fenomenos nucleares y sus aplicaciones

QuímicaQuímica

FENOMENOS NUCLEARES Y SUS APLICACIONES CLASE 1

APRENDIZAJES ESPERADOSAPRENDIZAJES ESPERADOS

• Comprender el concepto de diagrama atómico

• Identificar en un diagrama atómico: el número atómico, número másico, protones, neutrones y electrones

• Diferenciar los tipos de átomos: isótopos, isóbaros, isótonos e isoelectrónicos.

HABILIDADES

Las habilidades que se desarrollarán en

esta clase son:

• Reconocimiento• Comprensión• Análisis• Aplicación

CONCEPTOS IMPORTANTES

El ÁTOMO unidad básica de toda la materia.Se compone básicamente de neutrones, protones y electrones que se llaman partículas subatómicas.

PARTÍCULAS SUBATÓMICAS

Partícula Carga Masa

Protón (p+) +1 1

Neutrón (n) 0 1

Electrón (e-) -1 1/1840

Número Atómico Z

Indica el nº de protones del núcleo

Z = p+

Átomo neutro p+ = e-

Z = p+ = e-

11Na :

19K :

17Cl:

Nº Protones 11

Nº Electrones 11

Nº Protones 19

Nº Electrones 19

Nº Protones 17

Nº Electrones 17

Número Másico A

Es la suma entre los protones y neutrones

A = p+ + n0

Como Z = p+ se cumple A = Z + n0

Despejando los p+ + n0 tenemos

p+ = A - n0 n0 = A – p+

Diagrama Atómico

Es la representación del átomo de un elemento

A = Nº másico

Z = Nº atómico

X = Carga iónica

E = Símbolo del elemento

IONES

Catión: - pierden electrones - Tienen Carga positiva

Ej: 11Na+

IONES

Anión: - Ganan electrones - Tienen carga negativaEj: 17Cl-

DETERMINACIÓN DEPARTÍCULAS ATÓMICAS

Protones Neutrones

Electrones

22 26 22

Protones Neutrones Electrones

35 44 36

Protones Neutrones Electrones

12 12 10

Br-

Mg2+

Ti

79

24

48

35

12

22

AHORA APLIQUEMOSAHORA APLIQUEMOS• Completa el cuadro con los datos correspondientes.

Diagrama Atómico

Z A Nº de p+ Nº de n Nº de ē

Hidrógeno (H) 1 1

Helio

(He)

2 4

Carbono

(C)

6 12

Nitrógeno (N)14

7 N

Magnesio (Mg) 12 12

Fósforo

(P)

31 15

Calcio

(Ca)

20 20

TIPOS DE ATOMOS

ISÓTOPOS

-Átomos de un mismo elemento-Tienen = Z y ≠ A

TIPOS DE ATOMOS ISÓBAROS

-Átomos de distintos elementos-Tienen = A y ≠ Z

TIPOS DE ATOMOS

ISÓTONOS

-Átomos de distintos elementos-Tienen = n (neutrones), ≠ Z y ≠ A

TIPOS DE ATOMOS

ISOELECTRÓNICOS

Son átomos que tienen igual números de electrones.

Ejemplo

10Ne; 11Na+; 12Mg2+; 9F- = 10 e-

AHORA APLIQUEMOSAHORA APLIQUEMOS• Qué tipo de átomos son estos?

A

C

B

D

QuímicaQuímica

FENOMENOS NUCLEARES Y SUS APLICACIONES CLASE 2

APRENDIZAJES ESPERADOSAPRENDIZAJES ESPERADOS

• Calcular la masa atómica promedio de un elemento a partir de sus isótopos.

HABILIDADES

Las habilidades que se desarrollarán en

esta clase son:

• Reconocimiento• Comprensión• Análisis• Aplicación

Cálculo de la masa Cálculo de la masa atómicaatómica

Para determinar las masas atómicas relativas de los elementos se hace un promedio “ponderado” de las masas atómicas relativas de cada isótopo perteneciente a dicho elemento. Promedio ponderado significa que se tiene en cuenta la abundancia isotópica en la naturaleza..

Cálculo de la masa Cálculo de la masa atómicaatómica

Por ejemplo el cloro se presenta en la naturaleza como:

Podemos ver que 35,45 es el valor de la masa atómica relativa del cloro que depende de la abundancia relativa de los dos isótopos que posee.

AHORA APLIQUEMOSAHORA APLIQUEMOS

• Realiza las actividades propuestas de la página 3 de la guía

QuímicaQuímica

FENOMENOS NUCLEARES Y SUS APLICACIONES CLASE 3

APRENDIZAJES ESPERADOSAPRENDIZAJES ESPERADOS

•Diferenciar las reacciones químicas de las reacciones nucleares•Distinguir las diferentes clases de emisiones radiactivas y sus propiedades.

