capÍtulo 22 química nuclear i. el núcleo (p. 701 - 704) i. el núcleo (p. 701 - 704) i iv iii ii...

CAPÍTULOCAPÍTULO 2222

QuímicaQuímicaNuclearNuclear



I. El núcleoI. El núcleo(P. 701 - 704)

I. El núcleoI. El núcleo(P. 701 - 704)

I

IV

III

II

Cortesía Christy Johannesson www.nisd.net/communicationsarts/pages/chem

Energía de enlace Energía de enlace nuclearnuclear


Los núclidos inestables son radiactivos y experimentan el decaimiento radiactivo.

U-238

10x108

9x108

8x108

7x108

6x108

5x108

4x108

3x108

2x108

1x108

Fe-56

B-10

Li-6

H-2

He-4

00 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240

Número másico

Ene

rgía

de

enla

ce p

or n

ucle

ón(k

J/m

ol)



Los núclidos inestables son radiactivos y experimentan el decaimiento radiactivo.

prom

edia

ene

rgía

de

enla

ce p

or n

ucle

ón(M

eV)




QuímicaQuímicaNuclearNuclearII. Decaimiento II. Decaimiento

RadiactivoRadiactivo(P. 705 - 712)

II. Decaimiento II. Decaimiento RadiactivoRadiactivo

(P. 705 - 712)

I

IV

III

II


He42

Tipos de radiaciónTipos de radiaciónTipos de radiaciónTipos de radiación

Partícula alfa ( núcleo del helio papel2+

Partícula beta (-) electrón e0

-11

plomoPositrón (+)

positrón e01

1+

Gamma ( fotón de gran energía 0

concreto


Decaimiento nuclearDecaimiento nuclearDecaimiento nuclearDecaimiento nuclear

Emisión alfa

He Th U 42

23490

23892

núclido padre

núclidohijo

partícula alfa

¡Los números deben balancearse!!



Emisión beta

e Xe I 0-1

13154

13153

electrónEmisión de positrón

e Ar K 01

3818

3819

positrónCortesía Christy Johannesson www.nisd.net/communicationsarts/pages/chem


ª Captura de electrón

Pd e Ag 10646

0-1

10647

electrónª Emisión gamma

w Generalmente sigue otros tipos de decaimiento.

Transmutación w Un elemento se convierte en otro.Cortesía Christy Johannesson www.nisd.net/communicationsarts/pages/chem

120

100

80

60

40

20

0

Neu

tro

nes

(A

-Z)

0 20 40 60 80 100 120Protones (z)


Porqué los núclidos decaen… Necesitan un cociente estable de neutrones a protones

He Th U 42

23490

23892

e Xe I 0-1

13154

13153

e Ar K 01

3818

3819

Pd e Ag 10646

0-1

10647

TRANSPARENCIA DE LA SERIE DE DECAIMIENTOCortesía Christy Johannesson www.nisd.net/communicationsarts/pages/chem

P = N

e-captura

o e+ emisión

núcleos

estables

120

100

80

60

40

20

0N

eutr

on

es (

A-Z

)

P = N

0 20 40 60 80 100 120Protones (z)

estable núcleos

e-captura

o e+ emisión

120

100

80

60

40

20

0

Neu

tro

nes

(A

-Z)

P = N

0 20 40 60 80 100 120Protones (z)

núcleos

estables

Porqué los núclidos decaen…w Necesitan un cociente estable de

neutrones a protones


Vida MediaVida MediaVida MediaVida Media

Vida Media (t½) El tiempo necesario para que la mitad de los

átomos de un núclido radiactivo decaiga. Una vida media más corta = menos estable.

1/1

el 1/2

1/4

1/8

1/160

Coci

en

te d

e los

áto

mos

rest

an

tes

de p

ota

sio-4

0a los

áto

mos

ori

gin

ale

s d

e p

ota

sio-4

0

0 1 vida media1.3

2 vidas mediass2.6

3 vidas mediass3.9

4 vidas mediass5.2

Tiempo (mil millones de años)Tiempo (mil millones de años)

Roca recién

formada Potasio

Argón

Calcio

Vida MediaVida MediaVida MediaVida Media

nif mm )( 2

1

mf: masa finalmi: masa inicialn: # de vidas medias


Vida MediaVida MediaVida MediaVida Media Flúor-21 tiene una vida media de 5.0 segundos.

Si comienzas con 25 g de flúor-21, ¿cuántos gramos quedarían después de 60.0 s?

