UNIDAD 1

LA ENERGÍA, LA MATERIA

Y SUS CAMBIOS

1.3 El sol, horno nuclear

RADIACTIVIDAD

Y

DESINTEGRACIÓN NUCLEAR

HISTORIA DEL ÁTOMO

• Hace aproximadamente 2500 años, los filósofos griegos, afirmaron

que la materia era una combinación de cuatro elementos

fundamentales: aire, tierra, fuego y agua.

• Demócrito, 460 – 370 a.C., era un filósofo que sostuvo que el

mundo estaba formado por espacio vacío y pequeñas partículas

llamadas átomos. Pensaba que los átomos son las partículas más

pequeñas de la materia y que existen diferentes tipos de átomos según cada tipo de materia.

Teoría atómica de John Dalton (1766-1844)

1.Toda la materia está compuesta por átomos

2.Los átomos son indestructibles y no pueden

dividirse en partículas (átomos indivisibles)

3.Todos los átomos de un elemento son

exactamente iguales entre sí, pero diferentes a los átomos de otros elementos.

Modelo atómico

de Dalton (1803)

La historia del conocimiento de la

reactividad inició tal vez en 1895 .

Fisico Wilhelm Conrad Röntgen

(1845-1923)

En sus estudios de fluorescencia, el físico W. K. Roentgen

observó que ciertos minerales brillaban (fluorescencia) cuando

recibían el impacto de haces de electrones.

Tubo de rayos catódicos

Estaba trabajando con un tubo de rayos catódicos, con el cual emitía radiación sobre materiales recubiertos con material fluorescente, el cual brillaba sin problema, pero un día un papel brilló, aún cuando no se encontraba en la trayectoria de los rayos catódicos. El investigador supuso que habría otra radiación, que poco tiempo después encontraron que atravesaba muchos materiales, pero era detenido por el plomo y los huesos; a esta radiación, por no saber que era le puso el nombre de rayos X.

Descubrimiento del electrón

En 1897, un físico británico, J. J. Thomson,

descubrió al electrón cuando estaba trabajando

con un tubo de rayos catódicos.

Modelo atómico

de Thomson (1897)

BEQUEREL Y SU EXPERIMENTO

Antoine Henri Becquerel

• La investigación sobre las radiaciones continuó, y otro investigador Becquerel, se preguntó si los minerales fluorescentes emitían rayos X. En 1896, colocó un mineral fluorescente (que por casualidad contenía uranio) bajo la luz del sol (para “cargarlo”). Después envolvió una placa fotográfica en papel negro y la colocó junto al mineral. Si el mineral emitía rayos X al fluorecer, la película debería quedar revelada (sin ser expuesta al sol), lo cual sucedió. Guardo entonces otras placas fotográficas en un cajón oscuro (para que no se velaran) junto con la muestra de mineral. Cuando extrajo las placas, estaban veladas y no había expuesto el mineral al sol. Esto tenía que significar que el mineral emitía algún tipo de radiación. Estudios posteriores demostraron que estas radiaciones poseían más energía y capacidad de penetración mucho mayor que los rayos X. Becquerel había descubierto la radiactividad.

• Becquerel se reunió con Marie y Pierre Curie para analizar y estudiar el problema. Su conclusión fue que en los átomos de uranio se había llevado cabo una reacción consistente en una emisión espontánea de radiación, a lo cual Marie Curie le dió el nombre de RADIACTIVIDAD.

• Por primera vez, se habían observado e interpretado correctamente los efectos de los cambios ocurridos en el núcleo de un átomo. Los Curie continuaron estudiando las propiedades de la radiactividad y descubrieron otros elementos radiactivos (radio y polonio). Henri Becquerel y los esposos Curie recibieron el Premio Nobel de Física en 1903 como reconocimiento a su importante trabajo.

Henri Becquerel y los esposos Curie recibieron el Premio Nobel de Física

en 1903 como reconocimiento a su importante trabajo.

Marie Sklodowska

En 1899, Ernest Rutherford encontró dos tipos de partículas más, las partículas alfa y las beta. Y comprobó que al emitir estás partículas, el uranio se transformaba en otro elemento. Para 1912 se conocían más de 30 isótopos radiactivos y ahora se conocen muchos más. Paul Villard (1860-1934) descubrió los rayos gamma, en 1900.

Experimento de Rutherford

En 1909, un científico del equipo de Ernest Rutherford, en Inglaterra, llevó a cabo el experimento que impulsó un nuevo modelo atómico.

