Radi Activ i Dad

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3

Quiacutemica

Radiactividad

4

IacuteNDICE

1 Radiactividad Natural 6 2 Relacioacuten Entre La Ley De Lavoisier Y La

De Einstein 11 3 Interacciones Entre Aacutetomos Y Ondas 15 4 Poder De Penetracioacuten De La Radiacioacuten 23 5 Vida Media 28 6 Radiactividad Artificial 31 7 Usos De Los Radioisoacutetopos 38 8 Medicina Nuclear 43 9 Fechado Por Medio De Radioisoacutetopos 53 10 Plantas De Energiacutea Nuclear 60 11 Bomba Atoacutemica 63 12 Efectos De Una Explosioacuten Nuclear 77

Ejercicios 12 86 Ejercicios 121 89 Hoja De Respuestas121 92 Ejercicios 1211 94 Ejercicios 1212 99

5

Hoja De Respuestas 1212 104

6

1 RADIACTIVIDAD NATURAL

Todos sabemos los perjuicios

de la radiactividad otros pocos co-

nocen los beneficios pero

iquestQueacute es la radiactividad

Ciertos nuacutecleos son inestables en su forma na-

tural experimentan desintegracioacuten radiactiva Por

ejemplo los aacutetomos de radio con 226 nucleones

se descomponen espontaacuteneamente y emiten partiacute-

culas alfa(α) Como las partiacuteculas alfa son ideacutenticas

a nuacutecleos de helio el proceso se puede resumir

7

por medio de la siguiente ecuacioacuten

Ra22688 He4

2 + Rn22286

El nuevo elemento que tiene dos protones

menos se identifica por su nuacutemero atoacutemico (86)

como radoacuten (Rn) En la figura se muestra un se-

gundo ejemplo de desintegracioacuten alfa

Tambieacuten los nuacutecleos de tritio son inestables

El tritio es uno de los isoacutetopos pesados de hidroacute-

geno Como todo nuacutecleo de hidroacutegeno el nuacutecleo

de tritio contiene un protoacuten Sin embargo a dife-

rencia del isoacutetopo maacutes comuacuten de hidroacutegeno el

nuacutecleo de tritio contiene dos neutrones y su masa

es por tanto de 3 uma ( H31 ) El tritio se descom-

8

pone por desintegracioacuten beta (β) Puesto que una

partiacutecula beta es ideacutentica a un electroacuten podemos

escribir el proceso como

H31 e0

1minus + He32 o H3

1 βminus01 + He3

2

El isoacutetopo que se produce se identifica por su

nuacutemero atoacutemico como helio (He)

iquestCoacutemo es posible que el nuacutecleo original que

contiene soacutelo un protoacuten y dos neutrones emita un

electroacuten

Podemos concebir la transformacioacuten de uno

de los neutrones del nuacutecleo de tritio original en un

protoacuten y un electroacuten

n10 p1

1 + e01minus

El nuacutecleo retiene el nuevo protoacuten (por tanto

el nuacutemero atoacutemico del producto aumenta en una

unidad) y el electroacuten o partiacutecula beta que praacutecti-

9

camente carece de masa sale despedido (el nuacutecleo

que se produce tiene el mismo nuacutemero de masa

que el nuacutecleo original) En la figura se muestra un

segundo ejemplo de desintegracioacuten beta

El tercer tipo de radiactividad se llama desin-

tegracioacuten gamma (γ) En este tipo de emisioacuten no

intervienen partiacuteculas soacutelo se emite energiacutea La

emisioacuten gamma acompantildear la emisioacuten de partiacutecu-

las alfa o beta

En la tabla que sigue se resumen los tipos

principales de desintegracioacuten radiactiva y los cam-

bios nucleares correspondientes

10

Tipo

De

Radia-

cioacuten

Coacutedi-

go

Nordm Nu-

cleonesCarga

Cam-

bios Nordm

Nucleo-

nes

Cambio

Nordm Atoacute-

mico

ALFA α 4 2+ Dismi-

nuye 4

Disminu-

ye 2

BETA β 0 1- NingunoAumenta

1

GAM-

MA γ 0 0 Ninguno Ninguno

11

2 RELACIOacuteN ENTRE LA LEY DE LAVOISIER Y LA DE EINSTEIN

Cuando hervimos agua por mucho

tiempo eacutesta desaparece

Cuando mezclamos dos sustancias

miscibles pareciera que una de las

dos oculta a la otra

Cuando se produces reaccioacuten nuclea-

res iquestpodemos aplicar las mismas

consideraciones

La ley de Lavoisier maacutes conocida como Ley

de Conservacioacuten de la Masa plantea que en las

12

reacciones quiacutemicas la materia no se crea ni se

destruye sino que solo cambia la naturaleza de las

sustancias Pero si pensamos un papel quemaacuten-

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 la

forma correcta de enunciar la ley de Lavoisier es

La masa total de

un sistema cerrado se

mantiene constante

independientemente

de los cambios fiacutesicos

o quiacutemicos que en eacutel

se produzcan

Hay que remarcar que la ley se cumple para un

sistema cerrado

13

A comienzos del siglo XX se ha demostrado

que durante las espectaculares reacciones de fu-

sioacuten nuclear que ocurren en el sol y otras estrellas

se destruyen cantidades de materia apareciendo

en su lugar enormes cantidades de energiacutea Esto

sucede tambieacuten en las explosiones atoacutemicas y pro-

cesos similares En estos cambios extraordinarios

se puede medir la destruccioacuten de materia A sus

expensas se crea energiacutea Estos dos elementos

materia y energiacutea se pueden relacionar a traveacutes de

una relacioacuten descubierta por Einstein

mcE sdot= 2

Donde E y m representan los cambios de

energiacutea y de masa respectivamente durante la

transformacioacuten y c es la velocidad de la luz(3108

ms)

14

De esta manera la desaparicioacuten de un gramo

de materia daraacute origen a 91020ergios o 91013 jou-

les Esta energiacutea liberada es suficiente como para

calentar 2105 toneladas de agua de 0ordmC a 100ordmC

Materia y energiacutea pueden interconvertirse En

los procesos quiacutemicos la cantidad de materia que

se transforma en energiacutea es tan pequentildea que resul-

ta imposible medir con los instrumentos actuales

la variacioacuten de masa correspondiente

15

3 INTERACCIONES ENTRE AacuteTOMOS Y ONDAS

Sabemos que la energiacutea se transforma en

materia y viceversa

Pero iquestsabemos si pueden interactuar en-

tre si

Para responder a esta duda recorreremos una parte de la historia del conocimiento del aacutetomo

16

Definicioacuten La partiacutecula de un cuerpo

simple maacutes pequentildea capaz de entrar en las re-

acciones quiacutemicas

1803 Dalton propone que la materia se di-

vidiacutea en elementos y compuesto Los elemen-

tos constituidos por aacutetomos y los compuestos

por moleacuteculas

Siglo XIX se piensa que los aacutetomos son

divisibles se componen de varias partiacuteculas

1897 Thomson descubre el electroacuten antildeos

despueacutes Nagaoka propone que los electrones

giran en oacuterbitas alrededor de una partiacutecula po-

sitiva

En 1911 Rutherford descubre el nuacutecleo

atoacutemico con su experimento de la laacutemina de

oro

17

Alrededor de 1920 Borh propone que los

electrones giran alrededor del nuacutecleo en oacuterbi-

tas circulares donde cada oacuterbita corresponde a

un nivel de energiacutea diferente

Antildeos maacutes tarde De Broglie postula el

principio de dualidad en donde el electroacuten se

comporta como una onda y partiacutecula Como

consecuencia solo se puede encontrar al elec-

troacuten en un aacuterea determinada llamada nivel de

energiacutea ya que no se puede conocer la veloci-

dad y posicioacuten al mismo tiempo( a este fenoacute-

meno se lo denomina principio de incerti-

dumbre de Heisenberg) Esto produce el desa-

rrollo de la mecaacutenica cuaacutentica

Radiactividad

En 1896 Becquerel descubre una propiedad

nueva de la materia a la que posteriormente Marie

Curie llamoacute Radiactividad

18

La radiactividad no depende de la naturaleza

fiacutesica o quiacutemica del aacutetomo sino que es una propie-

dad del nuacutecleoLa causa que los origina probable-

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

tiacuteculas que se encuentran en el nuacutecleo

En general los nuacutecleos de aacutetomos pesados

presentan cierta inestabilidad para lo cual emiten

radiacioacuten para alcanzar estados de equilibrio

Dichas radiaciones podemos dividirlas en

Desintegraciones alfa desintegraciones beta y

desintegraciones gamma

Desintegraciones alfa Cuando el nuacutecleo

atoacutemico es inestable a causa del gran nuacutemero

de protones que posee (ocurre en los elemen-

tos maacutes pesados es decir con Z = 83 o supe-

rior) la estabilidad es alcanzada con frecuen-

cia emitiendo una partiacutecula alfa es decir un

19

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

tones y dos neutrones

Desintegraciones beta Cuando la rela-

cioacuten de neutrones protones en un nuacutecleo

atoacutemico es elevada el nuacutecleo se estabiliza emi-

tiendo un neutroacuten o bien como ocurre con

frecuencia emitiendo una partiacutecula beta es

decir un electroacuten

Desintegraciones gamma Los rayos

gamma son ondas electromagneacuteticas de gran

energiacutea muy parecidos a los rayos X y en cier-

tas ocasiones se presentan cuando ocurre una

desintegracioacuten de partiacuteculas beta o bien una

emisioacuten de positrones Por lo tanto la radia-

cioacuten gamma no posee carga eleacutectrica y su na-

turaleza ondulatoria permite describir su ener-

giacutea en relacioacuten a su frecuencia de emisioacuten

20

INTERACCIOacuteN DE LAS RADIACIONES CON LA

MATERIA

La radiacioacuten al chocar con las moleacuteculas que

encuentra a su paso produce iones esto se debe a

que excita los electrones de los aacutetomos de las mo-

leacuteculas es decir les entrega energiacutea para que pasen

a oacuterbitas superiores

bull Radiaciones alfa (α) compuesta por dos

protones y dos neutrones de bajo poder

de penetracioacuten y alta capacidad de ioniza-

cioacuten Se mueve en liacutenea recta debido a su

gran cantidad de masa

21

bull Radiaciones beta (β) formada por elec-

trones de carga negativa su masa es pe-

quentildea por lo tanto es propensa a cambiar

de trayectoria bajo poder de penetracioacuten y

bajo poder de ionizacioacuten Al acercarse a un

nuacutecleo se frena la energiacutea que pierde en el

frenado la libera como rayos X Si una par-

tiacutecula beta choca con un positroacuten (electroacuten

negativo) se aniquila y emite un rayo

gamma

bull Radiaciones gamma (γ) son las de ma-

yor energiacutea no tiene carga eleacutectrica por lo

22

tanto no desviacutean sus trayectorias frente a

campos eleacutectricos tienen un alto poder de

penetracioacuten y un alto poder de ionizacioacuten

Pueden llegar a extraer electrones de los

aacutetomos los cuales a su vez ionizan otras

moleacuteculas

Neutrones no poseen carga eleacutectrica tienen

un alto poder de penetracioacuten Al chocar contra un

aacutetomo ceden parte de su energiacutea y se frenan Los

neutrones de baja velocidad se denominan neu-

trones teacutermicos los cuales se descomponen en un

electroacuten y un protoacuten o pueden ser absorbidos por

otros nuacutecleos atoacutemicos

23

4 PODER DE PENETRACIOacuteN DE LA RADIACIOacuteN

La radiacioacuten es uno de los efectos

maacutes peligrosos de la energiacutea nuclear

No todas las partiacuteculas emitidas

tienen la misma posibilidad de atrave-

sar los elementos

Los materiales radiactivos pueden ser peligro-

sos porque la radiacioacuten que se emite puede dantildear

los tejidos vivos La capacidad para inflingir dantildeos

depende en parte del poder de la radiacioacuten para

penetrar en los tejidos

24

En condiciones de igualdad por lo demaacutes

cuanto mayor es la masa de una partiacutecula menor

es su poder de penetracioacuten Las partiacuteculas alfa

que son nuacutecleos de helio con una masa de 4 uma

constituyen el menos penetrante de los tres tipos

principales de radiactividadLas partiacuteculas beta

ideacutenticas a los electrones cuya masa es insignifi-

cante son un poco maacutes penetrantes Los rayos

gamma como los rayos X carecen totalmente de

masa su poder de penetracioacuten es mucho mayor

que el de los otros dos tipos

Puede parecer contrario al sentido comuacuten

pensar que las partiacuteculas maacutes grandes se abren

camino con maacutes dificultad Consideraacute sin embar-

go que el poder de penetracioacuten refleja la capaci-

dad de la radiacioacuten para abrirse camino a traveacutes

de una muestra de materia Es como si trataras de

hacer rodar piedras por un campo de grandes ro-

cas La partiacutecula alfa se comporta como si fuese

una roca grande Debido a su tamantildeo no puede

25

avanzar mucho sin chocarse con otras rocas y ser

detenida por ellas La partiacutecula beta se comporta

como una piedra pequentildea que puede introducirse

entre las rocas y quizaacute hasta rebotar en ellas hasta

completar un recorrido maacutes largo El rayo gamma

es comparable a un grano de arena capaz de pasar

por las aberturas maacutes pequentildeas

Al principio de esta explicacioacuten dijimos que si

todo lo demaacutes es igual asiacute es como funcionan las

cosas Pero lo demaacutes no siempre es igual Cuanto

maacutes raacutepido se mueve una partiacutecula o maacutes energiacutea

tiene la radiacioacuten mayor es su poder de penetra-

cioacuten

Si la sustancia radiactiva estaacute afuera del cuer-

po las partiacuteculas alfa de poco poder de penetra-

cioacuten son las menos peligrosas pues las detiene la

capa externa de la piel Tambieacuten las partiacuteculas beta

se detienen normalmente antes de alcanzar oacuterga-

nos vitales Los rayos gamma atraviesan sin difi-

26

cultad los tejidos asiacute que una fuente externa de los

mismos puede ser muy peligrosa En cambio

cuando la fuente radiactiva estaacute adentro del cuerpo

la situacioacuten se invierte Las partiacuteculas alfa que no

penetran pueden causar graves dantildeos Todas estas

partiacuteculas estaacuten atrapadas en el interior del cuerpo

el cual tiene entonces la posibilidad de absorber

toda la energiacutea que libera la partiacutecula Las partiacutecu-

las alfa infligen el dantildeo en un aacuterea muy pequentildea

porque no se desplazan muy lejos Las partiacuteculas

beta distribuyen el dantildeo en un aacuterea algo mayor

porque recorren distancias mayores Los tejidos se

pueden recuperar de un dantildeo limitado disperso en

un aacuterea grande pero es menos probable que so-

brevivan a una lesioacuten concentrada

Las personas que trabajan con materiales ra-

diactivos disponen de diversas formas de prote-

gerse contra ellos La maacutes simple consiste en ale-

jarse de la fuente porque la intensidad de la radia-

cioacuten disminuye con la distancia respecto a la fuen-

27

te Los trabajadores se pueden proteger tambieacuten

por medio de blindajes Una hoja de papel detiene

casi todas las partiacuteculas alfa Un bloque de madera

o una laacutemina delgada de aluminio detiene las par-

tiacuteculas beta

Pero se necesitan varios metros de concreto o

varios centiacutemetros de plomo para detener los ra-

yos gamma

28

5 VIDA MEDIA

Cuando hablamos de aacutetomos individuales

estamos trabajando con elementos que

apenas imaginamos

Para entender lo que pasa con la radia-

cioacuten debemos referirnos a un grupo maacutes

grande de partiacuteculas y trabajar con pro-

medios

Hasta aquiacute hemos estudiado la radiactividad en

relacioacuten con los aacutetomos individuales En el labora-

torio nos ocupamos en general con nuacutemeros muy

grandes de aacutetomos mucho mayores que el nuacuteme-

29

ro de habitantes de la tierra Si pudieacutesemos ver el

nuacutecleo de un aacutetomo individual podriacuteamos ver si

sufre o no desintegracioacuten radiactiva examinando

su composicioacuten Ciertas combinaciones de proto-

nes y neutrones son inestables Sin embargo lo

que no podriacuteamos determinar es cuando el aacutetomo

va a sufrir un cambio La radiactividad es un pro-

ceso aleatorio independiente en general de las

influencias externas

Cuando tenemos un nuacutemero grande de aacuteto-

mos el proceso de desintegracioacuten radiactiva se

hace maacutes predecible Podemos medir la vida me-

dia que es una propiedad caracteriacutestica de cada

radioisoacutetopo La vida media de un isoacutetopo radiac-

tivo es el periacuteodo durante el cual la mitad del nuacute-

mero original de aacutetomos sufre desintegracioacuten ra-

diactiva para formar un nuevo elemento Por

ejemplo supone que tuvieacutesemos 16 billones de

aacutetomos de tritio el isoacutetopo radiactivo de hidroacutege-

no La vida media del tritio es de 123 antildeos Esto

significa que al cabo de 123 antildeos se habraacuten desin-

30

tegrado 8 billones de aacutetomos de tritio y quedaraacuten

8 billones de aacutetomos Al cabo de otros 123 antildeos

se habraacute desintegrado la mitad de los 8 billones de

aacutetomos restantes Por tanto al cabo de dos vidas

medias quedaraacute una cuarta parte del nuacutemero ori-

ginal de aacutetomos de tritio Asiacute pues dos vidas me-

dias no hacen una entera

Podemos calcular la fraccioacuten restante del isoacute-

topo original al cabo de un nuacutemero dado de vidas

medias por medio de la relacioacuten

FRACCIOacuteN RESTANTE N21

=

Donde n es el nuacutemero de vidas medias trans-

curridas

31

6 RADIACTIVIDAD ARTIFICIAL

La radiactividad es un fenoacutemeno na-

tural y en esas condiciones poco

aprovechable

El hombre trabajoacute mucho para con-

trolarlo y hacer de este efecto algo

uacutetil Aunque como es muy habitual

en la humanidad las implementacio-

nes destructivas tambieacuten tuvieron

gran desarrollo

32

TRANSMUTACIOacuteN ARTIFICIAL

Las formas de radiactividad que se presentan

en la Naturaleza Se pueden inducir otras reaccio-

nes nucleares bombardeando nuacutecleos estables con

partiacuteculas alfa neutrones u otras partiacuteculas sub-

atoacutemicas Estas partiacuteculas si tienen suficiente

energiacutea penetran los nuacutecleos que antes eran esta-

bles e inducen alguna forma de emisioacuten radiacti-

va Al igual que la radiactividad natural este tipo

de cambio nuclear produce una transmutacioacuten un

elemento se transforma en otro Debido a que el

cambio no se habriacutea producido de manera natural

el proceso se conoce como transmutacioacuten artifi-

cial

Pocos antildeos despueacutes de su famoso experimen-

to de la laminilla de oro (bombardeo con radiacioacuten

alfa una lamina de oro y detectoacute en una lamina de

sulfuro de zinc la radiacioacuten emergente) Ernest

Rutherford estudioacute el bombardeo de diversos

elementos ligeros con partiacuteculas alfa Un experi-

33

mento de este tipo en el cual Rutherford bom-

bardeoacute nitroacutegeno dio por resultado la produccioacuten

de protones

N147 + He4

2 O178 + H1

1

(Recordaacute que el nuacutecleo de hidroacutegeno es un protoacuten

por eso usamos el siacutembolo alternativo H11 para el pro-

toacuten)

Observaacute que la suma de los nuacutemeros de nu-

cleones de la izquierda es igual a la suma de los

nuacutemeros de nucleones de la derecha Tambieacuten los

nuacutemeros atoacutemicos estaacuten balanceados

Rutherford habiacutea postulado en 1914 la exis-

tencia de protones en los nuacutecleos Un experimen-

to publicado en 1919 proporcionoacute la primera

comprobacioacuten empiacuterica de la existencia de estas

partiacuteculas fundamentales Ya antes Eugen Golds-

tein habiacutea producido protones en sus experimen-

34

tos con tubos de descarga en gas Goldstein obtu-

vo estas partiacuteculas a partir del hidroacutegeno gaseoso

contenido en el tubo por separacioacuten de un elec-

troacuten del aacutetomo de hidroacutegeno La trascendencia del

experimento de Rutherford consistioacute en que ob-

tuvo protones del nuacutecleo de un aacutetomo que no era

de hidroacutegeno con lo cual establecioacute la naturaleza

de los protones como partiacuteculas fundamentales Al

hablar de partiacuteculas fundamentales nos referimos a

las unidades baacutesicas a partir de las cuales se pue-

den formar estructuras maacutes complicadas (como el

nuacutecleo de nitroacutegeno) El experimento de Ruther-

ford constituyoacute la primera reaccioacuten nuclear indu-

cida

Durante la deacutecada de 1920 se llevaron a cabo

muchas transmutaciones artificiales En la deacutecada

de 1930 una de estas reacciones condujo al descu-

brimiento de otra partiacutecula fundamental En 1932

James Chadwick bombardeoacute berilio con partiacuteculas

alfa

35

Be94 + He4

2 C126 + n1

0 Entre los productos se encontraba el neutroacuten

RADIACTIVIDAD INDUCIDA

Las primeras reacciones nucleares produjeron

isoacutetopos que ya se conociacutean por estar presentes en

la Naturaleza Esto fue quizaacute fortuito porque era

inevitable que tarde o temprano se produjese un

nuacutecleo estable Iregravene Curie (hija de los ganadores

del premio Nobel de 1903) y su esposo Freacutedeacuteric

Joliot estudiaban el bombardeo de aluminio con

partiacuteculas alfa Se produciacutean neutrones y quedaba

como residuo un isoacutetopo de foacutesforo

Al2713 + He4

2 P3015 + n1

0

Para sorpresa de los investigadores el blanco

seguiacutea emitiendo partiacuteculas auacuten despueacutes de inte-

rrumpido el bombardeo El isoacutetopo de foacutesforo era

radiactivo y emitiacutea partiacuteculas cuya masa era igual a

36

la del electroacuten pero cuya carga era opuesta Estas

partiacuteculas se llaman positrones La reaccioacuten que

estaban observando era la siguiente

P3015 e0

1+ + Si3014

Asiacute pues surge una vez maacutes la pregunta iquestde doacuten-

de proviene esta partiacutecula si el nuacutecleo contiene

soacutelo protones y neutrones Anteriormente expli-

camos el hecho de que surgiese una partiacutecula beta

(un electroacuten) de un nuacutecleo afirmando que un neu-

troacuten se habiacutea descompuesto en un protoacuten y un

electroacuten Quizaacute un suceso similar puede explicar la

aparicioacuten de un positroacuten Considera que un pro-

toacuten del nuacutecleo se transforma en un neutroacuten y un

positroacuten (un protoacuten es ideacutentico a un nuacutecleo de

hidroacutegeno)

H11 e0

1+ + N10

Todo queda muy bien balanceado en esta

37

ecuacioacuten Al emitirse el positroacuten el nuacutecleo radiac-

tivo original tiene de pronto un protoacuten menos y

un neutroacuten maacutes que antes Por tanto la masa del

nuacutecleo producido es la misma pero su nuacutemero

atoacutemico se ha reducido en una unidad respecto al

nuacutecleo original Por este trabajo la pareja Joliot-

Curie se hizo acreedora al premio Nobel en 1935

(la pareja Joliot-Curie adoptoacute el apellido combina-

do para perpetuar el nombre de Curie Marie y

Pierre Curie tuvieron dos hijas pero ninguacuten hijo

varoacuten

38

7 USOS DE LOS RADIOISOacuteTOPOS

Muchas de las aplicaciones de la energiacutea

de la radiacioacuten se realizan a traveacutes de los

radioisoacutetopos

Gracias a ellos y a los detectores se evitan

grandes perdidas materiales y se ahorra

grandes esfuerzos

Los cientiacuteficos que trabajan en una amplia va-

riedad de campos emplean isoacutetopos radiactivos

(radioisoacutetopos) como rastreadores en sistemas

fiacutesicos quiacutemicos y bioloacutegicos Los isoacutetopos de un

elemento determinado sea radiactivo o no se

39

comportan de manera casi ideacutentica en los proce-

sos quiacutemicos y fiacutesicos En virtud de la facilidad

para detectar los isoacutetopos radiactivos es relativa-

mente faacutecil seguir sus movimientos incluso en un

sistema complicado

Como un ejemplo sencillo consideremos el

flujo de un liacutequido por una tuberiacutea Supongamos

que hay una fuga en una tuberiacutea enterrada bajo un

piso de concreto Podriacuteamos localizar la fuga le-

vantando partes extensas del piso o bien podriacutea-

mos agregar una pequentildea cantidad de material

radiactivo al liacutequido que va hacia el drenaje y ras-

trear el flujo de liacutequido con un contador Geiger

(un instrumento que detecta la radiactividad) Una

vez localizada la fuga soacutelo habriacutea que levantar una

parte pequentildea del piso para reparar la fuga Por lo

general se emplean para este propoacutesito isoacutetopos

de vida corta que desaparecen poco tiempo des-

pueacutes de realizar su funcioacuten

Anaacutelogamente podriacuteamos rastrear la incorpo-

racioacuten de foacutesforo en una planta verde La planta se

40

alimenta con un fertilizante que contiene foacutesforo

radiactivo Un meacutetodo sencillo de deteccioacuten con-

siste en colocar la planta sobre una peliacutecula foto-

graacutefica La radiacioacuten que emiten los isoacutetopos de

foacutesforo expone la peliacutecula en gran medida como

lo hace la luz Este tipo de exposicioacuten llamado

radiografiacutea muestra la distribucioacuten del foacutesforo en

la planta

Tambieacuten se da un buen uso a los rastreadores

radiactivos en la investigacioacuten agriacutecola Estos isoacute-

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 cuaacuteles son los mejores meacutetodos para

regular los insectos La mutacioacuten intencional de

plantas por irradiacioacuten ha producido nuevas y

mejores cepas de plantas de cultivo con valor co-

mercial desde raacutebanos hasta maniacute

Los radioisoacutetopos se emplean tambieacuten para

irradiar alimentos como meacutetodo de conservacioacuten

La radiacioacuten destruye los microorganismos que

41

causan la descomposicioacuten de los alimentos Los

alimentos irradiados muestran poco cambio en

cuanto a su saber o aspecto A muchas personas

les inquietan los posibles efectos dantildeinos de las

sustancias quiacutemicas que produce la radiacioacuten pero

no hay pruebas contundentes de dantildeos causados

por alimentos irradiados en animales de laborato-

rio alimentados con ellos y tampoco se conocen

efectos adversos en seres humanos en los paiacuteses

donde la irradiacioacuten se ha utilizado por muchos

antildeos El proceso de esterilizacioacuten no deja irradia-

cioacuten residual en los alimentos

Los radioisoacutetopos han sido empleados exten-

samente en la investigacioacuten cientiacutefica baacutesica El

mecanismo de la fotosiacutentesis se dilucidoacute en gran

parte utilizando carbono 14 como rastreador Por

ejemplo para determinar coacutemo fabrican las plan-

tas el azuacutecar glucosa a partir de dioacutexido de carbo-

no y agua la planta se expone a dioacutexido de carbo-

no radiactivo El investigador identifica los com-

puestos que se forman a partir de estas materias

42

primas y el orden en el que se sintetizan y despueacutes

determina cuaacuteles compuestos se tornan radiactivos

y en queacute secuencia Con base en los dates obteni-

dos de experimentos con rastreadores los cientiacutefi-

cos determinan las rutas metaboacutelicas de plantas

animales y seres humanos

43

8 MEDICINA NUCLEAR

La medicina nuclear ha generado tra-

tamientos y terapias inimaginables

antes de su descubrimiento

En el diagnostico generoacute meacutetodos no

invasivos que evitan a los paciente

tanto sufrimientos como peacuterdidas de

tiempo

En medicina nuclear se dan dos usos distintos

a los radioisoacutetopos para fines terapeacuteuticos o para

realizar un diagnoacutestico En la terapia con radiacioacuten

se intenta tratar o curar un padecimiento por

44

medio de radiacioacuten El uso de los radioisoacutetopos

con fines de diagnoacutestico busca obtener informa-

cioacuten acerca del estado de salud del paciente

TERAPIA POR RADIACIOacuteN

El caacutencer no es una sola enfermedad sino

muchas Algunas formas de caacutencer son particu-

larmente susceptibles a la terapia por radiacioacuten La

radiacioacuten se dirige cuidadosamente hacia el tejido

canceroso y se reduce al miacutenimo la exposicioacuten de

las ceacutelulas normales Si los efectos destructivos de

la radiacioacuten consiguen matar las ceacutelulas cancero-

sas se detiene el avance del tumor maligno (Pero

los pacientes que se someten a terapia por radia-

cioacuten suelen experimentar malestares a causa del

tratamiento Naacuteusea y voacutemito son los siacutentomas

usuales del malestar por radiacioacuten Asiacute pues el

objetivo de la terapia por radiacioacuten es destruir las

ceacutelulas cancerosas antes de que se cause un dantildeo

excesivo a los tejidos sanos La radiacioacuten tiene

45

efectos maacutes letales para las ceacutelulas que se reprodu-

cen con rapidez y eacutesta es precisamente la caracte-

riacutestica de las ceacutelulas cancerosas que permite que la

terapia por radiacioacuten tenga eacutexito

USOS DIAGNOacuteSTICOS DE LOS RADIOISOacuteTOPOS

Los radioisoacutetopos se usan para fines diagnoacutes-

ticos con el propoacutesito de obtener informacioacuten

acerca del tipo o el alcance de la enfermedad El

yodo 131 radiactivo se emplea para determinar el

tamantildeo la forma y la actividad de la glaacutendula ti-

roides asiacute como para tratar caacutenceres localizados

en esta glaacutendula y para controlar una tiroides hi-

peractiva Primero el paciente toma una solucioacuten

de yoduro de potasio que contiene yodo 131 El

organismo concentra el yodo en la tiroides Se

usan dosis grandes para el tratamiento del caacutencer

de la tiroides la radiacioacuten del isoacutetopo se concentra

en las ceacutelulas cancerosas de esta glaacutendula auacuten

cuando las ceacutelulas cancerosas se hayan extendido a

46

otras partes del cuerpo Sin embargo para fines de

diagnoacutestico soacutelo se necesita una pequentildea cantidad

del radioisoacutetopo Tambieacuten 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-

poracioacuten diferencial del isoacutetopo La imagen que

se obtiene se describe como una fotoexploracioacuten

y permite determinar con precisioacuten la ubicacioacuten de

un tumor en esa regioacuten del cuerpo

El radioisoacutetopo de uso maacutes extendido en medicina

es el gadolinio 153 Este isoacutetopo se emplea para

evaluar la mineralizacioacuten de los huesos Su popu-

laridad es un indicio del gran nuacutemero de personas

principalmente mujeres que sufren de osteoporo-

sis (reduccioacuten de la cantidad de tejido oacuteseo) a me-

dida que envejecen El gadolinio 153 emite dos

radiaciones caracteriacutesticas un rayo gamma y un

rayo X Un dispositivo analizador compara estas

radiacioacuten despueacutes de que atraviesan el hueso La

47

densidad del mismo se determina con base en las

diferencias de absorcioacuten de los rayos

El tecnecio 99m se utiliza en diversos ensayos

diagnoacutesticos La letra m quiere decir metaestable

lo que significa que este isoacutetopo emite cierta ener-

giacutea para convertirse en una versioacuten maacutes estable del

mismo isoacutetopo (mismo nuacutemero atoacutemico y mismo

peso atoacutemico) La energiacutea que desprende es el

rayo gamma que permite detectar el isoacutetopo

Tcm9943 Tc99

43 + y

Observa que la desintegracioacuten del tecnecio

99m no produce partiacuteculas alfa ni beta las cuales

podriacutean causar dantildeos innecesarios al organismo

Ademaacutes el tecnecio 99m tiene una vida media cor-

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

tividad no permanece en el organismo mucho

tiempo despueacutes de que la exploracioacuten se ha com-

pletado Esta vida media tan corta obliga a planifi-

48

car cuidadosamente el uso del radioisoacutetopo De

hecho lo que se adquiere no es el isoacutetopo mismo

El tecnecio 99m se forma por desintegracioacuten del

molibdeno 99

Mo9942 Tcm99

43 + e01minus + y

Se emplea un recipiente que contiene este isoacute-

topo de molibdeno y el producto de desintegra-

cioacuten el tecnecio 99 se extrae del recipiente a

medida que se necesita

Mediante el uso de modernas tecnologiacuteas ba-

sadas en la utilizacioacuten de computadoras la tomo-

grafiacutea por emisioacuten de positrones (PET por sus

siglas en ingleacutes) permite medir los procesos dinaacute-

micos que se llevan a cabo en el organismo como

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

boliza el oxiacutegeno o la glucosa Las exploraciones

de PET se emplean actualmente para identificar

con precisioacuten el aacuterea de dantildeo cerebral que desen-

49

cadena los ataques epileacutepticos graves Antes de la

exploracioacuten se inhalan o se inyectan compuestos

que contienen isoacutetopos emisores de positrones

como el carbono 11 Antes de que el positroacuten

emitido pueda recorrer una distancia apreciable en

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

teria ordinaria abundan los electrones) y se produ-

cen dos rayos gamma

C116 B11

5 + e01+

e01+ + e0

1minus 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 simultaacuteneamente

dos rayos gamma el sistema no toma en cuenta

los rayos gamma de la radiacioacuten natural de fondo

A continuacioacuten se emplea una computadora para

calcular la ubicacioacuten dentro del cuerpo del punto

50

en el cual ocurrioacute una aniquilacioacuten del positroacuten y

el electroacuten y se genera una imagen en esa regioacuten

La tabla contiene una lista de radioisoacutetopos de

uso comuacuten en la medicina La lista es necesaria-

mente incompleta Incluso con esta exposicioacuten tan

breve puedes hacerte una idea de la importancia

que los radioisoacutetopos tienen en la medicina La

aseveracioacuten de que la ciencia nuclear ha salvado

maacutes vidas de las destruidas por las bombas atoacutemi-

cas no carece el fundamento

51

Isoacutetopo Nombre Vida me-

dia Uso

C11 Carbono 11 203m Exploraciones cere-

brales

Cr51 Cromo 51 278d Determinacioacuten

del volumen sanguiacute-

neo

Co57 Cobalto 57 270d Medicioacuten de la

incorporacioacuten de

vitamina v12

Co60 Cobalto 60 526a Terapia de caacutencer

por radiacioacuten

Gd153 Gadolinio

153

242d Determinacioacuten

de la densidad oacutesea

Ga67 Galio 67 781h Exploracioacuten en

busca de tumores

pulmonares

I131 Yodo 131 807d Terapia de la ti-

roides

Ir192 Iridio 192 74d Terapia del caacuten-

cer de mamaacute

Fe59 Hierro 59 45d Deteccioacuten de

anemia

52

P32 Foacutesforo 32 143d Deteccioacuten de

caacutencer de la piel o

tumores oculares

Pu238 Plutonio

238

86a Suministra ener-

giacutea para marcapasos

Ra226 Radio 226 1600a Terapia de caacutencer

por radiacioacuten

Se75 Selenio 75 120d Exploraciones del

paacutencreas

Na24 Sodio 24 150h Localizacioacuten de

obstrucciones en el

flujo sanguiacuteneo

Tc99 Tecnecio 99 60h Obtencioacuten de imaacute-

genes de cerebro hiacutega-

do meacutedula oacutesea rintildeoacuten o

corazoacuten

Tl201 Talio 201 73h Deteccioacuten de pro-

blemas cardiacos con la

prueba de esfuerzo en

rueda de andar

H3 Tritio 123a Determinacioacuten de

agua corporal total

Xe133 Xenoacuten133 527d Obtencioacuten de imaacute-

genes de pulmoacuten

53

9 FECHADO POR MEDIO DE RADIOISOacuteTOPOS

Una de las aplicaciones maacutes in-

creiacutebles de la quiacutemica nuclear es la po-

sibilidad de averiguar la antiguumledad de

los objetos encontrados en las investi-

gaciones arqueoloacutegicas

Se puede usar la vida media de ciertos isoacuteto-

pos para estimar la antiguumledad de rocas y artefac-

tos arqueoloacutegicos El uranio 238 se desintegra con

una vida media de 4500 millones de anos Los

productos iniciales de esta desintegracioacuten tambieacuten

son radiactivos y la descomposicioacuten continuacutea

54

hasta que se forma un isoacutetopo de plomo (plomo

206) Los quiacutemicos pueden estimar la antiguumledad

de una roca determinando las proporciones relati-

vas de uranio 238 y plomo 206 Se ha encontrado

que algunas de las rocas maacutes antiguas de la Tierra

se formaron hace entre 3000 y 4500 millones de

antildeos En las rocas lunares y en meteoritos se ha

determinado una antiguumledad maacutexima de alrededor

de 4500 millones de antildeos Asiacute pues se considera

en general que la Tierra tiene una antiguumledad de

unos 4500 millones de antildeos

FECHADO POR CARBONO 14

En el fechado de artefactos interviene por lo

general un isoacutetopo radiactivo de carbono Se for-

ma carbono 14 en las capas superiores de la at-

moacutesfera por el bombardeo que experimenta el

nitroacutegeno ordinario por parte de los neutrones de

los rayos coacutesmicos

55

N147 + n1

0 C146 + H1

1

Este proceso origina una concentracioacuten cons-

tante de carbono 14 en el CO2 terrestre Las plan-

tas y animales vivos incorporan este isoacutetopo en

sus propias ceacutelulas Sin embargo cuando estos

seres mueren se interrumpe la incorporacioacuten de

carbono 14 y el carbono 14 que hay en el orga-

nismo se desintegra (con una vida media de 5 730

antildeos) a nitroacutegeno 14

Por consiguiente basta con medir la actividad

residual de carbono 14 en un artefacto de origen

vegetal o animal para determinar su antiguumledad

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 antildeos de antiguumle-

dad es decir ha estado muerta durante un tiempo

equivalente a una vida media Anaacutelogamente un

artefacto que muestra el 25 de la actividad de

carbono 14 del material vegetal reciente tiene

56

11460 anos de antiguumledad 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 aquiacute supone que la formacioacuten del isoacutetopo

fue constante a lo largo del tiempo En realidad no

es asiacute Sin embargo aproximadamente para los

uacuteltimos 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

aacuterboles Se han construido curvas de calibracioacuten

que permiten determinar fechas consideradas co-

mo exactas

En teacuterminos generales el meacutetodo de carbono

14 es razonablemente preciso para fechar objetos

de hasta 50000 antildeos de antiguumledad La cantidad

residual del isoacutetopo en los objetos de una antiguumle-

dad mayor que esa es demasiado pequentildea para

hacer una determinacioacuten exacta

El carboacuten de las fogatas de los pueblos anti-

57

guos fechado por determinacioacuten de la actividad

de carbono 14 se usa para estimar la antiguumledad

de otros artefactos encontrados en el mismo em-

plazamiento arqueoloacutegico La teacutecnica de fechado

por carbono 14 se ha usado tambieacuten para detectar

si supuestos artefactos antiguos han sido falsifica-

dos

EL SUDARIO DE TURIacuteN

Probablemente han oiacutedo hablar del sudario de

Turiacuten Se trata de una pieza de tejido de lino muy

antigua de unos 4 metros de largo que muestra la

impresioacuten aproximada de un cuerpo humano

Desde alrededor del antildeo 1350 dC 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-

bricacioacuten del lienzo habiacutea sido cultivado en alguacuten

memento entre los anos de 1260 y 1390 dC Por

58

tanto el lienzo no podriacutea haber existido en tiem-

pos de Cristo A diferencia de los pergaminos del

Mar Muerto para los que el fechado por carbono

14 demostroacute que son registros auteacutenticos de una

civilizacioacuten que existioacute hace unos 2000 antildeos el

sudario de Turiacuten resultoacute ser falso

FECHADO POR TRITIO

El tritio que es el isoacutetopo radiactivo del

hidroacutegeno sirve tambieacuten para fechar Su vida me-

dia de 123 antildeos lo hace uacutetil para fechar objetos de

hasta 100 antildeos de antiguumledad Una aplicacioacuten inte-

resante es el fechado de aguardientes Estas bebi-

das alcohoacutelicas son muy costosas cuando han sido

antildeejadas de 10 a 50 antildeos El fechado por tritio

permite comprobar la veracidad de los anuncios

publicitarios respecto al proceso de antildeejamiento

de las variedades maacutes caras

Hay muchos otros isoacutetopos que permiten es-

timar la antiguumledad de objetos y materiales

59

Isoacutetopo Vida me-

dia

(antildeos)

Periacuteodo de

utilidad Uso

Carbono 14 5730 500 a 50000

antildeos

Carboacuten vege-

tal material

orgaacutenico

Tritio 123 1 a 100 antildeosVinos antildeeja-

dos

Potasio 40 13 x 109 Desde 10000

antildeos

Rocas corteza

terrestre y

lunar

Renio 187 43 x1010 Desde 4 x

107 antildeos Meteoritos

Ranio238 45 x109 Desde 107

antildeos

Rocas corteza

terrestre

60

10 PLANTAS DE ENERGIacuteA NUCLEAR

iquestSabeacutes de doacutende viene esa energiacutea que nosotros usamos tanto Mucha de la energiacutea eleacutectrica es

producida por plantas nucleares de to-do el mundo

La energiacutea nuclear ha dado origen a bombas

muy destructivas y a la nociva precipitacioacuten ra-

diactiva y podriacutea incluso provocar un devastador

invierno nuclear Sin embargo una cantidad mu-

cho mayor de personas han recibido beneficios de

la energiacutea nuclear que las que han sido perjudica-

das por ella El hecho es que existen muchos usos

de la energiacutea nuclear que son sumamente beneacutefi-

61

cos Ya conocemos el uso de isoacutetopos radiactivos

en el diagnoacutestico cliacutenico y en el fechado de obje-

tos de antiguumledad desconocida Otro uso paciacutefico

de la energiacutea nuclear es la generacioacuten de electri-

cidad Una gran parte de la energiacutea eleacutectrica que

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

giacutea nuclear

En la actualidad una quinta parte de toda la

electricidad que se produce en Estados Unidos

proviene de plantas de energiacutea nuclear En Euro-

pa la dependencia respecto a la energiacutea nuclear

para la produccioacuten de electricidad es auacuten mayor

En Francia por ejemplo maacutes del 70 de la ener-

giacutea eleacutectrica del paiacutes proviene de plantas nuclea-

res

No es sorprendente que una reaccioacuten que

desprende tanta energiacutea como lo hace la fisioacuten

nuclear se use como fuente de energiacutea para gene-

rar electricidad En las plantas de energiacutea nuclear

se usa el calor obtenido de una reaccioacuten de fisioacuten

62

en cadena controlada para producir vapor de

agua que mueve las turbinas generadoras de elec-

tricidad El combustible nuclear es normalmente

oacutexido de uranio U3O8 enriquecido hasta alrede-

dor de 3 de uranio 235

La energiacutea nuclear es mucho maacutes limpia que la

que se obtiene quemando combustibles foacutesiles

(carboacuten petroacuteleo y gas) no produce cenizas finas

ni holliacuten no forma dioacutexido de carbono que con-

tribuye al efecto de invernadero y al calentamiento

global y no contamina el aire con oacutexidos de azu-

fre y de nitroacutegeno que dan origen a la lluvia aacutecida

Por otra parte emite grandes cantidades de calor

residual en el ambiente y lo que es mucho maacutes

serio produce muchos residuos radiactivos La

eliminacioacuten de todos estos materiales radiactivos

de desecho es uno de los problemas constantes

que se tienen en relacioacuten con las plantas de energiacutea

nuclear

63

11 BOMBA ATOacuteMICA

Todos sabemos los desastres que pue-

den causar la detonacioacuten de una bomba

nuclear

Aquiacute presentamos la explicacioacuten teoacuterica

y coacutemo se pone en praacutectica

COacuteMO FUNCIONA UNA BOMBA NUCLEAR EN LA

TEORIacuteA

El 16 de Julio de 1945 estalloacute la primera bomba

atoacutemica en el campo de pruebas de Trinity cerca

de aacutelamo Gordo (Nuevo Meacutejico) Desde ese pre-

64

ciso instante la historia de la humanidad ha pasado

a una nueva era la era nuclear

Nunca hasta entonces se habiacutean tenido los cono-

cimientos necesarios como para saber que la masa

puede convertirse en grandes cantidades de ener-

giacutea y coacutemo podiacutea realizarse ese proceso hasta

entonces reservado tan soacutelo a las estrellas

La famosa foacutermula de Einstein E = mc2 ha pasa-

do ya ha formar parte de la cultura popular auacuten sin

que en realidad se llegue a saber que implica

Donde E es energiacutea m masa y c la velocidad de la

luz (constante) En esta ecuacioacuten se expresa la

relacioacuten de equivalencia entre masa y energiacutea Por

ejemplo haciendo algunas cuentas se ve que con

un gramo de uranio si se convirtiese totalmente

en energiacutea se obtendriacutean 25 millones de Kw

Aplicado como una bomba nuclear basta decir

que para asolar Hiroshima soacutelo se convirtioacute un

65

gramo de masa (aunque toda la bomba como me-

canismo pesara cuatro toneladas) su potencia fue

de 125 kilotones es decir para igualar su potencia

seriacutean 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 combustibles

de fisioacuten Cuando en un espacio se reuacutene la sufi-

ciente cantidad de materia (denominada masa criacute-

tica) se produce una reaccioacuten en cadena espontaacute-

nea esto es el nuacutecleo de los aacutetomos del material

se divide liberando energiacutea y varios neutrones

raacutepidos que provocan que otros nuacutecleos tam-

bieacuten se dividan y liberen maacutes energiacutea y neutrones

Este proceso se denomina fisioacuten nuclear Sin em-

bargo si la densidad no es suficiente la energiacutea

liberada hace que el material se expanda y se de-

tenga el proceso Para evitar que se pare la reac-

cioacuten se recurre a una materia muy densa de por siacute

(isoacutetopos del uranio y plutonio) que ademaacutes se

comprime de manera muy raacutepida para lograr una

66

altiacutesima densidad que permite que los neutrones

raacutepidos choquen antes con otros nuacutecleos y se

produzcan antes el mayor nuacutemero 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 maacutes energiacutea Para una

explosioacuten de 100 kilotones son necesarias 58 ge-

neraciones las 7 uacuteltimas generan el 999 de la

energiacutea en periodo cortiacutesimo de tiempo Tambieacuten

puede liberarse energiacutea con la fusioacuten en este pro-

ceso los nuacutecleos se unen en vez de separarse pero

se requieren altiacutesimas temperaturas (del orden de

millones de grados) para que este proceso se lleve

a cabo Para esta reaccioacuten se usan aacutetomos ligeros

(maacutes faacuteciles de unir) generalmente hidroacutegeno o

sus isoacutetopos (deuterio y tritio) Para unir dos aacuteto-

mos basta con hacerlos chocar Los protones de

cada aacutetomo 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

67

fusioacuten deben comprimirse fuertemente los nuacute-

cleos y una vez hecho soacutelo podraacuten continuar uni-

dos si pierden un equivalente de la energiacutea que les

hizo apretarse En el caso de usar deuterio y tritio

se libera violentamente un neutroacuten Esta energiacutea

liberada es la que forma una bomba de fusioacuten

tambieacuten denominada bomba H

COMO FUNCIONA UNA BOMBA ATO-MICA EN LA PRACTICA

Sea cual fuere el sistema de funcionamiento de

una bomba nuclear (fusioacuten o fisioacuten) una cantidad

de masa se convierte en energiacutea la potencia soacutelo

depende de la capacidad de la ingenieriacutea para con-

vertir maacutes masa antes de que la reaccioacuten disperse

las moleacuteculas en teoriacutea la potencia es por tanto

ilimitada

Una bomba nuclear consiste baacutesicamente en una

esfera hueca de plutonio que no es lo suficiente-

68

mente densa como para producir una reaccioacuten 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 explosioacuten se disparan los detonado-

res que hacen que el material explosivo estalle de

la manera lo maacutes regular posible para que enviacutee

una onda de choque esfeacuterica hacia el plutonio

Cuando eacutesta impacta contra eacutel lo comprime y re-

duce su volumen empujaacutendolo hacia el centro de

la esfera hasta que alcanza una densidad suficiente

(supercriacutetica) y se dispara el iniciador de neutrones

para comenzar la reaccioacuten en cadena que da lugar

a la explosioacuten nuclear

Las bombas termonucleares de fusioacuten o H nece-

sitan de una gran temperatura para que se puedan

unir los nuacutecleos esto se consigue en el interior de

una explosioacuten de fisioacuten que es el comienzo de

toda bomba H

69

Una vez acabada la reaccioacuten de fusioacuten nos encon-

traremos con una esfera expandida con una tem-

peratura de millones de grados en la que existen

los productos de la fusioacuten (litio e isoacutetopos del

hidroacutegeno) Tal es su velocidad que pueden fun-

dirse unos con otros dando lugar a la reaccioacuten de

fusioacuten Esta reaccioacuten genera maacutes energiacutea que la

anterior y libera gran cantidad de partiacuteculas nu-

cleares pero no es una reaccioacuten en cadena ya que

el propio calor que genera hace que las partiacuteculas

se separen y se expandan en forma de una esfera

de plasma con una temperatura que tan soacutelo expe-

rimenta el universo de manera natural en las estre-

llas En nuestro sol por ejemplo ocurren la fusioacuten

nuclear de hidroacutegeno y helio Pero antes de que la

reaccioacuten se extinga los neutrones generados por

las detonaciones anteriores provocan de nuevo

una reaccioacuten de fusioacuten sobre una camisa de U-

238 pero esta vez mucho mayor que las anterio-

res La potencia de una bomba termonuclear care-

ce de liacutemite una bomba como la de Hiroshima de

70

125 kilotones (un kilotoacuten equivale a 1000 tonela-

das de TNT) se considera dentro de los arsenales

modernos como pequentildea siendo las de un mega-

toacuten (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 la

Segunda Guerra Mundial

Para la construccioacuten de una bomba nuclear nor-

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

primero no forma parte de la reaccioacuten nuclear

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

nera espontaacutenea emitiendo neutrones que son

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

duzca de manera accidental la reaccioacuten en cadena

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

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

cioacuten 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

71

reactores nucleares a partir del U-238

La desintegracioacuten del uranio en la reaccioacuten en

cadena se produce de manera espontaacutenea para una

masa de 50 Kg si eacuteste elemento es puro El pluto-

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

da reaccioacuten en cadena de modo que se mezcla de

berilo y polonio dando como resultado un pro-

ducto que aunque no es fisionable por si solo una

pequentildea cantidad actuacutea como catalizador para las

grandes reacciones Asiacute bastan 16 Kg de PU-239

para obtener la masa supercriacutetica y 10 Kg si se

mezcla con U-238

El U-235 es muy difiacutecil de extraer por encontrarse

en la naturaleza muy mezclado con otros com-

puestos Asiacute por cada 25000 toneladas de mineral

de uranio bruto soacutelo se obtienen 50 toneladas de

uranio del que el 993 es U-235 y el resto el

rariacutesimo isoacutetopo U-238 ambos soacutelo se pueden

separar de manera mecaacutenica gracias a la leviacutesima

72

diferencia de peso entre ambos Asiacute el uranio se

mezcla en forma gaseosa con fluor (hexafluoriacutedri-

co) que es impulsado a baja presioacuten hacieacutendolo

pasar por unas caacutemaras que aumentan la concen-

tracioacuten de uranio sensiblemente tras cientos de

pasadas Para una central nuclear la pureza ha de

ser del 2 y para una bomba (teoacutericamente) el

95

Para separar el isoacutetopo se recurre a la centrifuga-

cioacuten del gas siendo el maacutes pesado U-238 despedi-

do hacia el exterior con maacutes fuerza Para obtener

otra vez el uranio separado del gas se recurre a la

separacioacuten magneacutetica

MECANISMOS QUE SUELEN COMPONER UNA

BOMBA NUCLEAR

Los mecanismos que suelen componer una bom-

ba nuclear son los siguientes

73

ALTIacuteMETRO No suele usarse el baromeacutetrico

por verse afectado por las condiciones atmosfeacuteri-

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 seguacuten el tiempo transcu-

rrido en el recorrido puede saberse la altura sin

necesidad de complicar maacutes el sistema para dar

una precisioacuten que en realidad no es importante (2

o 3 m de diferencia no son apreciables maacutes que

en minibombas bastante menores que las de

Hiroshima) siendo la altura normal de detonacioacuten

la de 2000 m

En la praacutectica 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 electroacute-

nicamente para obtener la diferencia de ambas

que es proporcional a la altura Los pulsos suelen

emitirse 120 veces por segundo y alcanzan un

74

rango de 3000 m sobre la tierra y 6000 m sobre

el mar (la reflexioacuten es alliacute mejor) siendo su error

de hasta 15 m

CABEZA DETONADORA Como ya se dijo

estaacute compuesta de una carga explosiva muy bien

calibrada que a la orden del altiacutemetro detona

produciendo una onda de choque uniforme sobre

el elemento radioactivo comprimieacutendolo hasta

alcanzar la masa supercriacutetica

Compantildeiacuteas privadas producen camisas explosivas

que modificadas pueden ser usadas para la fabri-

cacioacuten del objeto que nos ocupa La cantidad de

presioacuten necesaria a aplicar es un secreto por razo-

nes de seguridad aunque se sabe que los explosi-

vos plaacutesticos son ideales sobre todo por su malea-

bilidad y facilidad de manejo

El detonador variacutea si es combustible es uranio o

plutonio

75

DETONADOR DE URANIO La masa total se

divide en dos partes una mayor de forma semies-

feacuterica y coacutencava que se acopla perfectamente con

la otra maacutes pequentildea Como es de suponer ambas

se encuentran separadas hasta el momento de la

detonacioacuten en el que una explosioacuten convencional

dispara la parte pequentildea que impacta contra la

mayor para lograr en un instante la masa supercriacute-

tica

DETONADOR DE PLUTONIO Necesita

una precisioacuten de ingenieriacutea mucho mayor que la

anterior ya que estaacute compuesta de 32 secciones de

plutonio-berilio-polonio todas de igual forma y

posicioacuten distribuidas conceacutentricamente El aspecto

final es parecido al de un baloacuten de fuacutetbol Todas

han de cerrarse simeacutetricamente en una diezmillo-

neacutesima de segundo para conseguir la detonacioacuten

DEFLECTOR DE NEUTRONES Suele ser

U-238 Su funcioacuten es la que ya se explicoacute evitar

76

una reaccioacuten accidental ademaacutes refleja las partiacutecu-

las de vuelta cuando se alcanza la masa supercriacuteti-

ca

ESCUDO PROTECTOR Recibe otros nom-

bres pero su funcioacuten es siempre la de proteger de

la radiacioacuten natural tanto al personal que la maneja

como a los circuitos de la bomba que pueden su-

frir cortocircuitos o puestas en funcionamiento

accidentales

SISTEMA DE ARMADO Es otro sistema maacutes

de seguridad consistente en quitar una parte im-

prescindible de la bomba para evitar detonaciones

accidentales de modo que soacutelo cuando estaacute

proacuteximo su lanzamiento se inserta esta parte Una

analogiacutea seriacutea como si al aparcar nuestro coche le

quitaacuteramos el volante o una bujiacutea asiacute estariacuteamos

seguros de que no nos lo roban porque sin estas

partes el coche no funciona

77

12 EFECTOS DE UNA EXPLOSIOacuteN NUCLEAR

Tenemos frescas en nuestra memo-

ria las imaacutegenes que nos mostroacute la

televisioacuten cuando se produjo el ac-

cidente de Chernobyl

Aquiacute explicamos todas las conse-

cuencias de una detonacioacuten 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

