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PP
TC
EL0
01Q
M11
-A16
V1
Clase
Fenómenos nucleares I: partículas radiactivas
Aprendizajes esperados
• Conocer las partículas radiactivas.
• Conocer el concepto de isótopos.
• Aplicar el concepto de masa atómica promedio.
• Interpretar reacciones nucleares.
Páginas del libro
desde la 23 a la 29.
Pregunta oficial PSU
Fuente: DEMRE – U. DE CHILE, modelo pregunta HPC Admisión PSU 2016
Desde el siglo pasado, los reactores nucleares de fisión se han transformado en una opción para la generación de
electricidad, como también en una fuente de radioisótopos con importantes usos en la medicina, la agricultura y la
industria, entre otros. No obstante, el beneficio que se puede obtener de su buen uso, siempre está latente la
posibilidad de un accidente en el reactor que implique la fuga de radiación. En la siguiente figura se representan
algunas características de los tres tipos de radiaciones más comunes emitidas por elementos radiactivos:
Con respecto al poder ionizante de las radiaciones, este está relacionado con la capacidad de desplazar electrones
de átomos o moléculas, generando iones, que en reacciones posteriores pueden llegar a formar radicales libres,
especies altamente reactivas y dañinas. Con respecto al poder de alcance de las radiaciones, se ha determinado que
la radiación alfa recorre un par de centímetros, la radiación beta un par de metros y la radiación gamma varios cientos
de metros, desde la fuente de emisión. De acuerdo con la información anterior y considerando el daño a los seres
vivos causado por una fuga de radiaciones desde un reactor, es correcto establecer que
A) las radiaciones alfa y beta no causarían daño a los seres vivos.
B) las emisiones gamma serían las últimas en afectar a los seres vivos.
C) la radiación alfa causaría graves daños en los órganos internos de los seres vivos.
D) el daño causado a los seres vivos sería directamente proporcional al tamaño de la fuente radiactiva.
E) la ubicación de la fuente de radiación influiría en la magnitud del daño causado a los seres vivos.
1. Naturaleza de las reacciones nucleares
2. Desintegración nuclear. Radiactividad
1. Naturaleza de las reacciones nucleares
Algunos núcleos son inestables y espontáneamente emiten partículas
y/o radiaciones electromagnéticas. A este fenómeno se le llama
radiactividad.
La radiactividad es una propiedad de los isótopos que son "inestables", es decir,
aquellos cuyos núcleos se desintegran espontáneamente.
Todos los elementos que tienen número
atómico mayor o igual a 84 son
radiactivos.
Las reacciones nucleares
pueden ser endotérmicas o
exotérmicas.
1. Naturaleza de las reacciones nucleares
Las reacciones nucleares son muy distintas a las reacciones químicas
ordinarias.
Reacciones químicas Reacciones nucleares
Los átomos se reorganizan por
la ruptura y formación de
enlaces químicos.
Los núcleos se descomponen
dando lugar a núcleos de otros
elementos.
Solo participan los electrones
de los orbitales atómicos o
moleculares.
Pueden participar protones,
neutrones, electrones y otras
partículas elementales.
Absorción o liberación de
cantidades de energía
relativamente pequeñas.
Absorción o liberación de
cantidades enormes de energía.
Velocidades de reacción
afectadas por T, P,
concentración y catalizadores.
Velocidades de reacción, por lo
general, no afectadas por T, P o
catalizadores.
1. Naturaleza de las reacciones nucleares
El factor principal que determina la estabilidad del núcleo es la relación
neutrón/protón (n/p).
1.1 Estabilidad nuclear
Sobre la franja de estabilidad
hay exceso de neutrones
Emisión beta ( 𝜷−𝟏𝟎 )
Bajo la franja de estabilidad
hay exceso de protones
Emisión de positrones ( 𝜷+𝟏𝟎 )
o captura de electrones.
Ejercicio 15
“guía del alumno” Pregunta HPC
La estabilidad de un núcleo atómico se puede predecir usando la razón entre neutrones y protones (n:p). Al
graficar el número de protones frente al número de neutrones para todos los átomos, se obtiene una franja
de estabilidad en la que se ubican todos los elementos estables, como se muestra a continuación.
