QM 1123 Tema 13 Química Nuclear pdf
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(2) Química General III. Tema 13. Química Nuclear tienden Varios protones Núcleo. repelerse entre sí (ley Coulomb).. balance Estabilidad. fuerzas atracción y repulsión desintegra. Repulsión > Atracción. emite partículas ó radiación núcleo. predomina Atracción. Núcleo es estable. observa. Estabilidad. relación neutrón/protón (átomos livianos R n/p = 1).. Reglas de estabilidad Nuclear. núcleos Núcleos protones 2, 8, 20, 50, 82 ó 126 neutrones (N° mágicos). más estables. similar al N° e- en gases nobles. Núcleos N° pares protones y neutrones. más estables que los que tienen Números impares son. Todos los isótopos de elementos Z > 83. radiactivos. Isótopos Tc (Z = 43) y Pm (Z = 61). radiactivos. 2.
(3) Química General III. Tema 13. Química Nuclear. Radiactividad. partículas La emisión alfa Descomposición α 210 84Po. 4. Z = 2 y masa 4 ( 2 He) . Núcleos He sin e- (carga +2) común Núcleos m > 209 y Z > 82. 206. 4. 82Pb + 2He. 3.
(4) Química General III. Tema 13. Química Nuclear. Después de la emisión α. atraer e- átomos vecinos. E liberada proceso. átomo neutro. diferencia de las masas 210. (masa. 84Po). 206. - (masa. 4. 82Pb. + masa. 2He). (209.98294 - (205.9745 + 4.0026)) uma = 0.0058 uma m = 1.6605x 10-27 Kg y c = 2.9979x108 m/s E = mc2 = > 1 uma equivalente = 1.4924x10-10 Joul 1 MeV = 1.6022x10-13 Joul =>. 1 uma = 931.47 MeV. 0.0058 uma x 931.47 MeV/uma = 5.4 MeV.. radiación electromagnética de corta λ “origina cambios E dentro del núcleo”. Radiación gamma. 125. [. 125. 52Te ]*. 52Te. Edo. excitado Emisión β. + γ. Edo. fundamental Es 1 e-. 0. alta relación neutrón/protón. -1e. N° neutrones disminuye en 1 N° protones aumenta en 1 27. 27. 12Mg. 13Al + -1e ;. 0. 14. 14. 0. 6C. 7N +. -1e. 4.
(5) Química General III. Tema 13. Química Nuclear Se libera partícula β de menor energía que la máxima, se emite al mismo tiempo un neutrino ν que elimina el exceso de energía. 14. 14. 6C. 7N. Emisión positrón β. 0. + -1e + ν 0. +. producción de 1 e- positivo ( 1e ) convierte. Obtiene 23. protón 23. 12Mg. 0. 11Na + 1e ;. Emisión de un positrón β. Positrón. neutrón 15. 15. 8 O. 7N + 1e. 0. produce +. simultáneamente neutrinos. 15. 14. 8 O. 7N + 1e + ν. 0. 1era antipartícula conocida emite. Positrón y e- chocan. γ. se destruyen radiación. Ha sido detectado el antiprotón. (protón carga -) llamada. La captura del electrón (ce) Produce un núcleo. captura K 1 protón menos y 1 neutrón más. ce 0 −1. e. +. 7 4. Be. 7 3. Li ;. Captura e-. 0 −1. e. 55 + 26. Fe. producción de Rayos X 5. 55 25. Mn.
