014 - quimica ii

Alexander Fleming 20 aos insuperables en tu preparacin

225

GUA 2 - CIENCIAS

DEFINICIN.- La qumica nuclear estudia los cambios naturales y artificiales que ocurren en el ncleo de los tomos (Nclidos) inestables. Esta rama de la qumica y la fsica, comienza con el descubrimiento del fenmeno de radioactividad por parte de Becquerel, luego los esposos Curie y Ernest Rutherford, principalmente, describen ampliamente este fenmeno. Posteriormente, los cientficos de EE.UU y la antigua URSS, desarrollaron tecnologas muy sofisticadas para aprovechar la poderosa energa nuclear, lamentablemente con fines blicos, para fabricar armas nucleares muy poderosas como la bomba atmica, la bomba de hidrogeno o la bomba de neutrones. Sin embargo, en la actualidad, la energa nuclear tambin se utiliza con fines pacficos; como por ejemplo, para producir electricidad, fabricar motores atmicos o pilas atmicas, para el tratamiento de cncer y en otros campos de la actividad humana.

El acelerador de partculas, es una gran promesa para reconstruir y entender la evolucin del universo, as como para entender de manera ms precisa cmo interactan las partculas ms diminutas del tomo.

En las reacciones nucleares, se desprenden grandes cantidades de energa, esto se debe a que se forman nuevas sustancias simples; incluyendo nuevas partculas del tomo. 1. DE LOS NUCLIDOS Los tomos de un elemento dado pueden tener diferente

nmero de neutrones y por tanto, diferente nmero de masa. El nmero de masa es el nmero total de nucleones (protones y neutrones) que hay en el ncleo.

Los tomos que tienen el mismo nmero atmico pero

distinto nmero de masa se conocen como istopos.

Por ejemplo, los tres istopos del uranio presentes en la naturaleza se identifican como uranio 234, uranio 235 y uranio 238, donde los nmeros de masa diferencian cada istopo del otro. Estos istopos tambin se designan usando smbolos genricos como:

234U

92, 235

U92

, 238

U92

El subndice es el nmero atmico y el superndice es el nmero de masa.

Los diversos istopos tienen diferente abundancia natural,

por ejemplo el 99,2745 % del uranio natural es uranio 238, el 0,72 % es uranio 235 y 0,0055% (trazas) de uranio 234. Los distintos ncleos tambin tienen diferente estabilidad.

Las propiedades nucleares de un tomo dependen del

nmero de protones y neutrones que hay en su ncleo. Los ncleos que son radiactivos se llaman radionclidos y

los tomos que contienen estos ncleos se conocen como radioistopos.

En 1896, el fsico francs Henri Becquerel estudiaba el

fenmeno fosforescencia en minerales de uranio (en la pechblenda) cuando descubri accidentalmente la radioactividad.

Una roca de pechblenda que contiene uranio, al estado primitivo

Becquerel efectu muchos ms experimentos y encontr que el uranio metlico produca las mismas emisiones que las sales de uranio pero ms fuertes an. Becquerel estaba totalmente desconcertado De dnde provena toda esa energa? La radiacin nada tena que ver con la fosforescencia.


GUA 2 - CIENCIAS 226

Los esposos Pierre y Marie de Curie posteriormente llamaron radioactividad al fenmeno confirmaron que el mismo uranio metlico era radioactivo, as tambin Marie Curie, prob que lo mismo pasaba con la pechblenda, un mineral comn que contiene uranio y otros metales (plomo, bismuto y cobre).

2. PRINCIPALES EMISIONES RADIOACTIVAS 2.1. Radiaciones Alfa:

Rutherford descubri que la radiacin alfa, se compone de partculas que al pasar por un campo elctrico, son atradas hacia el lado negativo del campo, hecho sus posteriores estudios revelaron que estas partculas alfa son ncleos helio, 2He

2+ de poder limitado de penetracin, no daan la materia, pero si se ingiere los elementos radiactivos (uranio, radio, polonio, etc.) con los alimentos contaminados, al acumularse estos en alguna parte de nuestro organismo, produce daos internos (generacin de clulas cancergenas).

Este tipo de radiacin puede ser detenida por la piel, la ropa

o varias hojas de papel porque su velocidad es de aproximadamente 20 000 km/s.

2.2. Radiaciones Beta: En el mismo experimento, Rutherford encontr otro tipo de

radiacin ms penetrante a la que la llam radiacin beta,

partculas con carga negativa, atradas por la placa positiva.

Becquerel mostr que estas partculas tienen una carga

elctrica y una masa iguales a las del electrn. Las partculas beta son electrones expulsados a gran

velocidad algunos ncleos radiactivos. Estos rayos producen mayores daos superficiales en la materia orgnica viva, producen quemaduras en la piel y daan los ojos.

Son ms penetrantes que las partculas alfa por su mayor

velocidad 270 000 km/s por lo que se requiere un trozo de aluminio de un espesor de por lo menos 3,2 cm para detenerlos. Adems pueden penetrar aproximadamente 1 cm en los huesos o tejidos vivos.

2.3. Radiaciones Gamma: Posteriormente Paul Ulrich Villard, descubri la radiacin

gamma, que es una forma radiacin electromagntica como los rayos X y no es afectada por un campo elctrico. La radiacin gamma es ms penetrante que las dos radiaciones anteriores y pueden atravesar totalmente el cuerpo humano.

Se requiere gruesas capas de plomo o de concreto para

detener los rayos gamma. Estos rayos causan mayores daos a la materia orgnica que compone a los seres vivos, produciendo quemaduras internas, esterilizacin y mutacin de genes. Exponerse a una pequea dosis de radiacin producen nuseas, vmitos, diarreas y una sobredosis, la muerte instantnea.