Conclusiones

a) Existencia del núcleo atómico en el que se concentra

toda la masa y la carga positiva.

b) El átomo se encuentra vacío en su mayor parte

c) El núcleo está rodeado por los electrones que

neutralizan a la carga positiva.

Si el protón del hidrógeno aumenta hasta el tamaño de una

pelota de golf, el electrón estaría a una milla de distancia y el átomo tendría un diámetro de 2 millas.

Modelo atómico de

Rutherford (1911)

RADIACTIVIDAD

• La radiactividad es un fenómeno natural y existen dos clases de radiaciones: natural y artificial.

• Gran parte de los casi 2000 isótopos

de todos los elementos conocidos son inestables y emiten radiación.

• Muchos de los isótopos radiactivos no se encuentran en forma natural, sino que se producen por medio de síntesis.

• La mayoría de los isótopos que existen en el ambiente son isótopos estables de elementos comunes.

Tipo de radiación Símbolos Número de masa Número atómico Carga

Partícula alfa

(núcleo de helio)

4 4

He α

2 2 4 2 2+

Partícula beta

(electrón)

0 0

e β

-1 -1 0 0 1-

Rayo gamma γ 0 0 0

Protón

1

H

+1 1 1 1+

Neutrón

1

n

0 1 0 0

Positrón

0 0

e β

+1 +1 0 1 1+

Deutrón

2

H

1 2 1 0

DECAIMIENTO RADIACTIVO

• La liberación de radiación por los isótopos radiactivos se conoce como decaimiento.

• Entre 1896 y 1903, los científicos descubrieron tres tipos de radiación nuclear, cada una de las cuales transforma al núcleo de distinta manera.

• A estos tres tipos de radiación se les denominó alfa, beta y gamma.

DECAIMIENTO ALFA (α)

238 234 4

U → Th + He

92 90 2

4 4

He o α

2 2

DECAIMIENTO BETA (β)

0 0

e o β

-1 -1

14 14 0

C → N + e

6 7 -1

DECAIMIENTO GAMMA

• Por lo general, la radiación gamma se omite en las ecuaciones nucleares porque no se altera el número de masa o el número atómico.

• El decaimiento gamma casi nunca ocurre solo, ya que es acompañado por otras formas de decaimiento.

238 234 4 U → Th + He + 92 90 2

Fisión nuclear

Fisión nuclear. Separación de un núcleo atómico

en dos o más fragmentos grandes.

Transmutación. Es el cambio de un núcleo por el bombardeo

de partículas alfa, neutrones, protones u otros núcleos.

Fusión nuclear

En esta reacción se combinan dos o más núcleos para formar uno de mayor tamaño.

A finales de 1850, el físico Gustav Kirchhoff con la ayuda del químico

Robert Bunsen, mantenían cristales de diversas sustancias en la

llama de un mechero de Bunsen; los cristales brillaban con colores

particulares y con la ayuda de un prisma, la luz que emitían podía ser

separada (espectro).

Espectros de emisión

y absorción

1. Los electrones se mueven en órbitas circulares alrededor del núcleo. Cada órbita se encuentra a una distancia determinada del núcleo y representa un nivel específico de energía.

2. Mientras los electrones se mueven en un nivel no ganan ni pierden energía.

3. Los electrones pueden pasar a un nivel de mayor energía cuando el átomo la absorbe y a uno de menor energía cuando el átomo la desprende.

Niels Bohr (1885 – 1962), un científico danés que trabajó con Rutherford, postuló:

Átomo de Bohr (1913)

Espectro de emisión

Son aquellos que se obtienen al descomponer las radiaciones

emitidas por un cuerpo previamente excitado

Luz blanca:

Espectro de absorción

Son espectros resultantes de intercalar una determinada

sustancia entre una fuente de luz y un prisma

Espectro electromagnético

Espectro electromagnético

Planck, la energía y los cuantos

E =hν

Configuración Electrónica

Símbolo del

elemento

Número

atómico

Configuración electrónica

Li

Na

Be

Mg

B

Al

C

Si

N

P

O

S

F

Cl

Ne

Ar

SUSTANCIAS LUMINISCENTES

Emiten luz visible después de ser estimuladas por luz ultravioleta u otro tipo de radiación.

• Fluorescencia. La emisión de luz ocurre inmediatamente después de la absorción.

• Fosforescencia. La emisión de luz dura un periodo largo después de la absorción.