Transcript Presentaci_n_Qu_mica_4mB

Marisol Romero
Licenciada en Ciencias, Biólogo Marino
Magíster en Gestión y Planificación Ambiental c
[email protected]
 Radiactividad
 Isótopos
 Isóbaros
 Isótonos
 Número
másico
 Número atómico
 Partículas alfa, beta y gamma
 Vida Media

La energía nuclear o energía
atómica es la energía que se libera
espontánea o artificialmente en las
reacciones nucleares. Sin embargo,
este
término
engloba
otro
significado, el aprovechamiento de
dicha energía para otros fines, tales
como la obtención de energía
eléctrica, térmica y mecánica a partir
de reacciones atómicas, ya sea bien
sea con fines pacíficos o bélicos.Así,
es común referirse a la energía
nuclear no solo como el resultado de
una reacción sino como un concepto
más amplio que incluye los
conocimientos y técnicas que
permiten la utilización de esta
energía por parte del ser humano.
Wilhem Röentgen: 1895 Rayos X,
Premio nobel de Física en 1901.



Experimento: Estudiaba las emisiones de luz en un
tubo de descarga eléctrica. En la oscuridad del
laboratorio observó que una muestra de una sal de
Bario, que casualmente estaba situada frente al tubo
brillante, brillaba con una extraña fluorescencia,
que desaparecía al desconectar de la corriente.
Comprobó que estos rayos, eran capaces de
atravesar cuerpos opacos como el papel, la
madera y láminas delgadas de aluminio; pero el
plomo los detenía.
Los rayos X se producen cuando en el interior de un
tubo de descarga, los electrones de alta energía
son frenados bruscamente por la colisión con un
blanco metálico.
A esa radiación electromagnética en longitud de
onda le llamó Rayos X. Sin darse cuenta inventó las
radiografías
 1. Son
radiaciones electromagnéticas.
 2. Se propagan en línea recta a la velocidad de la
luz.
 3. Es imposible desviar su trayectoria mediante
una lente o prisma, pero sí mediante una red
cristalina (difracción de rayos).
 4. Son radiaciones ionizantes (ionizan gases).
 5. Pueden destruir células vivas.
 6. Atraviesan la materia. El grado de penetración
depende de su energía y la naturaleza del medio
que atraviesan.
RADIACTIVIDAD
Henry Becquerel 1896 Radiactividad, Premio Nobel de Física en 1903.
Continúo con el estudio de los rayos X, e intentó excitar la
fluorescencia de una muestra de Pechblenda, mineral que contiene
uranio, mediante la radiación solar.
Experimento: Guardó placas fotográficas con sales de Uranio en un
cajón oscuro, descubrió que el mineral emitía radiación capaz de velar
una placa fotográfica, ya que los días siguientes no hubo sol y dejó en
un cajón la placa envuelta con papel negro y con la sal de Uranio
encima y las placas estaban veladas y lo llamó “rayos uránicos”. La
emisión de estas radiaciones es lo que hoy se conoce como
radiactividad.
Sin saberlo Becquerel había descubierto lo que
Marie Curie llamaría más tarde radiactividad.
•
•
•
•
Marie y Pierre Curie, descubrieron que la radioactividad era de
naturaleza atómica y no molecular.
Además a fines de 1897 comprobaron que los elementos Torio y Uranio
eran radioactivos. Su trabajo de análisis químico sobre la Pechblenda, (un
mineral de uranio), los condujo a encontrar dos nuevos elementos, el
Polonio y el Radio.
Finalmente en 1911 Marie Curie aísla el radio y obtiene su masa atómica,
el descubrimiento le significa un segundo premio Nobel.
El radio: La base para la terapia radiológica contra el cáncer.
•
Los Curie identificaron tres radiaciones de intensidad y naturaleza
diferente en sus estudios con el Radio. A estas emisiones les
denominaron, alfa (α), beta (ß) y gamma (γ), sin embargo a la fecha se
conocen otras dos formas anexas de emisión atómica
(desintegraciones); éstas son, la captura electrónica y la emisión de
positrones.
•
La discípula de Becquerel, propone el término radiactividad para estas
radiaciones espontáneas de partículas y energía.
•
En 1903, Becquerel y los Curie compartieron el premio Nobel de Física y
en 1911 Marie Curie obtuvo el de Química.
ERNEST. RUTHERFORD (1877-1957)


Físico británico. Fue uno de los primeros estudiantes becarios de
la Universidad de Cambridge (Inglaterra), de la que llegó a ser
director.
1902: Experimentando con elementos radiactivos demostró que
la radiactividad genera transformaciones espontáneas y de este
modo un elemento puede transformarse en otro. En
colaboración con F. Soddy.
Se dice que el joven Soddy, al comprobar que el Torio se convertía
en gas radón por emisión de partículas alfa, dijo a Rutherford
estas palabras: Señor, parece que se trata de una trasmutación, a
lo que su maestro contestó: Hijo, no pronuncies esa palabra. Nos
tomarán por alquimistas y pueden quemarnos por brujos.
1. Propiedades del Átomo
 El átomo ha sido la base del estudio para
muchos científicos desde tiempos remotos,
los que han generado diversas teorías en
torno a sus constituyentes y propiedades, de
las que sólo se mantiene la idea del átomo
como una partícula muy pequeña.
1.1 Núcleo Atómico

