Ecuaciones nucleares. ¿ ? El bombardeo de aluminio-27 por las partículas alfa produce fósforo-30...

¿?

El bombardeo de aluminio-27 por las partículas alfa produce fósforo-30 y una otra partícula. Escribe la ecuación nuclear e identifica la otra partícula.

Al27

13 Él4

2+ P30

15 n1

0+

Se puede producir el plutonio-239 por bombardear el uranio-238 con las partículas alfa.Cuántos neutrones serán producidos como subproducto de cada reacción. Escribela ecuación nuclear para esta reacción.

U238

92Él4

2+ PU239

94 n1

0+ 4

Isótopos inestables

Kelter, Carr, Scott, química un mundo de las opciones 1999, página 439

núcleo emocionado

núcleo estable

Energía Partículas

+y

o

Radiación

Núcleo inestable

Zumdahl, Zumdahl, DeCoste, mundo de la química 2002, página 620

U-235 fisionable

Proceso de la fisión

Zumdahl, Zumdahl, DeCoste, mundo de la química 2002, página 620

Neutrón

Núcleo

Dos neutronesde la fisión

Etapas de la fisión

Kelter, Carr, Scott, química un mundo de las opciones 1999, página 454

Primera fase: 1 fisión segunda fase: 2 fisiones tercera etapa : 4 fisiones

Centrales nucleares

mapa: Instituto de la energía nuclear

Fuentes de energía en los Estados Unidos

Zumdahl, Zumdahl, DeCoste, mundo de la química 2002, página 307

Madera Carbón Petróleo/gas natural Hidráulico y nuclear

1850

100

80

60

40

20

0

por

cien

to

9

91

1900

21

71

5 3

1940

10

50

40

el an o 80

20

70

10

1990

26

58

16

2005

50

21 26

Fuentes de energía en los Estados Unidos

Fuente: La administración de la información de la energía de los E.E.U.U. (producción eléctrica 2005)

Reanudable(biomasa, geotérmica, solar, viento)

Carbón Petróleo

Hidroeléctrico

1850

100

80

60

40

20

0

por

cien

to

9

91

2005

50

7 3

gas natural

Nuclear

1919

3

Central eléctrica del carbón

© de los derechos reservados Pearson 2007 Benjamin Cummings. Todos los derechos reservados.

Central nuclear

Zumdahl, Zumdahl, DeCoste, mundo de la química 2002, página 621

Núcleo del reactor

Zumdahl, Zumdahl, DeCoste, mundo de la química 2002, página 622

refrigerante caliente

Palancas de mando desustancia de absorción de neutrón

Uranio en cilindros decombustible

refrigerante entrante

© de los derechos reservados Pearson 2006 Benjamin Cummings. Todos los derechos reservados.

Producción de calor Producción de electricidad

Central nuclear

No tenemos miedo del rayo alfa.¡Una hoja de papel lo mantendrá ausente!

Un rayo beta necesita mucho más cuidado,Coloque las hojas del metal aquí y allí.

Y en cuanto al rayo gama de gran alcance(Tenga mucho cuidado a lo que decimos)

A menos que usted desee pasar semanas en cama¡Escóndase de las losas gruesas de plomo!

los neutrones rápidos pasan a través de todo.Las losas de la cera se quitan su picadura repugnante.

Éstos los retrasan, e incluso un imbécilSabe que pueden ser absorbidos por el boro.Recuerde, recuerde todo lo que hemos dicho,

Porque no es ningún uso que recuerde cuando esté muerto.

Canto de los trabajadores radiactivos

Dentro de una central nuclear.

