Química nuclear

Radiactividad
1. Descubierta por Becquerel a través del estudio del uranio
  1. Observa la fosforescencia
    1. Propiedad que permite a ciertos materiales absorber energía y emitirla luego en forma de radiación
  2. Los rayos provenientes del mineral difieren de los rayos x, en que las radiaciones del uranio se emitían de manera espontánea
  3. Matrimonio Curie descubren que el fenómeno era exclusivo del núcleo del átomo
    1. Descubren dos elementos radiactivos, polonio y radio
2. Proceso exergónico donde los núcleos hijos son más estables que el núcleo padre
3. Tipos de emisiones
  1. Radiactividad natural
  2. Radiactividad artificial
    1. Ocurre por bombardeo de neutrones de un núcleo estable no radiactivo
Isótopos
1. Mismos elementos que se diferencian de la cantidad de neutrones
2. Mismo número atómico (Z)
3. Distinto número másico (A)
4. El isótopo más pesado es el más radioactivo (más inestable)
5. La masa atómica promedio es el promedio de abundancia isotópica
6. Los isótopos de un elemento tienen siempre el mismo comportamiento químico, como el mismo tipo de enlace con otros átomos y formación de los mismos compuestos químicos
Isóbaros
1. Distintos elementos de igual masa atómica
2. No presentan el mismo comportamiento químico
Isótonos
1. Distintos elementos con el mismo número de neutrones
Átomos isoelectrónicos
1. Elementos diferentes con el mismo número de electrones, por lo tanto igual configuración electrónica
Descubrimiento de los rayos x
1. Descubiertos por Roentgen
2. Los rayos catódicos no podían atravesar el tubo de vidrio, pero observó que una radiación invisible atravesaba las paredes e impactaba una pantalla cubierta con una sal fluorescente que destellaba cada vez que conectaba el tubo de descarga. La radiación invisible la denominó rayos x
3. Von Laue determinó la naturaleza electromagnética de los ayos x
4. Propiedades de los rayos x
  1. Son radiaciones electromagnéticas
  2. Se propagan en línea recta a la velocidad de la luz
  3. Imposible de desviar su trayectoria por un lente o prisma, pero si por una red cristalina
  4. Son radiaciones ionizantes
  5. Pueden destruir células vivas
  6. El grado de penetración depende de su energía y la naturaleza del medio que atraviesa
Radioactividad
1. Fenómeno que ocurre cuando un núcleo es inestable y emite partículas y/o radiaciones electromagnéticas de manera espontánea
Transmutación nuclear
1. Ocurre cuando se bombardea al núcleo con neutrones, protones y otro núcleo
  1. Átomo se transforma en otro por el cambio del número de protones, de forma natural o artificial
Conceptos
1. Núclido o nucleoide
  1. Caracterización de un núcleo con un número definido de protones y neutrones
  2. Un radionúclidos es la forma inestable de un núclido que emite radiaciones a medida que se descompone y se vuelve más estable
2. Decaimiento radiactivo
  1. Sucesión de reacciones para que un núcleo inestable modifique su número atómico y se estabilice
  2. Franja de estabilidad
    1. Se ubican los elementos que son estables
    2. Izquierda de la franja
      1. Núclidos con exceso de neutrones
      2. Se debe disminuir los neutrones y aumentar a los protones
      3. Emite radiaciones beta
    3. Derecha de la franja
      1. Núclidos con exceso de protones
      2. Se debe disminuir los protones y aumentar a los neutrones
      3. Emite un positrón o realiza una captura electrónica
3. Nucleones
  1. Partículas que conforman el núcleo
4. Núcleo inestable
  1. Núcleo que experimenta un proceso de desintegración nuclear
Emisiones radioactivas
1. Emisión alfa
  1. Carga eléctrica +2
  2. Masa atómica de 4, 2 protones y 2 neutrones
    1. Idéntico al núcleo de Helio
  3. Poco poder de penetración
  4. Gran capacidad ionizante
2. Captura electrónica
  1. Electrón proveniente de las capas más internas del átomo cae dentro del núcleo
  2. Protón se transforma en neutrón
3. Emisión gamma
  1. Radiación electromagnética de alta energía, sin masa ni carga eléctrica
  2. Se forman isómeros nucleares
    1. Radioelemento existe en dos formas distintas, amabas con el mismo número atómico y masa atómica, pero con diferente energía
  3. Mayor poder de penetración en comparación con emisiones alfa y beta
  4. Tienen el menor poder ionizante
4. Emisión de positrones
  1. Protón del núcleo se transforma en neutrón