78

bull Radiacioacuten nuclear inicial la altiacutesima

temperatura y la elevada presioacuten que se

genera en el interior de la explosioacuten emi-

ten radiacioacuten en todas las direcciones Esta

se compone de rayos alfa beta y gamma

que son una forma de radiacioacuten electro-

magneacutetica de alta energiacutea que puede causar

la muerte sin que el individuo se de cuenta

de que ha sido irradiado Una explosioacuten de

un megatoacuten (de tamantildeo estaacutendar) matariacutea

a todo ser humano en 15 Km a la redonda

que se encontrase al aire libre

Las partiacuteculas alfa son ideacutenticas a un nuacutecleo de

helio son las que mas larga vida tienen unos mil

antildeos pero su poder de penetracioacuten 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 radiacioacuten Con 45 cm de tierra se

consigue reducir la radiacioacuten veinte veces

Las partiacuteculas beta penetran maacutes siendo suficiente

79

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

to la radiacioacuten (una pared moderna ya espesa se

compone de 1 pie de ladrillo maacutes caacutemara maacutes

aislante maacutes ladrillo hueco y yeso que suele que-

darse en los 37 cm)

Los de maacutes poder de penetracioacuten son las gamma

y por tanto los maacutes peligrosos ya son los que se

introducen en los refugios nucleares auacuten con

grandes espesores de hormigoacuten La uacutenica protec-

cioacuten eficaz es la de interponer grandes masas de

material mejor cuanto maacutes denso siendo el ideal

el plomo ya que pasa por los materiales como la

luz por una tela si esta es maacutes densa mayor canti-

dad de chocaraacute con ella y no la traspasaraacute Para

reducir la dosis a un veinteavo se precisan 30 cm

de hormigoacuten armado

bull Pulso electromagneacutetico La intensa acti-

vidad de los rayos gamma genera mediante

induccioacuten una corriente de alto voltaje so-

80

bre antenas viacuteas feacuterreas tuberiacuteas que des-

truye todas las instalaciones eleacutectricas de

una amplia zona si la explosioacuten se efectuacutea

a gran altura Una detonacioacuten de muchos

kilotones a 200 km sobre Omaha (Ne-

brasca) destruiriacutea todos los circuitos eleacutec-

tricos integrados de toda Norteameacuterica y

parte de Meacutejico y Canadaacute Ante el riesgo

de una detonacioacuten nuclear es conveniente

alejarse de liacuteneas eleacutectricas y viacutea feacuterreas ya

que la corriente inducida puede electrocu-

tarnos

bull Pulso teacutermico al expandirse la bola de

fuego el aire circundante absorbe energiacutea

en forma de rayos X y la irradia en forma

de una luz cegadora y un intensiacutesimo ca-

lor Una bomba de 20 Megatones produci-

riacutea una intensa luz durante 20 segundos y

causariacutea quemaduras de segundo grado a

81

cualquier persona expuesta a 45 Km de

distancia

bull Onda de choque La raacutepida expansioacuten de

la bola de fuego genera una onda de cho-

que como cualquier explosioacuten pero de

una potencia muy superior ya que puede

aplastar o barrer edificios dantildeaacutendolos muy

seriamente o destruyeacutendolos por comple-

to ya que maacutes que empujar por su dura-

cioacuten lo que hace es estrujar Una bomba

de 20 megatones no dejariacutea en un radio de

20 Km maacutes que escombros soacutelo se salva-

riacutean las cimentaciones y construcciones

enterradas

bull Primera lluvia radioactiva o lluvia ra-

diactiva local una explosioacuten de 20 mega-

tones aras de suelo produciriacutea un craacuteter de

183 m de profundidad la elevada tempe-

82

ratura vaporiza todo lo que se encuentra

dentro de la bola de fuego todo se funde

con los materiales radiactivos de la fisioacuten o

fusioacuten y se eleva con el hongo para luego

precipitar en forma de finas cenizas Esto

ocurriraacute durante las 24 h siguientes a la

explosioacuten y afectaraacute a una regioacuten maacutes o

menos amplia para una misma potencia

seguacuten la climatologiacutea El fenoacutemeno se am-

pliacutea considerablemente si la detonacioacuten se

produce cerca del suelo La energiacutea 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 maacutes destructivos los deno-

minados secundarios como incendios en masa

que acabariacutean con los pocos supervivientes y ma-

tariacutean a maacutes que el pulso teacutermico y la onda de

choque

83

Ademaacutes en caso de que se lanzaran muchas

bombas nucleares sus efectos secundarios seriacutean

mucho maacutes 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 10000 mega-

tones miacutenimos para considerar un holocausto

como tal

bull El primero de estos efectos es que la ra-

dioactividad liberada en caso de holocaus-

to penetrariacutea en todos y cada uno de los

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

Mientras que en dosis altas (seguacuten la espe-

cie) produciriacutea la muerte en otras maacutes ba-

jas los efectos seriacutean de lo maacutes variados

(mutaciones esterilidad)

bull El segundo seriacutea que los materiales im-

pulsados por las detonaciones se elevariacutean

hasta la troposfera donde ocultariacutean la luz

84

del sol durante meses o antildeos haciendo ba-

jar la temperatura de la tierra y alterando la

fotosiacutentesis de los vegetales y el plancton

marino seriacutea el famoso invierno nuclear

Ademaacutes estos materiales radiactivos iriacutean

cayendo durante meses o antildeos convirtieacuten-

dose en una lluvia radiactiva global que

auacuten con menos dosis radiactiva que una

lluvia provocada por una bomba seriacutea

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

antildeos Ese 5 de energiacutea liberada por la

lluvia radiactividad en una bomba es poco

pero en los 10000 megatones de un holo-

causto suponen ya 500 megatones que iraacuten

estallando durante miles de antildeos des-

pueacutes de la cataacutestrofe

85

bull El tercero seriacutea una reduccioacuten en la capa

de ozono producida por el oacutexido de nitroacute-

geno generado por las bolas de fuego de

modo que la radiacioacuten solar que llegase a

la tierra seriacutea mortal Un 70 del ozono

desapareceriacutea en el hemisferio norte y un

40 en el sur siendo necesarios treinta

antildeos para recuperar su estado normal

86

Ejercicios 12

MODELO DE RESOLUCIOacuteN

La distribucioacuten de los electrones de un aacutetomo

en sus niveles y subniveles se puede representar en

forma abreviada de la siguiente manera

a) Un coeficiente que indica el nuacutemero del nivel

de energiacutea (n)

b) Una letra que corresponde al subnivel

c) Un supraiacutendice que sentildeala el nuacutemero de elec-

trones que hay en el subnivel

1H = 1s1

3Li = 1s2 2s1

En razoacuten del entrecruzamiento de subniveles

el orden en que se van completando los subniveles

por energiacutea creciente es el siguiente

87

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

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

5d 6p 7s 5f 6d

7p

Para visualizar la distribucioacuten de los electrones

en orbitales se puede representar cada orbital por

un pequentildeo cuadrado dividido por una diagonal

y cada electroacuten mediante una flecha

Entonces el orbital puede estar

Vaciacuteo incompleto completo

(1 electroacuten) (2 electrones)

En caso del orbital completo las flechas tienen

sentido contrario para indicar que los electrones

presentan spin contrario

El llenado de los orbitales por los electrones

se realiza a partir de los niveles y subniveles en

88

orden creciente de energiacutea Cada nuevo electroacuten se

incorpora a un orbital vaciacuteo

De ese modo los elementos quedan represen-

tados asiacute

1H =

1s

3Li =

1s 2s

7N =

1s 2s 2p

89

Ejercicios 121

1) Un aacutetomo de foacutesforo tiene 15 protones y 16

neutrones Indicaacute cuaacutel es su

a) nuacutemero atoacutemico (Z) b) nuacutemero

de masa (A)

2) Un aacutetomo de potasio tiene Z =19 y A = 39

Indicaacute su nuacutemero de

a) protones b) electrones

c) neutrones

3) Completaacute los datos que faltan en el siguiente

cuadro

90

ELE-

MEN-

TO

NUacute-

MERO

ATOacute-

MICO

NUacute-

MERO

DE

MASA

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) Sentildealaacute el nombre y siacutembolo de los elementos

cuyas configuraciones electroacutenicas 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) Escribiacute la configuracioacuten electroacutenica de los

siguientes elementos

91

a) Na2311 = c) O16

8 =

b) Cl3517 = d) C12

6 =

6) De acuerdo con la siguiente representacioacuten de

los electrones en orbitales indicaacute a queacute ele-

mentos corresponden

a)

b)

c)

d)

7) Representaacute la distribucioacuten de los electrones en

orbitales de los elementos

a) 7N= c) 18Ar =

b) 15AI = d) 19K =

92

Hoja de respuestas121

1) a) 15 b) 31 2) a) 19 b) 19 c) 20

3)

ELE-

MEN-

TO

NUacuteME-

RO

ATOacute-

MICO

NUacute-

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)Argoacuten Ar

d)Escandio Sc

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

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)middot

94

Ejercicios 1211

Modelo de resolucioacuten

El nuacutemero de oxidacioacuten se asigna seguacuten las si-

guientes reglas

1) El nuacutemero de oxidacioacuten de los elementos en la

sustancia simple es cero

Ejemplo Cu0 02Cl

2) El nuacutemero de oxidacioacuten del oxiacutegeno es 2

excepto en las sustancias como el agua oxige-

nada Ejemplo H2

2Ominus

3) El nuacutemero de oxidacioacuten del hidroacutegeno es +1

excepto en las sustancias donde estaacute combina-

do con los metales Ejemplo 1

H+

2O

4) El nuacutemero de oxidacioacuten de un ion monoatoacute-

mico es igual a la carga del ion Ejemplo Ca2-

Cl-

95

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

braica de los nuacutemeros de oxidacioacuten de todos

los aacutetomos debe ser cero Ejemplo 1

H+

2

2Ominus

there42(+1) + (-2) = 0

6) En los iones que tienen maacutes de un aacutetomo la

suma algebraica de los nuacutemeros de oxidacioacuten

de todos los aacutetomos es igual a la carga del ion

El nuacutemero de oxidacioacuten se escribe colocando primero el signo y luego el nuacutemero

Ejemplo el nuacutemero de oxidacioacuten del aluminio es +3

1) Calculaacute los nuacutemeros de oxidacioacuten en la moleacute-

cula de dioacutexido de azufre (SO2)

Datos SO2 nuacutemero de oxidacioacuten del O2

es 2

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de S

Resolucioacuten Cada aacutetomo de oxiacutegeno tiene

nuacutemero de oxidacioacuten 2 por lo tanto el nuacute-

mero de oxidacioacuten del azufre es +4 porque

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

96

2) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten del azufre en

el aacutecido sulfuacuterico (H2SO4)

Datos H2SO2 nuacutemero de oxidacioacuten del

O2 es 2 nuacutemero de oxidacioacuten de H es -1

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de S

Resolucioacuten Se debe cumplir que la suma al-gebraica de todos los nuacutemeros de oxidacioacuten sea cero

4(-2) + 21 + x = 0

-8 + 2 + x = 0

x = 6

Respuesta el nuacutemero de oxidacioacuten del azufre

en el aacutecido sulfuacuterico es +6

3) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten del nitroacutegeno

en el nitrato de sodio (NaNO3)

Datos NaNO3 nuacutemero de oxidacioacuten del

O2 es 2

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de N

97

Resolucioacuten El nuacutemero de oxidacioacuten del

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

ga eleacutectrica positiva

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

1 6 + x = 0

x = 5

Respuesta el nuacutemero de oxidacioacuten del nitroacute-

geno en el nitrato de sodio es +5

4) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten del azufre en

el ion sulfato (S 24Ominus )

Datos S 24Ominus nuacutemero de oxidacioacuten del O2

es 2

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de S

Resolucioacuten La suma de los nuacutemeros de

oxidacioacuten es igual a 2 porque el ion sulfato

tiene dos cargas negativas (2-)

x + 4(-2) = -2

x 8 = -2

x = 6

98

Respuesta El nuacutemero de oxidacioacuten del azu-

fre en el ion sulfato es +6

99

Ejercicios 1212

1) Dibujaacute los siacutembolos de Lewis para los aacutetomos

de

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

2) iquestCoacutemo adquiere la distribucioacuten electroacutenica del

ineacutertido maacutes cercano cada uno de los siguien-

tes aacutetomos

a) K b)

F c)

S d) Mg e)

Br

3) Escribiacute las ecuaciones ioacutenicas la foacutermula elec-

troacutenica y la foacutermula miacutenima del compuesto

ioacutenico formado por

a) K y Br (bromuro de potasio)

b) Ca y O (oacutexido de calcio)

4) Marcaacute con una X las propiedades correspon-

dientes a las sustancias que presentan uniones

ioacutenicas

100

a) Son soacutelidas y tienen bajo punto de fusioacuten ( )

b) Conducen la corriente eleacutectrica fundidas o di-

sueltas en agua ( )

c) Tienen brillo metaacutelico ( )

d) Forman cristales duros y quebradizos solubles

en agua ( )

e) No conducen la corriente eleacutectrica ( )

5) Explicaacute coacutemo se unen dos aacutetomos de bromo

para formar la moleacutecula Br2 y escribiacute su

foacutermula electroacutenica y su foacutermula desarrollada

6) La foacutermula del monoacutexido de dicloro es Cl2O

a) Indicaacute queacute tipo de unioacuten existe entre el cloro y

el oxiacutegeno

b) Escribiacute su foacutermula electroacutenica y su foacutermula

desarrollada

7) El azufre y el oxiacutegeno forman dos oacutexidos

importantes el dioacutexido de azufre (SO2) y el

101

trioacutexido de azufre (SO3) Para el trioacutexido de

azufre

a) Indicaacute queacute tipo de unioacuten existe entre el azufre

y los tres aacutetomos de oxiacutegeno

b) Escribiacute la foacutermula electroacutenica

c) Escribiacute la foacutermula desarrollada

8) Marcaacute 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

liacutequidas o soacutelidas ( )

c) Son duacutectiles y maleables ( )

d) No forman moleacuteculas son agregados de

iones ( )

e) No son buenas conductoras de la corriente

eleacutectrica ( )

102

9) Coloque en el pareacutentesis UCP si la unioacuten es

covalente polar y UCNP si es covalento no

polar en cada una de las siguientes sustancias

a) cloruro de hidroacutegeno HCl ( )

b) Hidroacutegeno H2 ( )

c) yodo l2 ( )

10) Escribiacute la foacutermula electroacutenica y la foacutermula

desarrollada de cada una de las sustancias

mencionadas en el ejercicio 9

11) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten

a) del azufre (S)en el dioacutexido de azufre (SO2) en

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

sodio (Na2S)

b) del nitroacutegeno (N) en el dioacutexido de nitroacutegeno

(NO2) en el aacutecido niacutetrico (HNO3) y en el ni-

trato de potasio (KNO3)

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

can en el concepto de unioacuten metaacutelica

103

a) Tienen bajo punto de fusioacuten y de

ebullicioacuten ( )

b) Tienen brillo metaacutelico ( )

c) Conducen la corriente eleacutectrica sin

alterarse ( )

d) En estado soacutelido son malos conductores de la

corriente eleacutectrica ( )

e) Forman hilos y laacuteminas delgadas ( )

104

Hoja de respuestas 1212

1) a) He b) Al c)

Si d)

Ar e)

N

2) a) cede un electroacuten d) cede electrones c)

gana dos electrones b) y e) gana un electroacuten

3) a) Ecuaciones ioacutenicas

K K1+ + 1 e

Br + 1 e Br1-

K1+ + Br- KBr

Foacutermula electroacutenica K1+minus

1

Br

Foacutermula miacutenima KBr

b) Ecuaciones ioacutenicas

Ca Ca 2+ + 2 e

O + 2 e O2-

Ca2+ + O2- CaO

Foacutermula electroacutenica Ca2+ minus

2

O

105

Foacutermula miacutenima CaO

4) b y d

5) se unen compartiendo un par de electrones

6) a) unioacuten covalente

b) foacutermula electroacutenica

Cl

O

Cl

foacutermula desarrollada Cl O Cl

7) a) una unioacuten covalente doble entre el azufre y

uno de los aacutetomos de oxiacutegeno dos uniones cova-

lentes coordinadas con los otros dos aacutetomos de

oxiacutegeno

b) Foacutermula electroacutenica

Foacutermula desarrollada

106

8) a b y e

9) a) UCP y c) UCNP

10) Foacutermula electroacutenica Foacutermula desarrollada

a) H

Cl H Cl

b) HH H H

c)

I

I l I

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

12) b c y e

  • RADIACTIVIDAD
    • IacuteNDICE
      • 1 RADIACTIVIDAD NATURAL
      • 2 RELACIOacuteN ENTRE LA LEY DE LAVOISIER Y LA DE EINSTEIN
      • 3 INTERACCIONES ENTRE AacuteTOMOS Y ONDAS
      • 4 PODER DE PENETRACIOacuteN DE LA RADIACIOacuteN
      • 5 VIDA MEDIA
      • 6 RADIACTIVIDAD ARTIFICIAL
      • 7 USOS DE LOS RADIOISOacuteTOPOS
      • 8 MEDICINA NUCLEAR
      • 9 FECHADO POR MEDIO DE RADIOISOacuteTOPOS
      • 10 PLANTAS DE ENERGIacuteA NUCLEAR
      • 11 BOMBA ATOacuteMICA
      • 12 EFECTOS DE UNA EXPLOSIOacuteN NUCLEAR
        • Ejercicios 12
        • Ejercicios 121
        • Hoja de respuestas121
        • Ejercicios 1211
        • Ejercicios 1212
        • Hoja de respuestas 1212

3

Quiacutemica

Radiactividad

4

IacuteNDICE

1 Radiactividad Natural 6 2 Relacioacuten Entre La Ley De Lavoisier Y La

De Einstein 11 3 Interacciones Entre Aacutetomos Y Ondas 15 4 Poder De Penetracioacuten De La Radiacioacuten 23 5 Vida Media 28 6 Radiactividad Artificial 31 7 Usos De Los Radioisoacutetopos 38 8 Medicina Nuclear 43 9 Fechado Por Medio De Radioisoacutetopos 53 10 Plantas De Energiacutea Nuclear 60 11 Bomba Atoacutemica 63 12 Efectos De Una Explosioacuten Nuclear 77

Ejercicios 12 86 Ejercicios 121 89 Hoja De Respuestas121 92 Ejercicios 1211 94 Ejercicios 1212 99

5

Hoja De Respuestas 1212 104

6

1 RADIACTIVIDAD NATURAL

Todos sabemos los perjuicios

de la radiactividad otros pocos co-

nocen los beneficios pero

iquestQueacute es la radiactividad

Ciertos nuacutecleos son inestables en su forma na-

tural experimentan desintegracioacuten radiactiva Por

ejemplo los aacutetomos de radio con 226 nucleones

se descomponen espontaacuteneamente y emiten partiacute-

culas alfa(α) Como las partiacuteculas alfa son ideacutenticas

a nuacutecleos de helio el proceso se puede resumir

7

por medio de la siguiente ecuacioacuten

Ra22688 He4

2 + Rn22286

El nuevo elemento que tiene dos protones

menos se identifica por su nuacutemero atoacutemico (86)

como radoacuten (Rn) En la figura se muestra un se-

gundo ejemplo de desintegracioacuten alfa

Tambieacuten los nuacutecleos de tritio son inestables

El tritio es uno de los isoacutetopos pesados de hidroacute-

geno Como todo nuacutecleo de hidroacutegeno el nuacutecleo

de tritio contiene un protoacuten Sin embargo a dife-

rencia del isoacutetopo maacutes comuacuten de hidroacutegeno el

nuacutecleo de tritio contiene dos neutrones y su masa

es por tanto de 3 uma ( H31 ) El tritio se descom-

8

pone por desintegracioacuten beta (β) Puesto que una

partiacutecula beta es ideacutentica a un electroacuten podemos

escribir el proceso como

H31 e0

1minus + He32 o H3

1 βminus01 + He3

2

El isoacutetopo que se produce se identifica por su

nuacutemero atoacutemico como helio (He)

iquestCoacutemo es posible que el nuacutecleo original que

contiene soacutelo un protoacuten y dos neutrones emita un

electroacuten

Podemos concebir la transformacioacuten de uno

de los neutrones del nuacutecleo de tritio original en un

protoacuten y un electroacuten

n10 p1

1 + e01minus

El nuacutecleo retiene el nuevo protoacuten (por tanto

el nuacutemero atoacutemico del producto aumenta en una

unidad) y el electroacuten o partiacutecula beta que praacutecti-

9

camente carece de masa sale despedido (el nuacutecleo

que se produce tiene el mismo nuacutemero de masa

que el nuacutecleo original) En la figura se muestra un

segundo ejemplo de desintegracioacuten beta

El tercer tipo de radiactividad se llama desin-

tegracioacuten gamma (γ) En este tipo de emisioacuten no

intervienen partiacuteculas soacutelo se emite energiacutea La

emisioacuten gamma acompantildear la emisioacuten de partiacutecu-

las alfa o beta

En la tabla que sigue se resumen los tipos

principales de desintegracioacuten radiactiva y los cam-

bios nucleares correspondientes

10

Tipo

De

Radia-

cioacuten

Coacutedi-

go

Nordm Nu-

cleonesCarga

Cam-

bios Nordm

Nucleo-

nes

Cambio

Nordm Atoacute-

mico

ALFA α 4 2+ Dismi-

nuye 4

Disminu-

ye 2

BETA β 0 1- NingunoAumenta

1

GAM-

MA γ 0 0 Ninguno Ninguno

11

2 RELACIOacuteN ENTRE LA LEY DE LAVOISIER Y LA DE EINSTEIN

Cuando hervimos agua por mucho

tiempo eacutesta desaparece

Cuando mezclamos dos sustancias

miscibles pareciera que una de las

dos oculta a la otra

Cuando se produces reaccioacuten nuclea-

res iquestpodemos aplicar las mismas

consideraciones

La ley de Lavoisier maacutes conocida como Ley

de Conservacioacuten de la Masa plantea que en las

12

reacciones quiacutemicas la materia no se crea ni se

destruye sino que solo cambia la naturaleza de las

sustancias Pero si pensamos un papel quemaacuten-

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 la

forma correcta de enunciar la ley de Lavoisier es

La masa total de

un sistema cerrado se

mantiene constante

independientemente

de los cambios fiacutesicos

o quiacutemicos que en eacutel

se produzcan

Hay que remarcar que la ley se cumple para un

sistema cerrado

13

A comienzos del siglo XX se ha demostrado

que durante las espectaculares reacciones de fu-

sioacuten nuclear que ocurren en el sol y otras estrellas

se destruyen cantidades de materia apareciendo

en su lugar enormes cantidades de energiacutea Esto

sucede tambieacuten en las explosiones atoacutemicas y pro-

cesos similares En estos cambios extraordinarios

se puede medir la destruccioacuten de materia A sus

expensas se crea energiacutea Estos dos elementos

materia y energiacutea se pueden relacionar a traveacutes de

una relacioacuten descubierta por Einstein

mcE sdot= 2

Donde E y m representan los cambios de

energiacutea y de masa respectivamente durante la

transformacioacuten y c es la velocidad de la luz(3108

ms)

14

De esta manera la desaparicioacuten de un gramo

de materia daraacute origen a 91020ergios o 91013 jou-

les Esta energiacutea liberada es suficiente como para

calentar 2105 toneladas de agua de 0ordmC a 100ordmC

Materia y energiacutea pueden interconvertirse En

los procesos quiacutemicos la cantidad de materia que

se transforma en energiacutea es tan pequentildea que resul-

ta imposible medir con los instrumentos actuales

la variacioacuten de masa correspondiente

15

3 INTERACCIONES ENTRE AacuteTOMOS Y ONDAS

Sabemos que la energiacutea se transforma en

materia y viceversa

Pero iquestsabemos si pueden interactuar en-

tre si

Para responder a esta duda recorreremos una parte de la historia del conocimiento del aacutetomo

16

Definicioacuten La partiacutecula de un cuerpo

simple maacutes pequentildea capaz de entrar en las re-

acciones quiacutemicas

1803 Dalton propone que la materia se di-

vidiacutea en elementos y compuesto Los elemen-

tos constituidos por aacutetomos y los compuestos

por moleacuteculas

Siglo XIX se piensa que los aacutetomos son

divisibles se componen de varias partiacuteculas

1897 Thomson descubre el electroacuten antildeos

despueacutes Nagaoka propone que los electrones

giran en oacuterbitas alrededor de una partiacutecula po-

sitiva

En 1911 Rutherford descubre el nuacutecleo

atoacutemico con su experimento de la laacutemina de

oro

17

Alrededor de 1920 Borh propone que los

electrones giran alrededor del nuacutecleo en oacuterbi-

tas circulares donde cada oacuterbita corresponde a

un nivel de energiacutea diferente

Antildeos maacutes tarde De Broglie postula el

principio de dualidad en donde el electroacuten se

comporta como una onda y partiacutecula Como

consecuencia solo se puede encontrar al elec-

troacuten en un aacuterea determinada llamada nivel de

energiacutea ya que no se puede conocer la veloci-

dad y posicioacuten al mismo tiempo( a este fenoacute-

meno se lo denomina principio de incerti-

dumbre de Heisenberg) Esto produce el desa-

rrollo de la mecaacutenica cuaacutentica

Radiactividad

En 1896 Becquerel descubre una propiedad

nueva de la materia a la que posteriormente Marie

Curie llamoacute Radiactividad

18

La radiactividad no depende de la naturaleza

fiacutesica o quiacutemica del aacutetomo sino que es una propie-

dad del nuacutecleoLa causa que los origina probable-

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

tiacuteculas que se encuentran en el nuacutecleo

En general los nuacutecleos de aacutetomos pesados

presentan cierta inestabilidad para lo cual emiten

radiacioacuten para alcanzar estados de equilibrio

Dichas radiaciones podemos dividirlas en

Desintegraciones alfa desintegraciones beta y

desintegraciones gamma

Desintegraciones alfa Cuando el nuacutecleo

atoacutemico es inestable a causa del gran nuacutemero

de protones que posee (ocurre en los elemen-

tos maacutes pesados es decir con Z = 83 o supe-

rior) la estabilidad es alcanzada con frecuen-

cia emitiendo una partiacutecula alfa es decir un

19

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

tones y dos neutrones

Desintegraciones beta Cuando la rela-

cioacuten de neutrones protones en un nuacutecleo

atoacutemico es elevada el nuacutecleo se estabiliza emi-

tiendo un neutroacuten o bien como ocurre con

frecuencia emitiendo una partiacutecula beta es

decir un electroacuten

Desintegraciones gamma Los rayos

gamma son ondas electromagneacuteticas de gran

energiacutea muy parecidos a los rayos X y en cier-

tas ocasiones se presentan cuando ocurre una

desintegracioacuten de partiacuteculas beta o bien una

emisioacuten de positrones Por lo tanto la radia-

cioacuten gamma no posee carga eleacutectrica y su na-

turaleza ondulatoria permite describir su ener-

giacutea en relacioacuten a su frecuencia de emisioacuten

20

INTERACCIOacuteN DE LAS RADIACIONES CON LA

MATERIA

La radiacioacuten al chocar con las moleacuteculas que

encuentra a su paso produce iones esto se debe a

que excita los electrones de los aacutetomos de las mo-

leacuteculas es decir les entrega energiacutea para que pasen

a oacuterbitas superiores

bull Radiaciones alfa (α) compuesta por dos

protones y dos neutrones de bajo poder

de penetracioacuten y alta capacidad de ioniza-

cioacuten Se mueve en liacutenea recta debido a su

gran cantidad de masa

21

bull Radiaciones beta (β) formada por elec-

trones de carga negativa su masa es pe-

quentildea por lo tanto es propensa a cambiar

de trayectoria bajo poder de penetracioacuten y

bajo poder de ionizacioacuten Al acercarse a un

nuacutecleo se frena la energiacutea que pierde en el

frenado la libera como rayos X Si una par-

tiacutecula beta choca con un positroacuten (electroacuten

negativo) se aniquila y emite un rayo

gamma

bull Radiaciones gamma (γ) son las de ma-

yor energiacutea no tiene carga eleacutectrica por lo

22

tanto no desviacutean sus trayectorias frente a

campos eleacutectricos tienen un alto poder de

penetracioacuten y un alto poder de ionizacioacuten

Pueden llegar a extraer electrones de los

aacutetomos los cuales a su vez ionizan otras

moleacuteculas

Neutrones no poseen carga eleacutectrica tienen

un alto poder de penetracioacuten Al chocar contra un

aacutetomo ceden parte de su energiacutea y se frenan Los

neutrones de baja velocidad se denominan neu-

trones teacutermicos los cuales se descomponen en un

electroacuten y un protoacuten o pueden ser absorbidos por

otros nuacutecleos atoacutemicos

23

4 PODER DE PENETRACIOacuteN DE LA RADIACIOacuteN

La radiacioacuten es uno de los efectos

maacutes peligrosos de la energiacutea nuclear

No todas las partiacuteculas emitidas

tienen la misma posibilidad de atrave-

sar los elementos

Los materiales radiactivos pueden ser peligro-

sos porque la radiacioacuten que se emite puede dantildear

los tejidos vivos La capacidad para inflingir dantildeos

depende en parte del poder de la radiacioacuten para

penetrar en los tejidos

24

En condiciones de igualdad por lo demaacutes

cuanto mayor es la masa de una partiacutecula menor

es su poder de penetracioacuten Las partiacuteculas alfa

que son nuacutecleos de helio con una masa de 4 uma

constituyen el menos penetrante de los tres tipos

principales de radiactividadLas partiacuteculas beta

ideacutenticas a los electrones cuya masa es insignifi-

cante son un poco maacutes penetrantes Los rayos

gamma como los rayos X carecen totalmente de

masa su poder de penetracioacuten es mucho mayor

que el de los otros dos tipos

Puede parecer contrario al sentido comuacuten

pensar que las partiacuteculas maacutes grandes se abren

camino con maacutes dificultad Consideraacute sin embar-

go que el poder de penetracioacuten refleja la capaci-

dad de la radiacioacuten para abrirse camino a traveacutes

de una muestra de materia Es como si trataras de

hacer rodar piedras por un campo de grandes ro-

cas La partiacutecula alfa se comporta como si fuese

una roca grande Debido a su tamantildeo no puede

25

avanzar mucho sin chocarse con otras rocas y ser

detenida por ellas La partiacutecula beta se comporta

como una piedra pequentildea que puede introducirse

entre las rocas y quizaacute hasta rebotar en ellas hasta

completar un recorrido maacutes largo El rayo gamma

es comparable a un grano de arena capaz de pasar

por las aberturas maacutes pequentildeas

Al principio de esta explicacioacuten dijimos que si

todo lo demaacutes es igual asiacute es como funcionan las

cosas Pero lo demaacutes no siempre es igual Cuanto

maacutes raacutepido se mueve una partiacutecula o maacutes energiacutea

tiene la radiacioacuten mayor es su poder de penetra-

cioacuten

Si la sustancia radiactiva estaacute afuera del cuer-

po las partiacuteculas alfa de poco poder de penetra-

cioacuten son las menos peligrosas pues las detiene la

capa externa de la piel Tambieacuten las partiacuteculas beta

se detienen normalmente antes de alcanzar oacuterga-

nos vitales Los rayos gamma atraviesan sin difi-

26

cultad los tejidos asiacute que una fuente externa de los

mismos puede ser muy peligrosa En cambio

cuando la fuente radiactiva estaacute adentro del cuerpo

la situacioacuten se invierte Las partiacuteculas alfa que no

penetran pueden causar graves dantildeos Todas estas

partiacuteculas estaacuten atrapadas en el interior del cuerpo

el cual tiene entonces la posibilidad de absorber

toda la energiacutea que libera la partiacutecula Las partiacutecu-

las alfa infligen el dantildeo en un aacuterea muy pequentildea

porque no se desplazan muy lejos Las partiacuteculas

beta distribuyen el dantildeo en un aacuterea algo mayor

porque recorren distancias mayores Los tejidos se

pueden recuperar de un dantildeo limitado disperso en

un aacuterea grande pero es menos probable que so-

brevivan a una lesioacuten concentrada

Las personas que trabajan con materiales ra-

diactivos disponen de diversas formas de prote-

gerse contra ellos La maacutes simple consiste en ale-

jarse de la fuente porque la intensidad de la radia-

cioacuten disminuye con la distancia respecto a la fuen-

27

te Los trabajadores se pueden proteger tambieacuten

por medio de blindajes Una hoja de papel detiene

casi todas las partiacuteculas alfa Un bloque de madera

o una laacutemina delgada de aluminio detiene las par-

tiacuteculas beta

Pero se necesitan varios metros de concreto o

varios centiacutemetros de plomo para detener los ra-

yos gamma

28

5 VIDA MEDIA

Cuando hablamos de aacutetomos individuales

estamos trabajando con elementos que

apenas imaginamos

Para entender lo que pasa con la radia-

cioacuten debemos referirnos a un grupo maacutes

grande de partiacuteculas y trabajar con pro-

medios

Hasta aquiacute hemos estudiado la radiactividad en

relacioacuten con los aacutetomos individuales En el labora-

torio nos ocupamos en general con nuacutemeros muy

grandes de aacutetomos mucho mayores que el nuacuteme-

29

ro de habitantes de la tierra Si pudieacutesemos ver el

nuacutecleo de un aacutetomo individual podriacuteamos ver si

sufre o no desintegracioacuten radiactiva examinando

su composicioacuten Ciertas combinaciones de proto-

nes y neutrones son inestables Sin embargo lo

que no podriacuteamos determinar es cuando el aacutetomo

va a sufrir un cambio La radiactividad es un pro-

ceso aleatorio independiente en general de las

influencias externas

Cuando tenemos un nuacutemero grande de aacuteto-

mos el proceso de desintegracioacuten radiactiva se

hace maacutes predecible Podemos medir la vida me-

dia que es una propiedad caracteriacutestica de cada

radioisoacutetopo La vida media de un isoacutetopo radiac-

tivo es el periacuteodo durante el cual la mitad del nuacute-

mero original de aacutetomos sufre desintegracioacuten ra-

diactiva para formar un nuevo elemento Por

ejemplo supone que tuvieacutesemos 16 billones de

aacutetomos de tritio el isoacutetopo radiactivo de hidroacutege-

no La vida media del tritio es de 123 antildeos Esto

significa que al cabo de 123 antildeos se habraacuten desin-

30

tegrado 8 billones de aacutetomos de tritio y quedaraacuten

8 billones de aacutetomos Al cabo de otros 123 antildeos

se habraacute desintegrado la mitad de los 8 billones de

aacutetomos restantes Por tanto al cabo de dos vidas

medias quedaraacute una cuarta parte del nuacutemero ori-

ginal de aacutetomos de tritio Asiacute pues dos vidas me-

dias no hacen una entera

Podemos calcular la fraccioacuten restante del isoacute-

topo original al cabo de un nuacutemero dado de vidas

medias por medio de la relacioacuten

FRACCIOacuteN RESTANTE N21

=

Donde n es el nuacutemero de vidas medias trans-

curridas

31

6 RADIACTIVIDAD ARTIFICIAL

La radiactividad es un fenoacutemeno na-

tural y en esas condiciones poco

aprovechable

El hombre trabajoacute mucho para con-

trolarlo y hacer de este efecto algo

uacutetil Aunque como es muy habitual

en la humanidad las implementacio-

nes destructivas tambieacuten tuvieron

gran desarrollo

32

TRANSMUTACIOacuteN ARTIFICIAL

Las formas de radiactividad que se presentan

en la Naturaleza Se pueden inducir otras reaccio-

nes nucleares bombardeando nuacutecleos estables con

partiacuteculas alfa neutrones u otras partiacuteculas sub-

atoacutemicas Estas partiacuteculas si tienen suficiente

energiacutea penetran los nuacutecleos que antes eran esta-

bles e inducen alguna forma de emisioacuten radiacti-

va Al igual que la radiactividad natural este tipo

de cambio nuclear produce una transmutacioacuten un

elemento se transforma en otro Debido a que el

cambio no se habriacutea producido de manera natural

el proceso se conoce como transmutacioacuten artifi-

cial

Pocos antildeos despueacutes de su famoso experimen-

to de la laminilla de oro (bombardeo con radiacioacuten

alfa una lamina de oro y detectoacute en una lamina de

sulfuro de zinc la radiacioacuten emergente) Ernest

Rutherford estudioacute el bombardeo de diversos

elementos ligeros con partiacuteculas alfa Un experi-

33

mento de este tipo en el cual Rutherford bom-

bardeoacute nitroacutegeno dio por resultado la produccioacuten

de protones

N147 + He4

2 O178 + H1

1

(Recordaacute que el nuacutecleo de hidroacutegeno es un protoacuten

por eso usamos el siacutembolo alternativo H11 para el pro-

toacuten)

Observaacute que la suma de los nuacutemeros de nu-

cleones de la izquierda es igual a la suma de los

nuacutemeros de nucleones de la derecha Tambieacuten los

nuacutemeros atoacutemicos estaacuten balanceados

Rutherford habiacutea postulado en 1914 la exis-

tencia de protones en los nuacutecleos Un experimen-

to publicado en 1919 proporcionoacute la primera

comprobacioacuten empiacuterica de la existencia de estas

partiacuteculas fundamentales Ya antes Eugen Golds-

tein habiacutea producido protones en sus experimen-

34

tos con tubos de descarga en gas Goldstein obtu-

vo estas partiacuteculas a partir del hidroacutegeno gaseoso

contenido en el tubo por separacioacuten de un elec-

troacuten del aacutetomo de hidroacutegeno La trascendencia del

experimento de Rutherford consistioacute en que ob-

tuvo protones del nuacutecleo de un aacutetomo que no era

de hidroacutegeno con lo cual establecioacute la naturaleza

de los protones como partiacuteculas fundamentales Al

hablar de partiacuteculas fundamentales nos referimos a

las unidades baacutesicas a partir de las cuales se pue-

den formar estructuras maacutes complicadas (como el

nuacutecleo de nitroacutegeno) El experimento de Ruther-

ford constituyoacute la primera reaccioacuten nuclear indu-

cida

Durante la deacutecada de 1920 se llevaron a cabo

muchas transmutaciones artificiales En la deacutecada

de 1930 una de estas reacciones condujo al descu-

brimiento de otra partiacutecula fundamental En 1932

James Chadwick bombardeoacute berilio con partiacuteculas

alfa

35

Be94 + He4

2 C126 + n1

0 Entre los productos se encontraba el neutroacuten

RADIACTIVIDAD INDUCIDA

Las primeras reacciones nucleares produjeron

isoacutetopos que ya se conociacutean por estar presentes en

la Naturaleza Esto fue quizaacute fortuito porque era

inevitable que tarde o temprano se produjese un

nuacutecleo estable Iregravene Curie (hija de los ganadores

del premio Nobel de 1903) y su esposo Freacutedeacuteric

Joliot estudiaban el bombardeo de aluminio con

partiacuteculas alfa Se produciacutean neutrones y quedaba

como residuo un isoacutetopo de foacutesforo

Al2713 + He4

2 P3015 + n1

0

Para sorpresa de los investigadores el blanco

seguiacutea emitiendo partiacuteculas auacuten despueacutes de inte-

rrumpido el bombardeo El isoacutetopo de foacutesforo era

radiactivo y emitiacutea partiacuteculas cuya masa era igual a

36

la del electroacuten pero cuya carga era opuesta Estas

partiacuteculas se llaman positrones La reaccioacuten que

estaban observando era la siguiente

P3015 e0

1+ + Si3014

Asiacute pues surge una vez maacutes la pregunta iquestde doacuten-

de proviene esta partiacutecula si el nuacutecleo contiene

soacutelo protones y neutrones Anteriormente expli-

camos el hecho de que surgiese una partiacutecula beta

(un electroacuten) de un nuacutecleo afirmando que un neu-

troacuten se habiacutea descompuesto en un protoacuten y un

electroacuten Quizaacute un suceso similar puede explicar la

aparicioacuten de un positroacuten Considera que un pro-

toacuten del nuacutecleo se transforma en un neutroacuten y un

positroacuten (un protoacuten es ideacutentico a un nuacutecleo de

hidroacutegeno)

