Núcleo Atómico, Fuente de energía

En la unidad anterior revisaste reacciones nucleares en las cuales un núcleo se desintegra espontáneamente liberando emisiones radiactivas y transformándose en un núcleo diferente, es decir, el proceso que llamamos radiactividad natural. Pero también hay formas artificiales de cambiar la identidad de un núcleo, por ejemplo, bombardear un núcleo con otro núcleo de menor tamaño y a gran velocidad o con partículas subatómicas; a este proceso se le llama radiactividad inducida. La radiactividad inducida tiene entonces 4 elementos: Núcleo objetivo, partícula que bombardea, núcleo producto y partícula expulsada.
En el interior de un núcleo actúan 2 fuerzas: la repulsión eléctrica, que tiende a separare los protones, y la fuerza nuclear, responsable de mantener los neutrones y protones unidos. Para romper un núcleo es necesario vencer la fuerza nuclear, mientras que para agregarle más protones o neutrones se requiere superar la fuerza eléctrica. Ambos procesos son reacciones nucleares que liberan gran cantidad de energía. Básicamente, hay 2 tipos de reacciones nucleares: fisión nuclear y fusión nuclear.

Fisión nuclear:

En la fisión nuclear el núcleo fisionable es impactado por un neutrón, partiéndose en dos núcleos más pequeños, los cuales son desprendidos a altas velocidades.

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Si este proceso continua, ocurre una reacción en cadena, la cual de no ser controlada, puede ocasionar una gigantesca explosión. Sin embargo, la reacción en cadena solo es posible cuando se tiene una cantidad mínima de núcleos fisionables, llamada masa crítica, es decir, una determinada y suficiente cantidad de átomos fisionables capaces de sostener la reacción en cadena.


Los procesos de fisión nuclear se llevan a cabo en los reactores nucleares, grandes construcciones diseñadas para transformar la energía nuclear en otras formas energéticas, como la energía eléctrica.

Fusión nuclear:

Cuando núcleos muy ligeros se fusionan para formar núcleos más estables, se generan cantidades inmensas de energía.

Estas reacciones corresponden a la fusión nuclear y son el origen de la energía que produce el sol. La fusión parece ser una fuente de energía bastante prometedora a causa de la disponibilidad de isótopos ligeros y porque el proceso no elimina desechos radiactivos, es decir, no constituye una amenaza para el ambiente. Actualmente, para generar energía no se ha empleado este método porque no se han conseguido las temperaturas requeridas para obtener una fusión controlada, y por tanto, una liberación de energía también controlada.

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¿Cómo nos afecta la radiación?

Como sabemos, recibimos un bombardeo constante de radiación de fuentes naturales y artificiales, la llamada radiación de fondo. Las distintas energías de estas clases de radiación son importantes para entender sus efectos sobre la materia. Esto significa que las emisiones radiactivas tienen la potencia suficiente para golpear y liberar electrones de los átomos y generar iones cuando chocan con materia neutra, por ejemplo, la materia que compone tu cuerpo. En otros términos, la radiación provoca excitación o ionización de la materia. Se produce excitación cuando la radiación absorbida excita los electrones constituyentes de los átomos o moléculas que conforman la materia y los mueven a estados de mayor energía. Ocurre ionización cuando la radiación arranca un electrón de una molécula o átomo, formándose un ion. A esta radiación se le llama ionizante. Debido a que tiene una mayor frecuencia y menor longitud de onda, la radiación ionizante es dañina para la salud de los seres vivos. La radiación gama, los rayos X y la luz UV de alta energía son ionizantes.
Casi todos los tejidos vivos contienen al menos 70% de agua en masa. Cuando la radiación ionizante pasa a través de un tejido vivo, se eliminan electrones de las moléculas de agua, con lo que se forman iones H2O+. A su vez, estos pueden reaccionar con otras moléculas de agua para producir iones hidronio H3O+ y un radical libre OH-. El radical libre OH es una molécula inestable y muy reactiva y tiene la capacidad de atacar una multitud de biomoléculas circundantes para producir nuevos radicales libres, que a su vez, atacan más biomoléculas al interior de las células, perturbando sus funciones vitales. Este tipo de radiaciones pueden provocar daños en macromoléculas como el ADN, los daños pueden ser agudos y casi inmediatos, como quemaduras de la piel, hemorragias, diarreas, infecciones o muerte; pero también existen efectos tardíos como los cánceres y los efectos en las generaciones siguientes del individuo irradiado.

