Química Electivo
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FENÓMENOS NUCLEARES II TEMAS Uno de los conceptos más utilizados en química nuclear es el que se refiere a la vida media que posee un elemento radioquímico. Vida Media Este concepto se define como el tiempo que necesita la mitad de los átomos de una determinada muestra para sufrir una desintegración nuclear. Veamos algunos ejemplos:
Como vemos, el período de vida media es característico para cada isótopo. Lo mismo ocurre con el tipo de emisión liberada en cada desintegración. Ejemplos: 1. Determinar la vida media de un isótopo radioactivo del que se tiene una muestra de 20 gramos y que se desintegra hasta 5 gramos, durante un período de 16 años. Solución: El concepto de vida media dice que es el tiempo que se demora una muestra en desintegrarse hasta la mitad. Por lo tanto, partiendo de la cantidad inicial, tenemos:
Tal como podemos observar, han ocurrido dos desintegraciones durante los 16 años, luego, el período vida media se determina de la siguiente forma: 2 t ½ = 16 t ½ = 8 años 2. Calcular la masa residual de un isótopo radioactivo cuando han transcurrido 60 días de desintegración, si se dispone de 16 gramos del isótopo, cuya vida media es de 15 días. Solución: Utilizando el concepto de vida media y partiendo de la masa inicial del isótopo, se tiene: 16 g iniciales ® 16/2 = 8 g ® 8/2 = 4 g ® 4 /2 = 2 g ® 2/2 = 1 g finales Como podemos observar, la masa residual, es decir, la masa que aún queda del isótopo, luego de haber transcurrido los 60 días, es de 1 gramo de dicho isótopo. La fisión ocurre cuando el núcleo de un átomo se divide en dos núcleos más pequeños, por lo tanto, más livianos. Además, se emiten neutrones y fotones, generalmente rayos gamma, lo cual supone involucrar cantidades substanciales de energía durante el proceso. La fisión se puede inducir por varios métodos, incluyendo el bombardeo del núcleo de un átomo fisionable con otra partícula de la energía correcta que, generalmente, es un neutrón libre. Este neutrón libre es absorbido por el núcleo, haciéndolo inestable. Entonces, el núcleo inestable se partirá en dos o más núcleos, los que, en definitiva, constituirán los productos de la fisión. Además, en una reacción de fisión, se pueden generar hasta siete neutrones libres (con un promedio de dos y medio neutrones por reacción), y algunos fotones. En general, este proceso genera mucha más energía que la que se libera en las reacciones químicas. En este caso, la energía se libera en la forma de radiación del fotón (como rayos gamma) y en la energía cinética de los núcleos y de los neutrones resultantes. Los núcleos atómicos lanzados como productos de la fisión pueden ser varios elementos químicos. Los elementos que se producen durante la reacción es algo al azar. Sin embargo, estadísticamente se ha comprobado que el resultado más probable es encontrar núcleos con la mitad de protones y neutrones del átomo fisionado original. Los productos de la fisión son, generalmente, muy radiactivos. Debido a esto, dichos isótopos decaen mediante las cadenas de desintegración o series radioactivas. 92U235 + 0n1 ? 56Ba142 + 36Kr91 + 3 0n1 + 1,9 x 1010 kj.
La fusión nuclear es el proceso mediante el cual dos núcleos atómicos se unen para formar uno de mayor peso atómico. El nuevo núcleo tiene una masa inferior a la suma de las masas de los dos núcleos que se han fusionado para formarlo. Esta diferencia de masa es liberada en forma de energía. La energía que se libera varía en función de los núcleos que se unen y del producto de la reacción. La cantidad de energía liberada corresponde a la fórmula E = mc², donde m es la diferencia de masa observada en el sistema antes y después de la fusión. Como los núcleos atómicos tienden a repelerse debido a su carga positiva, la fusión solo puede darse en condiciones de temperatura y presión muy elevadas, lo que permite compensar la fuerza de repulsión. La temperatura elevada hace que aumente la agitación térmica de los núcleos y esto los puede llevar a fusionarse, debido al efecto túnel. Para que esto ocurra son necesarias temperaturas del orden de millones de grados. El mismo efecto se puede producir si la presión sobre los núcleos es muy grande, obligándolos a estar muy próximos. La reacción de fusión más sencilla (esto es, la que requiere menos energía) es la reacción entre el deuterio (1H2) y el tritio (1H3) para formar helio (2He4). 1H2 + 1H3 ® 2He4 + 0n1 + Energía La fusión nuclear es el proceso que se produce en las estrellas y que hace que brillen. Al contrario que la fisión nuclear, no se ha logrado utilizar la fusión nuclear como medio rentable (o sea, la energía aplicada al proceso es mayor que la obtenida por la fusión) para obtener energía, aunque hay numerosas investigaciones en esa dirección. Hasta el momento, la fusión nuclear controlada se utiliza sólo en la investigación de futuros reactores de fusión, aunque aún no se ha logrado realizar reacciones de este tipo que sirvan para generar energía de forma útil.
4. Consecuencias para la salud a raíz de la exposición a las Radiaciones Ionizantes Los efectos de la radioactividad sobre la salud son complejos, puesto que dependen de la dosis absorbida por el organismo. Como no todas las radiaciones tienen la misma nocividad, se multiplica cada radiación absorbida por un coeficiente de ponderación, para tener en cuenta las diferencias. Esto se llama dosis equivalente y se mide en sieverts. En general, se sabe que una radiación alfa o beta es relativamente poco peligrosa fuera del cuerpo. En cambio, es extremadamente peligrosa cuando se inhala. Por otro lado, las radiaciones gamma son siempre dañinas puesto que se las neutraliza con dificultad. El riesgo para la salud no sólo depende de la intensidad de la radiación y la duración de la exposición, sino también del tipo de tejido afectado y de su capacidad de absorción, por ejemplo, los órganos reproductores son 20 veces más sensibles que la piel.
5. Utilización de la Energía Nuclear Uso Pacífico Reactores nucleares
Usos médicos
Usos en agricultura
Radiación de alimentos
Datación arqueológica
Uso Bélico La fabricación de armas nucleares está basada en el principio de la fisión nuclear, puesto que en este proceso se logran liberar enormes cantidades de energía y calor. De esta forma, el poder destructivo es superior a los 10 megatones. Transmutación Nuclear Artificaial Es la reacción de transformación de un elemento en otro, que se realiza dentro de un acelerador de partículas. Con este método, se ha logrado sintetizar elementos transuránicos (más pesados que el uranio) y descubrir una infinidad de subpartículas nucleares, como el quarks. |
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