H11 e0

1+ + N10

Todo queda muy bien balanceado en esta

37

ecuacioacuten Al emitirse el positroacuten el nuacutecleo radiac-

tivo original tiene de pronto un protoacuten menos y

un neutroacuten maacutes que antes Por tanto la masa del

nuacutecleo producido es la misma pero su nuacutemero

atoacutemico se ha reducido en una unidad respecto al

nuacutecleo original Por este trabajo la pareja Joliot-

Curie se hizo acreedora al premio Nobel en 1935

(la pareja Joliot-Curie adoptoacute el apellido combina-

do para perpetuar el nombre de Curie Marie y

Pierre Curie tuvieron dos hijas pero ninguacuten hijo

varoacuten

38

7 USOS DE LOS RADIOISOacuteTOPOS

Muchas de las aplicaciones de la energiacutea

de la radiacioacuten se realizan a traveacutes de los

radioisoacutetopos

Gracias a ellos y a los detectores se evitan

grandes perdidas materiales y se ahorra

grandes esfuerzos

Los cientiacuteficos que trabajan en una amplia va-

riedad de campos emplean isoacutetopos radiactivos

(radioisoacutetopos) como rastreadores en sistemas

fiacutesicos quiacutemicos y bioloacutegicos Los isoacutetopos de un

elemento determinado sea radiactivo o no se

39

comportan de manera casi ideacutentica en los proce-

sos quiacutemicos y fiacutesicos En virtud de la facilidad

para detectar los isoacutetopos radiactivos es relativa-

mente faacutecil seguir sus movimientos incluso en un

sistema complicado

Como un ejemplo sencillo consideremos el

flujo de un liacutequido por una tuberiacutea Supongamos

que hay una fuga en una tuberiacutea enterrada bajo un

piso de concreto Podriacuteamos localizar la fuga le-

vantando partes extensas del piso o bien podriacutea-

mos agregar una pequentildea cantidad de material

radiactivo al liacutequido que va hacia el drenaje y ras-

trear el flujo de liacutequido con un contador Geiger

(un instrumento que detecta la radiactividad) Una

vez localizada la fuga soacutelo habriacutea que levantar una

parte pequentildea del piso para reparar la fuga Por lo

general se emplean para este propoacutesito isoacutetopos

de vida corta que desaparecen poco tiempo des-

pueacutes de realizar su funcioacuten

Anaacutelogamente podriacuteamos rastrear la incorpo-

racioacuten de foacutesforo en una planta verde La planta se

40

alimenta con un fertilizante que contiene foacutesforo

radiactivo Un meacutetodo sencillo de deteccioacuten con-

siste en colocar la planta sobre una peliacutecula foto-

graacutefica La radiacioacuten que emiten los isoacutetopos de

foacutesforo expone la peliacutecula en gran medida como

lo hace la luz Este tipo de exposicioacuten llamado

radiografiacutea muestra la distribucioacuten del foacutesforo en

la planta

Tambieacuten se da un buen uso a los rastreadores

radiactivos en la investigacioacuten agriacutecola Estos isoacute-

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 cuaacuteles son los mejores meacutetodos para

regular los insectos La mutacioacuten intencional de

plantas por irradiacioacuten ha producido nuevas y

mejores cepas de plantas de cultivo con valor co-

mercial desde raacutebanos hasta maniacute

Los radioisoacutetopos se emplean tambieacuten para

irradiar alimentos como meacutetodo de conservacioacuten

La radiacioacuten destruye los microorganismos que

41

causan la descomposicioacuten de los alimentos Los

alimentos irradiados muestran poco cambio en

cuanto a su saber o aspecto A muchas personas

les inquietan los posibles efectos dantildeinos de las

sustancias quiacutemicas que produce la radiacioacuten pero

no hay pruebas contundentes de dantildeos causados

por alimentos irradiados en animales de laborato-

rio alimentados con ellos y tampoco se conocen

efectos adversos en seres humanos en los paiacuteses

donde la irradiacioacuten se ha utilizado por muchos

antildeos El proceso de esterilizacioacuten no deja irradia-

cioacuten residual en los alimentos

Los radioisoacutetopos han sido empleados exten-

samente en la investigacioacuten cientiacutefica baacutesica El

mecanismo de la fotosiacutentesis se dilucidoacute en gran

parte utilizando carbono 14 como rastreador Por

ejemplo para determinar coacutemo fabrican las plan-

tas el azuacutecar glucosa a partir de dioacutexido de carbo-

no y agua la planta se expone a dioacutexido de carbo-

no radiactivo El investigador identifica los com-

puestos que se forman a partir de estas materias

42

primas y el orden en el que se sintetizan y despueacutes

determina cuaacuteles compuestos se tornan radiactivos

y en queacute secuencia Con base en los dates obteni-

dos de experimentos con rastreadores los cientiacutefi-

cos determinan las rutas metaboacutelicas de plantas

animales y seres humanos

43

8 MEDICINA NUCLEAR

La medicina nuclear ha generado tra-

tamientos y terapias inimaginables

antes de su descubrimiento

En el diagnostico generoacute meacutetodos no

invasivos que evitan a los paciente

tanto sufrimientos como peacuterdidas de

tiempo

En medicina nuclear se dan dos usos distintos

a los radioisoacutetopos para fines terapeacuteuticos o para

realizar un diagnoacutestico En la terapia con radiacioacuten

se intenta tratar o curar un padecimiento por

44

medio de radiacioacuten El uso de los radioisoacutetopos

con fines de diagnoacutestico busca obtener informa-

cioacuten acerca del estado de salud del paciente

TERAPIA POR RADIACIOacuteN

El caacutencer no es una sola enfermedad sino

muchas Algunas formas de caacutencer son particu-

larmente susceptibles a la terapia por radiacioacuten La

radiacioacuten se dirige cuidadosamente hacia el tejido

canceroso y se reduce al miacutenimo la exposicioacuten de

las ceacutelulas normales Si los efectos destructivos de

la radiacioacuten consiguen matar las ceacutelulas cancero-

sas se detiene el avance del tumor maligno (Pero

los pacientes que se someten a terapia por radia-

cioacuten suelen experimentar malestares a causa del

tratamiento Naacuteusea y voacutemito son los siacutentomas

usuales del malestar por radiacioacuten Asiacute pues el

objetivo de la terapia por radiacioacuten es destruir las

ceacutelulas cancerosas antes de que se cause un dantildeo

excesivo a los tejidos sanos La radiacioacuten tiene

45

efectos maacutes letales para las ceacutelulas que se reprodu-

cen con rapidez y eacutesta es precisamente la caracte-

riacutestica de las ceacutelulas cancerosas que permite que la

terapia por radiacioacuten tenga eacutexito

USOS DIAGNOacuteSTICOS DE LOS RADIOISOacuteTOPOS

Los radioisoacutetopos se usan para fines diagnoacutes-

ticos con el propoacutesito de obtener informacioacuten

acerca del tipo o el alcance de la enfermedad El

yodo 131 radiactivo se emplea para determinar el

tamantildeo la forma y la actividad de la glaacutendula ti-

roides asiacute como para tratar caacutenceres localizados

en esta glaacutendula y para controlar una tiroides hi-

peractiva Primero el paciente toma una solucioacuten

de yoduro de potasio que contiene yodo 131 El

organismo concentra el yodo en la tiroides Se

usan dosis grandes para el tratamiento del caacutencer

de la tiroides la radiacioacuten del isoacutetopo se concentra

en las ceacutelulas cancerosas de esta glaacutendula auacuten

cuando las ceacutelulas cancerosas se hayan extendido a

46

otras partes del cuerpo Sin embargo para fines de

diagnoacutestico soacutelo se necesita una pequentildea cantidad

del radioisoacutetopo Tambieacuten 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-

poracioacuten diferencial del isoacutetopo La imagen que

se obtiene se describe como una fotoexploracioacuten

y permite determinar con precisioacuten la ubicacioacuten de

un tumor en esa regioacuten del cuerpo

El radioisoacutetopo de uso maacutes extendido en medicina

es el gadolinio 153 Este isoacutetopo se emplea para

evaluar la mineralizacioacuten de los huesos Su popu-

laridad es un indicio del gran nuacutemero de personas

principalmente mujeres que sufren de osteoporo-

sis (reduccioacuten de la cantidad de tejido oacuteseo) a me-

dida que envejecen El gadolinio 153 emite dos

radiaciones caracteriacutesticas un rayo gamma y un

rayo X Un dispositivo analizador compara estas

radiacioacuten despueacutes de que atraviesan el hueso La

47

densidad del mismo se determina con base en las

diferencias de absorcioacuten de los rayos

El tecnecio 99m se utiliza en diversos ensayos

diagnoacutesticos La letra m quiere decir metaestable

lo que significa que este isoacutetopo emite cierta ener-

giacutea para convertirse en una versioacuten maacutes estable del

mismo isoacutetopo (mismo nuacutemero atoacutemico y mismo

peso atoacutemico) La energiacutea que desprende es el

rayo gamma que permite detectar el isoacutetopo

Tcm9943 Tc99

43 + y

Observa que la desintegracioacuten del tecnecio

99m no produce partiacuteculas alfa ni beta las cuales

podriacutean causar dantildeos innecesarios al organismo

Ademaacutes el tecnecio 99m tiene una vida media cor-

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

tividad no permanece en el organismo mucho

tiempo despueacutes de que la exploracioacuten se ha com-

pletado Esta vida media tan corta obliga a planifi-

48

car cuidadosamente el uso del radioisoacutetopo De

hecho lo que se adquiere no es el isoacutetopo mismo

El tecnecio 99m se forma por desintegracioacuten del

molibdeno 99

Mo9942 Tcm99

43 + e01minus + y

Se emplea un recipiente que contiene este isoacute-

topo de molibdeno y el producto de desintegra-

cioacuten el tecnecio 99 se extrae del recipiente a

medida que se necesita

Mediante el uso de modernas tecnologiacuteas ba-

sadas en la utilizacioacuten de computadoras la tomo-

grafiacutea por emisioacuten de positrones (PET por sus

siglas en ingleacutes) permite medir los procesos dinaacute-

micos que se llevan a cabo en el organismo como

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

boliza el oxiacutegeno o la glucosa Las exploraciones

de PET se emplean actualmente para identificar

con precisioacuten el aacuterea de dantildeo cerebral que desen-

49

cadena los ataques epileacutepticos graves Antes de la

exploracioacuten se inhalan o se inyectan compuestos

que contienen isoacutetopos emisores de positrones

como el carbono 11 Antes de que el positroacuten

emitido pueda recorrer una distancia apreciable en

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

teria ordinaria abundan los electrones) y se produ-

cen dos rayos gamma

C116 B11

5 + e01+

e01+ + e0

1minus 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 simultaacuteneamente

dos rayos gamma el sistema no toma en cuenta

los rayos gamma de la radiacioacuten natural de fondo

A continuacioacuten se emplea una computadora para

calcular la ubicacioacuten dentro del cuerpo del punto

50

en el cual ocurrioacute una aniquilacioacuten del positroacuten y

el electroacuten y se genera una imagen en esa regioacuten

La tabla contiene una lista de radioisoacutetopos de

uso comuacuten en la medicina La lista es necesaria-

mente incompleta Incluso con esta exposicioacuten tan

breve puedes hacerte una idea de la importancia

que los radioisoacutetopos tienen en la medicina La

aseveracioacuten de que la ciencia nuclear ha salvado

maacutes vidas de las destruidas por las bombas atoacutemi-

cas no carece el fundamento

51

Isoacutetopo Nombre Vida me-

dia Uso

C11 Carbono 11 203m Exploraciones cere-

brales

Cr51 Cromo 51 278d Determinacioacuten

del volumen sanguiacute-

neo

Co57 Cobalto 57 270d Medicioacuten de la

incorporacioacuten de

vitamina v12

Co60 Cobalto 60 526a Terapia de caacutencer

por radiacioacuten

Gd153 Gadolinio

153

242d Determinacioacuten

de la densidad oacutesea

Ga67 Galio 67 781h Exploracioacuten en

busca de tumores

pulmonares

I131 Yodo 131 807d Terapia de la ti-

roides

Ir192 Iridio 192 74d Terapia del caacuten-

cer de mamaacute

Fe59 Hierro 59 45d Deteccioacuten de

anemia

52

P32 Foacutesforo 32 143d Deteccioacuten de

caacutencer de la piel o

tumores oculares

Pu238 Plutonio

238

86a Suministra ener-

giacutea para marcapasos

Ra226 Radio 226 1600a Terapia de caacutencer

por radiacioacuten

Se75 Selenio 75 120d Exploraciones del

paacutencreas

Na24 Sodio 24 150h Localizacioacuten de

obstrucciones en el

flujo sanguiacuteneo

Tc99 Tecnecio 99 60h Obtencioacuten de imaacute-

genes de cerebro hiacutega-

do meacutedula oacutesea rintildeoacuten o

corazoacuten

Tl201 Talio 201 73h Deteccioacuten de pro-

blemas cardiacos con la

prueba de esfuerzo en

rueda de andar

H3 Tritio 123a Determinacioacuten de

agua corporal total

Xe133 Xenoacuten133 527d Obtencioacuten de imaacute-

genes de pulmoacuten

53

9 FECHADO POR MEDIO DE RADIOISOacuteTOPOS

Una de las aplicaciones maacutes in-

creiacutebles de la quiacutemica nuclear es la po-

sibilidad de averiguar la antiguumledad de

los objetos encontrados en las investi-

gaciones arqueoloacutegicas

Se puede usar la vida media de ciertos isoacuteto-

pos para estimar la antiguumledad de rocas y artefac-

tos arqueoloacutegicos El uranio 238 se desintegra con

una vida media de 4500 millones de anos Los

productos iniciales de esta desintegracioacuten tambieacuten

son radiactivos y la descomposicioacuten continuacutea

54

hasta que se forma un isoacutetopo de plomo (plomo

206) Los quiacutemicos pueden estimar la antiguumledad

de una roca determinando las proporciones relati-

vas de uranio 238 y plomo 206 Se ha encontrado

que algunas de las rocas maacutes antiguas de la Tierra

se formaron hace entre 3000 y 4500 millones de

antildeos En las rocas lunares y en meteoritos se ha

determinado una antiguumledad maacutexima de alrededor

de 4500 millones de antildeos Asiacute pues se considera

en general que la Tierra tiene una antiguumledad de

unos 4500 millones de antildeos

FECHADO POR CARBONO 14

En el fechado de artefactos interviene por lo

general un isoacutetopo radiactivo de carbono Se for-

ma carbono 14 en las capas superiores de la at-

moacutesfera por el bombardeo que experimenta el

nitroacutegeno ordinario por parte de los neutrones de

los rayos coacutesmicos

55

N147 + n1

0 C146 + H1

1

Este proceso origina una concentracioacuten cons-

tante de carbono 14 en el CO2 terrestre Las plan-

tas y animales vivos incorporan este isoacutetopo en

sus propias ceacutelulas Sin embargo cuando estos

seres mueren se interrumpe la incorporacioacuten de

carbono 14 y el carbono 14 que hay en el orga-

nismo se desintegra (con una vida media de 5 730

antildeos) a nitroacutegeno 14

Por consiguiente basta con medir la actividad

residual de carbono 14 en un artefacto de origen

vegetal o animal para determinar su antiguumledad

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 antildeos de antiguumle-

dad es decir ha estado muerta durante un tiempo

equivalente a una vida media Anaacutelogamente un

artefacto que muestra el 25 de la actividad de

carbono 14 del material vegetal reciente tiene

56

11460 anos de antiguumledad 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 aquiacute supone que la formacioacuten del isoacutetopo

fue constante a lo largo del tiempo En realidad no

es asiacute Sin embargo aproximadamente para los

uacuteltimos 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

aacuterboles Se han construido curvas de calibracioacuten

que permiten determinar fechas consideradas co-

mo exactas

En teacuterminos generales el meacutetodo de carbono

14 es razonablemente preciso para fechar objetos

de hasta 50000 antildeos de antiguumledad La cantidad

residual del isoacutetopo en los objetos de una antiguumle-

dad mayor que esa es demasiado pequentildea para

hacer una determinacioacuten exacta

El carboacuten de las fogatas de los pueblos anti-

57

guos fechado por determinacioacuten de la actividad

de carbono 14 se usa para estimar la antiguumledad

de otros artefactos encontrados en el mismo em-

plazamiento arqueoloacutegico La teacutecnica de fechado

por carbono 14 se ha usado tambieacuten para detectar

si supuestos artefactos antiguos han sido falsifica-

dos

EL SUDARIO DE TURIacuteN

Probablemente han oiacutedo hablar del sudario de

Turiacuten Se trata de una pieza de tejido de lino muy

antigua de unos 4 metros de largo que muestra la

impresioacuten aproximada de un cuerpo humano

Desde alrededor del antildeo 1350 dC 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-

bricacioacuten del lienzo habiacutea sido cultivado en alguacuten

memento entre los anos de 1260 y 1390 dC Por

58

tanto el lienzo no podriacutea haber existido en tiem-

pos de Cristo A diferencia de los pergaminos del

Mar Muerto para los que el fechado por carbono

14 demostroacute que son registros auteacutenticos de una

civilizacioacuten que existioacute hace unos 2000 antildeos el

sudario de Turiacuten resultoacute ser falso

FECHADO POR TRITIO

El tritio que es el isoacutetopo radiactivo del

hidroacutegeno sirve tambieacuten para fechar Su vida me-

dia de 123 antildeos lo hace uacutetil para fechar objetos de

hasta 100 antildeos de antiguumledad Una aplicacioacuten inte-

resante es el fechado de aguardientes Estas bebi-

das alcohoacutelicas son muy costosas cuando han sido

antildeejadas de 10 a 50 antildeos El fechado por tritio

permite comprobar la veracidad de los anuncios

publicitarios respecto al proceso de antildeejamiento

de las variedades maacutes caras

Hay muchos otros isoacutetopos que permiten es-

timar la antiguumledad de objetos y materiales

59

Isoacutetopo Vida me-

dia

(antildeos)

Periacuteodo de

utilidad Uso

Carbono 14 5730 500 a 50000

antildeos

Carboacuten vege-

tal material

orgaacutenico

Tritio 123 1 a 100 antildeosVinos antildeeja-

dos

Potasio 40 13 x 109 Desde 10000

antildeos

Rocas corteza

terrestre y

lunar

Renio 187 43 x1010 Desde 4 x

107 antildeos Meteoritos

Ranio238 45 x109 Desde 107

antildeos

Rocas corteza

terrestre

60

10 PLANTAS DE ENERGIacuteA NUCLEAR

iquestSabeacutes de doacutende viene esa energiacutea que nosotros usamos tanto Mucha de la energiacutea eleacutectrica es

producida por plantas nucleares de to-do el mundo

La energiacutea nuclear ha dado origen a bombas

muy destructivas y a la nociva precipitacioacuten ra-

diactiva y podriacutea incluso provocar un devastador

invierno nuclear Sin embargo una cantidad mu-

cho mayor de personas han recibido beneficios de

la energiacutea nuclear que las que han sido perjudica-

das por ella El hecho es que existen muchos usos

de la energiacutea nuclear que son sumamente beneacutefi-

61

cos Ya conocemos el uso de isoacutetopos radiactivos

en el diagnoacutestico cliacutenico y en el fechado de obje-

tos de antiguumledad desconocida Otro uso paciacutefico

de la energiacutea nuclear es la generacioacuten de electri-

cidad Una gran parte de la energiacutea eleacutectrica que

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

giacutea nuclear

En la actualidad una quinta parte de toda la

electricidad que se produce en Estados Unidos

proviene de plantas de energiacutea nuclear En Euro-

pa la dependencia respecto a la energiacutea nuclear

para la produccioacuten de electricidad es auacuten mayor

En Francia por ejemplo maacutes del 70 de la ener-

giacutea eleacutectrica del paiacutes proviene de plantas nuclea-

res

No es sorprendente que una reaccioacuten que

desprende tanta energiacutea como lo hace la fisioacuten

nuclear se use como fuente de energiacutea para gene-

rar electricidad En las plantas de energiacutea nuclear

se usa el calor obtenido de una reaccioacuten de fisioacuten

62

en cadena controlada para producir vapor de

agua que mueve las turbinas generadoras de elec-

tricidad El combustible nuclear es normalmente

oacutexido de uranio U3O8 enriquecido hasta alrede-

dor de 3 de uranio 235

La energiacutea nuclear es mucho maacutes limpia que la

que se obtiene quemando combustibles foacutesiles

(carboacuten petroacuteleo y gas) no produce cenizas finas

ni holliacuten no forma dioacutexido de carbono que con-

tribuye al efecto de invernadero y al calentamiento

global y no contamina el aire con oacutexidos de azu-

fre y de nitroacutegeno que dan origen a la lluvia aacutecida

Por otra parte emite grandes cantidades de calor

residual en el ambiente y lo que es mucho maacutes

serio produce muchos residuos radiactivos La

eliminacioacuten de todos estos materiales radiactivos

de desecho es uno de los problemas constantes

que se tienen en relacioacuten con las plantas de energiacutea

nuclear

63

11 BOMBA ATOacuteMICA

Todos sabemos los desastres que pue-

den causar la detonacioacuten de una bomba

nuclear

Aquiacute presentamos la explicacioacuten teoacuterica

y coacutemo se pone en praacutectica

COacuteMO FUNCIONA UNA BOMBA NUCLEAR EN LA

TEORIacuteA

El 16 de Julio de 1945 estalloacute la primera bomba

atoacutemica en el campo de pruebas de Trinity cerca

de aacutelamo Gordo (Nuevo Meacutejico) Desde ese pre-

64

ciso instante la historia de la humanidad ha pasado

a una nueva era la era nuclear

Nunca hasta entonces se habiacutean tenido los cono-

cimientos necesarios como para saber que la masa

puede convertirse en grandes cantidades de ener-

giacutea y coacutemo podiacutea realizarse ese proceso hasta

entonces reservado tan soacutelo a las estrellas

La famosa foacutermula de Einstein E = mc2 ha pasa-

do ya ha formar parte de la cultura popular auacuten sin

que en realidad se llegue a saber que implica

Donde E es energiacutea m masa y c la velocidad de la

luz (constante) En esta ecuacioacuten se expresa la

relacioacuten de equivalencia entre masa y energiacutea Por

ejemplo haciendo algunas cuentas se ve que con

un gramo de uranio si se convirtiese totalmente

en energiacutea se obtendriacutean 25 millones de Kw

Aplicado como una bomba nuclear basta decir

que para asolar Hiroshima soacutelo se convirtioacute un

65

gramo de masa (aunque toda la bomba como me-

canismo pesara cuatro toneladas) su potencia fue

de 125 kilotones es decir para igualar su potencia

seriacutean 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 combustibles

de fisioacuten Cuando en un espacio se reuacutene la sufi-

ciente cantidad de materia (denominada masa criacute-

tica) se produce una reaccioacuten en cadena espontaacute-

nea esto es el nuacutecleo de los aacutetomos del material

se divide liberando energiacutea y varios neutrones

raacutepidos que provocan que otros nuacutecleos tam-

bieacuten se dividan y liberen maacutes energiacutea y neutrones

Este proceso se denomina fisioacuten nuclear Sin em-

bargo si la densidad no es suficiente la energiacutea

liberada hace que el material se expanda y se de-

tenga el proceso Para evitar que se pare la reac-

cioacuten se recurre a una materia muy densa de por siacute

(isoacutetopos del uranio y plutonio) que ademaacutes se

comprime de manera muy raacutepida para lograr una

66

altiacutesima densidad que permite que los neutrones

raacutepidos choquen antes con otros nuacutecleos y se

produzcan antes el mayor nuacutemero 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 maacutes energiacutea Para una

explosioacuten de 100 kilotones son necesarias 58 ge-

neraciones las 7 uacuteltimas generan el 999 de la

energiacutea en periodo cortiacutesimo de tiempo Tambieacuten

puede liberarse energiacutea con la fusioacuten en este pro-

ceso los nuacutecleos se unen en vez de separarse pero

se requieren altiacutesimas temperaturas (del orden de

millones de grados) para que este proceso se lleve

a cabo Para esta reaccioacuten se usan aacutetomos ligeros

(maacutes faacuteciles de unir) generalmente hidroacutegeno o

sus isoacutetopos (deuterio y tritio) Para unir dos aacuteto-

mos basta con hacerlos chocar Los protones de

cada aacutetomo 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

67

fusioacuten deben comprimirse fuertemente los nuacute-

cleos y una vez hecho soacutelo podraacuten continuar uni-

dos si pierden un equivalente de la energiacutea que les

hizo apretarse En el caso de usar deuterio y tritio

se libera violentamente un neutroacuten Esta energiacutea

liberada es la que forma una bomba de fusioacuten

tambieacuten denominada bomba H

COMO FUNCIONA UNA BOMBA ATO-MICA EN LA PRACTICA

Sea cual fuere el sistema de funcionamiento de

una bomba nuclear (fusioacuten o fisioacuten) una cantidad

de masa se convierte en energiacutea la potencia soacutelo

depende de la capacidad de la ingenieriacutea para con-

vertir maacutes masa antes de que la reaccioacuten disperse

las moleacuteculas en teoriacutea la potencia es por tanto

ilimitada

Una bomba nuclear consiste baacutesicamente en una

esfera hueca de plutonio que no es lo suficiente-

68

mente densa como para producir una reaccioacuten 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 explosioacuten se disparan los detonado-

res que hacen que el material explosivo estalle de

la manera lo maacutes regular posible para que enviacutee

una onda de choque esfeacuterica hacia el plutonio

Cuando eacutesta impacta contra eacutel lo comprime y re-

duce su volumen empujaacutendolo hacia el centro de

la esfera hasta que alcanza una densidad suficiente

(supercriacutetica) y se dispara el iniciador de neutrones

para comenzar la reaccioacuten en cadena que da lugar

a la explosioacuten nuclear

Las bombas termonucleares de fusioacuten o H nece-

sitan de una gran temperatura para que se puedan

unir los nuacutecleos esto se consigue en el interior de

una explosioacuten de fisioacuten que es el comienzo de

toda bomba H

69

Una vez acabada la reaccioacuten de fusioacuten nos encon-

traremos con una esfera expandida con una tem-

peratura de millones de grados en la que existen

los productos de la fusioacuten (litio e isoacutetopos del

hidroacutegeno) Tal es su velocidad que pueden fun-

dirse unos con otros dando lugar a la reaccioacuten de

fusioacuten Esta reaccioacuten genera maacutes energiacutea que la

anterior y libera gran cantidad de partiacuteculas nu-

cleares pero no es una reaccioacuten en cadena ya que

el propio calor que genera hace que las partiacuteculas

se separen y se expandan en forma de una esfera

de plasma con una temperatura que tan soacutelo expe-

rimenta el universo de manera natural en las estre-

llas En nuestro sol por ejemplo ocurren la fusioacuten

nuclear de hidroacutegeno y helio Pero antes de que la

reaccioacuten se extinga los neutrones generados por

las detonaciones anteriores provocan de nuevo

una reaccioacuten de fusioacuten sobre una camisa de U-

238 pero esta vez mucho mayor que las anterio-

res La potencia de una bomba termonuclear care-

ce de liacutemite una bomba como la de Hiroshima de

70

125 kilotones (un kilotoacuten equivale a 1000 tonela-

das de TNT) se considera dentro de los arsenales

modernos como pequentildea siendo las de un mega-

toacuten (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 la

Segunda Guerra Mundial

Para la construccioacuten de una bomba nuclear nor-

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

primero no forma parte de la reaccioacuten nuclear

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

nera espontaacutenea emitiendo neutrones que son

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

duzca de manera accidental la reaccioacuten en cadena

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

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

cioacuten 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

71

reactores nucleares a partir del U-238

La desintegracioacuten del uranio en la reaccioacuten en

cadena se produce de manera espontaacutenea para una

masa de 50 Kg si eacuteste elemento es puro El pluto-

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

da reaccioacuten en cadena de modo que se mezcla de

berilo y polonio dando como resultado un pro-

ducto que aunque no es fisionable por si solo una

pequentildea cantidad actuacutea como catalizador para las

grandes reacciones Asiacute bastan 16 Kg de PU-239

para obtener la masa supercriacutetica y 10 Kg si se

mezcla con U-238

El U-235 es muy difiacutecil de extraer por encontrarse

en la naturaleza muy mezclado con otros com-

puestos Asiacute por cada 25000 toneladas de mineral

de uranio bruto soacutelo se obtienen 50 toneladas de

uranio del que el 993 es U-235 y el resto el

rariacutesimo isoacutetopo U-238 ambos soacutelo se pueden

separar de manera mecaacutenica gracias a la leviacutesima

72

diferencia de peso entre ambos Asiacute el uranio se

mezcla en forma gaseosa con fluor (hexafluoriacutedri-

co) que es impulsado a baja presioacuten hacieacutendolo

pasar por unas caacutemaras que aumentan la concen-

tracioacuten de uranio sensiblemente tras cientos de

pasadas Para una central nuclear la pureza ha de

ser del 2 y para una bomba (teoacutericamente) el

95

Para separar el isoacutetopo se recurre a la centrifuga-

cioacuten del gas siendo el maacutes pesado U-238 despedi-

do hacia el exterior con maacutes fuerza Para obtener

otra vez el uranio separado del gas se recurre a la

separacioacuten magneacutetica

MECANISMOS QUE SUELEN COMPONER UNA

BOMBA NUCLEAR

Los mecanismos que suelen componer una bom-

ba nuclear son los siguientes

73

ALTIacuteMETRO No suele usarse el baromeacutetrico

por verse afectado por las condiciones atmosfeacuteri-

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 seguacuten el tiempo transcu-

rrido en el recorrido puede saberse la altura sin

necesidad de complicar maacutes el sistema para dar

una precisioacuten que en realidad no es importante (2

o 3 m de diferencia no son apreciables maacutes que

en minibombas bastante menores que las de

Hiroshima) siendo la altura normal de detonacioacuten

la de 2000 m

En la praacutectica 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 electroacute-

nicamente para obtener la diferencia de ambas

que es proporcional a la altura Los pulsos suelen

emitirse 120 veces por segundo y alcanzan un

74

rango de 3000 m sobre la tierra y 6000 m sobre

el mar (la reflexioacuten es alliacute mejor) siendo su error

de hasta 15 m

CABEZA DETONADORA Como ya se dijo

estaacute compuesta de una carga explosiva muy bien

calibrada que a la orden del altiacutemetro detona

produciendo una onda de choque uniforme sobre

el elemento radioactivo comprimieacutendolo hasta

alcanzar la masa supercriacutetica

Compantildeiacuteas privadas producen camisas explosivas

que modificadas pueden ser usadas para la fabri-

cacioacuten del objeto que nos ocupa La cantidad de

presioacuten necesaria a aplicar es un secreto por razo-

nes de seguridad aunque se sabe que los explosi-

vos plaacutesticos son ideales sobre todo por su malea-

bilidad y facilidad de manejo

El detonador variacutea si es combustible es uranio o

plutonio

75

DETONADOR DE URANIO La masa total se

divide en dos partes una mayor de forma semies-

feacuterica y coacutencava que se acopla perfectamente con

la otra maacutes pequentildea Como es de suponer ambas

se encuentran separadas hasta el momento de la

detonacioacuten en el que una explosioacuten convencional

dispara la parte pequentildea que impacta contra la

mayor para lograr en un instante la masa supercriacute-

tica

DETONADOR DE PLUTONIO Necesita

una precisioacuten de ingenieriacutea mucho mayor que la

anterior ya que estaacute compuesta de 32 secciones de

plutonio-berilio-polonio todas de igual forma y

posicioacuten distribuidas conceacutentricamente El aspecto

final es parecido al de un baloacuten de fuacutetbol Todas

han de cerrarse simeacutetricamente en una diezmillo-

neacutesima de segundo para conseguir la detonacioacuten

DEFLECTOR DE NEUTRONES Suele ser

U-238 Su funcioacuten es la que ya se explicoacute evitar

76

una reaccioacuten accidental ademaacutes refleja las partiacutecu-

las de vuelta cuando se alcanza la masa supercriacuteti-

ca

ESCUDO PROTECTOR Recibe otros nom-

bres pero su funcioacuten es siempre la de proteger de

la radiacioacuten natural tanto al personal que la maneja

como a los circuitos de la bomba que pueden su-

frir cortocircuitos o puestas en funcionamiento

accidentales

SISTEMA DE ARMADO Es otro sistema maacutes

de seguridad consistente en quitar una parte im-

prescindible de la bomba para evitar detonaciones

accidentales de modo que soacutelo cuando estaacute

proacuteximo su lanzamiento se inserta esta parte Una

analogiacutea seriacutea como si al aparcar nuestro coche le

quitaacuteramos el volante o una bujiacutea asiacute estariacuteamos

seguros de que no nos lo roban porque sin estas

partes el coche no funciona

77

12 EFECTOS DE UNA EXPLOSIOacuteN NUCLEAR

Tenemos frescas en nuestra memo-

ria las imaacutegenes que nos mostroacute la

televisioacuten cuando se produjo el ac-

cidente de Chernobyl

Aquiacute explicamos todas las conse-

cuencias de una detonacioacuten 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

78

bull Radiacioacuten nuclear inicial la altiacutesima

temperatura y la elevada presioacuten que se

genera en el interior de la explosioacuten emi-

ten radiacioacuten en todas las direcciones Esta

se compone de rayos alfa beta y gamma

que son una forma de radiacioacuten electro-

magneacutetica de alta energiacutea que puede causar

la muerte sin que el individuo se de cuenta

de que ha sido irradiado Una explosioacuten de

un megatoacuten (de tamantildeo estaacutendar) matariacutea

a todo ser humano en 15 Km a la redonda

que se encontrase al aire libre

Las partiacuteculas alfa son ideacutenticas a un nuacutecleo de

helio son las que mas larga vida tienen unos mil

antildeos pero su poder de penetracioacuten 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 radiacioacuten Con 45 cm de tierra se

consigue reducir la radiacioacuten veinte veces

Las partiacuteculas beta penetran maacutes siendo suficiente

79

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

to la radiacioacuten (una pared moderna ya espesa se

compone de 1 pie de ladrillo maacutes caacutemara maacutes

aislante maacutes ladrillo hueco y yeso que suele que-

darse en los 37 cm)

Los de maacutes poder de penetracioacuten son las gamma

y por tanto los maacutes peligrosos ya son los que se

introducen en los refugios nucleares auacuten con

grandes espesores de hormigoacuten La uacutenica protec-

cioacuten eficaz es la de interponer grandes masas de

material mejor cuanto maacutes denso siendo el ideal

el plomo ya que pasa por los materiales como la

luz por una tela si esta es maacutes densa mayor canti-

dad de chocaraacute con ella y no la traspasaraacute Para

reducir la dosis a un veinteavo se precisan 30 cm

de hormigoacuten armado

bull Pulso electromagneacutetico La intensa acti-

vidad de los rayos gamma genera mediante

induccioacuten una corriente de alto voltaje so-

80

bre antenas viacuteas feacuterreas tuberiacuteas que des-

truye todas las instalaciones eleacutectricas de

una amplia zona si la explosioacuten se efectuacutea

a gran altura Una detonacioacuten de muchos

kilotones a 200 km sobre Omaha (Ne-

brasca) destruiriacutea todos los circuitos eleacutec-

tricos integrados de toda Norteameacuterica y

parte de Meacutejico y Canadaacute Ante el riesgo

de una detonacioacuten nuclear es conveniente

alejarse de liacuteneas eleacutectricas y viacutea feacuterreas ya

que la corriente inducida puede electrocu-

tarnos

bull Pulso teacutermico al expandirse la bola de

fuego el aire circundante absorbe energiacutea

en forma de rayos X y la irradia en forma

de una luz cegadora y un intensiacutesimo ca-

lor Una bomba de 20 Megatones produci-

riacutea una intensa luz durante 20 segundos y

causariacutea quemaduras de segundo grado a

81

cualquier persona expuesta a 45 Km de

distancia

bull Onda de choque La raacutepida expansioacuten de

la bola de fuego genera una onda de cho-

que como cualquier explosioacuten pero de

una potencia muy superior ya que puede

aplastar o barrer edificios dantildeaacutendolos muy

seriamente o destruyeacutendolos por comple-

to ya que maacutes que empujar por su dura-

cioacuten lo que hace es estrujar Una bomba

de 20 megatones no dejariacutea en un radio de

20 Km maacutes que escombros soacutelo se salva-

riacutean las cimentaciones y construcciones

enterradas

bull Primera lluvia radioactiva o lluvia ra-

diactiva local una explosioacuten de 20 mega-

tones aras de suelo produciriacutea un craacuteter de

183 m de profundidad la elevada tempe-

82

ratura vaporiza todo lo que se encuentra

dentro de la bola de fuego todo se funde

con los materiales radiactivos de la fisioacuten o

fusioacuten y se eleva con el hongo para luego

precipitar en forma de finas cenizas Esto

ocurriraacute durante las 24 h siguientes a la

explosioacuten y afectaraacute a una regioacuten maacutes o

menos amplia para una misma potencia

seguacuten la climatologiacutea El fenoacutemeno se am-

pliacutea considerablemente si la detonacioacuten se

produce cerca del suelo La energiacutea 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 maacutes destructivos los deno-

minados secundarios como incendios en masa

que acabariacutean con los pocos supervivientes y ma-

tariacutean a maacutes que el pulso teacutermico y la onda de

choque

83

Ademaacutes en caso de que se lanzaran muchas

bombas nucleares sus efectos secundarios seriacutean

mucho maacutes 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 10000 mega-

tones miacutenimos para considerar un holocausto

como tal

bull El primero de estos efectos es que la ra-

dioactividad liberada en caso de holocaus-

to penetrariacutea en todos y cada uno de los

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

Mientras que en dosis altas (seguacuten la espe-

cie) produciriacutea la muerte en otras maacutes ba-

jas los efectos seriacutean de lo maacutes variados

(mutaciones esterilidad)

bull El segundo seriacutea que los materiales im-

pulsados por las detonaciones se elevariacutean

hasta la troposfera donde ocultariacutean la luz

84

del sol durante meses o antildeos haciendo ba-

jar la temperatura de la tierra y alterando la

fotosiacutentesis de los vegetales y el plancton

marino seriacutea el famoso invierno nuclear

Ademaacutes estos materiales radiactivos iriacutean

cayendo durante meses o antildeos convirtieacuten-

dose en una lluvia radiactiva global que

auacuten con menos dosis radiactiva que una

lluvia provocada por una bomba seriacutea

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

antildeos Ese 5 de energiacutea liberada por la

lluvia radiactividad en una bomba es poco

pero en los 10000 megatones de un holo-

causto suponen ya 500 megatones que iraacuten

estallando durante miles de antildeos des-

pueacutes de la cataacutestrofe

85

bull El tercero seriacutea una reduccioacuten en la capa

de ozono producida por el oacutexido de nitroacute-

geno generado por las bolas de fuego de

modo que la radiacioacuten solar que llegase a

la tierra seriacutea mortal Un 70 del ozono

desapareceriacutea en el hemisferio norte y un

40 en el sur siendo necesarios treinta

antildeos para recuperar su estado normal

86

Ejercicios 12

MODELO DE RESOLUCIOacuteN

La distribucioacuten de los electrones de un aacutetomo

en sus niveles y subniveles se puede representar en

forma abreviada de la siguiente manera

a) Un coeficiente que indica el nuacutemero del nivel

de energiacutea (n)

b) Una letra que corresponde al subnivel

c) Un supraiacutendice que sentildeala el nuacutemero de elec-

trones que hay en el subnivel

1H = 1s1

3Li = 1s2 2s1

En razoacuten del entrecruzamiento de subniveles

el orden en que se van completando los subniveles

por energiacutea creciente es el siguiente

87

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

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

5d 6p 7s 5f 6d

7p

Para visualizar la distribucioacuten de los electrones

en orbitales se puede representar cada orbital por

un pequentildeo cuadrado dividido por una diagonal

y cada electroacuten mediante una flecha

Entonces el orbital puede estar

Vaciacuteo incompleto completo

(1 electroacuten) (2 electrones)

En caso del orbital completo las flechas tienen

sentido contrario para indicar que los electrones

presentan spin contrario

El llenado de los orbitales por los electrones

se realiza a partir de los niveles y subniveles en

88

orden creciente de energiacutea Cada nuevo electroacuten se

incorpora a un orbital vaciacuteo

De ese modo los elementos quedan represen-

tados asiacute

1H =

1s

3Li =

1s 2s

7N =

1s 2s 2p

89

Ejercicios 121

1) Un aacutetomo de foacutesforo tiene 15 protones y 16

neutrones Indicaacute cuaacutel es su

a) nuacutemero atoacutemico (Z) b) nuacutemero

de masa (A)

2) Un aacutetomo de potasio tiene Z =19 y A = 39

Indicaacute su nuacutemero de

a) protones b) electrones

c) neutrones

3) Completaacute los datos que faltan en el siguiente

cuadro

90

ELE-

MEN-

TO

NUacute-

MERO

ATOacute-

MICO

NUacute-

MERO

DE

MASA

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) Sentildealaacute el nombre y siacutembolo de los elementos

cuyas configuraciones electroacutenicas 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) Escribiacute la configuracioacuten electroacutenica de los

siguientes elementos

91

a) Na2311 = c) O16

8 =

b) Cl3517 = d) C12

6 =

6) De acuerdo con la siguiente representacioacuten de

los electrones en orbitales indicaacute a queacute ele-

mentos corresponden

a)

b)

c)

d)

7) Representaacute la distribucioacuten de los electrones en

orbitales de los elementos

a) 7N= c) 18Ar =

b) 15AI = d) 19K =

92

Hoja de respuestas121

1) a) 15 b) 31 2) a) 19 b) 19 c) 20

3)

ELE-

MEN-

TO

NUacuteME-

RO

ATOacute-

MICO

NUacute-

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)Argoacuten Ar

d)Escandio Sc

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

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)middot

94

Ejercicios 1211

Modelo de resolucioacuten

El nuacutemero de oxidacioacuten se asigna seguacuten las si-

guientes reglas

1) El nuacutemero de oxidacioacuten de los elementos en la

sustancia simple es cero

Ejemplo Cu0 02Cl

2) El nuacutemero de oxidacioacuten del oxiacutegeno es 2

excepto en las sustancias como el agua oxige-

nada Ejemplo H2

2Ominus

3) El nuacutemero de oxidacioacuten del hidroacutegeno es +1

excepto en las sustancias donde estaacute combina-

do con los metales Ejemplo 1

H+

2O

4) El nuacutemero de oxidacioacuten de un ion monoatoacute-

mico es igual a la carga del ion Ejemplo Ca2-

Cl-

95

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

braica de los nuacutemeros de oxidacioacuten de todos

los aacutetomos debe ser cero Ejemplo 1

H+

2

2Ominus

there42(+1) + (-2) = 0

6) En los iones que tienen maacutes de un aacutetomo la

suma algebraica de los nuacutemeros de oxidacioacuten

de todos los aacutetomos es igual a la carga del ion

El nuacutemero de oxidacioacuten se escribe colocando primero el signo y luego el nuacutemero

Ejemplo el nuacutemero de oxidacioacuten del aluminio es +3

1) Calculaacute los nuacutemeros de oxidacioacuten en la moleacute-

cula de dioacutexido de azufre (SO2)

Datos SO2 nuacutemero de oxidacioacuten del O2

es 2

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de S

Resolucioacuten Cada aacutetomo de oxiacutegeno tiene

nuacutemero de oxidacioacuten 2 por lo tanto el nuacute-

mero de oxidacioacuten del azufre es +4 porque

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

96

2) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten del azufre en

el aacutecido sulfuacuterico (H2SO4)

Datos H2SO2 nuacutemero de oxidacioacuten del

O2 es 2 nuacutemero de oxidacioacuten de H es -1

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de S

Resolucioacuten Se debe cumplir que la suma al-gebraica de todos los nuacutemeros de oxidacioacuten sea cero

4(-2) + 21 + x = 0

-8 + 2 + x = 0

x = 6

Respuesta el nuacutemero de oxidacioacuten del azufre

en el aacutecido sulfuacuterico es +6

3) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten del nitroacutegeno

en el nitrato de sodio (NaNO3)

Datos NaNO3 nuacutemero de oxidacioacuten del

O2 es 2

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de N

97

Resolucioacuten El nuacutemero de oxidacioacuten del

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

ga eleacutectrica positiva

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

1 6 + x = 0

x = 5

Respuesta el nuacutemero de oxidacioacuten del nitroacute-

geno en el nitrato de sodio es +5

4) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten del azufre en

el ion sulfato (S 24Ominus )

Datos S 24Ominus nuacutemero de oxidacioacuten del O2

es 2

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de S

Resolucioacuten La suma de los nuacutemeros de

oxidacioacuten es igual a 2 porque el ion sulfato

tiene dos cargas negativas (2-)

x + 4(-2) = -2

x 8 = -2

x = 6

98

Respuesta El nuacutemero de oxidacioacuten del azu-

fre en el ion sulfato es +6

99

Ejercicios 1212

1) Dibujaacute los siacutembolos de Lewis para los aacutetomos

de

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

2) iquestCoacutemo adquiere la distribucioacuten electroacutenica del

ineacutertido maacutes cercano cada uno de los siguien-

tes aacutetomos

a) K b)

F c)

S d) Mg e)

Br

3) Escribiacute las ecuaciones ioacutenicas la foacutermula elec-

troacutenica y la foacutermula miacutenima del compuesto

ioacutenico formado por

a) K y Br (bromuro de potasio)

b) Ca y O (oacutexido de calcio)

4) Marcaacute con una X las propiedades correspon-

dientes a las sustancias que presentan uniones

ioacutenicas

100

a) Son soacutelidas y tienen bajo punto de fusioacuten ( )

b) Conducen la corriente eleacutectrica fundidas o di-

sueltas en agua ( )

c) Tienen brillo metaacutelico ( )

d) Forman cristales duros y quebradizos solubles

en agua ( )

e) No conducen la corriente eleacutectrica ( )

5) Explicaacute coacutemo se unen dos aacutetomos de bromo

para formar la moleacutecula Br2 y escribiacute su

foacutermula electroacutenica y su foacutermula desarrollada

6) La foacutermula del monoacutexido de dicloro es Cl2O

a) Indicaacute queacute tipo de unioacuten existe entre el cloro y

el oxiacutegeno

b) Escribiacute su foacutermula electroacutenica y su foacutermula

desarrollada

7) El azufre y el oxiacutegeno forman dos oacutexidos

importantes el dioacutexido de azufre (SO2) y el

101

trioacutexido de azufre (SO3) Para el trioacutexido de

azufre

a) Indicaacute queacute tipo de unioacuten existe entre el azufre

y los tres aacutetomos de oxiacutegeno

b) Escribiacute la foacutermula electroacutenica

c) Escribiacute la foacutermula desarrollada

8) Marcaacute 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

liacutequidas o soacutelidas ( )

c) Son duacutectiles y maleables ( )

d) No forman moleacuteculas son agregados de

iones ( )

e) No son buenas conductoras de la corriente

eleacutectrica ( )

102

9) Coloque en el pareacutentesis UCP si la unioacuten es

covalente polar y UCNP si es covalento no

polar en cada una de las siguientes sustancias

a) cloruro de hidroacutegeno HCl ( )

b) Hidroacutegeno H2 ( )

c) yodo l2 ( )

10) Escribiacute la foacutermula electroacutenica y la foacutermula

desarrollada de cada una de las sustancias

mencionadas en el ejercicio 9

11) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten

a) del azufre (S)en el dioacutexido de azufre (SO2) en

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

sodio (Na2S)

b) del nitroacutegeno (N) en el dioacutexido de nitroacutegeno

(NO2) en el aacutecido niacutetrico (HNO3) y en el ni-

trato de potasio (KNO3)

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

can en el concepto de unioacuten metaacutelica

103

a) Tienen bajo punto de fusioacuten y de

ebullicioacuten ( )

b) Tienen brillo metaacutelico ( )

c) Conducen la corriente eleacutectrica sin

alterarse ( )

d) En estado soacutelido son malos conductores de la

corriente eleacutectrica ( )

e) Forman hilos y laacuteminas delgadas ( )

104

Hoja de respuestas 1212

1) a) He b) Al c)

Si d)

Ar e)

N

2) a) cede un electroacuten d) cede electrones c)

gana dos electrones b) y e) gana un electroacuten

3) a) Ecuaciones ioacutenicas

K K1+ + 1 e

Br + 1 e Br1-

K1+ + Br- KBr

Foacutermula electroacutenica K1+minus

1

Br

Foacutermula miacutenima KBr

b) Ecuaciones ioacutenicas

Ca Ca 2+ + 2 e

O + 2 e O2-

Ca2+ + O2- CaO

Foacutermula electroacutenica Ca2+ minus

2

O

105

Foacutermula miacutenima CaO

4) b y d

5) se unen compartiendo un par de electrones

6) a) unioacuten covalente

b) foacutermula electroacutenica

Cl

O

Cl

foacutermula desarrollada Cl O Cl

7) a) una unioacuten covalente doble entre el azufre y

uno de los aacutetomos de oxiacutegeno dos uniones cova-

lentes coordinadas con los otros dos aacutetomos de

oxiacutegeno

b) Foacutermula electroacutenica

Foacutermula desarrollada

106

8) a b y e

9) a) UCP y c) UCNP

10) Foacutermula electroacutenica Foacutermula desarrollada

a) H

Cl H Cl

b) HH H H

c)

I

I l I

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

12) b c y e

  • RADIACTIVIDAD
    • IacuteNDICE
      • 1 RADIACTIVIDAD NATURAL
      • 2 RELACIOacuteN ENTRE LA LEY DE LAVOISIER Y LA DE EINSTEIN
      • 3 INTERACCIONES ENTRE AacuteTOMOS Y ONDAS
      • 4 PODER DE PENETRACIOacuteN DE LA RADIACIOacuteN
      • 5 VIDA MEDIA
      • 6 RADIACTIVIDAD ARTIFICIAL
      • 7 USOS DE LOS RADIOISOacuteTOPOS
      • 8 MEDICINA NUCLEAR
      • 9 FECHADO POR MEDIO DE RADIOISOacuteTOPOS
      • 10 PLANTAS DE ENERGIacuteA NUCLEAR
      • 11 BOMBA ATOacuteMICA
      • 12 EFECTOS DE UNA EXPLOSIOacuteN NUCLEAR
        • Ejercicios 12
        • Ejercicios 121
        • Hoja de respuestas121
        • Ejercicios 1211
        • Ejercicios 1212
        • Hoja de respuestas 1212

4

IacuteNDICE

1 Radiactividad Natural 6 2 Relacioacuten Entre La Ley De Lavoisier Y La

De Einstein 11 3 Interacciones Entre Aacutetomos Y Ondas 15 4 Poder De Penetracioacuten De La Radiacioacuten 23 5 Vida Media 28 6 Radiactividad Artificial 31 7 Usos De Los Radioisoacutetopos 38 8 Medicina Nuclear 43 9 Fechado Por Medio De Radioisoacutetopos 53 10 Plantas De Energiacutea Nuclear 60 11 Bomba Atoacutemica 63 12 Efectos De Una Explosioacuten Nuclear 77

Ejercicios 12 86 Ejercicios 121 89 Hoja De Respuestas121 92 Ejercicios 1211 94 Ejercicios 1212 99

5

Hoja De Respuestas 1212 104

6

1 RADIACTIVIDAD NATURAL

Todos sabemos los perjuicios

de la radiactividad otros pocos co-

nocen los beneficios pero

iquestQueacute es la radiactividad

Ciertos nuacutecleos son inestables en su forma na-

tural experimentan desintegracioacuten radiactiva Por

ejemplo los aacutetomos de radio con 226 nucleones

se descomponen espontaacuteneamente y emiten partiacute-

culas alfa(α) Como las partiacuteculas alfa son ideacutenticas

a nuacutecleos de helio el proceso se puede resumir

7

por medio de la siguiente ecuacioacuten

Ra22688 He4

2 + Rn22286

El nuevo elemento que tiene dos protones

menos se identifica por su nuacutemero atoacutemico (86)

como radoacuten (Rn) En la figura se muestra un se-

gundo ejemplo de desintegracioacuten alfa

Tambieacuten los nuacutecleos de tritio son inestables

El tritio es uno de los isoacutetopos pesados de hidroacute-

geno Como todo nuacutecleo de hidroacutegeno el nuacutecleo

de tritio contiene un protoacuten Sin embargo a dife-

rencia del isoacutetopo maacutes comuacuten de hidroacutegeno el

nuacutecleo de tritio contiene dos neutrones y su masa

es por tanto de 3 uma ( H31 ) El tritio se descom-

8

pone por desintegracioacuten beta (β) Puesto que una

partiacutecula beta es ideacutentica a un electroacuten podemos

escribir el proceso como

H31 e0

1minus + He32 o H3

1 βminus01 + He3

2

El isoacutetopo que se produce se identifica por su

nuacutemero atoacutemico como helio (He)

iquestCoacutemo es posible que el nuacutecleo original que

contiene soacutelo un protoacuten y dos neutrones emita un

electroacuten

Podemos concebir la transformacioacuten de uno

de los neutrones del nuacutecleo de tritio original en un

protoacuten y un electroacuten

n10 p1

1 + e01minus

El nuacutecleo retiene el nuevo protoacuten (por tanto

el nuacutemero atoacutemico del producto aumenta en una

unidad) y el electroacuten o partiacutecula beta que praacutecti-

9

camente carece de masa sale despedido (el nuacutecleo

que se produce tiene el mismo nuacutemero de masa

que el nuacutecleo original) En la figura se muestra un

segundo ejemplo de desintegracioacuten beta

El tercer tipo de radiactividad se llama desin-

tegracioacuten gamma (γ) En este tipo de emisioacuten no

intervienen partiacuteculas soacutelo se emite energiacutea La

emisioacuten gamma acompantildear la emisioacuten de partiacutecu-

las alfa o beta

En la tabla que sigue se resumen los tipos

principales de desintegracioacuten radiactiva y los cam-

bios nucleares correspondientes

10

Tipo

De

Radia-

cioacuten

Coacutedi-

go

Nordm Nu-

cleonesCarga

Cam-

bios Nordm

Nucleo-

nes

Cambio

Nordm Atoacute-

mico

ALFA α 4 2+ Dismi-

nuye 4

Disminu-

ye 2

BETA β 0 1- NingunoAumenta

1

GAM-

MA γ 0 0 Ninguno Ninguno

11

2 RELACIOacuteN ENTRE LA LEY DE LAVOISIER Y LA DE EINSTEIN

Cuando hervimos agua por mucho

tiempo eacutesta desaparece

Cuando mezclamos dos sustancias

miscibles pareciera que una de las

dos oculta a la otra

Cuando se produces reaccioacuten nuclea-

res iquestpodemos aplicar las mismas

consideraciones

La ley de Lavoisier maacutes conocida como Ley

de Conservacioacuten de la Masa plantea que en las

12

reacciones quiacutemicas la materia no se crea ni se

destruye sino que solo cambia la naturaleza de las

sustancias Pero si pensamos un papel quemaacuten-

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 la

forma correcta de enunciar la ley de Lavoisier es

La masa total de

un sistema cerrado se

mantiene constante

independientemente

de los cambios fiacutesicos

o quiacutemicos que en eacutel

se produzcan

Hay que remarcar que la ley se cumple para un

sistema cerrado

13

A comienzos del siglo XX se ha demostrado

que durante las espectaculares reacciones de fu-

sioacuten nuclear que ocurren en el sol y otras estrellas

se destruyen cantidades de materia apareciendo

en su lugar enormes cantidades de energiacutea Esto

sucede tambieacuten en las explosiones atoacutemicas y pro-

cesos similares En estos cambios extraordinarios

se puede medir la destruccioacuten de materia A sus

expensas se crea energiacutea Estos dos elementos

materia y energiacutea se pueden relacionar a traveacutes de

una relacioacuten descubierta por Einstein

mcE sdot= 2

Donde E y m representan los cambios de

energiacutea y de masa respectivamente durante la

transformacioacuten y c es la velocidad de la luz(3108

ms)