La capacidad de penetracin de los tres tipos principales de

radiacin nuclear en funcin al espesor del Plomo.

Las caractersticas de la emisin , , se resumen en la

siguiente tabla:

Otras partculas involucradas en los fenmenos nucleares

son:

Nombre Smbolo

Protn p11 H

11

Deutern d21 ; D

21 H

21

Tritin t31 ; T

31 H

31

Positrn e01

01

Neutrn 0

n10

Neutrino 00

Antineutrino 00


227

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3. REACCIONES NUCLEARES 3.1. Decaimiento Radioactivo: Son procesos nucleares espontneos, donde un ncleo

inestable emite partculas nucleares o radiacin electromagntica; estas reacciones son de primer orden desde el punto de vista de la cintica, porque la velocidad de desintegracin nuclear es directamente proporcional a la cantidad de ncleos inestables, presentes en la muestra radioactiva.

Aqu se observa como los ncleos inestables eliminan el exceso de energa y/o radiacin para formar ncleos ms

estables con Z menor a 83. Con excepcin del hidrgeno (1H) todos los ncleos

contienen dos tipos de partculas fundamentales: los protones y los neutrones. Algunos ncleos son inestables y emiten partculas y/o radiacin electromagntica de manera espontnea (decaimiento radiactivo), fenmeno al que se le llama radiactividad.

A. Emisin o Decaimiento Alfa ( ): Todos los elementos que tienen nmero atmico mayor

de 83 y los ncleos pesados (A > 200) son radiactivos.

Se observa como un ncleo pesado, emite una partcula alfa o ncleo de Helio y se convertir en

un ncleo ms estable.

Ejemplo: El polonio 210, decae de manera espontnea a

plomo 206 y emite una partcula .

210 206 4Po Pb He

84 82 2

Ley de Soddy Fajans: Si un ncleo (padre) emite

una partcula alfa, el nuevo ncleo (hijo) tiene un nmero de masa 4 unidades menor y un nmero atmico con 2 unidades menos que el ncleo padre.

NOTA: El nuevo ncleo hijo se encuentra 2 casilleros

antes en la Tabla Peridica que el ncleo padre.

B. Emisin o Decaimiento Beta ( ): Llamada decaimiento radiactivo electrnico, ocurre

generalmente en ncleos inestables que se encuentran por encima de la banda de estabilidad (ncleos con exceso de neutrones).

14 14 0C N

7 -16

Cmo se originan los electrones ( ) y los

antineutrinos ( ) en el ncleo padre? Como en el ncleo padre hay exceso de neutrones, stos se desintegran de la siguiente manera.

1 1 0n p

1 -10

NOTA: El ncleo padre e hijo son isbaros pero el

nuevo elemento recorre una posicin hacia la derecha en la Tabla Peridica del ncleo padre.

C. Emisin Positrnica o Beta Positivo ( +):

Ocurre en la radiactividad artificial, generalmente en ncleos que se encuentran por debajo de la zona de estabilidad donde el nmero de protones es mayor al nmero de neutrones.

20 20 0Na Ne

11 110

Cmo se originan el positrn y el neutrino en el

ncleo padre? Cuando un protn del ncleo padre se desintegra forma un neutrn, positrn y un neutrino.

1 1 0p n

1 10

D. Emisin Gamma ( ):

Se emite en todo ncleo excitado y de ese modo logra un estado menor de energa. La radiacin gamma se produce como consecuencia de un reordenamiento de nucleones en el ncleo excitado.

60* 60Co Co

27 27

3.2. Transmutacin Nuclear:

Es otro tipo de radioactividad que se produce al bombardear

el ncleo de un tomo con neutrones, protones u otros ncleos y obtener ncleos radioactivos; muchos de estos casos son utilizados como radioistopos aplicados en medicina.

Se puede observar que los circuitos de fusin, generan y desprende grandes cantidades de energa.



Se puede lograr por medios artificiales o darse naturalmente. Ejemplo, la formacin del C 14:

14 1 14 1N n C H

7 10 6

La primera transmutacin nuclear fue realizada por E. Rutherford en 1919, al bombardear gas nitrgeno con radiacin alfa, obteniendo un istopo del oxgeno y un protn:

14 4 17 1N He O H

7 12 8

En 1932 J. Chadwick descubri el neutrn por transmutacin del berilio con partculas alfa, produciendo carbono.

9 4 12 1Be He C n

4 2 6 0

En 1934, Irene Curie y su esposo Federico Joliot, descubrieron la radioactividad artificial, por transmutacin del aluminio en fsforo.

27 4 30 1Al He P n

13 2 15 0

En 1937 C. Perrier y E. Segre sintetizaron el primer elemento artificial, llamado tecnecio, al bombardear ncleos de molibdeno con deuterones.

98 2 99 1Mo H Tc n

142 43 0

3.3. Fisin Nuclear:

La fisin nuclear es el proceso en el que el ncleo pesado, nmero de A >200 se divide para formar ncleos ms pequeos de masa intermedia y uno o ms neutrones. Este proceso libera gran cantidad de energa.

Se producen ms neutrones de los que se capturaron, y cada neutrn genera fisin en los nuevos ncleos, despus la reaccin se vuelve incontrolable.

Por ejemplo la fisin nuclear del uranio 235 cuando captura un neutrn, fisionndose para formar dos ncleos ms pequeos. La reaccin representativa es:

235 1 90 143 1U n Sr Xe 3 n

92 0 38 54 0

Esta es una reaccin altamente exotrmica. La energa

liberada es del orden de 2x1013

J.