El átomo tiene un núcleo central en el cual
se encuentran protones y neutrones,
correspondientes a partículas positivas y
negativas, respectivamente. Alrededor del
núcleo hay una serie de anillos, llamados
orbitas por las que giran las partículas con
carga negativa denominadas electrones. El
número de protones corresponde al
número atómico (Z), mientras que el
número másico (A) es la suma de protones
y neutrones.
Se entiende por núclido o nucleido a todo
átomo de un elemento que tiene una
composición nuclear definida, es decir con un
número de protones y neutrones definidos.
Donde:
 E: Símbolo del elemento químico
 Z: Numero atómico,cuyo valor es único para un
elemento.
 A: Numero de masa, es variable para un mismo
elemento debido a la existencia de los isótopos.
 En todo núclido se cumple que: A > Z, con
excepción del protio que no posee neutrones
en su núcleo.
NÚMERO ATÓMICO (Z)
Es el número de protones que
posee un átomo y es lo que
identifica a un elemento.
En un átomo neutro, la cantidad
de protones es igual a la
cantidad de electrones.
Nº Protones 11
11Na
:
19K
: Nº Protones 19
Nº Electrones 11
Nº Electrones 19
17Cl
:
Nº Protones 17
Nº Electrones 17
El número másico es la suma de
protones y neutrones.
En él se expresa la composición nuclear
que determina la masa atómica.
C 14 : Protones + Neutrones = 14
n0 = A - p+
24
12
Mg
79
35
16
8
Br
O
48
22
Protones
Neutrones Electrones
2
Protones
12
Neutrones Electrones
12
10

Protones Neutrones
Electrones
35
36
2
Ti
44
Protones
8
Neutrones Electrones
8
10
Protones
Neutrones Electrones
22
26
22
10. En un átomo neutro con 22 electrones y 26
neutrones, su número atómico y número
másico son respectivamente.
A) 22 y 26
B) 26 y 48
C) 26 y 22
D) 48 y 22
E) 22 y 48
E

La radiactividad es un fenómeno físico por el cual algunos
cuerpos o elementos químicos, llamados radiactivos, emiten
radiaciones que tienen la propiedad de impresionar placas
fotográficas, ionizar gases, producir fluorescencia, atravesar
cuerpos opacos a la luz ordinaria, entre otros. Debido a esa
capacidad, se les suele denominar radiaciones ionizantes. Las
radiaciones emitidas pueden ser electromagnéticas, en forma de
rayos X o rayos gamma, o bien corpusculares, como pueden ser
núcleos de helio, electrones o positrones, protones u otras. En
resumen, es un fenómeno que ocurre en los núcleos de ciertos
elementos, inestables, que son capaces de transformarse, o
decaer, espontáneamente, en núcleos atómicos de otros
elementos más estables.




Isótopos: Son los átomos de un mismo elemento que, en su
núcleo, presentan igual número atómico, pero distinto número
másico.
“iso” que significa “igual” y de “topo” que significa “suelo, tierra”.
La mayoría de los elementos químicos tienen dos o más isótopos
naturales, aunque hay excepciones como el helio, que sólo tiene
un tipo de átomos.
Los isótopos pueden ser estables o inestables (radiactivos),
además existen isótopos que han surgido producto de la
investigación nuclear, son los denominados isótopos artificiales.
Ejemplo:
Z= A
15 16 17
O O O
8
8
8
A
Z
O

ISÓBAROS
Las especies químicas son distintas y los átomos
presentan igual número másico y distinto número
atómico.
Z A =
Ejemplo:
14
14
C
N
6
7
ISÓTONOS

Son átomos que presentan distinto número másico,
distinto número atómico, pero tienen igual número de
neutrones.
Ejemplo:
12
13
B
C
Identifique cuál (es) de las siguientes parejas son isóbaros,
isótopos o isótonos.
16
8
28
13
1
1
O O
Isótopos
Al
28
12
Mg
Isóbaros
H
3
1
H
Isótopos
14
7
107
47
15
8
N
Ag
12
5
B
107
46
Isótonos
Pd Isóbaros
12. Un átomo posee 19 protones, 20 neutrones y
19 electrones. ¿Cuál de los siguientes átomos
es su isótono?
A) 19A21
B) 19B20
C) 18C38
D) 39D58
E) 20E39
C
A ( Nº másico) = Z (Nº DE PROTONES) +NEUTRONES
ESTABILIDAD NUCLEAR



El fenómeno de la radiactividad es estrictamente nuclear, técnicamente es la
desintegración espontánea del núcleo. La estabilidad nuclear es el equilibrio entre las
fuerzas de repulsión eléctrica y la fuerza atractiva nuclear, que experimentan los
protones y neutrones del núcleo.
La relación entre el número de protones (Z) y neutrones (n) es por lo tanto clave para la
estabilidad del núcleo.
Los núclidos que se encuentran a la izquierda de la curva de estabilidad, con un exceso
de neutrones, se estabilizan mediante la emisión de partículas, convirtiendo un neutrón
en un protón.
• Los núcleos más estables se localizan en una
zona llamada cinturón de estabilidad.
•La
mayoría de los núcleos radiactivos se
encuentran fuera de este cinturón. Por arriba de
este, los núcleos tienen una proporción
neutrón/protón mayor que aquellos que se
encuentran dentro del cinturón ( que tienen el
mismo nº de prot).
•Para disminuir esta proporción ( y moverse al
cinturón de estabilidad) estos núcleos experimentan
la denominada emisión Beta, lo que lleva a un
aumento de protones y una disminución de
neutrones.