14

De esta manera la desaparicioacuten de un gramo

de materia daraacute origen a 91020ergios o 91013 jou-

les Esta energiacutea liberada es suficiente como para

calentar 2105 toneladas de agua de 0ordmC a 100ordmC

Materia y energiacutea pueden interconvertirse En

los procesos quiacutemicos la cantidad de materia que

se transforma en energiacutea es tan pequentildea que resul-

ta imposible medir con los instrumentos actuales

la variacioacuten de masa correspondiente

15

3 INTERACCIONES ENTRE AacuteTOMOS Y ONDAS

Sabemos que la energiacutea se transforma en

materia y viceversa

Pero iquestsabemos si pueden interactuar en-

tre si

Para responder a esta duda recorreremos una parte de la historia del conocimiento del aacutetomo

16

Definicioacuten La partiacutecula de un cuerpo

simple maacutes pequentildea capaz de entrar en las re-

acciones quiacutemicas

1803 Dalton propone que la materia se di-

vidiacutea en elementos y compuesto Los elemen-

tos constituidos por aacutetomos y los compuestos

por moleacuteculas

Siglo XIX se piensa que los aacutetomos son

divisibles se componen de varias partiacuteculas

1897 Thomson descubre el electroacuten antildeos

despueacutes Nagaoka propone que los electrones

giran en oacuterbitas alrededor de una partiacutecula po-

sitiva

En 1911 Rutherford descubre el nuacutecleo

atoacutemico con su experimento de la laacutemina de

oro

17

Alrededor de 1920 Borh propone que los

electrones giran alrededor del nuacutecleo en oacuterbi-

tas circulares donde cada oacuterbita corresponde a

un nivel de energiacutea diferente

Antildeos maacutes tarde De Broglie postula el

principio de dualidad en donde el electroacuten se

comporta como una onda y partiacutecula Como

consecuencia solo se puede encontrar al elec-

troacuten en un aacuterea determinada llamada nivel de

energiacutea ya que no se puede conocer la veloci-

dad y posicioacuten al mismo tiempo( a este fenoacute-

meno se lo denomina principio de incerti-

dumbre de Heisenberg) Esto produce el desa-

rrollo de la mecaacutenica cuaacutentica

Radiactividad

En 1896 Becquerel descubre una propiedad

nueva de la materia a la que posteriormente Marie

Curie llamoacute Radiactividad

18

La radiactividad no depende de la naturaleza

fiacutesica o quiacutemica del aacutetomo sino que es una propie-

dad del nuacutecleoLa causa que los origina probable-

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

tiacuteculas que se encuentran en el nuacutecleo

En general los nuacutecleos de aacutetomos pesados

presentan cierta inestabilidad para lo cual emiten

radiacioacuten para alcanzar estados de equilibrio

Dichas radiaciones podemos dividirlas en

Desintegraciones alfa desintegraciones beta y

desintegraciones gamma

Desintegraciones alfa Cuando el nuacutecleo

atoacutemico es inestable a causa del gran nuacutemero

de protones que posee (ocurre en los elemen-

tos maacutes pesados es decir con Z = 83 o supe-

rior) la estabilidad es alcanzada con frecuen-

cia emitiendo una partiacutecula alfa es decir un

19

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

tones y dos neutrones

Desintegraciones beta Cuando la rela-

cioacuten de neutrones protones en un nuacutecleo

atoacutemico es elevada el nuacutecleo se estabiliza emi-

tiendo un neutroacuten o bien como ocurre con

frecuencia emitiendo una partiacutecula beta es

decir un electroacuten

Desintegraciones gamma Los rayos

gamma son ondas electromagneacuteticas de gran

energiacutea muy parecidos a los rayos X y en cier-

tas ocasiones se presentan cuando ocurre una

desintegracioacuten de partiacuteculas beta o bien una

emisioacuten de positrones Por lo tanto la radia-

cioacuten gamma no posee carga eleacutectrica y su na-

turaleza ondulatoria permite describir su ener-

giacutea en relacioacuten a su frecuencia de emisioacuten

20

INTERACCIOacuteN DE LAS RADIACIONES CON LA

MATERIA

La radiacioacuten al chocar con las moleacuteculas que

encuentra a su paso produce iones esto se debe a

que excita los electrones de los aacutetomos de las mo-

leacuteculas es decir les entrega energiacutea para que pasen

a oacuterbitas superiores

bull Radiaciones alfa (α) compuesta por dos

protones y dos neutrones de bajo poder

de penetracioacuten y alta capacidad de ioniza-

cioacuten Se mueve en liacutenea recta debido a su

gran cantidad de masa

21

bull Radiaciones beta (β) formada por elec-

trones de carga negativa su masa es pe-

quentildea por lo tanto es propensa a cambiar

de trayectoria bajo poder de penetracioacuten y

bajo poder de ionizacioacuten Al acercarse a un

nuacutecleo se frena la energiacutea que pierde en el

frenado la libera como rayos X Si una par-

tiacutecula beta choca con un positroacuten (electroacuten

negativo) se aniquila y emite un rayo

gamma

bull Radiaciones gamma (γ) son las de ma-

yor energiacutea no tiene carga eleacutectrica por lo

22

tanto no desviacutean sus trayectorias frente a

campos eleacutectricos tienen un alto poder de

penetracioacuten y un alto poder de ionizacioacuten

Pueden llegar a extraer electrones de los

aacutetomos los cuales a su vez ionizan otras

moleacuteculas

Neutrones no poseen carga eleacutectrica tienen

un alto poder de penetracioacuten Al chocar contra un

aacutetomo ceden parte de su energiacutea y se frenan Los

neutrones de baja velocidad se denominan neu-

trones teacutermicos los cuales se descomponen en un

electroacuten y un protoacuten o pueden ser absorbidos por

otros nuacutecleos atoacutemicos

23

4 PODER DE PENETRACIOacuteN DE LA RADIACIOacuteN

La radiacioacuten es uno de los efectos

maacutes peligrosos de la energiacutea nuclear

No todas las partiacuteculas emitidas

tienen la misma posibilidad de atrave-

sar los elementos

Los materiales radiactivos pueden ser peligro-

sos porque la radiacioacuten que se emite puede dantildear

los tejidos vivos La capacidad para inflingir dantildeos

depende en parte del poder de la radiacioacuten para

penetrar en los tejidos

24

En condiciones de igualdad por lo demaacutes

cuanto mayor es la masa de una partiacutecula menor

es su poder de penetracioacuten Las partiacuteculas alfa

que son nuacutecleos de helio con una masa de 4 uma

constituyen el menos penetrante de los tres tipos

principales de radiactividadLas partiacuteculas beta

ideacutenticas a los electrones cuya masa es insignifi-

cante son un poco maacutes penetrantes Los rayos

gamma como los rayos X carecen totalmente de

masa su poder de penetracioacuten es mucho mayor

que el de los otros dos tipos

Puede parecer contrario al sentido comuacuten

pensar que las partiacuteculas maacutes grandes se abren

camino con maacutes dificultad Consideraacute sin embar-

go que el poder de penetracioacuten refleja la capaci-

dad de la radiacioacuten para abrirse camino a traveacutes

de una muestra de materia Es como si trataras de

hacer rodar piedras por un campo de grandes ro-

cas La partiacutecula alfa se comporta como si fuese

una roca grande Debido a su tamantildeo no puede

25

avanzar mucho sin chocarse con otras rocas y ser

detenida por ellas La partiacutecula beta se comporta

como una piedra pequentildea que puede introducirse

entre las rocas y quizaacute hasta rebotar en ellas hasta

completar un recorrido maacutes largo El rayo gamma

es comparable a un grano de arena capaz de pasar

por las aberturas maacutes pequentildeas

Al principio de esta explicacioacuten dijimos que si

todo lo demaacutes es igual asiacute es como funcionan las

cosas Pero lo demaacutes no siempre es igual Cuanto

maacutes raacutepido se mueve una partiacutecula o maacutes energiacutea

tiene la radiacioacuten mayor es su poder de penetra-

cioacuten

Si la sustancia radiactiva estaacute afuera del cuer-

po las partiacuteculas alfa de poco poder de penetra-

cioacuten son las menos peligrosas pues las detiene la

capa externa de la piel Tambieacuten las partiacuteculas beta

se detienen normalmente antes de alcanzar oacuterga-

nos vitales Los rayos gamma atraviesan sin difi-

26

cultad los tejidos asiacute que una fuente externa de los

mismos puede ser muy peligrosa En cambio

cuando la fuente radiactiva estaacute adentro del cuerpo

la situacioacuten se invierte Las partiacuteculas alfa que no

penetran pueden causar graves dantildeos Todas estas

partiacuteculas estaacuten atrapadas en el interior del cuerpo

el cual tiene entonces la posibilidad de absorber

toda la energiacutea que libera la partiacutecula Las partiacutecu-

las alfa infligen el dantildeo en un aacuterea muy pequentildea

porque no se desplazan muy lejos Las partiacuteculas

beta distribuyen el dantildeo en un aacuterea algo mayor

porque recorren distancias mayores Los tejidos se

pueden recuperar de un dantildeo limitado disperso en

un aacuterea grande pero es menos probable que so-

brevivan a una lesioacuten concentrada

Las personas que trabajan con materiales ra-

diactivos disponen de diversas formas de prote-

gerse contra ellos La maacutes simple consiste en ale-

jarse de la fuente porque la intensidad de la radia-

cioacuten disminuye con la distancia respecto a la fuen-

27

te Los trabajadores se pueden proteger tambieacuten

por medio de blindajes Una hoja de papel detiene

casi todas las partiacuteculas alfa Un bloque de madera

o una laacutemina delgada de aluminio detiene las par-

tiacuteculas beta

Pero se necesitan varios metros de concreto o

varios centiacutemetros de plomo para detener los ra-

yos gamma

28

5 VIDA MEDIA

Cuando hablamos de aacutetomos individuales

estamos trabajando con elementos que

apenas imaginamos

Para entender lo que pasa con la radia-

cioacuten debemos referirnos a un grupo maacutes

grande de partiacuteculas y trabajar con pro-

medios

Hasta aquiacute hemos estudiado la radiactividad en

relacioacuten con los aacutetomos individuales En el labora-

torio nos ocupamos en general con nuacutemeros muy

grandes de aacutetomos mucho mayores que el nuacuteme-

29

ro de habitantes de la tierra Si pudieacutesemos ver el

nuacutecleo de un aacutetomo individual podriacuteamos ver si

sufre o no desintegracioacuten radiactiva examinando

su composicioacuten Ciertas combinaciones de proto-

nes y neutrones son inestables Sin embargo lo

que no podriacuteamos determinar es cuando el aacutetomo

va a sufrir un cambio La radiactividad es un pro-

ceso aleatorio independiente en general de las

influencias externas

Cuando tenemos un nuacutemero grande de aacuteto-

mos el proceso de desintegracioacuten radiactiva se

hace maacutes predecible Podemos medir la vida me-

dia que es una propiedad caracteriacutestica de cada

radioisoacutetopo La vida media de un isoacutetopo radiac-

tivo es el periacuteodo durante el cual la mitad del nuacute-

mero original de aacutetomos sufre desintegracioacuten ra-

diactiva para formar un nuevo elemento Por

ejemplo supone que tuvieacutesemos 16 billones de

aacutetomos de tritio el isoacutetopo radiactivo de hidroacutege-

no La vida media del tritio es de 123 antildeos Esto

significa que al cabo de 123 antildeos se habraacuten desin-

30

tegrado 8 billones de aacutetomos de tritio y quedaraacuten

8 billones de aacutetomos Al cabo de otros 123 antildeos

se habraacute desintegrado la mitad de los 8 billones de

aacutetomos restantes Por tanto al cabo de dos vidas

medias quedaraacute una cuarta parte del nuacutemero ori-

ginal de aacutetomos de tritio Asiacute pues dos vidas me-

dias no hacen una entera

Podemos calcular la fraccioacuten restante del isoacute-

topo original al cabo de un nuacutemero dado de vidas

medias por medio de la relacioacuten

FRACCIOacuteN RESTANTE N21

=

Donde n es el nuacutemero de vidas medias trans-

curridas

31

6 RADIACTIVIDAD ARTIFICIAL

La radiactividad es un fenoacutemeno na-

tural y en esas condiciones poco

aprovechable

El hombre trabajoacute mucho para con-

trolarlo y hacer de este efecto algo

uacutetil Aunque como es muy habitual

en la humanidad las implementacio-

nes destructivas tambieacuten tuvieron

gran desarrollo

32

TRANSMUTACIOacuteN ARTIFICIAL

Las formas de radiactividad que se presentan

en la Naturaleza Se pueden inducir otras reaccio-

nes nucleares bombardeando nuacutecleos estables con

partiacuteculas alfa neutrones u otras partiacuteculas sub-

atoacutemicas Estas partiacuteculas si tienen suficiente

energiacutea penetran los nuacutecleos que antes eran esta-

bles e inducen alguna forma de emisioacuten radiacti-

va Al igual que la radiactividad natural este tipo

de cambio nuclear produce una transmutacioacuten un

elemento se transforma en otro Debido a que el

cambio no se habriacutea producido de manera natural

el proceso se conoce como transmutacioacuten artifi-

cial

Pocos antildeos despueacutes de su famoso experimen-

to de la laminilla de oro (bombardeo con radiacioacuten

alfa una lamina de oro y detectoacute en una lamina de

sulfuro de zinc la radiacioacuten emergente) Ernest

Rutherford estudioacute el bombardeo de diversos

elementos ligeros con partiacuteculas alfa Un experi-

33

mento de este tipo en el cual Rutherford bom-

bardeoacute nitroacutegeno dio por resultado la produccioacuten

de protones

N147 + He4

2 O178 + H1

1

(Recordaacute que el nuacutecleo de hidroacutegeno es un protoacuten

por eso usamos el siacutembolo alternativo H11 para el pro-

toacuten)

Observaacute que la suma de los nuacutemeros de nu-

cleones de la izquierda es igual a la suma de los

nuacutemeros de nucleones de la derecha Tambieacuten los

nuacutemeros atoacutemicos estaacuten balanceados

Rutherford habiacutea postulado en 1914 la exis-

tencia de protones en los nuacutecleos Un experimen-

to publicado en 1919 proporcionoacute la primera

comprobacioacuten empiacuterica de la existencia de estas

partiacuteculas fundamentales Ya antes Eugen Golds-

tein habiacutea producido protones en sus experimen-

34

tos con tubos de descarga en gas Goldstein obtu-

vo estas partiacuteculas a partir del hidroacutegeno gaseoso

contenido en el tubo por separacioacuten de un elec-

troacuten del aacutetomo de hidroacutegeno La trascendencia del

experimento de Rutherford consistioacute en que ob-

tuvo protones del nuacutecleo de un aacutetomo que no era

de hidroacutegeno con lo cual establecioacute la naturaleza

de los protones como partiacuteculas fundamentales Al

hablar de partiacuteculas fundamentales nos referimos a

las unidades baacutesicas a partir de las cuales se pue-

den formar estructuras maacutes complicadas (como el

nuacutecleo de nitroacutegeno) El experimento de Ruther-

ford constituyoacute la primera reaccioacuten nuclear indu-

cida

Durante la deacutecada de 1920 se llevaron a cabo

muchas transmutaciones artificiales En la deacutecada

de 1930 una de estas reacciones condujo al descu-

brimiento de otra partiacutecula fundamental En 1932

James Chadwick bombardeoacute berilio con partiacuteculas

alfa

35

Be94 + He4

2 C126 + n1

0 Entre los productos se encontraba el neutroacuten

RADIACTIVIDAD INDUCIDA

Las primeras reacciones nucleares produjeron

isoacutetopos que ya se conociacutean por estar presentes en

la Naturaleza Esto fue quizaacute fortuito porque era

inevitable que tarde o temprano se produjese un

nuacutecleo estable Iregravene Curie (hija de los ganadores

del premio Nobel de 1903) y su esposo Freacutedeacuteric

Joliot estudiaban el bombardeo de aluminio con

partiacuteculas alfa Se produciacutean neutrones y quedaba

como residuo un isoacutetopo de foacutesforo

Al2713 + He4

2 P3015 + n1

0

Para sorpresa de los investigadores el blanco

seguiacutea emitiendo partiacuteculas auacuten despueacutes de inte-

rrumpido el bombardeo El isoacutetopo de foacutesforo era

radiactivo y emitiacutea partiacuteculas cuya masa era igual a

36

la del electroacuten pero cuya carga era opuesta Estas

partiacuteculas se llaman positrones La reaccioacuten que

estaban observando era la siguiente

P3015 e0

1+ + Si3014

Asiacute pues surge una vez maacutes la pregunta iquestde doacuten-

de proviene esta partiacutecula si el nuacutecleo contiene

soacutelo protones y neutrones Anteriormente expli-

camos el hecho de que surgiese una partiacutecula beta

(un electroacuten) de un nuacutecleo afirmando que un neu-

troacuten se habiacutea descompuesto en un protoacuten y un

electroacuten Quizaacute un suceso similar puede explicar la

aparicioacuten de un positroacuten Considera que un pro-

toacuten del nuacutecleo se transforma en un neutroacuten y un

positroacuten (un protoacuten es ideacutentico a un nuacutecleo de

hidroacutegeno)

H11 e0

1+ + N10

Todo queda muy bien balanceado en esta

37

ecuacioacuten Al emitirse el positroacuten el nuacutecleo radiac-

tivo original tiene de pronto un protoacuten menos y

un neutroacuten maacutes que antes Por tanto la masa del

nuacutecleo producido es la misma pero su nuacutemero

atoacutemico se ha reducido en una unidad respecto al

nuacutecleo original Por este trabajo la pareja Joliot-

Curie se hizo acreedora al premio Nobel en 1935

(la pareja Joliot-Curie adoptoacute el apellido combina-

do para perpetuar el nombre de Curie Marie y

Pierre Curie tuvieron dos hijas pero ninguacuten hijo

varoacuten

38

7 USOS DE LOS RADIOISOacuteTOPOS

Muchas de las aplicaciones de la energiacutea

de la radiacioacuten se realizan a traveacutes de los

radioisoacutetopos

Gracias a ellos y a los detectores se evitan

grandes perdidas materiales y se ahorra

grandes esfuerzos

Los cientiacuteficos que trabajan en una amplia va-

riedad de campos emplean isoacutetopos radiactivos

(radioisoacutetopos) como rastreadores en sistemas

fiacutesicos quiacutemicos y bioloacutegicos Los isoacutetopos de un

elemento determinado sea radiactivo o no se

39

comportan de manera casi ideacutentica en los proce-

sos quiacutemicos y fiacutesicos En virtud de la facilidad

para detectar los isoacutetopos radiactivos es relativa-

mente faacutecil seguir sus movimientos incluso en un

sistema complicado

Como un ejemplo sencillo consideremos el

flujo de un liacutequido por una tuberiacutea Supongamos

que hay una fuga en una tuberiacutea enterrada bajo un

piso de concreto Podriacuteamos localizar la fuga le-

vantando partes extensas del piso o bien podriacutea-

mos agregar una pequentildea cantidad de material

radiactivo al liacutequido que va hacia el drenaje y ras-

trear el flujo de liacutequido con un contador Geiger

(un instrumento que detecta la radiactividad) Una

vez localizada la fuga soacutelo habriacutea que levantar una

parte pequentildea del piso para reparar la fuga Por lo

general se emplean para este propoacutesito isoacutetopos

de vida corta que desaparecen poco tiempo des-

pueacutes de realizar su funcioacuten

Anaacutelogamente podriacuteamos rastrear la incorpo-

racioacuten de foacutesforo en una planta verde La planta se

40

alimenta con un fertilizante que contiene foacutesforo

radiactivo Un meacutetodo sencillo de deteccioacuten con-

siste en colocar la planta sobre una peliacutecula foto-

graacutefica La radiacioacuten que emiten los isoacutetopos de

foacutesforo expone la peliacutecula en gran medida como

lo hace la luz Este tipo de exposicioacuten llamado

radiografiacutea muestra la distribucioacuten del foacutesforo en

la planta

Tambieacuten se da un buen uso a los rastreadores

radiactivos en la investigacioacuten agriacutecola Estos isoacute-

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 cuaacuteles son los mejores meacutetodos para

regular los insectos La mutacioacuten intencional de

plantas por irradiacioacuten ha producido nuevas y

mejores cepas de plantas de cultivo con valor co-

mercial desde raacutebanos hasta maniacute

Los radioisoacutetopos se emplean tambieacuten para

irradiar alimentos como meacutetodo de conservacioacuten

La radiacioacuten destruye los microorganismos que

41

causan la descomposicioacuten de los alimentos Los

alimentos irradiados muestran poco cambio en

cuanto a su saber o aspecto A muchas personas

les inquietan los posibles efectos dantildeinos de las

sustancias quiacutemicas que produce la radiacioacuten pero

no hay pruebas contundentes de dantildeos causados

por alimentos irradiados en animales de laborato-

rio alimentados con ellos y tampoco se conocen

efectos adversos en seres humanos en los paiacuteses

donde la irradiacioacuten se ha utilizado por muchos

antildeos El proceso de esterilizacioacuten no deja irradia-

cioacuten residual en los alimentos

Los radioisoacutetopos han sido empleados exten-

samente en la investigacioacuten cientiacutefica baacutesica El

mecanismo de la fotosiacutentesis se dilucidoacute en gran

parte utilizando carbono 14 como rastreador Por

ejemplo para determinar coacutemo fabrican las plan-

tas el azuacutecar glucosa a partir de dioacutexido de carbo-

no y agua la planta se expone a dioacutexido de carbo-

no radiactivo El investigador identifica los com-

puestos que se forman a partir de estas materias

42

primas y el orden en el que se sintetizan y despueacutes

determina cuaacuteles compuestos se tornan radiactivos

y en queacute secuencia Con base en los dates obteni-

dos de experimentos con rastreadores los cientiacutefi-

cos determinan las rutas metaboacutelicas de plantas

animales y seres humanos

43

8 MEDICINA NUCLEAR

La medicina nuclear ha generado tra-

tamientos y terapias inimaginables

antes de su descubrimiento

En el diagnostico generoacute meacutetodos no

invasivos que evitan a los paciente

tanto sufrimientos como peacuterdidas de

tiempo

En medicina nuclear se dan dos usos distintos

a los radioisoacutetopos para fines terapeacuteuticos o para

realizar un diagnoacutestico En la terapia con radiacioacuten

se intenta tratar o curar un padecimiento por

44

medio de radiacioacuten El uso de los radioisoacutetopos

con fines de diagnoacutestico busca obtener informa-

cioacuten acerca del estado de salud del paciente

TERAPIA POR RADIACIOacuteN

El caacutencer no es una sola enfermedad sino

muchas Algunas formas de caacutencer son particu-

larmente susceptibles a la terapia por radiacioacuten La

radiacioacuten se dirige cuidadosamente hacia el tejido

canceroso y se reduce al miacutenimo la exposicioacuten de

las ceacutelulas normales Si los efectos destructivos de

la radiacioacuten consiguen matar las ceacutelulas cancero-

sas se detiene el avance del tumor maligno (Pero

los pacientes que se someten a terapia por radia-

cioacuten suelen experimentar malestares a causa del

tratamiento Naacuteusea y voacutemito son los siacutentomas

usuales del malestar por radiacioacuten Asiacute pues el

objetivo de la terapia por radiacioacuten es destruir las

ceacutelulas cancerosas antes de que se cause un dantildeo

excesivo a los tejidos sanos La radiacioacuten tiene

45

efectos maacutes letales para las ceacutelulas que se reprodu-

cen con rapidez y eacutesta es precisamente la caracte-

riacutestica de las ceacutelulas cancerosas que permite que la

terapia por radiacioacuten tenga eacutexito

USOS DIAGNOacuteSTICOS DE LOS RADIOISOacuteTOPOS

Los radioisoacutetopos se usan para fines diagnoacutes-

ticos con el propoacutesito de obtener informacioacuten

acerca del tipo o el alcance de la enfermedad El

yodo 131 radiactivo se emplea para determinar el

tamantildeo la forma y la actividad de la glaacutendula ti-

roides asiacute como para tratar caacutenceres localizados

en esta glaacutendula y para controlar una tiroides hi-

peractiva Primero el paciente toma una solucioacuten

de yoduro de potasio que contiene yodo 131 El

organismo concentra el yodo en la tiroides Se

usan dosis grandes para el tratamiento del caacutencer

de la tiroides la radiacioacuten del isoacutetopo se concentra

en las ceacutelulas cancerosas de esta glaacutendula auacuten

cuando las ceacutelulas cancerosas se hayan extendido a

46

otras partes del cuerpo Sin embargo para fines de

diagnoacutestico soacutelo se necesita una pequentildea cantidad

del radioisoacutetopo Tambieacuten 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-

poracioacuten diferencial del isoacutetopo La imagen que

se obtiene se describe como una fotoexploracioacuten

y permite determinar con precisioacuten la ubicacioacuten de

un tumor en esa regioacuten del cuerpo

El radioisoacutetopo de uso maacutes extendido en medicina

es el gadolinio 153 Este isoacutetopo se emplea para

evaluar la mineralizacioacuten de los huesos Su popu-

laridad es un indicio del gran nuacutemero de personas

principalmente mujeres que sufren de osteoporo-

sis (reduccioacuten de la cantidad de tejido oacuteseo) a me-

dida que envejecen El gadolinio 153 emite dos

radiaciones caracteriacutesticas un rayo gamma y un

rayo X Un dispositivo analizador compara estas

radiacioacuten despueacutes de que atraviesan el hueso La

47

densidad del mismo se determina con base en las

diferencias de absorcioacuten de los rayos

El tecnecio 99m se utiliza en diversos ensayos

diagnoacutesticos La letra m quiere decir metaestable

lo que significa que este isoacutetopo emite cierta ener-

giacutea para convertirse en una versioacuten maacutes estable del

mismo isoacutetopo (mismo nuacutemero atoacutemico y mismo

peso atoacutemico) La energiacutea que desprende es el

rayo gamma que permite detectar el isoacutetopo

Tcm9943 Tc99

43 + y

Observa que la desintegracioacuten del tecnecio

99m no produce partiacuteculas alfa ni beta las cuales

podriacutean causar dantildeos innecesarios al organismo

Ademaacutes el tecnecio 99m tiene una vida media cor-

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

tividad no permanece en el organismo mucho

tiempo despueacutes de que la exploracioacuten se ha com-

pletado Esta vida media tan corta obliga a planifi-

48

car cuidadosamente el uso del radioisoacutetopo De

hecho lo que se adquiere no es el isoacutetopo mismo

El tecnecio 99m se forma por desintegracioacuten del

molibdeno 99

Mo9942 Tcm99

43 + e01minus + y

Se emplea un recipiente que contiene este isoacute-

topo de molibdeno y el producto de desintegra-

cioacuten el tecnecio 99 se extrae del recipiente a

medida que se necesita

Mediante el uso de modernas tecnologiacuteas ba-

sadas en la utilizacioacuten de computadoras la tomo-

grafiacutea por emisioacuten de positrones (PET por sus

siglas en ingleacutes) permite medir los procesos dinaacute-

micos que se llevan a cabo en el organismo como

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

boliza el oxiacutegeno o la glucosa Las exploraciones

de PET se emplean actualmente para identificar

con precisioacuten el aacuterea de dantildeo cerebral que desen-

49

cadena los ataques epileacutepticos graves Antes de la

exploracioacuten se inhalan o se inyectan compuestos

que contienen isoacutetopos emisores de positrones

como el carbono 11 Antes de que el positroacuten

emitido pueda recorrer una distancia apreciable en

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

teria ordinaria abundan los electrones) y se produ-

cen dos rayos gamma

C116 B11

5 + e01+

e01+ + e0

1minus 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 simultaacuteneamente

dos rayos gamma el sistema no toma en cuenta

los rayos gamma de la radiacioacuten natural de fondo

A continuacioacuten se emplea una computadora para

calcular la ubicacioacuten dentro del cuerpo del punto

50

en el cual ocurrioacute una aniquilacioacuten del positroacuten y

el electroacuten y se genera una imagen en esa regioacuten

La tabla contiene una lista de radioisoacutetopos de

uso comuacuten en la medicina La lista es necesaria-

mente incompleta Incluso con esta exposicioacuten tan

breve puedes hacerte una idea de la importancia

que los radioisoacutetopos tienen en la medicina La

aseveracioacuten de que la ciencia nuclear ha salvado

maacutes vidas de las destruidas por las bombas atoacutemi-

cas no carece el fundamento

51

Isoacutetopo Nombre Vida me-

dia Uso

C11 Carbono 11 203m Exploraciones cere-

brales

Cr51 Cromo 51 278d Determinacioacuten

del volumen sanguiacute-

neo

Co57 Cobalto 57 270d Medicioacuten de la

incorporacioacuten de

vitamina v12

Co60 Cobalto 60 526a Terapia de caacutencer

por radiacioacuten

Gd153 Gadolinio

153

242d Determinacioacuten

de la densidad oacutesea

Ga67 Galio 67 781h Exploracioacuten en

busca de tumores

pulmonares

I131 Yodo 131 807d Terapia de la ti-

roides

Ir192 Iridio 192 74d Terapia del caacuten-

cer de mamaacute

Fe59 Hierro 59 45d Deteccioacuten de

anemia

52

P32 Foacutesforo 32 143d Deteccioacuten de

caacutencer de la piel o

tumores oculares

Pu238 Plutonio

238

86a Suministra ener-

giacutea para marcapasos

Ra226 Radio 226 1600a Terapia de caacutencer

por radiacioacuten

Se75 Selenio 75 120d Exploraciones del

paacutencreas

Na24 Sodio 24 150h Localizacioacuten de

obstrucciones en el

flujo sanguiacuteneo

Tc99 Tecnecio 99 60h Obtencioacuten de imaacute-

genes de cerebro hiacutega-

do meacutedula oacutesea rintildeoacuten o

corazoacuten

Tl201 Talio 201 73h Deteccioacuten de pro-

blemas cardiacos con la

prueba de esfuerzo en

rueda de andar

H3 Tritio 123a Determinacioacuten de

agua corporal total

Xe133 Xenoacuten133 527d Obtencioacuten de imaacute-

genes de pulmoacuten

53

9 FECHADO POR MEDIO DE RADIOISOacuteTOPOS

Una de las aplicaciones maacutes in-

creiacutebles de la quiacutemica nuclear es la po-

sibilidad de averiguar la antiguumledad de

los objetos encontrados en las investi-

gaciones arqueoloacutegicas

Se puede usar la vida media de ciertos isoacuteto-

pos para estimar la antiguumledad de rocas y artefac-

tos arqueoloacutegicos El uranio 238 se desintegra con

una vida media de 4500 millones de anos Los

productos iniciales de esta desintegracioacuten tambieacuten

son radiactivos y la descomposicioacuten continuacutea

54

hasta que se forma un isoacutetopo de plomo (plomo

206) Los quiacutemicos pueden estimar la antiguumledad

de una roca determinando las proporciones relati-

vas de uranio 238 y plomo 206 Se ha encontrado

que algunas de las rocas maacutes antiguas de la Tierra

se formaron hace entre 3000 y 4500 millones de

antildeos En las rocas lunares y en meteoritos se ha

determinado una antiguumledad maacutexima de alrededor

de 4500 millones de antildeos Asiacute pues se considera

en general que la Tierra tiene una antiguumledad de

unos 4500 millones de antildeos

FECHADO POR CARBONO 14

En el fechado de artefactos interviene por lo

general un isoacutetopo radiactivo de carbono Se for-

ma carbono 14 en las capas superiores de la at-

moacutesfera por el bombardeo que experimenta el

nitroacutegeno ordinario por parte de los neutrones de

los rayos coacutesmicos

55

N147 + n1

0 C146 + H1

1

Este proceso origina una concentracioacuten cons-

tante de carbono 14 en el CO2 terrestre Las plan-

tas y animales vivos incorporan este isoacutetopo en

sus propias ceacutelulas Sin embargo cuando estos

seres mueren se interrumpe la incorporacioacuten de

carbono 14 y el carbono 14 que hay en el orga-

nismo se desintegra (con una vida media de 5 730

antildeos) a nitroacutegeno 14

Por consiguiente basta con medir la actividad

residual de carbono 14 en un artefacto de origen

vegetal o animal para determinar su antiguumledad

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 antildeos de antiguumle-

dad es decir ha estado muerta durante un tiempo

equivalente a una vida media Anaacutelogamente un

artefacto que muestra el 25 de la actividad de

carbono 14 del material vegetal reciente tiene

56

11460 anos de antiguumledad 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 aquiacute supone que la formacioacuten del isoacutetopo

fue constante a lo largo del tiempo En realidad no

es asiacute Sin embargo aproximadamente para los

uacuteltimos 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

aacuterboles Se han construido curvas de calibracioacuten

que permiten determinar fechas consideradas co-

mo exactas

En teacuterminos generales el meacutetodo de carbono

14 es razonablemente preciso para fechar objetos

de hasta 50000 antildeos de antiguumledad La cantidad

residual del isoacutetopo en los objetos de una antiguumle-

dad mayor que esa es demasiado pequentildea para

hacer una determinacioacuten exacta

El carboacuten de las fogatas de los pueblos anti-

57

guos fechado por determinacioacuten de la actividad

de carbono 14 se usa para estimar la antiguumledad

de otros artefactos encontrados en el mismo em-

plazamiento arqueoloacutegico La teacutecnica de fechado

por carbono 14 se ha usado tambieacuten para detectar

si supuestos artefactos antiguos han sido falsifica-

dos

EL SUDARIO DE TURIacuteN

Probablemente han oiacutedo hablar del sudario de

Turiacuten Se trata de una pieza de tejido de lino muy

antigua de unos 4 metros de largo que muestra la

impresioacuten aproximada de un cuerpo humano

Desde alrededor del antildeo 1350 dC 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-

bricacioacuten del lienzo habiacutea sido cultivado en alguacuten

memento entre los anos de 1260 y 1390 dC Por

58

tanto el lienzo no podriacutea haber existido en tiem-

pos de Cristo A diferencia de los pergaminos del

Mar Muerto para los que el fechado por carbono

14 demostroacute que son registros auteacutenticos de una

civilizacioacuten que existioacute hace unos 2000 antildeos el

sudario de Turiacuten resultoacute ser falso

FECHADO POR TRITIO

El tritio que es el isoacutetopo radiactivo del

hidroacutegeno sirve tambieacuten para fechar Su vida me-

dia de 123 antildeos lo hace uacutetil para fechar objetos de

hasta 100 antildeos de antiguumledad Una aplicacioacuten inte-

resante es el fechado de aguardientes Estas bebi-

das alcohoacutelicas son muy costosas cuando han sido

antildeejadas de 10 a 50 antildeos El fechado por tritio

permite comprobar la veracidad de los anuncios

publicitarios respecto al proceso de antildeejamiento

de las variedades maacutes caras

Hay muchos otros isoacutetopos que permiten es-

timar la antiguumledad de objetos y materiales

59

Isoacutetopo Vida me-

dia

(antildeos)

Periacuteodo de

utilidad Uso

Carbono 14 5730 500 a 50000

antildeos

Carboacuten vege-

tal material

orgaacutenico

Tritio 123 1 a 100 antildeosVinos antildeeja-

dos

Potasio 40 13 x 109 Desde 10000

antildeos

Rocas corteza

terrestre y

lunar

Renio 187 43 x1010 Desde 4 x

107 antildeos Meteoritos

Ranio238 45 x109 Desde 107

antildeos

Rocas corteza

terrestre

60

10 PLANTAS DE ENERGIacuteA NUCLEAR

iquestSabeacutes de doacutende viene esa energiacutea que nosotros usamos tanto Mucha de la energiacutea eleacutectrica es

producida por plantas nucleares de to-do el mundo

La energiacutea nuclear ha dado origen a bombas

muy destructivas y a la nociva precipitacioacuten ra-

diactiva y podriacutea incluso provocar un devastador

invierno nuclear Sin embargo una cantidad mu-

cho mayor de personas han recibido beneficios de

la energiacutea nuclear que las que han sido perjudica-

das por ella El hecho es que existen muchos usos

de la energiacutea nuclear que son sumamente beneacutefi-

61

cos Ya conocemos el uso de isoacutetopos radiactivos

en el diagnoacutestico cliacutenico y en el fechado de obje-

tos de antiguumledad desconocida Otro uso paciacutefico

de la energiacutea nuclear es la generacioacuten de electri-

cidad Una gran parte de la energiacutea eleacutectrica que

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

giacutea nuclear

En la actualidad una quinta parte de toda la

electricidad que se produce en Estados Unidos

proviene de plantas de energiacutea nuclear En Euro-

pa la dependencia respecto a la energiacutea nuclear

para la produccioacuten de electricidad es auacuten mayor

En Francia por ejemplo maacutes del 70 de la ener-

giacutea eleacutectrica del paiacutes proviene de plantas nuclea-

res

No es sorprendente que una reaccioacuten que

desprende tanta energiacutea como lo hace la fisioacuten

nuclear se use como fuente de energiacutea para gene-

rar electricidad En las plantas de energiacutea nuclear

se usa el calor obtenido de una reaccioacuten de fisioacuten

62

en cadena controlada para producir vapor de

agua que mueve las turbinas generadoras de elec-

tricidad El combustible nuclear es normalmente

oacutexido de uranio U3O8 enriquecido hasta alrede-

dor de 3 de uranio 235

La energiacutea nuclear es mucho maacutes limpia que la

que se obtiene quemando combustibles foacutesiles

(carboacuten petroacuteleo y gas) no produce cenizas finas

ni holliacuten no forma dioacutexido de carbono que con-

tribuye al efecto de invernadero y al calentamiento

global y no contamina el aire con oacutexidos de azu-

fre y de nitroacutegeno que dan origen a la lluvia aacutecida

Por otra parte emite grandes cantidades de calor

residual en el ambiente y lo que es mucho maacutes

serio produce muchos residuos radiactivos La

eliminacioacuten de todos estos materiales radiactivos

de desecho es uno de los problemas constantes

que se tienen en relacioacuten con las plantas de energiacutea

nuclear

63

11 BOMBA ATOacuteMICA

Todos sabemos los desastres que pue-

den causar la detonacioacuten de una bomba

nuclear

Aquiacute presentamos la explicacioacuten teoacuterica

y coacutemo se pone en praacutectica

COacuteMO FUNCIONA UNA BOMBA NUCLEAR EN LA

TEORIacuteA

El 16 de Julio de 1945 estalloacute la primera bomba

atoacutemica en el campo de pruebas de Trinity cerca

de aacutelamo Gordo (Nuevo Meacutejico) Desde ese pre-

64

ciso instante la historia de la humanidad ha pasado

a una nueva era la era nuclear

Nunca hasta entonces se habiacutean tenido los cono-

cimientos necesarios como para saber que la masa

puede convertirse en grandes cantidades de ener-

giacutea y coacutemo podiacutea realizarse ese proceso hasta

entonces reservado tan soacutelo a las estrellas

La famosa foacutermula de Einstein E = mc2 ha pasa-

do ya ha formar parte de la cultura popular auacuten sin

que en realidad se llegue a saber que implica

Donde E es energiacutea m masa y c la velocidad de la

luz (constante) En esta ecuacioacuten se expresa la

relacioacuten de equivalencia entre masa y energiacutea Por

ejemplo haciendo algunas cuentas se ve que con

un gramo de uranio si se convirtiese totalmente

en energiacutea se obtendriacutean 25 millones de Kw

Aplicado como una bomba nuclear basta decir

que para asolar Hiroshima soacutelo se convirtioacute un

65

gramo de masa (aunque toda la bomba como me-

canismo pesara cuatro toneladas) su potencia fue

de 125 kilotones es decir para igualar su potencia

seriacutean 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 combustibles

de fisioacuten Cuando en un espacio se reuacutene la sufi-

ciente cantidad de materia (denominada masa criacute-

tica) se produce una reaccioacuten en cadena espontaacute-

nea esto es el nuacutecleo de los aacutetomos del material

se divide liberando energiacutea y varios neutrones

raacutepidos que provocan que otros nuacutecleos tam-

bieacuten se dividan y liberen maacutes energiacutea y neutrones

Este proceso se denomina fisioacuten nuclear Sin em-

bargo si la densidad no es suficiente la energiacutea

liberada hace que el material se expanda y se de-

tenga el proceso Para evitar que se pare la reac-

cioacuten se recurre a una materia muy densa de por siacute

(isoacutetopos del uranio y plutonio) que ademaacutes se

comprime de manera muy raacutepida para lograr una

66

altiacutesima densidad que permite que los neutrones

raacutepidos choquen antes con otros nuacutecleos y se

produzcan antes el mayor nuacutemero 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 maacutes energiacutea Para una

explosioacuten de 100 kilotones son necesarias 58 ge-

neraciones las 7 uacuteltimas generan el 999 de la

energiacutea en periodo cortiacutesimo de tiempo Tambieacuten

puede liberarse energiacutea con la fusioacuten en este pro-

ceso los nuacutecleos se unen en vez de separarse pero

se requieren altiacutesimas temperaturas (del orden de

millones de grados) para que este proceso se lleve

a cabo Para esta reaccioacuten se usan aacutetomos ligeros

(maacutes faacuteciles de unir) generalmente hidroacutegeno o

sus isoacutetopos (deuterio y tritio) Para unir dos aacuteto-

mos basta con hacerlos chocar Los protones de

cada aacutetomo 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

67

fusioacuten deben comprimirse fuertemente los nuacute-

cleos y una vez hecho soacutelo podraacuten continuar uni-

dos si pierden un equivalente de la energiacutea que les

hizo apretarse En el caso de usar deuterio y tritio

se libera violentamente un neutroacuten Esta energiacutea

liberada es la que forma una bomba de fusioacuten

tambieacuten denominada bomba H

COMO FUNCIONA UNA BOMBA ATO-MICA EN LA PRACTICA

Sea cual fuere el sistema de funcionamiento de

una bomba nuclear (fusioacuten o fisioacuten) una cantidad

de masa se convierte en energiacutea la potencia soacutelo

depende de la capacidad de la ingenieriacutea para con-

vertir maacutes masa antes de que la reaccioacuten disperse

las moleacuteculas en teoriacutea la potencia es por tanto

ilimitada

Una bomba nuclear consiste baacutesicamente en una

esfera hueca de plutonio que no es lo suficiente-

68

mente densa como para producir una reaccioacuten 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 explosioacuten se disparan los detonado-

res que hacen que el material explosivo estalle de

la manera lo maacutes regular posible para que enviacutee

una onda de choque esfeacuterica hacia el plutonio

Cuando eacutesta impacta contra eacutel lo comprime y re-

duce su volumen empujaacutendolo hacia el centro de

la esfera hasta que alcanza una densidad suficiente

(supercriacutetica) y se dispara el iniciador de neutrones

para comenzar la reaccioacuten en cadena que da lugar

a la explosioacuten nuclear

Las bombas termonucleares de fusioacuten o H nece-

sitan de una gran temperatura para que se puedan

unir los nuacutecleos esto se consigue en el interior de

una explosioacuten de fisioacuten que es el comienzo de

toda bomba H

69

Una vez acabada la reaccioacuten de fusioacuten nos encon-

traremos con una esfera expandida con una tem-

peratura de millones de grados en la que existen

los productos de la fusioacuten (litio e isoacutetopos del

hidroacutegeno) Tal es su velocidad que pueden fun-

dirse unos con otros dando lugar a la reaccioacuten de

fusioacuten Esta reaccioacuten genera maacutes energiacutea que la

anterior y libera gran cantidad de partiacuteculas nu-

cleares pero no es una reaccioacuten en cadena ya que

el propio calor que genera hace que las partiacuteculas

se separen y se expandan en forma de una esfera

de plasma con una temperatura que tan soacutelo expe-

rimenta el universo de manera natural en las estre-

llas En nuestro sol por ejemplo ocurren la fusioacuten

nuclear de hidroacutegeno y helio Pero antes de que la

reaccioacuten se extinga los neutrones generados por

las detonaciones anteriores provocan de nuevo

una reaccioacuten de fusioacuten sobre una camisa de U-

238 pero esta vez mucho mayor que las anterio-

res La potencia de una bomba termonuclear care-

ce de liacutemite una bomba como la de Hiroshima de

70

125 kilotones (un kilotoacuten equivale a 1000 tonela-

das de TNT) se considera dentro de los arsenales

modernos como pequentildea siendo las de un mega-

toacuten (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 la

Segunda Guerra Mundial

Para la construccioacuten de una bomba nuclear nor-

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

primero no forma parte de la reaccioacuten nuclear

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

nera espontaacutenea emitiendo neutrones que son

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

duzca de manera accidental la reaccioacuten en cadena

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

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

cioacuten 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

71

reactores nucleares a partir del U-238

La desintegracioacuten del uranio en la reaccioacuten en

cadena se produce de manera espontaacutenea para una

masa de 50 Kg si eacuteste elemento es puro El pluto-

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

da reaccioacuten en cadena de modo que se mezcla de

berilo y polonio dando como resultado un pro-

ducto que aunque no es fisionable por si solo una

pequentildea cantidad actuacutea como catalizador para las

grandes reacciones Asiacute bastan 16 Kg de PU-239

para obtener la masa supercriacutetica y 10 Kg si se

mezcla con U-238

El U-235 es muy difiacutecil de extraer por encontrarse

en la naturaleza muy mezclado con otros com-

puestos Asiacute por cada 25000 toneladas de mineral

de uranio bruto soacutelo se obtienen 50 toneladas de

uranio del que el 993 es U-235 y el resto el

rariacutesimo isoacutetopo U-238 ambos soacutelo se pueden

separar de manera mecaacutenica gracias a la leviacutesima

72

diferencia de peso entre ambos Asiacute el uranio se

mezcla en forma gaseosa con fluor (hexafluoriacutedri-

co) que es impulsado a baja presioacuten hacieacutendolo

pasar por unas caacutemaras que aumentan la concen-

tracioacuten de uranio sensiblemente tras cientos de

pasadas Para una central nuclear la pureza ha de

ser del 2 y para una bomba (teoacutericamente) el

95

Para separar el isoacutetopo se recurre a la centrifuga-

cioacuten del gas siendo el maacutes pesado U-238 despedi-

do hacia el exterior con maacutes fuerza Para obtener

otra vez el uranio separado del gas se recurre a la

separacioacuten magneacutetica

MECANISMOS QUE SUELEN COMPONER UNA

BOMBA NUCLEAR

Los mecanismos que suelen componer una bom-

ba nuclear son los siguientes

73

ALTIacuteMETRO No suele usarse el baromeacutetrico

por verse afectado por las condiciones atmosfeacuteri-

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 seguacuten el tiempo transcu-

rrido en el recorrido puede saberse la altura sin

necesidad de complicar maacutes el sistema para dar

una precisioacuten que en realidad no es importante (2

o 3 m de diferencia no son apreciables maacutes que

en minibombas bastante menores que las de

Hiroshima) siendo la altura normal de detonacioacuten

la de 2000 m

En la praacutectica 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 electroacute-

nicamente para obtener la diferencia de ambas

que es proporcional a la altura Los pulsos suelen

emitirse 120 veces por segundo y alcanzan un

74

rango de 3000 m sobre la tierra y 6000 m sobre

el mar (la reflexioacuten es alliacute mejor) siendo su error

de hasta 15 m

CABEZA DETONADORA Como ya se dijo

estaacute compuesta de una carga explosiva muy bien

calibrada que a la orden del altiacutemetro detona

produciendo una onda de choque uniforme sobre

el elemento radioactivo comprimieacutendolo hasta

alcanzar la masa supercriacutetica

Compantildeiacuteas privadas producen camisas explosivas

que modificadas pueden ser usadas para la fabri-

cacioacuten del objeto que nos ocupa La cantidad de

presioacuten necesaria a aplicar es un secreto por razo-

nes de seguridad aunque se sabe que los explosi-

vos plaacutesticos son ideales sobre todo por su malea-

bilidad y facilidad de manejo

El detonador variacutea si es combustible es uranio o

plutonio

75

DETONADOR DE URANIO La masa total se

divide en dos partes una mayor de forma semies-

feacuterica y coacutencava que se acopla perfectamente con

la otra maacutes pequentildea Como es de suponer ambas

se encuentran separadas hasta el momento de la

detonacioacuten en el que una explosioacuten convencional

dispara la parte pequentildea que impacta contra la

mayor para lograr en un instante la masa supercriacute-

tica

DETONADOR DE PLUTONIO Necesita

una precisioacuten de ingenieriacutea mucho mayor que la

anterior ya que estaacute compuesta de 32 secciones de

plutonio-berilio-polonio todas de igual forma y

posicioacuten distribuidas conceacutentricamente El aspecto

final es parecido al de un baloacuten de fuacutetbol Todas

han de cerrarse simeacutetricamente en una diezmillo-

neacutesima de segundo para conseguir la detonacioacuten

DEFLECTOR DE NEUTRONES Suele ser

U-238 Su funcioacuten es la que ya se explicoacute evitar

76

una reaccioacuten accidental ademaacutes refleja las partiacutecu-

las de vuelta cuando se alcanza la masa supercriacuteti-

ca

ESCUDO PROTECTOR Recibe otros nom-

bres pero su funcioacuten es siempre la de proteger de

la radiacioacuten natural tanto al personal que la maneja

como a los circuitos de la bomba que pueden su-

frir cortocircuitos o puestas en funcionamiento

accidentales

SISTEMA DE ARMADO Es otro sistema maacutes

de seguridad consistente en quitar una parte im-

prescindible de la bomba para evitar detonaciones

accidentales de modo que soacutelo cuando estaacute

proacuteximo su lanzamiento se inserta esta parte Una

analogiacutea seriacutea como si al aparcar nuestro coche le

quitaacuteramos el volante o una bujiacutea asiacute estariacuteamos

seguros de que no nos lo roban porque sin estas

partes el coche no funciona

77

12 EFECTOS DE UNA EXPLOSIOacuteN NUCLEAR

Tenemos frescas en nuestra memo-

ria las imaacutegenes que nos mostroacute la

televisioacuten cuando se produjo el ac-

cidente de Chernobyl

Aquiacute explicamos todas las conse-

cuencias de una detonacioacuten 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

78

bull Radiacioacuten nuclear inicial la altiacutesima

temperatura y la elevada presioacuten que se

genera en el interior de la explosioacuten emi-

ten radiacioacuten en todas las direcciones Esta

se compone de rayos alfa beta y gamma

que son una forma de radiacioacuten electro-

magneacutetica de alta energiacutea que puede causar

la muerte sin que el individuo se de cuenta

de que ha sido irradiado Una explosioacuten de

un megatoacuten (de tamantildeo estaacutendar) matariacutea

a todo ser humano en 15 Km a la redonda

que se encontrase al aire libre

Las partiacuteculas alfa son ideacutenticas a un nuacutecleo de

helio son las que mas larga vida tienen unos mil

antildeos pero su poder de penetracioacuten 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 radiacioacuten Con 45 cm de tierra se

consigue reducir la radiacioacuten veinte veces

Las partiacuteculas beta penetran maacutes siendo suficiente

79

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

to la radiacioacuten (una pared moderna ya espesa se

compone de 1 pie de ladrillo maacutes caacutemara maacutes

aislante maacutes ladrillo hueco y yeso que suele que-

darse en los 37 cm)

