Observatorio Heliosférico Solar (SOHO) capturó esta imagen en negativo el 4 de noviembre de 2003 de la súper llamarada X28 cerca de un lado del sol. http://www.zippyvideos.com/6057513513649906/atomic_bomb_explosion/ Introducción
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.
H 1 1 Nº atómico Z= protones protones + neutrones Nº másico = A (Gp:) p+ 1.-ESTABILIDAD E INESTABILIDAD NUCLEAR Nucleo neutrones + protones = positivo Corteza electrones = negativo (Gp:) n = Nº atómico Z = protones Nº másico A = protones + neutrones X Z A 1.1.- El Nucleo
(Gp:) p+ (Gp:) n Protones y neutrones = nucleones Protones y neutrones juntos empaquetados en el núcleo poco espacio libre Volumen del núcleo es proporcional a la masa Radio 10.000 veces menor que el del átomo
Ley de Coulomb Fuerza de Coulomb = k q1q2 r2 Fuerza nuclear = fuerza de atracción entre los nucleones (Gp:) p+ (Gp:) n Es la más fuerte de las que se han descubierto Expresa el valor de atracción entre cargas opuestas Actúa entre protones, entre neutrones … y entre protones y neutrones
(Gp:) a) Energía potencial entre un par de protones La naturaleza exacta de la fuerza nuclear aún no se conoce. Su valor es 30-40 veces la repulsión de Coulomb a muy corto radio de acción 1 X 10-13 cm Atracción Repulsión
(Gp:) b) Energía potencial entre un protón y un neutrón Un neutrón y un protón no se repelen ni se atraen entre sí hasta que alcanzan la distancia a la que puede actuar la fuerza nuclear. Sin interacción Atracción Repulsión
1.2.- Energía de unión nuclear E= mc2 Energía en julios (kg m2 sg-2) Masa en kg Velocidad de la luz en m/sg Al tratar con las fuerzas nucleares y partículas subatómicas es cuando tenemos que considerar más seriamente esta relación En la mayor parte de las reacciones químicas el cambio de masa es demasiado pequeño para ser considerado La equivalencia entre la masa y la energía fue formulada por Albert Einstein en la célebre ecuación Se conservan: la masa y su equivalente en energía o la energía más su equivalente en masa
No se ha encontrado ningún modo de combinar directamente los protones y los neutrones para formar un núcleo. definimos la energía de unión nuclear como la energía que se liberaría en la combinación de los nucleones para formar un núcleo. Sin embargo masa de un átomo masa total de los electrones, los protones y neutrones Esta diferencia representa la energía que mantiene unido al núcleo la energía de unión nuclear la energía de unión nuclear
EJEMPLO La masa atómica real del Ca es de 39,96259 uma. Encontrar la enegía de unión para este núclido, utilizando 1,008665 uma para la masa de un neutron y 1,007825 uma para la masa del hidrógeno atómico. El cambio de masa en la formación de un átomo de 4020Ca de 20 neutrones y 20 átomos de hidrógeno es: = – 0,36721 uma Dm= (masa del núclido) – (20) (masa del neutrón) -(20)(masa del hidrógeno) = (39,96259 uma) -(20)(1,008665 uma) -(20) (1,007825 uma)
Habitualmente, las energías se expresan en millones de electrón voltios (MeV) en vez de julios, cuando se trata de procesos nucleares. Para convertir esta masa, en uma, en kilogramos: (-0.36721 uma)(1,6605655 ·10-27 kg/uma)= -6.0978 ·10-28 kg De acuerdo con la teoría de Einstein masa-energía, el equivalente energético de esta masa se calcula de este modo: E = mc2 = (-6,0978 ·10-28 kg)(2,9979 ·108 m/seg)2 = – 5,4804 · 10-11 kg m2/seg2 = – 5,4804 · 10-11 J
(- 5,4804 · 10-11 J) (1 MeV /1,6021892 · l0 -13 J) = 342,06 MeV Utilizando el factor de conversión 1 MeV = 1,6021892 · 10-13 J nos da Puesto que a energía de unión se considera positiva, tenemos como respuesta un valor de 342,06 MeV para la energía de unión del 4020Ca
Las reacciones nucleares tienen energías que son del orden de uno o más millones de veces superiores a las de las reacciones químicas. La energía de unión por nucleón (denominada también energía de unión media) es la energía de unión nuclear de un núcleo dividida por el número de nucleones de este núcleo. La energía de unión por nucleón es más útil que la energía de unión nuclear, para comparar la estabilidad de un núcleo con la de otro.