Dosis de radiación:

Los científicos han fijado normas de exposición a la radiación que establecen relaciones entre dosis y la duración de la exposición a la radiación y los efectos biológicos. Para medir la energía de una cantidad dada de radiación se utilizan varias unidades. La unidad SI de dosis absorbida es el gray (Gy) que corresponde a la absorción de 1J (joule) de energía por kilogramo de tejido. El rad es la unidad de uso más frecuente en medicina, donde 1 Gy = 100 rad. Los efectos de la radiación varían según el tipo de radiación. Para expresar el daño biológico en términos de la cantidad real de radiación absorbida, se utilizan el rem y el sievert (Sv), donde 1 Sv = 100 rem. La radiación ionizante de fondo proveniente de fuentes naturales representa una dosis de unos 0,003 Sv por año para cada persona. Es recomendable que la exposición total a fuentes artificiales de radiación se limite a 0,005 Sv por año.

Reactores nucleares:

Una de las aplicaciones pacíficas de la fisión nuclear es la generación de electricidad utilizando el calor producido por una reacción en cadena, controlada en un reactor nuclear. El reactor nuclear es un sistema construido para controlar la energía que se produce en la reacción en cadena y que impide el aumento indefinido de las fisiones. Consiste básicamente, en una vasija en cuyo interior se deposita el combustible nuclear, que puede ser U- 235 o plutonio- 239. Los componentes de un reactor son:

· Un material moderador, usualmente agua, que sirve para desacelerar los neutrones producidos en el proceso de fisión.
· Barras de control, elaboradas con cadmio o boro, que absorben los neutrones. Sin estas barras de control el calor generado derretiría el corazón del reactor, liberando materiales radiactivos al ambiente.
· Un sistema de enfriamiento que absorbe el calor producido por la fisión nuclear y lo transfiere fuera del corazón del reactor, transportándolo hacia un sistema donde se produce suficiente vapor de agua para hacer funcionar un generador eléctrico.
· Un sistema de blindaje que evita la fuga de radiaciones al exterior del reactor.

Llamamos central nuclear al complejo del reactor conectado al sistema de generación eléctrica. La energía obtenida en una central es enorme en comparación a una termoeléctrica (1gr de uranio = 2500 Kg de carbón).

Armas nucleares:

Sin lugar a dudas, una de las aplicaciones científicas más nefastas en la historia de la humanidad ha siso el uso de la fisión nuclear con fines militares y concretamente como armas de exterminio masivo. Recordemos que un kilotón (Kt) equivale a mil toneladas de TNT y que un megatón, es un millón de toneladas de TNT. La bomba, llamada bomba A lanzada en Hiroshima y Nagasaki, tenía un poder destructivo equivalente a 12 Kt. En la actualidad se identifican 3 clases principales de armas nucleares.

- Bombas A: Se basan en la fisión nuclear y usan como combustible el uranio, plutonio y polonio y mezcla de ellos. Hoy, bombas A están instaladas en unos cohetes llamados misiles.
- Bombas H: Se basan en la fusión nuclear y el combustible es el hidrógeno y el helio. Para hacerla explosionar es necesario someterla a temperaturas de varios millones grados Celsius. Esto se consigue haciendo explotar previamente una bomba A, que genera altas temperaturas haciendo posible la fusión del H y He junto con la liberación de energía.
- Bombas de neutrones: Es un caso modificado de la bomba H. Su funcionamiento se basa en reducir la onda expansiva, pero liberando neutrones que bombardean los alrededores, provocando daños irreparables en las personas, sin destruir el entorno.

En el posible escenario de una guerra nuclear se produciría el llamado Holocausto nuclear. Se viviría el invierno nuclear que se trasladaría a todo el planeta. Y si eso fuera poco, el polvo es suspensión sería radiactivo (formando un manto que impediría el paso de la luz solar, descendería la temperatura ambiental, etc.). Este caería rápidamente en forma de lluvia radiactiva contaminando con dosis letales el planeta. Después de una explosión nuclear, especies como las cucarachas, moscas y ratas, serían los grandes sobrevivientes, en el corto plazo. Rodeadas de gran cantidad de cadáveres su número se multiplicaría vertiginosamente.

Los radioisótopos al servicio de la humanidad: En el transcurso de los procesos efectuados en los reactores nucleares se obtienen isótopos radiactivos que se emplean en innumerables ámbitos.
- Mejorar los cultivos de plantas alimenticias
- Preservar los alimentos y madera
- Esterilizar instrumental médico
- Estudios de contaminación ambiental
- El control de procesos industriales
- El estudio de recursos hídricos
- Combatir plagas
- Diagnóstico médico
- Producir radio fármacos
- Terapia médica, etc.


