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QUIMICA NUCLEAR
Hasta ahora hemos estudiado las llamadas reacciones químicas, que se refieren al reordenamiento de los electrones extranucleares. En cambio, ahora nos dedicaremos a las reacciones que implican cambios en los núcleos atómicos.

La rama de la química, denominada química nuclear, que estudia estos procesos, ha ido ganando espacio en nuestra vida cotidiana, a través de sus variadas aplicaciones, con connotaciones diversas para el ciudadano y para el científico. Así, encontramos a la química nuclear en la generación de energía, en ciertas aplicaciones de la medicina como herramienta de diagnóstico y también de tratamiento, en la datación (determinación de la edad) de ciertos objetos, en la dilucidación de estructuras moleculares y de mecanismos de procesos químicos o biológicos, pero también en la producción de las bombas atómicas, las de hidrógeno y las de neutrones, asociado a accidentes como el de la central nuclear de Chernobyl y a las persistentes noticias sobre contaminación de residuos radiactivos.
La naturaleza de las reacciones nucleares. Radiactividad
Recordemos que los núcleos quedan definidos mediante los números atómico (Z) y másico (A). El número atómico se refiere al número de protones mientras que el número másico es igual a la suma del número de protones más el número de neutrones, es decir, es igual al número total de nucleones. Con excepción del hidrógeno (11H), todos los núcleos contienen dos tipos de partículas fundamentales llamadas nucleones: los protones y los neutrones.

Los isótopos son núcleos con igual Z (corresponden a un mismo elemento) pero con diferente número másico. Por ejemplo, el uranio presenta tres isótopos en la Naturaleza con 233, 235 y 238 nucleones. Los mismos son simbolizados como 23392U, 23592U y 23892U, obviamente, todos poseen 92 protones. El superíndice es el número de masa y el subíndice es el número atómico. Especies como 147N y 136C se denominan isótonos ya que poseen igual número de neutrones (N) y diferente de protones.

Los diversos isótopos tienen diferente abundancia natural. Por ejemplo, el 99,3 % del uranio natural es uranio-238, el 0,7% es uranio-235 y sólo hay trazas de uranio-233. Los distintos núcleos también tienen diferente estabilidad. De hecho, las propiedades nucleares de un átomo dependen del número de protones y neutrones que hay en su núcleo. Recordemos que se aplica el término núclido a un núcleo con un número específico de protones y neutrones.

Algunos núcleos son inestables y emiten partículas y/o radiación electromagnética de manera espontánea, fenómeno al que se llama radiactividad. Los núcleos que son radiactivos se llaman radionúclidos, y los átomos que contienen estos núcleos se conocen como radioisótopos. Todos los elementos que tienen número atómico mayor de 83 son radiactivos. Por ejemplo, el isótopo del polonio, el polonio-210 (21084Po), decae de modo espontáneo a 20682Pb y emite una partícula .

Otro tipo de radiactividad, conocida como transmutación nuclear, se produce al bombardear el núcleo con neutrones, protones y otros núcleos. La conversión de 147N a 166C y 11H es un ejemplo de transmutación nuclear, que se produce cuando el isótopo de nitrógeno captura un neutrón (del Sol). Este tipo de transmutación suele suceder en el espacio, pero también se puede lograr por medios artificiales.

El decaimiento radiactivo y la transmutación nuclear son reacciones nucleares, que son muy distintas a las reacciones químicas ordinarias. Las diferencias entre esas reacciones se resumen en la siguiente tabla:

Comparación de las reacciones químicas con las reacciones nucleares


REACCIONES QUIMICAS

REACCIONES NUCLEARES

1. Los átomos se reordenan por la ruptura y formación de enlaces químicos.

1. Los elementos (o los isótopos de los mismos elementos) se interconvierten los unos en los otros.

2. Sólo los electrones extranucleares están implicados en la ruptura y formación de los enlaces.

2. Pueden estar implicados los protones, neutrones, electrones y otras partículas elementales.

3. Las reacciones se acompañan por la absorción o liberación de cantidades de energía relativamente pequeñas.

3. Las reacciones van acompañadas por la absorción o liberación de cantidades enormes de energía.

4. Las velocidades de reacción se ven afectadas por la temperatura, presión, concentración y catalizadores.

4. Las velocidades de reacción, por lo general, no se ven afectadas por la temperatura, la presión o los catalizadores.
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