Química Nuclear

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I.E.P. “Leonardo de Vinci” Mes: Mayo

Sub – Área: Química 5º Secundaria

Sistema Preuniversitario

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Es la parte de la química que estudia los cambios naturales y artificiales que ocurren en el núcleo de los átomos (núclidos) inestables.

RADIACTIVIDAD Fue descubierta experimentalmente por H. Becquerel en 1896. Es el fenómeno de emisión de partículas y/o energía por parte de una sustancia teniendo como origen la desintegración de los núcleos inestables de algunos átomos llamados radiactivos. Existen dos tipos de desintegración:

RADIACTIVIDAD NATURALRepresentación del proceso Características

Descubierto por Henry Becquerel en 1896 al analizar la fluorescencia de una sal de uranio (Pechblenda).

Desintegración espontánea de núcleos inestables.

Los esposos Curie descubrieron el radio y el polonio.

Transmutación Natural: Es la conversión de un núcleo en otro en forma espontánea sin necesidad de un estimulante generando principalmente 3 tipos de emisiones alfa(), beta() y gamma() . Ejemplo:

Se cumple en toda ecuación nuclear:

Obs: Un núcleo natural inestable nunca produce simultáneamente los tres tipos de emisión, sino en forma discontinua, es decir emite “” acompañado de de “” luego “” acompañado de “”, pero nunca simultáneamente las 3 .


Química NuclearQuímica Nuclear

Ecuación Nuclear:

C146

N147

Núcleo inestable

Emisión

Transmutación

finalinicial

finalinicial

ZZ

AA

Núcleo estable

Materiales radiactivos

Núcleo de Helioelectrón

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RADIACTIVIDAD ARTIFICIALRepresentación del proceso Características

Descubierta por Irene Curie en 1935 al bombardear Al – 27 con rayos alfa.

Desintegración de núcleos atómicos debido al bombardeo de partículas y/o energía

Con esta reacción se obtuvo el primer radioisótopo artificial

Transmutación artificial: Es la conversión de un núcleo en otro en forma provocada o inducida mediante partículas de bombardeo.

Utilizando su ecuación nuclear: En forma simplificada:

: Rutherford (1919)

: Charwick (1932)

CARACTERÍSTICAS DE LAS RADIACIONES

Radiación Alfa () Beta () Gamma ()Naturaleza Corpuscular

(núcleos de Helio)Corpuscular (electrones

generados en el núcleo)

Ondulatoria (energía)

velocidad 20 000 km/s 270 000 km/s 300 000 km/sCarga Positiva Negativa No tienePoder ionizante Alto Bajo Muy bajoPoder penetrante Muy bajo bajo Muy alto

En General:


+ +

Sustancia no

radiactiva

Sustancia radiactiva

Núcleo finalNúcleo inicial

Partícula emitida

Partícula de bombardeo

P

Masa: > > Poder penetrante: > > Poder ionizante: > > Velocidad: < <

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PODER DE PENETRACIÓN:

Se observa que:

PODER IONIZANTE: En el aire > >

COMPORTAMIENTO DE LAS EMISIONES FRENTE A UN CAMPO ELECTRICO

Principales partículas implicadas en fenómenos nucleares

Partícula Notación en ecuaciones nucleares

Notación simplificada

Alfa

Electrón (beta negativo) -;

Positrón (beta positivo) +

Neutrón n

Deuterón d

Tritión t

Protón p

Gamma (*) y

* Son paquetes energéticos (no son corpusculares), sin carga y con masa cero.Ecuaciones Nucleares

Son las expresiones literales que representan una transformación de los núcleos atómicos, ya sea en forma natural o artificial.