Impacto de la tecnología nuclear

Pruebas nucleares: Las sustancias radiactivas que se producen de una explosión nuclear de experimentación se incorporan al medio, contaminado el agua, el suelo y el aire.

Pruebas de potencia nuclear: El uso de la fisión nuclear para generar electricidad es considerada por muchos una amenaza para el medio ambiente. A pesar de todas las medidas de seguridad dispuestas, ya sea por fugas radiactivas o por el manejo de los desechos radiactivos, como el isótopo del Sr-90, los cuales deben ser almacenados en tambores blindados por ciertos periodos, a la espera de que su actividad radiactiva decaiga.
Accidentes provocados por errores humanos y mecánicos, tales como lo ocurridos en la central ucraniana de Chernobyl el año 1986, liberaron grandes cantidades de de gases y polvo radiactivo al medio ambiente, con lo cual queda de manifiesto el potencial peligro de una central nuclear.

Usos médicos de la radiación

El uso de la radiación en medicina puede ser con propósitos de diagnóstico (rayos X o exámenes de medicina nuclear) y para el tratamiento de enfermedades como el cáncer, que hacen uso de radioisótopos como el cobalto – 60. Estas prácticas no constituyen un problema ambiental pero sí lo queda después de su uso (en hospitales y clínicas).
El comportamiento químico de los isótopos radiactivos es idéntico a l de los isótopos estables del mismo elemento, pero son detectados localizando la radiación que emiten. Por ello, los químicos pueden usar isótopos radiactivos como trazadores en reacciones químicas no biológicas y biológicas. Estos trazadores se introducen en un organismo vivo o en cualquier otro material con el objeto de seguir su trayectoria, a través de la detección de las radiaciones que emite. Así es posible conocer los procesos que involucran estos átomos.
Los isótopos radiactivos se han convertido en herramientas muy útiles para el diagnóstico y tratamiento de enfermedades. Por medio de ellos, los médicos pueden detectar tempranamente muchas enfermedades y tratarlas. El empleo de radiofármacos que tiene una vida media discreta permite estudiar los órganos y tejidos sin alterarlos. La técnica consiste en dar el radiofármaco al paciente en dosis pequeñas, ya sea por inyección intravenosa, ingestión oral o inhalación, y, a través de un dispositivo de detección, seguir el recorrido del radiofármaco hasta que se concentre en un tejido u órgano. La radiación emitida por el radiofármaco permite crear una imagen del órgano, la cual es reproducida por medio de un computador y una unidad de video, para así examinar con mayor precisión su funcionamiento y estructura.

En la industria, los trazadores radiactivos se introducen en un determinado proceso para detectar fugas de líquidos o gases que se transportan a través de cañerías subterráneas como un oleoducto, descubrir caudales de fluido y si hay filtraciones. También es posible obtener imágenes de piezas con su estructura interna, control de calidad de soldaduras, espesores de planchas metálicas, etc; utilizando radiografías en base a rayos gamma, llamadas gamamagrafías.
En el estudio del medio ambiente, se utiliza para la detección y análisis de contaminates. La técnicas consiste en irradiar una muestra, por ejemplo, de agua o suelo, de tal modo de obtener lo espectros gamma que emite, para procesar la información en un computador. Así, se pueden identificar los elementos presentes en la muestra y las concentraciones de los mismos. Una serie de estudios de este tipo han permitido detectar problemas de contaminación causados como los causados por el SO2, en derrames de petróleo, las descargas gaseosas a nivel del suelo, en contaminación de agua en los cursos naturales y en la producción de smog en el aire de las ciudades.
En la agricultura los radioisótopos son utilizados en el estudio de la efectividad de los nutrientes sobre distintos cultivos. Para tal efecto se hace uso de fertilizantes marcados con radioisótoipos, los que se ponen en las plantaciones en tiempos y lugares diferentes; así es posible determinar qué cantidad de nutrientes capta una planta y en qué época del año se debe aplicar fertilizante para obtener mayor productividad. A partir de mutaciones genéticas inducidas por radioisótopos, es posible lograr cultivas más resistentes a las plagas. Así mismo, el suministro de altas emisiones de radiación ionizante a insectos machos que constituyen una plaga ha logrado controlar la población, ya que estos machos irradiados no dejan descendencia. En Chile, se aplica con éxito esta técnica para el control de la mosca de la fruta, lo que ha permitido la expansión de sus exportaciones agrícolas.
Otra de las aplicaciones de la radiactividad es la irradiación de alimentos para almacenarlos y conservarlos. Este proceso consiste en exponer los alimentos a una dosis prescrita de radiación ionizante, durante un tiempo determinado en una sala especial. Para ello, las fuentes de radiación son los rayos gamma, procedentes de radioisótopos como el cesio – 137 y el cobalto – 60, los rayos X y haces de electrones. Con este tratamiento se pueden eliminar los microorganismos causantes de la descomposición, impedir la reproducción de insectos y parásitos, impedir los brotes de tubérculos y raíces comestibles y retrasar la maduración de la fruta.
La radiactividad también puede ser utilizada para la datación de antigüedades, por ello esta técnica es muy útil para arqueólogos y paleontólogos. El fechado con carbono – 14 se utiliza ampliamente para conocer la época en que estuvieron vivos los fósiles de plantas y animales. Si se calcula la proporción de C – 14/C – 12 (no radiactivo) en un objeto que tuvo vida, luego se compara con la proporción que debió tener en el organismo estaba vivo, se puede saber su edad. Con la técnica del plomo -210 se han descubierto falsificaciones de cuadros famosos que de otra manera no hubieran sido detectados. Es el caso de algunas obras del pintor holandés Jan Vermeer (1632 – 1675) que fueron pintadas por otro pintor del siglo XX para ser vendidas como auténticas.