Eliminación de residuos

nucleares

Zumdahl, Zumdahl, DeCoste, mundo de la química 2002, página 626

depósitos a lasuperficie

formación de roca huésped

capa de la roca Interbed

Aquifier

Aquifier

capa de la roca Interbed

Roca de fondo

Río

Eje

Depósito

paquete deresiduo

Forma de residuo

20 g

10 g5 g

2.5 g

Después de 1 vida media

Comienzo Después de 2 vidas medias

después de3 vidas medias

Vida Media

Dorin, Demmin, Gabel, química el estudio de la 3ro edición de la materia, página 757

magnesio 1.00

0.875 magnesios

0.500 magnesios

0.250 magnesios0.125 magnesios

8.02 días0.00 días 16.04 días 24.06 días

Vida Media

Dorin, Demmin, Gabel, química el estudio de la 3ro edición de la materia, página 757

131

  53I

131

  53I

0.500 magnesios0.750 magnesios

emisiones

emisiones

89.9%7.3%

131

  53

I

131

  54

Xe

131

  54

Xe*

131

  54Xe

I131

53 Xe131

540

-1+ +

0 1 2 3 4Número de vidas medias

Rad

iois

ótop

o re

stan

te (

%) 100

50

25

12.5

Vida Media de la Radiación

Cantidad inicialdel radioisótopo

tel 1/2

tel

1/2tel 1/2

Después de 1 vida media

Después de 2 vidas medias

Después de 3 vidas medias

Diagrama de la vida media

Timberlake, química 7th Edición, página 104

Can

tidad

de

yodo

-131

(g)

20

15

10

  5

  040 48 560 8

1 vida media

16

2 vidas medias

24

3 vidas medias

32

4 vidas medias etc…

Tiempo (días)

La vida media de yodo-131 es 8 días

Vida Media de isótopos

Isótopo vida media radiación emitida

Vida media y radiación de algunos radioisótopos naturales

carbono-14 5.73 x 103 años

Potasio-40 1.25 x 109 años

Torio-234 24.1 días

Radón-222 3.8 días

Radio-226 1.6 x 103 años

Torio-230 7.54 x 104 años

Uranio-235 7.0 x 108 años

Uranio-238 4.46 x 109 años

Vida media (t½)– El tiempo necesario para que la mitad de los

átomos de un núclido radiactivo decaigan.– Vida media más corta = menos estable.

1/21/4

1/81/16

1/1

el 1/2

1/4

1/8

1/16

0

Co

cien

te d

e lo

s át

om

os

rest

ante

s d

e P

ota

sio

-40

a lo

s át

om

os

ori

gin

ales

de

Po

tasi

o-4

0

0 1 vida media1.3

2 vidas medias2.6

3 vidas medias3.9

4 vidas medias5.2

Tiempo (mil millones de añosTiempo (mil millones de años))

roca recién formada Potasio

Argón

Calcio

Vida Media (t½)– El tiempo necesario para que la mitad de los

átomos de un núclido radiactivo decaigan.– Vida media más corta = menos estable.

1/1

el 1/2

1/4

1/8

1/160

Co

cien

te d

e lo

s át

om

os

rest

ante

s P

ota

ssiu

m-4

0a

los

áto

mo

s o

rig

inal

es P

ota

ssiu

m-4

0

0 1 período1.3

2 períodos2.6

3 períodos3.9

4 períodos5.2

Tiempo (mil millones de añosTiempo (mil millones de años))

Recién formado roca

Potasio

Argón

Calcio

¿Cuánto queda?

Después de una vida mediauna vida media – 1/2 de los átomos originales qudean.

Después de dosdos vidas mediasvidas medias , ½ x ½ = 1/(22) = de los átomos originales quedan.

Después de tres vidas mediastres vidas medias , ½ del ½ x del ½ x = 1 (23) = de los átomos originales qudean.

Después cuatro vida mediacuatro vida media , ½ x ½ x ½ x ½ = 1/(24) = de los átomos originales qudean.

Después cinco vidas mediascinco vidas medias , ½ x ½ x ½ x ½ x ½ = 1/(25) = de los átomos originales qudean.

Después seis vidas mediasseis vidas medias, ½ x ½ x ½ x ½ x ½ x ½ = 1/(26) = de los átomos originales qudean.

14

18

116

132

164

1 vida media 2 vidas medias3 vidas medias

12

14 1

8 116 1

32 164 1

128

Acumulaciónde isótopos

“hija”

4 vidas medias5 vidas medias 6 vidas medias 7 vidas medias

isótopos sobrevivientes

“padre”

Principio

FUENTE: Colaboración para la educación PERRY/Unión-Tribuna MATES del NDT

1. Un pequeño pedazo de   fósil se quema adentro   de un horno especial.

2. Quemar crea el gas de   dióxido de carbon abarcado de isótopos de carbono-12   e isótopos de carbono-14.

3. Como el carbóno-   14 decae en    Nitrógeno-14,    emite un electrón.

4. Un contador de radiación anota    el número de los electrones emitidos.

Isótopo Isótopo Estable C-12Estable C-12

NitrógenoNitrógeno

ElectrónElectrón

DecaimientoDecaimientoDel Isótopo C-14Del Isótopo C-14

Nota: no es escala correct.

