Observatorio Heliosférico Solar (SOHO) capturó esta
imagen en negativo el 4 de noviembre de 2003 de la súper
llamarada X28 cerca de un lado del sol.
http://www.zippyvideos.com/6057513513649906/atomic_bomb_explosion/
Introducción
No estamos tan aislados de las radiaciones como creemos. Cada
instante, intercambiamos decenas de miles de partículas
con nuestro entorno. Sólo del espacio, recibimos unos 100
mil neutrones cada hora.
H 1 1 Nº atómico Z= protones protones + neutrones
Nº másico = A (Gp:) p+ 1.-ESTABILIDAD E INESTABILIDAD
NUCLEAR Nucleo neutrones + protones = positivo Corteza electrones
= negativo (Gp:) n = Nº atómico Z = protones Nº
másico A = protones + neutrones X Z A 1.1.- El
Nucleo
(Gp:) p+ (Gp:) n Protones y neutrones = nucleones Protones y
neutrones juntos empaquetados en el núcleo poco espacio
libre Volumen del núcleo es proporcional a la masa Radio
10.000 veces menor que el del átomo
Ley de Coulomb Fuerza de Coulomb = k q1q2 r2 Fuerza nuclear =
fuerza de atracción entre los nucleones (Gp:) p+ (Gp:) n
Es la más fuerte de las que se han descubierto Expresa el
valor de atracción entre cargas opuestas Actúa
entre protones, entre neutrones … y entre protones y
neutrones
(Gp:) a) Energía potencial entre un par de protones La
naturaleza exacta de la fuerza nuclear aún no se conoce.
Su valor es 30-40 veces la repulsión de Coulomb a muy
corto radio de acción 1 X 10-13 cm Atracción
Repulsión
(Gp:) b) Energía potencial entre un protón y un
neutrón Un neutrón y un protón no se repelen
ni se atraen entre sí hasta que alcanzan la distancia a la
que puede actuar la fuerza nuclear. Sin interacción
Atracción Repulsión
1.2.- Energía de unión nuclear E= mc2
Energía en julios (kg m2 sg-2) Masa en kg Velocidad de la
luz en m/sg Al tratar con las fuerzas nucleares y
partículas subatómicas es cuando tenemos que
considerar más seriamente esta relación En la mayor
parte de las reacciones químicas el cambio de masa es
demasiado pequeño para ser considerado La equivalencia
entre la masa y la energía fue formulada por Albert
Einstein en la célebre ecuación Se conservan: la
masa y su equivalente en energía o la energía
más su equivalente en masa
No se ha encontrado ningún modo de combinar directamente
los protones y los neutrones para formar un núcleo.
definimos la energía de unión nuclear como la
energía que se liberaría en la combinación
de los nucleones para formar un núcleo. Sin embargo masa
de un átomo masa total de los electrones, los protones y
neutrones Esta diferencia representa la energía que
mantiene unido al núcleo la energía de unión
nuclear la energía de unión nuclear
EJEMPLO La masa atómica real del Ca es de 39,96259 uma.
Encontrar la enegía de unión para este
núclido, utilizando 1,008665 uma para la masa de un
neutron y 1,007825 uma para la masa del hidrógeno
atómico. El cambio de masa en la formación de un
átomo de 4020Ca de 20 neutrones y 20 átomos de
hidrógeno es: = – 0,36721 uma Dm= (masa del
núclido) – (20) (masa del neutrón) -(20)(masa del
hidrógeno) = (39,96259 uma) -(20)(1,008665 uma) -(20)
(1,007825 uma)
Habitualmente, las energías se expresan en millones de
electrón voltios (MeV) en vez de julios, cuando se trata
de procesos nucleares. Para convertir esta masa, en uma, en
kilogramos: (-0.36721 uma)(1,6605655 ·10-27 kg/uma)=
-6.0978 ·10-28 kg De acuerdo con la teoría de
Einstein masa-energía, el equivalente energético de
esta masa se calcula de este modo: E = mc2 = (-6,0978
·10-28 kg)(2,9979 ·108 m/seg)2 = – 5,4804 ·
10-11 kg m2/seg2 = – 5,4804 · 10-11 J
(- 5,4804 · 10-11 J) (1 MeV /1,6021892 · l0 -13 J)
= 342,06 MeV Utilizando el factor de conversión 1 MeV =
1,6021892 · 10-13 J nos da Puesto que a energía de
unión se considera positiva, tenemos como respuesta un
valor de 342,06 MeV para la energía de unión del
4020Ca
Las reacciones nucleares tienen energías que son del orden
de uno o más millones de veces superiores a las de las
reacciones químicas. La energía de unión por
nucleón (denominada también energía de
unión media) es la energía de unión nuclear
de un núcleo dividida por el número de nucleones de
este núcleo. La energía de unión por
nucleón es más útil que la energía de
unión nuclear, para comparar la estabilidad de un
núcleo con la de otro.