El hierro y el níquel se hallan entre los elementos más abundantes del universo y su estabilidad contribuye a eso C Los elementos posteriores al carbono tienen energías de unión por; nucleón que varían entre unos 7.5 y 8,8 MeV Al aumentar la energía de unión, más estable es el núclido. más estables ? números másicos intermedios 40 – 100 el máximo corresponde a hierro, cobalto y níquel. elementos más pesados la energía de unión por nucleón desciende 7,5 MeV
La conversión de elementos de número másico más pequeño o más grande en elementos de la mitad de la curva libera energía
La fusión nuclear es la combinación de dos núcleos ligeros para dar un núcleo más pesado de número másico intermedio Conversión La fisión nuclear es la división de un núcleo pesado en dos núcleos más ligeros de número másico intermedio pueden formarse, también, otras partículas. unión división La masa total de los núcleos implicados disminuye en ambos procesos se libera energía.
1.3.- Radioactividad La radioactividad es la emisión espontánea, por parte de núcleos inestables, de partículas o de radiación electromagnética, o de ambas. Los isótopos que se descomponen espontáneamente de este modo, se denominan isótopos radioactivos (o radioisótopos).
Natural descomposición de los isótopos radioactivos que se encuentran en la naturaleza. Artificial la descomposición de los isótopos radioactivos obtenidos por el hombre. La radioactividad puede ser: Los isótopos estables no se descomponen espontáneamente
Los tres tipos de emanaciones de los elementos radioactivos naturales se designaron por las tres primeras letras del alfabeto griego: a,b y g Estas emanaciones están caracterizadas por sus masas relativas, o carencia de masa, y su comportamiento en un campo eléctrico
Los rayos a (rayos alfa) tienen carga positiva y una masa relativamente grande en comparación con la de los rayos b (rayos beta), cargados negativamente. Los rayos g son neutros y no tienen masa. Aunque al principio no se sabía que eran, luego se les identificó como un tipo altamente penetrante de radiación electromagnética o una forma de luz más energética que la luz visible. explosiones de rayos gamma
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· Los rayos gama fueron descubiertos por Paúl Villard. Partícula a · Los rayos alfa son partículas con carga positiva. No están constituidos por radiación (energía electromagnética) · se mueven comparativamente con mucha lentitud, aproximadamente 20 000 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 (300 000 km/s) · son partículas subatómica de mayor poder de penetración que las partículas alfa.
TIPOS DE RADIACIÓN ALFA: núcleos de Helio ( = 2 protones + 2 neutrones) BETA: electrones GAMA: luz (ondas electromagnéticas)
Rutherford y Frederick Soddy concluyeron en 1902: en el proceso de descomposición radioactiva un elemento se transforma o se transmuta en otro elemento. Rutherford había hecho la siguiente observación: «Por amor de Dios, Soddy, no lo llamemos transmutación; nos cortarán la cabeza por alquimistas»
La alquimia en la cultura popular es citada con mayor frecuencia en novelas, películas y espectáculos resumido al proceso usado para transformar plomo (y otros metales) en oro. Otra de las metas de la alquimia es la búsqueda de la piedra filosofal, con la que lograr la habilidad para transmutar las substancias impuras en su forma más perfecta, oro en la naturaleza metálica y la vida eterna en la naturaleza animal.