HABILIDADES

Las habilidades que se desarrollarán en

esta clase son:

• Reconocimiento• Comprensión• Análisis• Aplicación

La Química Nuclear trata los cambios naturales y artificiales en los átomos, concretamente en sus núcleos, así como también, las reacciones químicas de las sustancias que son radiactivas.La radiactividad natural es el modelo que más se conoce de la química nuclear. Dentro de ella se estudian los efectos que provocan sobre las sustancias, las emisiones radiactivas alfa, beta y gamma.

INTRODUCCIONINTRODUCCION

REACCIONES QUIMICAS REACCIONES NUCLEARES1. Los átomos se reordenan por la ruptura y formación de enlaces químicos.2. Sólo los electrones extra-nuclearesestán implicados en la ruptura yformación de los enlaces.3. Las reacciones se acompañan porla absorción o liberación de cantidades de energía relativamente pequeñas.4. Las velocidades de reacción se ven afectadas por la temperatura, presión, concentración y catalizadores.5. Se conserva la masa (Ley de Lavoisier) El número total de protones y neutrones en los productos y en los reactantes debe ser el mismo 6. No se ven afectados los núcleos atómicos

1. Los elementos (o los isótopos de los mismos elementos) se inter-convierten los unos en los otros.2. Pueden estar implicados protones, neutrones, electrones y otras partículas elementales.3. Las reacciones van acompañadas por la absorción o liberación de cantidades enormes de energía.4. Las velocidades de reacción, por lo general, no se ven afectadas por la temperatura, la presión o loscatalizadores.5. Además, el número total de cargas nucleares en los productos y en los reactantes debe ser el mismo (conservación de la carga nuclear). 6. Se ven afectados los núcleos atómicos.

Reacciones Nucleares v/s Reacciones Nucleares v/s Reacciones QuímicasReacciones Químicas

EMISIONES RADIACTIVASEMISIONES RADIACTIVAS1. Veamos el video sobre emisiones radiactivas:

http://www.youtube.com/watch?v=mmOiD6u3kRE&feature=related

Los isotopos naturales liberan 3 tipos de radiación: Partículas alfa, partículas beta y partículas gamma.

- PARTICULAS ALFA: son partículas cargadas positivamente compuestas por dos neutrones y dos protones que se emiten de los núcleos a una velocidad aproximada a 0,1 de la velocidad de la luz (muy rápido)

* Comparada con las otras partículas estas tienen el poder de penetración mas bajo, pueden ser detenidos por una hoja de papel.* Cuando un núcleo radiactivo emite una partícula alfa se convierte en un núcleo con una masa y un número atómico de 2 unidades menor.

Partículas RadioactivasPartículas Radioactivas

EJEMPLO:

238  92

U      4 2

He   +  234  90

Th

Una partícula alfa contiene 2 protones y 2 neutrones (y es similar a un núcleo He

- PARTICULAS BETA: Son flujos de electrones (beta negativas) o positrones (beta positivas) resultantes de la desintegración de los neutrones o protones del núcleo cuando éste se encuentra en un estado excitado.

- Es desviada por campos magnéticos y viajan a una velocidad muy alta, similar a las de las partículas alfa. Cuando un átomo expulsa una partícula beta, su número atómico aumenta o disminuye una unidad.

* A diferencia de las alfa estas penetran un mayor espesor de materia antes de ser absorbidas (pueden penetrar entre 1 y 2 pulgadas) pueden ser detenidos por una lamina de aluminio de 1 cm de espesor.

Existen tres tipos de radiación beta:

La radiación beta(-) : que consiste en la emisión espontánea de electrones por parte de los núcleos.

Cuando un átomo emite una partícula b, la masa del átomo no cambiará (puesto que no hay cambio en el número total de partículas nucleares), sin embargo el número atómico aumentará (porque el neutrón se transmutó en un protón adicional).

14   6

C      0 1

e-   +  14   7

N

Existen tres tipos de radiación beta:

La radiación beta(+) : en la que un protón del núcleo se desintegra y da lugar a un neutrón, a un positrón o partícula Beta+ y un neutrino.

La captura electrónica: que se da en núcleos con exceso de protones, en la cual el núcleo captura un electrón que se unirá a un protón del núcleo para dar un neutrón.

Cuando un elemento experimenta el proceso de captura de electrones, su número atómico disminuye en 1, mientras que su número másico permanece inalterado. Ejemplos de este tipo de reacción nuclear son:

- PARTICULAS GAMMA: No poseen carga ni masa; son un tipo de energía electromagnética que llega a moverse a la velocidad de la luz. Poseen un poder de penetración hasta de 100 cm o poder pasar a través del cuerpo, de un papel o de aluminio, pero pueden ser detenidos por una lamina de plomo de 5 cm de espesor.

- Ninguna partícula es emitida durante la radiación gamma, y por consiguiente la radiación gamma no causa en sí misma la transmutación de los átomos. Sin embargo, la radiación es emitida generalmente durante, y simultáneamente, a la disminución radioactiva  a o b. Los rayos X, emitidos durante la disminución beta del cobalto-60, son un ejemplo común de la radiación gamma.    

.    

.    

Resuelve los numerales 1,2 y 3 de la página 8 de la guía

AHORA APLIQUEMOS…AHORA APLIQUEMOS…

.    