Química nuclear. Radiactividad

A comienzos del siglo XX los científicos comprobaron que los átomos son en realidad divisibles, es decir, que tienen una subestructura. Así, el modelo atómico nuclear de Rutherford había sido un acierto.
Algunos núcleos de determinados átomos son inestables y se rompen emitiendo espontáneamente partículas, radiaciones o ambas a la vez. Al ocurrir esto, hay una transformación del núcleo, cambia el número de protones y neutrones, por lo que se forman núcleos distintos, proceso que se llama radiactividad.
En 1896 Henri Becquerel (1852-1908) observó este fenómeno por primera vez. Descubrió que los minerales de uranio (Z = 92) eran capaces de velar una placa fotográfica en ausencia de luz externa, por lo que concluyó que poseían la propiedad de emitir radiaciones en forma espontánea. Poco después de este descubrimiento, la química polaca Marie Sklodowska (1867-1934) y su esposo, el físico francés Pirre Curie (1859-1906), comenzaron una búsqueda sistemática de otras sustancias que emitieran radiaciones. Comprobaron que todos los minerales de uranio las emitían y además aislaron otros dos elementos con idénticas propiedades: el polonio (Z = 84) y el radio (Z = 88), a los que llamaron elementos radiactivos.

NOTACIÓN NUCLEAR

Los contenidos de la química que has estudiado desde 1º año medio, se han centrado en las reacciones químicas; es decir, las transformaciones en las que los electrones de los átomos son los protagonistas y se producen cambios en el número o la configuración de ellos. En las reacciones nucleares, en cambio, participan los protones y neutrones del núcleo.
En las reacciones nucleares, un núcleo puede perder o ganar protones o neutrones. Ahora, como el número de protones es igual al número atómico, el cual identifica a un elemento, al aumentar o disminuir el número de protones, cambia la identidad de un elemento.
Podemos representar las reacciones nucleares a través de ecuaciones, así como se hace con las reacciones químicas. En las ecuaciones nucleares los reactantes y productos corresponden a núcleos, por lo cual se deben indicar los isótopos de los elementos que están cambiando y produciéndose.
Para simbolizar un isótopo, se escribe el número másico (A) como superíndice y el número atómico (Z) como subíndice. Estos números se anotan a la izquierda del símbolo del elemento (E).

Cuando caracterizamos un núcleo por su número atómico y su número másico lo llamamos núclido.

Comparación de las reacciones químicas con las reacciones nucleares.

Reacciones químicas


-Los átomos se reordenan por la ruptura y formación de enlaces químicos.
-Sólo los electrones de los orbitales atómicos están implicados en la ruptura y en la formación de los enlaces.
-La reacciones van acompañadas por la absorción o liberación de cantidades de energía relativamente pequeñas.
-Las velocidades de reacción se ven influidas por la temperatura, la presión, la concentración y la presencia de catalizadores.

