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Propiedades del ncleo

tomo (repaso)

Propiedades del ncleo

TOMO NEUTRO tomo (repaso)Es cuando la cantidad de protones es IGUAL a la cantidad de electrones; p+ = e-. C carbonoEjemplo:6 protones6 electronesPropiedades del ncleo

tomo (repaso)Tabla peridica de los elementos

Propiedades del ncleo

NMERO ATMICO (Z): Es el nmero de protones que posee un tomo en su ncleo, y es lo que identifica a un elemento; Z = p+.NMERO MSICO (A): Es la suma de protones y neutrones, en el se expresa la composicin nuclear que determina la masa atmica; A = p+ + n o A = Z + n. tomo (repaso)Descripcin del tomo

Propiedades del ncleo

con estos dos nmeros podemos obtener informacin acerca de cuntos protones, neutros y electrones tiene un determinado tomoConclusin:Propiedades del ncleoActividad n 1 en clasesPropiedades del ncleo

Responde las siguientes preguntas:

El calcio tiene nmero atmico 20 y numero masico 40 a) Explica el significado de esos dos datos b) En qu deben parecerse dos elementos para que den lugar a sustancias de comportamiento parecido: en su numero msico, en su nmero atmico, o en su configuracin electrnica? Explica tu respuesta. Propiedades del ncleo

n atmico (Z)n msico (A)n protonesn neutronesn electronesNa1112Ca+24018Br3545Br3544362) Completa la siguiente tabla:

Propiedades del ncleo

NMERO ATMICO (Z)Entonces: 6C 9F

10NePropiedades del ncleo

NMERO MASICO (A)

Entonces:

Propiedades del ncleoEsteban Tapia Moya.Profesor de enseanza media con mencin qumica.Universidad de Chile.Primera Unidad

FENMENOS NUCLEARESLiceo Jos Toribio MedinaQumica comn tercero medio

Qu es la radiactividad?

con que la asociamos?IntroduccinIntroduccin

Bombas nucleares

Reactores nuclearesDesechos nucleares

El solAplicaciones en medicinaEsterilizacinIntroduccin

Ncleo atmico

IntroduccinComparacin de las Rx qumicas y nucleares Reacciones QumicasReacciones nuclearesLos tomos se reorganizan por la ruptura y formacin de electrones.Los elementos (o los isotopos de los mismos elementos) se convierten entre s.Solo los electrones de los orbitales atmicos o moleculares participan en la ruptura y formacin de enlace.Pueden participar protones, neutrones electrones, y otras partculas elementalesLas reacciones se acompaan por la absorcin o liberacin de cantidades de energa relativamente pequeas.Las reacciones van acompaadas por la absorcin o liberacin de cantidades enormes de energa.La velocidad de reaccin se ven afectadas por la temperatura, la presin, concentraciones y catalizadoresNo se ven afectadas por la t, P, [ ] , y catalizadores.

Sabemos que todos los tomos de un mismo elemento tiene la misma cantidad de protones, pero la cantidad de neutrones puede variar. Los tomos de un mismo elemento pueden tener masa diferentes.

ISOTOPOSPropiedades del ncleoMasa atomica promedioLos tomos de un elemento tienen istopos que difieren en el nmero de neutrones,.

La masa atmica promedio de un elemento se establece considerando la abundancia de cada uno de los istopos en la naturaleza.

Se sabe que el carbono tiene tres istopos:

el istopo C-14, ampliamente utilizado en la estimacin de las edades de fsiles orgnicos, se encuentra en muy baja proporcin en la naturaleza, por lo que su aporte se puede despreciar

el istopo C-12 es 98,89% y del istopo C-13 es de 1,11%.

Cul es la masa atmica promedio del carbono?

Propiedades del ncleoEstabilidad nuclearFUERZAS EN EL NUCLEOAl interior de un ncleo actan dos tipos de fuerzas: la fuerza de repulsin elctrica la fuerza nuclear.

Para romper ncleos es necesario vencer la fuerza nuclear y para agregar p+ o no se requiere superar la repulsin elctrica. Ambos procesos liberan gran cantidad de energa.

En esto consiste la FISION NUCLEAR Y LA FUSION NUCLEAR

Procedimiento

Observaciones empricas han determinado que la estabilidad nuclear depende de la relacin entre el nmero de protones y de neutrones, tal como se muestra en el grfico N 1.Anlisis y conclusiones:

Analiza el grfico y responde las preguntas.

1. Qu representa la lnea recta que cruzael grfico?

2. Qu relacin hay entre los protones y losneutrones de los ncleos estables de nmeroatmico pequeo (hasta alrededor de 20)?

