Química radiactividad

7/25/2019 Qumica radiactividad

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NDICE

1. Radiactividad Natural .................................... 62. Relacin Entre La Ley De Lavoisier Y La

De Einstein .............................................................. 113. Interacciones Entre tomos Y Ondas......154. Poder De Penetracin De La Radiacin... 235. Vida Media .................................................... 286. Radiactividad Artificial ................................317. Usos De Los Radioistopos ....................... 388. Medicina Nuclear ......................................... 439. Fechado Por Medio De Radioistopos..... 5310. Plantas De Energa Nuclear......................60

11. Bomba Atmica..........................................6312. Efectos De Una Explosin Nuclear........77

Ejercicios 12..................................................86Ejercicios 12.1 ..............................................89Hoja De Respuestas12.1 ............................. 92Ejercicios 12.1.1 ........................................... 94

Ejercicios 12.1.2 ........................................... 99


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Hoja De Respuestas 12.1.2.......................104


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1. RADIACTIVIDAD NATURAL

Todos sabemos los perjuicios

de la radiactividad, otros pocos co-

nocen los beneficios pero:

Qu es la radiactividad?

Ciertos ncleos son inestables en su forma na-

tural: experimentan desintegracin radiactiva. Porejemplo, los tomos de radio con 226 nucleones

se descomponen espontneamente y emiten part-

culas alfa(!). Como las partculas alfa son idnticas

a ncleos de helio, el proceso se puede resumir


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por medio de la siguiente ecuacin:

Ra22688 He4

2 + Rn22286

El nuevo elemento, que tiene dos protones

menos, se identifica por su nmero atmico (86)

como radn (Rn). En la figura se muestra un se-gundo ejemplo de desintegracin alfa.

Tambin los ncleos de tritio son inestables.

El tritio es uno de los istopos pesados de hidr-

geno. Como todo ncleo de hidrgeno, el ncleode tritio contiene un protn. Sin embargo, a dife-

rencia del istopo ms comn de hidrgeno el

ncleo de tritio contiene dos neutrones, y su masa

es por tanto de 3 uma ( H31

). El tritio se descom-


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pone por desintegracin beta ("). Puesto que una

partcula beta es idntica a un electrn, podemos

escribir el proceso como:

H31

e01! + He

3

2 o H3

1 "!

0

1 + He3

2

El istopo que se produce se identifica por sunmero atmico como helio (He).

Cmo es posible que el ncleo original, que

contiene slo un protn y dos neutrones, emita un

electrn?

Podemos concebir la transformacin de uno

de los neutrones del ncleo de tritio original en un

protn y un electrn.

n10 p1

1 + e01!

El ncleo retiene el nuevo protn (por tanto,

el nmero atmico del producto aumenta en una

unidad) y el electrn o partcula beta, que prcti-


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camente carece de masa, sale despedido (el ncleo

que se produce tiene el mismo nmero de masa

que el ncleo original). En la figura se muestra un

segundo ejemplo de desintegracin beta.

El tercer tipo de radiactividad se llama desin-tegracin gamma (#). En este tipo de emisin no

intervienen partculas; slo se emite energa. La

emisin gamma acompaar la emisin de partcu-

las alfa o beta.

En la tabla que sigue se resumen los tipos

principales de desintegracin radiactiva y los cam-

bios nucleares correspondientes.


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Tipo

De

Radia-

cin

Cdi-

go

N Nu-

cleones Carga

Cam-

bios N

Nucleo-

nes

Cambio

N At-mico

ALFA ! 4 2+Dismi-

nuye 4

Disminu-

ye 2

BETA " 0 1- NingunoAumenta

1

GAM-

MA# 0 0 Ninguno Ninguno


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2. RELACIN ENTRE LA LEY DELAVOISIER Y LA DE EINSTEIN

Cuando hervimos agua por mucho

tiempo, sta desaparece.

Cuando mezclamos dos sustancias

miscibles, pareciera que una de las

dos oculta a la otra.

Cuando se produces reaccin nuclea-

res, podemos aplicar las mismasconsideraciones?

La ley de Lavoisier , ms conocida como Ley

de Conservacin de la Masa plantea que en las


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reacciones qumicas la materia no se crea ni se

destruye, sino que solo cambia la naturaleza de las

sustancias . Pero si pensamos un papel quemn-

dose podemos decir que la masa no se conserva ya

que el papel al quemarse se convierte en cenizas y

pierde peso. Y esto es verdad, ya que la masa se

pierde en los gases desprendidos. Por lo tanto laforma correcta de enunciar la ley de Lavoisier es:

La masa total de

un sistema cerrado se

mantiene constante,

independientemente

de los cambios fsicos

o qumicos que en l

se produzcan.

Hay que remarcar que la ley se cumple para un

sistema cerrado.


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A comienzos del siglo XX se ha demostrado

que durante las espectaculares reacciones de fu-

sin nuclear que ocurren en el sol y otras estrellas,

se destruyen cantidades de materia, apareciendo

en su lugar enormes cantidades de energa. Esto

sucede tambin en las explosiones atmicas y pro-

cesos similares. En estos cambios extraordinariosse puede medir la destruccin de materia. A sus

expensas se crea energa. Estos dos elementos,

materia y energa, se pueden relacionar a travs de

una relacin descubierta por Einstein:

mcE #$ 2

Donde E y m representan los cambios de

energa y de masa respectivamente durante la

transformacin y ces la velocidad de la luz.(3.108

m/s).


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3. INTERACCIONES ENTRETOMOS Y ONDAS

Sabemos que la energa se transforma en

materia y viceversa.

Pero... sabemos si pueden interactuar en-

tre si?

Para responder a esta duda recorreremos unaparte de la historia del conocimiento del tomo.


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Definicin: La partcula de un cuerpo

simple ms pequea capaz de entrar en las re-

acciones qumicas.

1803 Dalton propone que la materia se di-

vida en elementos y compuesto. Los elemen-

tos constituidos por tomos, y los compuestospor molculas.

Siglo XIX se piensa que los tomos son

divisibles, se componen de varias partculas.

1897Thomson descubre el electrn, aos

despus Nagaoka propone que los electrones

giran en rbitas alrededor de una partcula po-

sitiva..

En 1911 Rutherford descubre el ncleo

atmico con su experimento de la lmina de

oro.


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Alrededor de 1920Borh propone que los

electrones giran alrededor del ncleo en rbi-

tas circulares, donde cada rbita corresponde a

un nivel de energa diferente.

Aos ms tarde, De Broglie postula el

principio de dualidad en donde el electrn secomporta como una onda y partcula. Como

consecuencia solo se puede encontrar al elec-

trn en un rea determinada llamada nivel de

energa ya que no se puede conocer la veloci-

dad y posicin al mismo tiempo( a este fen-

meno se lo denomina principio de incerti-

dumbre de Heisenberg). Esto produce el desa-

rrollo de la mecnica cuntica.

Radiactividad

En 1896 Becquerel descubre una propiedad

nueva de la materia a la que posteriormente Marie

Curie llam Radiactividad.


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La radiactividad no depende de la naturaleza

fsica o qumica del tomo sino que es una propie-

dad del ncleo.La causa que los origina probable-

mente se debe a la variacin en la cantidad de par-

tculas que se encuentran en el ncleo.

En general los ncleos de tomos pesadospresentan cierta inestabilidad, para lo cual emiten

radiacin para alcanzar estados de equilibrio.

Dichas radiaciones podemos dividirlas en:

Desintegraciones alfa, desintegraciones beta y

desintegraciones gamma.

Desintegraciones alfa: Cuando el ncleo

atmico es inestable a causa del gran nmero

de protones que posee (ocurre en los elemen-

tos ms pesados, es decir con Z = 83 o supe-

rior), la estabilidad es alcanzada, con frecuen-

cia, emitiendo una partcula alfa, es decir, un


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ncleo de Helio (2He4) formado por dos pro-

tones y dos neutrones.

Desintegraciones beta: Cuando la rela-

cin de neutrones/ protones en un ncleo

atmico es elevada, el ncleo se estabiliza emi-

tiendo un neutrn, o bien como ocurre confrecuencia, emitiendo una partcula beta, es

decir, un electrn.

Desintegraciones gamma: Los rayos

gamma son ondas electromagnticas de gran

energa, muy parecidos a los rayos X, y en cier-

tas ocasiones se presentan cuando ocurre una

desintegracin de partculas beta, o bien una

emisin de positrones. Por lo tanto, la radia-

cin gamma no posee carga elctrica y su na-

turaleza ondulatoria permite describir su ener-

ga en relacin a su frecuencia de emisin.