Reacciones nucleares:

-Los elementos (o los isótopos del mismo elemento) se interconvierten los unos en los otros.
-Pueden implicarse protones, neutrones, electrones y otras partículas elementales.
-Las reacciones van acompañadas por la absorción o liberación de enormes cantidades de energía.
-Las velocidades de reacción generalmente no se ven afectadas por la temperatura, la presión o los catalizadores.

Emisiones radiactivas:

Entre 1896 y 1903, los científicos descubrieron que no todos los elementos radiactivos emiten las mismas radiaciones. Algunos emiten radiación más potente que otros, cada una de las cuales transforma el núcleo de distinta manera.
Cuando la radiación de la muestra de un elemento radiactivo, como el radio (Ra), se somete a la acción de un campo magnético, se comprueba que existen 3 tipos de emisiones radiactivas.

Una parte de la radiación está formada por partículas alfa (α), con carga positiva; por otra parte contiene partículas beta (β), con carga negativa; y el resto de la radiación no se ve afectada por el campo magnético ya que no tiene carga eléctrica: rayos gamma (γ).

Las radiaciones α, β y γ se emiten a diferentes velocidades y tienen distintas capacidades de ionizar y penetrar la materia. Los núcleos que emiten radiaciones se llaman radioisótopos.

Partículas alfa:

Consiste en un flujo de partículas formadas por 2 protones y 2 neutrones. Una partícula α tiene una masa de 4 uma y una carga igual a +2 y es idéntica a un núcleo de helio (un átomo de helio sin sus 2 electrones); su símbolo es 42He.
Debido a que la masa y el volumen de las partículas alfa son relativamente elevados, estas radiaciones viajan a una velocidad menor que la radiación beta o gamma y, por lo tanto, tienen un poder de penetración bajo. Además, estas chocan fácilmente con las moléculas de aire y en cada choque pierden parte de su energía, hasta quedar detenidas o ser absorbidas por algún otro núcleo en su camino. Al mismo tiempo, si las partículas chocan con los electrones periféricos de un átomo, estos pueden ser arrancados por ellas, provocando que el átomo se ionice; en consecuencia, las partículas α tienen gran poder ionizante.

Partículas beta:

También están constituidos por haces de partículas y se representan como 0-1e. Las partículas β son idénticas a los electrones, es decir, partículas de carga -1. Corresponden a partículas 7000 veces más pequeñas que las alfa y viajan a una velocidad cercana a la de la luz, condición que le permite atravesar la malla de núcleos y electrones de algunas clases de materia, en suma, poseen un poder de penetración medio.

Radiaciones Gamma:

Son muy distintas de las radiaciones α y β. Es una radiación electromagnética idéntica a la de la luz, pero con un contenido energético muy superior. Estas propiedades hacen de los rayos gamma sutiles “agujas”, desprovistos de masa, capaces de atravesar la materia y de realizar amplios recorridos sin encontrar ningún obstáculo.

Observaciones: El poder ionizante de las emisiones radiactivas varía en sentido inverso al poder de penetración. De este modo, las radiaciones α poseen una bajísima capacidad para penetrar en la materia, pero un altísimo poder de ionización. Se ha calculado que su poder ionizante es 100 veces superior al de la radiación β, y estos, 100 veces superior al de la radiación γ.

Elementos radiactivos (naturales y artificiales):

Así, como existen diferentes moléculas, combinaciones estables entre átomos, también hay combinaciones de protones y neutrones que son estables, es decir, núcleos estables.
Por ejemplo, si juntamos 2 protones y neutrones, obtenemos un núcleo de helio (42He), de gran estabilidad. El elemento helio está formado solo por este tipo de isótopo; el cual ha permanecido así por siempre en la naturaleza, desde que se originó. Si tratamos de incorporar un neutrón más a este núcleo para formar el isótopo 52He, se rompe en fracciones de segundo, puesto que es un núcleo inestable.

Se ha comprobado que los núcleos estables tienen un número igual o casi igual de protones y neutrones, aunque usualmente son más neutrones que protones y, además, el número total de protones y neutrones es un número par. Entonces los núcleos inestables experimentarían un proceso de desintegración nuclear con el fin de corregir la relación cuantitativa entre los protones y neutrones.
Aplicando este concepto, llamamos elemento radiactivo al que tiene alguna proporción de átomos con núcleos inestables, es decir, que se van desintegrando en sucesivas etapas, liberando radiaciones, hasta formar núcleos estables. Todos los átomos de los elementos cuyo número atómico es superior a 83 son radiactivos.

