LEY DE DESINTEGRACIÓN RADIACTIVA
La disminución (dN) del número de núcleos presentes es proporcional al número de núcle-os (N), al tiempo (dt) y a la especie nuclear ().
El número de núcleos de una muestra radiactiva disminuye de forma exponencial con el tiempo transcurrido.
La ley de desintegración radiactiva también se cumple para la masa y la actividad, porque son directamente proporcionales al número de núcleos.
La actividad de una muestra radiactiva es el ritmo al cual se van desintegrando sus núcleos atómicos.
OJO con preguntas del tipo: ¿Cuál es el tiempo
necesario para que se desintegre el 90% de la muestra? Eso significa que N= 0,1·No (el número de núcleos que quedan es el 10% del número de núcleos iniciales).
Símbolo Magnitud Significado Unidad
(SI)
N Número de núcleos Número de núcleos radiactivos que quedan sin desintegrar al cabo de un tiempo t.
No
Número de núcleos iniciales
Número de núcleos radiactivos iniciales.
λ
Constante de desinte-gración
Es la probabilidad de que un determinado núcleo radiactivo se desintegre. Es propio de cada especie nuclear.
s1
τ Vida media Tiempo de vida promedio que dura un núcleo
antes de desintegrarse. s
t1/2 Semivida o periodo de semidesintegración
Tiempo que tarda una muestra de No núcleos en
reducirse a la mitad. s
A Actividad Número de desintegraciones que se producen
por unidad de tiempo (ritmo de desintegración). Bq
Ao Actividad inicial Actividad inicial de núcleos radiactivos. Bq
m Masa de núcleos Masa de núcleos radiactivos que quedan sin desintegrar en un instante.
kg
mo
Masa inicial de núcleos
Masa inicial de núcleos radiactivos. kg
Bq = Becquerel 1 Bq = 1 desintegración/s Ci = Curio 1 Ci = 3,7·1010
LEYES DE DESPLAZAMIENTO RADIACTIVO DE SODDY Y FAJANS Permiten predecir en qué se convierte un núcleo que emite una radiación determinada.
Primera ley. Cuando un núcleo X emite una partícula α se convierte en otro Y con cua-tro unidades menos de número másico y dos unidades menos de número atómico.
Segunda ley. Cuando un núcleo X emite una partícula β se convierte en otro Y con el mismo número másico y un número atómico que aumenta una unidad.
Tercera ley. Cuando un núcleo X emite radiación γ sigue siendo el mismo núcleo, aun-que con distinto contenido energético.
En todas las reacciones nucleares se conserva la carga eléctrica total, el número total de nu-cleones y la suma de los números atómicos.
Recuerda las representaciones del protón ( ), el neutrón ( y el electrón ( ).
RECUERDA
Z = número atómico = nº protones, que coincide con el de electrones si el átomo es neutro (no tiene carga, no es un ion).
A = número másico = nº protones + nº neutrones = nº nucleones
En general, en química:
Para nosotros, en esta unidad, puesto que sólo tenemos núcleos (átomos):
Un mol es la cantidad de materia que contiene el número de Avogadro de partículas ele-mentales (átomos, moléculas, iones…). Por eso, cuando se habla de mol hay que dejar cla-ro si es 1 mol de átomos, de moléculas, de iones…
La masa molecular (u) de un compuesto equivale a la masa de 1 mol (g) de ese compuesto (masa molar).
Ej. 1: Mm CH4= 16 u (g/mol) significa que en 1 mol de CH4 hay 16 g.
Ej. 2: Ma Na= 23 u (g/mol) significa que en 1 mol de Na hay 23 g.
NA= 6,02·1023 1 u= 1,66·1027 kg
RADIACTIVIDAD NATURAL
La radiactividad natural es el proceso por el que los núcleos atómicos inestables de ciertas sustancias emiten radiación de forma espontánea y se transforman en núcleos de elementos distintos más estables o en núcleos del mismo elemento en un estado de menor energía. Hay tres tipos de radiación:
Rayos α (con carga positiva).Las partículas α son núcleos de helio (átomos de helio que han perdido sus dos electrones, con carga +2). Debido a su gran masa son ionizantes, con capacidad para arrancar electrones de otros átomos. Tienen muy poco poder de pe-netración. Son detenidas por una lámina de cartón o nuestra piel.
Rayos β (con carga negativa). Son electrones acelerados, con velocidades próximas a las de la luz. Su masa es mucho menor que la de las partículas α y, por tanto, tienen un poder de penetración mayor. Son frenadas por unos metros de aire, una lámina de alu-minio o unos centímetros de agua.
¿Cómo puede ser que el núcleo emita un electrón si no existen en el núcleo? En reali-dad, esta desintegración supone la conversión de un neutrón (inestable) en un protón y un electrón que abandona el núcleo inmediatamente tras crearse (también sale un anti-neutrino ).