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INTERACCIN DE LAS RADIACIONES CON LAMATERIA

La radiacin al chocar con las molculas que

encuentra a su paso produce iones, esto se debe a

que excita los electrones de los tomos de las mo-

lculas, es decir les entrega energa para que pasen

a rbitas superiores.

% Radiaciones alfa('): compuesta por dos

protones y dos neutrones, de bajo poder

de penetracin y alta capacidad de ioniza-

cin. Se mueve en lnea recta debido a su

gran cantidad de masa.


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% Radiaciones beta ("): formada por elec-

trones de carga negativa, su masa es pe-quea por lo tanto es propensa a cambiar

de trayectoria, bajo poder de penetracin y

bajo poder de ionizacin. Al acercarse a un

ncleo se frena, la energa que pierde en el

frenado la libera como rayos X. Si una par-tcula beta choca con un positrn (electrn

negativo) se aniquila y emite un rayo

gamma.

% Radiaciones gamma ((): son las de ma-

yor energa, no tiene carga elctrica por lo


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tanto no desvan sus trayectorias frente a

campos elctricos, tienen un alto poder de

penetracin, y un alto poder de ionizacin.

Pueden llegar a extraer electrones de los

tomos los cuales a su vez ionizan otras

molculas.

Neutrones: no poseen carga elctrica, tienen

un alto poder de penetracin. Al chocar contra un

tomo ceden parte de su energa y se frenan. Los

neutrones de baja velocidad se denominan neu-

trones trmicos los cuales se descomponen en un

electrn y un protn, o pueden ser absorbidos por

otros ncleos atmicos.


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4. PODER DE PENETRACIN DELA RADIACIN

! La radiacin es uno de los efectos

ms peligrosos de la energa nuclear.

! No todas las partculas emitidas

tienen la misma posibilidad de atrave-

sar los elementos.

Los materiales radiactivos pueden ser peligro-

sos porque la radiacin que se emite puede daar

los tejidos vivos. La capacidad para inflingir daos

depende en parte del poder de la radiacin para

penetrar en los tejidos.


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En condiciones de igualdad por lo dems,

cuanto mayor es la masa de una partcula menor

es su poder de penetracin. Las partculas alfa,

que son ncleos de helio con una masa de 4 uma,

constituyen el menos penetrante de los tres tipos

principales de radiactividad.Las partculas beta,

idnticas a los electrones, cuya masa es insignifi-cante, son un poco ms penetrantes. Los rayos

gamma, como los rayos X, carecen totalmente de

masa; su poder de penetracin es mucho mayor

que el de los otros dos tipos.

Puede parecer contrario al sentido comn

pensar que las partculas ms grandes se abren

camino con ms dificultad. Consider, sin embar-

go, que el poder de penetracin refleja la capaci-

dad de la radiacin para abrirse camino a travs

de una muestra de materia. Es como si trataras de

hacer rodar piedras por un campo de grandes ro-

cas. La partcula alfa se comporta como si fuese

una roca grande. Debido a su tamao, no puede


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avanzar mucho sin chocarse con otras rocas y ser

detenida por ellas. La partcula beta se comporta

como una piedra pequea que puede introducirse

entre las rocas y quiz hasta rebotar en ellas hasta

completar un recorrido ms largo. El rayo gamma

es comparable a un grano de arena capaz de pasar

por las aberturas ms pequeas.

Al principio de esta explicacin dijimos que, si

todo lo dems es igual, as es como funcionan las

cosas. Pero lo dems no siempre es igual. Cuanto

ms rpido se mueve una partcula o ms energa

tiene la radiacin, mayor es su poder de penetra-

cin.

Si la sustancia radiactiva est afuera del cuer-

po, las partculas alfa de poco poder de penetra-

cin son las menos peligrosas, pues las detiene la

capa externa de la piel. Tambin las partculas beta

se detienen normalmente antes de alcanzar rga-

nos vitales. Los rayos gamma atraviesan sin difi-


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cultad los tejidos, as que una fuente externa de los

mismos puede ser muy peligrosa. En cambio,

cuando la fuente radiactiva est adentro del cuerpo

la situacin se invierte. Las partculas alfa que no

penetran pueden causar graves daos. Todas estas

partculas estn atrapadas en el interior del cuerpo,

el cual tiene, entonces, la posibilidad de absorbertoda la energa que libera la partcula. Las partcu-

las alfa infligen el dao en un rea muy pequea

porque no se desplazan muy lejos. Las partculas

beta distribuyen el dao en un rea algo mayor

porque recorren distancias mayores. Los tejidos se

pueden recuperar de un dao limitado disperso en

un rea grande, pero es menos probable que so-

brevivan a una lesin concentrada.

Las personas que trabajan con materiales ra-

diactivos disponen de diversas formas de prote-

gerse contra ellos. La ms simple consiste en ale-

jarse de la fuente, porque la intensidad de la radia-

cin disminuye con la distancia respecto a la fuen-


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te. Los trabajadores se pueden proteger tambin

por medio de blindajes. Una hoja de papel detiene

casi todas las partculas alfa. Un bloque de madera

o una lmina delgada de aluminio detiene las par-

tculas beta.

Pero se necesitan varios metros de concreto ovarios centmetros de plomo para detener los ra-

yos gamma.


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5. VIDA MEDIA

Cuando hablamos de tomos individuales

estamos trabajando con elementos que

apenas imaginamos.

Para entender lo que pasa con la radia-

cin debemos referirnos a un grupo ms

grande de partculas y trabajar con pro-

medios.

Hasta aqu hemos estudiado la radiactividad en

relacin con los tomos individuales. En el labora-

torio nos ocupamos en general con nmeros muy

grandes de tomos, mucho mayores que el nme-


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ro de habitantes de la tierra. Si pudisemos ver el

ncleo de un tomo individual, podramos ver si

sufre o no desintegracin radiactiva examinando

su composicin. Ciertas combinaciones de proto-

nes y neutrones son inestables. Sin embargo, lo

que no podramos determinar es cuando el tomo

va a sufrir un cambio. La radiactividad es un pro-ceso aleatorio, independiente en general de las

influencias externas.

Cuando tenemos un nmero grande de to-

mos el proceso de desintegracin radiactiva se

hace ms predecible. Podemos medir la vida me-

dia, que es una propiedad caracterstica de cada

radioistopo. La vida media de un istopo radiac-

tivo es el perodo durante el cual la mitad del n-

mero original de tomos sufre desintegracin ra-

diactiva para formar un nuevo elemento. Por

ejemplo, supone que tuvisemos 16 billones de

tomos de tritio, el istopo radiactivo de hidrge-

no. La vida media del tritio es de 12.3 aos. Esto

significa que al cabo de 12.3 aos se habrn desin-


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tegrado 8 billones de tomos de tritio y quedarn

8 billones de tomos. Al cabo de otros 12.3 aos

se habr desintegrado la mitad de los 8 billones de

tomos restantes. Por tanto, al cabo de dos vidas

medias quedar una cuarta parte del nmero ori-

ginal de tomos de tritio. As pues, dos vidas me-

dias no hacen una entera.

Podemos calcular la fraccin restante del is-

topo original al cabo de un nmero dado de vidas

medias por medio de la relacin

FRACCIN RESTANTEN

2

1$

Donde n es el nmero de vidas medias trans-

curridas


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6. RADIACTIVIDAD ARTIFICIAL

La radiactividad es un fenmeno na-

tural y en esas condiciones poco

aprovechable.

El hombre trabaj mucho para con-

trolarlo y hacer de este efecto algo

til. Aunque, como es muy habitual

en la humanidad, las implementacio-

nes destructivas tambin tuvierongran desarrollo.


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mento de este tipo, en el cual Rutherford bom-

barde nitrgeno, dio por resultado la produccin

de protones.

N147 + He4

2 O178 + H

1

1

(Record que el ncleo de hidrgeno es un protn;por eso usamos el smbolo alternativo H1

1para el pro-

tn)

Observ que la suma de los nmeros de nu-

cleones de la izquierda es igual a la suma de losnmeros de nucleones de la derecha. Tambin los

nmeros atmicos estn balanceados.

Rutherford haba postulado en 1914 la exis-

tencia de protones en los ncleos. Un experimen-

to publicado en 1919 proporcion la primera

comprobacin emprica de la existencia de estas

partculas fundamentales Ya antes Eugen Golds-

tein haba producido protones en sus experimen-


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tos con tubos de descarga en gas. Goldstein obtu-

vo estas partculas a partir del hidrgeno gaseoso

contenido en el tubo por separacin de un elec-

trn del tomo de hidrgeno. La trascendencia del

experimento de Rutherford consisti en que ob-

tuvo protones del ncleo de un tomo que no era

de hidrgeno, con lo cual estableci la naturalezade los protones como partculas fundamentales. Al

hablar de partculas fundamentales nos referimos a

las unidades bsicas a partir de las cuales se pue-

den formar estructuras ms complicadas (como el

ncleo de nitrgeno). El experimento de Ruther-

ford constituy la primera reaccin nuclear indu-

cida.