  2. Aniquilación
    1. Positrón choca con un electrón, ambos se aniquilan y se emiten dos fotones de radiación gamma
5. Emisión beta
  1. Carga eléctrica -1
  2. Partículas beta idénticas a los electrones y son más pequeñas que las alfas
    1. Viajan a una velocidad cercana a la de la luz
  3. Mucho más penetrantes que las radiaciones alfa
  4. Provienen del núcleo producto de la desintegración de un neutrón
  5. Núcleo hijo isóbaro al átomo que lo generó
Estabilidad de radionúclidos
1. Núcleos con un número atómico mayor a 84 es inestable, y desintegra de manera espontánea, emitiendo partículas alfa
2. Núcleos con número par de protones y neutrones son más estables que los asociados a impares
3. La estabilidad puede relacionarse con la cantidad de protones y neutrones
4. Entre menor cantidad de isótopos, más estabilidad
5. Interacciones de corto alcance
  1. Permite mantener unidos a los nucleones
Series radiactivas
1. Proceso completo que inicia con el núcleo radiactivo que pasará por sucesivas emisiones y transmutaciones, terminando un núcleo más estable
  1. Serie más estudiada es el de uranio-238 que termina en plomo-206 (átomo totalmente estable)
Período de semidesintegración o tiempo de vida media
1. Tiempo que demora una muestra radiactiva en tener la mitad de su radiación inicial
2. Masa remanente
  1. Masa que queda
3. Si la vida media es larga, su velocidad es lenta o baja
4. Si la vida media es pequeña, la velocidad es grande o rápida
5. Mide la velocidad de las emisiones
Fenómenos radiactivos
1. Fisión
  1. Núcleo pesado se divide en varios núcleos más pequeños al incidir en él un neutrón
  2. Libera grandes cantidades de energía
  3. Se fisionan el uranio-235, uranio-233 y plutonio-239
  4. Se liberan más neutrones de los que son capturados, estos pueden inducir a nuevas reacciones de fisión
  5. Masa crítica
    1. Cantidad mínima de masa necesaria para que los neutrones sean capturados, así se forma una reacción en cadena
  6. Bomba atómica
    1. Primera aplicación de la fisión
2. Fusión
  1. Dos o más núcleos livianos se unen formando un solo núcleo hijo de mayor masa
  2. Se libera una enorme cantidad de energía
  3. Productos no radiactivos
  4. Para fusionar dos núcleos se necesita vencer sus fuerzas de repulsión
  5. Se necesita cerca de 15 millones de grados Celsius (temperatura del núcleo del sol)
Reactor nuclear
1. Instalación donde se produce, mantiene y controla una reacción nuclear en cadena
2. Funcionan realizando fisión y utilizando el calor liberado de esta reacción para hervir agua
3. Las centrales nucleares se encuentran instaladas cerca de una fuente abundante de agua
4. La energía calorífica del vapor de agua se convierte en energía mecánica en una turbina, luego la energía mecánica se convierte en energía eléctrica mediante un generador
5. Para reutilizar el vapor de agua hay que refrigerarla antes de volverla a introducir en el circuito, para esto entra en un tanque de condensación donde se enfría y se vuelve líquido, y mediante de una bomba vuelve nuevamente al reactor nuclear
6. Presenta varillas de carbono o boro que es el sistema de control de la reacción, atrapando neutrones
7. Genera contaminación, eliminan a la atmósfera grandes cantidades de materiales radiactivos provenientes de los desechos nucleares
Aplicaciones de la radiactividad
1. Agricultura
  1. Mutaciones en las plantas
  2. Optimizar el uso de fertilizantes
  3. Luchar contra las plagas (insecticidas)
2. Industria
3. Medicina
  1. Campo de diagnóstico
  2. Obtención de imágenes
  3. Estudiar el modo de acción de los medicamentos
  4. Detectar una anomalía
  5. Tratamientos de cáncer
  6. Radiología y radioterapia
4. Arqueología
  1. Utiliza el carbono-14 que se forma en la atmósfera superior por reacción entre átomos de nitrógeno y neutrones
  2. El carbono-14 se combina con oxígeno para formar dióxido de carbono, que es incorporado por las plantas durante la fotosíntesis, y así entra en las cadenas alimenticias
  3. Al morir el organismo, la cantidad de carbono-14 disminuye, ya que emite radiaciones del tipo beta negativo
  4. La vida media del carbono-14 es de 5730 años
  5. En geología, se utiliza el carbono-14, uranio-238 y potasio-40 para datar edades de rocas

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