Los núcleos ubicados a la izquierda de la franja de estabilidad
tienen exceso de neutrones, por lo que deben disminuir el número
de neutrones y aumentar el de protones, lográndose mediante la
siguiente reacción
Los núcleos ubicados a la derecha de la franja, presentan exceso
de protones, por lo tanto, tienden a disminuir el número de
protones y aumentar el de neutrones mediante la reacción
A partir del análisis del gráfico y de la información proporcionada, se puede deducir que
I) un núcleo con 40 protones y 80 neutrones es emisor de partículas 𝛽−10 .
II) un núcleo con Z = 60 y razón n:p = 1 sería emisor de partículas 𝛽−10 .
III) los elementos que cumplan la condición n° = 2Z serán emisores de partículas 𝛽.+10
Es (son) correctas
A) solo I. D) solo II y III.
B) solo II. E) I, II y III.
C) solo III.
A ASE
1. Naturaleza de las reacciones nucleares
1.2 Tipos de átomos
Isótopos → Son núcleos del
mismo número atómico pero de
distinta masa atómica.
Isóbaros → Son núcleos de la
misma masa atómica pero de
distinto número atómico.
Isótonos → Son núcleos que
tienen el mismo número de
neutrones y distinto número
atómico y másico.
1. Naturaleza de las reacciones nucleares
1.3 Masa atómica promedio
La masa atómica depende de los isótopos constituyentes.
Se pondera la masa de los isótopos por su abundancia
relativa en la corteza terrestre.
Media aritmética ponderada
54
26
56
26
57
26
58
26
Masa atómica
Fe 5,90%
Fe 91,72%
Fe 2,10%
Fe 0,28%
(m isotopo 1 • % abundancia isotopo 1 + m isotopo 2 • % abundancia isotopo 2 +....)
100
(54 • 5,9) + (56 • 91,72) +Masa atómica Fe =
(57 • 2,1) + (58 • 0,28)
100
Masa atómica Fe = 55,91 uma
2. Desintegración nuclear. Radiactividad
Radiactividad natural
Corresponde a núcleos que se desintegran
espontáneamente, debido a su propia inestabilidad,
con emisión de energía en forma de partículas y/o
radiaciones.
Radiactividad artificial o inducida
Ocurre cuando la reacción no es espontánea, sino
provocada por bombardeo con otra partícula para
formar un núcleo inestable.
La radiactividad es una propiedad inherente
a ciertos átomos, es decir, es una propiedad
atómica.
2. Desintegración nuclear. Radiactividad
2.1 Partículas radiactivas
Partícula alfa (α) • Corresponde a núcleos de
helio, .
• Son partículas de carga +2, y
de masa 4 en la escala de
masas atómicas.
• Su emisión se asocia a
núcleos pesados.
• Cuando un núcleo emite una
partícula α, su número atómico
disminuye en dos unidades, y
su masa atómica disminuye en
cuatro unidades (Ley de
Soddy).
4
2He
2. Desintegración nuclear. Radiactividad
2.1 Partículas radiactivas
Por ejemplo, cuando el núcleo emite una partícula α se convierte en
el núcleo de radio . La reacción nuclear que ilustra este hecho es:
232
90Th228
88Ra
232 4 228
90 2 88
232 228
90 88
Th He + Ra
o bien
Th α + Ra
2. Desintegración nuclear. Radiactividad
2.1 Partículas radiactivas
Partícula beta (β) • Corresponden a electrones, .
• Son partículas de masa
aproximadamente igual a 0 y de
carga –1.
• La emisión de un electrón procede
de la conversión de un neutrón en
un protón.
• Su emisión se asocia a núcleos con
exceso de neutrones.
• Un núcleo se transforma en otro
núcleo situado un lugar adelante en
la Tabla Periódica, sin cambiar su
masa atómica (Ley de Fajans).
0
1e
1 1 0
0 1 1n p + e
2. Desintegración nuclear. Radiactividad
2.1 Partículas radiactivas
228 0 228
88 1 89
228 228
88 89
Ra + Ac
o bien
Ra + Ac
e
Por ejemplo, cuando el núcleo emite un electrón se convierte en . 228
88Ra Ac228
89
2. Desintegración nuclear. Radiactividad
2.1 Partículas radiactivas
Radiación gama (γ)
• Es una radiación electromagnética.
Corresponde a fotones de alta energía.
• Suele acompañar a la emisión de partículas
α y β, estabilizando el núcleo resultante.
• Esta radiación no implica ningún cambio en
el número atómico ni en el número másico.
2. Desintegración nuclear. Radiactividad
2.1 Partículas radiactivas
Otras radiaciones
Captura de electrones Emisión de positrones
Ocurre cuando un protón se
convierte en neutrón.