Durante la dcada de 1920 se llevaron a cabo

muchas transmutaciones artificiales. En la dcada

de 1930 una de estas reacciones condujo al descu-

brimiento de otra partcula fundamental. En 1932,

James Chadwick bombarde berilio con partculas

alfa.


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Be94 + He4

2 C126 + n

1

0

Entre los productos se encontraba el neutrn.

RADIACTIVIDAD INDUCIDA

Las primeras reacciones nucleares produjeron

istopos que ya se conocan por estar presentes enla Naturaleza. Esto fue quiz fortuito, porque era

inevitable que tarde o temprano se produjese un

ncleo estable. Irne Curie (hija de los ganadores

del premio Nobel de 1903) y su esposo, Frdric

Joliot, estudiaban el bombardeo de aluminio conpartculas alfa. Se producan neutrones y quedaba

como residuo un istopo de fsforo.

Al2713 + He4

2 P30

15 + n1

0

Para sorpresa de los investigadores, el blanco

segua emitiendo partculas an despus de inte-

rrumpido el bombardeo. El istopo de fsforo era

radiactivo y emita partculas cuya masa era igual a


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la del electrn pero cuya carga era opuesta. Estas

partculas se llaman positrones. La reaccin que

estaban observando era la siguiente:

P3015 e0

1) + Si30

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As pues, surge una vez ms la pregunta: de dn-de proviene esta partcula si el ncleo contiene

slo protones y neutrones? Anteriormente expli-

camos el hecho de que surgiese una partcula beta

(un electrn) de un ncleo afirmando que un neu-

trn se haba descompuesto en un protn y un

electrn. Quiz un suceso similar puede explicar la

aparicin de un positrn. Considera que un pro-

tn del ncleo se transforma en un neutrn y un

positrn (un protn es idntico a un ncleo dehidrgeno)

H11 e0

1) + N1

0

Todo queda muy bien balanceado en esta


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ecuacin. Al emitirse el positrn, el ncleo radiac-

tivo original tiene de pronto un protn menos y

un neutrn ms que antes. Por tanto, la masa del

ncleo producido es la misma, pero su nmero

atmico se ha reducido en una unidad respecto al

ncleo original. Por este trabajo la pareja Joliot-

Curie se hizo acreedora al premio Nobel en 1935.(la pareja Joliot-Curie adopt el apellido combina-

do para perpetuar el nombre de Curie. Marie y

Pierre Curie tuvieron dos hijas, pero ningn hijo

varn.


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7. USOS DE LOS RADIOISTOPOS

Muchas de las aplicaciones de la energa

de la radiacin se realizan a travs de los

radioistopos.

Gracias a ellos y a los detectores se evitan

grandes perdidas materiales y se ahorra

grandes esfuerzos.

Los cientficos que trabajan en una amplia va-riedad de campos emplean istopos radiactivos

(radioistopos) como rastreadores en sistemas

fsicos, qumicos y biolgicos. Los istopos de un

elemento determinado, sea radiactivo o no, se


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comportan de manera casi idntica en los proce-

sos qumicos y fsicos. En virtud de la facilidad

para detectar los istopos radiactivos, es relativa-

mente fcil seguir sus movimientos, incluso en un

sistema complicado.

Como un ejemplo sencillo, consideremos el

flujo de un lquido por una tubera. Supongamosque hay una fuga en una tubera enterrada bajo un

piso de concreto. Podramos localizar la fuga le-

vantando partes extensas del piso, o bien podra-

mos agregar una pequea cantidad de material

radiactivo al lquido que va hacia el drenaje y ras-

trear el flujo de lquido con un contador Geiger

(un instrumento que detecta la radiactividad). Una

vez localizada la fuga, slo habra que levantar una

parte pequea del piso para reparar la fuga. Por lo

general se emplean para este propsito istopos

de vida corta, que desaparecen poco tiempo des-

pus de realizar su funcin.

Anlogamente, podramos rastrear la incorpo-

racin de fsforo en una planta verde. La planta se


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alimenta con un fertilizante que contiene fsforo

radiactivo. Un mtodo sencillo de deteccin con-

siste en colocar la planta sobre una pelcula foto-

grfica. La radiacin que emiten los istopos de

fsforo expone la pelcula, en gran medida como

lo hace la luz. Este tipo de exposicin, llamado

radiografa, muestra la distribucin del fsforo enla planta.

Tambin se da un buen uso a los rastreadores

radiactivos en la investigacin agrcola. Estos is-

topos se utilizan para estudiar la eficacia de los

fertilizantes y los herbicidas, para comparar el

valor nutritivo de diversos alimentos, y a fin de

determinar cules son los mejores mtodos para

regular los insectos. La mutacin intencional de

plantas por irradiacin ha producido nuevas y

mejores cepas de plantas de cultivo con valor co-

mercial, desde rbanos hasta man.

Los radioistopos se emplean tambin para

irradiar alimentos, como mtodo de conservacin.

La radiacin destruye los microorganismos que


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primas y el orden en el que se sintetizan, y despus

determina cules compuestos se tornan radiactivos

y en qu secuencia. Con base en los dates obteni-

dos de experimentos con rastreadores los cientfi-

cos determinan las rutas metablicas de plantas,

animales y seres humanos.


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8. MEDICINA NUCLEAR

La medicina nuclear ha generado tra-

tamientos y terapias inimaginables

antes de su descubrimiento.

En el diagnostico gener mtodos no

invasivos que evitan a los paciente,

tanto sufrimientos como prdidas de

tiempo.

En medicina nuclear se dan dos usos distintos

a los radioistopos: para fines teraputicos o para

realizar un diagnstico. En la terapia con radiacin

se intenta tratar, o curar, un padecimiento por


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medio de radiacin. El uso de los radioistopos

con fines de diagnstico busca obtener informa-

cin acerca del estado de salud del paciente.

TERAPIA POR RADIACIN

El cncer no es una sola enfermedad, sinomuchas. Algunas formas de cncer son particu-

larmente susceptibles a la terapia por radiacin. La

radiacin se dirige cuidadosamente hacia el tejido

canceroso y se reduce al mnimo la exposicin de

las clulas normales. Si los efectos destructivos dela radiacin consiguen matar las clulas cancero-

sas, se detiene el avance del tumor maligno. (Pero

los pacientes que se someten a terapia por radia-

cin suelen experimentar malestares a causa del

tratamiento. Nusea y vmito son los sntomas

usuales del malestar por radiacin. As pues, el

objetivo de la terapia por radiacin es destruir las

clulas cancerosas antes de que se cause un dao

excesivo a los tejidos sanos. La radiacin tiene


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efectos ms letales para las clulas que se reprodu-

cen con rapidez, y sta es precisamente la caracte-

rstica de las clulas cancerosas que permite que la

terapia por radiacin tenga xito.

USOS DIAGNSTICOS DE LOS RADIOISTOPOS

Los radioistopos se usan para fines diagns-

ticos con el propsito de obtener informacin

acerca del tipo o el alcance de la enfermedad. El

yodo 131 radiactivo se emplea para determinar el

tamao, la forma y la actividad de la glndula ti-roides, as como para tratar cnceres localizados

en esta glndula y para controlar una tiroides hi-

peractiva. Primero, el paciente toma una solucin

de yoduro de potasio que contiene yodo 131. El

organismo concentra el yodo en la tiroides. Se

usan dosis grandes para el tratamiento del cncer

de la tiroides; la radiacin del istopo se concentra

en las clulas cancerosas de esta glndula an

cuando las clulas cancerosas se hayan extendido a


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otras partes del cuerpo. Sin embargo, para fines de

diagnstico slo se necesita una pequea cantidad

del radioistopo. Tambin en este caso el material

se concentra en la tiroides. Se monta un detector

de tal manera que las lecturas se convierten en un

registro visual permanente que muestra la incor-

poracin diferencial del istopo. La "imagen" quese obtiene se describe como una fotoexploracin,

y permite determinar con precisin la ubicacin de

un tumor en esa regin del cuerpo.

El radioistopo de uso ms extendido en medicina

es el gadolinio 153. Este istopo se emplea para

evaluar la mineralizacin de los huesos. Su popu-

laridad es un indicio del gran nmero de personas,

principalmente mujeres, que sufren de osteoporo-

sis (reduccin de la cantidad de tejido seo) a me-

dida que envejecen. El gadolinio 153 emite dos

radiaciones caractersticas: un rayo gamma y un

rayo X. Un dispositivo analizador compara estas

radiacin despus de que atraviesan el hueso. La


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densidad del mismo se determina con base en las

diferencias de absorcin de los rayos.

