía
=na de las características más importantes de la sión nuclear es que producen má
neutrones que los capturados al inicio del proceso, por lo que se produce una reacció
en ca%ena, es decir, una secuencia de reacciones nucleares de sión.
om;a A"ómica o om;a A: se basa en la sión nuclear, se utiliza como combustibl
el uranio, plutonio y polonio o la mezcla de ellos.
)a uión Nuclear: Beacción
en la que dos o más núcleos
ligeros se !usionan para !ormar
un núcleo más pesado,
liberando una enorme cantidad
de energía en este proceso.
=n buen e)emplo es la !usión de
dos isótopos de 1idrógeno
pesado %deuterio: E2 y tritio: E5& para !ormar un núcleo de 1elio.
Las reacciones de !usión liberan enormes cantidades de energía y son,
comúnmente, re!eridas como reacciones termonucleares. +l sol, así como el
resto de las estrellas son en realidad enormes reactores de !usión. Las estrellas
son esencialmente gigantes bolas de gas de 1idrógeno ba)o tremenda presión,
debido a las !uerzas graitacionales. Las mol#culas de 1idrógeno son
!usionadas en 1elio y elementos más pesados dentro de las estrellas, soltando
energía que recibimos como luz y calor.
om;a %e 7i%ró,eno o om;a 7: se basa en la !usión del 1idrógeno y 1elio.
Para que ocurra la !usión nuclear es necesario someter el combustible a arios
millones de grados Celsius. +sto se logra 1aciendo e(plotar preiamente una
bomba atómica, la cual genera la energía necesaria para producir la !usión del
1idrógeno o del 1elio, liberándose una gran cantidad de energía.
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om;a %e Neu"rone: la bomba de neutrones no genera una gran e(plosión,se trata de la !usión de átomos que reducen notablemente la onda
electromagn#tica. *e trata de un sistema que libera una gran cantidad de
neutrones, que al ser absorbido por los materiales lo inducen a ser radiactios
durante un corto tiempo. Las emisiones radiactias que 1acen estos materiales
al absorber los neutrones son altamente da"inos y de manera irreparable para
los seres ios, sin destruir el entorno.
Peli,ro %e la ener,ía nuclear$demás de los peligros eidentes, asociados al uso b#lico de la energía
nuclear, su uso pacíco conllea algunos peligros que, aunque menores, no
pueden ser desconocidos.
=n primer riesgo se relaciona con la operación de los reactores nucleares
utilizados en la producción de energía el#ctrica. $unque la mayoría cuenta con
e(tremas medidas de seguridad, siempre e(iste el riesgo que la reacción de
sión se salga de control, produciendo el incendio y e(plosión del reactor,
como ocurrió en C1ernobyl, Fielorrusia, el 2> de abril de 39, tragedia que
constituye, sin duda, el mayor y más grae accidente nuclear ocurrido en la
1istoria.
Gtro riesgo es la emisión a la atmós!era de material radiactio, como ocurrió en
Pensylania en 39H9.
=n segundo aspecto de no menor importancia son los riesgos asociados a los
procesos de enriquecimiento del uranio para producir el combustible radiactio
y el depósito nal de los desec1os radioactios generados por las plantas, los
que, generalmente, tienen idas medias e(traordinariamente largas.
DATACI(N RADIACTIVA
La %a"ación ra%iac"i!a se utiliza para determinar la edad de algunos ob)etos d
inter#s. $lgunas t#cnicas de datación son:
Do"ación con car;ono ra%iac"i!o
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+l isótopo C436 se !orma pro bombardeo de los rayos cósmicos al nitrógeno atmos!#rico
según la ecuación:
+l C436 se encuentra en el aire como dió(ido de carbono radiactio. +ste gas e
incorporado a la cadena tróca pro las plantas, luego los animales se las comen
e(1alan C436 como dió(ido de carbono. Cuando el ser io muere no intercambia materi
ni energía con el entorno, por lo que no se renuea C436 y su concentración disminuye
$sí, el C436 a tra#s de las sucesias desintegraciones se trans!orma en I436, isótop
estable.