El hierro y el níquel se hallan entre los elementos
más abundantes del universo y su estabilidad contribuye a
eso C Los elementos posteriores al carbono tienen energías
de unión por; nucleón que varían entre unos
7.5 y 8,8 MeV Al aumentar la energía de unión,
más estable es el núclido. más estables ?
números másicos intermedios 40 – 100 el
máximo corresponde a hierro, cobalto y níquel.
elementos más pesados la energía de unión
por nucleón desciende 7,5 MeV
La conversión de elementos de número másico
más pequeño o más grande en elementos de la
mitad de la curva libera energía
La fusión nuclear es la combinación de dos
núcleos ligeros para dar un núcleo más
pesado de número másico intermedio
Conversión La fisión nuclear es la división
de un núcleo pesado en dos núcleos más
ligeros de número másico intermedio pueden
formarse, también, otras partículas. unión
división La masa total de los núcleos implicados
disminuye en ambos procesos se libera energía.
1.3.- Radioactividad La radioactividad es la emisión
espontánea, por parte de núcleos inestables, de
partículas o de radiación electromagnética,
o de ambas. Los isótopos que se descomponen
espontáneamente de este modo, se denominan isótopos
radioactivos (o radioisótopos).
Natural descomposición de los isótopos radioactivos
que se encuentran en la naturaleza. Artificial la
descomposición de los isótopos radioactivos
obtenidos por el hombre. La radioactividad puede ser: Los
isótopos estables no se descomponen
espontáneamente
Los tres tipos de emanaciones de los elementos radioactivos
naturales se designaron por las tres primeras letras del alfabeto
griego: a,b y g Estas emanaciones están caracterizadas por
sus masas relativas, o carencia de masa, y su comportamiento en
un campo eléctrico
Los rayos a (rayos alfa) tienen carga positiva y una masa
relativamente grande en comparación con la de los rayos b
(rayos beta), cargados negativamente. Los rayos g son neutros y
no tienen masa. Aunque al principio no se sabía que eran,
luego se les identificó como un tipo altamente penetrante
de radiación electromagnética o una forma de luz
más energética que la luz visible. explosiones de
rayos gamma
Rayos g · Los rayos gama están constituidos por
radiación electromagnética, de la misma naturaleza
que la luz ordinaria, pero con una longitud de onda mucho menor.
· son eléctricamente neutros, es y no son desviados
por campos eléctricos o magnéticos · tienen
un poder de penetración en la materia que es mucho mayor
que las partículas y alfa· Los rayos gama fueron
descubiertos por Paúl Villard. Partícula a ·
Los rayos alfa son partículas con carga positiva. No
están constituidos por radiación (energía
electromagnética) · se mueven comparativamente con
mucha lentitud, aproximadamente 20 000 km/s y con muy leve poder
de penetración · está formada por dos
protones y dos neutrones; es decir, es idéntica al
núcleo del Helio. Partícula b · Los rayos
beta son un flujo de electrones · se mueven con una
velocidad muy cercana a la de la luz (300 000 km/s) · son
partículas subatómica de mayor poder de
penetración que las partículas alfa.
TIPOS DE RADIACIÓN ALFA: núcleos de Helio ( = 2
protones + 2 neutrones) BETA: electrones GAMA: luz (ondas
electromagnéticas)
Rutherford y Frederick Soddy concluyeron en 1902: en el proceso
de descomposición radioactiva un elemento se transforma o
se transmuta en otro elemento. Rutherford había hecho la
siguiente observación: «Por amor de Dios, Soddy, no
lo llamemos transmutación; nos cortarán la cabeza
por alquimistas»
La alquimia en la cultura popular es citada con mayor frecuencia
en novelas, películas y espectáculos resumido al
proceso usado para transformar plomo (y otros metales) en oro.