As tambin se producen ms neutrones que los que se capturaron al inicio del proceso. Esta propiedad hace posible una reaccin nuclear en cadena, que es una secuencia de reacciones de fisin nuclear autosostenidas.

Los neutrones que se generan durante las etapas iniciales de la fisin pueden inducir fisin en otros ncleos que a su vez producen ms neutrones y as sucesivamente.

En menos de un segundo, la reaccin se vuelve incontrolable liberando gran cantidad de calor.

Una de las aplicaciones de la fisin nuclear fue el desarrollo de la bomba atmica y la primera aplicacin la bomba de cobalto.

Explosin en el desierto de lamo gordo (16 julio de 1945), se observa un hongo de varios kilmetros de dimetro en la explosin de la bomba atmica.

3.4. Fusin Nuclear.

La fusin nuclear es la combinacin de pequeos ncleos en otros ms grandes, est libre en gran parte, del problema de desecho de desperdicios.

La fusin consiste en la unin de ncleos pequeos, para formar ncleos ms grandes y pesados, esto se lleva a cabo a altas temperaturas.

Cuando dos ncleos ligeros se combinan o fusionan para formar ncleos ms grandes y ms estables, se liberar una cantidad considerable de energa en el proceso. Esta es la base de la investigacin para el aprovechamiento de la fusin nuclear en la produccin de energa.

La fusin nuclear ocurre de manera continua en el Sol,

formando principalmente por hidrgeno y helio que mantiene la temperatura interior del sol a unos 15 millones de grados Celsius. Se supone que se llevan a cabo las siguientes reacciones de fusin.

2 3 4 11 1 2 0H H He n


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GUA 2 - CIENCIAS

Sera la manera ms simple de representar a la reaccin de fusin.

1 2 3H H He

1 1 2

3 3 4 1He He He 2 He

12 2 2

1 1 2 0H H H

1 1 1 -1

4. COMPARACIN DE LAS REACCIONES QUMICAS Y LAS REACCIONES NUCLEARES

Reacciones Qumicas Reacciones Nucleares

a) Slo los electrones de los orbitales atmicos estn implicados en la ruptura y formacin de enlaces.

b) Los tomos se arreglan

por la ruptura y formacin de enlaces qumicos.

c) Las reacciones se

acompaan por la absorcin o liberacin de cantidades de energa relativamente pequeas.

d) Las velocidades de la

reaccin se ven afectadas por efecto de temperatura, presin, concentracin y catalizadores.

a) Pueden estar implicados los protones, neutrones, electrones y otras partculas elementales.

b) Los istopos de los elementos

involucrados se interconvierten los unos en los otros.

c) Las reacciones van

acompaadas por la absorcin o liberacin de enormes cantidades de energa.

d) Las velocidades de reaccin,

por lo general, no se ven afectadas por la temperatura, la presin o los catalizadores.

5. BALANCEO DE LAS ECUACIONES NUCLEARES En una ecuacin nuclear adems de escribir los smbolos de

los distintos elementos qumicos, tambin se debe indicar, de manera clara, protones neutrones y electrones. Se debe conseguir el nmero de protones neutrones que hay en cada especie.

Ecuacin General: Nos indica la forma cmo vamos escribir

y a balancear correctamente las masas atmicas y los nmeros atmicos.

X: ncleo pesado o ncleo madre Y: ncleo liviano o hijo A: partcula de bombardeo o absorbida B: partcula emitida o liberada E: energa

Ejemplo:

14 1 14 1N n C H

7 10 6

Ecuacin Sinttica.

Ejemplo:

C146p)N(n,

147

Nota: Al balancear cualquier ecuacin nuclear se deben

cumplir las siguientes reglas. A. Principio de Conservacin del Nmero de Masa:

El nmero total de nucleones en los productos y reactivos debe ser el mismo (para conservar el nmero de masa)

B. Principio de Conservacin del Nmero Atmico:

El nmero total de cargas nucleares en los productos y reactivos debe ser mismo (para conservar el nmero atmico).

6. APLICACIONES DE LOS ISTOPOS 6.1. Istopos en la Vida y en Medicina.

Algunos radionclidos se utilizan en medicina como

trazadores radiactivos, puede utilizarse para marcar un elemento en los compuestos. Si empleamos un detector de radiaciones puede seguirse el recorrido de ese elemento a travs del cuerpo.

Se inyectan en el flujo sanguneo soluciones que contienen Na 26 para seguir el recorrido de la sangre y localizar obstrucciones en el sistema circulatorio.

El talio 201, tiende a concentrarse en los tejidos

musculares sanos del corazn, mientras que el tecnecio 99 se encuentra en los tejidos anormales, ambos pueden usarse para obtener una visin del dao producido en el corazn.

El yodo 131, se concentra en las glndulas tiroides, el hgado y ciertas partes del cerebro. Se utiliza para seguir el bocio y otros problemas de tiroides y tambin en tumores del hgado y cerebro.

El calor generado por la desintegracin del plutonio 238

puede convertirse en energa elctrica para marcapasos, cuyo mecanismo permite utilizarlo durante aos antes que sea necesario reemplazarlo.

El fsforo 32 se utiliza para tratar pacientes con

policitemia. Tambin se utiliza para determinar la absorcin de fsforo en los cultivos y determinar mayores rendimientos.

Carbono 11, para el estudio de los desrdenes cerebrales

se utiliza una tomografa de emisin de protones conocida como PET. Se le administra al paciente una dosis de glucosa

(C6H12O6) que contenga una pequea cantidad de carbono

11, que es radiactivo y emite positrones, luego se hace un barrido del cerebro para detectar los positrones emitidos por la glucosa radiactiva marcada. Se establecen las diferencias entre la glucosa inyectada y metabolizada por los cerebros normales y los anormales. Por ejemplo, con la tcnica PET. Se ha encontrado que el cerebro de un esquizofrnico metabolizado alrededor de un 20% de la glucosa que metaboliza un individuo normal.