Las características de las reacciones nucleares son:


Bloque de plomo

1

2

Polo negativo

Polo positivo

Material radiactivo

1 < 2

Pantalla fluorescente de ZnS

3mm Al 5mm Al 30cm Pb

< <

Contenedor de plomo

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Conservación del número de masa. Areactantes = Aproductos

Conservación de la carga Zreactantes = Zproductos

Notación simplificada : A(x; y)


a) Los elementos o los isótopos de los mismos elementos se interconvierten los unos y los otros.b) Pueden estar implicados los protones, neutrones, electrones y otras partículas subatómicas. c) Las reacciones van acompañadas por la absorción o liberación de cantidades enormes de

energía. d) Las velocidades de reacción, por lo general, no se ven afectadas por la temperatura, la presión y

los catalizadores.

En toda ecuación nuclear se debe cumplir:

A + X B + Y

Núcleo Partícula Núcleo Partícula Blanco de bombardeo Hijo Emitida

Ejemplos: Complete en cada caso e indique su notación simplificada

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-


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PROCESOS NUCLEARES

Fisión NuclearSe le llama también escisión nuclear, consiste en que un núcleo pesado se rompe por bombardeo de neutrones lentos, generando dos núcleos ligeros radiactivos o inestables, gran cantidad de energía en forma de calor y/o radiación y neutrones de alta velocidad. Generalmente se emiten 2 o 3 neutrones.

Esquema para la fisión nuclear. Un neutrón lento o térmico incide sobre un núcleo fisionable generándose un núcleo inestable; éste se fracciona generando nuevos núcleos ligeros radiactivos, neutrones veloces y energía nuclear.

En este principio se basa la bomba atómica, la cual fue diseñada por los científicos Otto Hahn; Fritz Strassmann y Enrico Fermi, y que estalló por primera vez el 16 de julio de 1945 en el desierto Alamo Gordo (Nuevo México).

La reacción en cadena es iniciada por un neutrón lento y termina en una explosión en el caso de una arma nuclear.

En la bomba atómica de Hiroshima se utilizó como material fisionable al U – 235En la bomba atómica de Nagasaki se utilizo como material fisionable al Pu – 239

Ventajas Desventajas Es fácil crear una planta Proporciona más energía que los

combustibles fósiles Es controlable Es el fundamento de la bomba

atómica

El combustible U – 235 es muy escaso por lo tanto es muy costoso

Deja desechos radiactivos que son muy nocivos y toxicos

Se produce una reacción en cadena , para ello se requiere una masa critica

Las plantas de energía de fisión no son seguras.

Fusión Nuclear


Energía nuclear

0n1235U 235U* 141Ba

92Kr

301n

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Es el proceso de unión de dos núcleos livianos para formar un nuevo núcleo pesado y más estable liberando mayor energía que la fisión este proceso no es contaminante. En forma natural ocurre en el sol y las estrellas.Para realizar este proceso se requiere de 10 000 °C por lo que recibe el nombre de proceso termonuclear. Se considera que el sol es un gran reactor termonuclear.

Utilizando su ecuación nuclear:

Ventajas Desventajas No deja residuos que contaminan

el medio ambiente El combustible es abundante, por

lo tanto es barato Es menos contaminante que la

fisión Es el fundamento de la bomba de

hidrógeno y la bomba atómica

Tecnológicamente es muy difícil ya que no hay materiales que soporten las altas temperaturas.

En la actualidad no es controlable

1. La naturaleza de las partículas α y β es ..... y la de las partículas γ es ......a) Energética y corpuscularb) Corpuscular y neutra c) Positivo y negativo d) Corpuscular y energéticae) N.A.

2. La velocidad de los rayos Gamma es :a) 20 000 Km/s b) 270 000 c) 300 000 d) 30 000 e) 27 000

3. ¿Quien posee mayor poder de penetración?a) Rayos α b) Rayos β c) Rayos γ d) Neutrones e) Rayos X

4. Se bombardea con cierto proyectil al 92U238

este se transmuta en 94Pu241 y simultáneamente se genera un neutrón. indicar de que esta constituido dicho proyectil.A) 2 He 4 B) -1e 0 C) +1 e 0

D) 0 n 1 E) 1 H 1

5. Se produce artificialmente el 94 Pu 241 por acción de las partículas “X” sobre el 87Fr223, si en dicha transmutación se liberan dos neutrones, indicar la cantidad de neutrones de la partícula “X”.A) 10 B) 7 C) 13D) 14 E) 15

6. Indique el numero de partículas de α, β- , β+

emitidas en la desintegración total del


Energía 2Energía 1

Actividades

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para transmutarse en Si la emisión positrónica es la mitad de la electrónica.