El tecnecio 99m se utiliza en diversos ensayos

diagnsticos. La letra m quiere decir metaestable,

lo que significa que este istopo emite cierta ener-

ga para convertirse en una versin ms estable delmismo istopo (mismo nmero atmico y mismo

peso atmico). La energa que desprende es el

rayo gamma que permite detectar el istopo.

Tcm9943 Tc9943 + y

Observa que la desintegracin del tecnecio

99m no produce partculas alfa ni beta, las cuales

podran causar daos innecesarios al organismo.

Adems, el tecnecio 99mtiene una vida media cor-

ta (alrededor de 6 h), lo que significa que la radiac-

tividad no permanece en el organismo mucho

tiempo despus de que la exploracin se ha com-

pletado. Esta vida media tan corta obliga a planifi-


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car cuidadosamente el uso del radioistopo. De

hecho, lo que se adquiere no es el istopo mismo.

El tecnecio 99m se forma por desintegracin del

molibdeno 99.

Mo9942 Tcm9943 + e

0

1! + y

Se emplea un recipiente que contiene este is-

topo de molibdeno, y el producto de desintegra-

cin, el tecnecio 99", se extrae del recipiente a

medida que se necesita.

Mediante el uso de modernas tecnologas ba-

sadas en la utilizacin de computadoras, la tomo-

grafa por emisin de positrones (PET, por sus

siglas en ingls) permite medir los procesos din-

micos que se llevan a cabo en el organismo, como

el flujo sanguneo o la rapidez con la que se meta-

boliza el oxgeno o la glucosa. Las exploraciones

de PET se emplean actualmente para identificar

con precisin el rea de dao cerebral que desen-


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49

cadena los ataques epilpticos graves. Antes de la

exploracin se inhalan o se inyectan compuestos

que contienen istopos emisores de positrones,

como el carbono 11. Antes de que el positrn

emitido pueda recorrer una distancia apreciable en

el cuerpo se topa con un electrn (en toda la ma-

teria ordinaria abundan los electrones) y se produ-cen dos rayos gamma.

C116 B11

5 + e0

1)

e01) + e0

1! 2y

Estos rayos gamma salen del cuerpo en senti-

dos opuestos. Se colocan detectores en lados

opuestos del paciente para registrar los rayos

gamma. Si se ajustan los dispositivos de registro

de tal modo que se registren casi simultneamentedos rayos gamma, el sistema no toma en cuenta

los rayos gamma de la radiacin natural de fondo.

A continuacin se emplea una computadora para

calcular la ubicacin dentro del cuerpo del punto


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50

en el cual ocurri una aniquilacin del positrn y

el electrn, y se genera una imagen en esa regin.

La tabla contiene una lista de radioistopos de

uso comn en la medicina. La lista es necesaria-

mente incompleta. Incluso con esta exposicin tan

breve puedes hacerte una idea de la importanciaque los radioistopos tienen en la medicina. La

aseveracin de que la ciencia nuclear ha salvado

ms vidas de las destruidas por las bombas atmi-

cas no carece el fundamento.


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51

Istopo NombreVida me-

dia

Uso

C11 Carbono 11 20.3m Exploraciones cere-

brales

Cr51 Cromo 51 27.8d Determinacin

del volumen sangu-

neo

Co57 Cobalto 57 270d Medicin de la

incorporacin de

vitamina v12

Co60 Cobalto 60 5.26a Terapia de cncer

por radiacin

Gd153

Gadolinio

153

242d Determinacin

de la densidad sea

Ga67 Galio 67 78.1h Exploracin en

busca de tumores

pulmonares

I131 Yodo 131 8.07d Terapia de la ti-

roides

Ir192 Iridio 192 74d Terapia del cn-

cer de mam

Fe59 Hierro 59 45d Deteccin de

anemia


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52

P32 Fsforo 32 14.3d Deteccin de

cncer de la piel otumores oculares.

Pu238 Plutonio

238

86a Suministra ener-

ga para marcapasos

Ra226 Radio 226 1600a Terapia de cncer

por radiacin

Se75 Selenio 75 120d Exploraciones del

pncreas

Na24 Sodio 24 15.0h Localizacin de

obstrucciones en el

flujo sanguneo

Tc

99

Tecnecio 99 6.0hObtencin de im-

genes de cerebro, hga-

do, mdula sea rin o

corazn

Tl201 Talio 201 73h Deteccin de pro-

blemas cardiacos con la

prueba de esfuerzo en

rueda de andar

H3 Tritio 12.3a Determinacin de

agua corporal total

Xe133 Xenn133 5.27d Obtencin de im-

genes de pulmn


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9. FECHADO POR MEDIO DERADIOISTOPOS

! Una de las aplicaciones ms in-

crebles de la qumica nuclear es la po-

sibilidad de averiguar la antigedad delos objetos encontrados en las investi-

gaciones arqueolgicas.

Se puede usar la vida media de ciertos isto-

pos para estimar la antigedad de rocas y artefac-tos arqueolgicos. El uranio 238 se desintegra con

una vida media de 4500 millones de anos. Los

productos iniciales de esta desintegracin tambin

son radiactivos, y la descomposicin contina


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54

hasta que se forma un istopo de plomo (plomo

206). Los qumicos pueden estimar la antigedad

de una roca determinando las proporciones relati-

vas de uranio 238 y plomo 206. Se ha encontrado

que algunas de las rocas ms antiguas de la Tierra

se formaron hace entre 3000 y 4500 millones de

aos . En las rocas lunares y en meteoritos se hadeterminado una antigedad mxima de alrededor

de 4500 millones de aos. As pues, se considera

en general que la Tierra tiene una antigedad de

unos 4500 millones de aos.

FECHADO POR CARBONO 14

En el fechado de artefactos interviene por lo

general un istopo radiactivo de carbono. Se for-

ma carbono 14 en las capas superiores de la at-

msfera por el bombardeo que experimenta el

nitrgeno ordinario por parte de los neutrones de

los rayos csmicos.


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55

N147 + n1

0 C14

6 + H1

1

Este proceso origina una concentracin cons-

tante de carbono 14 en el CO2terrestre. Las plan-

tas y animales vivos incorporan este istopo en

sus propias clulas. Sin embargo, cuando estos

seres mueren se interrumpe la incorporacin decarbono 14, y el carbono 14 que hay en el orga-

nismo se desintegra (con una vida media de 5 730

aos) a nitrgeno 14.

Por consiguiente, basta con medir la actividadresidual de carbono 14 en un artefacto de origen

vegetal o animal para determinar su antigedad.

Por ejemplo, una muestra que tiene la mitad de la

actividad de carbono 14 propia del material vege-

tal de origen reciente tiene 5 730 aos de antige-

dad; es decir, ha estado muerta durante un tiempo

equivalente a una vida media. Anlogamente, un

artefacto que muestra el 25% de la actividad de

carbono 14 del material vegetal reciente tiene


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11460 anos de antigedad; en otras palabras, ha

estado muerto durante un tiempo que equivale a

dos veces la vida media.

El fechado por carbono 14, como lo hemos

descrito aqu, supone que la formacin del istopo

fue constante a lo largo del tiempo. En realidad noes as. Sin embargo, aproximadamente para los

ltimos 7000 anos las fechas obtenidas por carbo-

no 14 han sido correlacionadas con las calculadas

con base en los anillos de crecimiento anual de los

rboles. Se han construido curvas de calibracin

que permiten determinar fechas consideradas co-

mo exactas.

En trminos generales, el mtodo de carbono

14 es razonablemente preciso para fechar objetos

de hasta 50000 aos de antigedad. La cantidad

residual del istopo en los objetos de una antige-

dad mayor que esa es demasiado pequea para

hacer una determinacin exacta.

El carbn de las fogatas de los pueblos anti-


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guos, fechado por determinacin de la actividad

de carbono 14, se usa para estimar la antigedad

de otros artefactos encontrados en el mismo em-

plazamiento arqueolgico. La tcnica de fechado

por carbono 14 se ha usado tambin para detectar

si supuestos artefactos antiguos han sido falsifica-

dos.

EL SUDARIO DE TURN

Probablemente han odo hablar del sudario de

Turn. Se trata de una pieza de tejido de lino muyantigua, de unos 4 metros de largo, que muestra la

impresin aproximada de un cuerpo humano.