Al producirse esta reaccin se

liberan _180 GJ_ (Giga Joules)

por cada mol de H que reacciona.



Tomgrafo utilizado para el diagnostico de enfermedades

cerebrales, en pacientes con desordenes enceflicos. Carbono 14, en estudio de qumica orgnica se usan

los istopos radiactivos como trazadores o rastreadores como trazadores o rastreadores como el carbono 14, para conocer los mecanismos de reacciones complejas como las de la fotosntesis, en la que en varias etapas se van formando molculas ms complejas. Para el estudio de la trayectoria de las reacciones qumicas en la fotosntesis se nutre a la planta con dixido de carbono

(CO2) que contiene carbono-14. Por esto el qumico

norteamericano Melvin Calvin (1911) obtuvo el Premio Nobel de Qumica.

Bromo 82, mediante la inyeccin de bromuro potsico radiactivo, bromo 82 a un rbol (Quercus elipsoidales), en un bosque se ha podido demostrar la intercomunicacin que existe a travs de las races. Se ha determinado tambin la velocidad de movimiento de la savia ascendente y se ha encontrado que es mayor en das soleados y secos que en das nublados y hmedos.

Cobalto 60, La cobaltoterapia, es una terapia mdica en la que radiacin emitida por el istopo cobalto 60 es usada como parte de un tratamiento para controlar clulas cancergenas. A veces es usada como un tratamiento paliativo (donde la cura no es posible, y el objetivo es el control de daos locales y alivio de los sntomas del cncer). La cobaltoterapia es comnmente utilizada para el tratamiento de tumores malignos (cncer), y puede ser utilizada como terapia primaria.

6.2. Usos Agrcolas. Las muestras marcadas de fertilizantes se utilizan para

investigar que nutrientes absorben las plantas y estudiar el aumento de las cosechas.

La radiacin gamma de algunos alimentos permite almacenarlos durante largos periodos de tiempo. Por ejemplo, retrasa la germinacin de papas y cebollas. Control de orugas de moscas por tcnica radiolgica, que consiste en irradiar machos con rayos gamma lo que altera sus clulas reproductivas y se lo esteriliza al aparearse con las hembras no produce descendencia con lo cual, se reduce o elimina la poblacin de moscas.

6.3. Determinacin de la Edad Con carbono 14: Esta tcnica es til para estimar la edad

de productos de origen orgnico, con una antigedad inferior a 50 000 aos. El radioistopo carbono-14 se produce continuamente en la atmsfera superior al capturar los tomos de nitrgeno, neutrones de los rayos csmicos. El carbono 14 reacciona con molculas de oxgeno y forma 14

CO2 cuya cantidad permanece constante en la atmsfera

por la emisin beta con una vida media de 5730 aos. Las emisiones del carbono 14 en tejidos muertos disminuyen con el tiempo y la actividad por gramo de carbono es una medida del tiempo que ha pasado desde su muerte.

Con potasio 40: El Potasio 40 est presente en todos los organismos vivos. Se desintegran formando argn 40 mediante captura electrnica, con una vida media de 1 300 millones de aos. Puede utilizarse para datar objetos de hasta un milln de aos; determinando la relacin K/Ar en la muestra.

Mtodo de uranio plomo: Se basa en la serie radiactiva natural de uranio 238 que termina con la produccin de plomo 204 estable. Con este mtodo se estima la edad de minerales que contengan Uranio de varios millones de aos de antigedad.

6.4. Aplicaciones Industriales El flujo de lquidos o gases a travs de una caera bajo

tierra se mide mediante un contador Geiger al inyectarle una muestra que contenga una sustancia radiactiva.

Fuga en las caeras. 7. PERODO DE SEMIDESINTEGRACIN

Llamado tambin tiempo de vida media, es el tiempo

necesario para que se desintegre la mitad de los ncleos radiactivos presentes en cierta muestra radiactiva. La cantidad de ncleos radiactivos presentes en una muestra, evidentemente, es proporcional a la masa (peso) de muestra.

Cada radionclido (radioistopo) tiene una vida media caracterstica, como apreciamos en la siguiente tabla:

Radionclido Vida media (t1/2)

Tc 99 6 horas TI 201 4 horas I 131 8 das P 32 14,3 das Co 60 5,27 aos C 14 5 730 aos K 40 1,3x10

9 aos

U 238 4,5x109 aos

Qu relacin hay entre la masa inicial (m1), masa

final (m1) y vida media? Veamos el siguiente cuadro para

decir la relacin:

Masa

Masa inicial = mi

mi2

mi

22

mi

23

.

.

.mi

2nMasa final =

Dis

min

uci

n d

e la

ma

sa

Tiempo transcurrido

0

.

.

.No. de perodos de

semidesintegracin

t1/2

2t1/2

3t1/2

nt1/2 =

Se observa que luego de n periodos:

m m ni im = = 2nf m2 f t = tiempo total transcurrido hasta que la masa final sea

igual a m

in

2

ser:

tt n t n ..... (1)

1/2 t1/2


231

GUA 2 - CIENCIAS

En lugar de masa inicial y masa final, se puede tambin representar por nmero de ncleos iniciales (No) y nmeros de ncleos finales (N). As:

nNo2 ... (2)

N

Utilizando como operador el logaritmo, las expresiones (1) y (2) se transforman en:

m 0,3 t No 0,3 tilog logm t N t

1/2 1/2f

RESUMEN DEL CAPITULO DE RADIOACTIVIDAD

ACTIVIDAD

TEORIA RADIOACTIVIDAD NIVEL I 1. Dio el nombre de radioactividad:

A. Becquerel B. Marie Curie C. Rutherford D. Thompson E. Dalton

2. Se caracterizan por no ser atrados por campos magnticos o elctricos y presentan gran poder penetracin: A. Rayos Catdicos B. Rayos Gamma C. Rayos X D. Rayos Beta E. Rayos Alfa

3. No pertenece al campo de estudio de la Qumica Nuclear: A. Radioactividad natural. B. Transmutacin nuclear. C. Fisin nuclear. D. Reaccin termonuclear. E. Rayos catdicos.