Reacciones nucleares:

En las reacciones nucleares, un núcleo inestable, llamado núcleo padre, emite radiaciones en forma espontánea y se convierte en un núcleo más estable de un elemento diferente, llamado núcleo hijo.
Las reacciones nucleares están determinadas por la proporción de protones y neutrones de un núcleo y se deben a la transformación mutua entre las partículas nucleares.
En los núcleos de gran masa, que tienen un Z mayor a 83, la fuerza de repulsión entre los protones enlazados en la región central del átomo, tiende a superar la fuerza que permite que el núcleo se mantenga unido. Esto hace que sean radiactivos y, para estabilizarse, liberan partículas alfa, es decir, partículas formadas por 2 protones y 2 neutrones, transformándose en núcleos de menor tamaño.
Si un núcleo tiene un exceso de neutrones respecto a los protones, necesita aumentar su cantidad de protones para estabilizarse. Esto lo consigue transformando algunos neutrones en protones, por medio de una liberación de electrones (0-1e), es decir, liberando radiación beta negativa.
Para entenderlo, se postula que un neutrón está formado por un protón y un electrón, combinación que lo hace una partícula neutra. El núcleo con muchos neutrones “fabricará” entonces más protones, transformando sus neutrones en protones, con lo cual alcanzará una relación numérica correcta entre protones y neutrones.
En el caso de los núcleos con exceso de protones, el mecanismo para estabilizar el núcleo consiste en la transformación de protones en neutrones; así, en tanto que la cantidad de protones disminuye, la de los neutrones aumenta proporcionalmente. Se postula que para que un protón se transforme en un neutrón, se debe desprender de su carga positiva, liberando positrones (0+1e); estas partículas tienen la misma masa de los electrones, pero su carga es positiva. Un haz de positrones corresponde a radiaciones beta positivas.

Ecuaciones nucleares:

Los procesos radiactivos se representan por medio de ecuaciones nucleares.
Cuando un núcleo se convierte en otro, la masa comprometida en el proceso (la masa de los protones y neutrones) debe ser la misma antes y después de la desintegración. Por lo tanto, la suma de los superíndices (número másico) y de los subíndices (número atómico) debe ser igual en ambos lados de la ecuación.

· Desintegración alfa (Ley de Soddy):

Si el núcleo del átomo de un elemento radiactivo emite una partícula alfa, se origina otro nuevo elemento cuya masa atómica ha disminuido en 4 unidades y su número atómico disminuye en 2 unidades.

NOTA: Al emitir la partícula alfa el elemento formado se hallará dos lugares a la izquierda del sistema periódico; por haber perdido 2 protones de su núcleo.
Un ejemplo peculiar es el decaimiento del uranio-235, que se convierte en torio-231:

· Desintegración beta (Ley de Fajans):
Los núclidos que se encuentran a la izquierda de la curva de estabilidad, con un exceso de neutrones, se estabilizan mediante la emisión de negatrones, o partículas beta, convirtiendo un neutrón en un protón.

Los negatrones no son sino electrones, despedidos a enormes velocidades fuera de la atracción del núcleo. De esta forma, uno de los neutrones del radionúclido experimenta la siguiente reacción:
Durante este proceso, el radionúclido eleva en una unidad su número atómico (pues cuenta con un protón adicional), y mantiene constante su número de masa. Dicho de otra menera si el núcleo del átomo de un elemento radiactivo emite una partícula beta, el nuevo elemento originado no experimenta variación en su masa atómica; pero su número atómico aumenta en una unidad.
Un ejemplo particular es el torio-231, que se convierte en protactinio-23 1 por emisión beta:


· Desintegración gamma (γ):

Al igual que los electrones excitados de los átomos, que al volver a estados más estables emiten radiación electromagnética, los núcleos inestables también pueden hacerlo, salvo que en este caso la radiación es mucho más energética y se denomina gamma. El núclido no cambia su número atómico ni el de neutrones; simplemente reduce su energía.

· Desintegración de un positrón (0+1e):

Si el núcleo de un átomo emite un positrón, el nuevo elemento originado no experimenta variación en su masa atómica, pero su número atómico disminuye en una unidad.
El nuevo elemento se hallará situado hacia la izquierda del sistema periódico (un casillero menos).