Desde alrededor del ao 1350 d.C. se afirmaba

que era parte del lienzo mortuorio de Cristo. Sin

embargo, los estudios de fechado por carbono 14

que llevaron a cabo tres laboratorios nucleares

distintos indicaron que el lino empleado en la fa-

bricacin del lienzo haba sido cultivado en algn

memento entre los anos de 1260 y 1390 d.C. Por


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tanto, el lienzo no podra haber existido en tiem-

pos de Cristo. A diferencia de los pergaminos del

Mar Muerto, para los que el fechado por carbono

14 demostr que son registros autnticos de una

civilizacin que existi hace unos 2000 aos, el

sudario de Turn result ser falso.

FECHADO POR TRITIO

El tritio, que es el istopo radiactivo del

hidrgeno, sirve tambin para fechar. Su vida me-

dia de 12.3 aos lo hace til para fechar objetos dehasta 100 aos de antigedad. Una aplicacin inte-

resante es el fechado de aguardientes. Estas bebi-

das alcohlicas son muy costosas cuando han sido

aejadas de 10 a 50 aos. El fechado por tritio

permite comprobar la veracidad de los anuncios

publicitarios respecto al proceso de aejamiento

de las variedades ms caras.

Hay muchos otros istopos que permiten es-

timar la antigedad de objetos y materiales.


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IstopoVida me-

dia

(aos)

Perodo de

utilidad Uso

Carbono 14 5730500 a 50000

aos

Carbn vege-

tal, material

orgnico

Tritio 123 1 a 100 aosVinos aeja-

dos

Potasio 40 1.3 x 109Desde 10000

aos

Rocas, corteza

terrestre y

lunar

Renio 187 4.3 x1010Desde 4 x

107aos

Meteoritos

Ranio238 4.5 x109Desde 107

aos

Rocas, corteza

terrestre.


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10. PLANTAS DE ENERGANUCLEAR

! Sabs de dnde viene esa energaque nosotros usamos tanto?! Mucha de la energa elctrica es

producida por plantas nucleares de to-do el mundo.

La energa nuclear ha dado origen a bombas

muy destructivas y a la nociva precipitacin ra-

diactiva, y podra incluso provocar un devastador

invierno nuclear. Sin embargo, una cantidad mu-cho mayor de personas han recibido beneficios de

la energa nuclear que las que han sido perjudica-

das por ella. El hecho es que existen muchos usos

de la energa nuclear que son sumamente benfi-


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61

cos. Ya conocemos el uso de istopos radiactivos

en el diagnstico clnico y en el fechado de obje-

tos de antigedad desconocida. Otro uso pacfico

de la energa nuclear es la "generacin de electri-

cidad". Una gran parte de la energa elctrica que

se utiliza hoy en da se genera en plantas de ener-

ga nuclear.

En la actualidad, una quinta parte de toda la

electricidad que se produce en Estados Unidos

proviene de plantas de energa nuclear. En Euro-

pa la dependencia respecto a la energa nuclearpara la produccin de electricidad es an mayor.

En Francia, por ejemplo, ms del 70% de la ener-

ga elctrica del pas proviene de plantas nuclea-

res.

No es sorprendente que una reaccin que

desprende tanta energa como lo hace la fisin

nuclear se use como fuente de energa para gene-

rar electricidad. En las plantas de energa nuclear

se usa el calor obtenido de una reaccin de fisin


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en cadena, controlada, para producir vapor de

agua que mueve las turbinas generadoras de elec-

tricidad. El combustible nuclear es normalmente

xido de uranio, U3O8, enriquecido hasta alrede-

dor de 3% de uranio 235.

La energa nuclear es mucho ms limpia que laque se obtiene quemando combustibles fsiles

(carbn, petrleo y gas): no produce cenizas finas

ni holln, no forma dixido de carbono, que con-

tribuye al efecto de invernadero y al calentamiento

global, y no contamina el aire con xidos de azu-

fre y de nitrgeno, que dan origen a la lluvia cida.

Por otra parte, emite grandes cantidades de calor

residual en el ambiente y, lo que es mucho ms

serio, produce muchos residuos radiactivos. La

eliminacin de todos estos materiales radiactivos

de desecho es uno de los problemas constantes

que se tienen en relacin con las plantas de energa

nuclear.


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11. BOMBA ATMICA

! Todos sabemos los desastres que pue-

den causar la detonacin de una bomba

nuclear.

! Aqu presentamos la explicacin terica

y cmo se pone en prctica.

CMO FUNCIONA UNA BOMBA NUCLEAR EN LATEORA

El 16 de Julio de 1945 estall la primera bomba

atmica en el campo de pruebas de Trinity, cerca

de lamo Gordo (Nuevo Mjico). Desde ese pre-


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ciso instante la historia de la humanidad ha pasado

a una nueva era, la era nuclear.

Nunca hasta entonces se haban tenido los cono-

cimientos necesarios como para saber que la masa

puede convertirse en grandes cantidades de ener-

ga y cmo poda realizarse ese proceso, hastaentonces reservado tan slo a las estrellas.

La famosa frmula de Einstein E = mc2 ha pasa-

do ya ha formar parte de la cultura popular an sin

que en realidad se llegue a saber que implica.

Donde E es energa, m masa y c la velocidad de la

luz (constante). En esta ecuacin se expresa la

relacin de equivalencia entre masa y energa. Por

ejemplo, haciendo algunas cuentas se ve que con

un gramo de uranio, si se convirtiese totalmente

en energa se obtendran 25 millones de Kw.

Aplicado como una bomba nuclear basta decir

que para asolar Hiroshima slo se convirti un


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gramo de masa (aunque toda la bomba como me-

canismo pesara cuatro toneladas); su potencia fue

de 12.5 kilotones, es decir, para igualar su potencia

seran necesarios 12500 toneladas de TNT. La

materia usada en una bomba nuclear suele ser

uranio 235 o plutonio 239, ya que debido a su

gran densidad las hace ideales como combustiblesde fisin. Cuando en un espacio se rene la sufi-

ciente cantidad de materia (denominada masa cr-

tica) se produce una reaccin en cadena espont-

nea; esto es: el ncleo de los tomos del material

se divide liberando energa y varios neutrones

"rpidos" que provocan que otros ncleos tam-

bin se dividan y liberen ms energa y neutrones.

Este proceso se denomina fisin nuclear. Sin em-

bargo, si la densidad no es suficiente la energa

liberada hace que el material se expanda y se de-

tenga el proceso. Para evitar que se pare la reac-

cin se recurre a una materia muy densa de por s

(istopos del uranio y plutonio) que adems se

comprime de manera muy rpida para lograr una


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66

altsima densidad que permite que los neutrones

"rpidos" choquen antes con otros ncleos y se

produzcan antes el mayor nmero de divisiones.

Como la cantidad de divisiones aumenta exponen-

cialmente (por Ej.: 2, 4, 16, 256...) es casi al final

del proceso cuando se libera ms energa. Para una

explosin de 100 kilotones son necesarias 58 ge-neraciones, las 7 ltimas generan el 99,9 % de la

energa en periodo cortsimo de tiempo. Tambin

puede liberarse energa con la fusin, en este pro-

ceso los ncleos se unen en vez de separarse, pero

se requieren altsimas temperaturas (del orden de

millones de grados) para que este proceso se lleve

a cabo. Para esta reaccin se usan tomos ligeros

(ms fciles de unir), generalmente hidrgeno o

sus istopos (deuterio y tritio). Para unir dos to-

mos "basta" con hacerlos chocar. Los protones de

cada tomo se repelen debido a que ambos tienen

carga positiva, de modo que no llegan a acercarse

lo suficiente para que se unan (gracias a la fuerza

nuclear fuerte). Por eso, para que se lleve a cabo la


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fusin deben comprimirse fuertemente los n-

cleos, y una vez hecho slo podrn continuar uni-

dos si pierden un equivalente de la energa que les

hizo apretarse. En el caso de usar deuterio y tritio

se libera violentamente un neutrn. Esta energa

liberada es la que forma una bomba de fusin,

tambin denominada bomba H.

COMO FUNCIONA UNA BOMBA ATO-MICA EN LA PRACTICA

Sea cual fuere el sistema de funcionamiento deuna bomba nuclear (fusin o fisin), una cantidad

de masa se convierte en energa, la potencia slo

depende de la capacidad de la ingeniera para con-

vertir ms masa antes de que la reaccin disperse

las molculas; en teora la potencia es, por tanto,

ilimitada.

Una bomba nuclear consiste bsicamente en una

esfera hueca de plutonio que no es lo suficiente-


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mente densa como para producir una reaccin en

cadena. En su interior se encuentra un mecanismo

iniciador de neutrones, y el exterior se encuentra

revestido de un material explosivo.

Para iniciar la explosin se disparan los detonado-

res que hacen que el material explosivo estalle dela manera lo ms regular posible para que enve

una onda de choque esfrica hacia el plutonio.