Los de maacutes poder de penetracioacuten son las gamma

y por tanto los maacutes peligrosos ya son los que se

introducen en los refugios nucleares auacuten con

grandes espesores de hormigoacuten La uacutenica protec-

cioacuten eficaz es la de interponer grandes masas de

material mejor cuanto maacutes denso siendo el ideal

el plomo ya que pasa por los materiales como la

luz por una tela si esta es maacutes densa mayor canti-

dad de chocaraacute con ella y no la traspasaraacute Para

reducir la dosis a un veinteavo se precisan 30 cm

de hormigoacuten armado

bull Pulso electromagneacutetico La intensa acti-

vidad de los rayos gamma genera mediante

induccioacuten una corriente de alto voltaje so-

80

bre antenas viacuteas feacuterreas tuberiacuteas que des-

truye todas las instalaciones eleacutectricas de

una amplia zona si la explosioacuten se efectuacutea

a gran altura Una detonacioacuten de muchos

kilotones a 200 km sobre Omaha (Ne-

brasca) destruiriacutea todos los circuitos eleacutec-

tricos integrados de toda Norteameacuterica y

parte de Meacutejico y Canadaacute Ante el riesgo

de una detonacioacuten nuclear es conveniente

alejarse de liacuteneas eleacutectricas y viacutea feacuterreas ya

que la corriente inducida puede electrocu-

tarnos

bull Pulso teacutermico al expandirse la bola de

fuego el aire circundante absorbe energiacutea

en forma de rayos X y la irradia en forma

de una luz cegadora y un intensiacutesimo ca-

lor Una bomba de 20 Megatones produci-

riacutea una intensa luz durante 20 segundos y

causariacutea quemaduras de segundo grado a

81

cualquier persona expuesta a 45 Km de

distancia

bull Onda de choque La raacutepida expansioacuten de

la bola de fuego genera una onda de cho-

que como cualquier explosioacuten pero de

una potencia muy superior ya que puede

aplastar o barrer edificios dantildeaacutendolos muy

seriamente o destruyeacutendolos por comple-

to ya que maacutes que empujar por su dura-

cioacuten lo que hace es estrujar Una bomba

de 20 megatones no dejariacutea en un radio de

20 Km maacutes que escombros soacutelo se salva-

riacutean las cimentaciones y construcciones

enterradas

bull Primera lluvia radioactiva o lluvia ra-

diactiva local una explosioacuten de 20 mega-

tones aras de suelo produciriacutea un craacuteter de

183 m de profundidad la elevada tempe-

82

ratura vaporiza todo lo que se encuentra

dentro de la bola de fuego todo se funde

con los materiales radiactivos de la fisioacuten o

fusioacuten y se eleva con el hongo para luego

precipitar en forma de finas cenizas Esto

ocurriraacute durante las 24 h siguientes a la

explosioacuten y afectaraacute a una regioacuten maacutes o

menos amplia para una misma potencia

seguacuten la climatologiacutea El fenoacutemeno se am-

pliacutea considerablemente si la detonacioacuten se

produce cerca del suelo La energiacutea 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 maacutes destructivos los deno-

minados secundarios como incendios en masa

que acabariacutean con los pocos supervivientes y ma-

tariacutean a maacutes que el pulso teacutermico y la onda de

choque

83

Ademaacutes en caso de que se lanzaran muchas

bombas nucleares sus efectos secundarios seriacutean

mucho maacutes 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 10000 mega-

tones miacutenimos para considerar un holocausto

como tal

bull El primero de estos efectos es que la ra-

dioactividad liberada en caso de holocaus-

to penetrariacutea en todos y cada uno de los

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

Mientras que en dosis altas (seguacuten la espe-

cie) produciriacutea la muerte en otras maacutes ba-

jas los efectos seriacutean de lo maacutes variados

(mutaciones esterilidad)

bull El segundo seriacutea que los materiales im-

pulsados por las detonaciones se elevariacutean

hasta la troposfera donde ocultariacutean la luz

84

del sol durante meses o antildeos haciendo ba-

jar la temperatura de la tierra y alterando la

fotosiacutentesis de los vegetales y el plancton

marino seriacutea el famoso invierno nuclear

Ademaacutes estos materiales radiactivos iriacutean

cayendo durante meses o antildeos convirtieacuten-

dose en una lluvia radiactiva global que

auacuten con menos dosis radiactiva que una

lluvia provocada por una bomba seriacutea

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

antildeos Ese 5 de energiacutea liberada por la

lluvia radiactividad en una bomba es poco

pero en los 10000 megatones de un holo-

causto suponen ya 500 megatones que iraacuten

estallando durante miles de antildeos des-

pueacutes de la cataacutestrofe

85

bull El tercero seriacutea una reduccioacuten en la capa

de ozono producida por el oacutexido de nitroacute-

geno generado por las bolas de fuego de

modo que la radiacioacuten solar que llegase a

la tierra seriacutea mortal Un 70 del ozono

desapareceriacutea en el hemisferio norte y un

40 en el sur siendo necesarios treinta

antildeos para recuperar su estado normal

86

Ejercicios 12

MODELO DE RESOLUCIOacuteN

La distribucioacuten de los electrones de un aacutetomo

en sus niveles y subniveles se puede representar en

forma abreviada de la siguiente manera

a) Un coeficiente que indica el nuacutemero del nivel

de energiacutea (n)

b) Una letra que corresponde al subnivel

c) Un supraiacutendice que sentildeala el nuacutemero de elec-

trones que hay en el subnivel

1H = 1s1

3Li = 1s2 2s1

En razoacuten del entrecruzamiento de subniveles

el orden en que se van completando los subniveles

por energiacutea creciente es el siguiente

87

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

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

5d 6p 7s 5f 6d

7p

Para visualizar la distribucioacuten de los electrones

en orbitales se puede representar cada orbital por

un pequentildeo cuadrado dividido por una diagonal

y cada electroacuten mediante una flecha

Entonces el orbital puede estar

Vaciacuteo incompleto completo

(1 electroacuten) (2 electrones)

En caso del orbital completo las flechas tienen

sentido contrario para indicar que los electrones

presentan spin contrario

El llenado de los orbitales por los electrones

se realiza a partir de los niveles y subniveles en

88

orden creciente de energiacutea Cada nuevo electroacuten se

incorpora a un orbital vaciacuteo

De ese modo los elementos quedan represen-

tados asiacute

1H =

1s

3Li =

1s 2s

7N =

1s 2s 2p

89

Ejercicios 121

1) Un aacutetomo de foacutesforo tiene 15 protones y 16

neutrones Indicaacute cuaacutel es su

a) nuacutemero atoacutemico (Z) b) nuacutemero

de masa (A)

2) Un aacutetomo de potasio tiene Z =19 y A = 39

Indicaacute su nuacutemero de

a) protones b) electrones

c) neutrones

3) Completaacute los datos que faltan en el siguiente

cuadro

90

ELE-

MEN-

TO

NUacute-

MERO

ATOacute-

MICO

NUacute-

MERO

DE

MASA

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) Sentildealaacute el nombre y siacutembolo de los elementos

cuyas configuraciones electroacutenicas 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) Escribiacute la configuracioacuten electroacutenica de los

siguientes elementos

91

a) Na2311 = c) O16

8 =

b) Cl3517 = d) C12

6 =

6) De acuerdo con la siguiente representacioacuten de

los electrones en orbitales indicaacute a queacute ele-

mentos corresponden

a)

b)

c)

d)

7) Representaacute la distribucioacuten de los electrones en

orbitales de los elementos

a) 7N= c) 18Ar =

b) 15AI = d) 19K =

92

Hoja de respuestas121

1) a) 15 b) 31 2) a) 19 b) 19 c) 20

3)

ELE-

MEN-

TO

NUacuteME-

RO

ATOacute-

MICO

NUacute-

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)Argoacuten Ar

d)Escandio Sc

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

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)middot

94

Ejercicios 1211

Modelo de resolucioacuten

El nuacutemero de oxidacioacuten se asigna seguacuten las si-

guientes reglas

1) El nuacutemero de oxidacioacuten de los elementos en la

sustancia simple es cero

Ejemplo Cu0 02Cl

2) El nuacutemero de oxidacioacuten del oxiacutegeno es 2

excepto en las sustancias como el agua oxige-

nada Ejemplo H2

2Ominus

3) El nuacutemero de oxidacioacuten del hidroacutegeno es +1

excepto en las sustancias donde estaacute combina-

do con los metales Ejemplo 1

H+

2O

4) El nuacutemero de oxidacioacuten de un ion monoatoacute-

mico es igual a la carga del ion Ejemplo Ca2-

Cl-

95

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

braica de los nuacutemeros de oxidacioacuten de todos

los aacutetomos debe ser cero Ejemplo 1

H+

2

2Ominus

there42(+1) + (-2) = 0

6) En los iones que tienen maacutes de un aacutetomo la

suma algebraica de los nuacutemeros de oxidacioacuten

de todos los aacutetomos es igual a la carga del ion

El nuacutemero de oxidacioacuten se escribe colocando primero el signo y luego el nuacutemero

Ejemplo el nuacutemero de oxidacioacuten del aluminio es +3

1) Calculaacute los nuacutemeros de oxidacioacuten en la moleacute-

cula de dioacutexido de azufre (SO2)

Datos SO2 nuacutemero de oxidacioacuten del O2

es 2

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de S

Resolucioacuten Cada aacutetomo de oxiacutegeno tiene

nuacutemero de oxidacioacuten 2 por lo tanto el nuacute-

mero de oxidacioacuten del azufre es +4 porque

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

96

2) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten del azufre en

el aacutecido sulfuacuterico (H2SO4)

Datos H2SO2 nuacutemero de oxidacioacuten del

O2 es 2 nuacutemero de oxidacioacuten de H es -1

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de S

Resolucioacuten Se debe cumplir que la suma al-gebraica de todos los nuacutemeros de oxidacioacuten sea cero

4(-2) + 21 + x = 0

-8 + 2 + x = 0

x = 6

Respuesta el nuacutemero de oxidacioacuten del azufre

en el aacutecido sulfuacuterico es +6

3) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten del nitroacutegeno

en el nitrato de sodio (NaNO3)

Datos NaNO3 nuacutemero de oxidacioacuten del

O2 es 2

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de N

97

Resolucioacuten El nuacutemero de oxidacioacuten del

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

ga eleacutectrica positiva

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

1 6 + x = 0

x = 5

Respuesta el nuacutemero de oxidacioacuten del nitroacute-

geno en el nitrato de sodio es +5

4) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten del azufre en

el ion sulfato (S 24Ominus )

Datos S 24Ominus nuacutemero de oxidacioacuten del O2

es 2

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de S

Resolucioacuten La suma de los nuacutemeros de

oxidacioacuten es igual a 2 porque el ion sulfato

tiene dos cargas negativas (2-)

x + 4(-2) = -2

x 8 = -2

x = 6

98

Respuesta El nuacutemero de oxidacioacuten del azu-

fre en el ion sulfato es +6

99

Ejercicios 1212

1) Dibujaacute los siacutembolos de Lewis para los aacutetomos

de

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

2) iquestCoacutemo adquiere la distribucioacuten electroacutenica del

ineacutertido maacutes cercano cada uno de los siguien-

tes aacutetomos

a) K b)

F c)

S d) Mg e)

Br

3) Escribiacute las ecuaciones ioacutenicas la foacutermula elec-

troacutenica y la foacutermula miacutenima del compuesto

ioacutenico formado por

a) K y Br (bromuro de potasio)

b) Ca y O (oacutexido de calcio)

4) Marcaacute con una X las propiedades correspon-

dientes a las sustancias que presentan uniones

ioacutenicas

100

a) Son soacutelidas y tienen bajo punto de fusioacuten ( )

b) Conducen la corriente eleacutectrica fundidas o di-

sueltas en agua ( )

c) Tienen brillo metaacutelico ( )

d) Forman cristales duros y quebradizos solubles

en agua ( )

e) No conducen la corriente eleacutectrica ( )

5) Explicaacute coacutemo se unen dos aacutetomos de bromo

para formar la moleacutecula Br2 y escribiacute su

foacutermula electroacutenica y su foacutermula desarrollada

6) La foacutermula del monoacutexido de dicloro es Cl2O

a) Indicaacute queacute tipo de unioacuten existe entre el cloro y

el oxiacutegeno

b) Escribiacute su foacutermula electroacutenica y su foacutermula

desarrollada

7) El azufre y el oxiacutegeno forman dos oacutexidos

importantes el dioacutexido de azufre (SO2) y el

101

trioacutexido de azufre (SO3) Para el trioacutexido de

azufre

a) Indicaacute queacute tipo de unioacuten existe entre el azufre

y los tres aacutetomos de oxiacutegeno

b) Escribiacute la foacutermula electroacutenica

c) Escribiacute la foacutermula desarrollada

8) Marcaacute 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

liacutequidas o soacutelidas ( )

c) Son duacutectiles y maleables ( )

d) No forman moleacuteculas son agregados de

iones ( )

e) No son buenas conductoras de la corriente

eleacutectrica ( )

102

9) Coloque en el pareacutentesis UCP si la unioacuten es

covalente polar y UCNP si es covalento no

polar en cada una de las siguientes sustancias

a) cloruro de hidroacutegeno HCl ( )

b) Hidroacutegeno H2 ( )

c) yodo l2 ( )

10) Escribiacute la foacutermula electroacutenica y la foacutermula

desarrollada de cada una de las sustancias

mencionadas en el ejercicio 9

11) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten

a) del azufre (S)en el dioacutexido de azufre (SO2) en

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

sodio (Na2S)

b) del nitroacutegeno (N) en el dioacutexido de nitroacutegeno

(NO2) en el aacutecido niacutetrico (HNO3) y en el ni-

trato de potasio (KNO3)

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

can en el concepto de unioacuten metaacutelica

103

a) Tienen bajo punto de fusioacuten y de

ebullicioacuten ( )

b) Tienen brillo metaacutelico ( )

c) Conducen la corriente eleacutectrica sin

alterarse ( )

d) En estado soacutelido son malos conductores de la

corriente eleacutectrica ( )

e) Forman hilos y laacuteminas delgadas ( )

104

Hoja de respuestas 1212

1) a) He b) Al c)

Si d)

Ar e)

N

2) a) cede un electroacuten d) cede electrones c)

gana dos electrones b) y e) gana un electroacuten

3) a) Ecuaciones ioacutenicas

K K1+ + 1 e

Br + 1 e Br1-

K1+ + Br- KBr

Foacutermula electroacutenica K1+minus

1

Br

Foacutermula miacutenima KBr

b) Ecuaciones ioacutenicas

Ca Ca 2+ + 2 e

O + 2 e O2-

Ca2+ + O2- CaO

Foacutermula electroacutenica Ca2+ minus

2

O

105

Foacutermula miacutenima CaO

4) b y d

5) se unen compartiendo un par de electrones

6) a) unioacuten covalente

b) foacutermula electroacutenica

Cl

O

Cl

foacutermula desarrollada Cl O Cl

7) a) una unioacuten covalente doble entre el azufre y

uno de los aacutetomos de oxiacutegeno dos uniones cova-

lentes coordinadas con los otros dos aacutetomos de

oxiacutegeno

b) Foacutermula electroacutenica

Foacutermula desarrollada

106

8) a b y e

9) a) UCP y c) UCNP

10) Foacutermula electroacutenica Foacutermula desarrollada

a) H

Cl H Cl

b) HH H H

c)

I

I l I

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

12) b c y e

  • RADIACTIVIDAD
    • IacuteNDICE
      • 1 RADIACTIVIDAD NATURAL
      • 2 RELACIOacuteN ENTRE LA LEY DE LAVOISIER Y LA DE EINSTEIN
      • 3 INTERACCIONES ENTRE AacuteTOMOS Y ONDAS
      • 4 PODER DE PENETRACIOacuteN DE LA RADIACIOacuteN
      • 5 VIDA MEDIA
      • 6 RADIACTIVIDAD ARTIFICIAL
      • 7 USOS DE LOS RADIOISOacuteTOPOS
      • 8 MEDICINA NUCLEAR
      • 9 FECHADO POR MEDIO DE RADIOISOacuteTOPOS
      • 10 PLANTAS DE ENERGIacuteA NUCLEAR
      • 11 BOMBA ATOacuteMICA
      • 12 EFECTOS DE UNA EXPLOSIOacuteN NUCLEAR
        • Ejercicios 12
        • Ejercicios 121
        • Hoja de respuestas121
        • Ejercicios 1211
        • Ejercicios 1212
        • Hoja de respuestas 1212

5

Hoja De Respuestas 1212 104

6

1 RADIACTIVIDAD NATURAL

Todos sabemos los perjuicios

de la radiactividad otros pocos co-

nocen los beneficios pero

iquestQueacute es la radiactividad

Ciertos nuacutecleos son inestables en su forma na-

tural experimentan desintegracioacuten radiactiva Por

ejemplo los aacutetomos de radio con 226 nucleones

se descomponen espontaacuteneamente y emiten partiacute-

culas alfa(α) Como las partiacuteculas alfa son ideacutenticas

a nuacutecleos de helio el proceso se puede resumir

7

por medio de la siguiente ecuacioacuten

Ra22688 He4

2 + Rn22286

El nuevo elemento que tiene dos protones

menos se identifica por su nuacutemero atoacutemico (86)

como radoacuten (Rn) En la figura se muestra un se-

gundo ejemplo de desintegracioacuten alfa

Tambieacuten los nuacutecleos de tritio son inestables

El tritio es uno de los isoacutetopos pesados de hidroacute-

geno Como todo nuacutecleo de hidroacutegeno el nuacutecleo

de tritio contiene un protoacuten Sin embargo a dife-

rencia del isoacutetopo maacutes comuacuten de hidroacutegeno el

nuacutecleo de tritio contiene dos neutrones y su masa

es por tanto de 3 uma ( H31 ) El tritio se descom-

8

pone por desintegracioacuten beta (β) Puesto que una

partiacutecula beta es ideacutentica a un electroacuten podemos

escribir el proceso como

H31 e0

1minus + He32 o H3

1 βminus01 + He3

2

El isoacutetopo que se produce se identifica por su

nuacutemero atoacutemico como helio (He)

iquestCoacutemo es posible que el nuacutecleo original que

contiene soacutelo un protoacuten y dos neutrones emita un

electroacuten

Podemos concebir la transformacioacuten de uno

de los neutrones del nuacutecleo de tritio original en un

protoacuten y un electroacuten

n10 p1

1 + e01minus

El nuacutecleo retiene el nuevo protoacuten (por tanto

el nuacutemero atoacutemico del producto aumenta en una

unidad) y el electroacuten o partiacutecula beta que praacutecti-

9

camente carece de masa sale despedido (el nuacutecleo

que se produce tiene el mismo nuacutemero de masa

que el nuacutecleo original) En la figura se muestra un

segundo ejemplo de desintegracioacuten beta

El tercer tipo de radiactividad se llama desin-

tegracioacuten gamma (γ) En este tipo de emisioacuten no

intervienen partiacuteculas soacutelo se emite energiacutea La

emisioacuten gamma acompantildear la emisioacuten de partiacutecu-

las alfa o beta

En la tabla que sigue se resumen los tipos

principales de desintegracioacuten radiactiva y los cam-

bios nucleares correspondientes

10

Tipo

De

Radia-

cioacuten

Coacutedi-

go

Nordm Nu-

cleonesCarga

Cam-

bios Nordm

Nucleo-

nes

Cambio

Nordm Atoacute-

mico

ALFA α 4 2+ Dismi-

nuye 4

Disminu-

ye 2

BETA β 0 1- NingunoAumenta

1

GAM-

MA γ 0 0 Ninguno Ninguno

11

2 RELACIOacuteN ENTRE LA LEY DE LAVOISIER Y LA DE EINSTEIN

Cuando hervimos agua por mucho

tiempo eacutesta desaparece

Cuando mezclamos dos sustancias

miscibles pareciera que una de las

dos oculta a la otra

Cuando se produces reaccioacuten nuclea-

res iquestpodemos aplicar las mismas

consideraciones

La ley de Lavoisier maacutes conocida como Ley

de Conservacioacuten de la Masa plantea que en las

12

reacciones quiacutemicas la materia no se crea ni se

destruye sino que solo cambia la naturaleza de las

sustancias Pero si pensamos un papel quemaacuten-

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 la

forma correcta de enunciar la ley de Lavoisier es

La masa total de

un sistema cerrado se

mantiene constante

independientemente

de los cambios fiacutesicos

o quiacutemicos que en eacutel

se produzcan

Hay que remarcar que la ley se cumple para un

sistema cerrado

13

A comienzos del siglo XX se ha demostrado

que durante las espectaculares reacciones de fu-

sioacuten nuclear que ocurren en el sol y otras estrellas

se destruyen cantidades de materia apareciendo

en su lugar enormes cantidades de energiacutea Esto

sucede tambieacuten en las explosiones atoacutemicas y pro-

cesos similares En estos cambios extraordinarios

se puede medir la destruccioacuten de materia A sus

expensas se crea energiacutea Estos dos elementos

materia y energiacutea se pueden relacionar a traveacutes de

una relacioacuten descubierta por Einstein

mcE sdot= 2

Donde E y m representan los cambios de

energiacutea y de masa respectivamente durante la

transformacioacuten y c es la velocidad de la luz(3108

ms)

14

De esta manera la desaparicioacuten de un gramo

de materia daraacute origen a 91020ergios o 91013 jou-

les Esta energiacutea liberada es suficiente como para

calentar 2105 toneladas de agua de 0ordmC a 100ordmC

Materia y energiacutea pueden interconvertirse En

los procesos quiacutemicos la cantidad de materia que

se transforma en energiacutea es tan pequentildea que resul-

ta imposible medir con los instrumentos actuales

la variacioacuten de masa correspondiente

15

3 INTERACCIONES ENTRE AacuteTOMOS Y ONDAS

Sabemos que la energiacutea se transforma en

materia y viceversa

Pero iquestsabemos si pueden interactuar en-

tre si

Para responder a esta duda recorreremos una parte de la historia del conocimiento del aacutetomo

16

Definicioacuten La partiacutecula de un cuerpo

simple maacutes pequentildea capaz de entrar en las re-

acciones quiacutemicas

1803 Dalton propone que la materia se di-

vidiacutea en elementos y compuesto Los elemen-

tos constituidos por aacutetomos y los compuestos

por moleacuteculas

Siglo XIX se piensa que los aacutetomos son

divisibles se componen de varias partiacuteculas

1897 Thomson descubre el electroacuten antildeos

despueacutes Nagaoka propone que los electrones

giran en oacuterbitas alrededor de una partiacutecula po-

sitiva

En 1911 Rutherford descubre el nuacutecleo

atoacutemico con su experimento de la laacutemina de

oro

17

Alrededor de 1920 Borh propone que los

electrones giran alrededor del nuacutecleo en oacuterbi-

tas circulares donde cada oacuterbita corresponde a

un nivel de energiacutea diferente

Antildeos maacutes tarde De Broglie postula el

principio de dualidad en donde el electroacuten se

comporta como una onda y partiacutecula Como

consecuencia solo se puede encontrar al elec-

troacuten en un aacuterea determinada llamada nivel de

energiacutea ya que no se puede conocer la veloci-

dad y posicioacuten al mismo tiempo( a este fenoacute-

meno se lo denomina principio de incerti-

dumbre de Heisenberg) Esto produce el desa-

rrollo de la mecaacutenica cuaacutentica

Radiactividad

En 1896 Becquerel descubre una propiedad

nueva de la materia a la que posteriormente Marie

Curie llamoacute Radiactividad

18

La radiactividad no depende de la naturaleza

fiacutesica o quiacutemica del aacutetomo sino que es una propie-

dad del nuacutecleoLa causa que los origina probable-

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

tiacuteculas que se encuentran en el nuacutecleo

En general los nuacutecleos de aacutetomos pesados

presentan cierta inestabilidad para lo cual emiten

radiacioacuten para alcanzar estados de equilibrio

Dichas radiaciones podemos dividirlas en

Desintegraciones alfa desintegraciones beta y

desintegraciones gamma

Desintegraciones alfa Cuando el nuacutecleo

atoacutemico es inestable a causa del gran nuacutemero

de protones que posee (ocurre en los elemen-

tos maacutes pesados es decir con Z = 83 o supe-

rior) la estabilidad es alcanzada con frecuen-

cia emitiendo una partiacutecula alfa es decir un

19

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

tones y dos neutrones

Desintegraciones beta Cuando la rela-

cioacuten de neutrones protones en un nuacutecleo

atoacutemico es elevada el nuacutecleo se estabiliza emi-

tiendo un neutroacuten o bien como ocurre con

frecuencia emitiendo una partiacutecula beta es

decir un electroacuten

Desintegraciones gamma Los rayos

gamma son ondas electromagneacuteticas de gran

energiacutea muy parecidos a los rayos X y en cier-

tas ocasiones se presentan cuando ocurre una

desintegracioacuten de partiacuteculas beta o bien una

emisioacuten de positrones Por lo tanto la radia-

cioacuten gamma no posee carga eleacutectrica y su na-

turaleza ondulatoria permite describir su ener-

giacutea en relacioacuten a su frecuencia de emisioacuten

20

INTERACCIOacuteN DE LAS RADIACIONES CON LA

MATERIA

La radiacioacuten al chocar con las moleacuteculas que

encuentra a su paso produce iones esto se debe a

que excita los electrones de los aacutetomos de las mo-

leacuteculas es decir les entrega energiacutea para que pasen

a oacuterbitas superiores

bull Radiaciones alfa (α) compuesta por dos

protones y dos neutrones de bajo poder

de penetracioacuten y alta capacidad de ioniza-

cioacuten Se mueve en liacutenea recta debido a su

gran cantidad de masa

21

bull Radiaciones beta (β) formada por elec-

trones de carga negativa su masa es pe-

quentildea por lo tanto es propensa a cambiar

de trayectoria bajo poder de penetracioacuten y

bajo poder de ionizacioacuten Al acercarse a un

nuacutecleo se frena la energiacutea que pierde en el

frenado la libera como rayos X Si una par-

tiacutecula beta choca con un positroacuten (electroacuten

negativo) se aniquila y emite un rayo

gamma

bull Radiaciones gamma (γ) son las de ma-

yor energiacutea no tiene carga eleacutectrica por lo

22

tanto no desviacutean sus trayectorias frente a

campos eleacutectricos tienen un alto poder de

penetracioacuten y un alto poder de ionizacioacuten

Pueden llegar a extraer electrones de los

aacutetomos los cuales a su vez ionizan otras

moleacuteculas

Neutrones no poseen carga eleacutectrica tienen

un alto poder de penetracioacuten Al chocar contra un

aacutetomo ceden parte de su energiacutea y se frenan Los

neutrones de baja velocidad se denominan neu-

trones teacutermicos los cuales se descomponen en un

electroacuten y un protoacuten o pueden ser absorbidos por

otros nuacutecleos atoacutemicos

23

4 PODER DE PENETRACIOacuteN DE LA RADIACIOacuteN

La radiacioacuten es uno de los efectos

maacutes peligrosos de la energiacutea nuclear

No todas las partiacuteculas emitidas

tienen la misma posibilidad de atrave-

sar los elementos

Los materiales radiactivos pueden ser peligro-

sos porque la radiacioacuten que se emite puede dantildear

los tejidos vivos La capacidad para inflingir dantildeos

depende en parte del poder de la radiacioacuten para

penetrar en los tejidos

24

En condiciones de igualdad por lo demaacutes

cuanto mayor es la masa de una partiacutecula menor

es su poder de penetracioacuten Las partiacuteculas alfa

que son nuacutecleos de helio con una masa de 4 uma

constituyen el menos penetrante de los tres tipos

principales de radiactividadLas partiacuteculas beta

ideacutenticas a los electrones cuya masa es insignifi-

cante son un poco maacutes penetrantes Los rayos

gamma como los rayos X carecen totalmente de

masa su poder de penetracioacuten es mucho mayor

que el de los otros dos tipos

Puede parecer contrario al sentido comuacuten

pensar que las partiacuteculas maacutes grandes se abren

camino con maacutes dificultad Consideraacute sin embar-

go que el poder de penetracioacuten refleja la capaci-

dad de la radiacioacuten para abrirse camino a traveacutes

de una muestra de materia Es como si trataras de

hacer rodar piedras por un campo de grandes ro-

cas La partiacutecula alfa se comporta como si fuese

una roca grande Debido a su tamantildeo no puede

25

avanzar mucho sin chocarse con otras rocas y ser

detenida por ellas La partiacutecula beta se comporta

como una piedra pequentildea que puede introducirse

entre las rocas y quizaacute hasta rebotar en ellas hasta

completar un recorrido maacutes largo El rayo gamma

es comparable a un grano de arena capaz de pasar

por las aberturas maacutes pequentildeas

Al principio de esta explicacioacuten dijimos que si

todo lo demaacutes es igual asiacute es como funcionan las

cosas Pero lo demaacutes no siempre es igual Cuanto

maacutes raacutepido se mueve una partiacutecula o maacutes energiacutea

tiene la radiacioacuten mayor es su poder de penetra-

cioacuten

Si la sustancia radiactiva estaacute afuera del cuer-

po las partiacuteculas alfa de poco poder de penetra-

cioacuten son las menos peligrosas pues las detiene la

capa externa de la piel Tambieacuten las partiacuteculas beta

se detienen normalmente antes de alcanzar oacuterga-

nos vitales Los rayos gamma atraviesan sin difi-

26

cultad los tejidos asiacute que una fuente externa de los

mismos puede ser muy peligrosa En cambio

cuando la fuente radiactiva estaacute adentro del cuerpo

la situacioacuten se invierte Las partiacuteculas alfa que no

penetran pueden causar graves dantildeos Todas estas

partiacuteculas estaacuten atrapadas en el interior del cuerpo

el cual tiene entonces la posibilidad de absorber

toda la energiacutea que libera la partiacutecula Las partiacutecu-

las alfa infligen el dantildeo en un aacuterea muy pequentildea

porque no se desplazan muy lejos Las partiacuteculas

beta distribuyen el dantildeo en un aacuterea algo mayor

porque recorren distancias mayores Los tejidos se

pueden recuperar de un dantildeo limitado disperso en

un aacuterea grande pero es menos probable que so-

brevivan a una lesioacuten concentrada

Las personas que trabajan con materiales ra-

diactivos disponen de diversas formas de prote-

gerse contra ellos La maacutes simple consiste en ale-

jarse de la fuente porque la intensidad de la radia-

cioacuten disminuye con la distancia respecto a la fuen-

27

te Los trabajadores se pueden proteger tambieacuten

por medio de blindajes Una hoja de papel detiene

casi todas las partiacuteculas alfa Un bloque de madera

o una laacutemina delgada de aluminio detiene las par-

tiacuteculas beta

Pero se necesitan varios metros de concreto o

varios centiacutemetros de plomo para detener los ra-

yos gamma

28

5 VIDA MEDIA

Cuando hablamos de aacutetomos individuales

estamos trabajando con elementos que

apenas imaginamos

Para entender lo que pasa con la radia-

cioacuten debemos referirnos a un grupo maacutes

grande de partiacuteculas y trabajar con pro-

medios

Hasta aquiacute hemos estudiado la radiactividad en

relacioacuten con los aacutetomos individuales En el labora-

torio nos ocupamos en general con nuacutemeros muy

grandes de aacutetomos mucho mayores que el nuacuteme-

29

ro de habitantes de la tierra Si pudieacutesemos ver el

nuacutecleo de un aacutetomo individual podriacuteamos ver si

sufre o no desintegracioacuten radiactiva examinando

su composicioacuten Ciertas combinaciones de proto-

nes y neutrones son inestables Sin embargo lo

que no podriacuteamos determinar es cuando el aacutetomo

va a sufrir un cambio La radiactividad es un pro-

ceso aleatorio independiente en general de las

influencias externas

Cuando tenemos un nuacutemero grande de aacuteto-

mos el proceso de desintegracioacuten radiactiva se

hace maacutes predecible Podemos medir la vida me-

dia que es una propiedad caracteriacutestica de cada

radioisoacutetopo La vida media de un isoacutetopo radiac-

tivo es el periacuteodo durante el cual la mitad del nuacute-

mero original de aacutetomos sufre desintegracioacuten ra-

diactiva para formar un nuevo elemento Por

ejemplo supone que tuvieacutesemos 16 billones de

aacutetomos de tritio el isoacutetopo radiactivo de hidroacutege-

no La vida media del tritio es de 123 antildeos Esto

significa que al cabo de 123 antildeos se habraacuten desin-

30

tegrado 8 billones de aacutetomos de tritio y quedaraacuten

8 billones de aacutetomos Al cabo de otros 123 antildeos

se habraacute desintegrado la mitad de los 8 billones de

aacutetomos restantes Por tanto al cabo de dos vidas

medias quedaraacute una cuarta parte del nuacutemero ori-

ginal de aacutetomos de tritio Asiacute pues dos vidas me-

dias no hacen una entera

Podemos calcular la fraccioacuten restante del isoacute-

topo original al cabo de un nuacutemero dado de vidas

medias por medio de la relacioacuten

FRACCIOacuteN RESTANTE N21

=

Donde n es el nuacutemero de vidas medias trans-

curridas

31

6 RADIACTIVIDAD ARTIFICIAL

La radiactividad es un fenoacutemeno na-

tural y en esas condiciones poco

aprovechable

El hombre trabajoacute mucho para con-

trolarlo y hacer de este efecto algo

uacutetil Aunque como es muy habitual

en la humanidad las implementacio-

nes destructivas tambieacuten tuvieron

gran desarrollo

32

TRANSMUTACIOacuteN ARTIFICIAL

Las formas de radiactividad que se presentan

en la Naturaleza Se pueden inducir otras reaccio-

nes nucleares bombardeando nuacutecleos estables con

partiacuteculas alfa neutrones u otras partiacuteculas sub-

atoacutemicas Estas partiacuteculas si tienen suficiente

energiacutea penetran los nuacutecleos que antes eran esta-

bles e inducen alguna forma de emisioacuten radiacti-

va Al igual que la radiactividad natural este tipo

de cambio nuclear produce una transmutacioacuten un

elemento se transforma en otro Debido a que el

cambio no se habriacutea producido de manera natural

el proceso se conoce como transmutacioacuten artifi-

cial

Pocos antildeos despueacutes de su famoso experimen-

to de la laminilla de oro (bombardeo con radiacioacuten

alfa una lamina de oro y detectoacute en una lamina de

sulfuro de zinc la radiacioacuten emergente) Ernest

Rutherford estudioacute el bombardeo de diversos

elementos ligeros con partiacuteculas alfa Un experi-

33

mento de este tipo en el cual Rutherford bom-

bardeoacute nitroacutegeno dio por resultado la produccioacuten

de protones

N147 + He4

2 O178 + H1

1

(Recordaacute que el nuacutecleo de hidroacutegeno es un protoacuten

por eso usamos el siacutembolo alternativo H11 para el pro-

toacuten)

Observaacute que la suma de los nuacutemeros de nu-

cleones de la izquierda es igual a la suma de los

nuacutemeros de nucleones de la derecha Tambieacuten los

nuacutemeros atoacutemicos estaacuten balanceados

Rutherford habiacutea postulado en 1914 la exis-

tencia de protones en los nuacutecleos Un experimen-

to publicado en 1919 proporcionoacute la primera

comprobacioacuten empiacuterica de la existencia de estas

partiacuteculas fundamentales Ya antes Eugen Golds-

tein habiacutea producido protones en sus experimen-

34

tos con tubos de descarga en gas Goldstein obtu-

vo estas partiacuteculas a partir del hidroacutegeno gaseoso

contenido en el tubo por separacioacuten de un elec-

troacuten del aacutetomo de hidroacutegeno La trascendencia del

experimento de Rutherford consistioacute en que ob-

tuvo protones del nuacutecleo de un aacutetomo que no era

de hidroacutegeno con lo cual establecioacute la naturaleza

de los protones como partiacuteculas fundamentales Al

hablar de partiacuteculas fundamentales nos referimos a

las unidades baacutesicas a partir de las cuales se pue-

den formar estructuras maacutes complicadas (como el

nuacutecleo de nitroacutegeno) El experimento de Ruther-

ford constituyoacute la primera reaccioacuten nuclear indu-

cida

Durante la deacutecada de 1920 se llevaron a cabo

muchas transmutaciones artificiales En la deacutecada

de 1930 una de estas reacciones condujo al descu-

brimiento de otra partiacutecula fundamental En 1932

James Chadwick bombardeoacute berilio con partiacuteculas

alfa

35

Be94 + He4

2 C126 + n1

0 Entre los productos se encontraba el neutroacuten

RADIACTIVIDAD INDUCIDA

Las primeras reacciones nucleares produjeron

isoacutetopos que ya se conociacutean por estar presentes en

la Naturaleza Esto fue quizaacute fortuito porque era

inevitable que tarde o temprano se produjese un

nuacutecleo estable Iregravene Curie (hija de los ganadores

del premio Nobel de 1903) y su esposo Freacutedeacuteric

Joliot estudiaban el bombardeo de aluminio con

partiacuteculas alfa Se produciacutean neutrones y quedaba

como residuo un isoacutetopo de foacutesforo

Al2713 + He4

2 P3015 + n1

0

Para sorpresa de los investigadores el blanco

seguiacutea emitiendo partiacuteculas auacuten despueacutes de inte-

rrumpido el bombardeo El isoacutetopo de foacutesforo era

radiactivo y emitiacutea partiacuteculas cuya masa era igual a

36

la del electroacuten pero cuya carga era opuesta Estas

partiacuteculas se llaman positrones La reaccioacuten que

estaban observando era la siguiente

P3015 e0

1+ + Si3014

Asiacute pues surge una vez maacutes la pregunta iquestde doacuten-

de proviene esta partiacutecula si el nuacutecleo contiene

soacutelo protones y neutrones Anteriormente expli-

camos el hecho de que surgiese una partiacutecula beta

(un electroacuten) de un nuacutecleo afirmando que un neu-

troacuten se habiacutea descompuesto en un protoacuten y un

electroacuten Quizaacute un suceso similar puede explicar la

aparicioacuten de un positroacuten Considera que un pro-

toacuten del nuacutecleo se transforma en un neutroacuten y un

positroacuten (un protoacuten es ideacutentico a un nuacutecleo de

hidroacutegeno)

H11 e0

1+ + N10

Todo queda muy bien balanceado en esta

37

ecuacioacuten Al emitirse el positroacuten el nuacutecleo radiac-

tivo original tiene de pronto un protoacuten menos y

un neutroacuten maacutes que antes Por tanto la masa del

nuacutecleo producido es la misma pero su nuacutemero

atoacutemico se ha reducido en una unidad respecto al

nuacutecleo original Por este trabajo la pareja Joliot-

Curie se hizo acreedora al premio Nobel en 1935

(la pareja Joliot-Curie adoptoacute el apellido combina-

do para perpetuar el nombre de Curie Marie y

Pierre Curie tuvieron dos hijas pero ninguacuten hijo

varoacuten

38

7 USOS DE LOS RADIOISOacuteTOPOS

Muchas de las aplicaciones de la energiacutea

de la radiacioacuten se realizan a traveacutes de los

radioisoacutetopos

Gracias a ellos y a los detectores se evitan

grandes perdidas materiales y se ahorra

grandes esfuerzos

Los cientiacuteficos que trabajan en una amplia va-

riedad de campos emplean isoacutetopos radiactivos

(radioisoacutetopos) como rastreadores en sistemas

fiacutesicos quiacutemicos y bioloacutegicos Los isoacutetopos de un

elemento determinado sea radiactivo o no se

39

comportan de manera casi ideacutentica en los proce-

sos quiacutemicos y fiacutesicos En virtud de la facilidad

para detectar los isoacutetopos radiactivos es relativa-

mente faacutecil seguir sus movimientos incluso en un

sistema complicado

Como un ejemplo sencillo consideremos el

flujo de un liacutequido por una tuberiacutea Supongamos

que hay una fuga en una tuberiacutea enterrada bajo un

piso de concreto Podriacuteamos localizar la fuga le-

vantando partes extensas del piso o bien podriacutea-

mos agregar una pequentildea cantidad de material

radiactivo al liacutequido que va hacia el drenaje y ras-

trear el flujo de liacutequido con un contador Geiger

(un instrumento que detecta la radiactividad) Una

vez localizada la fuga soacutelo habriacutea que levantar una

parte pequentildea del piso para reparar la fuga Por lo

general se emplean para este propoacutesito isoacutetopos

de vida corta que desaparecen poco tiempo des-

pueacutes de realizar su funcioacuten

Anaacutelogamente podriacuteamos rastrear la incorpo-

racioacuten de foacutesforo en una planta verde La planta se

40

alimenta con un fertilizante que contiene foacutesforo

radiactivo Un meacutetodo sencillo de deteccioacuten con-

siste en colocar la planta sobre una peliacutecula foto-

graacutefica La radiacioacuten que emiten los isoacutetopos de

foacutesforo expone la peliacutecula en gran medida como

lo hace la luz Este tipo de exposicioacuten llamado

radiografiacutea muestra la distribucioacuten del foacutesforo en

la planta

Tambieacuten se da un buen uso a los rastreadores

radiactivos en la investigacioacuten agriacutecola Estos isoacute-

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 cuaacuteles son los mejores meacutetodos para

regular los insectos La mutacioacuten intencional de

plantas por irradiacioacuten ha producido nuevas y

mejores cepas de plantas de cultivo con valor co-

mercial desde raacutebanos hasta maniacute

Los radioisoacutetopos se emplean tambieacuten para

irradiar alimentos como meacutetodo de conservacioacuten

La radiacioacuten destruye los microorganismos que

41

causan la descomposicioacuten de los alimentos Los

alimentos irradiados muestran poco cambio en

cuanto a su saber o aspecto A muchas personas

les inquietan los posibles efectos dantildeinos de las

sustancias quiacutemicas que produce la radiacioacuten pero

no hay pruebas contundentes de dantildeos causados

por alimentos irradiados en animales de laborato-

rio alimentados con ellos y tampoco se conocen

efectos adversos en seres humanos en los paiacuteses

donde la irradiacioacuten se ha utilizado por muchos

antildeos El proceso de esterilizacioacuten no deja irradia-

cioacuten residual en los alimentos

Los radioisoacutetopos han sido empleados exten-

samente en la investigacioacuten cientiacutefica baacutesica El

mecanismo de la fotosiacutentesis se dilucidoacute en gran

parte utilizando carbono 14 como rastreador Por

ejemplo para determinar coacutemo fabrican las plan-

tas el azuacutecar glucosa a partir de dioacutexido de carbo-

no y agua la planta se expone a dioacutexido de carbo-

no radiactivo El investigador identifica los com-

puestos que se forman a partir de estas materias

42

primas y el orden en el que se sintetizan y despueacutes

determina cuaacuteles compuestos se tornan radiactivos

y en queacute secuencia Con base en los dates obteni-

dos de experimentos con rastreadores los cientiacutefi-

cos determinan las rutas metaboacutelicas de plantas

animales y seres humanos

43

8 MEDICINA NUCLEAR

La medicina nuclear ha generado tra-

tamientos y terapias inimaginables

antes de su descubrimiento

En el diagnostico generoacute meacutetodos no

invasivos que evitan a los paciente

tanto sufrimientos como peacuterdidas de

tiempo

En medicina nuclear se dan dos usos distintos

a los radioisoacutetopos para fines terapeacuteuticos o para

realizar un diagnoacutestico En la terapia con radiacioacuten

se intenta tratar o curar un padecimiento por

44

medio de radiacioacuten El uso de los radioisoacutetopos

con fines de diagnoacutestico busca obtener informa-

cioacuten acerca del estado de salud del paciente

TERAPIA POR RADIACIOacuteN

El caacutencer no es una sola enfermedad sino

muchas Algunas formas de caacutencer son particu-

larmente susceptibles a la terapia por radiacioacuten La

radiacioacuten se dirige cuidadosamente hacia el tejido

canceroso y se reduce al miacutenimo la exposicioacuten de

las ceacutelulas normales Si los efectos destructivos de

la radiacioacuten consiguen matar las ceacutelulas cancero-

sas se detiene el avance del tumor maligno (Pero

los pacientes que se someten a terapia por radia-

cioacuten suelen experimentar malestares a causa del

tratamiento Naacuteusea y voacutemito son los siacutentomas

usuales del malestar por radiacioacuten Asiacute pues el

objetivo de la terapia por radiacioacuten es destruir las

ceacutelulas cancerosas antes de que se cause un dantildeo

excesivo a los tejidos sanos La radiacioacuten tiene

45

efectos maacutes letales para las ceacutelulas que se reprodu-

cen con rapidez y eacutesta es precisamente la caracte-

riacutestica de las ceacutelulas cancerosas que permite que la

terapia por radiacioacuten tenga eacutexito

USOS DIAGNOacuteSTICOS DE LOS RADIOISOacuteTOPOS

Los radioisoacutetopos se usan para fines diagnoacutes-

ticos con el propoacutesito de obtener informacioacuten

acerca del tipo o el alcance de la enfermedad El

yodo 131 radiactivo se emplea para determinar el

tamantildeo la forma y la actividad de la glaacutendula ti-

roides asiacute como para tratar caacutenceres localizados

en esta glaacutendula y para controlar una tiroides hi-

peractiva Primero el paciente toma una solucioacuten

de yoduro de potasio que contiene yodo 131 El

organismo concentra el yodo en la tiroides Se

usan dosis grandes para el tratamiento del caacutencer

de la tiroides la radiacioacuten del isoacutetopo se concentra

en las ceacutelulas cancerosas de esta glaacutendula auacuten

cuando las ceacutelulas cancerosas se hayan extendido a

46

otras partes del cuerpo Sin embargo para fines de

diagnoacutestico soacutelo se necesita una pequentildea cantidad

del radioisoacutetopo Tambieacuten 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-

poracioacuten diferencial del isoacutetopo La imagen que

se obtiene se describe como una fotoexploracioacuten

y permite determinar con precisioacuten la ubicacioacuten de

un tumor en esa regioacuten del cuerpo

El radioisoacutetopo de uso maacutes extendido en medicina

es el gadolinio 153 Este isoacutetopo se emplea para

evaluar la mineralizacioacuten de los huesos Su popu-

laridad es un indicio del gran nuacutemero de personas

principalmente mujeres que sufren de osteoporo-

sis (reduccioacuten de la cantidad de tejido oacuteseo) a me-

dida que envejecen El gadolinio 153 emite dos

radiaciones caracteriacutesticas un rayo gamma y un

rayo X Un dispositivo analizador compara estas

radiacioacuten despueacutes de que atraviesan el hueso La

47

densidad del mismo se determina con base en las

diferencias de absorcioacuten de los rayos

El tecnecio 99m se utiliza en diversos ensayos

diagnoacutesticos La letra m quiere decir metaestable

lo que significa que este isoacutetopo emite cierta ener-

giacutea para convertirse en una versioacuten maacutes estable del

mismo isoacutetopo (mismo nuacutemero atoacutemico y mismo

peso atoacutemico) La energiacutea que desprende es el

rayo gamma que permite detectar el isoacutetopo

Tcm9943 Tc99

43 + y

Observa que la desintegracioacuten del tecnecio

99m no produce partiacuteculas alfa ni beta las cuales

podriacutean causar dantildeos innecesarios al organismo

Ademaacutes el tecnecio 99m tiene una vida media cor-

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

tividad no permanece en el organismo mucho

tiempo despueacutes de que la exploracioacuten se ha com-

pletado Esta vida media tan corta obliga a planifi-

48

car cuidadosamente el uso del radioisoacutetopo De

hecho lo que se adquiere no es el isoacutetopo mismo

El tecnecio 99m se forma por desintegracioacuten del

molibdeno 99

Mo9942 Tcm99

43 + e01minus + y

Se emplea un recipiente que contiene este isoacute-

topo de molibdeno y el producto de desintegra-

cioacuten el tecnecio 99 se extrae del recipiente a

medida que se necesita

Mediante el uso de modernas tecnologiacuteas ba-

sadas en la utilizacioacuten de computadoras la tomo-

grafiacutea por emisioacuten de positrones (PET por sus

siglas en ingleacutes) permite medir los procesos dinaacute-

micos que se llevan a cabo en el organismo como

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

boliza el oxiacutegeno o la glucosa Las exploraciones

de PET se emplean actualmente para identificar

con precisioacuten el aacuterea de dantildeo cerebral que desen-

49

cadena los ataques epileacutepticos graves Antes de la

exploracioacuten se inhalan o se inyectan compuestos

que contienen isoacutetopos emisores de positrones

como el carbono 11 Antes de que el positroacuten

emitido pueda recorrer una distancia apreciable en

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

teria ordinaria abundan los electrones) y se produ-

cen dos rayos gamma

C116 B11

5 + e01+

e01+ + e0

1minus 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 simultaacuteneamente

dos rayos gamma el sistema no toma en cuenta

los rayos gamma de la radiacioacuten natural de fondo

A continuacioacuten se emplea una computadora para

calcular la ubicacioacuten dentro del cuerpo del punto

50

en el cual ocurrioacute una aniquilacioacuten del positroacuten y

el electroacuten y se genera una imagen en esa regioacuten

La tabla contiene una lista de radioisoacutetopos de

uso comuacuten en la medicina La lista es necesaria-

mente incompleta Incluso con esta exposicioacuten tan

breve puedes hacerte una idea de la importancia

que los radioisoacutetopos tienen en la medicina La

aseveracioacuten de que la ciencia nuclear ha salvado

maacutes vidas de las destruidas por las bombas atoacutemi-

cas no carece el fundamento

51

Isoacutetopo Nombre Vida me-

dia Uso

C11 Carbono 11 203m Exploraciones cere-

brales

Cr51 Cromo 51 278d Determinacioacuten

del volumen sanguiacute-

neo

Co57 Cobalto 57 270d Medicioacuten de la

incorporacioacuten de

vitamina v12

Co60 Cobalto 60 526a Terapia de caacutencer

por radiacioacuten

Gd153 Gadolinio

153

242d Determinacioacuten

de la densidad oacutesea

Ga67 Galio 67 781h Exploracioacuten en

busca de tumores

pulmonares

I131 Yodo 131 807d Terapia de la ti-

roides

Ir192 Iridio 192 74d Terapia del caacuten-

cer de mamaacute

Fe59 Hierro 59 45d Deteccioacuten de

anemia

52

P32 Foacutesforo 32 143d Deteccioacuten de

caacutencer de la piel o

tumores oculares

Pu238 Plutonio

238

86a Suministra ener-

giacutea para marcapasos

Ra226 Radio 226 1600a Terapia de caacutencer

por radiacioacuten

Se75 Selenio 75 120d Exploraciones del

paacutencreas

Na24 Sodio 24 150h Localizacioacuten de

obstrucciones en el

flujo sanguiacuteneo

Tc99 Tecnecio 99 60h Obtencioacuten de imaacute-

genes de cerebro hiacutega-

do meacutedula oacutesea rintildeoacuten o

corazoacuten

Tl201 Talio 201 73h Deteccioacuten de pro-

blemas cardiacos con la

prueba de esfuerzo en

rueda de andar

H3 Tritio 123a Determinacioacuten de

agua corporal total

Xe133 Xenoacuten133 527d Obtencioacuten de imaacute-

genes de pulmoacuten

53

9 FECHADO POR MEDIO DE RADIOISOacuteTOPOS

Una de las aplicaciones maacutes in-

creiacutebles de la quiacutemica nuclear es la po-

sibilidad de averiguar la antiguumledad de

los objetos encontrados en las investi-

gaciones arqueoloacutegicas

Se puede usar la vida media de ciertos isoacuteto-

pos para estimar la antiguumledad de rocas y artefac-

tos arqueoloacutegicos El uranio 238 se desintegra con

una vida media de 4500 millones de anos Los

productos iniciales de esta desintegracioacuten tambieacuten

son radiactivos y la descomposicioacuten continuacutea

54

hasta que se forma un isoacutetopo de plomo (plomo

206) Los quiacutemicos pueden estimar la antiguumledad

de una roca determinando las proporciones relati-

vas de uranio 238 y plomo 206 Se ha encontrado

que algunas de las rocas maacutes antiguas de la Tierra

se formaron hace entre 3000 y 4500 millones de

antildeos En las rocas lunares y en meteoritos se ha

determinado una antiguumledad maacutexima de alrededor

de 4500 millones de antildeos Asiacute pues se considera

en general que la Tierra tiene una antiguumledad de

unos 4500 millones de antildeos

FECHADO POR CARBONO 14

En el fechado de artefactos interviene por lo

general un isoacutetopo radiactivo de carbono Se for-

ma carbono 14 en las capas superiores de la at-

moacutesfera por el bombardeo que experimenta el

nitroacutegeno ordinario por parte de los neutrones de

los rayos coacutesmicos

55

N147 + n1

0 C146 + H1

1

Este proceso origina una concentracioacuten cons-

tante de carbono 14 en el CO2 terrestre Las plan-

tas y animales vivos incorporan este isoacutetopo en

sus propias ceacutelulas Sin embargo cuando estos

seres mueren se interrumpe la incorporacioacuten de

carbono 14 y el carbono 14 que hay en el orga-

nismo se desintegra (con una vida media de 5 730

antildeos) a nitroacutegeno 14

Por consiguiente basta con medir la actividad

residual de carbono 14 en un artefacto de origen

vegetal o animal para determinar su antiguumledad

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 antildeos de antiguumle-

dad es decir ha estado muerta durante un tiempo

equivalente a una vida media Anaacutelogamente un

artefacto que muestra el 25 de la actividad de

carbono 14 del material vegetal reciente tiene

56

11460 anos de antiguumledad 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 aquiacute supone que la formacioacuten del isoacutetopo

fue constante a lo largo del tiempo En realidad no

es asiacute Sin embargo aproximadamente para los

uacuteltimos 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

aacuterboles Se han construido curvas de calibracioacuten

que permiten determinar fechas consideradas co-

mo exactas

En teacuterminos generales el meacutetodo de carbono

14 es razonablemente preciso para fechar objetos

de hasta 50000 antildeos de antiguumledad La cantidad

residual del isoacutetopo en los objetos de una antiguumle-

dad mayor que esa es demasiado pequentildea para

hacer una determinacioacuten exacta

El carboacuten de las fogatas de los pueblos anti-

57

guos fechado por determinacioacuten de la actividad

de carbono 14 se usa para estimar la antiguumledad

de otros artefactos encontrados en el mismo em-

plazamiento arqueoloacutegico La teacutecnica de fechado

por carbono 14 se ha usado tambieacuten para detectar

si supuestos artefactos antiguos han sido falsifica-

dos

EL SUDARIO DE TURIacuteN

Probablemente han oiacutedo hablar del sudario de

Turiacuten Se trata de una pieza de tejido de lino muy

antigua de unos 4 metros de largo que muestra la

impresioacuten aproximada de un cuerpo humano

Desde alrededor del antildeo 1350 dC 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-

bricacioacuten del lienzo habiacutea sido cultivado en alguacuten

memento entre los anos de 1260 y 1390 dC Por

58

tanto el lienzo no podriacutea haber existido en tiem-

pos de Cristo A diferencia de los pergaminos del

Mar Muerto para los que el fechado por carbono

14 demostroacute que son registros auteacutenticos de una

civilizacioacuten que existioacute hace unos 2000 antildeos el

sudario de Turiacuten resultoacute ser falso

FECHADO POR TRITIO

El tritio que es el isoacutetopo radiactivo del

hidroacutegeno sirve tambieacuten para fechar Su vida me-

dia de 123 antildeos lo hace uacutetil para fechar objetos de

hasta 100 antildeos de antiguumledad Una aplicacioacuten inte-

resante es el fechado de aguardientes Estas bebi-

das alcohoacutelicas son muy costosas cuando han sido

antildeejadas de 10 a 50 antildeos El fechado por tritio

permite comprobar la veracidad de los anuncios

publicitarios respecto al proceso de antildeejamiento

de las variedades maacutes caras

Hay muchos otros isoacutetopos que permiten es-

timar la antiguumledad de objetos y materiales

59

Isoacutetopo Vida me-

dia

(antildeos)