Aproximadamente 80 de los elementos de la tabla periódica son
estables, es decir, están formados a lo menos por un isótopo no
radiactivo, incapaz de sufrir una desintegración nuclear; algunos
ejemplos son el helio-4, carbono-12 y 13, oxígeno-16 y
aproximadamente 260 núcleos más.
Los núcleos radiactivos en cambio, pueden sufrir varias
desintegraciones en sucesivas etapas, hasta lograr un núcleo estable.
Así una serie de reacciones nucleares se llama serie radiactiva, la
cual comienza con el núcleo radiactivo y termina con el núcleo
estable. Es oportuno aclarar que el decaimiento del núcleo radiactivo,
además, de emitir radiaciones α y β, éstas van acompañadas
frecuentemente por radiaciones γ; como liberan energía, los procesos de
desintegración nuclear son exotérmicos.
Serie Radiactiva
Los materiales radiactivos naturales se pueden clasificar en tres
categorías: Los radioisótopos primarios, que se llaman así por existir
desde que se formó la Tierra, hace cinco mil millones de años, y son
aquellos que tienen una vida media muy larga, quizás como la edad de la
Tierra o más.
El torio y el uranio se encuentran en cantidades variables tanto en
el suelo como en las rocas. Cerca de los yacimientos de uranio y torio, la
radiactividad se encuentra en concentraciones muy superiores a la normal.
La mayoría de los radisótopos primarios proviene del uranio-238, el
torio-232 y, finalmente, el uranio-235.




Para referirse a la velocidad con que ocurren las
desintegraciones nucleares utilizamos el concepto de vida media.
Llamamos vida media de un elemento al tiempo que necesita la
mitad de los átomos de una determinada muestra en sufrir una
desintegración nuclear. La vida media del Ra-226 es de 1600 años.
El símbolo de vida media es λ.
Se ha comprobado que los isótopos de los elementos radiactivos
presentan distintos grados de inestabilidad en el tiempo debido a
que cada isótopo experimente una serie radiactiva particular.
El caso de la serie radiactiva del uranio-238 consiste en un total
de 14 etapas, es decir, 14 desintegraciones nucleares, hasta
alcanzar un núcleo estable.
 La
variedad de isótopos radiactivos tienen
vidas medias que pueden extenderse desde
fracciones segundo hasta los minutos, horas
o días, y a través a los miles de millones de
años. La radiactividad disminuye con el tiempo
como los isótopos.
Desintegra
ción
Isótopo
Vida media
Uranio-238
4.500 millones de
Alfa
años
Carbono-14
5.570 años
Beta
Cobalto-60
5,3 años
Gamma
Radón-222
4 días
Beta
Unnilquadio
-105
32 segundos
Gamma


El elemento radioactivo bismuto (210Bi) puede
experimentar disminución alpha para formar el
elemento talio (206Th) con una reacción de vida media
igual a 5 días.
Si iniciamos un experimento comenzando con 100g de
bismuto en un contenedor con la tapa cerrada, después
de 5 días tendremos 50g de bismuto y 50g de talio en la
jarra. Después de otros 5 días (10 desde el principio), la
½ del bismuto restante disminuirá y nos quedarán 25g
de bismuto y 75g de talio en la jarra
.
Masa atómica promedio: La mayoría de los elementos se presentan
en la naturaleza como una mezcla de isótopos.

Podemos calcular la masa atómica promedio de un elemento, si
sabemos la masa y también la abundancia relativa de cada isótopo.
Ejemplo:
El carbono natural es una mezcla de tres isótopos, 98,892% de 12C y
1,108% de 13C y una cantidad despreciable de 14C.



Por lo tanto, la masa atómica promedio del carbono será:
(% en fracción) x (A en fracción) + (% en fracción) x (A) = ? uma
(0,98892) x (12 uma) + (0,01108) x (13,00335 uma) = 12,011 uma
La masa atómica promedio de cada elemento se le conoce como
peso atómico. Estos son los valores que se dan en las tablas
periódicas.
40
1. Los elementos
18
Son ejemplos de

A) isótopos.

B) isóbaros.

C) isótonos.

D) isoelectrónicos.

E) isómeros.
Ar
40
20
Ca
2. Señale que tipo de protección utilizaría para detener la radiación gamma

A) lamina de aluminio.

B) hoja de papel.

C) la piel.

D) hormigón.

E) agua
3. De las siguientes emisiones

I) alfa.

II) beta.

III) gamma.

¿Cuál(es) provoca(n) transmutación?