Cuando sta impacta contra l lo comprime y re-

duce su volumen empujndolo hacia el centro de

la esfera hasta que alcanza una densidad suficiente

(supercrtica) y se dispara el iniciador de neutrones

para comenzar la reaccin en cadena que da lugar

a la explosin nuclear.

Las bombas termonucleares, de fusin o H, nece-

sitan de una gran temperatura para que se puedan

unir los ncleos, esto se consigue en el interior de

una explosin de fisin, que es el comienzo de

toda bomba H.


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69

Una vez acabada la reaccin de fusin nos encon-

traremos con una esfera expandida con una tem-

peratura de millones de grados en la que existen

los productos de la fusin (litio e istopos del

hidrgeno). Tal es su velocidad que pueden fun-

dirse unos con otros dando lugar a la reaccin de

fusin. Esta reaccin genera ms energa que laanterior y libera gran cantidad de partculas nu-

cleares, pero no es una reaccin en cadena, ya que

el propio calor que genera hace que las partculas

se separen y se expandan en forma de una esfera

de plasma con una temperatura que tan slo expe-

rimenta el universo de manera natural en las estre-

llas. En nuestro sol por ejemplo, ocurren la fusin

nuclear de hidrgeno y helio. Pero antes de que la

reaccin se extinga, los neutrones generados por

las detonaciones anteriores provocan de nuevo

una reaccin de fusin sobre una camisa de U-

238, pero esta vez mucho mayor que las anterio-

res. La potencia de una bomba termonuclear care-

ce de lmite; una bomba como la de Hiroshima de


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12,5 kilotones (un kilotn equivale a 1.000 tonela-

das de TNT) se considera dentro de los arsenales

modernos como pequea, siendo las de un mega-

tn (1000 kilotones) las "standard". En la URSS

llegaron a detonar una de 60 megatones. Un sub-

marino norteamericano Trident posee el poder

destructivo equivalente a 25 veces el de toda laSegunda Guerra Mundial.

Para la construccin de una bomba nuclear nor-

malmente se usa U-235 mezclado con U-238. El

primero no forma parte de la reaccin nuclear

sino que es el segundo el que es fisionable de ma-

nera espontnea emitiendo neutrones, que son

absorbidos por el U-235 para evitar que se pro-

duzca de manera accidental la reaccin en cadena.

As el U-235 hace de escudo absorbiendo los neu-

trones del U-238 que es el que produce la detona-

cin nuclear. El U-235 puede ser sustituido por

PU-239, que no se halla de manera natural en can-

tidad apreciable, de modo que se obtiene de los


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reactores nucleares a partir del U-238.

La desintegracin del uranio en la reaccin en

cadena se produce de manera espontnea para una

masa de 50 Kg si ste elemento es puro. El pluto-

nio no es capaz por si solo de comenzar una rpi-

da reaccin en cadena de modo que se mezcla deberilo y polonio, dando como resultado un pro-

ducto que, aunque no es fisionable por si solo, una

pequea cantidad acta como catalizador para las

grandes reacciones. As bastan 16 Kg. de PU-239

para obtener la masa supercrtica, y 10 Kg. si se

mezcla con U-238.

El U-235 es muy difcil de extraer por encontrarse

en la naturaleza muy mezclado con otros com-

puestos. As, por cada 25.000 toneladas de mineral

de uranio bruto slo se obtienen 50 toneladas de

uranio, del que el 99.3% es U-235 y el resto el

rarsimo istopo U-238; ambos slo se pueden

separar de manera mecnica gracias a la levsima


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diferencia de peso entre ambos. As, el uranio se

mezcla en forma gaseosa con fluor (hexafluordri-

co) que es impulsado a baja presin hacindolo

pasar por unas cmaras, que aumentan la concen-

tracin de uranio sensiblemente tras cientos de

pasadas. Para una central nuclear la pureza ha de

ser del 2% y para una bomba (tericamente) el95%.

Para separar el istopo se recurre a la centrifuga-

cin del gas, siendo el ms pesado U-238 despedi-

do hacia el exterior con ms fuerza. Para obtener

otra vez el uranio separado del gas se recurre a la

separacin magntica.

MECANISMOS QUE SUELEN COMPONER UNA

BOMBA NUCLEAR

Los mecanismos que suelen componer una bom-

ba nuclear son los siguientes:


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ALTMETRO: No suele usarse el baromtrico

por verse afectado por las condiciones atmosfri-

cas, tampoco los de continua frecuencia modulada

(FM CW) por su complejidad excesiva. Por tanto

se suelen usar los que simplemente emiten un

pulso intermitente que, rebotando en el suelo y

volviendo a la bomba y segn el tiempo transcu-rrido en el recorrido, puede saberse la altura sin

necesidad de complicar ms el sistema para dar

una precisin que en realidad no es importante (2

o 3 m. de diferencia no son apreciables ms que

en minibombas bastante menores que las de

Hiroshima), siendo la altura normal de detonacin

la de 2.000 m.

En la prctica, la bomba emite un pulso de 4200

Mhz, y al poco emite otra onda de alta frecuencia

(la diferencia de tiempo depende de la altura), am-

bas frecuencias son recibidas y mezcladas electr-

nicamente para obtener la diferencia de ambas,

que es proporcional a la altura. Los pulsos suelen

emitirse 120 veces por segundo y alcanzan un


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rango de 3.000 m. sobre la tierra y 6.000 m. sobre

el mar (la reflexin es all mejor) siendo su error

de hasta 1.5 m.

CABEZA DETONADORA: Como ya se dijo,

est compuesta de una carga explosiva muy bien

calibrada que, a la orden del altmetro, detonaproduciendo una onda de choque uniforme sobre

el elemento radioactivo comprimindolo hasta

alcanzar la masa supercrtica.

Compaas privadas producen camisas explosivas

que, modificadas, pueden ser usadas para la fabri-

cacin del objeto que nos ocupa. La cantidad de

presin necesaria a aplicar es un secreto por razo-

nes de seguridad, aunque se sabe que los explosi-

vos plsticos son ideales sobre todo por su malea-

bilidad y facilidad de manejo.

El detonador vara si es combustible es uranio o

plutonio:


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DETONADOR DE URANIO: La masa total se

divide en dos partes, una mayor de forma semies-

frica y cncava que se acopla perfectamente con

la otra ms pequea. Como es de suponer, ambas

se encuentran separadas hasta el momento de la

detonacin, en el que una explosin convencional

dispara la parte pequea que impacta contra lamayor para lograr en un instante la masa supercr-

tica.

DETONADOR DE PLUTONIO: Necesita

una precisin de ingeniera mucho mayor que la

anterior, ya que est compuesta de 32 secciones de

plutonio-berilio-polonio, todas de igual forma y

posicin distribuidas concntricamente. El aspecto

final es parecido al de un baln de ftbol. Todas

han de cerrarse simtricamente en una diezmillo-

nsima de segundo para conseguir la detonacin.

DEFLECTOR DE NEUTRONES: Suele ser

U-238. Su funcin es la que ya se explic: evitar


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una reaccin accidental, adems refleja las partcu-

las de vuelta cuando se alcanza la masa supercrti-

ca.

ESCUDO PROTECTOR: Recibe otros nom-

bres, pero su funcin es siempre la de proteger de

la radiacin natural tanto al personal que la manejacomo a los circuitos de la bomba que pueden su-

frir cortocircuitos o puestas en funcionamiento

accidentales.

SISTEMA DE ARMADO:Es otro sistema ms

de seguridad, consistente en quitar una parte im-

prescindible de la bomba para evitar detonaciones

accidentales, de modo que slo cuando est

prximo su lanzamiento se inserta esta parte. Una

analoga sera como si al aparcar nuestro coche le

quitramos el volante o una buja, as estaramos

seguros de que no nos lo roban. porque sin estas

partes. el coche no funciona.


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12. EFECTOS DE UNA EXPLOSINNUCLEAR

! Tenemos frescas en nuestra memo-

ria las imgenes que nos mostr la

televisin cuando se produjo el ac-cidente de Chernobyl.

! Aqu explicamos todas las conse-

cuencias de una detonacin nuclear.

Las bombas convencionales causan solamente un

efecto destructivo provocado por la onda de cho-

que, mientras que las nucleares tienen muchos,

siendo cinco los principales:


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% Radiacin nuclear inicial: la altsima

temperatura y la elevada presin que segenera en el interior de la explosin emi-

ten radiacin en todas las direcciones. Esta

se compone de rayos alfa, beta y gamma,

que son una forma de radiacin electro-

magntica de alta energa que puede causarla muerte sin que el individuo se de cuenta

de que ha sido irradiado. Una explosin de

un megatn (de tamao estndar) matara

a todo ser humano en 15 Km. a la redonda

que se encontrase al aire libre.