A) 4; 1; 2B) 6; 6; 3C) 4; 4; 2D) 6; 3; 6;E) 4; 2; 1

7. Que especie se obtiene cuando el neptunio 93Np237 emite una partícula alfa.

A) 92U235 B) 91Pa233 C) 97Bk247 D) 102No258 E) 94Pu242

8. Que tipo de emisión debe emitir el plutonio 94Pu 244 para así obtener el americio 95Am 244

A) Protón B) Neutrón C) BetaD) Positrón E) Alfa

9. Cuantas partículas alfa y beta se liberan durante la siguiente transmutación:

99 Es 252 90 Th 220 +...........

A) 6 y 8 B) 8 y 7 C) 7 y 9D) 6 y 15 E) 6 y 9

10. Completar las siguientes ecuaciones nucleares:A) 11 Na 23 + 2He 4 12Mg 26 + ?

B) 29 Cu 64 -1e0 + ?C) 15 P30 14 Si30 + ?D) 48Cd113 + ? 48Cd 114

E) 14Si27 13Al27 + ?

11. Se bombardea con cierto proyectil al 92U238 este se transmuta en 94Pu241 y simultáneamente se genera un neutrón. Indicar de que esta constituido dicho proyectil.

A) 2He4 B) -1e 0 C) +1e0

D) 0n1 E) 1H1

12. Se produce artificialmente el 94Pu241 por acción de las partículas “X” sobre el 87Fr223, si en dicha transmutación se liberan dos neutrones, indicar la cantidad de neutrones de la partícula “X”.

A) 10 B) 7 C) 13D) 14 E) 15

13. El 94Pu239 se utiliza como material fisionable en algunos reactores nucleares; sin embargo dicho plutonio no existe en la naturaleza por lo que debe ser producido artificialmente en los reactores de “cría”. Indicar que ecuación debe corresponder a la producción del plutonio-239.A) 94Pu238 (d,p) ?B) 95Am243 ( p,n) ?C) 96Cf242 (n, α ) ?D) 92U238 (α , 3n) ?E) 93Np236(p,α) ?

14. Al completar la reacción nuclear: , el elemento “x” es:

A) B) C)

D) D)

15. En la reacción nuclear: , el

átomo “X” es:

A) B) C)

D) E) N.A

16. Dadas las proposiciones:( ) Las partículas alfa están formadas

por dos protones y dos neutrones.( ) Las partículas beta son electrones

positivos que se generan en el núcleo atómico.

( ) Los rayos gamma son fotones de alta energía, carecen de carga y masa.

( ) La radiactividad fue descubierta por Becquerel y estudiada por los esposos Curie.

( ) Cuando un átomo radiactivo emite una partícula alfa, cuando su número de masa disminuye en dos unidades.

Los valores de verdad respectivos son:A) VVVVV B) FVFVF C) FFFFFD) VFVVF E) VFVFV


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17. Las partículas que presentan mayor poder de penetración y destruyen los tejidos son:

A) Alfa B) Núcleos de Helio C) Beta D) Positrones E)Gamma

18. Respecto al orden de velocidades para los rayos “α”, “β”, “γ”, podemos afirmar :

A) α = β > γ B) α > β > γ C) γ > β > α D) α = β = γ E) β > γ > α

19. El orden respecto al poder de ionización es: A) α > β > γ B) α = β = γ C) γ > β > α D) α > γ > β E) α = β > γ

20. A la emisión espontánea de radiaciones muy intensas debido a la desintegración de nùclidos inestables se denomina:

A) Reactividad B) cambio físico C) Radiación D) Radiactividad E) N.A.