Periacuteodo de

utilidad Uso

Carbono 14 5730 500 a 50000

antildeos

Carboacuten vege-

tal material

orgaacutenico

Tritio 123 1 a 100 antildeosVinos antildeeja-

dos

Potasio 40 13 x 109 Desde 10000

antildeos

Rocas corteza

terrestre y

lunar

Renio 187 43 x1010 Desde 4 x

107 antildeos Meteoritos

Ranio238 45 x109 Desde 107

antildeos

Rocas corteza

terrestre

60

10 PLANTAS DE ENERGIacuteA NUCLEAR

iquestSabeacutes de doacutende viene esa energiacutea que nosotros usamos tanto Mucha de la energiacutea eleacutectrica es

producida por plantas nucleares de to-do el mundo

La energiacutea nuclear ha dado origen a bombas

muy destructivas y a la nociva precipitacioacuten ra-

diactiva y podriacutea incluso provocar un devastador

invierno nuclear Sin embargo una cantidad mu-

cho mayor de personas han recibido beneficios de

la energiacutea nuclear que las que han sido perjudica-

das por ella El hecho es que existen muchos usos

de la energiacutea nuclear que son sumamente beneacutefi-

61

cos Ya conocemos el uso de isoacutetopos radiactivos

en el diagnoacutestico cliacutenico y en el fechado de obje-

tos de antiguumledad desconocida Otro uso paciacutefico

de la energiacutea nuclear es la generacioacuten de electri-

cidad Una gran parte de la energiacutea eleacutectrica que

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

giacutea nuclear

En la actualidad una quinta parte de toda la

electricidad que se produce en Estados Unidos

proviene de plantas de energiacutea nuclear En Euro-

pa la dependencia respecto a la energiacutea nuclear

para la produccioacuten de electricidad es auacuten mayor

En Francia por ejemplo maacutes del 70 de la ener-

giacutea eleacutectrica del paiacutes proviene de plantas nuclea-

res

No es sorprendente que una reaccioacuten que

desprende tanta energiacutea como lo hace la fisioacuten

nuclear se use como fuente de energiacutea para gene-

rar electricidad En las plantas de energiacutea nuclear

se usa el calor obtenido de una reaccioacuten de fisioacuten

62

en cadena controlada para producir vapor de

agua que mueve las turbinas generadoras de elec-

tricidad El combustible nuclear es normalmente

oacutexido de uranio U3O8 enriquecido hasta alrede-

dor de 3 de uranio 235

La energiacutea nuclear es mucho maacutes limpia que la

que se obtiene quemando combustibles foacutesiles

(carboacuten petroacuteleo y gas) no produce cenizas finas

ni holliacuten no forma dioacutexido de carbono que con-

tribuye al efecto de invernadero y al calentamiento

global y no contamina el aire con oacutexidos de azu-

fre y de nitroacutegeno que dan origen a la lluvia aacutecida

Por otra parte emite grandes cantidades de calor

residual en el ambiente y lo que es mucho maacutes

serio produce muchos residuos radiactivos La

eliminacioacuten de todos estos materiales radiactivos

de desecho es uno de los problemas constantes

que se tienen en relacioacuten con las plantas de energiacutea

nuclear

63

11 BOMBA ATOacuteMICA

Todos sabemos los desastres que pue-

den causar la detonacioacuten de una bomba

nuclear

Aquiacute presentamos la explicacioacuten teoacuterica

y coacutemo se pone en praacutectica

COacuteMO FUNCIONA UNA BOMBA NUCLEAR EN LA

TEORIacuteA

El 16 de Julio de 1945 estalloacute la primera bomba

atoacutemica en el campo de pruebas de Trinity cerca

de aacutelamo Gordo (Nuevo Meacutejico) Desde ese pre-

64

ciso instante la historia de la humanidad ha pasado

a una nueva era la era nuclear

Nunca hasta entonces se habiacutean tenido los cono-

cimientos necesarios como para saber que la masa

puede convertirse en grandes cantidades de ener-

giacutea y coacutemo podiacutea realizarse ese proceso hasta

entonces reservado tan soacutelo a las estrellas

La famosa foacutermula de Einstein E = mc2 ha pasa-

do ya ha formar parte de la cultura popular auacuten sin

que en realidad se llegue a saber que implica

Donde E es energiacutea m masa y c la velocidad de la

luz (constante) En esta ecuacioacuten se expresa la

relacioacuten de equivalencia entre masa y energiacutea Por

ejemplo haciendo algunas cuentas se ve que con

un gramo de uranio si se convirtiese totalmente

en energiacutea se obtendriacutean 25 millones de Kw

Aplicado como una bomba nuclear basta decir

que para asolar Hiroshima soacutelo se convirtioacute un

65

gramo de masa (aunque toda la bomba como me-

canismo pesara cuatro toneladas) su potencia fue

de 125 kilotones es decir para igualar su potencia

seriacutean 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 combustibles

de fisioacuten Cuando en un espacio se reuacutene la sufi-

ciente cantidad de materia (denominada masa criacute-

tica) se produce una reaccioacuten en cadena espontaacute-

nea esto es el nuacutecleo de los aacutetomos del material

se divide liberando energiacutea y varios neutrones

raacutepidos que provocan que otros nuacutecleos tam-

bieacuten se dividan y liberen maacutes energiacutea y neutrones

Este proceso se denomina fisioacuten nuclear Sin em-

bargo si la densidad no es suficiente la energiacutea

liberada hace que el material se expanda y se de-

tenga el proceso Para evitar que se pare la reac-

cioacuten se recurre a una materia muy densa de por siacute

(isoacutetopos del uranio y plutonio) que ademaacutes se

comprime de manera muy raacutepida para lograr una

66

altiacutesima densidad que permite que los neutrones

raacutepidos choquen antes con otros nuacutecleos y se

produzcan antes el mayor nuacutemero 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 maacutes energiacutea Para una

explosioacuten de 100 kilotones son necesarias 58 ge-

neraciones las 7 uacuteltimas generan el 999 de la

energiacutea en periodo cortiacutesimo de tiempo Tambieacuten

puede liberarse energiacutea con la fusioacuten en este pro-

ceso los nuacutecleos se unen en vez de separarse pero

se requieren altiacutesimas temperaturas (del orden de

millones de grados) para que este proceso se lleve

a cabo Para esta reaccioacuten se usan aacutetomos ligeros

(maacutes faacuteciles de unir) generalmente hidroacutegeno o

sus isoacutetopos (deuterio y tritio) Para unir dos aacuteto-

mos basta con hacerlos chocar Los protones de

cada aacutetomo 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

67

fusioacuten deben comprimirse fuertemente los nuacute-

cleos y una vez hecho soacutelo podraacuten continuar uni-

dos si pierden un equivalente de la energiacutea que les

hizo apretarse En el caso de usar deuterio y tritio

se libera violentamente un neutroacuten Esta energiacutea

liberada es la que forma una bomba de fusioacuten

tambieacuten denominada bomba H

COMO FUNCIONA UNA BOMBA ATO-MICA EN LA PRACTICA

Sea cual fuere el sistema de funcionamiento de

una bomba nuclear (fusioacuten o fisioacuten) una cantidad

de masa se convierte en energiacutea la potencia soacutelo

depende de la capacidad de la ingenieriacutea para con-

vertir maacutes masa antes de que la reaccioacuten disperse

las moleacuteculas en teoriacutea la potencia es por tanto

ilimitada

Una bomba nuclear consiste baacutesicamente en una

esfera hueca de plutonio que no es lo suficiente-

68

mente densa como para producir una reaccioacuten 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 explosioacuten se disparan los detonado-

res que hacen que el material explosivo estalle de

la manera lo maacutes regular posible para que enviacutee

una onda de choque esfeacuterica hacia el plutonio

Cuando eacutesta impacta contra eacutel lo comprime y re-

duce su volumen empujaacutendolo hacia el centro de

la esfera hasta que alcanza una densidad suficiente

(supercriacutetica) y se dispara el iniciador de neutrones

para comenzar la reaccioacuten en cadena que da lugar

a la explosioacuten nuclear

Las bombas termonucleares de fusioacuten o H nece-

sitan de una gran temperatura para que se puedan

unir los nuacutecleos esto se consigue en el interior de

una explosioacuten de fisioacuten que es el comienzo de

toda bomba H

69

Una vez acabada la reaccioacuten de fusioacuten nos encon-

traremos con una esfera expandida con una tem-

peratura de millones de grados en la que existen

los productos de la fusioacuten (litio e isoacutetopos del

hidroacutegeno) Tal es su velocidad que pueden fun-

dirse unos con otros dando lugar a la reaccioacuten de

fusioacuten Esta reaccioacuten genera maacutes energiacutea que la

anterior y libera gran cantidad de partiacuteculas nu-

cleares pero no es una reaccioacuten en cadena ya que

el propio calor que genera hace que las partiacuteculas

se separen y se expandan en forma de una esfera

de plasma con una temperatura que tan soacutelo expe-

rimenta el universo de manera natural en las estre-

llas En nuestro sol por ejemplo ocurren la fusioacuten

nuclear de hidroacutegeno y helio Pero antes de que la

reaccioacuten se extinga los neutrones generados por

las detonaciones anteriores provocan de nuevo

una reaccioacuten de fusioacuten sobre una camisa de U-

238 pero esta vez mucho mayor que las anterio-

res La potencia de una bomba termonuclear care-

ce de liacutemite una bomba como la de Hiroshima de

70

125 kilotones (un kilotoacuten equivale a 1000 tonela-

das de TNT) se considera dentro de los arsenales

modernos como pequentildea siendo las de un mega-

toacuten (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 la

Segunda Guerra Mundial

Para la construccioacuten de una bomba nuclear nor-

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

primero no forma parte de la reaccioacuten nuclear

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

nera espontaacutenea emitiendo neutrones que son

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

duzca de manera accidental la reaccioacuten en cadena

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

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

cioacuten 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

71

reactores nucleares a partir del U-238

La desintegracioacuten del uranio en la reaccioacuten en

cadena se produce de manera espontaacutenea para una

masa de 50 Kg si eacuteste elemento es puro El pluto-

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

da reaccioacuten en cadena de modo que se mezcla de

berilo y polonio dando como resultado un pro-

ducto que aunque no es fisionable por si solo una

pequentildea cantidad actuacutea como catalizador para las

grandes reacciones Asiacute bastan 16 Kg de PU-239

para obtener la masa supercriacutetica y 10 Kg si se

mezcla con U-238

El U-235 es muy difiacutecil de extraer por encontrarse

en la naturaleza muy mezclado con otros com-

puestos Asiacute por cada 25000 toneladas de mineral

de uranio bruto soacutelo se obtienen 50 toneladas de

uranio del que el 993 es U-235 y el resto el

rariacutesimo isoacutetopo U-238 ambos soacutelo se pueden

separar de manera mecaacutenica gracias a la leviacutesima

72

diferencia de peso entre ambos Asiacute el uranio se

mezcla en forma gaseosa con fluor (hexafluoriacutedri-

co) que es impulsado a baja presioacuten hacieacutendolo

pasar por unas caacutemaras que aumentan la concen-

tracioacuten de uranio sensiblemente tras cientos de

pasadas Para una central nuclear la pureza ha de

ser del 2 y para una bomba (teoacutericamente) el

95

Para separar el isoacutetopo se recurre a la centrifuga-

cioacuten del gas siendo el maacutes pesado U-238 despedi-

do hacia el exterior con maacutes fuerza Para obtener

otra vez el uranio separado del gas se recurre a la

separacioacuten magneacutetica

MECANISMOS QUE SUELEN COMPONER UNA

BOMBA NUCLEAR

Los mecanismos que suelen componer una bom-

ba nuclear son los siguientes

73

ALTIacuteMETRO No suele usarse el baromeacutetrico

por verse afectado por las condiciones atmosfeacuteri-

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 seguacuten el tiempo transcu-

rrido en el recorrido puede saberse la altura sin

necesidad de complicar maacutes el sistema para dar

una precisioacuten que en realidad no es importante (2

o 3 m de diferencia no son apreciables maacutes que

en minibombas bastante menores que las de

Hiroshima) siendo la altura normal de detonacioacuten

la de 2000 m

En la praacutectica 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 electroacute-

nicamente para obtener la diferencia de ambas

que es proporcional a la altura Los pulsos suelen

emitirse 120 veces por segundo y alcanzan un

74

rango de 3000 m sobre la tierra y 6000 m sobre

el mar (la reflexioacuten es alliacute mejor) siendo su error

de hasta 15 m

CABEZA DETONADORA Como ya se dijo

estaacute compuesta de una carga explosiva muy bien

calibrada que a la orden del altiacutemetro detona

produciendo una onda de choque uniforme sobre

el elemento radioactivo comprimieacutendolo hasta

alcanzar la masa supercriacutetica

Compantildeiacuteas privadas producen camisas explosivas

que modificadas pueden ser usadas para la fabri-

cacioacuten del objeto que nos ocupa La cantidad de

presioacuten necesaria a aplicar es un secreto por razo-

nes de seguridad aunque se sabe que los explosi-

vos plaacutesticos son ideales sobre todo por su malea-

bilidad y facilidad de manejo

El detonador variacutea si es combustible es uranio o

plutonio

75

DETONADOR DE URANIO La masa total se

divide en dos partes una mayor de forma semies-

feacuterica y coacutencava que se acopla perfectamente con

la otra maacutes pequentildea Como es de suponer ambas

se encuentran separadas hasta el momento de la

detonacioacuten en el que una explosioacuten convencional

dispara la parte pequentildea que impacta contra la

mayor para lograr en un instante la masa supercriacute-

tica

DETONADOR DE PLUTONIO Necesita

una precisioacuten de ingenieriacutea mucho mayor que la

anterior ya que estaacute compuesta de 32 secciones de

plutonio-berilio-polonio todas de igual forma y

posicioacuten distribuidas conceacutentricamente El aspecto

final es parecido al de un baloacuten de fuacutetbol Todas

han de cerrarse simeacutetricamente en una diezmillo-

neacutesima de segundo para conseguir la detonacioacuten

DEFLECTOR DE NEUTRONES Suele ser

U-238 Su funcioacuten es la que ya se explicoacute evitar

76

una reaccioacuten accidental ademaacutes refleja las partiacutecu-

las de vuelta cuando se alcanza la masa supercriacuteti-

ca

ESCUDO PROTECTOR Recibe otros nom-

bres pero su funcioacuten es siempre la de proteger de

la radiacioacuten natural tanto al personal que la maneja

como a los circuitos de la bomba que pueden su-

frir cortocircuitos o puestas en funcionamiento

accidentales

SISTEMA DE ARMADO Es otro sistema maacutes

de seguridad consistente en quitar una parte im-

prescindible de la bomba para evitar detonaciones

accidentales de modo que soacutelo cuando estaacute

proacuteximo su lanzamiento se inserta esta parte Una

analogiacutea seriacutea como si al aparcar nuestro coche le

quitaacuteramos el volante o una bujiacutea asiacute estariacuteamos

seguros de que no nos lo roban porque sin estas

partes el coche no funciona

77

12 EFECTOS DE UNA EXPLOSIOacuteN NUCLEAR

Tenemos frescas en nuestra memo-

ria las imaacutegenes que nos mostroacute la

televisioacuten cuando se produjo el ac-

cidente de Chernobyl

Aquiacute explicamos todas las conse-

cuencias de una detonacioacuten 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

78

bull Radiacioacuten nuclear inicial la altiacutesima

temperatura y la elevada presioacuten que se

genera en el interior de la explosioacuten emi-

ten radiacioacuten en todas las direcciones Esta

se compone de rayos alfa beta y gamma

que son una forma de radiacioacuten electro-

magneacutetica de alta energiacutea que puede causar

la muerte sin que el individuo se de cuenta

de que ha sido irradiado Una explosioacuten de

un megatoacuten (de tamantildeo estaacutendar) matariacutea

a todo ser humano en 15 Km a la redonda

que se encontrase al aire libre

Las partiacuteculas alfa son ideacutenticas a un nuacutecleo de

helio son las que mas larga vida tienen unos mil

antildeos pero su poder de penetracioacuten 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 radiacioacuten Con 45 cm de tierra se

consigue reducir la radiacioacuten veinte veces

Las partiacuteculas beta penetran maacutes siendo suficiente

79

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

to la radiacioacuten (una pared moderna ya espesa se

compone de 1 pie de ladrillo maacutes caacutemara maacutes

aislante maacutes ladrillo hueco y yeso que suele que-

darse en los 37 cm)

Los de maacutes poder de penetracioacuten son las gamma

y por tanto los maacutes peligrosos ya son los que se

introducen en los refugios nucleares auacuten con

grandes espesores de hormigoacuten La uacutenica protec-

cioacuten eficaz es la de interponer grandes masas de

material mejor cuanto maacutes denso siendo el ideal

el plomo ya que pasa por los materiales como la

luz por una tela si esta es maacutes densa mayor canti-

dad de chocaraacute con ella y no la traspasaraacute Para

reducir la dosis a un veinteavo se precisan 30 cm

de hormigoacuten armado

bull Pulso electromagneacutetico La intensa acti-

vidad de los rayos gamma genera mediante

induccioacuten una corriente de alto voltaje so-

80

bre antenas viacuteas feacuterreas tuberiacuteas que des-

truye todas las instalaciones eleacutectricas de

una amplia zona si la explosioacuten se efectuacutea

a gran altura Una detonacioacuten de muchos

kilotones a 200 km sobre Omaha (Ne-

brasca) destruiriacutea todos los circuitos eleacutec-

tricos integrados de toda Norteameacuterica y

parte de Meacutejico y Canadaacute Ante el riesgo

de una detonacioacuten nuclear es conveniente

alejarse de liacuteneas eleacutectricas y viacutea feacuterreas ya

que la corriente inducida puede electrocu-

tarnos

bull Pulso teacutermico al expandirse la bola de

fuego el aire circundante absorbe energiacutea

en forma de rayos X y la irradia en forma

de una luz cegadora y un intensiacutesimo ca-

lor Una bomba de 20 Megatones produci-

riacutea una intensa luz durante 20 segundos y

causariacutea quemaduras de segundo grado a

81

cualquier persona expuesta a 45 Km de

distancia

bull Onda de choque La raacutepida expansioacuten de

la bola de fuego genera una onda de cho-

que como cualquier explosioacuten pero de

una potencia muy superior ya que puede

aplastar o barrer edificios dantildeaacutendolos muy

seriamente o destruyeacutendolos por comple-

to ya que maacutes que empujar por su dura-

cioacuten lo que hace es estrujar Una bomba

de 20 megatones no dejariacutea en un radio de

20 Km maacutes que escombros soacutelo se salva-

riacutean las cimentaciones y construcciones

enterradas

bull Primera lluvia radioactiva o lluvia ra-

diactiva local una explosioacuten de 20 mega-

tones aras de suelo produciriacutea un craacuteter de

183 m de profundidad la elevada tempe-

82

ratura vaporiza todo lo que se encuentra

dentro de la bola de fuego todo se funde

con los materiales radiactivos de la fisioacuten o

fusioacuten y se eleva con el hongo para luego

precipitar en forma de finas cenizas Esto

ocurriraacute durante las 24 h siguientes a la

explosioacuten y afectaraacute a una regioacuten maacutes o

menos amplia para una misma potencia

seguacuten la climatologiacutea El fenoacutemeno se am-

pliacutea considerablemente si la detonacioacuten se

produce cerca del suelo La energiacutea 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 maacutes destructivos los deno-

minados secundarios como incendios en masa

que acabariacutean con los pocos supervivientes y ma-

tariacutean a maacutes que el pulso teacutermico y la onda de

choque

83

Ademaacutes en caso de que se lanzaran muchas

bombas nucleares sus efectos secundarios seriacutean

mucho maacutes 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 10000 mega-

tones miacutenimos para considerar un holocausto

como tal

bull El primero de estos efectos es que la ra-

dioactividad liberada en caso de holocaus-

to penetrariacutea en todos y cada uno de los

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

Mientras que en dosis altas (seguacuten la espe-

cie) produciriacutea la muerte en otras maacutes ba-

jas los efectos seriacutean de lo maacutes variados

(mutaciones esterilidad)

bull El segundo seriacutea que los materiales im-

pulsados por las detonaciones se elevariacutean

hasta la troposfera donde ocultariacutean la luz

84

del sol durante meses o antildeos haciendo ba-

jar la temperatura de la tierra y alterando la

fotosiacutentesis de los vegetales y el plancton

marino seriacutea el famoso invierno nuclear

Ademaacutes estos materiales radiactivos iriacutean

cayendo durante meses o antildeos convirtieacuten-

dose en una lluvia radiactiva global que

auacuten con menos dosis radiactiva que una

lluvia provocada por una bomba seriacutea

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

antildeos Ese 5 de energiacutea liberada por la

lluvia radiactividad en una bomba es poco

pero en los 10000 megatones de un holo-

causto suponen ya 500 megatones que iraacuten

estallando durante miles de antildeos des-

pueacutes de la cataacutestrofe

85

bull El tercero seriacutea una reduccioacuten en la capa

de ozono producida por el oacutexido de nitroacute-

geno generado por las bolas de fuego de

modo que la radiacioacuten solar que llegase a

la tierra seriacutea mortal Un 70 del ozono

desapareceriacutea en el hemisferio norte y un

40 en el sur siendo necesarios treinta

antildeos para recuperar su estado normal

86

Ejercicios 12

MODELO DE RESOLUCIOacuteN

La distribucioacuten de los electrones de un aacutetomo

en sus niveles y subniveles se puede representar en

forma abreviada de la siguiente manera

a) Un coeficiente que indica el nuacutemero del nivel

de energiacutea (n)

b) Una letra que corresponde al subnivel

c) Un supraiacutendice que sentildeala el nuacutemero de elec-

trones que hay en el subnivel

1H = 1s1

3Li = 1s2 2s1

En razoacuten del entrecruzamiento de subniveles

el orden en que se van completando los subniveles

por energiacutea creciente es el siguiente

87

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

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

5d 6p 7s 5f 6d

7p

Para visualizar la distribucioacuten de los electrones

en orbitales se puede representar cada orbital por

un pequentildeo cuadrado dividido por una diagonal

y cada electroacuten mediante una flecha

Entonces el orbital puede estar

Vaciacuteo incompleto completo

(1 electroacuten) (2 electrones)

En caso del orbital completo las flechas tienen

sentido contrario para indicar que los electrones

presentan spin contrario

El llenado de los orbitales por los electrones

se realiza a partir de los niveles y subniveles en

88

orden creciente de energiacutea Cada nuevo electroacuten se

incorpora a un orbital vaciacuteo

De ese modo los elementos quedan represen-

tados asiacute

1H =

1s

3Li =

1s 2s

7N =

1s 2s 2p

89

Ejercicios 121

1) Un aacutetomo de foacutesforo tiene 15 protones y 16

neutrones Indicaacute cuaacutel es su

a) nuacutemero atoacutemico (Z) b) nuacutemero

de masa (A)

2) Un aacutetomo de potasio tiene Z =19 y A = 39

Indicaacute su nuacutemero de

a) protones b) electrones

c) neutrones

3) Completaacute los datos que faltan en el siguiente

cuadro

90

ELE-

MEN-

TO

NUacute-

MERO

ATOacute-

MICO

NUacute-

MERO

DE

MASA

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) Sentildealaacute el nombre y siacutembolo de los elementos

cuyas configuraciones electroacutenicas 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) Escribiacute la configuracioacuten electroacutenica de los

siguientes elementos

91

a) Na2311 = c) O16

8 =

b) Cl3517 = d) C12

6 =

6) De acuerdo con la siguiente representacioacuten de

los electrones en orbitales indicaacute a queacute ele-

mentos corresponden

a)

b)

c)

d)

7) Representaacute la distribucioacuten de los electrones en

orbitales de los elementos

a) 7N= c) 18Ar =

b) 15AI = d) 19K =

92

Hoja de respuestas121

1) a) 15 b) 31 2) a) 19 b) 19 c) 20

3)

ELE-

MEN-

TO

NUacuteME-

RO

ATOacute-

MICO

NUacute-

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)Argoacuten Ar

d)Escandio Sc

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

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)middot

94

Ejercicios 1211

Modelo de resolucioacuten

El nuacutemero de oxidacioacuten se asigna seguacuten las si-

guientes reglas

1) El nuacutemero de oxidacioacuten de los elementos en la

sustancia simple es cero

Ejemplo Cu0 02Cl

2) El nuacutemero de oxidacioacuten del oxiacutegeno es 2

excepto en las sustancias como el agua oxige-

nada Ejemplo H2

2Ominus

3) El nuacutemero de oxidacioacuten del hidroacutegeno es +1

excepto en las sustancias donde estaacute combina-

do con los metales Ejemplo 1

H+

2O

4) El nuacutemero de oxidacioacuten de un ion monoatoacute-

mico es igual a la carga del ion Ejemplo Ca2-

Cl-

95

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

braica de los nuacutemeros de oxidacioacuten de todos

los aacutetomos debe ser cero Ejemplo 1

H+

2

2Ominus

there42(+1) + (-2) = 0

6) En los iones que tienen maacutes de un aacutetomo la

suma algebraica de los nuacutemeros de oxidacioacuten

de todos los aacutetomos es igual a la carga del ion

El nuacutemero de oxidacioacuten se escribe colocando primero el signo y luego el nuacutemero

Ejemplo el nuacutemero de oxidacioacuten del aluminio es +3

1) Calculaacute los nuacutemeros de oxidacioacuten en la moleacute-

cula de dioacutexido de azufre (SO2)

Datos SO2 nuacutemero de oxidacioacuten del O2

es 2

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de S

Resolucioacuten Cada aacutetomo de oxiacutegeno tiene

nuacutemero de oxidacioacuten 2 por lo tanto el nuacute-

mero de oxidacioacuten del azufre es +4 porque

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

96

2) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten del azufre en

el aacutecido sulfuacuterico (H2SO4)

Datos H2SO2 nuacutemero de oxidacioacuten del

O2 es 2 nuacutemero de oxidacioacuten de H es -1

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de S

Resolucioacuten Se debe cumplir que la suma al-gebraica de todos los nuacutemeros de oxidacioacuten sea cero

4(-2) + 21 + x = 0

-8 + 2 + x = 0

x = 6

Respuesta el nuacutemero de oxidacioacuten del azufre

en el aacutecido sulfuacuterico es +6

3) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten del nitroacutegeno

en el nitrato de sodio (NaNO3)

Datos NaNO3 nuacutemero de oxidacioacuten del

O2 es 2

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de N

97

Resolucioacuten El nuacutemero de oxidacioacuten del

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

ga eleacutectrica positiva

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

1 6 + x = 0

x = 5

Respuesta el nuacutemero de oxidacioacuten del nitroacute-

geno en el nitrato de sodio es +5

4) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten del azufre en

el ion sulfato (S 24Ominus )

Datos S 24Ominus nuacutemero de oxidacioacuten del O2

es 2

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de S

Resolucioacuten La suma de los nuacutemeros de

oxidacioacuten es igual a 2 porque el ion sulfato

tiene dos cargas negativas (2-)

x + 4(-2) = -2

x 8 = -2

x = 6

98

Respuesta El nuacutemero de oxidacioacuten del azu-

fre en el ion sulfato es +6

99

Ejercicios 1212

1) Dibujaacute los siacutembolos de Lewis para los aacutetomos

de

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

2) iquestCoacutemo adquiere la distribucioacuten electroacutenica del

ineacutertido maacutes cercano cada uno de los siguien-

tes aacutetomos

a) K b)

F c)

S d) Mg e)

Br

3) Escribiacute las ecuaciones ioacutenicas la foacutermula elec-

troacutenica y la foacutermula miacutenima del compuesto

ioacutenico formado por

a) K y Br (bromuro de potasio)

b) Ca y O (oacutexido de calcio)

4) Marcaacute con una X las propiedades correspon-

dientes a las sustancias que presentan uniones

ioacutenicas

100

a) Son soacutelidas y tienen bajo punto de fusioacuten ( )

b) Conducen la corriente eleacutectrica fundidas o di-

sueltas en agua ( )

c) Tienen brillo metaacutelico ( )

d) Forman cristales duros y quebradizos solubles

en agua ( )

e) No conducen la corriente eleacutectrica ( )

5) Explicaacute coacutemo se unen dos aacutetomos de bromo

para formar la moleacutecula Br2 y escribiacute su

foacutermula electroacutenica y su foacutermula desarrollada

6) La foacutermula del monoacutexido de dicloro es Cl2O

a) Indicaacute queacute tipo de unioacuten existe entre el cloro y

el oxiacutegeno

b) Escribiacute su foacutermula electroacutenica y su foacutermula

desarrollada

7) El azufre y el oxiacutegeno forman dos oacutexidos

importantes el dioacutexido de azufre (SO2) y el

101

trioacutexido de azufre (SO3) Para el trioacutexido de

azufre

a) Indicaacute queacute tipo de unioacuten existe entre el azufre

y los tres aacutetomos de oxiacutegeno

b) Escribiacute la foacutermula electroacutenica

c) Escribiacute la foacutermula desarrollada

8) Marcaacute 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

liacutequidas o soacutelidas ( )

c) Son duacutectiles y maleables ( )

d) No forman moleacuteculas son agregados de

iones ( )

e) No son buenas conductoras de la corriente

eleacutectrica ( )

102

9) Coloque en el pareacutentesis UCP si la unioacuten es

covalente polar y UCNP si es covalento no

polar en cada una de las siguientes sustancias

a) cloruro de hidroacutegeno HCl ( )

b) Hidroacutegeno H2 ( )

c) yodo l2 ( )

10) Escribiacute la foacutermula electroacutenica y la foacutermula

desarrollada de cada una de las sustancias

mencionadas en el ejercicio 9

11) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten

a) del azufre (S)en el dioacutexido de azufre (SO2) en

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

sodio (Na2S)

b) del nitroacutegeno (N) en el dioacutexido de nitroacutegeno

(NO2) en el aacutecido niacutetrico (HNO3) y en el ni-

trato de potasio (KNO3)

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

can en el concepto de unioacuten metaacutelica

103

a) Tienen bajo punto de fusioacuten y de

ebullicioacuten ( )

b) Tienen brillo metaacutelico ( )

c) Conducen la corriente eleacutectrica sin

alterarse ( )

d) En estado soacutelido son malos conductores de la

corriente eleacutectrica ( )

e) Forman hilos y laacuteminas delgadas ( )

104

Hoja de respuestas 1212

1) a) He b) Al c)

Si d)

Ar e)

N

2) a) cede un electroacuten d) cede electrones c)

gana dos electrones b) y e) gana un electroacuten

3) a) Ecuaciones ioacutenicas

K K1+ + 1 e

Br + 1 e Br1-

K1+ + Br- KBr

Foacutermula electroacutenica K1+minus

1

Br

Foacutermula miacutenima KBr

b) Ecuaciones ioacutenicas

Ca Ca 2+ + 2 e

O + 2 e O2-

Ca2+ + O2- CaO

Foacutermula electroacutenica Ca2+ minus

2

O

105

Foacutermula miacutenima CaO

4) b y d

5) se unen compartiendo un par de electrones

6) a) unioacuten covalente

b) foacutermula electroacutenica

Cl

O

Cl

foacutermula desarrollada Cl O Cl

7) a) una unioacuten covalente doble entre el azufre y

uno de los aacutetomos de oxiacutegeno dos uniones cova-

lentes coordinadas con los otros dos aacutetomos de

oxiacutegeno

b) Foacutermula electroacutenica

Foacutermula desarrollada

106

8) a b y e

9) a) UCP y c) UCNP

10) Foacutermula electroacutenica Foacutermula desarrollada

a) H

Cl H Cl

b) HH H H

c)

I

I l I

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

12) b c y e

  • RADIACTIVIDAD
    • IacuteNDICE
      • 1 RADIACTIVIDAD NATURAL
      • 2 RELACIOacuteN ENTRE LA LEY DE LAVOISIER Y LA DE EINSTEIN
      • 3 INTERACCIONES ENTRE AacuteTOMOS Y ONDAS
      • 4 PODER DE PENETRACIOacuteN DE LA RADIACIOacuteN
      • 5 VIDA MEDIA
      • 6 RADIACTIVIDAD ARTIFICIAL
      • 7 USOS DE LOS RADIOISOacuteTOPOS
      • 8 MEDICINA NUCLEAR
      • 9 FECHADO POR MEDIO DE RADIOISOacuteTOPOS
      • 10 PLANTAS DE ENERGIacuteA NUCLEAR
      • 11 BOMBA ATOacuteMICA
      • 12 EFECTOS DE UNA EXPLOSIOacuteN NUCLEAR
        • Ejercicios 12
        • Ejercicios 121
        • Hoja de respuestas121
        • Ejercicios 1211
        • Ejercicios 1212
        • Hoja de respuestas 1212

6

1 RADIACTIVIDAD NATURAL

Todos sabemos los perjuicios

de la radiactividad otros pocos co-

nocen los beneficios pero

iquestQueacute es la radiactividad

Ciertos nuacutecleos son inestables en su forma na-

tural experimentan desintegracioacuten radiactiva Por

ejemplo los aacutetomos de radio con 226 nucleones

se descomponen espontaacuteneamente y emiten partiacute-

culas alfa(α) Como las partiacuteculas alfa son ideacutenticas

a nuacutecleos de helio el proceso se puede resumir

7

por medio de la siguiente ecuacioacuten

Ra22688 He4

2 + Rn22286

El nuevo elemento que tiene dos protones

menos se identifica por su nuacutemero atoacutemico (86)

como radoacuten (Rn) En la figura se muestra un se-

gundo ejemplo de desintegracioacuten alfa

Tambieacuten los nuacutecleos de tritio son inestables

El tritio es uno de los isoacutetopos pesados de hidroacute-

geno Como todo nuacutecleo de hidroacutegeno el nuacutecleo

de tritio contiene un protoacuten Sin embargo a dife-

rencia del isoacutetopo maacutes comuacuten de hidroacutegeno el

nuacutecleo de tritio contiene dos neutrones y su masa

es por tanto de 3 uma ( H31 ) El tritio se descom-

8

pone por desintegracioacuten beta (β) Puesto que una

partiacutecula beta es ideacutentica a un electroacuten podemos

escribir el proceso como

H31 e0

1minus + He32 o H3

1 βminus01 + He3

2

El isoacutetopo que se produce se identifica por su

nuacutemero atoacutemico como helio (He)

iquestCoacutemo es posible que el nuacutecleo original que

contiene soacutelo un protoacuten y dos neutrones emita un

electroacuten

Podemos concebir la transformacioacuten de uno

de los neutrones del nuacutecleo de tritio original en un

protoacuten y un electroacuten

n10 p1

1 + e01minus

El nuacutecleo retiene el nuevo protoacuten (por tanto

el nuacutemero atoacutemico del producto aumenta en una

unidad) y el electroacuten o partiacutecula beta que praacutecti-

9

camente carece de masa sale despedido (el nuacutecleo

que se produce tiene el mismo nuacutemero de masa

que el nuacutecleo original) En la figura se muestra un

segundo ejemplo de desintegracioacuten beta

El tercer tipo de radiactividad se llama desin-

tegracioacuten gamma (γ) En este tipo de emisioacuten no

intervienen partiacuteculas soacutelo se emite energiacutea La

emisioacuten gamma acompantildear la emisioacuten de partiacutecu-

las alfa o beta

En la tabla que sigue se resumen los tipos

principales de desintegracioacuten radiactiva y los cam-

bios nucleares correspondientes

10

Tipo

De

Radia-

cioacuten

Coacutedi-

go

Nordm Nu-

cleonesCarga

Cam-

bios Nordm

Nucleo-

nes

Cambio

Nordm Atoacute-

mico

ALFA α 4 2+ Dismi-

nuye 4

Disminu-

ye 2

BETA β 0 1- NingunoAumenta

1

GAM-

MA γ 0 0 Ninguno Ninguno

11

2 RELACIOacuteN ENTRE LA LEY DE LAVOISIER Y LA DE EINSTEIN

Cuando hervimos agua por mucho

tiempo eacutesta desaparece

Cuando mezclamos dos sustancias

miscibles pareciera que una de las

dos oculta a la otra

Cuando se produces reaccioacuten nuclea-

res iquestpodemos aplicar las mismas

consideraciones

La ley de Lavoisier maacutes conocida como Ley

de Conservacioacuten de la Masa plantea que en las

12

reacciones quiacutemicas la materia no se crea ni se

destruye sino que solo cambia la naturaleza de las

sustancias Pero si pensamos un papel quemaacuten-

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 la

forma correcta de enunciar la ley de Lavoisier es

La masa total de

un sistema cerrado se

mantiene constante

independientemente

de los cambios fiacutesicos

o quiacutemicos que en eacutel

se produzcan

Hay que remarcar que la ley se cumple para un

sistema cerrado

13

A comienzos del siglo XX se ha demostrado

que durante las espectaculares reacciones de fu-

sioacuten nuclear que ocurren en el sol y otras estrellas

se destruyen cantidades de materia apareciendo

en su lugar enormes cantidades de energiacutea Esto

sucede tambieacuten en las explosiones atoacutemicas y pro-

cesos similares En estos cambios extraordinarios

se puede medir la destruccioacuten de materia A sus

expensas se crea energiacutea Estos dos elementos

materia y energiacutea se pueden relacionar a traveacutes de

una relacioacuten descubierta por Einstein

mcE sdot= 2

Donde E y m representan los cambios de

energiacutea y de masa respectivamente durante la

transformacioacuten y c es la velocidad de la luz(3108

ms)

14

De esta manera la desaparicioacuten de un gramo

de materia daraacute origen a 91020ergios o 91013 jou-

les Esta energiacutea liberada es suficiente como para

calentar 2105 toneladas de agua de 0ordmC a 100ordmC

Materia y energiacutea pueden interconvertirse En

los procesos quiacutemicos la cantidad de materia que

se transforma en energiacutea es tan pequentildea que resul-

ta imposible medir con los instrumentos actuales

la variacioacuten de masa correspondiente

15

3 INTERACCIONES ENTRE AacuteTOMOS Y ONDAS

Sabemos que la energiacutea se transforma en

materia y viceversa

Pero iquestsabemos si pueden interactuar en-

tre si

Para responder a esta duda recorreremos una parte de la historia del conocimiento del aacutetomo

16

Definicioacuten La partiacutecula de un cuerpo

simple maacutes pequentildea capaz de entrar en las re-

acciones quiacutemicas

1803 Dalton propone que la materia se di-

vidiacutea en elementos y compuesto Los elemen-

tos constituidos por aacutetomos y los compuestos

por moleacuteculas

Siglo XIX se piensa que los aacutetomos son

divisibles se componen de varias partiacuteculas

1897 Thomson descubre el electroacuten antildeos

despueacutes Nagaoka propone que los electrones

giran en oacuterbitas alrededor de una partiacutecula po-

sitiva

En 1911 Rutherford descubre el nuacutecleo

atoacutemico con su experimento de la laacutemina de

oro

17

Alrededor de 1920 Borh propone que los

electrones giran alrededor del nuacutecleo en oacuterbi-

tas circulares donde cada oacuterbita corresponde a

un nivel de energiacutea diferente

Antildeos maacutes tarde De Broglie postula el

principio de dualidad en donde el electroacuten se

comporta como una onda y partiacutecula Como

consecuencia solo se puede encontrar al elec-

troacuten en un aacuterea determinada llamada nivel de

energiacutea ya que no se puede conocer la veloci-

dad y posicioacuten al mismo tiempo( a este fenoacute-

meno se lo denomina principio de incerti-

dumbre de Heisenberg) Esto produce el desa-

rrollo de la mecaacutenica cuaacutentica

Radiactividad

En 1896 Becquerel descubre una propiedad

nueva de la materia a la que posteriormente Marie

Curie llamoacute Radiactividad

18

La radiactividad no depende de la naturaleza

fiacutesica o quiacutemica del aacutetomo sino que es una propie-

dad del nuacutecleoLa causa que los origina probable-

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

tiacuteculas que se encuentran en el nuacutecleo

En general los nuacutecleos de aacutetomos pesados

presentan cierta inestabilidad para lo cual emiten

radiacioacuten para alcanzar estados de equilibrio

Dichas radiaciones podemos dividirlas en

Desintegraciones alfa desintegraciones beta y

desintegraciones gamma

Desintegraciones alfa Cuando el nuacutecleo

atoacutemico es inestable a causa del gran nuacutemero

de protones que posee (ocurre en los elemen-

tos maacutes pesados es decir con Z = 83 o supe-

rior) la estabilidad es alcanzada con frecuen-

cia emitiendo una partiacutecula alfa es decir un

19

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

tones y dos neutrones

Desintegraciones beta Cuando la rela-

cioacuten de neutrones protones en un nuacutecleo

atoacutemico es elevada el nuacutecleo se estabiliza emi-

tiendo un neutroacuten o bien como ocurre con

frecuencia emitiendo una partiacutecula beta es

decir un electroacuten

Desintegraciones gamma Los rayos

gamma son ondas electromagneacuteticas de gran

energiacutea muy parecidos a los rayos X y en cier-

tas ocasiones se presentan cuando ocurre una

desintegracioacuten de partiacuteculas beta o bien una

emisioacuten de positrones Por lo tanto la radia-

cioacuten gamma no posee carga eleacutectrica y su na-

turaleza ondulatoria permite describir su ener-

giacutea en relacioacuten a su frecuencia de emisioacuten

20

INTERACCIOacuteN DE LAS RADIACIONES CON LA

MATERIA

La radiacioacuten al chocar con las moleacuteculas que

encuentra a su paso produce iones esto se debe a

que excita los electrones de los aacutetomos de las mo-

leacuteculas es decir les entrega energiacutea para que pasen

a oacuterbitas superiores

bull Radiaciones alfa (α) compuesta por dos

protones y dos neutrones de bajo poder

de penetracioacuten y alta capacidad de ioniza-

cioacuten Se mueve en liacutenea recta debido a su

gran cantidad de masa

21

bull Radiaciones beta (β) formada por elec-

trones de carga negativa su masa es pe-

quentildea por lo tanto es propensa a cambiar

de trayectoria bajo poder de penetracioacuten y

bajo poder de ionizacioacuten Al acercarse a un

nuacutecleo se frena la energiacutea que pierde en el

frenado la libera como rayos X Si una par-

tiacutecula beta choca con un positroacuten (electroacuten

negativo) se aniquila y emite un rayo

gamma

bull Radiaciones gamma (γ) son las de ma-

yor energiacutea no tiene carga eleacutectrica por lo

22

tanto no desviacutean sus trayectorias frente a

campos eleacutectricos tienen un alto poder de

penetracioacuten y un alto poder de ionizacioacuten

Pueden llegar a extraer electrones de los

aacutetomos los cuales a su vez ionizan otras

moleacuteculas

Neutrones no poseen carga eleacutectrica tienen

un alto poder de penetracioacuten Al chocar contra un

aacutetomo ceden parte de su energiacutea y se frenan Los

neutrones de baja velocidad se denominan neu-

trones teacutermicos los cuales se descomponen en un

electroacuten y un protoacuten o pueden ser absorbidos por

otros nuacutecleos atoacutemicos

23

4 PODER DE PENETRACIOacuteN DE LA RADIACIOacuteN

La radiacioacuten es uno de los efectos

maacutes peligrosos de la energiacutea nuclear

No todas las partiacuteculas emitidas

tienen la misma posibilidad de atrave-

sar los elementos

Los materiales radiactivos pueden ser peligro-

sos porque la radiacioacuten que se emite puede dantildear

los tejidos vivos La capacidad para inflingir dantildeos

depende en parte del poder de la radiacioacuten para

penetrar en los tejidos

24

En condiciones de igualdad por lo demaacutes

cuanto mayor es la masa de una partiacutecula menor

es su poder de penetracioacuten Las partiacuteculas alfa

que son nuacutecleos de helio con una masa de 4 uma

constituyen el menos penetrante de los tres tipos

principales de radiactividadLas partiacuteculas beta

ideacutenticas a los electrones cuya masa es insignifi-

cante son un poco maacutes penetrantes Los rayos

gamma como los rayos X carecen totalmente de

masa su poder de penetracioacuten es mucho mayor

que el de los otros dos tipos

Puede parecer contrario al sentido comuacuten

pensar que las partiacuteculas maacutes grandes se abren

camino con maacutes dificultad Consideraacute sin embar-

go que el poder de penetracioacuten refleja la capaci-

dad de la radiacioacuten para abrirse camino a traveacutes

de una muestra de materia Es como si trataras de

hacer rodar piedras por un campo de grandes ro-

cas La partiacutecula alfa se comporta como si fuese

una roca grande Debido a su tamantildeo no puede

25

avanzar mucho sin chocarse con otras rocas y ser

detenida por ellas La partiacutecula beta se comporta

como una piedra pequentildea que puede introducirse

entre las rocas y quizaacute hasta rebotar en ellas hasta

completar un recorrido maacutes largo El rayo gamma

es comparable a un grano de arena capaz de pasar

por las aberturas maacutes pequentildeas

Al principio de esta explicacioacuten dijimos que si

todo lo demaacutes es igual asiacute es como funcionan las

cosas Pero lo demaacutes no siempre es igual Cuanto

maacutes raacutepido se mueve una partiacutecula o maacutes energiacutea

tiene la radiacioacuten mayor es su poder de penetra-

cioacuten

Si la sustancia radiactiva estaacute afuera del cuer-

po las partiacuteculas alfa de poco poder de penetra-

cioacuten son las menos peligrosas pues las detiene la

capa externa de la piel Tambieacuten las partiacuteculas beta

se detienen normalmente antes de alcanzar oacuterga-

nos vitales Los rayos gamma atraviesan sin difi-

26

cultad los tejidos asiacute que una fuente externa de los

mismos puede ser muy peligrosa En cambio

cuando la fuente radiactiva estaacute adentro del cuerpo

la situacioacuten se invierte Las partiacuteculas alfa que no

penetran pueden causar graves dantildeos Todas estas

partiacuteculas estaacuten atrapadas en el interior del cuerpo

el cual tiene entonces la posibilidad de absorber

toda la energiacutea que libera la partiacutecula Las partiacutecu-

las alfa infligen el dantildeo en un aacuterea muy pequentildea

porque no se desplazan muy lejos Las partiacuteculas

beta distribuyen el dantildeo en un aacuterea algo mayor

porque recorren distancias mayores Los tejidos se

pueden recuperar de un dantildeo limitado disperso en

un aacuterea grande pero es menos probable que so-

brevivan a una lesioacuten concentrada

Las personas que trabajan con materiales ra-

diactivos disponen de diversas formas de prote-

gerse contra ellos La maacutes simple consiste en ale-

jarse de la fuente porque la intensidad de la radia-

cioacuten disminuye con la distancia respecto a la fuen-

27

te Los trabajadores se pueden proteger tambieacuten

por medio de blindajes Una hoja de papel detiene

casi todas las partiacuteculas alfa Un bloque de madera

o una laacutemina delgada de aluminio detiene las par-

tiacuteculas beta

Pero se necesitan varios metros de concreto o

varios centiacutemetros de plomo para detener los ra-

yos gamma

28

5 VIDA MEDIA

Cuando hablamos de aacutetomos individuales

estamos trabajando con elementos que

apenas imaginamos

Para entender lo que pasa con la radia-

cioacuten debemos referirnos a un grupo maacutes

grande de partiacuteculas y trabajar con pro-

medios

Hasta aquiacute hemos estudiado la radiactividad en

relacioacuten con los aacutetomos individuales En el labora-

torio nos ocupamos en general con nuacutemeros muy

grandes de aacutetomos mucho mayores que el nuacuteme-

29

ro de habitantes de la tierra Si pudieacutesemos ver el

nuacutecleo de un aacutetomo individual podriacuteamos ver si

sufre o no desintegracioacuten radiactiva examinando

su composicioacuten Ciertas combinaciones de proto-

nes y neutrones son inestables Sin embargo lo

que no podriacuteamos determinar es cuando el aacutetomo

va a sufrir un cambio La radiactividad es un pro-

ceso aleatorio independiente en general de las

influencias externas

Cuando tenemos un nuacutemero grande de aacuteto-

mos el proceso de desintegracioacuten radiactiva se

hace maacutes predecible Podemos medir la vida me-

dia que es una propiedad caracteriacutestica de cada

radioisoacutetopo La vida media de un isoacutetopo radiac-

tivo es el periacuteodo durante el cual la mitad del nuacute-

mero original de aacutetomos sufre desintegracioacuten ra-

diactiva para formar un nuevo elemento Por

ejemplo supone que tuvieacutesemos 16 billones de

aacutetomos de tritio el isoacutetopo radiactivo de hidroacutege-

no La vida media del tritio es de 123 antildeos Esto

significa que al cabo de 123 antildeos se habraacuten desin-

30

tegrado 8 billones de aacutetomos de tritio y quedaraacuten

8 billones de aacutetomos Al cabo de otros 123 antildeos

se habraacute desintegrado la mitad de los 8 billones de

aacutetomos restantes Por tanto al cabo de dos vidas

medias quedaraacute una cuarta parte del nuacutemero ori-

ginal de aacutetomos de tritio Asiacute pues dos vidas me-

dias no hacen una entera

Podemos calcular la fraccioacuten restante del isoacute-

topo original al cabo de un nuacutemero dado de vidas

medias por medio de la relacioacuten

FRACCIOacuteN RESTANTE N21

=

Donde n es el nuacutemero de vidas medias trans-

curridas

31

6 RADIACTIVIDAD ARTIFICIAL

La radiactividad es un fenoacutemeno na-

tural y en esas condiciones poco

aprovechable

El hombre trabajoacute mucho para con-

trolarlo y hacer de este efecto algo

uacutetil Aunque como es muy habitual

en la humanidad las implementacio-

nes destructivas tambieacuten tuvieron

gran desarrollo

32

TRANSMUTACIOacuteN ARTIFICIAL

Las formas de radiactividad que se presentan

en la Naturaleza Se pueden inducir otras reaccio-

nes nucleares bombardeando nuacutecleos estables con

partiacuteculas alfa neutrones u otras partiacuteculas sub-

atoacutemicas Estas partiacuteculas si tienen suficiente

energiacutea penetran los nuacutecleos que antes eran esta-

bles e inducen alguna forma de emisioacuten radiacti-

va Al igual que la radiactividad natural este tipo

de cambio nuclear produce una transmutacioacuten un

elemento se transforma en otro Debido a que el

cambio no se habriacutea producido de manera natural

el proceso se conoce como transmutacioacuten artifi-

cial

Pocos antildeos despueacutes de su famoso experimen-

to de la laminilla de oro (bombardeo con radiacioacuten

alfa una lamina de oro y detectoacute en una lamina de

sulfuro de zinc la radiacioacuten emergente) Ernest

Rutherford estudioacute el bombardeo de diversos

elementos ligeros con partiacuteculas alfa Un experi-

33

mento de este tipo en el cual Rutherford bom-

bardeoacute nitroacutegeno dio por resultado la produccioacuten

de protones

N147 + He4

2 O178 + H1

1

(Recordaacute que el nuacutecleo de hidroacutegeno es un protoacuten

por eso usamos el siacutembolo alternativo H11 para el pro-

toacuten)