A) Sólo I

B) Sólo II

C) Sólo III

D) I y II

E) I, II y III
4. ¿Qué información se necesita para calcular la masa atómica promedio de un elemento?
5. El núcleo de un átomo de carbono que posee 6 protones y 8 neutrones, sufre una reacción nuclear dando origen al nitrógeno,
de número atómico 7 y número másico 14 que es estable, en esta reacción se libera una partícula denominada
A. tritrio.
B. a
C. beta negativa.
D. positrones.
E. partículas alfa.
Los elementos (o sus isótopos) se
interconvierten los unos en los otros.
-Pueden implicarse protones, neutrones,
electrones y otras partículas elementales.
-Las reacciones van acompañadas por la
absorción o liberación de enormes cantidades
de energía.
-Las velocidades de reacción generalmente no
se ven afectadas por la temperatura, la presión o
los catalizadores.
Son radiaciones con energía necesaria para arrancar electrones de los átomos.
Cuando un átomo queda con un exceso de carga eléctrica, ya sea positiva o negativa,
se dice que se ha convertido en un ión (positivo o negativo).
Son radiaciones ionizantes los rayos X, las radiaciones alfa, beta y gamma.
Las radiaciones ionizantes pueden provocar reacciones y cambios químicos con el
material con el cual interaccionan. Pueden romper enlaces químicos de las moléculas o
generar cambios genéticos en células reproductoras
PROCESOS DE DESINTEGRACIÓN


Existen radiaciones de tipo natural y artificial. La primera se produce cuando un
núcleo radiactivo espontáneamente emite energía debido a que se encuentra
inestable (inestabilidad de masa o energía).
En cambio en las radiaciones de tipo artificial primero se desestabiliza el núcleo,
por impacto con partículas subatómicas o por colisiones con otros núcleos.
La forma de representar estos tipos de reacciones es la siguiente:
Po Pb He
4
30
1
Al2 He15 P0 n
196
84
27
13
192
82
4
2
Emisión Espontánea: Radiactividad natural
Emisión Artificial: Radiactividad artificial
Existen cinco tipos comunes de
desintegraciones radiactivas





Emisión de partículas alfa (α )
Emisión de partículas beta (β )
Emisión de rayos gamma (γ )
Emisión de positrones (β +)
Captura electrónica (CE)
4
2
EMISIÓN ALFA He : Corresponde a partículas con
carga positiva +2 y 4 unidades de masa atómica.
Equivalente al átomo de helio eyectadas del núcleo de
un átomo radiactivo.

Características: Bajo poder de penetración, y gran
capacidad ionizante, esto debido a que las partículas
tienen masa y volumen relativamente altos, por lo que
viajan a velocidades menores que las radiaciones,
ocurre en general en átomos de elementos muy
pesados
238
234
4
92
90
2
U  Th He


Al emitir una partícula alfa, el átomo cambia la composición de su núcleo, y se
transforma. Esto se conoce como transmutación de los elementos.
Así por ejemplo, cuando el uranio 238 cuyo número atómico (Z = número de
protones en el núcleo) es de 92, emite una partícula alfa, queda transmutado en un
átomo de torio 234, cuyo número atómico es de 90.
0
EMISIÓN BETA 1 e :
 Son partículas con carga negativa o positiva que viajan
a gran velocidad.
 Se desvían frente a un campo electromagnético y son
mucho más penetrantes que las radiaciones alfa.
 Las emisiones beta provienen del núcleo producto de la
desintegración de un neutrón*.
 El átomo que queda de la desintegración aumenta en 1
su número atómico, pero mantiene su número de masa