El núclido de yodo-131 tiene una vida media de 8 días. Si originalmente tienes una la muestra de 625-g, ¿ después de 2 meses tendrás aproximadamente cuánto?

a. 40 gb. 20 gc. 10 gd. 5 ge. menos de 1 g

 625 g 312 g 156 g   78 g   39 g   20 g   10 g     5 g  2.5 gg 1.25

   0 d   8 d 16 d 24 d 32 d 40 d 48 d 56 d 64 d 72 d

 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

Tabla de los datos: Decaimiento de vida mediaCantidad Tiempo # de vidas medias

Asume 30 días = 1 mes

60 días8 días = 7.5 vidas medias

N = No(1/2)n

N = cantidad restanteNo = cantidad originaln = # de vidas medias

N = (625 g) (1/2)7.5

N = 3.45 g

ln 2

     Dado que la vida media del carbono-14 es 5730 años, considera una muestra de madera fosilizada que, cuando está viva, habría contenido 24 g de carbono-14. Ahora contiene 1.5 g del carbono-14. 

¿Cuánto tiempo tiene la muestra?

 24 g 12 g   6 g   3 g 1.5 g

          0 a   5.730 a 11.460 a 17.190 a 22.920 a

 0 1 2 3 4

Tabla de los datos: Decaimiento de la vida mediaCantidad Tiempo # de vidas medias

ln = - k tNNo

tel 1/2  =  0.693

k

5730 y =  0.693k

k = 1.209 x 10-4 ln = - (1.209x10-4) t1.5 g24 g

t = 22.933 años

Cálculos de práctica de la vida media

• La vida media del carbono-14 es 5730 años. ¿Si una muestra contuvo originalmente 3.36 g de C-14, cuánto está presente después de 22.920 años?

• Oro-191 tiene una vida media de 12.4 horas. Después de un día y

13.2 horas, 10.6g de oro-19 queda en una muestra. ¿Cuánto oro-191 estaba presente originalmente en la muestra?

• Hay 3.29 g de yodo-126 que quedan en una muestra que contuvo

originalmente 26.3 g de yodo-126. La vida media de yodo-126 es 13 días. ¿Cuánto tiempo tiene la muestra?

• Una muestra que contuvo originalmente 2.5 g de rubidio-87 ahora

contiene 1.25g. La vida media de rubidio-87 es 6 x 1010 años. ¿Cuánto tiempo tiene la muestra? ¿ Es posible? ¿Por qué sí o por qué no?

Demostración: Intenta cortar una cuerda por la mitad siete veces (si comienza la longitud de tu brazo).

0.21 g C-14

84.8 g Au-191

39 días de viejo

6 x 1010 años

(60.000.000.000 mil millones de años )

¿Cuántos años tiene la Tierra???

22.920 años

La vida media del carbono-14 es 5730 años. Si una muestra contuvo originalmente 3.36 g de C-14, ¿cuánto está presente después de 22.920 años?

 3.36 g g 1.68 0.84 g 0.42 g 0.21 g

          0 a   5.730 a 11.460 a 17.190 a 22.920 a

 0 1 2 3 4

Tabla de los datos: Decaimiento dla vida mediaCantidad Tiempo # de vidas mediastel 1/2  = 5730 años

n =  5.730 años

n = 4 vidas medias

(4 vidas medias) (5730 años) = edad de la muestra

(# de las vidas medias) (vida media) = edad de la muestra

22.920 años

Decaimiento radiactivo de uranio

U-238

206

210

214

218

222

226

230

234

238

Nú

me

ro d

e m

as

a

81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92

Número atómico

Th-230

Th-234

Ra-226

Rn-222

Po-218

Pb-206

Pb-214

Pb-210

Pa-234

Bi-214

Po-214

Bi-210

Po-210

U-234

4.5 x 109 a

24 d1.2 m

2.5 x 105 a

8.0 x 104 a

y 16003.8 d3.0 m27 m

160 5.0 d138 destable

Estabilidad Nuclear

El decaimiento ocurrirá tal como un núcleo vuelve a la banda (línea) de

estabilidad.

