- Hi ha 103 elements coneguts dels que en coneixem 1000 isòtops. - Dels 1000 isòtops, 284 són estables. La resta, 716, són nuclis inestables.

- Hi ha 103 elements coneguts dels que en coneixem 1000 isòtops.

- Dels 1000 isòtops, 284 són estables. La resta, 716, són nuclis inestables.

CONDICIONS D’ESTABILITAT NUCLEAR

Per poder establir l’estabilitat d’un nucli atòmic podem guiar-nos per una sèrie de pautes:

1. El nombre de neutrons és major que el de protons. A-Z  Z.

2. Els nuclis estables compleixen que:

3. En general, els nuclis són inestables si:

6 , Z 1

Z 2 A

,

1   

2 , Z 1

Z A  

Z Z 6 A

,

1 

 A-Z: nombre de neutrons

Z: nombre de protons o

Z A-Z

238

U

92

LA RADIACIÓ

Els nuclis inestables es poden desintegrar de forma :

espontània forçada Emitint partícules que anomenem radiació.

Radiació  : Electrons. _1⁰

e

Radiació  : Fotons de llum. ₀⁰



Radiació  : Nuclis d’He-4. ₂⁴

He



Poc perilloses. S’aturen amb primes làmines metàl·liques Molt perilloses. Destrueixen l’ADN. S’aturen

amb murs de formigó i plom.

ESPECTRE ELECTROMAGNÈTIC

Les partícules o radiació  és llum d’alta freqüència. Es bo saber situar dins de l’espectre electromagnètic aquesta radiació.

ESPECTRE VISIBLE

10³ Hz 10⁶ Hz 10⁹ Hz 10¹² Hz 10¹⁵ Hz 10¹⁸ Hz 10²¹ Hz 10²⁴ Hz Radio / TV Microones Infraroig Ultraviolat Raigs X Raigs 

A tenir en compte:

1. L’energia de la llum està relacionada amb la seva freqüència. ( E = h·f )

2. L’espectre visible és només una petita part de tot l’espectre electromagnètic.

3. La radiació  és la més perillosa ja que té la freqüència més alta

REACCIONS NUCLEARS. EQUACIONS I NOTACIÓ regles fonamentals

1. La suma dels nombres màssics i atòmics dels reactius i dels productes han de coincidir.

2. Durant un procés nuclear es poden emetre altres tipus de partícules subatòmiques.

 

































n 1

n 1

n 1

n 1

n ' m

' 1 a

' m

' n a

m 1 a

m a

' a ...

' a a

...

a

' m ...

' m m

...

m

Y ...

Y X

...

X

n 1

1 n

n 1

1

Suma nombres màssics Suma nombres atòmics











 He N

e n Be

9 4

EXEMPLE

L’equació nuclear següent no es correcte per què la suma dels nombres màssics dels productes i dels reactius no coincideix.

0 )

1 ( 7

2 4

1 0

13 4

9





























 He N

e n Be

9 4

La reacció nuclear següent és correcte? En cas negatiu proposeu una possible correcció de la mateixa.

Una possible equació corregida seria:











 He N

e n Be

10 4











 He N

e n Be

9 4









 He N

e Be

9 4

etc...

DESINTEGRACIÓ ESPONTÀNIA

Un nucli es desintegra de forma espontània quan aquest nucli es transforma en un de diferent i/o a la vegada apareixen partícules alfa, beta o gamma en aquest procés. Normalment els nuclis que pateixen aquest procés es transformen en nuclis menys pesats.

Des de que hi ha Bi-212 fins a obtenir Pb-208 estable, s'alliberen un electró i un nucli d'heli.

EXEMPLE



 









 

0 1

4 2 208

82 212

212 84 83

Pb Bi Po







212

83

Bi Po







212

84

Po Pb

Existeixen quatre sèries de desintegracions

espontànies anomenades:

1. Sèrie del tori 2. Sèrie del neptuni 3. Sèrie de l’urani 4. Sèrie de l’actini

Peíode de

semidesintegració

PERÍODE DE SEMIDESINTEGRACIÓ I VIDA MITJANA

La desintegració espontània d’un nucli radioactiu es un procés aleatori. Sempre s’estudia aquest procés en un conjunt o mostra de nuclis.

Activitat d’una mostra

L'activitat mesura el ritme o velocitat a la que es produeix la desintegració nuclear (disminució del nombre d’àtoms) i per això el ritme de desintegració ha de ser negatiu.

dt 0 dN 

A major nombre de nuclis N, major ritme de desintegració. L’activitat és proporcional al nombre de nuclis inicials.

N dt ·

dN   

 = constant radioactiva, característica de cada isòtop radioactivo. Indica la fracció de nuclis que es desintegren per segon

N = nombre de nuclis que queden sense desintegrar en un temps t

dt N

A  dN   (Bq) becquerel

1Curie = 3,7 · 10¹⁰ Bq

Integrant l’equació anterior s’obté la llei de desintegració nuclear. ^·t

0

· e N

N 

Vida mitjana

vida mitjana () = temps mitjà que triga un núcli al atzar a desintegrar-se = temps necessari per tal que es desintegrin N₀·(1-e^-) nuclis, és a dir el 63,21% de la mostra.  = ^-1.