Serie Radiactiva:

Alrededor de 80 de los elementos de la tabla periódica son estables, es decir, están formados a lo menos por un isótopo no radiactivo, incapaz de sufrir una desintegración nuclear; algunos ejemplos son el helio-4, carbono-12 y 13, oxígeno-16 y aproximadamente 260 núcleos más.
Los núcleos radiactivos en cambio, pueden sufrir varias desintegraciones en sucesivas etapas, hasta lograr un núcleo estable. Así una serie de reacciones nucleares se llama serie radiactiva, la cual comienza con el núcleo radiactivo y termina con el núcleo estable. Es oportuno aclarar que el decaimiento del núcleo radiactivo, además, de emitir radiaciones α y β, éstas van acompañadas frecuentemente por radiaciones γ; como liberan energía, los procesos de desintegración nuclear son exergónicos o exotérmicos y comprenden una o más desintegraciones sucesivas, las necesarias hasta alcanzar un núcleo estable.

Vida media de los elementos radiactivos:

Se ha comprobado que los isótopos de los elementos radiactivos presentan distintos grados de inestabilidad en el tiempo debido a que cada isótopo experimente una serie radiactiva particular. El caso de la serie radiactiva del uranio-238 consiste en un total de 14 etapas, es decir, 14 desintegraciones nucleares, hasta alcanzar un núcleo estable.
Para referirse a la velocidad con que ocurren las desintegraciones nucleares utilizamos el concepto de vida media.
Llamamos vida media de un elemento al tiempo que necesita la mitad de los átomos de una determinada muestra en sufrir una desintegración nuclear. La vida media del Ra-226 es de 1600 años. El símbolo de vida media es λ.

Nota: Los valores de vida media de los isótopos radiactivos pueden variar desde fracciones de segundo a miles de trillones de años. El isótopo más inestable conocido es el helio-5, su vida media es tan solo 2*10-21 segundos. En cambio, los isótopos de uranio tienen vidas medias muy largas.

GLOSARIO: Términos de RADIACTIVIDAD

Carta de Einstein al Presidente Roossevelt

Albert Einstein
Old Grove Rd.
Nassau Point
Peconic, Long Island

2 de Agosto de 1939

F. R. Roosevelt
President of the United States
White House
Washington, D.C.

Señor;
Algunos recientes trabajos de E. Fermi y L. Szilard, quienes me han sido comunicados mediante manuscritos, me llevan a esperar, que en el futuro inmediato, el elemento uranio puede ser convertido en una nueva e importante fuente de energía. Algunos aspectos de la situación que se han producido parecen requerir mucha atención y, si fuera necesario, inmediata acción de parte de la Administración. Por ello creo que es mi deber llevar a su atención los siguientes hechos y recomendaciones.

En el curso de los últimos cuatro meses se ha hecho probable -a través del trabajo de Loiot en Francia así como también de Fermi y Szilard en Estados Unidos- que podría ser posible el iniciar una reacción nuclear en cadena en una gran masa de uranio, por medio de la cual se generarían enormes cantidades de potencia y grandes cantidades de nuevos elementos parecidos al uranio. Ahora parece casi seguro que esto podría ser logrado en el futuro inmediato.

Este nuevo fenómeno podría utilizado para la construcción de bombas, y es concebible -pienso que inevitable- que pueden ser construidas bombas de un nuevo tipo extremadamente poderosas. Una sola bomba de ese tipo, llevada por un barco y explotada en un puerto, podría muy bien destruir el puerto por completo, conjuntamente con el territorio que lo rodea. Sin embargo, tales bombas podrían ser demasiado pesadas para ser transportadas por aire.

Los Estados Unidos tiene muy pocas minas de uranio, con vetas de poco valor y en cantidades moderadas. Hay muy buenas vetas en Canadá y en la ex-Checoslovaquia, mientras que la fuente más importante de uranio está en el Congo Belga.

En vista de esta situación usted podría considerar que es deseable tener algún tipo de contacto permanente entre la Administración y el grupo de físicos que están trabajando en reacciones en cadena en los Estados Unidos. Una forma posible de lograrlo podría ser comprometer en esta función a una persona de su entera confianza quien podría tal vez servir de manera extra oficial. Sus funciones serían las siguientes:

1. Estar en contacto con el Departamento de Gobierno, manteniéndolos informados de los próximos desarrollos, y hacer recomendaciones para las acciones de Gobierno, poniendo particular atención en los problemas de asegurar el suministro de mineral de uranio para los Estados Unidos.

2. acelerar el trabajo experimental, que en estos momentos se efectúa con los presupuestos limitados de los laboratorios de las universidades, con el suministro de fondos. Si esos fondos fueran necesarios con contactos con personas privadas que estuvieran dispuestas a hacer contribuciones para esta causa, y tal vez obteniendo cooperación de laboratorios industriales que tuvieran el equipo necesario.