Las partculas alfa son idnticas a un ncleo de

helio, son las que mas larga vida tienen, unos mil

aos, pero su poder de penetracin en la materia

es poco, por tanto son las menos peligrosas ya que

los que son irradiados por ellas suelen estar cerca

del punto cero, y por tanto ya no han de preocu-

parse por la radiacin. Con 45 cm. de tierra se

consigue reducir la radiacin veinte veces.

Las partculas beta penetran ms, siendo suficiente


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38 cm. de pared de ladrillo para reducir a un quin-

to la radiacin (una pared moderna ya espesa se

compone de 1 pie de ladrillo ms cmara ms

aislante ms ladrillo hueco y yeso, que suele que-

darse en los 37 cm).

Los de ms poder de penetracin son las gamma,y por tanto los ms peligrosos ya son los que se

introducen en los refugios nucleares an con

grandes espesores de hormign. La nica protec-

cin eficaz es la de interponer grandes masas de

material, mejor cuanto ms denso, siendo el ideal

el plomo, ya que pasa por los materiales como la

luz por una tela, si esta es ms densa mayor canti-

dad de chocar con ella y no la traspasar. Para

reducir la dosis a un veinteavo se precisan 30 cm.

de hormign armado.

% Pulso electromagntico:La intensa acti-

vidad de los rayos gamma genera mediante

induccin una corriente de alto voltaje so-


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bre antenas, vas frreas, tuberas, que des-

truye todas las instalaciones elctricas de

una amplia zona si la explosin se efecta

a gran altura. Una detonacin de muchos

kilotones a 200 km. sobre Omaha (Ne-

brasca) destruira todos los circuitos elc-

tricos integrados de toda Norteamrica yparte de Mjico y Canad. Ante el riesgo

de una detonacin nuclear es conveniente

alejarse de lneas elctricas y va frreas, ya

que la corriente inducida puede electrocu-

tarnos.

% Pulso trmico: al expandirse la bola de

fuego el aire circundante absorbe energa

en forma de rayos X y la irradia en forma

de una luz cegadora y un intenssimo ca-

lor. Una bomba de 20 Megatones produci-

ra una intensa luz durante 20 segundos y

causara quemaduras de segundo grado a


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cualquier persona expuesta a 45 Km. de

distancia.

% Onda de choque: La rpida expansin de

la bola de fuego genera una onda de cho-

que como cualquier explosin, pero de

una potencia muy superior, ya que puedeaplastar o barrer edificios dandolos muy

seriamente o destruyndolos por comple-

to, ya que ms que "empujar" por su dura-

cin lo que hace es estrujar. Una bomba

de 20 megatones no dejara en un radio de

20 Km. ms que escombros, slo se salva-

ran las cimentaciones y construcciones

enterradas.

% Primera lluvia radioactiva o lluvia ra-

diactiva local:una explosin de 20 mega-

tones aras de suelo producira un crter de

183 m. de profundidad, la elevada tempe-


81/105

82

ratura vaporiza todo lo que se encuentra

dentro de la bola de fuego, todo se funde

con los materiales radiactivos de la fisin o

fusin y se eleva con el hongo para luego

precipitar en forma de finas cenizas. Esto

ocurrir durante las 24 h. siguientes a la

explosin y afectar a una regin ms omenos amplia para una misma potencia,

segn la climatologa. El fenmeno se am-

pla considerablemente si la detonacin se

produce cerca del suelo. La energa libera-

da por esta lluvia es de un 5% del total,

aunque no se suele considerar al indicar la

potencia de un arma nuclear.

Estos son los denominados efectos prima-

rios, que no son los ms destructivos; los deno-

minados secundarios, como incendios en masa

que acabaran con los pocos supervivientes y ma-

taran a ms que el pulso trmico y la onda de

choque.


82/105

83

Adems, en caso de que se lanzaran muchas

bombas nucleares, sus efectos secundarios seran

mucho ms graves que la suma de ellos por sepa-

rado, afectando a la totalidad del planeta y la bios-

fera, a estos se les denomina efectos globales

secundarios,producidos por unos 10.000 mega-

tones mnimos para considerar un holocaustocomo tal.

% El primerode estos efectos es que la ra-

dioactividad liberada en caso de holocaus-

to penetrara en todos y cada uno de los

seres vivos (y en el mar, la tierra y el aire).

Mientras que en dosis altas (segn la espe-

cie) producira la muerte, en otras ms ba-

jas los efectos seran de lo ms variados

(mutaciones, esterilidad...)

% El segundo, sera que los materiales im-

pulsados por las detonaciones se elevaran

hasta la troposfera donde ocultaran la luz


83/105

84

del sol durante meses o aos, haciendo ba-

jar la temperatura de la tierra y alterando la

fotosntesis de los vegetales y el plancton

marino: sera el famoso invierno nuclear.

Adems estos materiales radiactivos iran

cayendo durante meses o aos convirtin-

dose en una lluvia radiactiva global que,an con menos dosis radiactiva que una

lluvia provocada por una bomba, sera

global. Entre los trescientos productos ra-

diactivos algunos son inofensivos a las po-

cos segundos u horas, pero otros son per-

judiciales durante miles o millones de

aos. Ese 5% de energa liberada por la

lluvia radiactividad en una bomba es poco,

pero en los 10.000 megatones de un holo-

causto suponen ya 500 megatones que irn

"estallando" durante miles de aos des-

pus de la catstrofe.


84/105

85

% El tercero, sera una reduccin en la capa

de ozono producida por el xido de nitr-geno generado por las bolas de fuego, de

modo que la radiacin solar que llegase a

la tierra sera mortal. Un 70% del ozono

desaparecera en el hemisferio norte y un

40% en el sur, siendo necesarios treintaaos para recuperar su estado normal.


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86

Ejercicios 12

MODELO DE RESOLUCIN

La distribucin de los electrones de un tomo

en sus niveles y subniveles se puede representar en

forma abreviada de la siguiente manera:

a) Un coeficiente que indica el nmero del nivel

de energa (n).

b) Una letra que corresponde al subnivel.

c) Un suprandice que seala el nmero de elec-

trones que hay en el subnivel.

1H = 1s1

3Li = 1s22s1

En razn del entrecruzamiento de subniveles,el orden en que se van completando los subniveles

por energa creciente es el siguiente:


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87

1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d

4p 5s 4d 5p 6s 4f

5d 6p 7s 5f 6d

7p

Para visualizar la distribucin de los electrones

en orbitales, se puede representar cada orbital porun pequeo cuadrado, dividido por una diagonal

y cada electrn mediante una flecha:

Entonces el orbital puede estar:

Vaco incompleto completo

(1 electrn) (2 electrones)

En caso del orbital completo las flechas tienen

sentido contrario para indicar que los electronespresentan spin contrario.

El llenado de los orbitales por los electrones

se realiza a partir de los niveles y subniveles en


87/105

88

orden creciente de energa. Cada nuevo electrn se

incorpora a un orbital vaco.

De ese modo los elementos quedan represen-

tados as:

1H =

1s

3Li =

1s 2s

7N =

1s 2s 2p


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89

Ejercicios 12.1

1) Un tomo de fsforo tiene 15 protones y 16

neutrones. Indic cul es su:

a) nmero atmico (Z) ................. b) nmero

de masa (A)

2) Un tomo de potasio tiene Z =19 y A = 39.Indic su nmero de:

a) protones .................... b) electrones

.............................. c) neutrones

3) Complet los datos que faltan en el siguiente

cuadro:


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90

ELE-

MEN-

TO

N-

MERO

AT-MICO

N-

MERO

DEMASA

PRO-

TO-

NES

ELECTR

ONES

NEU-

TRO-

NES

Na 11 23

C 12 6

Si 14 14

Ca 20 20

Ag 108 47

S 32 16

CI 17 18

4) Seal el nombre y smbolo de los elementoscuyas configuraciones electrnicas son:

a) 1S2 2S2 2p2

b) 1s2 2s2 2p6 3s2

c) 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6

d) 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d1

5) Escrib la configuracin electrnica de los

siguientes elementos:


90/105

91

a) Na2311

= c) O168

=

b) Cl3517

= d) C126

=

6) De acuerdo con la siguiente representacin de

los electrones en orbitales, indic a qu ele-

mentos corresponden:a)

b)

c)

d)

7) Represent la distribucin de los electrones en

orbitales de los elementos:a) 7N= c) 18Ar =

b) 15AI = d) 19K =


91/105

92

Hoja de respuestas12.1

1) a) 15 b) 312) a) 19 b) 19 c) 20

3)

ELE-

MEN-

TO

NME-

RO

AT-

MICO

N-

MERO

DE

MASA

PRO-

TO-

NES

ELEC-

TRO-

NES

NEU-

TRO-

NES

Na 11 23 11 11 12

C 6 12 6 6 6

Si 14 28 14 14 14

Ca 20 40 20 20 20

Ag 47 108 47 47 61

S 16 32 16 16 16

CI 17 35 17 17 18

4) a)Boro B

b)Magnesio Mg

c)Argn Ar

d)Escandio Sc

5) a) 1S2 2S2 2p6 3s1


92/105

93

b) 1s2 2s2 2p6 3s2 3p5

c) 1s2 2s2 2p4

d) 1s2 2s2 2p2

6) a) Be b) N c) O d) Ne

7) a)

b)

c)

d)


93/105

94

Ejercicios 12.1.1

Modelo de resolucin

El nmero de oxidacin se asigna segn las si-

guientes reglas:

1) El nmero de oxidacin de los elementos en la

sustancia simple es cero.

