Hasta ahora hemos estudiado las llamadas reacciones químicas, que se refieren al reordenamiento de los electrones extranucleares. En cambio, ahora nos




descargar 102.25 Kb.
títuloHasta ahora hemos estudiado las llamadas reacciones químicas, que se refieren al reordenamiento de los electrones extranucleares. En cambio, ahora nos
página2/4
fecha de publicación29.01.2016
tamaño102.25 Kb.
tipoDocumentos
med.se-todo.com > Química > Documentos
1   2   3   4



Ecuaciones nucleares



La inmensa mayoría de los núcleos que se encuentran en la Naturaleza son estables y permanecen intactos indefinidamente. Los radionúclidos, en cambio, son inestables y emiten partículas y radiación electromagnética de manera espontánea. La emisión de radiación es una de las maneras como un núcleo inestable se transforma en uno más estable con menos energía. La radiación emitida es la portadora del exceso de energía. Por ejemplo, el uranio-238 es radiactivo y sufre una reacción nuclear en la cual se emiten espontáneamente núcleos de helio-4. Las partículas de helio-4 se conocen como partículas alfa, y una corriente de estas partículas se llama radiación alfa. Cuando un núcleo de uranio-238 pierde una partícula alfa, el fragmento restante tiene un número atómico de 90 y un número de masa de 234. Por tanto, es un núcleo de torio-234. Esta reacción se representa por medio de la ecuación nuclear siguiente:

23892U  23490Th + 42He (1)

Cuando un núcleo se descompone espontáneamente de esta manera, se dice que se ha desintegrado, o ha sufrido desintegración radiactiva. Debido a que en esta reacción interviene una partícula alfa, los científicos también describen el proceso como desintegración alfa.

Observe en la ecuación (1) que la suma de los números de masa es la misma en ambos lados de la ecuación (238 = 234 + 4). De forma semejante, la suma de los números atómicos en ambos lados de la ecuación es igual (92 = 90 + 2). Los números de masa y los números atómicos se balancean de manera similar en todas las ecuaciones nucleares. Las propiedades radiactivas del núcleo son fundamentalmente independientes del estado de combinación química del átomo. Así pues, al escribir ecuaciones nucleares no nos interesa la forma química del átomo en el cual reside el núcleo. No importa si estamos tratando con el átomo en forma de elemento o de uno de sus compuestos.

Tipos de desintegración radiactiva



Las tres clases más comunes de desintegración radiactiva son la radiación alfa (), beta () y gamma (). La siguiente tabla resume algunas de las propiedades más importantes de estos tipos de radiación:

Propiedades de la radiación alfa, beta y gamma




Tipo de radiación


Propiedad







Carga

2+

1-

0

Masa

6,64.10-24 g

9,11.10-28 g

0

Poder relativo de penetración

1

100

10000

Naturaleza de la radiación

Núcleos de 42He

Electrones

Fotones de alta energía


La radiación alfa consiste en una corriente de núcleos de helio-4 conocidos como partículas alfa, las cuales escribimos como 42He o 42. Las radiaciones beta se componen de partículas beta, que son electrones de alta velocidad emitidos por un núcleo inestable. Las partículas beta se representan en las ecuaciones nucleares por medio del símbolo 0-1e o a veces 0-1. El superíndice cero indica que la masa del electrón es extremadamente pequeña en comparación con la masa del nucleón. El subíndice –1 representa la carga negativa de la partícula, que es opuesta a la del protón. El yodo-131 es un ejemplo de un isótopo que sufre desintegración por emisión beta:

13153I  13154Xe + 0-1e (2)

En la ecuación (2) se puede observar que la desintegración beta da por resultado un aumento en el número atómico, de 53 a 54. La emisión beta equivale a la conversión de un neutrón (10n) en un protón (11p o 11H), la cual aumenta el número atómico en 1:

10n  11p + 0-1e (3)

Sin embargo, tan sólo porque se expulsa un electrón del núcleo, no debemos pensar que el núcleo está compuesto de estas partículas, así como no consideramos que un fósforo está compuesto de chispas simplemente porque las desprende cuando se frota. El electrón comienza a existir sólo cuando el núcleo sufre una reacción nuclear.

La radiación gamma (o rayos gamma) se compone de fotones de alta energía, es decir, radiación electromagnética de longitud de onda muy corta. La radiación gamma no modifica el número atómico ni el número de masa de un núcleo, y se representa como 00, o simplemente . Casi siempre, acompaña a otra emisión radiactiva porque representa la energía que se pierde cuando los nucleones que quedan se reorganizan en arreglos más estables. Por lo general, no se escriben los rayos gamma en las ecuaciones nucleares.

Otros tipos de desintegración radiactiva que se producen son la emisión de positrones y la captura de electrones. Un positrón es una partícula que tiene la misma masa que un electrón pero carga opuesta. El positrón se representa como 01e.