Protones (z)

10 20 30 40 50 60 70 80 90

1401301201101009080706050403020100

Neu

tron

es (

n)

© de los derechos reservados Pearson 2007 Benjamin Cummings. Todos los derechos reservados.

Banda de Estabilidad

Nú

me

ro d

e n

eutr

on

es

160150140130120110100

  90

  80

  70

  60

  50

  40

  30

  20

  10

    0

Núclidos estables

Núclidos radiactivos naturales

Otros núclidos conocidos

Número de protones10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110

n = p

decaimiento

decaimiento

140

130

120

110

100

90

80

70

60

50

40

30

20

10

010 20 30 40 50 60 70 80 90

Protones (z)

Neu

tron

es (

n)

184

 74

W

107

 47

AG

56

 26

FE

20

 10

Ne

209

 83

BI

emisión de positrón y/ocaptura de electrón

1.15

Z

N

1.0

Z

N

1

Z

N

1.28

Z

N

1.52

Z

N

1.49

Z

N

decaimiento

decaimiento

140

130

120

110

100

90

80

70

60

50

40

30

20

10

010 20 30 40 50 60 70 80 90

Protones (z)

Neu

tron

es (

n)

184

 74

W

107

 47

AG

56

 26

FE

20

 10

Ne

209

 83

BI

emisión de positrón y/ocaptura de electrón

1.15

Z

N

1.0

Z

N

1

Z

N

1.28

Z

N

1.52

Z

N

1.49

Z

N

Estabilidad Nuclear

El decaimiento ocurrirá tal como un núcleo vuelve a la banda (línea) de estabilidad.

Vidas medias de algunos isótopos del carbón

núclido Vida mediaCarbono-9 0.127 sCarbono-10 19.3 sCarbono-11 10.3 mCarbono-12 EstableCarbono-13 EstableCarbono-14 5715 aCarbono-15 2.45 sCarbono-16 0.75 s

Ampliación de parte de la banda de la estabilidad alrededor del neón

Ne2310

Ne1910

        traslada a la banda deestabilidad por decaimiento beta.Ne23

10

Ne2110

Ne2210

Ne2010F19

9

Na2311

Umland y Bellama, química general 2nd Edición, página 773

Na Ne 2311

01-

2310

F Ne 199

01

1910

     traslada a la banda de estabilidadpor la emisión de positrón. La captura de electrón también se movería  en la banda de la estabilidad.

Ne1910

F199

Efectos de emisiones radiactivas en el protón y los neutrones

Número de protones

Núm

ero

de p

roto

nes

Pérdida de e01-

Pérdida de ocaptura de electrón

e01

Pérdida de He42

Decaimiento nuclear

22388

42

21986 RnRa +

2+

H147

42

178

11O N+ +

2+

8737

0-1

8738SeniorRb +

n10+

21

21

42 ÉlH H+

146

0-1

177 NC +

31

21

42 ÉlH H+

Gamma beta alfa positrón     protón neutrón

42

2+ 0-1

n10 H

11

1+

0+1 0

0

“absorción”, “bombardeo” vs. la “producción”, “emisión”

Unidades usadas en la medida de la radiactividad

CurieCurie (c)

BecquerelBecquerel (Bq)

RoentgensRoentgens (r)

RadRad (rad)

RemRem (rem)

decaimiento radiactivo

decaimiento radiactivo

exposición a la radiación ionizante

absorción de energía causada por la radiación ionizante

efecto biológico de la dosis absorbida en seres humanos

Unidades Medidas

Efectos de la dosis instantánea de la radiación de Cuerpo-Total en la gente

Dosis, SV (rem) efecto>10 (1000) Muerte dentro de 24 h de la destrucción del sistema neurológico.