3. Qu ocurre con los ncleos de mayornmero atmico?, cmo se relaciona elnmero de neutrones y de protones?

4. Por qu crees que el nmero de neutronesnecesario para mantener un ncleo estableaumenta al haber ms protones?

5. En qu elemento termina la franja deestabilidad?, por qu?

6. Qu sucede con los elementos de Z > 83?

n/p demasiado grandeDesintegracin betaXn/p demasiado pequeoDesintegracin de positrno captura de elctrnY23.2Cinturn de estabilidadNeutrone/protones = 1LA RADIACTIVIDAD O RADIOACTIVIDAD

Es un fenmeno fsico natural, por el cual algunos cuerpos o elementos qumicos llamados radiactivos, emiten radiacionesLas radiaciones emitidas pueden ser: electromagnticasen forma de rayos X o rayos gammao bien corpusculares, como: ncleos de Helio, electrones o positrones, protones u otras.

En resumen, es un fenmeno que ocurre en los ncleos de ciertos elementos, que son capaces de transformarse en ncleos de elementos de otros tomos.

27Los ncleos a partir de un cierto tamao (nmero de protones y neutrones) comienzan a ser inestables porque las fuerzas de repulsin elctricas son muy intensasPara intentar estabilizarse: Producen emisiones de partculas estas emisiones es lo que llamamos radiactividad

Existen tres tipos de emisiones:Radiacin alfaRadiacin betaRadiacin gamma

RADIACIN ALFA:

RADIACIN BETA:

RADIACIN GAMMA:

Radiaciones ionizantes

Rayos gamma: fotnes (sin carga ni masa)Partculas beta: electrones a gran velocidad Partculas alfa: ncleos de helio a gran velocidad

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VIDA MEDIA DE LOS ELEMENTOS RADIACTIVOSSe ha comprobado que los istopos de los elementos radiactivos presentan distintos grados de inestabilidad en el tiempo debido a que cada istopo experimenta una serie radiactiva particular.Para referirse a la velocidad con que ocurren las desintegraciones nucleares utilizamos el concepto de vida media. Vida media ( t1/2 ) de un elemento radiactivo es el tiempo que tarda en desintegrarse la mitad de los tomos de cualquier sustancia radiactiva.

VALORES DE LOS TIEMPOS DE VIDA MEDIA Los valores de vida media de los istopos radiactivos pueden variar desde fracciones de segundos hasta millones de aos. El istopo ms inestable conocido es el Helio-5, su vida media es de 2 x 10-21seg. En cambio los istopos U-235 y U- 238 tienen vidas medias muy largas, 7,1 x 10(8) y 4,5 x 10(9) aos respectivamente.

EJEMPLO

El grafico presenta la desintegracin de una muestra de Co 601.- Indicar la cantidad inicial del Co-602.- Qu cantidad se desintegra en t? A cuantos aos corresponde?3.- Qu cantidad se desintegra en 2 t? A cuantos aos corresponde?4.- Qu cantidad se desintegra en 3t? A cuantos aos corresponde?5.- Cul es el tiempo de vida media del Co-60?

RADIACTIVIDAD INDUCIDALa primera conversin de un ncleo en otro fue obtenida en 1919 por Hernest Rutherford. Convirti el nitrgeno -14 en oxgeno 17 ms un protn, empleando partculas alfa.En la radiactividad inducida intervienen cuatro partculas: un ncleo objetivo, una partcula que bombardea, un producto y una partcula expulsada.

CONVERTIR UN NUCLEO EN OTROEn 1939, los qumicos alemanes Otto Hahn y Fritz Strassman encontraron al elemento bario ( Ba ) en una muestra de uranio que haba sido bombardeada con neutrones. Un ncleo de uranio 235 haba captado un neutrn y sufrido fisin nuclear.

FISION NUCLEARCuando un ncleo pesado se somete a un bombardeo con neutrones ( 0n1 ) este se divide, formando otros ncleos ms pequeos y estables.

En la fisin de U- 235, el ncleo de Uranio se escinde en un ncleo de Bario-139 y un ncleo de kriptn-94,liberando 3 neutrones y una enorme cantidad de energa, segn la ecuacin:

Ecuacin de la FISION

REACCIONES EN CADENADurante el proceso de fisin, los nuevos ncleos colisionan con las molculas que se encuentran a su paso, transformando su energa cintica en calor; y los neutrones liberados, impactan a otros tomos, desprendindose as nuevos neutrones que fisionaran otros ncleos, y as sucesivamente, ocurre una reaccin en cadena. Masa crtica es una determinada y suficiente cantidad de tomos fisionables capaces de sostener una reaccin en cadena.