NOTA: El positrón tiene una vida muy corta porque es aniquilado cuando choca con un electrón, produciendo rayos gamma: 01e + 0-1e  2 00

El carbono 11 es un ejemplo de un isótopo que se desintegra por emisión de un positrón:

116C  115B + 01e (4)

Observamos que la emisión de un positrón causa que el número atómico disminuya de 6 a 5. Esta emisión tiene el efecto de convertir un protón en un neutrón, con lo que el número atómico del núcleo disminuye en 1:

11p  10n + 01e (5)

La captura de electrones es la captura por parte del núcleo de un electrón de una capa interna de la nube de electrones que rodea el núcleo. El rubidio 81 sufre desintegración de esta manera, como se muestra en la siguiente ecuación:

8137Rb + 0-1e (electrón orbital)  8136Kr (6)

Puesto que el electrón se consume en lugar de formarse en el proceso, se muestra en el lado de los reactivos de la ecuación. La captura de electrones, como la emisión de positrones, tiene el efecto de convertir un protón en un neutrón:

11p + 0-1e  10n (7)

La siguiente tabla resume los símbolos que se emplean para representar las diversas partículas elementales que es común encontrar en las reacciones nucleares:

Partículas comunes en la desintegración radiactiva y en las transformaciones nucleares

Partícula

Símbolo

Neutrón

10n

Protón

11H o 11p

Electrón

0-1e

Partícula alfa

42He o 42

Partícula beta

0-1e o 0-1

Positrón

01e


Estabilidad nuclear
La estabilidad de un núcleo en particular depende de diversos factores y no hay una regla única que nos permita predecir si un núcleo específico es radiactivo y cómo se podría desintegrar. Sin embargo, hay varias observaciones empíricas que son de utilidad para hacer predicciones.
Proporción de neutrones a protones
Puesto que las cargas iguales se repelen mutuamente, puede parecer sorprendente que en el reducido volumen del núcleo pueda residir un gran número de protones. A distancias cortas, sin embargo, existe una intensa fuerza de atracción, llamada interacción nuclear fuerte, entre los nucleones. Los neutrones participan íntimamente en esta fuerza atractora. Todos los núcleos con dos o más protones contienen neutrones. Cuantos más protones hay en el núcleo, más neutrones se necesitan para mantenerlo unido. Los núcleos estables de número atómico bajo (hasta alrededor de 20) tienen aproximadamente números iguales de protones y neutrones. Para los núcleos de número atómico mayor, el número de neutrones necesarios para crear un núcleo estable aumenta con más rapidez que el número de protones, como se muestra en la siguiente figura:


Por tanto, la proporción de neutrones a protones de los núcleos estables aumenta con el número atómico.

La banda sombreada de la figura anterior es el área dentro de la cual se encuentran todos los núcleos estables y se conoce como cinturón de estabilidad. El cinturón de estabilidad termina en el elemento 83 (bismuto). Todos los núcleos con 84 protones o más (número atómico 84) son radiactivos. Por ejemplo, todos los isótopos de uranio, de número atómico 92, son radiactivos.

El tipo de desintegración radiactiva que sufre un radionúclido en particular depende en gran medida de su proporción de neutrones a protones en comparación con la de los núcleos cercanos a él dentro del cinturón de estabilidad. Podemos visualizar tres situaciones generales:

  1. Núcleos por arriba del cinturón de estabilidad (alta proporción de neutrones a protones): estos núcleos ricos en neutrones pueden reducir su proporción y avanzar hacia el cinturón de estabilidad emitiendo una partícula beta. La emisión beta reduce el número de neutrones y aumenta el número de protones en un núcleo, como lo muestra la ecuación (3).

  2. Núcleos por abajo del cinturón de estabilidad (baja proporción de neutrones a protones): estos núcleos ricos en protones pueden aumentar su proporción ya sea por emisión de positrones o por captura de electrones. Ambos tipos de desintegración aumentan el número de neutrones y reducen el de protones, como se puede ver en las ecuaciones (5) y (7). La emisión de positrones es más común que la captura de electrones entre los núcleos más ligeros; en cambio, la captura de electrones se hace cada vez más común al aumentar la carga nuclear.

  3. Núcleos con número atómico 84: estos núcleos pesados, que están más allá del borde superior derecho de la banda de estabilidad, tienden a sufrir emisión alfa. La emisión de una partícula alfa disminuye tanto el número de neutrones como el de protones en 2 unidades, lo que desplaza al núcleo en diagonal hacia el cinturón de estabilidad.

Estas tres situaciones se resumen en la siguiente figura:



En este punto debemos señalar que nuestras pautas no siempre funcionan. Por ejemplo, el torio-233, 23390Th, del cual podríamos esperar que sufriera desintegración alfa, de hecho sufre emisión beta. Adicionalmente, unos pocos núcleos radiactivos se encuentran de hecho dentro del cinturón de estabilidad. Por ejemplo, tanto el 14660Nd como el 14860Nd son estables y están dentro del cinturón de estabilidad; en cambio, el 14760Nd, que se ubica entre ambos es radiactivo.
Series radiactivas
Ciertos núcleos, como el uranio-238, no pueden adquirir estabilidad por una emisión sencilla. En consecuencia, se produce una serie de emisiones sucesivas. Como se muestra en la figura de la página siguiente, el uranio-238 se desintegra a torio-234, el cual es radiactivo y se desintegra a protactinio-234. Este núcleo también es inestable y se desintegra posteriormente. Este tipo de reacciones sucesivas continúa hasta que se forma un núcleo estable, el plomo-206.