1.4.- Isótopos Cuatro quintos de los elementos se encuentran en la naturaleza como mezclas de isótopos Un isótopo natural que se encuentra en la naturaleza y puede ser estable o radioactivo = isótopo artificial
Un tercio aproximadamente de los elementos poseen isótopos naturales radioactivos Todos los isótopos de los elementos más pesados que el Bi son radiactivos Casi todos los isótopos naturales radiactivos, de abundancia mesurable, se descomponen muy lentamente y existen desde que se formó la Tierra Son excepciones el tritio (hidrógeno-3), muy escaso, y el carbono-l4. Estos dos núclidos se están formando continuamente al bombardear otros núclidos con rayos cósmicos (Gp:) p+ (Gp:) p+ (Gp:) e-
Propiedades físicas y químicas de los isótopos Las diferencias son mayores con lo isótopos de los elementos más ligeros y son máximas con los del hidrógeno (A = 1,2,3). Los isótopos del mismo elemento tienen, básicamente, las mismas: propiedades físicas y químicas. su separación es muy difícil Los isótopos del mismo elemento experimentan las mismas reacciones químicas. la velocidad de las reacciones: puede diferir ligeramente la diferencia en la velocidad aumenta al aumentar la diferencia relativa en el número másico
2H2O ? H2 + O2 2D2O ? D2 + O2 + lenta ? Se puede producir agua deuterada Se pueden separar….
separación por difusión gaseosa separación por centrifugación gaseosa separación aerodinámica separación por intercambio químico separación por intercambio iónico separación de isótopos por «láser» de vapor atómico separación de isótopos por «láser» molecular separación de plasma separación electromagnética Los isótopos más pesados deben separarse por métodos físicos. Uno de los principales obstáculos a superar en la fabricación de la primera bomba atómica fue el aislamiento de una cantidad lo bastante grande de uranio-235
– Para elementos más ligeros la relación neutrón-protón es 1: 1. – Para los núcleos más pesados, el número de la relación neutrón-protón es 1,5 1.5.- Relación neutrón-protón estabilidad del núcleo relación entre neutrones y protones
“PARECE que…” Los neutrones adicionales proporcionan la fuerza nuclear adicional que se necesita para mantener reunidos a un número mayor de protones dentro del núcleo. Cuando el número atómico llega a ser 83, ni los neutrones adicionales son suficientes para mantener la estabilidad y todos los núclidos de Z > 83 son inestables y radioactivos.
83
“PARECE que…” Los neutrones adicionales proporcionan la fuerza nuclear adicional que se necesita para mantener reunidos a un número mayor de protones dentro del núcleo. Cuando el número atómico llega a ser 83, ni los neutrones adicionales son suficientes para mantener la estabilidad y todos los núclidos de Z > 83 son inestables y radioactivos. Para cada carga nuclear es necesaria una relación neutrón-protón, dentro de un margen determinado, para la estabilidad. la radioactividad es la transformación de núcleos inestables en núcleos con relaciones neutrón-protón más favorable.
Los núclidos con demasiados protones se encuentran por debajo de la curva de núcleos estables y se desintegran de modo que el resultado neto es la conversión de un protón en un neutrón. Los núclidos con demasiados neutrones se encuentran por encima de la curva de núcleos estables se descomponen de modo que el resultado neto es la conversión de un neutrón en un protón.
1.6.-Vida media Es el tiempo necesario para que se desintegren la mitad de los núcleos presentes en una muestra de un isótopo radioactivo. Una forma adecuada de caracterizar a un isótopo radioactivo es por su vida media La vida media de un isótopo dado es siempre la misma ; no depende de cuántos átomos se tengan o cuánto tiempo hayan estado allí.
El margen de vidas medias de los isótopos radioactivos oscila desde unos pocos microsegundos hasta 1.015 años El carbono-14 A mediados del siglo pasado, el químico norteamericano Willard Frank Libby (1908-1980) y sus colaboradores desarrollaron un método basado en la desintegración del carbono-14, radiactivo, que sirve para calcular edades entre unos cientos de años hasta 50 000 años.
ESTA PRESENTACIÓN CONTIENE MAS DIAPOSITIVAS DISPONIBLES EN LA VERSIÓN DE DESCARGA