Ejemplo: Cu0, 02Cl

2) El nmero de oxidacin del oxgeno es 2

excepto en las sustancias como el agua oxige-

nada. Ejemplo: H22

O!

.

3) El nmero de oxidacin del hidrgeno es +1,

excepto en las sustancias donde est combina-

do con los metales. Ejemplo.: 1H) 2O.

4) El nmero de oxidacin de un ion monoat-

mico es igual a la carga del ion. Ejemplo: Ca2-

Cl-.


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95

5) En la frmula de una sustancia la suma alge-

braica de los nmeros de oxidacin de todos

los tomos debe ser cero. Ejemplo:1

H)

2

2

O!

*2(+1) + (-2) = 0

6) En los iones que tienen ms de un tomo, la

suma algebraica de los nmeros de oxidacin

de todos los tomos es igual a la carga del ion.

El nmero de oxidacin se escribe colocandoprimero el signo y luego el nmero.

Ejemplo: el nmero de oxidacin del aluminioes +3.

1) Calcul los nmeros de oxidacin en la mol-

cula de dixido de azufre (SO2).

Datos: SO2, nmero de oxidacin del O2

es 2.

Incgnita:nmero de oxidacin de S.Resolucin: Cada tomo de oxgeno tiene

nmero de oxidacin 2, por lo tanto el n-

mero de oxidacin del azufre es +4, porque

2(-2) + (+4) = 0


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96

2) Calcul el nmero de oxidacin del azufre en

el cido sulfrico (H2SO4).

Datos: H2SO2, nmero de oxidacin del

O2es 2, nmero de oxidacin de H es -1.

Incgnita: nmero de oxidacin de S.

Resolucin:Se debe cumplir que la suma al-

gebraica de todos los nmeros de oxidacin seacero:

4(-2) + 2.1 + x = 0

-8 + 2 + x = 0

x = 6

Respuesta: el nmero de oxidacin del azufre

en el cido sulfrico es +6.

3) Calcul el nmero de oxidacin del nitrgeno

en el nitrato de sodio (NaNO3).

Datos: NaNO3, nmero de oxidacin del

O2es 2.

Incgnita: nmero de oxidacin de N.


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97

Resolucin: El nmero de oxidacin del

sodio es +1 porque el ion sodio tiene una car-

ga elctrica positiva.

+1 + 3(-2) +x = 0

1 6 + x = 0

x = 5

Respuesta: el nmero de oxidacin del nitr-geno en el nitrato de sodio es +5.

4) Calcul el nmero de oxidacin del azufre en

el ion sulfato (S 24O! ).

Datos:S 24O! , nmero de oxidacin del O2

es 2.

Incgnita: nmero de oxidacin de S.

Resolucin: La suma de los nmeros de

oxidacin es igual a 2, porque el ion sulfatotiene dos cargas negativas (2-).

x + 4(-2) = -2

x 8 = -2

x = 6


97/105

98

Respuesta:El nmero de oxidacin del azu-

fre en el ion sulfato es +6.


98/105

99

Ejercicios 12.1.2

1) Dibuj los smbolos de Lewis para los tomos

de:

a) He, b) Al, c) Si, d) Ar, e) N

2) Cmo adquiere la distribucin electrnica del

inrtido ms cercano cada uno de los siguien-

tes tomos?

a) K$ b) :..

..F $ c) :

..

S : d) Mg : e) :..

..Br$.

3) Escrib las ecuaciones inicas, la frmula elec-

trnica y la frmula mnima del compuesto

inico formado por:

a) K y Br (bromuro de potasio)

b) Ca y O (xido de calcio)

4) Marc con una X las propiedades correspon-

dientes a las sustancias que presentan uniones

inicas:


99/105

100

a) Son slidas y tienen bajo punto de fusin ( )

b) Conducen la corriente elctrica fundidas o di-

sueltas en agua ( )

c) Tienen brillo metlico ( )

d) Forman cristales duros y quebradizos, solubles

en agua ( )

e) No conducen la corriente elctrica. ( )

5) Explic cmo se unen dos tomos de bromo

para formar la molcula Br2 y escrib su

frmula electrnica y su frmula desarrollada.

6) La frmula del monxido de dicloro es Cl2O.

a) Indic qu tipo de unin existe entre el cloro y

el oxgeno.

b) Escrib su frmula electrnica y su frmula

desarrollada.

7) .El azufre y el oxgeno forman dos xidos

importantes, el dixido de azufre (SO2) y el


100/105

101

trixido de azufre (SO3). Para el trixido de

azufre:

a) Indic qu tipo de unin existe entre el azufre

y los tres tomos de oxgeno.

b) Escrib la frmula electrnica.

c) Escrib la frmula desarrollada

8) Marc con una X las propiedades que corres-

ponden a las sustancias que presentan uniones

covalentes:

a) Generalmente son poco solubles en agua ( )

b) A temperatura ambiente pueden ser gaseosas,

lquidas o slidas ( )

c) Son dctiles y maleables ( )

d) No forman molculas, son agregados de

iones ( )

e) No son buenas conductoras de la corriente

elctrica ( )


101/105

102

9) Coloque en el parntesis UCP si la unin es

covalente polar y UCNP si es covalento no

polar en cada una de las siguientes sustancias:

a) cloruro de hidrgeno, HCl ( )

b) Hidrgeno, H2 ( )

c) yodo, l2 ( )

10) Escrib la frmula electrnica y la frmula

desarrollada de cada una de las sustancias

mencionadas en el ejercicio 9.

11) Calcul el nmero de oxidacin:

a) del azufre (S),en el dixido de azufre (SO2), en

el trixido de azufre (SO3) y en el sulfuro de

sodio (Na2S);

b) del nitrgeno (N) en el dixido de nitrgeno

(NO2), en el cido ntrico (HNO3) y en el ni-

trato de potasio (KNO3)

12) Marc con una X las propiedades que se expli-

can en el concepto de unin metlica


102/105

103

a) Tienen bajo punto de fusin y de

ebullicin ( )

b) Tienen brillo metlico ( )

c) Conducen la corriente elctrica sin

alterarse ( )

d) En estado slido son malos conductores de la

corriente elctrica ( )e) Forman hilos y lminas delgadas ( )


103/105

104

Hoja de respuestas 12.1.2

1) a) He: b) $Al$ c) $.

.Si $ d) :

..

..Ar: e) :

.

.N $

2) a) cede un electrn, d) cede electrones, c)

gana dos electrones, b) y e) gana un electrn.

3) a) Ecuaciones inicas

K K1++ 1 e

Br + 1 e Br1-

K1++ Br- KBr

Frmula electrnica: K1+!

+,

-./

0 1..

..:Br:

Frmula mnima: KBr

b) Ecuaciones inicas

Ca Ca 2++ 2 e

O + 2 e O2-

Ca2++ O2- CaO

Frmula electrnica: Ca2+!

+,

-./

02

..

..:O:


104/105

105

Frmula mnima CaO

4) b y d

5) se unen compartiendo un par de electrones.

6) a) unin covalente.

b) frmula electrnica: :..

..Cl $$

..

..O $$

..

..Cl :

frmula desarrollada: Cl O Cl

7) a) una unin covalente doble entre el azufre yuno de los tomos de oxgeno, dos uniones cova-

lentes coordinadas con los otros dos tomos de

oxgeno.

b) Frmula electrnica:

Frmula desarrollada:


105/105

8) a, b y e

9) a) UCP; y c) UCNP

10) Frmula electrnica Frmula desarrollada

a) H:..

..Cl : H Cl

b) H$$H H H

c) :..

..I $$

..

..I : l I

11) a) +4, +6, -2; b) +4, +5, +5

12) b, c y e

Química radiactividad

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