REACCIONES NUCLEARES

existen dos sistemas que son los más investigados a través de los cuales

se obtiene energía de forma masiva, estos son la fisión y fusión nuclear

Comparación de las reacciones químicas con las reacciones nucleares.

Reacciones químicas-Los átomos se reordenan por la ruptura y formación de enlaces químicos.-Sólo los electrones de los orbitales atómicos están implicados en la ruptura y en la formación de los enlaces.-La reacciones van acompañadas por la absorción o liberación de cantidades de energía relativamente pequeñas.-Las velocidades de reacción se ven influidas por la temperatura, la presión, la concentración y la presencia de catalizadores.

Reacciones nucleares:

-Los elementos (o los isótopos del mismo elemento) 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.

Emisiones radiactivas:Entre 1896 y 1903, los científicos descubrieron que no todos los elementos radiactivos emiten las mismas radiaciones. Algunos emiten radiación más potente que otros, cada una de las cuales transforma el núcleo de distinta manera.Cuando la radiación de la muestra de un elemento radiactivo, como el radio (Ra), se somete a la acción de un campo magnético, se comprueba que existen 3 tipos de emisiones radiactivas.

Las radiaciones α, β y γ se emiten a diferentes velocidades y tienen distintas capacidades de ionizar y penetrar la materia. Los núcleos que emiten radiaciones se llaman radioisótopos.

Partículas alfa: Consiste en un flujo de partículas formadas por 2 protones y 2 neutrones. Una partícula α tiene una masa de 4 uma y una carga igual a +2 y es idéntica a un núcleo de helio (un átomo de helio sin sus 2 electrones); su símbolo es 4He.2

Partículas beta: También están constituidos por haces de partículas y se representan como 0-1e. Las partículas β son idénticas a los electrones, es decir, partículas de carga -1. Corresponden a partículas 7000 veces más pequeñas que las alfa y viajan a una velocidad cercana a la de la luz.

Radiaciones Gamma:Son muy distintas de las radiaciones α y β. Es una radiación electromagnética idéntica a la de la luz, pero con un contenido energético muy superior. Estas propiedades hacen de los rayos gamma sutiles “agujas”, desprovistos de masa, capaces de atravesar la materia y de realizar amplios recorridos sin encontrar ningún obstáculo.

Elementos radiactivos (naturales y artificiales):

Aplicando este concepto, llamamos elemento radiactivo al que tiene alguna proporción de átomos con núcleos inestables, es decir, que se van desintegrando en sucesivas etapas, liberando radiaciones, hasta formar núcleos estables. Todos los átomos de los elementos cuyo número atómico es superior a 83 son radiactivos.

ESTABILIDAD NUCLEAR

Los elementos más estables se encuentran en el área que se denomina el cinturón de estabilidad. Los elementos de bajo número atómico, caen en el cinturón de estabilidad. La mayor parte de los núcleos radiactivos se encuentran fuera de este cinturón.

Arriba del cinturón de estabilidad el núcleo tiene una relación n/p mayor que en aquellos que se encuentran dentro del cinturón. Para disminuir esta relación y así descender al cinturón de estabilidad, estos núcleos deberán emitir partículas beta.

Los núcleos que se encuentran bajo el cinturón de estabilidad tienen una relación n/p menor que los que están en el cinturón, y para incrementar dicha relación, estos núcleos deberán emitir un positrón o bien capturar electrones

Ecuaciones nucleares:Los procesos radiactivos se representan por medio de ecuaciones

nucleares.Cuando un núcleo se convierte en otro, la masa comprometida en el

proceso (la masa de los protones y neutrones) debe ser la misma antes y después de la desintegración. Por lo tanto, la suma de los superíndices (número másico) y de los subíndices (número atómico) debe ser igual en

ambos lados de la ecuación.

Emisión alfa, beta, positrón

Ejemplos de los procesos del decaimiento nuclear

emisión a(alfa)

emisión b(beta)

emisión b+ (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.)

Reacciones nucleares

Ra Ra 222

86

4

2

226

88 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)

¿?

¿?

Preparación de elementos transuránicos

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

Emisión Alfa

Si el núcleo del átomo de un elemento radiactivo emite una partícula alfa, se origina otro nuevo elemento cuya masa atómica ha disminuido en 4 unidades y su número atómico disminuye en 2 unidades.

NOTA: Al emitir la partícula alfa el elemento formado se hallará dos lugares a la izquierda del sistema periódico; por haber perdido 2 protones de su núcleo.Un ejemplo peculiar es el decaimiento del uranio-235, que se convierte en

torio-231:

Desintegración beta o emisión beta Son electrones

Durante este proceso, el radionúclido eleva en una unidad su número atómico (pues cuenta con un protón adicional), y mantiene constante su número de masa. Dicho de otra menera si el núcleo del átomo de un elemento radiactivo emite una partícula beta, el nuevo elemento originado no experimenta variación en su masa atómica; pero su número atómico aumenta en una unidad.

Un ejemplo particular es el torio-231, que se convierte en protactinio-23 1 por emisión beta:

Desintegración gamma (γ):

Al igual que los electrones excitados de los átomos, que al volver a estados más estables emiten radiación electromagnética, los núcleos inestables también pueden hacerlo, salvo que en este caso la radiación es mucho más energética y se denomina gamma. El núclido no cambia su número atómico ni el de neutrones; simplemente reduce su energía.