Un ejemplo de desintegración beta es la del Torio-234
T  Pa e
234
90
234
91
0
1
Cuando un núcleo libera una partícula , su
número atómico aumenta, mientras que su
número másico no se ve afectado
 Balancear
las siguientes ecuaciones
nucleares e identificar su producto
212
84
Po Th  X
137
55
208
82
Cs Ba  X
137
56
212
84
Po Th 
137
55
208
82
4
2
Cs Ba 
137
56
1
0
0
1
n p 
1
1
0
1
EMISIÓN GAMMA (γ ):
 Los rayos gamma se producen en la desexcitación de un nucleón.
 Corresponde a radiación electromagnética de alta energía ( similares a la
luz)
 No poseen ni carga ni masa.
 La emisión gamma tiene lugar cuando un radioelemento existe en dos
formas diferentes, los llamados isómeros nucleares, con el mismo
número atómico y número másico pero distintas energías.
 No hay cambios en el número de protones y neutrones en el núcleo por lo
tanto, no hay transmutación (cambio en la identidad de un átomo).
 La emisión de rayos gamma acompaña a la transición del isómero de
mayor energía a la forma de menor energía.
 Son usados para esterilizar equipos médicos y alimentos.
 Son detenidas solamente por capas grandes de hormigón, plomo o agua.
 No hay átomos radiactivos emisores puros, algunos : Tecnecio 99, utilizado
en Medicina Nuclear, y el Cesio 137, que se usa sobre todo para la
calibración de los instrumentos de medición de radiactividad.
Un ejemplo de esta isomería es el isótopo protactinio 234, que existe en dos
estados de energía diferentes, y en el que la emisión de rayos gamma
indica la transición de uno al otro.
234
91
Pa Pa  
234
91
EMISION DE POSITRONES 0
1
e
La emisión de positrones se produce cuando un protón del
núcleo se transforma en un neutrón emitiendo una
partícula denominada positrón (β + ). Se producen en
numerosos procesos radioquímicos como parte de
transformaciones nucleares.
8
0
0
5
B4 Be1e
Cuando un positrón choca con un electrón, ambos desaparecen y se emiten
dos fotones de radiación gamma en un proceso llamado de aniquilación.
0
1
e e 2 
0
1
0
0
Los positrones se consideran antimateria debido a que al encontrarse con
su contraparte (electrones) se destruyen.
CAPTURA ELECTRÓNICA (CE)
 Se produce captura electrónica cuando
un electrón proveniente de las capas
más internas del átomo cae dentro del
núcleo con lo cual un protón se
transforma en neutrón.
 Esto provoca una disminución en el
número atómico, pero se mantiene
constante el número de masa.
7
4
Be e Li
0
1
7
3
ALFA
BETA
GAMA
Son flujos de
partículas
cargadas
positivamente
compuestas por
dos neutrones y
dos protones.
Resultan de la
desintegración de
los neutrones del
núcleo.
Al no tener carga,
los campos
eléctricos y
magnéticos no la
afectan.
NATURAL
ARTIFICIAL
Radiactividad Natural
Anteriormente
revisamos
las
reacciones
nucleares en las cuales un núcleo se desintegra
espontáneamente
liberando
emisiones
radiactivas y transformándose en un núcleo
diferente, es decir, el proceso que llamamos
radiactividad natural. Los núcleos que están
fuera del cinturón de estabilidad y los que tienen
más de 83 protones tienenden a ser inestables
La radiactividad natural emite tres radiaciones
que se conocen como radiaciones alfa, beta y
gamma.
 Hay
formas artificiales de cambiar la identidad
de un núcleo, por ejemplo, bombardear un
núcleo (42 He) a gran velocidad con partículas
subatómicas radiactividad inducida.
 La
radiactividad inducida tiene entonces 4
elementos: Núcleo objetivo , partícula que
bombardea, núcleo producto y partícula
expulsada.
 Fue
descubierta por los esposos Jean Frédéric
Joliot-Curie e Irène Joliot-Curie, bombardeando
núcleos de Boro y Aluminio con partículas alfa.
 En
el interior de un núcleo actúan 2 fuerzas: la
repulsión eléctrica, que tiende a separare los
protones, y la fuerza nuclear, responsable de
mantener los neutrones y protones unidos.
 Para
romper un núcleo es necesario vencer la
fuerza nuclear, mientras que para agregarle
más protones o neutrones se requiere superar
la fuerza eléctrica. Ambos procesos son
reacciones nucleares que liberan gran
cantidad de energía. Básicamente, hay 2 tipos
de reacciones nucleares: fisión nuclear y
fusión nuclear
 Ocurre
como
consecuencia del
proceso de fisión.
 La transmutación
ocurre de elementos
de peso atómico
inferior hasta que su
núcleo se vuelve
estable.
 Ocurre
como
consecuencia del
proceso de fusión.
 La transmutación
ocurre en elementos
de mayor peso
atómico hasta
volverse estable.
 Transmutación
por radiaciones alfa
 Transmutación
por radiaciones beta
 Transmutación
por radiaciones gamma


La partícula alfa, contiene 2 protones y 2 neutrones,
siendo similar al núcleo del He. Cuando un átomo
emite ésta partícula, su masa atómica disminuye 4
unidades.
Así, la transmutación será en un elemento 2 unidades
más pequeño.
 Corresponde
a la transmutación de un neutrón,
al cual le sigue la emisión de un electrón del
núcleo del átomo. La masa del átomo no
cambia, pero su número atómico si.



Emisión de energía electromagnética de un núcleo de
un átomo.
No se emite ninguna partícula, por lo que NO HAY
TRANSMUTACIÓN.
La radiación gamma es liberada simultáneamente con
alfa y beta.
Fisión Nuclear:
PROCESO EN EL QUE LOS NUCLEOS CON ALTO NUMERO
MASICO SE DIVIDEN PARA DAR ORIGEN A DOS O MAS NUCLEOS
CON NUMEROS MASICOS MENORES, MAS ESTABLES, CON
MAYOR ENERGÍA DE ENLACE Y EN EL PROCESO SE PRODUCE
ENERGIA.
En la fisión nuclear el núcleo fisionable es impactado por un neutrón,
partiéndose en dos núcleos más pequeños, los cuales son
desprendidos a altas velocidades.

Si este proceso continua, ocurre una reacción en cadena, la cual de
no ser controlada, puede ocasionar una gigantesca explosión. Sin
embargo, la reacción en cadena solo es posible cuando se tiene una
cantidad mínima de núcleos fisionables, llamada masa crítica, es
decir, una determinada y suficiente cantidad de átomos fisionables
capaces de sostener la reacción en cadena.
Los procesos de fisión nuclear se llevan a cabo en los reactores
nucleares, grandes construcciones diseñadas para transformar la
energía nuclear en otras formas energéticas, como la energía
eléctrica.
FF: FRAGMENTOS
N: NEUTRONES QUE SE
ORIGINAN EN LA FISION
Los procesos de fisión nuclear se llevan a cabo en los reactores
nucleares, grandes construcciones diseñadas para transformar la
energía nuclear en otras formas energéticas, como la energía
eléctrica.
Reactor Nuclear (Lo Aguirre ) Experimental RECH-2

