La física nuclear y el núcleo El núcleo atómico Los elementos Unidad de masa atómica Isótopos Defecto de masa y energía de enlace Radiactividad Decaimiento radiactivo Vida media Reacciones nucleares Fisión nuclear Reactores nucleares Fusión nuclear
El núcleo atómico
Los elementos El número atómico Z de un elemento es igual al número de protones que hay en el núcleo de un átomo de ese elemento. El número de masa A de un elemento es igual al número total de protones y neutrones que hay en su núcleo.
La unidad de masa atómica Una unidad de masa atómica (1 u) es exactamente igual a un doceavo de la masa de la forma más abundante del átomo de carbono. 1 u = 1.6606 x 10-27 kg
Isótopos Los isótopos son átomos que tienen el mismo número atómico Z, pero diferentes números de masa A. El espectómetro de masas se utiliza para separar y estudiar los isótopos.
Defecto de masa y energía de enlace El defecto de masa se define como la diferencia entre la masa en reposo de un núcleo y la suma de las masas en reposo de los nucleones que lo forman. La energía de enlace de un núcleo se define como la energía requerida para separar un núcleo en los nucleones que lo forman.
Radiactividad Existen tres formas principales de emisión radiactiva del núcleo atómico: Partículas alfa (a) Una partícula alfa es el núcleo de un átomo de helio y consta de dos protones y dos neutrones. Partículas beta (b) Una partícula b- es un electrón de carga -e. Una partícula b+ o positrón tiene la misma masa que un electrón, pero con carga +e. Rayos gamma (g) Un rayo gamma es una onda electromagnética de alta energía pero no tiene carga ni masa.
Decaimiento radiactivo (Gp:) Emisión alfa (Gp:) Emisión beta positiva (Gp:) Emisión beta negativa La emisión gamma no afecta los números atómico y de masa.
Vida media La vida media T1/2 de un isótopo radiactivo es el lapso de tiempo en el que decae la mitad de sus núcleos inestables. Un curie (Ci) es la actividad de material radiactivo que decae con una rapidez de 3.7 x 1010 desintegraciones por segundo. donde: N = número de núcleos remanentes N0 = número de núcleos iniciales R = actividad remanente R0 = actividad inicial t = intervalo de tiempo T1/2 = vida media del isótopo
Reacciones nucleares Conservación de la carga: la carga total de un sistema no puede aumentar ni disminuir en una reacción nuclear. Conservación de nucleones: el número total de nucleones en la interacción permanece inalterado. Conservación de la masa-energía: la masa-energía total permanece inalterada en una reacción nuclear. En las reacciones nucleares se deben observar varias leyes de conservación:
Fisión nuclear La fisión nuclear es el proceso por el cual los núcleos pesados se dividen en dos o más núcleos de números de masa intermedios.
Reactores nucleares Un reactor nuclear es un dispositivo que controla la fisión nuclear de material radiactivo, produciendo nuevas sustancias radiactivas y grandes cantidades de energía.
Fusión nuclear Fusión nuclear es la unión de núcleos ligeros para formar un solo núcleo pesado. La unión de nucleones produce una disminución en la masa (defecto de masa) y en la energía. Debido a que la energía debe conservarse, una pérdida de energía en el sistema nuclear significa una liberación de energía fuera del sistema.
Conceptos clave Fuerza nuclear Nucleón Número atómico Número de masa Unidad de masa atómica Isotópos Espectómetro de masas Defecto de masa Energía de enlace Radiactividad Partículas alfa Partículas beta Partículas gamma Vida media Actividad curie Fisión nuclear Reacción en cadena Reactor nuclear Fusión nuclear Moderador
Resumen de ecuaciones 1 u = 1.6606 x 10-27 kg