4. No es caracterstica de la fisin nuclear:

A. Istopos grandes se convierten en ncleos pequeos. B. Libera gran cantidad de energa. C. Se produce en el ncleo del sol. D. Se emplea en las bombas atmicas. E. Es una reaccin exotrmica.

5. Descubre la radioactividad accidentalmente:

A. Mara Curie B. Becquerel C. Rutherford D. Bohr E. Paul Villard

6. A los ncleos que son radioactivos se les llama y a los tomos a los cuales pertenecen, se les llama A. Radionclidos energticos B. Radioactivos ncleos potenciales C. Radionclidos radioistopos D. Refractarios radioistopos E. Polincleos Radioactivos

7. Marcar la alternativa incorrecta:

A. La masa de una partcula alfa es 6,64x1024

g

B. Las partculas , son menos penetrantes que las partculas .

C. Se requieren 10 cm de espesor de aluminio para detener a un rayo Gamma.

D. Las partculas Beta son electrones que son expulsado desde el ncleo atmico.

E. Con excepcin del hidrgeno (protio), todos los ncleos contienen dos tipos de partculas los protones y los neutrones.

8. Con respecto a las emisiones radioactivas: I. Las partculas beta y los positrones son ms penetrantes

que las partculas alfa. II. Las partculas alfa pueden atravesar y daar la piel. III. Los rayos gamma alcanzan la velocidad de la luz. IV. Los neutrones son afectados por un campo elctrico o

magntico. Son correctas:

A. I y II B. II y III C. I y III D. II y IV E. I y IV

9. Indique verdadero (V) o falso (F) segn corresponda. I. El fenmeno de radioactividad se origina en ncleos

inestables. II. Los rayos alfa, estn formados por ncleos de Helio. III. La radiacin gamma es corpuscular. IV. La desviacin de la radiacin beta al pasar por un campo

elctrico, se debe a su carga elctrica.

A. VVFF B. VVVF C. FFVV D. FFFV E. VVFV

10. Becquerel efectu mucho ms experimentos y encontr que el uranio metlico produca las mismas emisiones que las pero ms fuertes an. Becquerel estaba totalmente desconcertado De dnde provena toda esa energa? La nada tena que ver con la fosforescencia. A. Pechblenda Oxidacin B. Sales de Bario Fosforescencia C. Sales de Uranio Oxidacin D. Sales de Uranio Radiacin E. Pechblenda Reduccin

11. Indique verdadero (V) o falso (F) segn corresponda, respecto a la radiactividad. I. Fue descubierta en forma accidental por Henry Becquerel II. Se trata de la emisin espontnea de partculas y energa,

debido a la descomposicin de ncleos inestables III. La emisin beta ( ) se produce cuando en los ncleos

inestables hay ms neutrones que protones IV. El positrn ( +) es equivalente a un protn

A. VVVF B. VVFV C. VVFF D. FFVV E. FFFV

12. Se llama radioactividad natural a: A. La unin de tomos de elementos diferentes. B. La desintegracin nuclear espontnea. C. El bombardeo de partculas subatmicas. D. El movimiento de los electrones en los campos elctricos o

magnticos. E. El uso de rayos alfa para determinar la naturaleza de los

tomos.

13. Indique las proposiciones verdaderas. I. Los rayos gamma se desplazan a la velocidad de la luz. II. Cuando un ncleo se desintegra, conserva su identidad.



III. Los rayos alfa poseen mayor poder de ionizacin. IV. La emisin alfa, se da en ncleos livianos.

A. I, III y IV B. I y III C. II y IV D. III y IV E. I, II y III

14. Marcar verdadero (V) o falso (F) en cada uno de los enunciados

y escoja la secuencia correcta. I. Rutherford, demostr que las partculas beta tienen carga

elctrica y masa igual que el electrn. II. Villard descubri la radiacin gamma, que es un tipo de

radiacin electromagntica.

III. Los rayos 42He poseen poder ilimitado de penetracin y

pueden ser detenidos a nivel de la piel, ropa o varias hojas de papel.

IV. Rutherford descubri los rayos alfa y beta. V. Para detener a un rayo beta, se requiere un trozo de

aluminio de un espesor 2,3 cm para detenerlo.

A. VVFVV B. FFFVF C. FVFVV D. FVFVF E. VFVFV

NIVEL II

15. Marque lo incorrecto acerca de las reacciones nucleares: A. Pueden estar implicados los protones, neutrones, electrones

y otros. B. Los elementos se interconvierten los unos a los otros cuando

son istopos de un mismo elemento. C. Van acompaadas de grandes cantidades de energa ya sea

liberando o absorbiendo. D. Sus velocidades de reaccin no se ven afectados por

temperatura, presin, catalizadores, etc. E. Sus tomos se arreglan por la ruptura y formacin de

enlaces. 16. No es una caracterstica de la fusin nuclear:

A. Es la unin de ncleos ms pequeos para formar ncleos ms grandes y estables.

B. Liberan cierta cantidad considerable de energa. C. Se produce principalmente en el sol. D. Se produce ms neutrones de los que se deben producir. E. Se utiliza para la produccin de energa elctrica.