DESAFORTUNADAMENTE PARA
LA HISTORIA , UNA DE LAS
PRIMERAS APLICACIONES QUE
SE LE DIO A LA FISION
NUCLEAR FUE PARA FINES
BELICOS.
6 AGOSTO 1945:Estados Unidos
hizo explotar la 1° bomba
atómica sobre Japón en
Hiroshima.
9 AGOSTO 1945: 2° bomba
atómica lanzada en Nagasaki.
FISIÓN NUCLEAR
•UN NUCLEO PESADO ES DIVIDIDO GENERALMENTE EN
2 NUCLEOSMAS LIGEROS DEBIDO A LA COLISION DE
UN NEUTRON ,COMO EL NEUTRON NO TIENE CARGA
ELECTRICA ATRAVIESA EL NUCLEO, AL DIVIDIRSE ESTE,
LIBERA MAS NEUTRONES QUE COLISIONAN CON
OTROS ATOMOS CREANDO LA REACCION EN
CADENA
•PELIGRO DE RADIOACTIVIDAD ( RIESGOS DE
SALUD),FUENTE DE CONTAMINACION
•REQUIERE DE UNA MATERIA PRIMA DE COSTOSA
EXTRACCION (URANIO)
FUSIÓN NUCLEAR
•
•
•
UNION DE DOS O MAS NUCLEOS LIGEROS EN
UNO MAS PESADO, OBTENIENDOSE DEL ORDEN
DE 4 VECES MAS ENERGIA QUE EN LA FISION.
NO HAY PELIGRO (NO CONTAMINA TANTO)
NO (ISOTOPOS DE
HIDROGENO:DEUTERIO,TRITIO)
AL IGUAL QUE EN LA FUSION NUCLEAR, LA FISION EMITE
UNA GRAN CANTIDAD DE ENERGIA, QUE PUEDE SER
APROVECHADA PARA CALENTAR AGUA U OTRO FLUIDO Y
UTILIZADA PARA GENERAR ENERGIA ELECTRICA.
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Estas reacciones corresponden a la fusión nuclear y son el origen de la
energía que produce el sol. La fusión parece ser una fuente de energía
bastante prometedora a causa de la disponibilidad de isótopos ligeros y
porque el proceso no elimina desechos radiactivos, es decir, no
constituye una amenaza para el ambiente. Actualmente, para generar
energía no se ha empleado este método porque no se han conseguido las
temperaturas requeridas para obtener una fusión controlada, y por
tanto, una liberación de energía también controlada.
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Cuando núcleos muy ligeros se fusionan para formar
núcleos más estables, se generan cantidades inmensas
de energía
La fusión se suele conseguir por la unión del tritio y el
deuterio para formar una partícula X (alfa) logrando
el calor necesario.
En la fusión se hacen chocar los átomos de
hidrógeno, que se unen para dar átomos de otro
elemento mas pesado, el helio, que es lo que sucede
con el sol y las demás estrellas, las cuales proceden de
la fusión y en las que parte de la masa se transforma en
energía.
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Vencer la repulsión electrostática entre dos núcleos
igualmente cargados; ya que ésta hace que los núcleos
se repelen.
Confinar los átomos en un campo magnético y
mantenerlos a una temperatura más alta que la del
centro del sol (varios millones de grados) y su
velocidad sufre un incremento espectacular con la
temperatura. Estas reacciones se llaman por lo tanto,
reacciones termonucleares.
“Termonuclear” quiere decir, que los núcleos tienen un
rango de energía característico para cada temperatura,
lo que es importante al facilitar las reacciones de fusión
rápidas mediante un incremento de la temperatura.
 Proporciona
mas energía que la fisión nuclear.
 Fuente
inagotable, ya que se basa en el agua, un
recurso abundante, barato y limpio
 No
requiere de una materia prima de difícil y
costosa extracción.
 La
fusión no contamina, o al menos, no tanto como
la fisión, no existiendo peligro de radioactividad.
 Requiere
de una energía de activación muy
elevada en comparación con la fisión nuclear
inducida por neutrones (100-300 millones de
grados)
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Para generar electricidad mediante reacciones
de fusión nuclear es necesario fabricar
equipos especiales que puedan mantener
temperaturas muy elevadas durante un tiempo
grande para que se produzca la fusión nuclear
y producir la energía.
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Dispositivo utilizado para
conseguir la fusión de los
núcleos de un gas. Para que la
fusión se produzca, el gas ha de
alcanzar temperaturas de
millones de grados que ningún
recipiente podría resistir; por
eso se utilizan campos
magnéticos; este campo
comprime el plasma y lo obliga
a mantenerse en el centro del
toro. La temperatura y la
presión elevada obligan a los
átomos a fusionarse
liberando una extraordinaria
cantidad de energía.
 Las
bombas de fusión nuclear se llaman
bombas de hidrógeno o bomba H.
Bomba H:
 Se basa en la fusión nuclear.
 Su combustible es el hidrógeno y el helio.
 Para que haga explosión es necesario
someterla a temperatura de varios millones de
grados.
 Se denoto por primera vez en 1952, siendo mas
potente que la bomba de fisión o bomba
atómica.
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¿Cómo nos afecta la radiación?
Como sabemos, recibimos un bombardeo constante de radiación de fuentes naturales y
artificiales, la llamada radiación de fondo .
Las distintas energías de estas clases de radiación son importantes para entender sus efectos
sobre la materia. Esto significa que las emisiones radiactivas tienen la potencia suficiente para
golpear y liberar electrones de los átomos y generar iones cuando chocan con materia neutra,
por ejemplo, la materia que compone tu cuerpo. En otros términos, la radiación provoca
excitación o ionización de la materia.
Se produce excitación cuando la radiación absorbida excita los electrones constituyentes de
los átomos o moléculas que conforman la materia y los mueven a estados de mayor energía.
