La radiactividad es la propiedad que presentan determinadas sustancias, llamadas sustancias radiactivas, de emitir radiaciones capaces de penetrar en cuerpo opacos, ionizar el aire, impresionar placas fotográficas y excitar la fluorescencia de ciertas sustancias.
Número atómico ( Z ): nº de protones. Caracteriza al elemento químico
Número másico( A ): nº de nucleones=nºprotones+nºneutrones (A=Z+N). Indica la masa aproximada del núcleo, en uma.
Isótopos: =Z, dif A. Isóbaros: dif Z, =A. Isótonos: =N
Isómeros: =Z,=N,=A, pero las part. distribuidas dif.
Fuerza nuclear fuerte: es la responsable de la cohesión del núcleo.
Las partículas nucleares (los protones en particular) pueden mantenerse dentro del núcleo a tan corta distancia unos de otros, gracias a la interacción nuclear fuerte, que vence, en esas distancias, a la repulsión eléctrica entre cargas del mismo signo.
Las características fundamentales de esta interacción son:
– Fuerza atractiva para distancias <>-15 m, prácticamente nula para distancias mayores.
– Afecta a nucleones
– Muy corto alcance (? 10-15 m)
– La más fuerte de las interacciones de la naturaleza.
– Independiente de la carga.
Fuerza nuclear debil: Es la responsable de la desintegración â de los núcleos y se manifiesta sobre todo en partículas no sometidas a la acción de la fuerza nuclear fuerte.
Las características fundamentales de esta interacción son:
– Fuerza atractiva para distancias <>-17 m, prácticamente nula para distancias mayores.
– Muy corto alcance (? 10-17 m)
– A distancias muy cortas, donde es máxima, supera en intensidad a la fuerza gravitatoria, pero es más débil que la nuclear fuerte (1013 veces menos intensa) y la electromagnética.
Estabilidad nuclear. Energía de enlace:
Equivalencia masa-energía: Albert Einstein, expuso que la masa de un cuerpo puede transformarse íntegramente en energía, y viceversa. La energía que puede extraerse de una masa dada m viene dada por la expresión E=mc2 donde la constante c coincide con la velocidad de la luz en el vacío. (c = 3·108 m/s). Este principio de equivalencia tiene una consecuencia importante: en una reacción (sobre todo en reacciones nucleares) la masa no se conserva. Sí se conservará, en cambio, la energía total del sistema (teniendo en cuenta la energía equivalente a la masa).
Defecto másico, energía de enlace: Cuando se forma un núcleo mediante la unión de los protones y neutrones que lo componen, se observa que la masa nuclear es menor que la suma de las masas de las partículas por separado. Es decir, se ha perdido masa en el proceso de formación (sin embargo, las partículas siguen siendo las mismas). A esa masa perdida se le denomina defecto másico (Δm). Aunque sea una masa perdida, se considera su valor positivo. Se calcula con la expresión Δm=Σm.part – m nucleo. Esa masa perdida se ha transformado en energía la cual se desprende en forma de radiación. La cantidad de E. desprendida se llama E. de enlace Ee=|Δm·c2|, tambien puede ser la E. que hay q darle al nucleo para descomponerlo en sus particulas.
Energía de enlace x nucleón: Representa el promedio de energía desprendida por cada partícula que compone el núcleo. En= Ee/A.
Esta magnitud es la que nos indica la estabilidad de un núcleo. Cuanto mayor sea la energía desprendida por cada partícula, mayor estabilidad tendrá el núcleo. A mayor energía de enlace por nucleón, mayor estabilidad.
Por radiactividad se entiende la emisión de radiación (partículas, luz) por parte de algunas sustancias, que se denominan radiactivas. Esta emisión puede ser espontánea (radiactividad natural), o producida por el hombre (radiactividad artificial). La radiactividad es un fenómeno que ocurre a nivel del núcleo. Éste, ya sea de forma natural o forzada, emite partículas de su interior. Esto trae como consecuencia que el número de partículas del núcleo cambie (puede cambiar Z y A). Es decir, la sustancia inicial puede transformarse en otra sustancia totalmente diferente.
Radiactividad natural: Se conocen básicamente tres tipos de radiactividad natural, representadas con á, â y ã . La primera diferencia notable entre ellas es la carga eléctrica. leyes de desplazamiento:
1- Cuando un núcleo emite una partícula á, se transforma en un núcleo del elemento situado dos lugares a la izquierda en la tabla periódica. Es decir, su nº atómico disminuye en dos unidades.
2- Cuando un núcleo emite una partícula â, se transforma en un núcleo del elemento situado un lugar a la derecha en la tabla periódica. O sea, su nº atómico aumenta una unidad.