.    

QuímicaQuímica

FENOMENOS NUCLEARES Y SUS APLICACIONES CLASE 4

APRENDIZAJES ESPERADOSAPRENDIZAJES ESPERADOS

•Comprender que los neutrones a pesar de carecer de carga eléctrica también están sometidos a fuerzas de cohesión nuclear y tienen gran importancia entre los factores que determinan la estabilidad nuclear.

HABILIDADES

Las habilidades que se desarrollarán en

esta clase son:

• Reconocimiento• Comprensión• Análisis• Aplicación

INTRODUCCIÓN

Veamos los videos sobre radiactividad y estabilidad nuclear 1 y 2:

http://www.youtube.com/watch?v=G2zFgN0Qe8o&feature=related

http://www.youtube.com/watch?v=pvWPSfKbcRM&feature=relmfu

ACTIVIDAD EXPLORATORIA

Ahora por parejas realizar la actividad de la página 102 del libro y entregarla en hojas cuadriculadas.

QuímicaQuímica

FENOMENOS NUCLEARES Y SUS APLICACIONES CLASE 5

APRENDIZAJES ESPERADOSAPRENDIZAJES ESPERADOS

•Comprender el concepto de vida media y cómo se calcula•Representar a través de ecuaciones nucleares los procesos de una serie radiactiva

HABILIDADES

Las habilidades que se desarrollarán en

esta clase son:

• Reconocimiento• Comprensión• Análisis• Aplicación (representación)

TIEMPO DE SEMIDESINTEGRACIÓN O VIDA MEDIA

La vida media (t1/2) es el tiempo que tarda en desintegrarse la mitad de los núcleos de cualquier sustancia radiactiva en relación a su valor inicial.La vida media también se conoce como “período de semidesintegración”.

el elemento radioactivo bismuto (210Bi) puede experimentar disminución por emisón alpha para formar el elemento talio (206Tl) con una reacción de vida media igual a 5 días. Si iniciamos un experimento comenzando con 100g de bismuto en un contenedor con la tapa cerrada, después de 5 días tendremos 50g de bismuto y 50g de talio en la jarra. Después de otros 5 días (10 desde el principio), la ½ del bismuto restante disminuirá y nos quedarán 25g de bismuto y 75g de talio en la jarra.

EJEMPLO

Figura 4. Representación gráfica del decaimiento radiactivo

Figura 4. Representación gráfica del decaimiento radiactivo

• La velocidad de desintegración se analiza en función de su vida media. Dichas desintegraciones son de primer orden.

La velocidad de desintegración se analiza en función de su vida media. Dichas desintegraciones son de primer orden. 

Figura 4. Representación gráfica del decaimiento radiactivo

La velocidad de desintegración se analiza en función de su vida media. Dichas desintegraciones son de primer orden. 

Figura 4. Representación gráfica del decaimiento radiactivo

• Otra forma de calcular la vida media es así:

• Ejemplo:

• Ejemplo 2:

AHORA APLIQUEMOSAHORA APLIQUEMOS

• Observa el ejemplo resuelto de la página 114 y con base en lo visto en esta clase, realiza los ejercicios 1 y 2 propuestos.

• Resuelve los ejercicios 4 al 8 de la página 8 de tu guía.

EJEMPLO:EJEMPLO:

ACTIVIDADACTIVIDAD

• Realiza la actividad 8 de la página 109 del libro:

SOLUCIÓNSOLUCIÓN

QuímicaQuímica

FENOMENOS NUCLEARES Y SUS APLICACIONES CLASE 6

APRENDIZAJES ESPERADOSAPRENDIZAJES ESPERADOS

•Comprender el concepto de energía nuclear •Diferenciar los procesos de fusión y fisión nuclear.

HABILIDADES

Las habilidades que se desarrollarán en

esta clase son:• Reconocimiento• Comprensión• Análisis• Aplicación

QUÉ ES LA ENERGÍA NUCLEAR?

La energía nuclear es la energía obtenida de la modificación de la estructura del núcleo atómico de un elemento, que muta y pasa a hacer otro elemento (reacción nuclear)

La energía nuclear es aquella que se libera como resultado de una reacción nuclear. Se puede obtener por el proceso de Fisión Nuclear Fusión Nuclear

En las reacciones nucleares se libera una gran cantidad de energía debido a que parte de la masa de las partículas involucradas en el proceso, se transforma directamente en energía

Es una reacción en la que se unen dos núcleos ligeros para formar uno más pesado. Este proceso desprende energía porque el peso del núcleo pesado es menor que la suma de los pesos de los núcleos más ligeros.

FISIÓN NUCLEAR

es una reacción nuclear, lo que significa que tiene lugar en el núcleo del átomo. La fisión ocurre cuando un núcleo se divide en dos o más núcleos pequeños, más algunos subproductos.

FISIÓN NUCLEAR

FISIÓN NUCLEAR

EN SÍNTESIS

VEAMOS EL VIDEO DE FUSIÓN Y FISIÓN NUCLEAR