Ocurre ionización cuando la radiación arranca un electrón de una molécula o átomo,
formándose un ion. A esta radiación se le llama ionizante. Debido a que tiene una mayor
frecuencia y menor longitud de onda, la radiación ionizante es dañina para la salud de los
seres vivos. La radiación gama, los rayos X y la luz UV de alta energía son ionizantes.
Casi todos los tejidos vivos contienen al menos 70% de agua en masa. Cuando la radiación
ionizante pasa a través de un tejido vivo, se eliminan electrones de las moléculas de
agua, con lo que se forman iones H2O+. A su vez, estos pueden reaccionar con otras moléculas
de agua para producir iones hidronio H3O+ y un radical libre OH-.
El radical libre OH es una molécula inestable y muy reactiva y tiene la capacidad de
atacar una multitud de biomoléculas circundantes para producir nuevos radicales
libres, que a su vez, atacan más biomoléculas al interior de las células, perturbando sus
funciones vitales.
Este tipo de radiaciones pueden provocar daños en macromoléculas como el ADN, los daños
pueden ser agudos y casi inmediatos, como quemaduras de la piel, hemorragias, diarreas,
infecciones o muerte; pero también existen efectos tardíos como los cánceres y los efectos en
las generaciones siguientes del individuo irradiado.
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Los científicos han fijado normas de exposición a la radiación que
establecen relaciones entre dosis y la duración de la exposición a la
radiación y los efectos biológicos.
Para medir la energía de una cantidad dada de radiación se utilizan
varias unidades. La unidad SI de dosis absorbida es el gray (Gy) que
corresponde a la absorción de 1J (joule) de energía por kilogramo de
tejido.
El rad es la unidad de uso más frecuente en medicina, donde 1 Gy = 100
rad. Los efectos de la radiación varían según el tipo de radiación. Para
expresar el daño biológico en términos de la cantidad real de radiación
absorbida, se utilizan el rem y el sievert (Sv), donde 1 Sv = 100 rem.
La radiación ionizante de fondo proveniente de fuentes naturales
representa una dosis de unos 0,003 Sv por año para cada persona. Es
recomendable que la exposición total a fuentes artificiales de radiación
se limite a 0,005 Sv por año.
Sin lugar a dudas, una de las aplicaciones científicas
más nefastas en la historia de la humanidad ha sido
el uso de la fisión nuclear con fines militares y
concretamente como armas de exterminio masivo.
Recordemos que un kilotón (Kt) equivale a mil
toneladas de TNT y que un megatón, es un millón de
toneladas de TNT. La bomba, llamada bomba A lanzada
en Hiroshima y Nagasaki, tenía un poder destructivo
equivalente a 12 Kt.
En la actualidad se identifican 3 clases principales de armas
nucleares.
- Bombas A: Se basan en la fisión nuclear y usan como combustible el
uranio, plutonio y polonio y mezcla de ellos. Hoy, bombas A están
instaladas en unos cohetes llamados misiles.
- Bombas H: Se basan en la fusión nuclear y el combustible es el
hidrógeno y el helio. Para hacerla explosionar es necesario someterla a
temperaturas de varios millones grados Celsius. Esto se consigue
haciendo explotar previamente una bomba A, que genera altas
temperaturas haciendo posible la fusión del H y He junto con la
liberación de energía.
- Bombas de neutrones: Es un caso modificado de la bomba H. Su
funcionamiento se basa en reducir la onda expansiva, pero con una gran
cantidad de partículas emitidas con niveles energéticos muy altos, y por
tanto, con gran capacidad de penetración, provocando daños irreparables
en las personas, sin destruir el entorno.
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Fallecimiento de manera instantánea
Después de la explosión nuclear especies como las
cucarachas, moscas y ratas serian los grandes
sobrevivientes a corto plazo.
Antecedentes históricos
Estados unidos arrojó la primera bomba atómica el 6
de agosto de 1945 en la ciudad japonesa Hiroshima.
La explosión arraso con 10 km. cuadrados de la ciudad.
Acabo con la vida de 100.000 personas.
El 9 de agosto de 1945 tres días después de la
destrucción de Hiroshima un avión de las fuerzas
aéreas estadounidenses lanzo una bomba atómica.
La ciudad quedo destruida y mas de 66.000 personas
muriero
Fotos de las consecuencias de la
“BOMBA ATOMICA”
Algunos usos
Reactores nucleares, energía de fisión
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Una de las aplicaciones pacíficas de la fisión nuclear es
la generación de electricidad utilizando el calor
producido por una reacción en cadena, controlada en
un reactor nuclear.
El reactor nuclear es un sistema construido para
controlar la energía que se produce en la reacción
en cadena y que impide el aumento indefinido de las
fisiones. Consiste básicamente, en una vasija en cuyo
interior se deposita el combustible nuclear, que puede
ser U- 235 o plutonio- 239.
1. Núcleo
5. Vasija
9. Condensador
2. Barras de control
6. Turbina
10. Agua de refrigeración
3. Generador de vapor
7. Alternador
11. Contención de
hormigón
4. Presionador
8. Bomba
Los componentes principales de un reactor
son
1.
Un material moderador, usualmente agua, que sirve para
desacelerar los neutrones producidos en el proceso de fisión.
2.