3- Cuando un núcleo emite radiación ã, continúa siendo del mismo elemento químico.
Reacciones nucleares:
Reacciones Nucleares son procesos en los que intervienen directamente los núcleos atómicos transformándose en otros distintos más estables (menos energéticos). En las que se libera energía.
Emision de particulas α:
-Son núcleos de Helio formados por dos protones y dos neutrones.
– Su carga eléctrica es Q= +2e=+3,2·10-19 C
– Su masa es 6,7·10-27 kg= 4 uma.
Cuando una partícula á abandona el núcleo N, su número másico disminuye en cuatro unidades y su número atómico en dos. Ley de Soddy.
Emisión de pariculas β:
Un neutrón del núcleo se transforma en un electrón, (partícula β), un protón y un antineutrino (partícula sin carga ni masa) mediante: n→β–+p++ve.
-Las partículas β, son electrones rápidos procedentes de neutrones que se desintegran dando lugar a un protón y un electrón.
-Su carga eléctrica es Q=-e=-1,6·10-19C
-Su masa es m=9,1·10-31kg
Cuando una partícula β abandona el núcleo X, su número másico no se altera, mientras que su número atómico aumenta en una unidad. Ley de Fajans.
Emisión de particulas γ: -Son radiación electromagnética, es decir fotones. -No tienen carga eléctrica. -No tienen masa.
Si una part. abandona el nucleo este solo pierde energía, siendo del mismo elemento químico.
La energía de los fotones liberados esta relacionada con la frecuencia f de la radiacion mediante la expresion E=h·f, donde h= 6,6·20-34 J·s, es la cte de Planck.
Ley de desintegración radiactiva:
Cuando un núcleo atómico emite radiación á,â ó ã, el núcleo cambia de estado o bien se transforma en otro distinto. En este último caso se dice que ha tenido lugar una desintegración.
Esta transformación no es instantánea, ya que no todas las desintegraciones se producen a la vez, sino que es un proceso aleatorio gobernado por leyes estadísticas, no sabemos en qué instante exacto se desintegrará un átomo en concreto. Pero, con mayor o menor rapidez, el número de átomos de la sustancia inicial va disminuyendo (y aumentando el de la sustancia final). La rapidez de esta disminución depende de dos factores:
– Naturaleza de la sustancia: Que viene marcada por la llamada constante de desintegración radiactiva (λ), característica de cada isotopo radiactivo, y que se mide en s-1.
– Número de átomos que tengamos en cada instante: N. Si llamamos N al número de núcleos que aún no se han desintegrado en un tiempo t, el número de emisiones por unidad de tiempo será proporcional al número de núcleos existentes: N= No·e-λt.
La actividad de una sustancia radiactiva pura disminuye con el tiempo en forma exponencial (Ley de Elster y Geitel)
A= Ao·e-λt. El tiempo necesario para q se desintegre la mitad d los nucleos iniciales se llama periodo de semidesintegracion o semivida: t= Ln2/λ.
La vida media, , de un isótopo radiactivo es el tiempo medio que tarda en desintegrarse un núcleo al azar. ζ= 1/λ . Según esto, la ley de desintegración radioactiva podría expresarse mediante: N= No·e t/ζ
Radiactividad artificial: Fusión y Fision Nuclear:
En toda reacción nuclear se van a conservar (además de energía y cantidad de movimiento, como en toda colisión)
– La carga eléctrica total antes y después del choque
– El número total de nucleones (ΣA)
– La suma de los números atómicos (ΣZ). La masa, sin embargo, no se va a conservar, ya que parte de la masa se convierte en energía (defecto másico), ya sea en forma de fotones, o como energía cinética de las partículas resultantes.
Fisión nuclear:
Algunos núcleos atómicos pueden liberar gran cantidad de energía si se dividen para formar dos núcleos más ligeros. El proceso se denomina fisión nuclear.La fisión nuclear es una reacción nuclear en la que un núcleo pesado (más pesados que el Fe) se divide en otros dos más ligeros al ser bombardeado con neutrones. En el proceso se liberan más neutrones y gran cantidad de energía. Principalmente sufren este tipo de reacción nuclear el y el 235 92 U 239 94 Pu. Que son reacciones que se producen en las centrales nucleares y en las que se llegan a desprender energías desprendidas del orden de 200 MeV por cada núcleo de uranio
fisionado.
Fusión nuclear:
Algunos núcleos atómicos pueden liberar gran cantidad de energía si se unen para formar un núcleo más pesado. El proceso se denomina fusión nuclear.
La fusión nuclear es una reacción en la que dos núcleos ligeros (menos pesados que el Fe) se unen para formar otro más pesado. En el proceso se libera gran cantidad de energía.