FUSION NUCLEAR Es el proceso por el cual ncleos muy ligeros se: Fusionan para formar ncleos ms pesados y ms estables, generando grandes cantidades de energa. Las reacciones que ocurren en el interior de las estrellasson reacciones nucleares de fusin

Por ejemplo, el Sol genera la mayor parte de su energa por medio de la fusin: hidrgeno-2 ( deuterio ) e hidrgeno-3 (tritio)Para formar un ncleo de Helio

ECUACIONES QUE OCURREN EN EL SOL

La fusin de los tomos de Hidrgeno libera cuatro veces ms energa por gramo que lo emitido en una reaccin de fisin nuclear. Pero el proceso requiere de temperaturas elevadsimas, del orden de 10 (6 ) a 10(7 ) grados Kelvin, para vencer las fuerzas de repulsin entre los ncleos y lograr que se fusionen

REACTORES NUCLEARESPara controlar la energa que se produce en las reacciones de fisin en cadena se necesita de un sistema que controle las fisiones.

REACTOR NUCLEAR Consiste en una vasija donde se deposita el combustible nuclear en forma de pastilla entre una serie de varillas.

Los componentes de un reactor son:

1.- Un material moderador ( grafito ) desacelerar los neutrones

2.- Barras de control ( cadmio ) controlar la velocidad de la fisiones

3.- Un sistema de transferencia de energa calrica que transporta hacia un sistema de generador de vapor de agua.

4.- Un sistema de blindaje para evitar la fuga de radiaciones

CENTRAL NUCLEAR

APLICACIONES DE LA ENERGIA NUCLEARLa E. N. Puede ser empleada en mltiples campos

1.- Obtencin de electricidad 2.- Produccin de radioistopos ( trazadores de los procesos qumicos y biolgicos)-En la medicina-En la industria-En la agricultura

La COMISION CHILENA de ENERGIA NUCLEAR

Desde 1974 cuenta con el Centro de Estudios NuclearesLa Reina Reactor Experimental Rech 1Produccin de radioistopos y anlisis por activacin neutrnica ( Salud, Minera y Agricultura)

Irradiacin de alimentosUso de radiaciones ionizantes para la estabilizacin.Tratamiento equivalente a la pasteurizacin o esterilizacinDesactiva enzimas, mata microorganismos y parsitosEsterilizacin fra: Implica incrementos de T insignificantes

50Fuentes, intensidad y dosisDiseo de un proceso de IrradiacinDeterminar dosis necesaria para el efecto deseadoElegir radiacin, obtener sus caractersticas de energa y atenuacinComprobar si es posible no sobrepasar lmites mnimos y mximosDeterminar distancia a la fuente en funcin del tiempo de exposicin o viceversaSi es un diseo nuevo, se puede jugar con la actividad de la fuente

Irradiacin de alimentos

51Tipos de procesos de irradiacin. Clasificacin.Dosis Baja (hasta 1 kGy): es usada para demorar los procesos fisiolgicos, como maduracin y senescencia de frutas frescas y vegetales, y para controlar insectos y parsitos en los alimentos.Dosis Media (hasta 10 kGy): es usada para reducir los microorganismos patgenos y descomponedores de distintos alimentos; para mejorar propiedades tecnolgicas de los alimentos, como reducir los tiempos de coccin de vegetales deshidratados; y para extender la vida en anaquel de varios alimentos. Dosis Alta (superior a 10 kGy): es usada para la esterilizacin de carne, pollo, mariscos y pescados, y otras preparaciones en combinacin con un leve calentamiento para inactivar enzimas, y para la desinfeccin de ciertos alimentos o ingredientes, como ser especias. Irradiacin de alimentos

52Efectos de la radiacin absorbida

No crecimiento de mohosInhibicin de brotesIrradiacin de alimentos

53Medicina nuclear54 Dentro del uso de la radiactividad en las actividades humanas, muy conocidas son sus aplicaciones mdicas.

El uso de la radiacin en el diagnstico y el tratamiento de enfermedades se ha convertido en una herramienta bsica en medicina.

Con ella se ha podido realizar exploraciones del cerebro y los huesos, tratar el cncer y usar elementos radiactivos para dar seguimiento a hormonas y otros compuestos qumicos de los organismos.