(6) Química General III. Tema 13. Química Nuclear Velocidad de desintegración radiactiva. cinética 1er orden. Procesos de desintegración radiactiva. k = ctte velocidad N = N° núcleos radiactivos en el tiempo t.. velocidad en tiempo t = k. N Ln (Nt/No) = - k. t. t1/2 = 0.693/k. t1/2 varían de un núcleo a otro.. Serie de desintegración radiactiva. Procesos. repite. Núcleo producen. desintegración son inestables. desintegración radiactiva. producir núcleos estables. 238 92 U. 230 90Th. α. 4,51x109. años. α. 8,0x104. años. α. 30,5 min 218 84 Po. β. 30,5 min 0,03%. β. 234 90 Th. α. 218 85 At. 1,62x103. β. 21 años. 222 86 Rn. 214 83 Bi. α. 1,3 s. α. 5 días 5x10−5%. Serie de desintegración del. α. 19,7 min 0,04% 210 84 Po. 206 81Tl. 238 92 U. 2,48x105 años. 3,82 días. 19,7 min. 26,8 min. α. α. β. 5 días 210 83 Bi. años. 234 92 U. 1,18 min. β. β 210 82 Pb. β. 234 91Pa. 24,1 días. 226 88 Ra. 214 82 Pb. reacciones en cadena. 214 84 Po. 210 81Tl. α. 1,64x10−4 s β. 13,1 min. α. 138,4 días β. 206 82 Pb. (estable). 4,20 min. y las vidas medias de cada núcleo. 6.
(7) Química General III. Tema 13. Química Nuclear La serie del. 238. U permite determinar Edades Geológicas.. Determina contenido. 206 82. Pb. 238. y 92U. Calcular edad tierra. t necesario para producir Dicha relación.. 4.5 mil millones de años.. Reacciones de bombardeo nuclear. 1915 Ernest Rutherford. Reportó la primera reacción de transmutación nuclear.. Partículas alfa reaccionan con Nitrógeno: 14 7. 4 + 2. N. 17 8. He. O. 1 +1. H. 2 - neutrones, deuterones 1. - Otros proyectiles:. H. - protones e iones de bajo N° atómico. se indica 14 7. Reacción (α,p). Preparar tritio:. El tritio se desintegra:. 6 3. Li. N (α,p) 178O 1. 3 1. + 0n 3 1. 3 2. H. 7. H + 24 He. He. 0. + −1. β.
(8) Química General III. Tema 13. Química Nuclear Reacción. Tipo. 1 → 78 35 Br + 0 n 106 4 109 1 46 Pd + 2 He → 47 Ag + 1H 7 1 7 1 3 Li + 1 H → 4 Be + 0 n 14 1 15 7 N + 1H → 8 O + γ 9 1 6 4 4 Be + 1 H → 3 Li + 2 He 31 2 32 1 15 P + 1 H → 15 P + 1H 209 2 210 1 83 Bi + 1H → 84 Po + 0 n 59 1 60 27 Co + 0 n → 27 Co + γ 45 1 45 1 21 Sc + 0 n → 20 Ca + 1H 27 1 24 4 13 Al + 0 n → 1 Na + 2 He. (α,n) (α,p) (p,n) (p,γ) (p,α) (d,p) (d,n) (n,γ) (n,p) (n,α). 75 33 As. + 42 He. Emisión del núcleo producto β+ estable ce β+ estable β α β β β. Ciclotrón es un instrumento empleado para acelerar partículas colisionándolas con ciertos núcleos para producir reacciones nucleares.. 8.
(9) Química General III. Tema 13. Química Nuclear 9 4. Fuente de neutrones:. Be. 4 + 2. 12 6. C. He. 1 + 0. n. Reacción con deuterones es una fuente de neutrones más intensas. 9 4. 2 + 1. Be. reacciones Neutrones nucleares. 10 5. H. B + 01n. empleados neutrones rápidos reacciones y generan una partícula secundaria (n,α), (n,p).. neutrones Neutrones lentos ó térmicos obtenidos. disminuyen pasan a través de moderador (carbón, parafina, H, etc). producir. no producen. reacciones de captura reacciones de neutrones 34 16. S. 1 + 0. E cinética de los neutrones. 35 16. n. 9. Partículas secundarias. S. +γ.