Barras de control, elaboradas con cadmio o boro, que absorben
los neutrones. Sin estas barras de control el calor generado
derretiría el corazón del reactor, liberando materiales
radiactivos al ambiente.
3.
Un sistema de enfriamiento que absorbe el calor producido por
la fisión nuclear y lo transfiere fuera del corazón del reactor,
transportándolo hacia un sistema donde se produce suficiente
vapor de agua para hacer funcionar un generador eléctrico.
4.
Un sistema de blindaje que evita la fuga de radiaciones al
exterior del reactor.
 Medicina
nuclear, especialidad médica
que utiliza sustancias radiactivas o
radiofármacos, combinadas con técnicas
de imagen que permiten diagnosticar y
tratar lesiones, como las deportivas, o
enfermedades, como las cardiacas, el
cáncer o la enfermedad de Alzheimer.
 Cuando se usan las técnicas nucleares
para establecer un diagnóstico, se
pueden visualizar funciones corporales
en el momento en que éstas se
producen.
Usos médicos de la radiación
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El uso de la radiación en medicina puede ser con propósitos de
diagnóstico (rayos X o exámenes de medicina nuclear) y para el, que
hacen uso de radioisótopos como el cobalto – 60. tratamiento de
enfermedades como el cáncer
Estas prácticas no constituyen un problema ambiental pero sí lo que
queda después de su uso (en hospitales y clínicas).
El empleo de radiofármacos que tiene una vida media discreta permite
estudiar los órganos y tejidos sin alterarlos. La técnica consiste en dar
el radiofármaco al paciente en dosis pequeñas, ya sea por inyección
intravenosa, ingestión oral o inhalación, y, a través de un dispositivo de
detección, seguir el recorrido del radiofármaco hasta que se
concentre en un tejido u órgano.
 Al
nivel más básico, la técnica nuclear
permite examinar las reacciones químicas
que tienen lugar en el cuerpo humano.
 Para producir una imagen, al paciente se le
administra una sustancia radiactiva que es
atraída químicamente hasta el lugar del
problema.
 Una vez que la sustancia ha llegado a su
punto de destino, produce una emisión que
se transforma en una imagen visible
mediante el uso de un detector o un escáner.
 La
imagen resultante proporciona un cuadro
de la estructura y función del lugar
elegido.
 Ese
proceso no resulta peligroso para el
paciente, pues la sustancia contiene sólo
cantidades ínfimas de radiactividad, que se
desintegran rápidamente en el cuerpo.
 Las
pruebas diagnósticas suelen realizarse
dentro del cuerpo del paciente o in vivo. En
algunos casos, se utilizan técnicas de la
medicina nuclear para analizar muestras
de sangre u orina en el laboratorio o in
vitro.
 Como
tratamiento, se administra una
elevada dosis de una sustancia radiactiva
para matar células enfermas. En muchos
pacientes con cáncer, la terapia de radiación
se utiliza para matar el tejido maligno.
 Los
investigadores están trabajando en
nuevas
aplicaciones, incluyendo
la
utilización de radiofármacos para despejar
arterias dañadas después de una
operación de cirugía en el corazón, y para
extirpar sin dolor tejido inflamado de las
articulaciones artríticas.
 En
el área del diagnóstico, la ventaja de la
medicina nuclear es que no es invasiva, y
permite detectar anomalías difíciles o
imposibles de percibir con otras técnicas.
 Favorece
por tanto el diagnóstico precoz, y
en consecuencia, la mayor rapidez en el
tratamiento de la enfermedad.
 En
el área terapéutica, el gran aporte de la
medicina nuclear es el tratamiento
selectivo y directo de tumores, mediante
sustancias que van directamente al órgano
enfermo.
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Los radioisótopos al servicio de la humanidad: En el
transcurso de los procesos efectuados en los reactores
nucleares se obtienen isótopos radiactivos que se
emplean en innumerables ámbitos.
- Mejorar los cultivos de plantas alimenticias
- Preservar los alimentos y madera
- Esterilizar instrumental médico
- Estudios de contaminación ambiental
- El control de procesos industriales
- El estudio de recursos hídricos
- Combatir plagas
- Diagnóstico médico
- Producir radio fármacos
- Terapia médica, etc.
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En la industria: Control de producción, generación de corriente
eléctrica, conservación de alimentos, esterilización de
instrumentos quirúrgicos.
En química: Uso de trazadores para determinar vestigios (éste
último muy utilizado en ciencia espacial, geología, ecología, etc).
En la agricultura: en trazadores para estudiar como absorben los
vegetales a los fertilizantes, insecticidas y otros productos
En Arqueología: La importancia que tiene para un país como
Chile, en cuyo norte se conserva el pasado con características
únicas en el mundo en relación al grado de conservación, así como
también la reconstrucción del patrimonio histórico.
Los fenómenos radiactivos se utilizan en muchas ramas de la
ciencia siendo la química, la física y la medicina, las con mayor
potencial de aplicación. Los isótopos radioactivos se utilizan en la
medicina nuclear, principalmente en las imágenes médicas, para
estudiar el modo de acción de los medicamentos, entender el
funcionamiento del cerebro, detectar una anomalía cardiaca,
descubrir las metástasis cancerosas, entre otras.