Medicina nuclear55 Algunos istopos radiactivos, sus vidas medias y sus aplicaciones mdicasNcleoVida mediarea del cuerpo que se estudia131 I8.1 das Tiroides59 Fe 45.1 das Glbulos rojos 99 Mo67 horasMetabolismo32 P14.3 dasOjos, hgado, tumores51 Cr27.8 das Glbulos rojos87 Sr2.8 horasHuesos99 To6.0 horasCorazn, huesos, hgado, pulmones133 Xe5.3 dasPulmones24 Na14.8 horasSistema circulatorio

56 SPECT (Tomografa Computerizada por Emisin de Fotn Simple):

Un radioistopo emisor de fotones gamma es introducido en el paciente. Los fotones emitidos son detectados en una gammcmara plana. Mediante tcnicas de reconstruccin de imagen se puede conseguir una imagen funcional del interior del cuerpo.

Medicina nuclear

MEDICINA NUCLEAR57

PET (Tomografa por Emisin de Positrones): Un radiotrazador emisor de positrones en introducido en el paciente.

Al producirse la desintegracin se emiten positrones que posteriormente se aniquilan dando lugar a 2 fotones colineales de 511 KeV.

Estos fotones son detectados en coincidencia. Mediante tcnicas de reconstruccin de imgenes se obtiene una imagen funcional del interior del cuerpo58 Radioterapia:

Consiste en el uso de las radiaciones como tratamiento teraputico en oncologa. Se irradia al paciente con fotones de alta energa para eliminar las clulas tumorales intentando afectar lo mnimo posible a las clulas sanas.La aplicacin de la radiacin se puede hacer de manera externa con cmaras de cobalto o aceleradores lineales, o de manera interna mediante la introduccin de implantes radiactivos (braquiterapia).

Medicina nuclear

Medicina nuclear60

RMN (Resonancia Magntica Nuclear):

Un campo magntico esttico provoca un desdoblamiento Zeeman de subestados nucleares magnticos y una seal de radiofrecuencia es aplicada de modo que induce transiciones entre subestados.

Lo que se mide en este caso es la absorcin de la radiofrecuencia y su posterior reemisin.

El desarrollo del cncer involucra mltiples cambios en genes, seales celulares, reguladores de crecimiento, apoptosis, angiognesis, respuesta del ADN al dao y reparacin.Estos cambios pueden afectar: (1) mutaciones genticas o translocaciones del ADN que transforman los protooncogenes en oncogenes y (2) mutaciones que resultan en prdida de genes supresores (deleciones).

Cncer inducido por la radiacin

El largo perodo de latencia entre la exposicin a la radiacin y la aparicin del cncer, as como tambin la naturaleza multifactorial de la carcinognesis, hacen difcil distinguir los efectos de la radiacin y diferenciarlos de los dems factores.

Cncer inducido por la radiacinSe ha demostrado que el efecto de la radiacin que una mayor importancia tendra en el inicio de las alteraciones que llevan al cncer sera la ruptura de la cadena de ADN y la posterior reparacin defectuosa. La mutaciones ms frecuentes producida por la radiacin es la prdida de material gentico.

Cncer inducido por la radiacin

1862: Lord Kelvin: Estudia la luminosidad del sol, mareas de la luna, rotacin de la tierra, etc. Supone con bases cientficas que la edad de la tierra es de 100 Ma. Mas tarde en 1897: entre 20 y 40 Ma.1896: Henri Becquerel: Descubre la radiactividad.1898: Marie Curie: Descubre el Th, Po, Ra.1899: Rutherford: Investiga estas sustancias radiactivas y encuentra que estn compuestas de partculas a (= 4He), b (positivos y negativos) y g (similares a Rayos-X).1900: Soddy y Rutherford estudian el Th y sus componentes, adems encuentran la tasa de desintegracin (ACTIVIDAD): dN/ dt = lN (l = constante de decaimiento; t = tiempo; N = nmero de tomos radiactivos presentes)1912: Bohr propone el modelo atmico 1H.1914: Richard y Lambert: Descubren que los pesos atmicos no son nmeros enteros e introducen el trmino istopo.1919: Rutherford encuentra que el ncleo del tomo tiene protones (p+).

OTROS PUNTOS IMPORTANTES

1903: Marie y Pierre Curie descubren que el decaimiento radiactivo es unproceso exotrmico. Afecta tasas de calor en la tierra > Premio Nobel de Fsica. Los halos pleocroicos (p.ej. en micas) son resultado de daos por radiacin.

1913: Holmes determina la edad del Arqueano en 1,300 Ma.

1931: Urey descubre el 2H= D (Deuterio) a partir de la diferencia de presiones de vapor en el hidrgeno. Tambin descubre que el O sufre un fraccionamiento natural en carbonatos marinos.