17. La prdida de una partcula beta no tiene efecto en el/la , pero

s tiene efecto en el/la A. Desintegracin carga nuclear. B. Carga nuclear Z. C. A tamao atmico. D. A Z. E. Masa atmica peso atmico.

18. Sealar la afirmacin incorrecta:

A. La fisin nuclear genera contaminacin ambiental, con radioistopos.

B. La fusin nuclear no produce basura radioactiva. C. Tecnolgicamente es relativamente ms fcil implementar

una planta nuclear de fusin. D. Los insumos para la fisin son muy escasos y costosos. E. Los insumos para la fusin son abundantes y baratos.

19. En cuanto a las diferencias entre una reaccin nuclear y una

reaccin qumica. I. Se genera nuevos elementos; no pueden producirse nuevos

elementos. II. Participan principalmente partculas del ncleo; slo

participan por lo general electrones. III. La velocidad de reaccin depende de factores externos; no

dependen de factores externos (P, T, etc.) Es (son) correcto(s)

A. I y III B. I y II C. II y III D. Slo I E. Slo II

20. Cul de las afirmaciones corresponde a las reglas de estabilidad nuclear? I. El nmero de protones y/o neutrones debe ser par. II. Mnima energa de enlace por nuclen. III. Encontrarse en la banda de estabilidad.

A. II y III B. I, II y III C. II y III D. I y II E. Slo I

21. La fusin nuclear, ocurre constantemente en el sol, por la transformacin del hidrogeno en helio, donde la temperatura alcanza cerca de 15 millones de grados centgrados, la reaccin se denomina: A. Bomba de Helio. B. Reaccin termonuclear. C. Reaccin de fisin nuclear. D. Transmutacin electrnica. E. Radioactividad natural.

22. Marcar verdadero (V) o falso (F) en cada uno de los siguientes

enunciados y escoja la secuencia correcta: I. Rutherford mostr que las partculas beta tienen carga

elctrica y masa igual que el electrn. ( ) II. Willard descubre la radiacin gamma, que es un tipo de

radiacin electromagntica como los rayos X. ( )

III. Los rayos 42He+2, son de poder ilimitado de penetracin y

pueden ser detenidos a nivel de piel, ropa o varias hojas de papel. ( )

IV. Rutherford descubri los rayos alfa y beta. ( ) V. Para detener a un rayo beta, se requiere un trozo de

aluminio de un espesor de 2,3cm. ( )

A. VVFVV B. FVFVV C. VFVFV D. FFFVF E. FVFVF

23. En el desarrollo de la bomba atmica, uno de los ncleos hijos,

no se forma al explotar dicha bomba.

A. 94

36Kr B.

142

54Xe C.

139

88Ba

D. 90

37Rb E.

90

38Sr

BALANCEO DE ECUACIONES NUCLEARES NIVEL I 24. En la siguiente reaccin nuclear:

4020Ca +

42He

4422Ti + ?

Se emite: A. Una partcula B. Cuatros protones

C. Una partcula D. Radiacin

E. Cuatro neutrones

25. Un istopo b

a Z es bombardeado con partculas: b

aZ + 197

Au + 1

0n

El valor de a + b? A. 197 B. 250 C. 269 D. 271 E. 281

26. Para la reaccin nuclear:

aZb + 94Pu

240 + +

Calcula a + b A. 233 B. 342 C. 345 D. 351 E. 327

27. Determina cuntas desintegraciones y se han producido en

la siguiente transmutacin.

90Th232

88Ra224

+ ?

A. 2 - 2 - B. Slo 2 C. 2 - + 1

D. 3 - E. 1


233

GUA 2 - CIENCIAS

28. Determine que istopo ha sufrido una desintegracin ( ) alfa segn

la siguientes ecuacin:

...? 211

82Pb +

A. 21384 Po B.

21584 Po C.

21185 At

D. 215

82Pb E.

28588 Ra

29. Qu partcula se emitirn en dicha reaccin:

23090Th

21884Po + ...?

A. 3 B. 3 C. 4 D. 2 E. 6

30. El elemento 109, denominado meitnerio en honor a Lisse Meitner, se

obtiene por la siguiente transformacin: 209

83Bi + 58

26Fe A

ZMt + 1

0n

Determine la cantidad de neutrones en el ncleo del Mt A. 155 B. 156 C. 157 D.266 E. 158

31. Qu ecuacin est mal balanceada?

A. 230

90Th

226

88Ra + B.

234

91Pa

234

92U +

C. 210

82Pb

230

90Th + D.

239

93Np

239

92U + +1e

E. 1

1H +

1

1H

2

1H +

0

1

32. Determine el istopo del Radn del cual comienza una serie

radioactiva emitindose tres partculas alfa y dos partculas beta (no

necesariamente en ese orden) producindose el nclido (210

82Pb)

A. 222

Rn86

B. 224

Rn86

C. 223

Rn86

D. 221

Rn86

E.

220Rn

86 33. A partir de las siguientes ecuaciones nucleares determine la cantidad

total de neutrones emitidos.

I.

32 1 1S + n H + ....

16 0 1 II.

98 2 99Mo + H Tc + ....

142 43

III.

2 3 4H + H He + ....

1 1 2 IV.

209 2 210Bi + H Po + ....

83 1 84

A. 5 B. 1 C. 2 D.4 E. 3

NIVEL II

34. En la siguiente reaccin: 226

88Ra( , 2 -)

A

Z X

hallar A Z

2

A. 161 B. 322 C. 188 D. 170 E. 174

35. En una serie de desintegracin, se inicia con el Np 237 (Z=93) y

finaliza con el Bi 209 (Z=83) producindose la emisin de partculas alfa y beta, determine la cantidad de cada una de estas partculas emitidas.