La ida media del C436 es de AH5 a"os, por lo que, cuanto menor cantidad e(ista en un
organismo u ob)eto, mayor será su antigJedad. +l mismo cambio que ocurre con el C43
se obsera en el carbón, petróleo y madera del subsuelo y tambi#n en las momias.
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AP)ICACI(N:
I&= Selección m$l"i#le& Ecri;a la ac"i!i%a% en u cua%erno8 la
al"erna"i!a elecciona%a la e,un%a #ar"e8 ecuacione nucleare&
1&= )a ra%iac"i!i%a% e relaciona con:
a& la estabilidad nuclear, que depende de la proporción e(istente entre
protones y neutrones
b& la estabilidad nuclear, que depende de la suma de protones más neutrones
c& la emisión de electrones radiactios desde un átomo
d& la emisión de partículas radiactias desde un átomo
6&= FCómo %ecaen lo ra%ioió"o#o que "ienen un eceo %e
neu"roneG
a& por emisión de protones
b& por emisión de neutrones
c& por emisión de electrones
d& por emisión de protones y luego electrones
2&= In%ique que "i#o %e #ar"ícula li;eran lo ió"o#o que #oeen una
can"i%a% %e #ro"one maor que la %e neu"rone&
a& partículas -
b& partículas
c& partículas 0
d& rayos gamma
5&= FCuHl %e lo i,uien"e n$cli%o #ue%e .n3 er ra%iac"i!oG
a& G
b& >32 C
c& 9625
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d& A3
a& 3H52 Cl
b& 3A52 P
c& 3>55 *
d& 3
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Q&= Un elemen"o ra%iac"i!o e carac"eriBa #orque:a& está !ormado por átomos con núcleos estables
b& se desintegra en sucesias etapas emitiendo radiaciones
c& se trans!orma en otros núcleos que son inestables
d& su núcleo tiene un e(ceso de protones
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a& M M -
b& - M M
c& M M -
d& M - M
15&= El ió"o#o %e 2 I121 ua%o en me%icina #ara me%ir la ac"i!i%a% %e
la ,lHn%ula "iroi%e8 "iene una !i%a me%ia %e %ía8 E"o im#lica que
el ió"o#o %ecae:
a& totalmente en > días
b& a la mitad en 6 días
c& a la mitad en < días
d& totalmente en 26 días
1&= De#u %e K ao8 lo 1K , %e una mue"ra %e un elemen"o
ra%iac"i!o que%an re%uci%o a 6 ,& Por lo "an"o8 u #erío%o %e
emi%ein"e,ración .!i%a me%ia3 e:
a& 5 a"os
b& > a"os
c& 6 a"os
d& 2 a"os
1K&= Si la !i%a me%ia %e un ió"o#o ra%iac"i!o e %e una emana Fu
4racción %e ma"erial que%arH in %ecaer %e#u %e "re emanaG
a& la mitad
b& la tercera parte
c& la se(ta parte
d& la octaa parte
1L&= En el %ecaimien"o ra%iac"i!o %el U =62 Fu elemen"o reul"a
"ra la emiión %e la i,uien"e #ar"ícula - = 9= = 9= = -
a& 1 / 25
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b& = 4253
c& Pa / 256
d& 1 / 256
1&= El U =625 alcanBa u e"a;ili%a% nuclear cuan%o e "ran4orma
en:
a& Po / 23
b& Pb / 2>
c& Pb / 23
d& 1 / 256
1Q&= )a e%a% %e un o;+e"o arqueoló,ico e #ue%e calcular a "ra! %e:
a& cálculo de su ida media
b& de la desintegración del ob)eto en cuestión
c& el m#todo del C4 36
d& el m#todo del I / 36
6 Ia emite un electrón
d.4 59 Li emite un neutrón
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e.4 emite una partícula al!a