Observaacute que la suma de los nuacutemeros de nu-

cleones de la izquierda es igual a la suma de los

nuacutemeros de nucleones de la derecha Tambieacuten los

nuacutemeros atoacutemicos estaacuten balanceados

Rutherford habiacutea postulado en 1914 la exis-

tencia de protones en los nuacutecleos Un experimen-

to publicado en 1919 proporcionoacute la primera

comprobacioacuten empiacuterica de la existencia de estas

partiacuteculas fundamentales Ya antes Eugen Golds-

tein habiacutea producido protones en sus experimen-

34

tos con tubos de descarga en gas Goldstein obtu-

vo estas partiacuteculas a partir del hidroacutegeno gaseoso

contenido en el tubo por separacioacuten de un elec-

troacuten del aacutetomo de hidroacutegeno La trascendencia del

experimento de Rutherford consistioacute en que ob-

tuvo protones del nuacutecleo de un aacutetomo que no era

de hidroacutegeno con lo cual establecioacute la naturaleza

de los protones como partiacuteculas fundamentales Al

hablar de partiacuteculas fundamentales nos referimos a

las unidades baacutesicas a partir de las cuales se pue-

den formar estructuras maacutes complicadas (como el

nuacutecleo de nitroacutegeno) El experimento de Ruther-

ford constituyoacute la primera reaccioacuten nuclear indu-

cida

Durante la deacutecada de 1920 se llevaron a cabo

muchas transmutaciones artificiales En la deacutecada

de 1930 una de estas reacciones condujo al descu-

brimiento de otra partiacutecula fundamental En 1932

James Chadwick bombardeoacute berilio con partiacuteculas

alfa

35

Be94 + He4

2 C126 + n1

0 Entre los productos se encontraba el neutroacuten

RADIACTIVIDAD INDUCIDA

Las primeras reacciones nucleares produjeron

isoacutetopos que ya se conociacutean por estar presentes en

la Naturaleza Esto fue quizaacute fortuito porque era

inevitable que tarde o temprano se produjese un

nuacutecleo estable Iregravene Curie (hija de los ganadores

del premio Nobel de 1903) y su esposo Freacutedeacuteric

Joliot estudiaban el bombardeo de aluminio con

partiacuteculas alfa Se produciacutean neutrones y quedaba

como residuo un isoacutetopo de foacutesforo

Al2713 + He4

2 P3015 + n1

0

Para sorpresa de los investigadores el blanco

seguiacutea emitiendo partiacuteculas auacuten despueacutes de inte-

rrumpido el bombardeo El isoacutetopo de foacutesforo era

radiactivo y emitiacutea partiacuteculas cuya masa era igual a

36

la del electroacuten pero cuya carga era opuesta Estas

partiacuteculas se llaman positrones La reaccioacuten que

estaban observando era la siguiente

P3015 e0

1+ + Si3014

Asiacute pues surge una vez maacutes la pregunta iquestde doacuten-

de proviene esta partiacutecula si el nuacutecleo contiene

soacutelo protones y neutrones Anteriormente expli-

camos el hecho de que surgiese una partiacutecula beta

(un electroacuten) de un nuacutecleo afirmando que un neu-

troacuten se habiacutea descompuesto en un protoacuten y un

electroacuten Quizaacute un suceso similar puede explicar la

aparicioacuten de un positroacuten Considera que un pro-

toacuten del nuacutecleo se transforma en un neutroacuten y un

positroacuten (un protoacuten es ideacutentico a un nuacutecleo de

hidroacutegeno)

H11 e0

1+ + N10

Todo queda muy bien balanceado en esta

37

ecuacioacuten Al emitirse el positroacuten el nuacutecleo radiac-

tivo original tiene de pronto un protoacuten menos y

un neutroacuten maacutes que antes Por tanto la masa del

nuacutecleo producido es la misma pero su nuacutemero

atoacutemico se ha reducido en una unidad respecto al

nuacutecleo original Por este trabajo la pareja Joliot-

Curie se hizo acreedora al premio Nobel en 1935

(la pareja Joliot-Curie adoptoacute el apellido combina-

do para perpetuar el nombre de Curie Marie y

Pierre Curie tuvieron dos hijas pero ninguacuten hijo

varoacuten

38

7 USOS DE LOS RADIOISOacuteTOPOS

Muchas de las aplicaciones de la energiacutea

de la radiacioacuten se realizan a traveacutes de los

radioisoacutetopos

Gracias a ellos y a los detectores se evitan

grandes perdidas materiales y se ahorra

grandes esfuerzos

Los cientiacuteficos que trabajan en una amplia va-

riedad de campos emplean isoacutetopos radiactivos

(radioisoacutetopos) como rastreadores en sistemas

fiacutesicos quiacutemicos y bioloacutegicos Los isoacutetopos de un

elemento determinado sea radiactivo o no se

39

comportan de manera casi ideacutentica en los proce-

sos quiacutemicos y fiacutesicos En virtud de la facilidad

para detectar los isoacutetopos radiactivos es relativa-

mente faacutecil seguir sus movimientos incluso en un

sistema complicado

Como un ejemplo sencillo consideremos el

flujo de un liacutequido por una tuberiacutea Supongamos

que hay una fuga en una tuberiacutea enterrada bajo un

piso de concreto Podriacuteamos localizar la fuga le-

vantando partes extensas del piso o bien podriacutea-

mos agregar una pequentildea cantidad de material

radiactivo al liacutequido que va hacia el drenaje y ras-

trear el flujo de liacutequido con un contador Geiger

(un instrumento que detecta la radiactividad) Una

vez localizada la fuga soacutelo habriacutea que levantar una

parte pequentildea del piso para reparar la fuga Por lo

general se emplean para este propoacutesito isoacutetopos

de vida corta que desaparecen poco tiempo des-

pueacutes de realizar su funcioacuten

Anaacutelogamente podriacuteamos rastrear la incorpo-

racioacuten de foacutesforo en una planta verde La planta se

40

alimenta con un fertilizante que contiene foacutesforo

radiactivo Un meacutetodo sencillo de deteccioacuten con-

siste en colocar la planta sobre una peliacutecula foto-

graacutefica La radiacioacuten que emiten los isoacutetopos de

foacutesforo expone la peliacutecula en gran medida como

lo hace la luz Este tipo de exposicioacuten llamado

radiografiacutea muestra la distribucioacuten del foacutesforo en

la planta

Tambieacuten se da un buen uso a los rastreadores

radiactivos en la investigacioacuten agriacutecola Estos isoacute-

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 cuaacuteles son los mejores meacutetodos para

regular los insectos La mutacioacuten intencional de

plantas por irradiacioacuten ha producido nuevas y

mejores cepas de plantas de cultivo con valor co-

mercial desde raacutebanos hasta maniacute

Los radioisoacutetopos se emplean tambieacuten para

irradiar alimentos como meacutetodo de conservacioacuten

La radiacioacuten destruye los microorganismos que

41

causan la descomposicioacuten de los alimentos Los

alimentos irradiados muestran poco cambio en

cuanto a su saber o aspecto A muchas personas

les inquietan los posibles efectos dantildeinos de las

sustancias quiacutemicas que produce la radiacioacuten pero

no hay pruebas contundentes de dantildeos causados

por alimentos irradiados en animales de laborato-

rio alimentados con ellos y tampoco se conocen

efectos adversos en seres humanos en los paiacuteses

donde la irradiacioacuten se ha utilizado por muchos

antildeos El proceso de esterilizacioacuten no deja irradia-

cioacuten residual en los alimentos

Los radioisoacutetopos han sido empleados exten-

samente en la investigacioacuten cientiacutefica baacutesica El

mecanismo de la fotosiacutentesis se dilucidoacute en gran

parte utilizando carbono 14 como rastreador Por

ejemplo para determinar coacutemo fabrican las plan-

tas el azuacutecar glucosa a partir de dioacutexido de carbo-

no y agua la planta se expone a dioacutexido de carbo-

no radiactivo El investigador identifica los com-

puestos que se forman a partir de estas materias

42

primas y el orden en el que se sintetizan y despueacutes

determina cuaacuteles compuestos se tornan radiactivos

y en queacute secuencia Con base en los dates obteni-

dos de experimentos con rastreadores los cientiacutefi-

cos determinan las rutas metaboacutelicas de plantas

animales y seres humanos

43

8 MEDICINA NUCLEAR

La medicina nuclear ha generado tra-

tamientos y terapias inimaginables

antes de su descubrimiento

En el diagnostico generoacute meacutetodos no

invasivos que evitan a los paciente

tanto sufrimientos como peacuterdidas de

tiempo

En medicina nuclear se dan dos usos distintos

a los radioisoacutetopos para fines terapeacuteuticos o para

realizar un diagnoacutestico En la terapia con radiacioacuten

se intenta tratar o curar un padecimiento por

44

medio de radiacioacuten El uso de los radioisoacutetopos

con fines de diagnoacutestico busca obtener informa-

cioacuten acerca del estado de salud del paciente

TERAPIA POR RADIACIOacuteN

El caacutencer no es una sola enfermedad sino

muchas Algunas formas de caacutencer son particu-

larmente susceptibles a la terapia por radiacioacuten La

radiacioacuten se dirige cuidadosamente hacia el tejido

canceroso y se reduce al miacutenimo la exposicioacuten de

las ceacutelulas normales Si los efectos destructivos de

la radiacioacuten consiguen matar las ceacutelulas cancero-

sas se detiene el avance del tumor maligno (Pero

los pacientes que se someten a terapia por radia-

cioacuten suelen experimentar malestares a causa del

tratamiento Naacuteusea y voacutemito son los siacutentomas

usuales del malestar por radiacioacuten Asiacute pues el

objetivo de la terapia por radiacioacuten es destruir las

ceacutelulas cancerosas antes de que se cause un dantildeo

excesivo a los tejidos sanos La radiacioacuten tiene

45

efectos maacutes letales para las ceacutelulas que se reprodu-

cen con rapidez y eacutesta es precisamente la caracte-

riacutestica de las ceacutelulas cancerosas que permite que la

terapia por radiacioacuten tenga eacutexito

USOS DIAGNOacuteSTICOS DE LOS RADIOISOacuteTOPOS

Los radioisoacutetopos se usan para fines diagnoacutes-

ticos con el propoacutesito de obtener informacioacuten

acerca del tipo o el alcance de la enfermedad El

yodo 131 radiactivo se emplea para determinar el

tamantildeo la forma y la actividad de la glaacutendula ti-

roides asiacute como para tratar caacutenceres localizados

en esta glaacutendula y para controlar una tiroides hi-

peractiva Primero el paciente toma una solucioacuten

de yoduro de potasio que contiene yodo 131 El

organismo concentra el yodo en la tiroides Se

usan dosis grandes para el tratamiento del caacutencer

de la tiroides la radiacioacuten del isoacutetopo se concentra

en las ceacutelulas cancerosas de esta glaacutendula auacuten

cuando las ceacutelulas cancerosas se hayan extendido a

46

otras partes del cuerpo Sin embargo para fines de

diagnoacutestico soacutelo se necesita una pequentildea cantidad

del radioisoacutetopo Tambieacuten 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-

poracioacuten diferencial del isoacutetopo La imagen que

se obtiene se describe como una fotoexploracioacuten

y permite determinar con precisioacuten la ubicacioacuten de

un tumor en esa regioacuten del cuerpo

El radioisoacutetopo de uso maacutes extendido en medicina

es el gadolinio 153 Este isoacutetopo se emplea para

evaluar la mineralizacioacuten de los huesos Su popu-

laridad es un indicio del gran nuacutemero de personas

principalmente mujeres que sufren de osteoporo-

sis (reduccioacuten de la cantidad de tejido oacuteseo) a me-

dida que envejecen El gadolinio 153 emite dos

radiaciones caracteriacutesticas un rayo gamma y un

rayo X Un dispositivo analizador compara estas

radiacioacuten despueacutes de que atraviesan el hueso La

47

densidad del mismo se determina con base en las

diferencias de absorcioacuten de los rayos

El tecnecio 99m se utiliza en diversos ensayos

diagnoacutesticos La letra m quiere decir metaestable

lo que significa que este isoacutetopo emite cierta ener-

giacutea para convertirse en una versioacuten maacutes estable del

mismo isoacutetopo (mismo nuacutemero atoacutemico y mismo

peso atoacutemico) La energiacutea que desprende es el

rayo gamma que permite detectar el isoacutetopo

Tcm9943 Tc99

43 + y

Observa que la desintegracioacuten del tecnecio

99m no produce partiacuteculas alfa ni beta las cuales

podriacutean causar dantildeos innecesarios al organismo

Ademaacutes el tecnecio 99m tiene una vida media cor-

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

tividad no permanece en el organismo mucho

tiempo despueacutes de que la exploracioacuten se ha com-

pletado Esta vida media tan corta obliga a planifi-

48

car cuidadosamente el uso del radioisoacutetopo De

hecho lo que se adquiere no es el isoacutetopo mismo

El tecnecio 99m se forma por desintegracioacuten del

molibdeno 99

Mo9942 Tcm99

43 + e01minus + y

Se emplea un recipiente que contiene este isoacute-

topo de molibdeno y el producto de desintegra-

cioacuten el tecnecio 99 se extrae del recipiente a

medida que se necesita

Mediante el uso de modernas tecnologiacuteas ba-

sadas en la utilizacioacuten de computadoras la tomo-

grafiacutea por emisioacuten de positrones (PET por sus

siglas en ingleacutes) permite medir los procesos dinaacute-

micos que se llevan a cabo en el organismo como

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

boliza el oxiacutegeno o la glucosa Las exploraciones

de PET se emplean actualmente para identificar

con precisioacuten el aacuterea de dantildeo cerebral que desen-

49

cadena los ataques epileacutepticos graves Antes de la

exploracioacuten se inhalan o se inyectan compuestos

que contienen isoacutetopos emisores de positrones

como el carbono 11 Antes de que el positroacuten

emitido pueda recorrer una distancia apreciable en

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

teria ordinaria abundan los electrones) y se produ-

cen dos rayos gamma

C116 B11

5 + e01+

e01+ + e0

1minus 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 simultaacuteneamente

dos rayos gamma el sistema no toma en cuenta

los rayos gamma de la radiacioacuten natural de fondo

A continuacioacuten se emplea una computadora para

calcular la ubicacioacuten dentro del cuerpo del punto

50

en el cual ocurrioacute una aniquilacioacuten del positroacuten y

el electroacuten y se genera una imagen en esa regioacuten

La tabla contiene una lista de radioisoacutetopos de

uso comuacuten en la medicina La lista es necesaria-

mente incompleta Incluso con esta exposicioacuten tan

breve puedes hacerte una idea de la importancia

que los radioisoacutetopos tienen en la medicina La

aseveracioacuten de que la ciencia nuclear ha salvado

maacutes vidas de las destruidas por las bombas atoacutemi-

cas no carece el fundamento

51

Isoacutetopo Nombre Vida me-

dia Uso

C11 Carbono 11 203m Exploraciones cere-

brales

Cr51 Cromo 51 278d Determinacioacuten

del volumen sanguiacute-

neo

Co57 Cobalto 57 270d Medicioacuten de la

incorporacioacuten de

vitamina v12

Co60 Cobalto 60 526a Terapia de caacutencer

por radiacioacuten

Gd153 Gadolinio

153

242d Determinacioacuten

de la densidad oacutesea

Ga67 Galio 67 781h Exploracioacuten en

busca de tumores

pulmonares

I131 Yodo 131 807d Terapia de la ti-

roides

Ir192 Iridio 192 74d Terapia del caacuten-

cer de mamaacute

Fe59 Hierro 59 45d Deteccioacuten de

anemia

52

P32 Foacutesforo 32 143d Deteccioacuten de

caacutencer de la piel o

tumores oculares

Pu238 Plutonio

238

86a Suministra ener-

giacutea para marcapasos

Ra226 Radio 226 1600a Terapia de caacutencer

por radiacioacuten

Se75 Selenio 75 120d Exploraciones del

paacutencreas

Na24 Sodio 24 150h Localizacioacuten de

obstrucciones en el

flujo sanguiacuteneo

Tc99 Tecnecio 99 60h Obtencioacuten de imaacute-

genes de cerebro hiacutega-

do meacutedula oacutesea rintildeoacuten o

corazoacuten

Tl201 Talio 201 73h Deteccioacuten de pro-

blemas cardiacos con la

prueba de esfuerzo en

rueda de andar

H3 Tritio 123a Determinacioacuten de

agua corporal total

Xe133 Xenoacuten133 527d Obtencioacuten de imaacute-

genes de pulmoacuten

53

9 FECHADO POR MEDIO DE RADIOISOacuteTOPOS

Una de las aplicaciones maacutes in-

creiacutebles de la quiacutemica nuclear es la po-

sibilidad de averiguar la antiguumledad de

los objetos encontrados en las investi-

gaciones arqueoloacutegicas

Se puede usar la vida media de ciertos isoacuteto-

pos para estimar la antiguumledad de rocas y artefac-

tos arqueoloacutegicos El uranio 238 se desintegra con

una vida media de 4500 millones de anos Los

productos iniciales de esta desintegracioacuten tambieacuten

son radiactivos y la descomposicioacuten continuacutea

54

hasta que se forma un isoacutetopo de plomo (plomo

206) Los quiacutemicos pueden estimar la antiguumledad

de una roca determinando las proporciones relati-

vas de uranio 238 y plomo 206 Se ha encontrado

que algunas de las rocas maacutes antiguas de la Tierra

se formaron hace entre 3000 y 4500 millones de

antildeos En las rocas lunares y en meteoritos se ha

determinado una antiguumledad maacutexima de alrededor

de 4500 millones de antildeos Asiacute pues se considera

en general que la Tierra tiene una antiguumledad de

unos 4500 millones de antildeos

FECHADO POR CARBONO 14

En el fechado de artefactos interviene por lo

general un isoacutetopo radiactivo de carbono Se for-

ma carbono 14 en las capas superiores de la at-

moacutesfera por el bombardeo que experimenta el

nitroacutegeno ordinario por parte de los neutrones de

los rayos coacutesmicos

55

N147 + n1

0 C146 + H1

1

Este proceso origina una concentracioacuten cons-

tante de carbono 14 en el CO2 terrestre Las plan-

tas y animales vivos incorporan este isoacutetopo en

sus propias ceacutelulas Sin embargo cuando estos

seres mueren se interrumpe la incorporacioacuten de

carbono 14 y el carbono 14 que hay en el orga-

nismo se desintegra (con una vida media de 5 730

antildeos) a nitroacutegeno 14

Por consiguiente basta con medir la actividad

residual de carbono 14 en un artefacto de origen

vegetal o animal para determinar su antiguumledad

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 antildeos de antiguumle-

dad es decir ha estado muerta durante un tiempo

equivalente a una vida media Anaacutelogamente un

artefacto que muestra el 25 de la actividad de

carbono 14 del material vegetal reciente tiene

56

11460 anos de antiguumledad 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 aquiacute supone que la formacioacuten del isoacutetopo

fue constante a lo largo del tiempo En realidad no

es asiacute Sin embargo aproximadamente para los

uacuteltimos 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

aacuterboles Se han construido curvas de calibracioacuten

que permiten determinar fechas consideradas co-

mo exactas

En teacuterminos generales el meacutetodo de carbono

14 es razonablemente preciso para fechar objetos

de hasta 50000 antildeos de antiguumledad La cantidad

residual del isoacutetopo en los objetos de una antiguumle-

dad mayor que esa es demasiado pequentildea para

hacer una determinacioacuten exacta

El carboacuten de las fogatas de los pueblos anti-

57

guos fechado por determinacioacuten de la actividad

de carbono 14 se usa para estimar la antiguumledad

de otros artefactos encontrados en el mismo em-

plazamiento arqueoloacutegico La teacutecnica de fechado

por carbono 14 se ha usado tambieacuten para detectar

si supuestos artefactos antiguos han sido falsifica-

dos

EL SUDARIO DE TURIacuteN

Probablemente han oiacutedo hablar del sudario de

Turiacuten Se trata de una pieza de tejido de lino muy

antigua de unos 4 metros de largo que muestra la

impresioacuten aproximada de un cuerpo humano

Desde alrededor del antildeo 1350 dC 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-

bricacioacuten del lienzo habiacutea sido cultivado en alguacuten

memento entre los anos de 1260 y 1390 dC Por

58

tanto el lienzo no podriacutea haber existido en tiem-

pos de Cristo A diferencia de los pergaminos del

Mar Muerto para los que el fechado por carbono

14 demostroacute que son registros auteacutenticos de una

civilizacioacuten que existioacute hace unos 2000 antildeos el

sudario de Turiacuten resultoacute ser falso

FECHADO POR TRITIO

El tritio que es el isoacutetopo radiactivo del

hidroacutegeno sirve tambieacuten para fechar Su vida me-

dia de 123 antildeos lo hace uacutetil para fechar objetos de

hasta 100 antildeos de antiguumledad Una aplicacioacuten inte-

resante es el fechado de aguardientes Estas bebi-

das alcohoacutelicas son muy costosas cuando han sido

antildeejadas de 10 a 50 antildeos El fechado por tritio

permite comprobar la veracidad de los anuncios

publicitarios respecto al proceso de antildeejamiento

de las variedades maacutes caras

Hay muchos otros isoacutetopos que permiten es-

timar la antiguumledad de objetos y materiales

59

Isoacutetopo Vida me-

dia

(antildeos)

Periacuteodo de

utilidad Uso

Carbono 14 5730 500 a 50000

antildeos

Carboacuten vege-

tal material

orgaacutenico

Tritio 123 1 a 100 antildeosVinos antildeeja-

dos

Potasio 40 13 x 109 Desde 10000

antildeos

Rocas corteza

terrestre y

lunar

Renio 187 43 x1010 Desde 4 x

107 antildeos Meteoritos

Ranio238 45 x109 Desde 107

antildeos

Rocas corteza

terrestre

60

10 PLANTAS DE ENERGIacuteA NUCLEAR

iquestSabeacutes de doacutende viene esa energiacutea que nosotros usamos tanto Mucha de la energiacutea eleacutectrica es

producida por plantas nucleares de to-do el mundo

La energiacutea nuclear ha dado origen a bombas

muy destructivas y a la nociva precipitacioacuten ra-

diactiva y podriacutea incluso provocar un devastador

invierno nuclear Sin embargo una cantidad mu-

cho mayor de personas han recibido beneficios de

la energiacutea nuclear que las que han sido perjudica-

das por ella El hecho es que existen muchos usos

de la energiacutea nuclear que son sumamente beneacutefi-

61

cos Ya conocemos el uso de isoacutetopos radiactivos

en el diagnoacutestico cliacutenico y en el fechado de obje-

tos de antiguumledad desconocida Otro uso paciacutefico

de la energiacutea nuclear es la generacioacuten de electri-

cidad Una gran parte de la energiacutea eleacutectrica que

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

giacutea nuclear

En la actualidad una quinta parte de toda la

electricidad que se produce en Estados Unidos

proviene de plantas de energiacutea nuclear En Euro-

pa la dependencia respecto a la energiacutea nuclear

para la produccioacuten de electricidad es auacuten mayor

En Francia por ejemplo maacutes del 70 de la ener-

giacutea eleacutectrica del paiacutes proviene de plantas nuclea-

res

No es sorprendente que una reaccioacuten que

desprende tanta energiacutea como lo hace la fisioacuten

nuclear se use como fuente de energiacutea para gene-

rar electricidad En las plantas de energiacutea nuclear

se usa el calor obtenido de una reaccioacuten de fisioacuten

62

en cadena controlada para producir vapor de

agua que mueve las turbinas generadoras de elec-

tricidad El combustible nuclear es normalmente

oacutexido de uranio U3O8 enriquecido hasta alrede-

dor de 3 de uranio 235

La energiacutea nuclear es mucho maacutes limpia que la

que se obtiene quemando combustibles foacutesiles

(carboacuten petroacuteleo y gas) no produce cenizas finas

ni holliacuten no forma dioacutexido de carbono que con-

tribuye al efecto de invernadero y al calentamiento

global y no contamina el aire con oacutexidos de azu-

fre y de nitroacutegeno que dan origen a la lluvia aacutecida

Por otra parte emite grandes cantidades de calor

residual en el ambiente y lo que es mucho maacutes

serio produce muchos residuos radiactivos La

eliminacioacuten de todos estos materiales radiactivos

de desecho es uno de los problemas constantes

que se tienen en relacioacuten con las plantas de energiacutea

nuclear

63

11 BOMBA ATOacuteMICA

Todos sabemos los desastres que pue-

den causar la detonacioacuten de una bomba

nuclear

Aquiacute presentamos la explicacioacuten teoacuterica

y coacutemo se pone en praacutectica

COacuteMO FUNCIONA UNA BOMBA NUCLEAR EN LA

TEORIacuteA

El 16 de Julio de 1945 estalloacute la primera bomba

atoacutemica en el campo de pruebas de Trinity cerca

de aacutelamo Gordo (Nuevo Meacutejico) Desde ese pre-

64

ciso instante la historia de la humanidad ha pasado

a una nueva era la era nuclear

Nunca hasta entonces se habiacutean tenido los cono-

cimientos necesarios como para saber que la masa

puede convertirse en grandes cantidades de ener-

giacutea y coacutemo podiacutea realizarse ese proceso hasta

entonces reservado tan soacutelo a las estrellas

La famosa foacutermula de Einstein E = mc2 ha pasa-

do ya ha formar parte de la cultura popular auacuten sin

que en realidad se llegue a saber que implica

Donde E es energiacutea m masa y c la velocidad de la

luz (constante) En esta ecuacioacuten se expresa la

relacioacuten de equivalencia entre masa y energiacutea Por

ejemplo haciendo algunas cuentas se ve que con

un gramo de uranio si se convirtiese totalmente

en energiacutea se obtendriacutean 25 millones de Kw

Aplicado como una bomba nuclear basta decir

que para asolar Hiroshima soacutelo se convirtioacute un

65

gramo de masa (aunque toda la bomba como me-

canismo pesara cuatro toneladas) su potencia fue

de 125 kilotones es decir para igualar su potencia

seriacutean 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 combustibles

de fisioacuten Cuando en un espacio se reuacutene la sufi-

ciente cantidad de materia (denominada masa criacute-

tica) se produce una reaccioacuten en cadena espontaacute-

nea esto es el nuacutecleo de los aacutetomos del material

se divide liberando energiacutea y varios neutrones

raacutepidos que provocan que otros nuacutecleos tam-

bieacuten se dividan y liberen maacutes energiacutea y neutrones

Este proceso se denomina fisioacuten nuclear Sin em-

bargo si la densidad no es suficiente la energiacutea

liberada hace que el material se expanda y se de-

tenga el proceso Para evitar que se pare la reac-

cioacuten se recurre a una materia muy densa de por siacute

(isoacutetopos del uranio y plutonio) que ademaacutes se

comprime de manera muy raacutepida para lograr una

66

altiacutesima densidad que permite que los neutrones

raacutepidos choquen antes con otros nuacutecleos y se

produzcan antes el mayor nuacutemero 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 maacutes energiacutea Para una

explosioacuten de 100 kilotones son necesarias 58 ge-

neraciones las 7 uacuteltimas generan el 999 de la

energiacutea en periodo cortiacutesimo de tiempo Tambieacuten

puede liberarse energiacutea con la fusioacuten en este pro-

ceso los nuacutecleos se unen en vez de separarse pero

se requieren altiacutesimas temperaturas (del orden de

millones de grados) para que este proceso se lleve

a cabo Para esta reaccioacuten se usan aacutetomos ligeros

(maacutes faacuteciles de unir) generalmente hidroacutegeno o

sus isoacutetopos (deuterio y tritio) Para unir dos aacuteto-

mos basta con hacerlos chocar Los protones de

cada aacutetomo 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

67

fusioacuten deben comprimirse fuertemente los nuacute-

cleos y una vez hecho soacutelo podraacuten continuar uni-

dos si pierden un equivalente de la energiacutea que les

hizo apretarse En el caso de usar deuterio y tritio

se libera violentamente un neutroacuten Esta energiacutea

liberada es la que forma una bomba de fusioacuten

tambieacuten denominada bomba H

COMO FUNCIONA UNA BOMBA ATO-MICA EN LA PRACTICA

Sea cual fuere el sistema de funcionamiento de

una bomba nuclear (fusioacuten o fisioacuten) una cantidad

de masa se convierte en energiacutea la potencia soacutelo

depende de la capacidad de la ingenieriacutea para con-

vertir maacutes masa antes de que la reaccioacuten disperse

las moleacuteculas en teoriacutea la potencia es por tanto

ilimitada

Una bomba nuclear consiste baacutesicamente en una

esfera hueca de plutonio que no es lo suficiente-

68

mente densa como para producir una reaccioacuten 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 explosioacuten se disparan los detonado-

res que hacen que el material explosivo estalle de

la manera lo maacutes regular posible para que enviacutee

una onda de choque esfeacuterica hacia el plutonio

Cuando eacutesta impacta contra eacutel lo comprime y re-

duce su volumen empujaacutendolo hacia el centro de

la esfera hasta que alcanza una densidad suficiente

(supercriacutetica) y se dispara el iniciador de neutrones

para comenzar la reaccioacuten en cadena que da lugar

a la explosioacuten nuclear

Las bombas termonucleares de fusioacuten o H nece-

sitan de una gran temperatura para que se puedan

unir los nuacutecleos esto se consigue en el interior de

una explosioacuten de fisioacuten que es el comienzo de

toda bomba H

69

Una vez acabada la reaccioacuten de fusioacuten nos encon-

traremos con una esfera expandida con una tem-

peratura de millones de grados en la que existen

los productos de la fusioacuten (litio e isoacutetopos del

hidroacutegeno) Tal es su velocidad que pueden fun-

dirse unos con otros dando lugar a la reaccioacuten de

fusioacuten Esta reaccioacuten genera maacutes energiacutea que la

anterior y libera gran cantidad de partiacuteculas nu-

cleares pero no es una reaccioacuten en cadena ya que

el propio calor que genera hace que las partiacuteculas

se separen y se expandan en forma de una esfera

de plasma con una temperatura que tan soacutelo expe-

rimenta el universo de manera natural en las estre-

llas En nuestro sol por ejemplo ocurren la fusioacuten

nuclear de hidroacutegeno y helio Pero antes de que la

reaccioacuten se extinga los neutrones generados por

las detonaciones anteriores provocan de nuevo

una reaccioacuten de fusioacuten sobre una camisa de U-

238 pero esta vez mucho mayor que las anterio-

res La potencia de una bomba termonuclear care-

ce de liacutemite una bomba como la de Hiroshima de

70

125 kilotones (un kilotoacuten equivale a 1000 tonela-

das de TNT) se considera dentro de los arsenales

modernos como pequentildea siendo las de un mega-

toacuten (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 la

Segunda Guerra Mundial

Para la construccioacuten de una bomba nuclear nor-

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

primero no forma parte de la reaccioacuten nuclear

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

nera espontaacutenea emitiendo neutrones que son

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

duzca de manera accidental la reaccioacuten en cadena

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

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

cioacuten 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

71

reactores nucleares a partir del U-238

La desintegracioacuten del uranio en la reaccioacuten en

cadena se produce de manera espontaacutenea para una

masa de 50 Kg si eacuteste elemento es puro El pluto-

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

da reaccioacuten en cadena de modo que se mezcla de

berilo y polonio dando como resultado un pro-

ducto que aunque no es fisionable por si solo una

pequentildea cantidad actuacutea como catalizador para las

grandes reacciones Asiacute bastan 16 Kg de PU-239

para obtener la masa supercriacutetica y 10 Kg si se

mezcla con U-238

El U-235 es muy difiacutecil de extraer por encontrarse

en la naturaleza muy mezclado con otros com-

puestos Asiacute por cada 25000 toneladas de mineral

de uranio bruto soacutelo se obtienen 50 toneladas de

uranio del que el 993 es U-235 y el resto el

rariacutesimo isoacutetopo U-238 ambos soacutelo se pueden

separar de manera mecaacutenica gracias a la leviacutesima

72

diferencia de peso entre ambos Asiacute el uranio se

mezcla en forma gaseosa con fluor (hexafluoriacutedri-

co) que es impulsado a baja presioacuten hacieacutendolo

pasar por unas caacutemaras que aumentan la concen-

tracioacuten de uranio sensiblemente tras cientos de

pasadas Para una central nuclear la pureza ha de

ser del 2 y para una bomba (teoacutericamente) el

95

Para separar el isoacutetopo se recurre a la centrifuga-

cioacuten del gas siendo el maacutes pesado U-238 despedi-

do hacia el exterior con maacutes fuerza Para obtener

otra vez el uranio separado del gas se recurre a la

separacioacuten magneacutetica

MECANISMOS QUE SUELEN COMPONER UNA

BOMBA NUCLEAR

Los mecanismos que suelen componer una bom-

ba nuclear son los siguientes

73

ALTIacuteMETRO No suele usarse el baromeacutetrico

por verse afectado por las condiciones atmosfeacuteri-

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 seguacuten el tiempo transcu-

rrido en el recorrido puede saberse la altura sin

necesidad de complicar maacutes el sistema para dar

una precisioacuten que en realidad no es importante (2

o 3 m de diferencia no son apreciables maacutes que

en minibombas bastante menores que las de

Hiroshima) siendo la altura normal de detonacioacuten

la de 2000 m

En la praacutectica 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 electroacute-

nicamente para obtener la diferencia de ambas

que es proporcional a la altura Los pulsos suelen

emitirse 120 veces por segundo y alcanzan un

74

rango de 3000 m sobre la tierra y 6000 m sobre

el mar (la reflexioacuten es alliacute mejor) siendo su error

de hasta 15 m

CABEZA DETONADORA Como ya se dijo

estaacute compuesta de una carga explosiva muy bien

calibrada que a la orden del altiacutemetro detona

produciendo una onda de choque uniforme sobre

el elemento radioactivo comprimieacutendolo hasta

alcanzar la masa supercriacutetica

Compantildeiacuteas privadas producen camisas explosivas

que modificadas pueden ser usadas para la fabri-

cacioacuten del objeto que nos ocupa La cantidad de

presioacuten necesaria a aplicar es un secreto por razo-

nes de seguridad aunque se sabe que los explosi-

vos plaacutesticos son ideales sobre todo por su malea-

bilidad y facilidad de manejo

El detonador variacutea si es combustible es uranio o

plutonio

75

DETONADOR DE URANIO La masa total se

divide en dos partes una mayor de forma semies-

feacuterica y coacutencava que se acopla perfectamente con

la otra maacutes pequentildea Como es de suponer ambas

se encuentran separadas hasta el momento de la

detonacioacuten en el que una explosioacuten convencional

dispara la parte pequentildea que impacta contra la

mayor para lograr en un instante la masa supercriacute-

tica

DETONADOR DE PLUTONIO Necesita

una precisioacuten de ingenieriacutea mucho mayor que la

anterior ya que estaacute compuesta de 32 secciones de

plutonio-berilio-polonio todas de igual forma y

posicioacuten distribuidas conceacutentricamente El aspecto

final es parecido al de un baloacuten de fuacutetbol Todas

han de cerrarse simeacutetricamente en una diezmillo-

neacutesima de segundo para conseguir la detonacioacuten

DEFLECTOR DE NEUTRONES Suele ser

U-238 Su funcioacuten es la que ya se explicoacute evitar

76

una reaccioacuten accidental ademaacutes refleja las partiacutecu-

las de vuelta cuando se alcanza la masa supercriacuteti-

ca

ESCUDO PROTECTOR Recibe otros nom-

bres pero su funcioacuten es siempre la de proteger de

la radiacioacuten natural tanto al personal que la maneja

como a los circuitos de la bomba que pueden su-

frir cortocircuitos o puestas en funcionamiento

accidentales

SISTEMA DE ARMADO Es otro sistema maacutes

de seguridad consistente en quitar una parte im-

prescindible de la bomba para evitar detonaciones

accidentales de modo que soacutelo cuando estaacute

proacuteximo su lanzamiento se inserta esta parte Una

analogiacutea seriacutea como si al aparcar nuestro coche le

quitaacuteramos el volante o una bujiacutea asiacute estariacuteamos

seguros de que no nos lo roban porque sin estas

partes el coche no funciona

77

12 EFECTOS DE UNA EXPLOSIOacuteN NUCLEAR

Tenemos frescas en nuestra memo-

ria las imaacutegenes que nos mostroacute la

televisioacuten cuando se produjo el ac-

cidente de Chernobyl

Aquiacute explicamos todas las conse-

cuencias de una detonacioacuten 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

78

bull Radiacioacuten nuclear inicial la altiacutesima

temperatura y la elevada presioacuten que se

genera en el interior de la explosioacuten emi-

ten radiacioacuten en todas las direcciones Esta

se compone de rayos alfa beta y gamma

que son una forma de radiacioacuten electro-

magneacutetica de alta energiacutea que puede causar

la muerte sin que el individuo se de cuenta

de que ha sido irradiado Una explosioacuten de

un megatoacuten (de tamantildeo estaacutendar) matariacutea

a todo ser humano en 15 Km a la redonda

que se encontrase al aire libre

Las partiacuteculas alfa son ideacutenticas a un nuacutecleo de

helio son las que mas larga vida tienen unos mil

antildeos pero su poder de penetracioacuten 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 radiacioacuten Con 45 cm de tierra se

consigue reducir la radiacioacuten veinte veces

Las partiacuteculas beta penetran maacutes siendo suficiente

79

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

to la radiacioacuten (una pared moderna ya espesa se

compone de 1 pie de ladrillo maacutes caacutemara maacutes

aislante maacutes ladrillo hueco y yeso que suele que-

darse en los 37 cm)

Los de maacutes poder de penetracioacuten son las gamma

y por tanto los maacutes peligrosos ya son los que se

introducen en los refugios nucleares auacuten con

grandes espesores de hormigoacuten La uacutenica protec-

cioacuten eficaz es la de interponer grandes masas de

material mejor cuanto maacutes denso siendo el ideal

el plomo ya que pasa por los materiales como la

luz por una tela si esta es maacutes densa mayor canti-

dad de chocaraacute con ella y no la traspasaraacute Para

reducir la dosis a un veinteavo se precisan 30 cm

de hormigoacuten armado

bull Pulso electromagneacutetico La intensa acti-

vidad de los rayos gamma genera mediante

induccioacuten una corriente de alto voltaje so-

80

bre antenas viacuteas feacuterreas tuberiacuteas que des-

truye todas las instalaciones eleacutectricas de

una amplia zona si la explosioacuten se efectuacutea

a gran altura Una detonacioacuten de muchos

kilotones a 200 km sobre Omaha (Ne-

brasca) destruiriacutea todos los circuitos eleacutec-

tricos integrados de toda Norteameacuterica y

parte de Meacutejico y Canadaacute Ante el riesgo

de una detonacioacuten nuclear es conveniente

alejarse de liacuteneas eleacutectricas y viacutea feacuterreas ya

que la corriente inducida puede electrocu-

tarnos

bull Pulso teacutermico al expandirse la bola de

fuego el aire circundante absorbe energiacutea

en forma de rayos X y la irradia en forma

de una luz cegadora y un intensiacutesimo ca-

lor Una bomba de 20 Megatones produci-

riacutea una intensa luz durante 20 segundos y

causariacutea quemaduras de segundo grado a

81

cualquier persona expuesta a 45 Km de

distancia

bull Onda de choque La raacutepida expansioacuten de

la bola de fuego genera una onda de cho-

que como cualquier explosioacuten pero de

una potencia muy superior ya que puede

aplastar o barrer edificios dantildeaacutendolos muy

seriamente o destruyeacutendolos por comple-

to ya que maacutes que empujar por su dura-

cioacuten lo que hace es estrujar Una bomba

de 20 megatones no dejariacutea en un radio de

20 Km maacutes que escombros soacutelo se salva-

riacutean las cimentaciones y construcciones

enterradas

bull Primera lluvia radioactiva o lluvia ra-

diactiva local una explosioacuten de 20 mega-

tones aras de suelo produciriacutea un craacuteter de

183 m de profundidad la elevada tempe-

82

ratura vaporiza todo lo que se encuentra

dentro de la bola de fuego todo se funde

con los materiales radiactivos de la fisioacuten o

fusioacuten y se eleva con el hongo para luego

precipitar en forma de finas cenizas Esto

ocurriraacute durante las 24 h siguientes a la

explosioacuten y afectaraacute a una regioacuten maacutes o

menos amplia para una misma potencia

seguacuten la climatologiacutea El fenoacutemeno se am-

pliacutea considerablemente si la detonacioacuten se

produce cerca del suelo La energiacutea 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 maacutes destructivos los deno-

minados secundarios como incendios en masa

que acabariacutean con los pocos supervivientes y ma-

tariacutean a maacutes que el pulso teacutermico y la onda de

choque

83

Ademaacutes en caso de que se lanzaran muchas

bombas nucleares sus efectos secundarios seriacutean

mucho maacutes 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 10000 mega-

tones miacutenimos para considerar un holocausto

como tal

bull El primero de estos efectos es que la ra-

dioactividad liberada en caso de holocaus-

to penetrariacutea en todos y cada uno de los

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

Mientras que en dosis altas (seguacuten la espe-

cie) produciriacutea la muerte en otras maacutes ba-

jas los efectos seriacutean de lo maacutes variados

(mutaciones esterilidad)

bull El segundo seriacutea que los materiales im-

pulsados por las detonaciones se elevariacutean

hasta la troposfera donde ocultariacutean la luz

84

del sol durante meses o antildeos haciendo ba-

jar la temperatura de la tierra y alterando la

fotosiacutentesis de los vegetales y el plancton

marino seriacutea el famoso invierno nuclear

Ademaacutes estos materiales radiactivos iriacutean

cayendo durante meses o antildeos convirtieacuten-

dose en una lluvia radiactiva global que

auacuten con menos dosis radiactiva que una

lluvia provocada por una bomba seriacutea

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

antildeos Ese 5 de energiacutea liberada por la

lluvia radiactividad en una bomba es poco

pero en los 10000 megatones de un holo-

causto suponen ya 500 megatones que iraacuten

estallando durante miles de antildeos des-

pueacutes de la cataacutestrofe

85

bull El tercero seriacutea una reduccioacuten en la capa

de ozono producida por el oacutexido de nitroacute-

geno generado por las bolas de fuego de

modo que la radiacioacuten solar que llegase a

la tierra seriacutea mortal Un 70 del ozono

desapareceriacutea en el hemisferio norte y un

40 en el sur siendo necesarios treinta

antildeos para recuperar su estado normal

86

Ejercicios 12

MODELO DE RESOLUCIOacuteN

La distribucioacuten de los electrones de un aacutetomo

en sus niveles y subniveles se puede representar en

forma abreviada de la siguiente manera

a) Un coeficiente que indica el nuacutemero del nivel

de energiacutea (n)

b) Una letra que corresponde al subnivel

c) Un supraiacutendice que sentildeala el nuacutemero de elec-

trones que hay en el subnivel

1H = 1s1

3Li = 1s2 2s1

En razoacuten del entrecruzamiento de subniveles

el orden en que se van completando los subniveles

por energiacutea creciente es el siguiente

87

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

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

5d 6p 7s 5f 6d

7p

Para visualizar la distribucioacuten de los electrones

en orbitales se puede representar cada orbital por

un pequentildeo cuadrado dividido por una diagonal

y cada electroacuten mediante una flecha

Entonces el orbital puede estar

Vaciacuteo incompleto completo

(1 electroacuten) (2 electrones)

En caso del orbital completo las flechas tienen

sentido contrario para indicar que los electrones

presentan spin contrario

El llenado de los orbitales por los electrones

se realiza a partir de los niveles y subniveles en

88

orden creciente de energiacutea Cada nuevo electroacuten se

incorpora a un orbital vaciacuteo

De ese modo los elementos quedan represen-

tados asiacute

1H =

1s

3Li =

1s 2s

7N =

1s 2s 2p

89

Ejercicios 121

1) Un aacutetomo de foacutesforo tiene 15 protones y 16

neutrones Indicaacute cuaacutel es su

a) nuacutemero atoacutemico (Z) b) nuacutemero

de masa (A)