(10) Química General III. Tema 13. Química Nuclear. Elementos transuránicos.. → U + γ U → Np + e Np → Pu + e Pu + H → Am + n Pu + He → Cm + n 238 1 92 U + 0 n 239 92. 239 93. 239 93. 0 -1. 239 94. 239 94. 239 94. 239 92. 0 -1. 2 1. 240 95. 4 2. 242 96. 1 0. 1 0. Además de los proyectiles comunes, también se ha usado iones de elementos de número atómico bajo:. → N → O → B →. 238 12 92 U + 6 C. 244 98 Cf. + 6 01n. 238 14 92 U + 7. 246 99 Es. + 6 01n. 238 16 92 U + 8. 255 100 Fm. + 4 01n. 257 103 Lr. + 5 01n. 252 98 Cf. +. 10 5. Fisión y fusión nuclear. núcleo Fisión. se separa en núcleos de elementos livianos + neutrones pesado 235 92. + 0n. 1. 93 36. Kr. 235 92. + 0n. 1. 90 38. Sr. U U. 10. 140. 1. + 56 Ba + 3 0 n 144. 1. + 54 Xe + 2 0 n.
(11) Química General III. Tema 13. Química Nuclear. E unión nuclear. E necesaria para romper un núcleo en sus protones y neutrones. diferencia Se calcula. masas de nucleones del núcleo y la masa real 35 17. Cl. (17 protones + 18 neutrones). Diferencia es 0.320 uma mayor que la masa núcleo = > 298 MeV 35 E enlace por nucleón 17. Cl. 298 MeV/35 nucleones = 8.51 MeV/nucleón. indica desintegración Estabilidad del núcleo. radiactiva. Valores más grandes indica núcleos más estables. 11.
(12) Química General III. Tema 13. Química Nuclear. entre Elementos masa. 40 -100 E de unión por Nucleón mayores. Fuerzas atracción netas entre partículas (estos elementos) son mayores.. 235 92. U. Fisión. libera 200 MeV.. inducida libera 1 neutrón. sigue 2 neutrones. explosiva reacción en cadena. fisión. En la generación n se producirían 2n fisiones y se libera gran cantidad de energía.. 235 92. U. 1era bomba atómica.. 0.7 % Uranio natural empleado. 12.
(13) Química General III. Tema 13. Química Nuclear fisión Reactores nucleares. 235 92. U. fuente controlada. 238. Energía, neutrones o radiación gamma. 239. , 92U , 94 Pu Moderador neutrones producidos (combustible) rodeado frena factor funcione. neutrones cercano a 1:. - Si baja este valor se detiene. - Si aumenta se torna explosiva.. producción. controla con barras:. 113 48. (capturan neutrones). 10 5. Cd. B. 1 + 0. 114 48. n. Cd. 1. 11 5. + 0n. sistema. B. +γ. + γ. eliminar Reactores para E circulante calor del reactor usa Refrigeración para producir Energía. 13.
(14) Química General III. Tema 13. Química Nuclear Fusión. núcleos átomos ligeros núcleos más pesados Fusionan forman. Se libera más Energía que la fisión fusión Emergía solar. átomos H en He.. 1 1 3 2 1 1. H. 2 + 1. 3 2 4 2 2 1. H. He + 23 He H + 11H. Fusión nuclear. He. He + 2 11H H + 10 β. reacciones termonucleares “llevan a cabo a temperatura muy elevadas”. 14.
(15) Química General III. Tema 13. Química Nuclear USOS de los NUCLEOS RADIACTIVOS.. - Mediciones de espesor: Entre la fuente y el detector se coloca el material. Cantidad de radiación llega al detector da medida del espesor del material.. - Uso del 14C para datación de materiales de origen vegetal. determina CO2 marcado con 14C transformado. - Se ha estudiado fotosíntesis absorción. Azucares, almidón y celulosa. - Núcleos radiactivos empleados terapia y diagnostico. 60 27. Co. βyγ. Cáncer. emisor. 131. - 53 I. Diagnóstico y tratamiento de la Tiroides. núcleos. - Investigación. velocidad de reacciones y mecanismos y acción estudiar catalizadores.. SO32- + ClO3-. SO42- + ClO2-. Reacción procede por intercambio de O de clorato a sulfito. imágenes 99. - Tc empleado. órganos como corazón, hígado y pulmones. t1/2 de 6 horas (se detectan los rayos γ emitidos 99Tc).. 15.
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