NIVEL II

21. La fisión es sinónimo de ...... mientras que la fusión es sinónimo de ......... : a) Unión – divisiónb) División – uniónc) Aumento – división d) División -disminución e) Aumento – unión.

22. La radiactividad fue descubierta por : a) Rutherford b) Thompsonc) Curie d) Becquerel e) Crookes

23. Cuando el núcleo emite una partícula “α”: a) La carga nuclear disminuye en 2

unidades.b) La carga nuclear aumenta en 2 unidades.c) La carga nuclear disminuye en una

unidad.d) La carga nuclear no varia.e) a y b.

24. Las partículas “α” que emite el radio durante su desintegración son paquetes formados por:

a) Un protón y un Neutrónb) Un electrón y un Neutrónc) Dos electrones y dos protonesd) Un electrón y dos protonese) Dos protones y dos neutrones.

25. En la siguiente reacción nuclear determinar la especie que se obtiene:

......... + α

A) B) C)

D) E)

26. En la siguiente reacción nuclear determinar la especie que se obtiene:

............ + α

A) B) C)

D) E) N.A.

27. Los rayos emitidos por una fuente radiactivo pueden desviarse por un campo eléctrico ¿Cuál de las siguientes sentencias, es(son) verdadera(s)?

( α : Alfa; β : Beta; γ : Gamma) i. Los rayos α se desvían hacia la placa

negativa .ii. Los rayos β se desvían hacia la placa

positiva .iii. Los rayos γ no se desvían.

A) I, II, III B) I, II C) I, III D) II, III E) III

28. Al completar los siguientes procesos nucleares, las especies que se obtiene son:


Rn22286

Th222

90Rn

22086

Po21884

Bi21883 At

21885

Pb211

82

Po

213

90Po215

84At

211

85

Pb21580

D 2Cr 53

n 1

10


+ + ..........

+ ........ + γ

A) ; B) ;

C) ; D) ;

E) Ninguna

29. En las siguientes reacciones nucleares, determinar el número de neutrones usados como proyectiles, y el número de partículas producidas

A) 22 y 15 B) 30 y 17 C) 42 y 17 D) 32 y 15 E) 17 y 32

30. Indicar la proposición incorrecta:a) La fisión es exotérmica porque libera

energía.b) La fusión es termonuclear.c) La fisión produce contaminación ambiental

debido a que genera núcleos radiactivos.d) La energía liberada por la fisión es menor

que la energía liberada por la fusión.e) Una reacción de fusión nuclear es

necesario para provocar una reacción de fisión nuclear

I. Las radiaciones gamma son ondas electromagnéticas de bajo poder de penetración.

II. La radioactividad se manifiesta en núcleos estables.

III. Las radiaciones alfa y beta son de naturaleza corpuscular.

Son no correctas:A) Sólo I B) Sólo II C) Sólo IIID) I y III E) I y II

32. Determine cuál es el núcleo inicial que ha efectuado una desintegración alfa según el esquema alfa según el esquema mostrado:

¿?

A) B) C)

D) E)

33. Complete las siguientes ecuaciones nucleares:

A) Neutrón, alfa B) Alfa, beta C) Protón, neutrón D) Alfa, gamma E) Protón, positrón

34. Halle la suma de a + b

A) 48 B) 45 C) 52D) 42 E) 62

35. Hallar el valor de Q:

Q = a + b + c + d

A) 8 B) 6 C) 10D) 11 E) 7

36. El núclido de emite 6 partículas “” y 4 partículas “”. ¿Cuál es el núclido resultante? A) B) C) D) E)

37. Completar las reacciones nucleares: I.

II.

III.

¿Qué partículas en total completan las reacciones? A)

B)

C)

D)

E)


Fe 54 26

124

Mn 26

Mn 25

H 1 1

F 19

9

1

Ca

10Ne 21

10

Ne

25Ne 20

10Mn

55

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