A. 7 y 5 B. 7 y 4 C. 5 y 4

D. 8 y 3 E. 6 y 6

36. Al liberar un protn una especie qumica, se obtiene un isbaro del

mercurio (80Hg200). Luego la especie obtenida se bombardea con una

partcula beta y se forma un istopo del radn (86Rn216

). Seala la

carga nuclear de la especie.

A. 70 B. 81 C. 72 D. 83 E. 74

37. Un istopo Te 130 (Z=52) al ser bombardeado por un deutern origina un nuevo ncleo y libera dos neutrones; determine la cantidad de

electrones en el catin trivalente del nuevo elemento qumico A. 47 B. 53 C. 43 D. 74 E. 50

38. Sobre un ncleo de Francio 223 (Z=87) impacta un proyectil de bombardeo, logrando la formacin de Plutonio 241 (Z=94) con la liberacin de dos neutrones. Determine la cantidad de neutrones en el

proyectil del bombardeo A. 15 B. 12 C. 14 D. 13 E. 18

39. La suma de los nmeros atmicos de dos isbaros es 167 y la diferencia

en sus nmeros de neutrones es la unidad, determine la cantidad de

neutrones que tiene el isbaro de mayor nmero atmico, si este, al emitir una partcula alfa, origina un ncleo con nmero de masa 210.

A. 131 B. 130 C. 129 D. 126 E.134

40. La especie 82Pb204

es bombardeada con radiacin M formando la

especie 92U235

y liberando 4 positrones. Calcula el nmero de neutrones

de M. A. 31 B. 11 C. 12 D. 20 E. 17

41. Indica el nmero de partculas alfa, beta y positrones emitidos

hipotticamente durante la desintegracin total de (224

88Ra) para

transformarse en (208

82Pb), si la emisin positrnica es la mitad de la

electrnica.

A. 4; 1; 2 B. 6; 6; 3 C. 4; 4; 2 D. 6, 3; 6 E. 4, 2; 1

42. Indique el nmero de neutrones de un ncleo inestable si emite 3

ncleos de tritio y el nuevo ncleo emite un positrn, formando un

ncleo final que es (220

88Ra)

A. 147 B. 127 C. 146 D. 136 E. 137

43. El (238

92U) se convierte en (226

88Ra) luego de emisiones alfa y beta

Cuntas partculas alfa y beta se han emitido respectivamente? A. 4; 2 B. 3, 2 C. 4; 4 D. 3,3 E. 2,4

44. Elija la opcin correcta:

I. Cuando un elemento emite una partcula alfa, el nmero de

neutrones disminuye en 2. II. Un elemento al emitir una partcula beta forma un isbaro de

menor nmero atmico. III. Cuando un elemento captura un neutrn forma un istopo de

menor nmero de masa.

IV. Un elemento al capturar un protn da origen a un istopo de mayor nmero atmico.

A. I, II B. I, III C. II, III D. I, IV E. Slo I

45. De la siguiente ecuacin nuclear, se puede afirmar:

14

7N +

1

0n

14

6C +

1

1H

A. Al formarse Carbono 14, se absorbe un protn. B. El Nitrgeno -14, bombardea a un neutrn. C. Es una reaccin que se produce en la troposfera. D. Se les llama tambin elementos del bloque d. E. Almacenan a los metales de transicin interna.

46. Se puede decir del siguiente proceso, excepto:

210

84Po

206

82Pb +

A. El Polonio es el elemento ms radioactivo que el Plomo.

B. El Polonio no es ms estable que el Plomo. C. En dicha transmutacin nuclear, se libera una partcula Alfa y el

nuevo elemento disminuye en 2 neutrones. D. Para que un tomo sea radioactivo su Z debe ser mayor a 83. E. Si el Polonio hubiese capturado un rayo alfa, el nuevo elemento

tendra un nmero atmico mayor que este.

47. Un uranio (238

92U) por desintegracin radioactiva emite 8 partculas y

6 partculas . Qu A y Z posee el nuevo elemento?

A. 82 200 B. 206 100 C. 205 81 D. 240 70 E. 206 82

48. Con respecto a las transmutaciones artificiales:

I. Cuando el 92U238

emite una partcula alfa, forma el 94Pu242

.

II. El radioistopo 87Fr209

al ser bombardeado con un positrn forma

la especie 88Ra209

III. Si el 86Rn210

se convierte en 87Fr209

, emite un protn.



Son correctas: A. I y II B. I y III C. II y III D. Slo III E. Slo II

49. El istopo (238

92U) emite una partcula , 2 neutrones y un protn.

Sabiendo que absorbe un tritin. Hallar la diferencia entre los neutrones del ncleo madre y la hija.

A. 2 B. 4 C. 3 D. 5 E. 1

50. El torio 231 es el producto de una emisin alfa y es radioactivo, emitiendo radiaciones beta. Indique el ncleo padre del Thorio 231 y el hijo de la desintegracin del Thorio 231

A. 235U92

; 231

Pa91

B. 236

U92

; 231

Ac89

C. U23192

; Pa23192

D. Np23592

; U23192

E. Pu23994

; Ac23189

51. El Pu 239 se sintetiza en los reactores de cra. Cul de las siguientes

reacciones deben corresponder a la produccin de Pu 239?

A. 238Pu94

(d,p) B. 243 Am95

(d,p)

C. 242

Cm96

(n, ) D. 238

U92

( ,3n)

E. Hay ms de una reaccin indicada.

52. Complete las siguientes ecuaciones nucleares:

I.