DADO: t½ = 5.0 s

mi = 25 g

mf =¿?

tiempo total = 60.0 s n = 60.0s ÷ 5.0s =12

TRABAJO: mf = mi (½)n

mf = (25 g) (0.5)12

mf = 0.0061 g






III. Fisión yIII. Fisión y

FusiónFusión(P. 717 - 719)

III. Fisión yIII. Fisión y

FusiónFusión(P. 717 - 719)

I

IV

III

II


FisiónFisiónFisiónFisión

partir un núcleo en dos o más núcleos más pequeños

1 g de 235U = 3 toneladas de carbón

U23592


FisiónFisiónFisiónFisión reacción en cadena – reacción que se propagamasa crítica -

masa requerida para sostener una reacción en cadena


FusiónFusiónFusiónFusióncombinar dos núcleos para formar un núcleo de una masa más grande reacción termonuclear - requiere una temperatura de 40.000.000 K

para sostenerse1 g del combustible de la fusión =

20 toneladas de carbónocurre naturalmente en las

estrellas

HH 31

21


Fisión vs. FusiónFisión vs. FusiónFisión vs. FusiónFisión vs. Fusión

ª 235U es limitadoª peligro de la fusiónª desperdicio tóxicoª contaminación termal

ª combustible es abundante

ª ningún peligro de la fusión

ª ningún desperdicio tóxico

ª aún no sostenible

FISIÓN

FUSIÓN






IV. UsosIV. Usos(P. 713 - 716)

IV. UsosIV. Usos(P. 713 - 716)

I

IV

III

II


Energía NuclearEnergía NuclearEnergía NuclearEnergía Nuclear

Reactores de la fisión Torre Refrigerant

e



Reactores de la fisión



Reactores de fusión (aún no sostenibles)


ITER(Reactor experimental Termonuclear internacional)

TOROIDALBOBINAS DE CAMPO(produce el campo magnéticoque confina el plasma)

MANTA(provee escudo del neutróny convierte la energía de la fusión en líquido caliente, y de alta presión)

COMPARTIMIENTO DE FUSIÓN DE PLASMA(donde las reacciones de la fusión ocurren)

Altura 100 piesDiámetro 100 piesEnergía de fusión 1100 megavatios

Energía atómicaEnergía atómicaEnergía atómicaEnergía atómica

Reactores de fusión (aún no sostenibles)

Reactor de la fusión TokamakUniversidad de Princeton

Experimento esférico nacional del toro


Elementos sintéticosElementos sintéticosElementos sintéticosElementos sintéticos

Elementos transuránicos elementos con números atómicos mayor que 92 producido sintético en reactores y aceleradores nucleares la mayoría decae muy rápido

Pu He U 24294

42

23892


Radiactividad natural y artificial

Radiactividad naturalIsótopos que han estado aquí desde que la tierra formó.

Ejemplo - uranio

Producida por rayos cósmicos del sol.Ejemplo - el carbono-14

Radioisótopos artificialesHechos en reactores nucleares cuando partimos los átomos (fisión).Producidos usando los ciclotrones, aceleradores lineares,…

Datación radiactivaDatación radiactivaDatación radiactivaDatación radiactiva

medidas de la vida media de los elementos radiactivos se utilizan para determinar la edad de un objeto

la tasa de decaimiento indica la cantidad de materiales radioactivos

EJ: 14C - hasta 40.000 años238U y 40K – más de 300.000

años


Medicina nuclearMedicina nuclearMedicina nuclearMedicina nuclear

Contrastes del radioisótopo absorbido por órganos específicos y

utilizados para diagnosticar enfermedades

Radioterapia se utilizan dosis grandes

para matar las células cancerosas en órganos apuntados

fuente de radiación interna o externa Radioterapia el usar

- rayos de cobalt-60.Cortesía Christy Johannesson www.nisd.net/communicationsarts/pages/chem

Armas nuclearesArmas nuclearesArmas nuclearesArmas nucleares

ª Bomba atómica se utiliza la explosión química para

formar una masa crítica de 235U o 239PU la fisión se convierte en una reacción

incontrolada en cadena Bomba de hidrógeno

explosión química fisión fusión la fusión aumenta la tasa de la fisión más poderosa que la bomba atómica


OtrosOtrosOtrosOtros

Irradiación de alimentos la radiación del se utiliza para matar

bacterias

Contrastes radiactivos exploran los caminos químicos trazan la corriente de auga estudian el crecimiento vegetal, la

fotosíntesis

Productos de consumo detectores de humo ionizantes - 241


Diagrama simplificado de

una bomba de fisión

MasasSubcríticas

Explosivo químico

MasaCrítica

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