Tengo entendido que Alemania actualmente ha detenido la venta de uranio de las minas de Checoslovaquia, las cuales han sido tomadas. Puede pensarse que Alemania ha hecho tan claras acciones, porque el hijo del Sub Secretario de Estado Alemán, von Weizacker, está asignado al Instituto Kaiser Wilheln de Berlín, donde algunos de los trabajos americanos están siendo duplicados.

Su Seguro Servidor, A. Einstein

Hiroshima y Nagasaki, sesenta años después

Noticia publicada por Padre Tomás del Valle, IBLNEWS NY.

El año 2005 nos está trayendo a la memoria colectiva, globalizada, de la Humanidad los horrores de la Segunda Guerra Mundial. Comenzábamos el 27 de enero recordando la liberación del campo de exterminio de Auschwitz y este fin de semana recordaremos un aniversario más de Hiroshima y Nagasaki, o lo que es lo mismo, recordaremos el fatídico comienzo de la era atómica. Y precisamente la situación creada en Irán con el intento de reiniciar sus actividades nucleares la próxima semana pone de actualidad este fatídico aniversario.

Hace 60 años…

El lunes 6 de agosto de 1945 amaneció un día de sol radiante en la ciudad de Hiroshima. La población se disponía a iniciar una semana laboral más, con cierta tranquilidad. Muchos de sus 350.000 habitantes se preparaban para ir al a la escuela o a su centro de trabajo. A las 8:15 un bombardero militar americano tipo B-29, bautizado con el nombre de "Enola Gay" en honor a la madre del piloto, arrojaba la primera bomba atómica de la historia, la llamada "Little Boy" en el corazón de la ciudad de Hiroshima cuando la mayoría de los habitantes de la ciudad estaban en la calle. El artefacto, formado con uranio enriquecido, con sus 4 toneladas de peso, fue detonado a 600 metros de altura sobre la ciudad, estallando con una fuerza equivalente a la de 12.500 toneladas de explosivos altamente destructivos. La totalidad de Hiroshima quedó prácticamente reducida a escombros, y desde ese momento y en los meses posteriores, 140.000 personas, murieron con consecuencia del bombardeo.

A pesar de las horribles consecuencias de este atroz experimento en tecnología nuclear, tres días después se arrojó otra bomba nuclear sobre Nagasaki, esta vez de plutonio. La detonación de estas dos nuevas armas en el siniestro arsenal de las fuerzas armadas cambió totalmente no solo el curso de la guerra sino de la Historia.

Para finales de 1945, se contabilizaban ciento cuarenta y cinco mil muertos en Hiroshima y otros setenta y cinco mil en Nagasaki. Decenas de miles más sufrieron graves lesiones. A lo largo de los años, han seguido falleciendo personas entre los supervivientes debido a los efectos tóxicos de la radiación.

Recordando estos trágicos sucesos, la memoria colectiva de la Humanidad inevitablemente ha olvidado y se ha vuelto a moldear por las perspectivas actuales. Irak, Afganistán, y, ahora, Irán son la actualidad. Con el paso del tiempo, aquéllos que vivieron en carne propia los bombardeos de Hiroshima y Nagasaki van silenciosamente desapareciendo. Aunque en sus mentes el recuerdo de este trauma sigue vivo, grandes porciones de la población mundial no conocen sus historias. El mensaje de los supervivientes ha sido simple, claro y conciso:

"Nunca más".

A los 20 años de las detonaciones, el 4 de octubre de 1965 Pablo VI , desde la Tribuna de las Naciones Unidas gritó:

Nunca jamás la guerra! Es la paz, la paz, la que debe guiar el destino de los pueblos y de toda la humanidad. Nunca se le hizo caso.

El aniversario debe servir para recordarnos, pero sobre todo para hacernos ver la urgencia de acabar con uno de los mayores errores cometidos por el ser humano en el siglo XX.

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Contenidos Programáticos

I Unidad: Química Nuclear

Isótopos, estabilidad nuclear, radiactividad natural
Vida media, datación
Fisión y fusión nuclear
Radiactividad artificial
Aplicaciones de la química nuclear
Radioisótopos en medicina, agricultura, industria, bioquímica
Efecto de la radiación en los seres vivos

II Unidad: Polímeros Naturales y Sintéticos

Concepto de polímero
Clasificación
Usos y aplicaciones

III Unidad: Industria Química

Importancia de la industria química
Tipos de industria química
Productos químicos industriales
Impacto ambiental de la industria química
Residuos industrailes y su tratamiento