24 24

12 11Mg(n, ....) Na

II.

10 3B(n, ....) H

5 1 III.

16

8O(n, )....

A. 8 13

4 6p; Be; C B.

7 14

4 6p; Be; C

C. 14

7; p; N

D.

7 11

3 5; Li; B

E.

8 13

4 6d; Be; C

APLICACIN DE RADIOISOTOPOS Y VIDA MEDIA

53. Sealar la relacin incorrecta respecto a radioistopo y su aplicacin: A. C 14; determinacin el mecanismo de la fotosntesis. B. C 11; deteccin enfermedades del cerebro. C. P 32; tratamiento de cncer al pulmn. D. Tc 99; gammagrafa. E. K 40; determinacin de la edad de muestras con antigedades

mayores a 50 mil aos.

54. Marque lo correcto:

A. Na 26; determinacin de los electrolitos. B. Co 60; Cncer a la piel. C. Pu 238; Msculos sanos del corazn. D. I 123; Cncer al cerebro.

E. 0; exterminacin de los metales en las moscas.

55. Marque lo incorrecto:

A. Fe 59; determinacin de la vida media de los eritrocitos. B. Tl 201; Anlisis del musculo cardiaco. C. Cr 51; Volumen total del color del plasma. D. Re 187; Datacin de minerales de varios miles de aos. E. Ga 153; determinacin de la densidad sea.

56. No corresponde a las aplicaciones de los radioistopos.

A. El radioistopo cobalto 60 se usa en radioterapia para controlar el cncer con rayos gamma.

B. El oxgeno 18 se usa para determinar el mecanismo de reaccin en la fotosntesis.

C. El radio istopo Na 26 se usa para detectar males de corazn. D. El potasio 40 se usa para calcular la edad de la tierra. E. El tritio se usa para detectar fallas internas en los materiales

metlicos.

57. La tcnica del carbono 14 solamente es til para fechar objetos con una antigedad superior a: A. 100 aos B. 5000 aos C. 50000 aos

D. 4500 aos E. 500 aos. 58. La tcnica del potasio 40 puede utilizarse para datar objetos de hasta:

A. 10 000 aos B. 500 000 aos C. 4 500 aos

D. 6x105 aos E. 1 000 000 de aos.

59. Se llama tiempo de vida media a:

A. El tiempo medio de vida de un elemento radioactivo B. El tiempo que demora una emisin radioactiva en desaparecer.

C. La vida que presenta un material radioactivo que es equivalente a la mitad de su existencia.

D. El tiempo que demora una sustancia para que su masa se reduzca

a la mitad. E. La minima destruccion de nucleos.

60. Los tratamientos con bao de cobalto que se emplean en la medicina

para detener ciertos tipos de cncer se basan en la capacidad de los

rayos gamma para destruir tejidos cancerosos. El Co 60 tiene un tiempo de vida media de 5,27 aos.

Qu masa de cobalto 60 quedara luego de 15,81 aos si inicialmente se tena 4mg?

A. 0,1 mg B. 0,3 mg C. 0,8 mg D. 0,4 mg E. 0,5 mg

61. El cobalto 60 tiene un tiempo de vida media de 5 aos Qu cantidad de cobalto quedar despus de 15 aos si la muestra original era de 16

g? A. 10 g B. 8 g C. 6 g D. 4 g E. 2 g

62. Si el tiempo de semidesintegracin del P 30 es 8 minutos, Cunto quedar de la muestra de 160mg de P 30 despus de 12 minutos? A. 20 mg B. 15 mg C. 12 mg D. 10 mg E. 30 mg

63. El carbono 14 se desintegra por emisin beta con un periodo de

semidesintegracin de 5730 aos. Un determinado objeto tena originalmente 16 g de este radionclido. Determine la edad del objeto si

ahora tiene 1 g de C 14. A. 5730 a B. 11460 a C. 22920 a D. 2865 a E. 5400 a

64. Se desintegran 160 g del radioistopo I 131 cuyo tiempo de vida media

es de 8 das. Si la masa final del I 131 es de 10g halla el tiempo transcurrido. A. 16 das B. 24 das C. 30 das

D. 32 das E. 12 das

65. Un radioistopo experimenta desintegracin beta y emisin si

transcurridas 50 horas, de una muestra de 4 g se han desintegrado 3,875

g. Cul es el tiempo de vida media de dicho radioistopo? A. 5 horas B. 10 horas C. 20 horas

D. 25 horas E. 30 horas

66. El Sr 90 es gran emisor con un periodo de semidesintegracin de 28 aos. Si inicialmente haba 40 mg y al final constatamos que se han formado 10mg de nuevo ncleo.

Qu tiempo ha transcurrido? Dato: log 2 = 0,3 y log 3 = 0,48 A. 11,2 aos B. 10 aos C. 15 aos

D. 12,44 aos E. 10,40 aos

67. El istopo radioactivo tritio, 1H3, tiene un tiempo de vida media de 12,3

aos. Estime la edad de una muestra de cierto whisky escocs que contiene tritio en una cantidad que es 0,4 veces de la cantidad inicial

(sea al momento que se fabric el whisky) A. 18,2 aos B. 16,4 aos C. 20,2 aos

D. 12,8 aos E. 15,2 aos 68. Se suministra a un paciente enfermo de la tiroides, una dosis de 10 g de

Yodo 131 en forma de Yoduro de sodio acuoso. Al cabo de 17 das. Qu cantidad de ncleos de I 131 an permanecen? Dato:

t1/2 = 8,5 das

1 mol = 6, 022x1023

A. 2,3x108 B. 1,15x10

16 C. 2,3x10

16

D. 1,15x108 E. 1,31x10

16

014 - quimica ii

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