FENÓMENOS NUCLEARES Y SUS APLICACIONES

1. Colegio Andrés Bello Chiguayante FENÓMENOS NUCLEARES Y SUS APLICACIONES Jorge Pacheco R. Profesor de Biología y Química

2. FENÓMENOS NUCLEARES Y SUS APLICACIONES • APRENDIZAJES ESPERADOS: • Distinguen emisiones radiactivas y sus propiedades. • Identifican los factores determinantes de la estabilidad nuclear.

3. ¿QUÉ SABES SOBRE LOS FENÓMENOS NUCLEARES? • ¿Quién descubrió que los átomos tenían un núcleo? • Respuesta: • El químico y físico británico ErnestRutherford, el consideró que toda la masa de un átomo y su carga positiva se encontraría en un espacio extremadamente pequeño, a este le llamó núcleo atómico.

4. ¿QUÉ SABES SOBRE LOS FENÓMENOS NUCLEARES? • ¿Qué aporte hizo a la ciencia Henry Moseley? • Respuesta: • Su principal contribución fue la justificación cuantitativa del concepto de número atómico en la Ley de Moseley mencionando que los núcleos atómicos contienen cargas positivas iguales a su número atómico.

5. ¿QUÉ SABES SOBRE LOS FENÓMENOS NUCLEARES? • ¿En qué años fueron descubiertos el electrón, el núcleo, el protón y el neutrón? • Respuesta: • Electrón: Descubierto por Thomson en 1897. • Núcleo: En el año 1911   después de la realización del "experimento de la lámina de oro", de ErnestRutherford. • Protón: Generalmente se acredita a ErnestRutherford en el año 1918. • Neutrón: En el año 1932, James Chadwick realiza el descubirmiento del neutrón siendo fundamental en el campo de la ciencia nuclear.

6. ¿QUÉ SABES SOBRE LOS FENÓMENOS NUCLEARES? • ¿Por qué algunos núcleos son estables y otros inestables? • Respuesta: • Los núcleos atómicos se comportan como partículas compuestas a energías bajas. • La mayoría de los núcleos atómicos por debajo de un cierto peso atómico y que además presentan equilibrio entre protones y neutrones son estables. • Los núcleos con demasiados neutrones o protones son inestables.

7. LA ENERGÍA GUARDADA EN EL NÚCLEO ATÓMICO

8. COMPARACIÓN ENTRE REACCIONES

9. NOTACIÓN NUCLEAR • Con el fin de estudiar las reacciones nucleares, es preciso entender cómo se escriben y balancean sus ecuaciones. • Además de escribir los símbolos de los distintos elementos químicos, también se debe indicar, de manera clara, el valor de la masa (A )y la carga nuclear (Z) que hay en cada especie. • Se debe balancear la ecuación nuclear cumpliendo que: el número total de protones y neutrones en los productos y reactivos debe ser el mismo (para conservar el número de masa) y el número total de cargas nucleares en los productos y reactivos debe ser el mismo (para conservar el número atómico).

10. PARTÍCULAS ELEMENTALES ECUACIONES NUCLEARES

11. EMISIONES RADIACTIVAS

12. Partícula a • Los rayos alfa son partículas con carga positiva. No están constituidos por radiación (energía electromagnética). • Se mueven comparativamente con mucha lentitud, aproximadamente 20000 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 (300000 km/s). • Son partículas subatómica de mayor poder de penetración que las partículas alfa. • 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.

13. TIPOS DE RADIACIÓN ALFA: núcleos de Helio ( = 2 protones + 2 neutrones) BETA: electrones GAMA: luz (ondas electromagnéticas)

14. EMISIONES RADIACTIVAS Ver Animación

15. Captura en negativo el 4 de noviembre de 2003 de la súper llamarada X28 cerca de un lado del sol por el Observatorio Heliosférico Solar (SOHO)

16. RADIOISÓTOPOS

17. 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.

18. BALANCE DE ECUACIONES NUCLEARES • Conservar el número de masa (A). La suma de protones más los neutrones en los productos debe igualar la suma de protones más neutrones en los reactivos. 1 138 96 235 1 + n n + + 2 U Cs Rb 0 • Conservar el número atómico(Z). 55 37 92 0 La suma de Z en los productos debe igualar la suma de Z en los reactivos.

19. DESINTEGRACIÓN  - 40 14 1 0 0 0 40 14 1 + + + K C n p Ca N    20 7 1 -1 -1 -1 0 19 6 Aumenta el número de protones en 1 Disminuye el número de neutrones en 1

20. DESINTEGRACIÓN  + (POSITRÓN) 38 14 1 0 0 0 38 14 1 + + + K C p n Ar B    18 5 0 +1 +1 +1 1 19 6 Disminuye el número de protones en 1 Aumenta el número de neutrones en 1

21. DESINTEGRACIÓN ALFA 226 208 234 4 4 4 212 238 230 + + + Po U Po Ra Th Pb He He He 82 90 88 2 2 2 84 90 92 Disminuye el número de protones en 2 Disminuye el número de neutrones en 2

22. BANDA DE ESTABILIDAD NUCLEAR X Y n/p demasiado grande Desintegración beta Cinturón de estabilidad Número de neutrones Neutrone/protones = 1 n/p demasiado pequeño Desintegración de positrón o captura de eléctrón Número de protones

23. SERIE DE DECAIMIENTO DEL URANIO DN velocidad = - Dt DN - = lN Dt ln2 = l t½ Cinética de la desintegración radiactiva N hijo velocidad = lN N = N0exp(-lt) lnN = lnN0 - lt N = el números de átomos en tiempo t N0 = el números de átomos en tiempo t = 0 l es la constante de desintegración

24. REVISIÓN • ¿En qué consiste la radiactividad? • Respuesta: • La radiactividad es un proceso en el que se libera gran cantidad de energía debido a la desintegración de núcleos de átomos inestables. • La radioactividad es la emisión espontánea, por parte de núcleos inestables, de partículas o de radiación electromagnética, o de ambas.

25. REVISIÓN • ¿Qué son los elementos radiactivos? • Respuesta: • Elementos que poseen la propiedad de emitir espontáneamente partículas o rayos por desintegración del núcleo atómico. Ejemplo son el torio, el polonio, y el radio.

26. REVISIÓN • Un elemento 237X93 emite sucesivamente las partículas , , , , , . Indica los tipos de isótopos que se producen en cada una de las emisiones. • Respuesta:

27. REVISIÓN • ¿En qué consiste el decaimiento exponencial? • Respuesta: • Modelo matemático (función exponencial) de utilidad para predecir fenómenos de decaimiento o disminución como es el radiactivo.

28. REVISIÓN • ¿Qué es la vida media? • Respuesta: • Es el tiempo necesario para que se desintegren la mitad de los núcleos presentes en una muestra de un isótopo radiactivo. • La vida media permite caracterizar a un isótopo debido que siempre es la misma.

29. REVISIÓN • Determinar aproximadamente la vida media del isótopo radiactivo según datos de la siguiente tabla. 6 días 7 días 6 días 15 días 6 días

30. REVISIÓN • ¿Cuál es la diferencia entre 0e-1 y 0-1? • Respuesta: • La diferencia fundamental entre un electrón con respecto a la partícula beta es el origen nuclear. No se trata de un electrón ordinario expulsado de un orbital atómico.

31. Colegio Andrés Bello Chiguayante Muchas Gracias Jorge Pacheco R. Profesor de Biología y Química