7.5 (750) Muerte dentro de 4 a 30 d de la hemorragia gastrointestinal.1.5 - 7.5 (150 - 750) Cuidado intensivo de hospital requerido para sobrevivir. Al

extremo más alto de la gama, la muerte a través de la infeccióncomo resultado de la destrucción de los órganos que forman glóbulos blancosocurre generalmente 4 a 8 semanas después del accidente.  Los que sobreviven este período se recuperan generalmente.

< 0.5 (50) Únido efecto probado es la disminución de la cuenta de glóbulos blancos.

Alexander Litvinenko

La intensidad de la radiación es proporcional a 1/d

2, en lo cual d es

la distancia de la fuente.

Emisión alfa, beta, positrón

Ejemplos de los procesos del decaimiento nuclear

emisión (alfa)

emisión (beta)

emisión  (positrón)

Th He U 23490

42

23892

Ra He Th 22688

42

23090

Rn He Ra 22286

42

22688

Al Mg 2713

01-

2712 e

Cl S 3517

01-

3516 e

Ca K 4020

01-

4019 e

N O 147

01

148 e

S Cl 3216

01

3217 e

N O 147

01

148 e

Aunque la emisión beta implique electrones, esos electrones vienen del núcleo. Dentro del núcleo, un neutrón decae en un protón y un electrón. El electrón se emite, dejando un protón para

substituir por el neutrón, así transformando el elemento. (También se produce y se emite un neutrino en el proceso.)

Herron, Frank, Sarquis, Sarquis, Schrader, Kulka, química, brezo que publica, 1996, página 275

Reacciones nucleares

Rn α Ra 222

86

4

2

226

88

p O N 1

1

17

8

4

2

14

7

n C Be 1

0

12

6

4

2

9

4

n 3 Kr Ba n U 1

0

92

36

141

56

1

0

235

92

Primer reconocimiento de una transmutación natural de un elemento (Rutherford y Soddy, 1902)

Primera transmutación artificial de un elemento (Rutherford, 1919)

Descubrimiento del neutrón (Chadwick, 1932)

Descubrimiento de la fisión nuclear (Otto Hahn y Fritz Strassman, 1939)

¿?

¿?

Bailar, química, página 361

Preparación de elementos transuránicos

93 neptunio NP 1940

PU 1940 del plutonio 9495 americio 194496 curio cm 194597 berkelio Bk 194998 Cf 1950 del californio

e Np n U 0

1-

239

93

1

0

238

92

n2 Np H U 1

0

238

93

2

1

238

92

e Pu Np 0

1-

238

94

238

93

e Am n Pu 0

1-

240

95

1

0

239

94

n Cm He Pu 1

0

242

96

4

2

239

94

n2 Bk He Am 1

0

243

97

4

2

241

95

n Cf He Cm 1

0

245

98

4

2

242

96

Número Atómico Nombre Símbolo

AñoDescubierto

Reacción

Rafael A. quema, los fundamentales de la química 1999, página 553

Preparación de elementos transuránicos

93 neptunio NP 1940

PU 1940 del plutonio 9495 americio 194496 curio cm 194597 berkelio Bk 194998 Cf 1950 del californio

e Np n U 0

1-

239

93

1

0

238

92

n2 Np H U 1

0

238

93

2

1

238

92

e Pu Np 0

1-

238

94

238

93

e Am n Pu 0

1-

240

95

1

0

239

94

n Cm He Pu 1

0

242

96

4

2

239

94

n2 Bk He Am 1

0

243

97

4

2

241

95

n Cf He Cm 1

0

245

98

4

2

242

96

Número Atómico Nombre Símbolo

AñoDescubierto

Reacción

Rafael A. quema, los fundamentales de la química 1999, página 553

Elementos transuránicos adicionales

  99 einsteinio Es 1952100 fermio Fm 1952Md 1955 del mendelevio 101102 nobelio NOTA 1958103 Lawrencium LR 1961104 Rutherfordium Rf 1964DB 1970 de 105 DubniumSg 1974 de 106 Seaborgium107 Bohrium BH 1981108 Hassium Hs 1984109         Meitnerium Mt 1988110   Darmstadtium Ds 1994111         Unununium Uun 1994112         Ununbium Uub 1996114 Uuq 1999 (Rusia) 116 2002 (Rusia)118 2006