Guía de Energía Nuclear

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

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