Captura de un
electrón de capa
interna. También se
denomina a este
proceso captura K.
Emite un “electrón
positivo” .
Se aplica para la
obtención de núcleos
muy pesados.
0
1e𝑝1
1 → 𝑛01 + 𝑒+1
0
𝑝11 + 𝑒−1
0 → 𝑛01
Ejercitación Ejercicio 6
“guía del alumno”
D Aplicación
2. Desintegración nuclear. Radiactividad
2.1 Partículas radiactivas
238 4 234
92 2 90
14 0 14
6 1 7
40 40 0
19 18 1
197 0 197
80 1 79
Emisión α: U He + Th
Emisión β: C + N
Emisión γ: sin cambios
Emisión positrón: K Ar +
Captura electrónica: Hg + Au
e
e
e
Ejemplos de cada uno de los procesos mencionados:
2. Desintegración nuclear. Radiactividad
2.2 Características de las partículas radiactivas
Nivel de penetración
Depende de la velocidad y la masa
asociada a las partículas.
Los rayos gamma son de alta energía y
de longitudes de onda muy cortas. Son
las de mayor nivel de penetración.
Poder de ionización
Depende de la cantidad de energía y carga asociada.
α ion > β ion > ɣ ion
Pregunta oficial PSU
Fuente: DEMRE – U. DE CHILE, modelo pregunta HPC Admisión PSU 2016
Desde el siglo pasado, los reactores nucleares de fisión se han transformado en una opción para la generación de
electricidad, como también en una fuente de radioisótopos con importantes usos en la medicina, la agricultura y la
industria, entre otros. No obstante, el beneficio que se puede obtener de su buen uso, siempre está latente la
posibilidad de un accidente en el reactor que implique la fuga de radiación. En la siguiente figura se representan
algunas características de los tres tipos de radiaciones más comunes emitidas por elementos radiactivos:
Con respecto al poder ionizante de las radiaciones, este está relacionado con la capacidad de desplazar electrones
de átomos o moléculas, generando iones, que en reacciones posteriores pueden llegar a formar radicales libres,
especies altamente reactivas y dañinas. Con respecto al poder de alcance de las radiaciones, se ha determinado que
la radiación alfa recorre un par de centímetros, la radiación beta un par de metros y la radiación gamma varios cientos
de metros, desde la fuente de emisión. De acuerdo con la información anterior y considerando el daño a los seres
vivos causado por una fuga de radiaciones desde un reactor, es correcto establecer que
A) las radiaciones alfa y beta no causarían daño a los seres vivos.
B) las emisiones gamma serían las últimas en afectar a los seres vivos.
C) la radiación alfa causaría graves daños en los órganos internos de los seres vivos.
D) el daño causado a los seres vivos sería directamente proporcional al tamaño de la fuente radiactiva.
E) la ubicación de la fuente de radiación influiría en la magnitud del daño causado a los seres vivos.
ALTERNATIVA CORRECTA
E
Tabla de corrección
Ítem Alternativa Unidad Temática Habilidad
1 E Fenómenos nucleares y sus aplicaciones Comprensión
2 E Fenómenos nucleares y sus aplicaciones Reconocimiento
3 C Fenómenos nucleares y sus aplicaciones Comprensión
4 A Fenómenos nucleares y sus aplicaciones Aplicación
5 C Fenómenos nucleares y sus aplicaciones Aplicación
6 D Fenómenos nucleares y sus aplicaciones Aplicación
7 C Fenómenos nucleares y sus aplicaciones Aplicación
8 C Fenómenos nucleares y sus aplicaciones Comprensión
9 B Fenómenos nucleares y sus aplicaciones Aplicación
10 E Fenómenos nucleares y sus aplicaciones Aplicación
Tabla de corrección
Ítem Alternativa Unidad Temática Habilidad
11 D Fenómenos nucleares y sus aplicaciones Comprensión
12 D Fenómenos nucleares y sus aplicaciones Reconocimiento
13 C Fenómenos nucleares y sus aplicaciones Aplicación
14 C Fenómenos nucleares y sus aplicaciones Comprensión
15 A Fenómenos nucleares y sus aplicaciones ASE
Síntesis de la clase
Átomos
Alfa
Elementos buscan
generar estabilidad
Beta Gamma
Emisiones
ISÓTOPOS
INESTABLES
RADIACTIVIDAD
Aumento nivel de penetración
Aumento poder de ionización