· Desintegración de un positrón (0+1e):Si el núcleo de un átomo emite un positrón, el nuevo elemento originado no experimenta variación en su masa atómica, pero su número atómico disminuye en una unidad.El nuevo elemento se hallará situado hacia la izquierda del sistema periódico (un casillero menos).

SERIE RADIACTIVA

Alrededor de 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 He – 4 , carbono – 12, carbono – 13, oxigeno – 16, y aproximadamente 206 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 cuál comienza con un núcleo radiactivo y termina con un núcleo estable.

Escriba ecuaciones nucleares balanceadas para las desintegraciones siguientes:sodio-24 a magnesio-24; b) mercurio-188 a oro-188 ; c) yodo-122 a xenón-122; d) plutonio-242 a uranio-238.

Complete y balancee las ecuaciones nucleares siguientes:a) 214 Bi β - + ........

b) b) 195Au 4He

c) 38K . ....... + β +

d) 214At .......... + 4He

Complete y balancee las ecuaciones nucleares siguientes:

a) 32S + 1n 1p + ........

b) 235U + 1n 135 Xe + 2 1 n + ......... c) 98Mo + 2H 1 n + ...........

d) 2 H + 3 He 4 He + ........... e) 14 N ( p , α ) 11C

f) 18O ( n , ..... ) 19F g ) ......... ( α , β ) 63 Cu

a) ¿Qué ocurre cuando un núclido emite una partícula alfa? ¿Y cuando emite una partícula beta? b) Calcule el número total de emisiones alfa y beta que permitirán completar la siguiente transmutación:

235 207

U 95 Pb 82

Algunos átomos de nitrógeno de masa 14 uma y Z=7 chocan con un neutrón y se transforman en carbono (de masa 14 uma y Z=6que, por emisión β, se convierte de nuevo en nitrógeno. Escriba las correspondientes reacciones nucleares. b) Los restos de animales recientes contienen mayor proporción de carbono14 que los restos de animales antiguos. ¿A qué se debe este hecho y qué aplicación tiene?

COMIENZAN LOS CÁLCULOS

Un reactor es un horno nuclear que calienta grandes cantidades de agua hasta el punto de ebullición. En las centrales nucleo-eléctricas, el vapor liberado alimenta una turbina, y esta, a su vez, a un generador eléctrico de 21.000 volts, del cual parten las líneas de alimentación que se extienden a lo largo de cientos de km. por el país….informacion usa new york 2008El calor producido en el reactor proviene de la fisión de núcleos de uranio-235, que se fragmentan al absorber un neutrón, en dos elementos químicos diferentes, por ejemplo Kriptón (Kr) y Bario (Ba), más tres neutrones. Estos nuevos neutrones fisionan nuevos núcleos de uranio-235 y se establece una reacción en cadena. Si la masa de uranio-235 supera cierto valor crítico, se produce una explosión, como en una bomba atómica. La única manera de controlar la reacción, es intercalar en el combustible un material absorbente de neutrones como el cadmio o el boro, en forma de barras

La materia es una forma de energía. En un reactor, se verifica la conversión de la masa en energía, ya que en cada fisión de un núcleo de U-235 la masa sumada de los fragmentos es menor que la mas del núcleo de U-235. Esta masa perdida se libera como energía cinética de los fragmentos y como radiación gamma. La ecuación que rige este proceso es la famosa fórmula hallada por A. Einstein:

E = ∆m . c2

∆m: es la masa en gramos convertida en energía y c es la velocidad de la luz en el vacío (c=3 . 1010 cm/seg). Una unidad de energía muy usada en física nuclear es el MeV (mega-electrónvoltio), que equivale a 1,6 . 10-6 erg.

CONSTANTES DE USO EN CALCULO DE ENERGIA

1 ev= Equivale a 1,602176462 × 10-19 J

1 MeV = 103 keV = 106 eV

1 MeV = 1.6021773.10-13 julio

CALCULOS DE MASA:

1UMA= 1,7. 10 -27 kg

El 88226 Ra se desintegra radiactivamente para dar 86

222 Rn .Indique el tipo de emisión radiactiva y escriba la correspondiente ecuación. Calcule la energía liberada en el proceso.

c = 3·10 8 m/s; m (Ra) = 225,9771 u ; m (Rn) = 221,9703 u ; m (He) = 4,0026 u ;1 u = 1,67·10 -24 kg

En la reacción del 36 Li con un neutrón se obtiene un núclido X y

una partícula alfa. Escriba la reacción nuclear y determine las características del núclido X resultante.%Calcule la energía liberada en la reacción de fusión:1

2 H + 12 H ----> 2

4 Hec = 3·10 8 m/s; 1 u = 1,67·10 -24 kg; m ( 2

4 He ) = 4,0026 u ; m ( 12 H)=

2,0141 u

Equivale a 1,602176462 × 10-19 J

Equivale a 1,602176462 × 10-19 J1 MeV = 103 keV = 106 eV

1 ev= Equivale a 1,602176462 × 10-19 J 1 MeV = 103 keV = 106 eV

1 MeV = 1.6021773e-13 julio

1 MeV = 103 keV = 106 eV

A ESTUDIAR………….