Otra de las metas de la alquimia es la búsqueda de la
piedra filosofal, con la que lograr la habilidad para transmutar
las substancias impuras en su forma más perfecta, oro en
la naturaleza metálica y la vida eterna en la naturaleza
animal.
1.4.- Isótopos Cuatro quintos de los elementos se
encuentran en la naturaleza como mezclas de isótopos Un
isótopo natural que se encuentra en la naturaleza y puede
ser estable o radioactivo = isótopo artificial
Un tercio aproximadamente de los elementos poseen isótopos
naturales radioactivos Todos los isótopos de los elementos
más pesados que el Bi son radiactivos Casi todos los
isótopos naturales radiactivos, de abundancia mesurable,
se descomponen muy lentamente y existen desde que se formó
la Tierra Son excepciones el tritio (hidrógeno-3), muy
escaso, y el carbono-l4. Estos dos núclidos se
están formando continuamente al bombardear otros
núclidos con rayos cósmicos (Gp:) p+ (Gp:) p+ (Gp:)
e-
Propiedades físicas y químicas de los
isótopos Las diferencias son mayores con lo
isótopos de los elementos más ligeros y son
máximas con los del hidrógeno (A = 1,2,3). Los
isótopos del mismo elemento tienen, básicamente,
las mismas: propiedades físicas y químicas. su
separación es muy difícil Los isótopos del
mismo elemento experimentan las mismas reacciones
químicas. la velocidad de las reacciones: puede diferir
ligeramente la diferencia en la velocidad aumenta al aumentar la
diferencia relativa en el número másico
2H2O ? H2 + O2 2D2O ? D2 + O2 + lenta ? Se puede producir agua
deuterada Se pueden separar….
separación por difusión gaseosa separación
por centrifugación gaseosa separación
aerodinámica separación por intercambio
químico separación por intercambio iónico
separación de isótopos por
«láser» de vapor atómico
separación de isótopos por
«láser» molecular separación de plasma
separación electromagnética Los isótopos
más pesados deben separarse por métodos
físicos. Uno de los principales obstáculos a
superar en la fabricación de la primera bomba
atómica fue el aislamiento de una cantidad lo bastante
grande de uranio-235
– Para elementos más ligeros la relación
neutrón-protón es 1: 1. – Para los núcleos
más pesados, el número de la relación
neutrón-protón es 1,5 1.5.- Relación
neutrón-protón estabilidad del núcleo
relación entre neutrones y protones
“PARECE que…” Los neutrones adicionales
proporcionan la fuerza nuclear adicional que se necesita para
mantener reunidos a un número mayor de protones dentro del
núcleo. Cuando el número atómico llega a ser
83, ni los neutrones adicionales son suficientes para mantener la
estabilidad y todos los núclidos de Z > 83 son
inestables y radioactivos.
83
“PARECE que…” Los neutrones adicionales
proporcionan la fuerza nuclear adicional que se necesita para
mantener reunidos a un número mayor de protones dentro del
núcleo. Cuando el número atómico llega a ser
83, ni los neutrones adicionales son suficientes para mantener la
estabilidad y todos los núclidos de Z > 83 son
inestables y radioactivos. Para cada carga nuclear es necesaria
una relación neutrón-protón, dentro de un
margen determinado, para la estabilidad. la radioactividad es la
transformación de núcleos inestables en
núcleos con relaciones neutrón-protón
más favorable.
Los núclidos con demasiados protones se encuentran por
debajo de la curva de núcleos estables y se desintegran de
modo que el resultado neto es la conversión de un
protón en un neutrón. Los núclidos con
demasiados neutrones se encuentran por encima de la curva de
núcleos estables se descomponen de modo que el resultado
neto es la conversión de un neutrón en un
protón.
1.6.-Vida media Es el tiempo necesario para que se desintegren la
mitad de los núcleos presentes en una muestra de un
isótopo radioactivo. Una forma adecuada de caracterizar a
un isótopo radioactivo es por su vida media La vida media
de un isótopo dado es siempre la misma ; no depende de
cuántos átomos se tengan o cuánto tiempo
hayan estado allí.
El margen de vidas medias de los isótopos radioactivos
oscila desde unos pocos microsegundos hasta 1.015 años El
carbono-14 A mediados del siglo pasado, el químico
norteamericano Willard Frank Libby (1908-1980) y sus
colaboradores desarrollaron un método basado en la
desintegración del carbono-14, radiactivo, que sirve para
calcular edades entre unos cientos de años hasta 50 000
años.
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