A veces, de forma artificial, algunos núcleos se desintegran liberando, en vez de un electrón, un positrón (partícula idéntica al electrón, pero con carga positiva):
Rayos γ (sin carga ni masa).Son radiación electromagnética con energía superior a la de los rayos X. Acompaña generalmente a las emisiones α y β y tienen gran poder de pene-tración. Sólo se frenan por planchas de plomo y muros gruesos de hormigón.
RADIACTIVIDAD ARTIFICIAL
La radiactividad artificial es el fenómeno por el que se obtienen núcleos radiactivos al bom-bardear núcleos estables con partículas de muy alta energía (actualmente conseguidas en los aceleradores).
En las reacciones nucleares se conserva:
La carga eléctrica. La suma de las cargas de las partículas que reaccionan (núcleos y partículas proyectil) es igual a la suma de las cargas de todas las partículas que se ob-tienen.
El número de nucleones.
Cantidad de momento lineal .
El conjunto masa-energía.
-Si en la reacción nuclear hay una pérdida de masa, ésta se convierte en una canti-dad equivalente de energía.
ESTABILIDAD DE LOS NÚCLEOS. ENERGÍA DE ENLACE
Cuando se forma un núcleo a partir de los protones y los neutrones que lo forman se observa que la masa del núcleo es inferior a la suma de las masas de sus protones y neutrones. Se produce una pérdida de masa, llamada defecto másico (m).
Al formarse el núcleo este defecto de masa se convierte en energía que se desprende y lo estabiliza:
OJO, en esta fórmula m debe estar en kg.
1 u equivale a una energía desprendida de 931 MeV
Para conocer la estabilidad de un núcleo conviene saber la energía de enlace por nucleón. Cuanto mayor sea la energía de enlace por nucleón, más estable es el núcleo.
La energía de enlace crece con A en los núcleos ligeros, hasta llegar al hierro, que es el núcleo más estable. A partir de este núcleo disminuye con A. Por tanto, para formar un núcleo más estable, con mayor energía de enlace por nucleón, se producirá:
FUSIÓN Y FISIÓN NUCLEAR
La fusión y la fisión nuclear son reacciones nucleares que liberan la energía almacenada en el núcleo de un átomo. En ambos casos la masa de los productos es inferior a la masa de los reactivos, por lo que se libera una cantidad equivalente de energía.
-Fusión nuclear. Dos núcleos de masa baja se unen y dan lugar a un núcleo de masa mayor. Esta reacción tiene lugar en estrellas como el Sol, donde átomos de H se convierten en átomos de He. También ocurre en explosiones de supernovas (estrellas masivas que colapsan cuando se agota su combustible).
-Fisión nuclear. Un núcleo de masa elevada se bombardea con neutrones lentos, se rompe en dos fragmentos y se liberan neutrones. Éstos, a su vez, pueden actuar como proyectiles contra otros núcleos, por lo que provocan una reacción en cadena. Es la reacción que tiene lugar en las centrales nucleares. También se emplea para la obtención de energía en lugares de difícil abastecimiento (submarinos, sondas espaciales…).
APLICACIONES DE LOS ISÓTOPOS RADIACTIVOS
Las aplicaciones de los isótopos radiactivos se deben a que se pueden detectar localizando la radiación que emiten y a los efectos que las radiaciones producen en la materia.
Aplicaciones en medicina.
- Diagnóstico de enfermedades. Se administra un material radiactivo al paciente y un detector mide su actividad, de forma que se obtiene una imagen del tejido/órgano.
- Tratamiento del cáncer. Se hacen llegar radiaciones a la zona del tumor. La radiación emitida destruye células malignas, aunque que también daña células sanas.
Aplicaciones en la industria.
- Detección de fallos en piezas (soldaduras incorrectas, desgaste de planchas, fisuras por las que puede escapar un fluido).
Otras aplicaciones
- Estudio de migraciones de animales.
- Esterilización de especies nocivas, lo que evita su reproducción y las plagas.
- Datación de restos arqueológicos, dataciones geológicas…
DATACIÓN CON C-14
El carbono presenta tres isótopos: y . Los dos primeros son estables, pero el
es radiactivo, por lo que se desintegra de forma espontánea (t
1/2= 5730 años):
El se forma en las altas capas de la atmósfera, cuando neutrones de la radiación cósmica chocan con átomos de nitrógeno:
El se combina con el oxígeno para dar CO2, que las plantas transforman mediante la
fo-tosíntesis en hidratos de carbono que proporcionan la alimentación de los seres vivos. En un ser vivo la proporción de los isótopos de carbono se mantiene constante, por lo que hay una proporción determinada de . Cuando un organismo muere ya no renueva compuestos con reciente, por lo que el de su organismo se va desintegrando y la proporción de
disminuye con el tiempo en los organismos muertos. Si se compara la proporción de
en una muestra de un ser muerto y se compara con la proporción de en un ser vivo