Definim el període de semidesintegració (T_1/2) com el temps necessari per tal que la mostra inicial es redueixi en un 50 %.

Període de semidesintegració.

2 / 1 2

/ 1 T

· T

· 0

0 ·T ln2 ·T

2 ln 1 T

2 · ln 1 2 e

e 1

· 2 N

N _{1/2 1/2}









 



 



 







 



 



 





 ^{ }

2 ln 2 ·

T

ln  

 

t

· 0

· e A

A 

i també:

DESINTEGRACIÓ FORÇADA Procés en el qual nuclis

estables es converteixen en nuclis inestables que es desintegren de forma espontània, a partir d'un bombardeig inicial dels primers amb partícules subatòmiques adequades.

Les partícules usades com a projectils són

habitualment les partícules  i els

neutrons. ²³⁵₉₂

U 

n 

U



Sb



Nb  3 ·

n  

Per exemple:





  





 ^

n

e Si

Al P

1 0

0 1 30

14 30

4 15 2 27

13

No sempre el bombardeig de nuclis permet obtenir nuclis inestables.









 C

Be

9 4

DATACIÓ A TRAVÉS DEL SISTEMA DEL CARBONI 14 L'atmosfera està formada per N₂ (78,9%), O₂ (20%) i CO₂

(1,1%). A causa de la radiació còsmica el nitrogen atmosfèric ¹⁴N transmuta en ¹⁴C. El ¹⁴C és inestable i es

desintegra de forma espontània per obtenir novament ¹⁴N.





e N n C

N

1 0

1 1

0 1 14

7 14

1 6 0 14

7 



  



 ^

La proporció de ¹⁴C respecte el ¹²C en l'atmosfera s'ha mantingut constant durant milers i milers d'anys. Tots els éssers vius absorbeixen ¹⁴C i ¹²C durant la respiració i per tant dins dels seus cossos la proporció del ¹⁴C respecte el ¹²C és la mateixa que a l'atmosfera. Quan un ésser viu es mor s'atura el procés d'obtenció de ¹⁴C i en ser aquest isòtop inestable la proporció de ¹⁴C respecte el ¹²C comença a disminuir en l'organisme mort.

Coneixent la quantitat de ¹⁴C respecte el ¹²C en un organisme i el període de semidesintegració del ¹⁴C (T_1/2 = 5730 anys), podem datar l'antiguitat de restes orgàniques arqueològiques.

La proporció de ¹⁴C a l'atmosfera és de 1,33·10^-10 % respecte el total de carboni (n(¹²C) + n(¹⁴C)  n(¹²C)). Observant la proporció de ¹⁴C respecte el total en un organisme mort, podem establir la relació de ¹⁴C i datar l'edat de les restes.

EXEMPLE

Unes restes arqueològiques presenten una proporció actual ¹⁴C / ¹²C de 0,33·10^-10 %.

Calculeu l'edat de les restes.

2481 ,

% 0 10

· 33 , 1

% 10

· 33 , 0 C

C C C

p ₁₀

10

inicial 12

14

actual 12

14







 





 



 _^

Apliquem la llei de desintegració

nuclear:

N  

N

 

· e





Si dividim per la quantitat de C-12 i aïllem l’exponencial:

 

 

 

 

   

 

 

0

C C

t

· t

· C

0 C

C C

12 14

12 14

12 14

12 14

N N

N N

e e

N · N N

N  ^  ^ 

t

e

p 

Aïllem t :

·ln( p )

2 ln t T

) p

·ln(

) t p t ln(

t

· )

p ln(

e

p

      

 















I substituint dades:

anys 11522

10 t

· 33 , 1

10

· 33 ,

·ln 0 2

ln

anys ) 5730

p 2 ·ln(

ln t T

10 10 2

/

1

   



 

 







Reacció química: Procés en el què una o més substàncies (reactius) es transformen en altres substàncies diferentes (productes). Els àtoms es recombinen a nivell de l’escorça desfent-se i creant-se nous enllaços atòmics.

Reacció nuclear: Són els procesos a través dels quals es combinen o es fragmenten els nuclis dels àtoms amb l’alliberament o l’absorció d’energia i de partículas, i per tant formant-se nous elements.

DIFERÈNCIES

Reaccions químiques.

La massa dels reactius i dels productes no canvia.

Reaccions nuclears.

La massa dels reacctius i dels productes no és coincident.

SEMBL ANCES L’ENERGIA DELS REACTIUS I DELS PRODUCTES ÉS COINCIDENT

Les reaccions químiques i les reaccions nuclears

Les reaccions de fissió

“Reacció nuclear en la qual es formen nuclis atòmics lleugers a partir del trencament d'altres més pesats.

Exemples:

n

· 3 Ba

Kr U

U

n

1

0

    

n

· 3 Nb

Sb U

n

U

235

92

    

“Reacció nuclear on es formen nuclis atòmics pesats per associació de nuclis lleugers i on s’alliberen grans quantitats d'energia.”

Exemple:

n He

H

H

3

1

  

Les reaccions de fusió