Una serie de reacciones nucleares que comienza con un núcleo inestable y termina con uno estable se conoce como serie radiactiva o serie de desintegración nuclear. Hay tres de estas series en la naturaleza. Además de la serie que se inicia con el uranio-238 y concluye con el plomo-206, hay una que comienza con el uranio-235 y termina con el plomo-207. La tercera principia con torio-232 y acaba con plomo-208.

Observaciones adicionales

Dos observaciones adicionales son de utilidad para predecir la estabilidad nuclear:

  • Los núcleos con 2, 8, 20, 28, 50 u 82 protones o 2, 8, 20, 28, 50, 82 o 126 neutrones son por lo general más estables que los núcleos que no contienen estos números de nucleones. Estos números de protones y neutrones se llaman números mágicos.

  • Los núcleos con números pares tanto de protones como de neutrones son en general más estables que los que contienen números impares de nucleones, como se muestra en la siguiente tabla:

Número de isótopos estables con números pares e impares de protones y neutrones

Número de isótopos estables

Protones

Neutrones

157

Par

Par

53

Par

Impar

50

Impar

Par

5

Impar

Impar



Estas observaciones se pueden entender en términos del modelo de capas del núcleo; de acuerdo con esta descripción, los nucleones residen en capas análogas a la estructura en capas de los electrones de los átomos. Así como ciertos números de electrones (2, 8, 18, 36, 54 y 86) corresponden a configuraciones electrónicas estables de capas completas, también los números mágicos de nucleones representan capas completas en los núcleos. Como ejemplo de la estabilidad de los núcleos que tienen números mágicos de nucleones, se puede observar que la serie radiactiva que se representa en la figura anterior concluye con la formación del núcleo estable 20682Pb, el cual tiene un número mágico de protones (82).

También hay indicios que sugieren que los pares de protones y los pares de neutrones tienen una estabilidad especial, análoga a los pares de electrones de las moléculas. Así pues, los núcleos estables con un número par de protones y un número par de neutrones son mucho más numerosos que los que tienen números impares (ver tabla anterior).
1   2   3   4

similar:

Hasta ahora hemos estudiado las llamadas reacciones químicas, que se refieren al reordenamiento de los electrones extranucleares. En cambio, ahora nos iconResumen los rayos cósmicos son partículas atómicas originadas en...

Hasta ahora hemos estudiado las llamadas reacciones químicas, que se refieren al reordenamiento de los electrones extranucleares. En cambio, ahora nos iconResumen los rayos cósmicos son partículas atómicas originadas en...

Hasta ahora hemos estudiado las llamadas reacciones químicas, que se refieren al reordenamiento de los electrones extranucleares. En cambio, ahora nos iconEn el tema anterior, hemos estudiado el sistema hormonal y el sistema...

Hasta ahora hemos estudiado las llamadas reacciones químicas, que se refieren al reordenamiento de los electrones extranucleares. En cambio, ahora nos iconHasta ahora se ha pensado en las piedras como minerales inertes y...

Hasta ahora hemos estudiado las llamadas reacciones químicas, que se refieren al reordenamiento de los electrones extranucleares. En cambio, ahora nos iconEn la siguiente actividad encontrarán en la primera parte un repaso...

Hasta ahora hemos estudiado las llamadas reacciones químicas, que se refieren al reordenamiento de los electrones extranucleares. En cambio, ahora nos iconEl liderazgo 11. Las misiones. Lo único que añaden es confusión
«Todo lo que hemos aprendido en la era industrial se ha orientado a crear más y más complicaciones. Pienso que ahora, cada vez más...

Hasta ahora hemos estudiado las llamadas reacciones químicas, que se refieren al reordenamiento de los electrones extranucleares. En cambio, ahora nos iconPararrayos de Dios, crónicas de poetas
«El cohetero», «Los arrieros», «Nocturno lluvioso», que eran estampas de la sierra y sus personajes; pero el que más me impactó fue...

Hasta ahora hemos estudiado las llamadas reacciones químicas, que se refieren al reordenamiento de los electrones extranucleares. En cambio, ahora nos iconLos ojos del mundo miran ahora al espacio. Nos proponemos viajar...

Hasta ahora hemos estudiado las llamadas reacciones químicas, que se refieren al reordenamiento de los electrones extranucleares. En cambio, ahora nos icon¿realidad?, Es posible que nuestro cuerpo sea capaz de ser una fuente...

Hasta ahora hemos estudiado las llamadas reacciones químicas, que se refieren al reordenamiento de los electrones extranucleares. En cambio, ahora nos iconAnalizaremos ahora las palabras desde la perspectiva léxico-morfológica


Medicina



Todos los derechos reservados. Copyright © 2015
contactos
med.se-todo.com