2) Un aacutetomo de potasio tiene Z =19 y A = 39

Indicaacute su nuacutemero de

a) protones b) electrones

c) neutrones

3) Completaacute los datos que faltan en el siguiente

cuadro

90

ELE-

MEN-

TO

NUacute-

MERO

ATOacute-

MICO

NUacute-

MERO

DE

MASA

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) Sentildealaacute el nombre y siacutembolo de los elementos

cuyas configuraciones electroacutenicas 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) Escribiacute la configuracioacuten electroacutenica de los

siguientes elementos

91

a) Na2311 = c) O16

8 =

b) Cl3517 = d) C12

6 =

6) De acuerdo con la siguiente representacioacuten de

los electrones en orbitales indicaacute a queacute ele-

mentos corresponden

a)

b)

c)

d)

7) Representaacute la distribucioacuten de los electrones en

orbitales de los elementos

a) 7N= c) 18Ar =

b) 15AI = d) 19K =

92

Hoja de respuestas121

1) a) 15 b) 31 2) a) 19 b) 19 c) 20

3)

ELE-

MEN-

TO

NUacuteME-

RO

ATOacute-

MICO

NUacute-

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)Argoacuten Ar

d)Escandio Sc

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

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)middot

94

Ejercicios 1211

Modelo de resolucioacuten

El nuacutemero de oxidacioacuten se asigna seguacuten las si-

guientes reglas

1) El nuacutemero de oxidacioacuten de los elementos en la

sustancia simple es cero

Ejemplo Cu0 02Cl

2) El nuacutemero de oxidacioacuten del oxiacutegeno es 2

excepto en las sustancias como el agua oxige-

nada Ejemplo H2

2Ominus

3) El nuacutemero de oxidacioacuten del hidroacutegeno es +1

excepto en las sustancias donde estaacute combina-

do con los metales Ejemplo 1

H+

2O

4) El nuacutemero de oxidacioacuten de un ion monoatoacute-

mico es igual a la carga del ion Ejemplo Ca2-

Cl-

95

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

braica de los nuacutemeros de oxidacioacuten de todos

los aacutetomos debe ser cero Ejemplo 1

H+

2

2Ominus

there42(+1) + (-2) = 0

6) En los iones que tienen maacutes de un aacutetomo la

suma algebraica de los nuacutemeros de oxidacioacuten

de todos los aacutetomos es igual a la carga del ion

El nuacutemero de oxidacioacuten se escribe colocando primero el signo y luego el nuacutemero

Ejemplo el nuacutemero de oxidacioacuten del aluminio es +3

1) Calculaacute los nuacutemeros de oxidacioacuten en la moleacute-

cula de dioacutexido de azufre (SO2)

Datos SO2 nuacutemero de oxidacioacuten del O2

es 2

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de S

Resolucioacuten Cada aacutetomo de oxiacutegeno tiene

nuacutemero de oxidacioacuten 2 por lo tanto el nuacute-

mero de oxidacioacuten del azufre es +4 porque

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

96

2) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten del azufre en

el aacutecido sulfuacuterico (H2SO4)

Datos H2SO2 nuacutemero de oxidacioacuten del

O2 es 2 nuacutemero de oxidacioacuten de H es -1

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de S

Resolucioacuten Se debe cumplir que la suma al-gebraica de todos los nuacutemeros de oxidacioacuten sea cero

4(-2) + 21 + x = 0

-8 + 2 + x = 0

x = 6

Respuesta el nuacutemero de oxidacioacuten del azufre

en el aacutecido sulfuacuterico es +6

3) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten del nitroacutegeno

en el nitrato de sodio (NaNO3)

Datos NaNO3 nuacutemero de oxidacioacuten del

O2 es 2

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de N

97

Resolucioacuten El nuacutemero de oxidacioacuten del

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

ga eleacutectrica positiva

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

1 6 + x = 0

x = 5

Respuesta el nuacutemero de oxidacioacuten del nitroacute-

geno en el nitrato de sodio es +5

4) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten del azufre en

el ion sulfato (S 24Ominus )

Datos S 24Ominus nuacutemero de oxidacioacuten del O2

es 2

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de S

Resolucioacuten La suma de los nuacutemeros de

oxidacioacuten es igual a 2 porque el ion sulfato

tiene dos cargas negativas (2-)

x + 4(-2) = -2

x 8 = -2

x = 6

98

Respuesta El nuacutemero de oxidacioacuten del azu-

fre en el ion sulfato es +6

99

Ejercicios 1212

1) Dibujaacute los siacutembolos de Lewis para los aacutetomos

de

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

2) iquestCoacutemo adquiere la distribucioacuten electroacutenica del

ineacutertido maacutes cercano cada uno de los siguien-

tes aacutetomos

a) K b)

F c)

S d) Mg e)

Br

3) Escribiacute las ecuaciones ioacutenicas la foacutermula elec-

troacutenica y la foacutermula miacutenima del compuesto

ioacutenico formado por

a) K y Br (bromuro de potasio)

b) Ca y O (oacutexido de calcio)

4) Marcaacute con una X las propiedades correspon-

dientes a las sustancias que presentan uniones

ioacutenicas

100

a) Son soacutelidas y tienen bajo punto de fusioacuten ( )

b) Conducen la corriente eleacutectrica fundidas o di-

sueltas en agua ( )

c) Tienen brillo metaacutelico ( )

d) Forman cristales duros y quebradizos solubles

en agua ( )

e) No conducen la corriente eleacutectrica ( )

5) Explicaacute coacutemo se unen dos aacutetomos de bromo

para formar la moleacutecula Br2 y escribiacute su

foacutermula electroacutenica y su foacutermula desarrollada

6) La foacutermula del monoacutexido de dicloro es Cl2O

a) Indicaacute queacute tipo de unioacuten existe entre el cloro y

el oxiacutegeno

b) Escribiacute su foacutermula electroacutenica y su foacutermula

desarrollada

7) El azufre y el oxiacutegeno forman dos oacutexidos

importantes el dioacutexido de azufre (SO2) y el

101

trioacutexido de azufre (SO3) Para el trioacutexido de

azufre

a) Indicaacute queacute tipo de unioacuten existe entre el azufre

y los tres aacutetomos de oxiacutegeno

b) Escribiacute la foacutermula electroacutenica

c) Escribiacute la foacutermula desarrollada

8) Marcaacute 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

liacutequidas o soacutelidas ( )

c) Son duacutectiles y maleables ( )

d) No forman moleacuteculas son agregados de

iones ( )

e) No son buenas conductoras de la corriente

eleacutectrica ( )

102

9) Coloque en el pareacutentesis UCP si la unioacuten es

covalente polar y UCNP si es covalento no

polar en cada una de las siguientes sustancias

a) cloruro de hidroacutegeno HCl ( )

b) Hidroacutegeno H2 ( )

c) yodo l2 ( )

10) Escribiacute la foacutermula electroacutenica y la foacutermula

desarrollada de cada una de las sustancias

mencionadas en el ejercicio 9

11) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten

a) del azufre (S)en el dioacutexido de azufre (SO2) en

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

sodio (Na2S)

b) del nitroacutegeno (N) en el dioacutexido de nitroacutegeno

(NO2) en el aacutecido niacutetrico (HNO3) y en el ni-

trato de potasio (KNO3)

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

can en el concepto de unioacuten metaacutelica

103

a) Tienen bajo punto de fusioacuten y de

ebullicioacuten ( )

b) Tienen brillo metaacutelico ( )

c) Conducen la corriente eleacutectrica sin

alterarse ( )

d) En estado soacutelido son malos conductores de la

corriente eleacutectrica ( )

e) Forman hilos y laacuteminas delgadas ( )

104

Hoja de respuestas 1212

1) a) He b) Al c)

Si d)

Ar e)

N

2) a) cede un electroacuten d) cede electrones c)

gana dos electrones b) y e) gana un electroacuten

3) a) Ecuaciones ioacutenicas

K K1+ + 1 e

Br + 1 e Br1-

K1+ + Br- KBr

Foacutermula electroacutenica K1+minus

1

Br

Foacutermula miacutenima KBr

b) Ecuaciones ioacutenicas

Ca Ca 2+ + 2 e

O + 2 e O2-

Ca2+ + O2- CaO

Foacutermula electroacutenica Ca2+ minus

2

O

105

Foacutermula miacutenima CaO

4) b y d

5) se unen compartiendo un par de electrones

6) a) unioacuten covalente

b) foacutermula electroacutenica

Cl

O

Cl

foacutermula desarrollada Cl O Cl

7) a) una unioacuten covalente doble entre el azufre y

uno de los aacutetomos de oxiacutegeno dos uniones cova-

lentes coordinadas con los otros dos aacutetomos de

oxiacutegeno

b) Foacutermula electroacutenica

Foacutermula desarrollada

106

8) a b y e

9) a) UCP y c) UCNP

10) Foacutermula electroacutenica Foacutermula desarrollada

a) H

Cl H Cl

b) HH H H

c)

I

I l I

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

12) b c y e

  • RADIACTIVIDAD
    • IacuteNDICE
      • 1 RADIACTIVIDAD NATURAL
      • 2 RELACIOacuteN ENTRE LA LEY DE LAVOISIER Y LA DE EINSTEIN
      • 3 INTERACCIONES ENTRE AacuteTOMOS Y ONDAS
      • 4 PODER DE PENETRACIOacuteN DE LA RADIACIOacuteN
      • 5 VIDA MEDIA
      • 6 RADIACTIVIDAD ARTIFICIAL
      • 7 USOS DE LOS RADIOISOacuteTOPOS
      • 8 MEDICINA NUCLEAR
      • 9 FECHADO POR MEDIO DE RADIOISOacuteTOPOS
      • 10 PLANTAS DE ENERGIacuteA NUCLEAR
      • 11 BOMBA ATOacuteMICA
      • 12 EFECTOS DE UNA EXPLOSIOacuteN NUCLEAR
        • Ejercicios 12
        • Ejercicios 121
        • Hoja de respuestas121
        • Ejercicios 1211
        • Ejercicios 1212
        • Hoja de respuestas 1212

7

por medio de la siguiente ecuacioacuten

Ra22688 He4

2 + Rn22286

El nuevo elemento que tiene dos protones

menos se identifica por su nuacutemero atoacutemico (86)

como radoacuten (Rn) En la figura se muestra un se-

gundo ejemplo de desintegracioacuten alfa

Tambieacuten los nuacutecleos de tritio son inestables

El tritio es uno de los isoacutetopos pesados de hidroacute-

geno Como todo nuacutecleo de hidroacutegeno el nuacutecleo

de tritio contiene un protoacuten Sin embargo a dife-

rencia del isoacutetopo maacutes comuacuten de hidroacutegeno el

nuacutecleo de tritio contiene dos neutrones y su masa

es por tanto de 3 uma ( H31 ) El tritio se descom-

8

pone por desintegracioacuten beta (β) Puesto que una

partiacutecula beta es ideacutentica a un electroacuten podemos

escribir el proceso como

H31 e0

1minus + He32 o H3

1 βminus01 + He3

2

El isoacutetopo que se produce se identifica por su

nuacutemero atoacutemico como helio (He)

iquestCoacutemo es posible que el nuacutecleo original que

contiene soacutelo un protoacuten y dos neutrones emita un

electroacuten

Podemos concebir la transformacioacuten de uno

de los neutrones del nuacutecleo de tritio original en un

protoacuten y un electroacuten

n10 p1

1 + e01minus

El nuacutecleo retiene el nuevo protoacuten (por tanto

el nuacutemero atoacutemico del producto aumenta en una

unidad) y el electroacuten o partiacutecula beta que praacutecti-

9

camente carece de masa sale despedido (el nuacutecleo

que se produce tiene el mismo nuacutemero de masa

que el nuacutecleo original) En la figura se muestra un

segundo ejemplo de desintegracioacuten beta

El tercer tipo de radiactividad se llama desin-

tegracioacuten gamma (γ) En este tipo de emisioacuten no

intervienen partiacuteculas soacutelo se emite energiacutea La

emisioacuten gamma acompantildear la emisioacuten de partiacutecu-

las alfa o beta

En la tabla que sigue se resumen los tipos

principales de desintegracioacuten radiactiva y los cam-

bios nucleares correspondientes

10

Tipo

De

Radia-

cioacuten

Coacutedi-

go

Nordm Nu-

cleonesCarga

Cam-

bios Nordm

Nucleo-

nes

Cambio

Nordm Atoacute-

mico

ALFA α 4 2+ Dismi-

nuye 4

Disminu-

ye 2

BETA β 0 1- NingunoAumenta

1

GAM-

MA γ 0 0 Ninguno Ninguno

11

2 RELACIOacuteN ENTRE LA LEY DE LAVOISIER Y LA DE EINSTEIN

Cuando hervimos agua por mucho

tiempo eacutesta desaparece

Cuando mezclamos dos sustancias

miscibles pareciera que una de las

dos oculta a la otra

Cuando se produces reaccioacuten nuclea-

res iquestpodemos aplicar las mismas

consideraciones

La ley de Lavoisier maacutes conocida como Ley

de Conservacioacuten de la Masa plantea que en las

12

reacciones quiacutemicas la materia no se crea ni se

destruye sino que solo cambia la naturaleza de las

sustancias Pero si pensamos un papel quemaacuten-

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 la

forma correcta de enunciar la ley de Lavoisier es

La masa total de

un sistema cerrado se

mantiene constante

independientemente

de los cambios fiacutesicos

o quiacutemicos que en eacutel

se produzcan

Hay que remarcar que la ley se cumple para un

sistema cerrado

13

A comienzos del siglo XX se ha demostrado

que durante las espectaculares reacciones de fu-

sioacuten nuclear que ocurren en el sol y otras estrellas

se destruyen cantidades de materia apareciendo

en su lugar enormes cantidades de energiacutea Esto

sucede tambieacuten en las explosiones atoacutemicas y pro-

cesos similares En estos cambios extraordinarios

se puede medir la destruccioacuten de materia A sus

expensas se crea energiacutea Estos dos elementos

materia y energiacutea se pueden relacionar a traveacutes de

una relacioacuten descubierta por Einstein

mcE sdot= 2

Donde E y m representan los cambios de

energiacutea y de masa respectivamente durante la

transformacioacuten y c es la velocidad de la luz(3108

ms)

14

De esta manera la desaparicioacuten de un gramo

de materia daraacute origen a 91020ergios o 91013 jou-

les Esta energiacutea liberada es suficiente como para

calentar 2105 toneladas de agua de 0ordmC a 100ordmC

Materia y energiacutea pueden interconvertirse En

los procesos quiacutemicos la cantidad de materia que

se transforma en energiacutea es tan pequentildea que resul-

ta imposible medir con los instrumentos actuales

la variacioacuten de masa correspondiente

15

3 INTERACCIONES ENTRE AacuteTOMOS Y ONDAS

Sabemos que la energiacutea se transforma en

materia y viceversa

Pero iquestsabemos si pueden interactuar en-

tre si

Para responder a esta duda recorreremos una parte de la historia del conocimiento del aacutetomo

16

Definicioacuten La partiacutecula de un cuerpo

simple maacutes pequentildea capaz de entrar en las re-

acciones quiacutemicas

1803 Dalton propone que la materia se di-

vidiacutea en elementos y compuesto Los elemen-

tos constituidos por aacutetomos y los compuestos

por moleacuteculas

Siglo XIX se piensa que los aacutetomos son

divisibles se componen de varias partiacuteculas

1897 Thomson descubre el electroacuten antildeos

despueacutes Nagaoka propone que los electrones

giran en oacuterbitas alrededor de una partiacutecula po-

sitiva

En 1911 Rutherford descubre el nuacutecleo

atoacutemico con su experimento de la laacutemina de

oro

17

Alrededor de 1920 Borh propone que los

electrones giran alrededor del nuacutecleo en oacuterbi-

tas circulares donde cada oacuterbita corresponde a

un nivel de energiacutea diferente

Antildeos maacutes tarde De Broglie postula el

principio de dualidad en donde el electroacuten se

comporta como una onda y partiacutecula Como

consecuencia solo se puede encontrar al elec-

troacuten en un aacuterea determinada llamada nivel de

energiacutea ya que no se puede conocer la veloci-

dad y posicioacuten al mismo tiempo( a este fenoacute-

meno se lo denomina principio de incerti-

dumbre de Heisenberg) Esto produce el desa-

rrollo de la mecaacutenica cuaacutentica

Radiactividad

En 1896 Becquerel descubre una propiedad

nueva de la materia a la que posteriormente Marie

Curie llamoacute Radiactividad

18

La radiactividad no depende de la naturaleza

fiacutesica o quiacutemica del aacutetomo sino que es una propie-

dad del nuacutecleoLa causa que los origina probable-

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

tiacuteculas que se encuentran en el nuacutecleo

En general los nuacutecleos de aacutetomos pesados

presentan cierta inestabilidad para lo cual emiten

radiacioacuten para alcanzar estados de equilibrio

Dichas radiaciones podemos dividirlas en

Desintegraciones alfa desintegraciones beta y

desintegraciones gamma

Desintegraciones alfa Cuando el nuacutecleo

atoacutemico es inestable a causa del gran nuacutemero

de protones que posee (ocurre en los elemen-

tos maacutes pesados es decir con Z = 83 o supe-

rior) la estabilidad es alcanzada con frecuen-

cia emitiendo una partiacutecula alfa es decir un

19

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

tones y dos neutrones

Desintegraciones beta Cuando la rela-

cioacuten de neutrones protones en un nuacutecleo

atoacutemico es elevada el nuacutecleo se estabiliza emi-

tiendo un neutroacuten o bien como ocurre con

frecuencia emitiendo una partiacutecula beta es

decir un electroacuten

Desintegraciones gamma Los rayos

gamma son ondas electromagneacuteticas de gran

energiacutea muy parecidos a los rayos X y en cier-

tas ocasiones se presentan cuando ocurre una

desintegracioacuten de partiacuteculas beta o bien una

emisioacuten de positrones Por lo tanto la radia-

cioacuten gamma no posee carga eleacutectrica y su na-

turaleza ondulatoria permite describir su ener-

giacutea en relacioacuten a su frecuencia de emisioacuten

20

INTERACCIOacuteN DE LAS RADIACIONES CON LA

MATERIA

La radiacioacuten al chocar con las moleacuteculas que

encuentra a su paso produce iones esto se debe a

que excita los electrones de los aacutetomos de las mo-

leacuteculas es decir les entrega energiacutea para que pasen

a oacuterbitas superiores

bull Radiaciones alfa (α) compuesta por dos

protones y dos neutrones de bajo poder

de penetracioacuten y alta capacidad de ioniza-

cioacuten Se mueve en liacutenea recta debido a su

gran cantidad de masa

21

bull Radiaciones beta (β) formada por elec-

trones de carga negativa su masa es pe-

quentildea por lo tanto es propensa a cambiar

de trayectoria bajo poder de penetracioacuten y

bajo poder de ionizacioacuten Al acercarse a un

nuacutecleo se frena la energiacutea que pierde en el

frenado la libera como rayos X Si una par-

tiacutecula beta choca con un positroacuten (electroacuten

negativo) se aniquila y emite un rayo

gamma

bull Radiaciones gamma (γ) son las de ma-

yor energiacutea no tiene carga eleacutectrica por lo

22

tanto no desviacutean sus trayectorias frente a

campos eleacutectricos tienen un alto poder de

penetracioacuten y un alto poder de ionizacioacuten

Pueden llegar a extraer electrones de los

aacutetomos los cuales a su vez ionizan otras

moleacuteculas

Neutrones no poseen carga eleacutectrica tienen

un alto poder de penetracioacuten Al chocar contra un

aacutetomo ceden parte de su energiacutea y se frenan Los

neutrones de baja velocidad se denominan neu-

trones teacutermicos los cuales se descomponen en un

electroacuten y un protoacuten o pueden ser absorbidos por

otros nuacutecleos atoacutemicos

23

4 PODER DE PENETRACIOacuteN DE LA RADIACIOacuteN

La radiacioacuten es uno de los efectos

maacutes peligrosos de la energiacutea nuclear

No todas las partiacuteculas emitidas

tienen la misma posibilidad de atrave-

sar los elementos

Los materiales radiactivos pueden ser peligro-

sos porque la radiacioacuten que se emite puede dantildear

los tejidos vivos La capacidad para inflingir dantildeos

depende en parte del poder de la radiacioacuten para

penetrar en los tejidos

24

En condiciones de igualdad por lo demaacutes

cuanto mayor es la masa de una partiacutecula menor

es su poder de penetracioacuten Las partiacuteculas alfa

que son nuacutecleos de helio con una masa de 4 uma

constituyen el menos penetrante de los tres tipos

principales de radiactividadLas partiacuteculas beta

ideacutenticas a los electrones cuya masa es insignifi-

cante son un poco maacutes penetrantes Los rayos

gamma como los rayos X carecen totalmente de

masa su poder de penetracioacuten es mucho mayor

que el de los otros dos tipos

Puede parecer contrario al sentido comuacuten

pensar que las partiacuteculas maacutes grandes se abren

camino con maacutes dificultad Consideraacute sin embar-

go que el poder de penetracioacuten refleja la capaci-

dad de la radiacioacuten para abrirse camino a traveacutes

de una muestra de materia Es como si trataras de

hacer rodar piedras por un campo de grandes ro-

cas La partiacutecula alfa se comporta como si fuese

una roca grande Debido a su tamantildeo no puede

25

avanzar mucho sin chocarse con otras rocas y ser

detenida por ellas La partiacutecula beta se comporta

como una piedra pequentildea que puede introducirse

entre las rocas y quizaacute hasta rebotar en ellas hasta

completar un recorrido maacutes largo El rayo gamma

es comparable a un grano de arena capaz de pasar

por las aberturas maacutes pequentildeas

Al principio de esta explicacioacuten dijimos que si

todo lo demaacutes es igual asiacute es como funcionan las

cosas Pero lo demaacutes no siempre es igual Cuanto

maacutes raacutepido se mueve una partiacutecula o maacutes energiacutea

tiene la radiacioacuten mayor es su poder de penetra-

cioacuten

Si la sustancia radiactiva estaacute afuera del cuer-

po las partiacuteculas alfa de poco poder de penetra-

cioacuten son las menos peligrosas pues las detiene la

capa externa de la piel Tambieacuten las partiacuteculas beta

se detienen normalmente antes de alcanzar oacuterga-

nos vitales Los rayos gamma atraviesan sin difi-

26

cultad los tejidos asiacute que una fuente externa de los

mismos puede ser muy peligrosa En cambio

cuando la fuente radiactiva estaacute adentro del cuerpo

la situacioacuten se invierte Las partiacuteculas alfa que no

penetran pueden causar graves dantildeos Todas estas

partiacuteculas estaacuten atrapadas en el interior del cuerpo

el cual tiene entonces la posibilidad de absorber

toda la energiacutea que libera la partiacutecula Las partiacutecu-

las alfa infligen el dantildeo en un aacuterea muy pequentildea

porque no se desplazan muy lejos Las partiacuteculas

beta distribuyen el dantildeo en un aacuterea algo mayor

porque recorren distancias mayores Los tejidos se

pueden recuperar de un dantildeo limitado disperso en

un aacuterea grande pero es menos probable que so-

brevivan a una lesioacuten concentrada

Las personas que trabajan con materiales ra-

diactivos disponen de diversas formas de prote-

gerse contra ellos La maacutes simple consiste en ale-

jarse de la fuente porque la intensidad de la radia-

cioacuten disminuye con la distancia respecto a la fuen-

27

te Los trabajadores se pueden proteger tambieacuten

por medio de blindajes Una hoja de papel detiene

casi todas las partiacuteculas alfa Un bloque de madera

o una laacutemina delgada de aluminio detiene las par-

tiacuteculas beta

Pero se necesitan varios metros de concreto o

varios centiacutemetros de plomo para detener los ra-

yos gamma

28

5 VIDA MEDIA

Cuando hablamos de aacutetomos individuales

estamos trabajando con elementos que

apenas imaginamos

Para entender lo que pasa con la radia-

cioacuten debemos referirnos a un grupo maacutes

grande de partiacuteculas y trabajar con pro-

medios

Hasta aquiacute hemos estudiado la radiactividad en

relacioacuten con los aacutetomos individuales En el labora-

torio nos ocupamos en general con nuacutemeros muy

grandes de aacutetomos mucho mayores que el nuacuteme-

29

ro de habitantes de la tierra Si pudieacutesemos ver el

nuacutecleo de un aacutetomo individual podriacuteamos ver si

sufre o no desintegracioacuten radiactiva examinando

su composicioacuten Ciertas combinaciones de proto-

nes y neutrones son inestables Sin embargo lo

que no podriacuteamos determinar es cuando el aacutetomo

va a sufrir un cambio La radiactividad es un pro-

ceso aleatorio independiente en general de las

influencias externas

Cuando tenemos un nuacutemero grande de aacuteto-

mos el proceso de desintegracioacuten radiactiva se

hace maacutes predecible Podemos medir la vida me-

dia que es una propiedad caracteriacutestica de cada

radioisoacutetopo La vida media de un isoacutetopo radiac-

tivo es el periacuteodo durante el cual la mitad del nuacute-

mero original de aacutetomos sufre desintegracioacuten ra-

diactiva para formar un nuevo elemento Por

ejemplo supone que tuvieacutesemos 16 billones de

aacutetomos de tritio el isoacutetopo radiactivo de hidroacutege-

no La vida media del tritio es de 123 antildeos Esto

significa que al cabo de 123 antildeos se habraacuten desin-

30

tegrado 8 billones de aacutetomos de tritio y quedaraacuten

8 billones de aacutetomos Al cabo de otros 123 antildeos

se habraacute desintegrado la mitad de los 8 billones de

aacutetomos restantes Por tanto al cabo de dos vidas

medias quedaraacute una cuarta parte del nuacutemero ori-

ginal de aacutetomos de tritio Asiacute pues dos vidas me-

dias no hacen una entera

Podemos calcular la fraccioacuten restante del isoacute-

topo original al cabo de un nuacutemero dado de vidas

medias por medio de la relacioacuten

FRACCIOacuteN RESTANTE N21

=

Donde n es el nuacutemero de vidas medias trans-

curridas

31

6 RADIACTIVIDAD ARTIFICIAL

La radiactividad es un fenoacutemeno na-

tural y en esas condiciones poco

aprovechable

El hombre trabajoacute mucho para con-

trolarlo y hacer de este efecto algo

uacutetil Aunque como es muy habitual

en la humanidad las implementacio-

nes destructivas tambieacuten tuvieron

gran desarrollo

32

TRANSMUTACIOacuteN ARTIFICIAL

Las formas de radiactividad que se presentan

en la Naturaleza Se pueden inducir otras reaccio-

nes nucleares bombardeando nuacutecleos estables con

partiacuteculas alfa neutrones u otras partiacuteculas sub-

atoacutemicas Estas partiacuteculas si tienen suficiente

energiacutea penetran los nuacutecleos que antes eran esta-

bles e inducen alguna forma de emisioacuten radiacti-

va Al igual que la radiactividad natural este tipo

de cambio nuclear produce una transmutacioacuten un

elemento se transforma en otro Debido a que el

cambio no se habriacutea producido de manera natural

el proceso se conoce como transmutacioacuten artifi-

cial

Pocos antildeos despueacutes de su famoso experimen-

to de la laminilla de oro (bombardeo con radiacioacuten

alfa una lamina de oro y detectoacute en una lamina de

sulfuro de zinc la radiacioacuten emergente) Ernest

Rutherford estudioacute el bombardeo de diversos

elementos ligeros con partiacuteculas alfa Un experi-

33

mento de este tipo en el cual Rutherford bom-

bardeoacute nitroacutegeno dio por resultado la produccioacuten

de protones

N147 + He4

2 O178 + H1

1

(Recordaacute que el nuacutecleo de hidroacutegeno es un protoacuten

por eso usamos el siacutembolo alternativo H11 para el pro-

toacuten)

Observaacute que la suma de los nuacutemeros de nu-

cleones de la izquierda es igual a la suma de los

nuacutemeros de nucleones de la derecha Tambieacuten los

nuacutemeros atoacutemicos estaacuten balanceados

Rutherford habiacutea postulado en 1914 la exis-

tencia de protones en los nuacutecleos Un experimen-

to publicado en 1919 proporcionoacute la primera

comprobacioacuten empiacuterica de la existencia de estas

partiacuteculas fundamentales Ya antes Eugen Golds-

tein habiacutea producido protones en sus experimen-

34

tos con tubos de descarga en gas Goldstein obtu-

vo estas partiacuteculas a partir del hidroacutegeno gaseoso

contenido en el tubo por separacioacuten de un elec-

troacuten del aacutetomo de hidroacutegeno La trascendencia del

experimento de Rutherford consistioacute en que ob-

tuvo protones del nuacutecleo de un aacutetomo que no era

de hidroacutegeno con lo cual establecioacute la naturaleza

de los protones como partiacuteculas fundamentales Al

hablar de partiacuteculas fundamentales nos referimos a

las unidades baacutesicas a partir de las cuales se pue-

den formar estructuras maacutes complicadas (como el

nuacutecleo de nitroacutegeno) El experimento de Ruther-

ford constituyoacute la primera reaccioacuten nuclear indu-

cida

Durante la deacutecada de 1920 se llevaron a cabo

muchas transmutaciones artificiales En la deacutecada

de 1930 una de estas reacciones condujo al descu-

brimiento de otra partiacutecula fundamental En 1932

James Chadwick bombardeoacute berilio con partiacuteculas

alfa

35

Be94 + He4

2 C126 + n1

0 Entre los productos se encontraba el neutroacuten

RADIACTIVIDAD INDUCIDA

Las primeras reacciones nucleares produjeron

isoacutetopos que ya se conociacutean por estar presentes en

la Naturaleza Esto fue quizaacute fortuito porque era

inevitable que tarde o temprano se produjese un

nuacutecleo estable Iregravene Curie (hija de los ganadores

del premio Nobel de 1903) y su esposo Freacutedeacuteric

Joliot estudiaban el bombardeo de aluminio con

partiacuteculas alfa Se produciacutean neutrones y quedaba

como residuo un isoacutetopo de foacutesforo

Al2713 + He4

2 P3015 + n1

0

Para sorpresa de los investigadores el blanco

seguiacutea emitiendo partiacuteculas auacuten despueacutes de inte-

rrumpido el bombardeo El isoacutetopo de foacutesforo era

radiactivo y emitiacutea partiacuteculas cuya masa era igual a

36

la del electroacuten pero cuya carga era opuesta Estas

partiacuteculas se llaman positrones La reaccioacuten que

estaban observando era la siguiente

P3015 e0

1+ + Si3014

Asiacute pues surge una vez maacutes la pregunta iquestde doacuten-

de proviene esta partiacutecula si el nuacutecleo contiene

soacutelo protones y neutrones Anteriormente expli-

camos el hecho de que surgiese una partiacutecula beta

(un electroacuten) de un nuacutecleo afirmando que un neu-

troacuten se habiacutea descompuesto en un protoacuten y un

electroacuten Quizaacute un suceso similar puede explicar la

aparicioacuten de un positroacuten Considera que un pro-

toacuten del nuacutecleo se transforma en un neutroacuten y un

positroacuten (un protoacuten es ideacutentico a un nuacutecleo de

hidroacutegeno)

H11 e0

1+ + N10

Todo queda muy bien balanceado en esta

37

ecuacioacuten Al emitirse el positroacuten el nuacutecleo radiac-

tivo original tiene de pronto un protoacuten menos y

un neutroacuten maacutes que antes Por tanto la masa del

nuacutecleo producido es la misma pero su nuacutemero

atoacutemico se ha reducido en una unidad respecto al

nuacutecleo original Por este trabajo la pareja Joliot-

Curie se hizo acreedora al premio Nobel en 1935

(la pareja Joliot-Curie adoptoacute el apellido combina-

do para perpetuar el nombre de Curie Marie y

Pierre Curie tuvieron dos hijas pero ninguacuten hijo

varoacuten

38

7 USOS DE LOS RADIOISOacuteTOPOS

Muchas de las aplicaciones de la energiacutea

de la radiacioacuten se realizan a traveacutes de los

radioisoacutetopos

Gracias a ellos y a los detectores se evitan

grandes perdidas materiales y se ahorra

grandes esfuerzos

Los cientiacuteficos que trabajan en una amplia va-

riedad de campos emplean isoacutetopos radiactivos

(radioisoacutetopos) como rastreadores en sistemas

fiacutesicos quiacutemicos y bioloacutegicos Los isoacutetopos de un

elemento determinado sea radiactivo o no se

39

comportan de manera casi ideacutentica en los proce-

sos quiacutemicos y fiacutesicos En virtud de la facilidad

para detectar los isoacutetopos radiactivos es relativa-

mente faacutecil seguir sus movimientos incluso en un

sistema complicado

Como un ejemplo sencillo consideremos el

flujo de un liacutequido por una tuberiacutea Supongamos

que hay una fuga en una tuberiacutea enterrada bajo un

piso de concreto Podriacuteamos localizar la fuga le-

vantando partes extensas del piso o bien podriacutea-

mos agregar una pequentildea cantidad de material

radiactivo al liacutequido que va hacia el drenaje y ras-

trear el flujo de liacutequido con un contador Geiger

(un instrumento que detecta la radiactividad) Una

vez localizada la fuga soacutelo habriacutea que levantar una

parte pequentildea del piso para reparar la fuga Por lo

general se emplean para este propoacutesito isoacutetopos

de vida corta que desaparecen poco tiempo des-

pueacutes de realizar su funcioacuten

Anaacutelogamente podriacuteamos rastrear la incorpo-

racioacuten de foacutesforo en una planta verde La planta se

40

alimenta con un fertilizante que contiene foacutesforo

radiactivo Un meacutetodo sencillo de deteccioacuten con-

siste en colocar la planta sobre una peliacutecula foto-

graacutefica La radiacioacuten que emiten los isoacutetopos de

foacutesforo expone la peliacutecula en gran medida como

lo hace la luz Este tipo de exposicioacuten llamado

radiografiacutea muestra la distribucioacuten del foacutesforo en

la planta

Tambieacuten se da un buen uso a los rastreadores

radiactivos en la investigacioacuten agriacutecola Estos isoacute-

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 cuaacuteles son los mejores meacutetodos para

regular los insectos La mutacioacuten intencional de

plantas por irradiacioacuten ha producido nuevas y

mejores cepas de plantas de cultivo con valor co-

mercial desde raacutebanos hasta maniacute

Los radioisoacutetopos se emplean tambieacuten para

irradiar alimentos como meacutetodo de conservacioacuten

La radiacioacuten destruye los microorganismos que

41

causan la descomposicioacuten de los alimentos Los

alimentos irradiados muestran poco cambio en

cuanto a su saber o aspecto A muchas personas

les inquietan los posibles efectos dantildeinos de las

sustancias quiacutemicas que produce la radiacioacuten pero

no hay pruebas contundentes de dantildeos causados

por alimentos irradiados en animales de laborato-

rio alimentados con ellos y tampoco se conocen

efectos adversos en seres humanos en los paiacuteses

donde la irradiacioacuten se ha utilizado por muchos

antildeos El proceso de esterilizacioacuten no deja irradia-

cioacuten residual en los alimentos

Los radioisoacutetopos han sido empleados exten-

samente en la investigacioacuten cientiacutefica baacutesica El

mecanismo de la fotosiacutentesis se dilucidoacute en gran

parte utilizando carbono 14 como rastreador Por

ejemplo para determinar coacutemo fabrican las plan-

tas el azuacutecar glucosa a partir de dioacutexido de carbo-

no y agua la planta se expone a dioacutexido de carbo-

no radiactivo El investigador identifica los com-

puestos que se forman a partir de estas materias

42

primas y el orden en el que se sintetizan y despueacutes

determina cuaacuteles compuestos se tornan radiactivos

y en queacute secuencia Con base en los dates obteni-

dos de experimentos con rastreadores los cientiacutefi-

cos determinan las rutas metaboacutelicas de plantas

animales y seres humanos

43

8 MEDICINA NUCLEAR

La medicina nuclear ha generado tra-

tamientos y terapias inimaginables

antes de su descubrimiento

En el diagnostico generoacute meacutetodos no

invasivos que evitan a los paciente

tanto sufrimientos como peacuterdidas de

tiempo

En medicina nuclear se dan dos usos distintos

a los radioisoacutetopos para fines terapeacuteuticos o para

realizar un diagnoacutestico En la terapia con radiacioacuten

se intenta tratar o curar un padecimiento por

44

medio de radiacioacuten El uso de los radioisoacutetopos

con fines de diagnoacutestico busca obtener informa-

cioacuten acerca del estado de salud del paciente

TERAPIA POR RADIACIOacuteN

El caacutencer no es una sola enfermedad sino

muchas Algunas formas de caacutencer son particu-

larmente susceptibles a la terapia por radiacioacuten La

radiacioacuten se dirige cuidadosamente hacia el tejido

canceroso y se reduce al miacutenimo la exposicioacuten de

las ceacutelulas normales Si los efectos destructivos de

la radiacioacuten consiguen matar las ceacutelulas cancero-

sas se detiene el avance del tumor maligno (Pero

los pacientes que se someten a terapia por radia-

cioacuten suelen experimentar malestares a causa del

tratamiento Naacuteusea y voacutemito son los siacutentomas

usuales del malestar por radiacioacuten Asiacute pues el

objetivo de la terapia por radiacioacuten es destruir las

ceacutelulas cancerosas antes de que se cause un dantildeo

excesivo a los tejidos sanos La radiacioacuten tiene

45

efectos maacutes letales para las ceacutelulas que se reprodu-

cen con rapidez y eacutesta es precisamente la caracte-

riacutestica de las ceacutelulas cancerosas que permite que la

terapia por radiacioacuten tenga eacutexito

USOS DIAGNOacuteSTICOS DE LOS RADIOISOacuteTOPOS

Los radioisoacutetopos se usan para fines diagnoacutes-

ticos con el propoacutesito de obtener informacioacuten

acerca del tipo o el alcance de la enfermedad El

yodo 131 radiactivo se emplea para determinar el

tamantildeo la forma y la actividad de la glaacutendula ti-

roides asiacute como para tratar caacutenceres localizados

en esta glaacutendula y para controlar una tiroides hi-

peractiva Primero el paciente toma una solucioacuten

de yoduro de potasio que contiene yodo 131 El

organismo concentra el yodo en la tiroides Se

usan dosis grandes para el tratamiento del caacutencer

de la tiroides la radiacioacuten del isoacutetopo se concentra

en las ceacutelulas cancerosas de esta glaacutendula auacuten

cuando las ceacutelulas cancerosas se hayan extendido a

46

otras partes del cuerpo Sin embargo para fines de

diagnoacutestico soacutelo se necesita una pequentildea cantidad

del radioisoacutetopo Tambieacuten 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-

poracioacuten diferencial del isoacutetopo La imagen que

se obtiene se describe como una fotoexploracioacuten

y permite determinar con precisioacuten la ubicacioacuten de

un tumor en esa regioacuten del cuerpo

El radioisoacutetopo de uso maacutes extendido en medicina

es el gadolinio 153 Este isoacutetopo se emplea para

evaluar la mineralizacioacuten de los huesos Su popu-

laridad es un indicio del gran nuacutemero de personas

principalmente mujeres que sufren de osteoporo-

sis (reduccioacuten de la cantidad de tejido oacuteseo) a me-

dida que envejecen El gadolinio 153 emite dos

radiaciones caracteriacutesticas un rayo gamma y un

rayo X Un dispositivo analizador compara estas

radiacioacuten despueacutes de que atraviesan el hueso La

47

densidad del mismo se determina con base en las

diferencias de absorcioacuten de los rayos

El tecnecio 99m se utiliza en diversos ensayos

diagnoacutesticos La letra m quiere decir metaestable

lo que significa que este isoacutetopo emite cierta ener-

giacutea para convertirse en una versioacuten maacutes estable del

mismo isoacutetopo (mismo nuacutemero atoacutemico y mismo

peso atoacutemico) La energiacutea que desprende es el

rayo gamma que permite detectar el isoacutetopo

Tcm9943 Tc99

43 + y

Observa que la desintegracioacuten del tecnecio

99m no produce partiacuteculas alfa ni beta las cuales

podriacutean causar dantildeos innecesarios al organismo

Ademaacutes el tecnecio 99m tiene una vida media cor-

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

tividad no permanece en el organismo mucho

tiempo despueacutes de que la exploracioacuten se ha com-

pletado Esta vida media tan corta obliga a planifi-

48

car cuidadosamente el uso del radioisoacutetopo De

hecho lo que se adquiere no es el isoacutetopo mismo

El tecnecio 99m se forma por desintegracioacuten del

molibdeno 99

Mo9942 Tcm99

43 + e01minus + y

Se emplea un recipiente que contiene este isoacute-

topo de molibdeno y el producto de desintegra-

cioacuten el tecnecio 99 se extrae del recipiente a

medida que se necesita

Mediante el uso de modernas tecnologiacuteas ba-

sadas en la utilizacioacuten de computadoras la tomo-

grafiacutea por emisioacuten de positrones (PET por sus

siglas en ingleacutes) permite medir los procesos dinaacute-

micos que se llevan a cabo en el organismo como

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

boliza el oxiacutegeno o la glucosa Las exploraciones

de PET se emplean actualmente para identificar

con precisioacuten el aacuterea de dantildeo cerebral que desen-

49

cadena los ataques epileacutepticos graves Antes de la

exploracioacuten se inhalan o se inyectan compuestos

que contienen isoacutetopos emisores de positrones

como el carbono 11 Antes de que el positroacuten

emitido pueda recorrer una distancia apreciable en

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

teria ordinaria abundan los electrones) y se produ-

cen dos rayos gamma

C116 B11

5 + e01+

e01+ + e0

1minus 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 simultaacuteneamente

dos rayos gamma el sistema no toma en cuenta

los rayos gamma de la radiacioacuten natural de fondo

A continuacioacuten se emplea una computadora para

calcular la ubicacioacuten dentro del cuerpo del punto

50

en el cual ocurrioacute una aniquilacioacuten del positroacuten y

el electroacuten y se genera una imagen en esa regioacuten

La tabla contiene una lista de radioisoacutetopos de

uso comuacuten en la medicina La lista es necesaria-

mente incompleta Incluso con esta exposicioacuten tan

breve puedes hacerte una idea de la importancia

que los radioisoacutetopos tienen en la medicina La

aseveracioacuten de que la ciencia nuclear ha salvado

maacutes vidas de las destruidas por las bombas atoacutemi-

cas no carece el fundamento

51

Isoacutetopo Nombre Vida me-

dia Uso

C11 Carbono 11 203m Exploraciones cere-

brales

Cr51 Cromo 51 278d Determinacioacuten

del volumen sanguiacute-

neo

Co57 Cobalto 57 270d Medicioacuten de la

incorporacioacuten de

vitamina v12

Co60 Cobalto 60 526a Terapia de caacutencer

por radiacioacuten

Gd153 Gadolinio

153

242d Determinacioacuten

de la densidad oacutesea

Ga67 Galio 67 781h Exploracioacuten en

busca de tumores

pulmonares

I131 Yodo 131 807d Terapia de la ti-

roides

Ir192 Iridio 192 74d Terapia del caacuten-

cer de mamaacute

Fe59 Hierro 59 45d Deteccioacuten de

anemia

52

P32 Foacutesforo 32 143d Deteccioacuten de

caacutencer de la piel o

tumores oculares

Pu238 Plutonio

238

86a Suministra ener-

giacutea para marcapasos

Ra226 Radio 226 1600a Terapia de caacutencer

por radiacioacuten

Se75 Selenio 75 120d Exploraciones del

paacutencreas

Na24 Sodio 24 150h Localizacioacuten de

obstrucciones en el

flujo sanguiacuteneo

Tc99 Tecnecio 99 60h Obtencioacuten de imaacute-

genes de cerebro hiacutega-

do meacutedula oacutesea rintildeoacuten o

corazoacuten

Tl201 Talio 201 73h Deteccioacuten de pro-

blemas cardiacos con la

prueba de esfuerzo en

rueda de andar

H3 Tritio 123a Determinacioacuten de

agua corporal total

Xe133 Xenoacuten133 527d Obtencioacuten de imaacute-

genes de pulmoacuten

53

9 FECHADO POR MEDIO DE RADIOISOacuteTOPOS

Una de las aplicaciones maacutes in-

creiacutebles de la quiacutemica nuclear es la po-

sibilidad de averiguar la antiguumledad de

los objetos encontrados en las investi-

gaciones arqueoloacutegicas

Se puede usar la vida media de ciertos isoacuteto-

pos para estimar la antiguumledad de rocas y artefac-

tos arqueoloacutegicos El uranio 238 se desintegra con

una vida media de 4500 millones de anos Los

productos iniciales de esta desintegracioacuten tambieacuten

son radiactivos y la descomposicioacuten continuacutea

54

hasta que se forma un isoacutetopo de plomo (plomo

206) Los quiacutemicos pueden estimar la antiguumledad

de una roca determinando las proporciones relati-

vas de uranio 238 y plomo 206 Se ha encontrado

que algunas de las rocas maacutes antiguas de la Tierra

se formaron hace entre 3000 y 4500 millones de

antildeos En las rocas lunares y en meteoritos se ha

determinado una antiguumledad maacutexima de alrededor

de 4500 millones de antildeos Asiacute pues se considera

en general que la Tierra tiene una antiguumledad de

unos 4500 millones de antildeos

FECHADO POR CARBONO 14

En el fechado de artefactos interviene por lo

general un isoacutetopo radiactivo de carbono Se for-

ma carbono 14 en las capas superiores de la at-

moacutesfera por el bombardeo que experimenta el

nitroacutegeno ordinario por parte de los neutrones de

los rayos coacutesmicos

55

N147 + n1

0 C146 + H1

1

Este proceso origina una concentracioacuten cons-

tante de carbono 14 en el CO2 terrestre Las plan-

tas y animales vivos incorporan este isoacutetopo en

sus propias ceacutelulas Sin embargo cuando estos

seres mueren se interrumpe la incorporacioacuten de

carbono 14 y el carbono 14 que hay en el orga-

nismo se desintegra (con una vida media de 5 730

antildeos) a nitroacutegeno 14

Por consiguiente basta con medir la actividad

residual de carbono 14 en un artefacto de origen

vegetal o animal para determinar su antiguumledad

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 antildeos de antiguumle-

dad es decir ha estado muerta durante un tiempo

equivalente a una vida media Anaacutelogamente un

artefacto que muestra el 25 de la actividad de

carbono 14 del material vegetal reciente tiene

56

11460 anos de antiguumledad 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 aquiacute supone que la formacioacuten del isoacutetopo

fue constante a lo largo del tiempo En realidad no

es asiacute Sin embargo aproximadamente para los

uacuteltimos 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

aacuterboles Se han construido curvas de calibracioacuten

que permiten determinar fechas consideradas co-

mo exactas

En teacuterminos generales el meacutetodo de carbono

14 es razonablemente preciso para fechar objetos

de hasta 50000 antildeos de antiguumledad La cantidad

residual del isoacutetopo en los objetos de una antiguumle-

dad mayor que esa es demasiado pequentildea para

hacer una determinacioacuten exacta

El carboacuten de las fogatas de los pueblos anti-

57

guos fechado por determinacioacuten de la actividad

de carbono 14 se usa para estimar la antiguumledad

de otros artefactos encontrados en el mismo em-

plazamiento arqueoloacutegico La teacutecnica de fechado

por carbono 14 se ha usado tambieacuten para detectar

si supuestos artefactos antiguos han sido falsifica-

dos

EL SUDARIO DE TURIacuteN

Probablemente han oiacutedo hablar del sudario de

Turiacuten Se trata de una pieza de tejido de lino muy

antigua de unos 4 metros de largo que muestra la

impresioacuten aproximada de un cuerpo humano

Desde alrededor del antildeo 1350 dC 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-

bricacioacuten del lienzo habiacutea sido cultivado en alguacuten

memento entre los anos de 1260 y 1390 dC Por

58

tanto el lienzo no podriacutea haber existido en tiem-

pos de Cristo A diferencia de los pergaminos del

Mar Muerto para los que el fechado por carbono

14 demostroacute que son registros auteacutenticos de una

civilizacioacuten que existioacute hace unos 2000 antildeos el

sudario de Turiacuten resultoacute ser falso

FECHADO POR TRITIO

El tritio que es el isoacutetopo radiactivo del

hidroacutegeno sirve tambieacuten para fechar Su vida me-

dia de 123 antildeos lo hace uacutetil para fechar objetos de

hasta 100 antildeos de antiguumledad Una aplicacioacuten inte-

resante es el fechado de aguardientes Estas bebi-

das alcohoacutelicas son muy costosas cuando han sido

antildeejadas de 10 a 50 antildeos El fechado por tritio

permite comprobar la veracidad de los anuncios

publicitarios respecto al proceso de antildeejamiento

de las variedades maacutes caras

Hay muchos otros isoacutetopos que permiten es-

timar la antiguumledad de objetos y materiales

59

Isoacutetopo Vida me-

dia

(antildeos)

Periacuteodo de

utilidad Uso

Carbono 14 5730 500 a 50000

antildeos

Carboacuten vege-

tal material

orgaacutenico

Tritio 123 1 a 100 antildeosVinos antildeeja-

dos

Potasio 40 13 x 109 Desde 10000

antildeos

Rocas corteza

terrestre y

lunar

Renio 187 43 x1010 Desde 4 x

107 antildeos Meteoritos

Ranio238 45 x109 Desde 107

antildeos

Rocas corteza

terrestre

60

10 PLANTAS DE ENERGIacuteA NUCLEAR

iquestSabeacutes de doacutende viene esa energiacutea que nosotros usamos tanto Mucha de la energiacutea eleacutectrica es

producida por plantas nucleares de to-do el mundo

La energiacutea nuclear ha dado origen a bombas

muy destructivas y a la nociva precipitacioacuten ra-

diactiva y podriacutea incluso provocar un devastador

invierno nuclear Sin embargo una cantidad mu-

cho mayor de personas han recibido beneficios de

la energiacutea nuclear que las que han sido perjudica-

das por ella El hecho es que existen muchos usos

de la energiacutea nuclear que son sumamente beneacutefi-

61

cos Ya conocemos el uso de isoacutetopos radiactivos

en el diagnoacutestico cliacutenico y en el fechado de obje-

tos de antiguumledad desconocida Otro uso paciacutefico

de la energiacutea nuclear es la generacioacuten de electri-

cidad Una gran parte de la energiacutea eleacutectrica que

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

giacutea nuclear

En la actualidad una quinta parte de toda la

electricidad que se produce en Estados Unidos

proviene de plantas de energiacutea nuclear En Euro-

pa la dependencia respecto a la energiacutea nuclear

para la produccioacuten de electricidad es auacuten mayor

En Francia por ejemplo maacutes del 70 de la ener-

giacutea eleacutectrica del paiacutes proviene de plantas nuclea-

res

No es sorprendente que una reaccioacuten que

desprende tanta energiacutea como lo hace la fisioacuten

nuclear se use como fuente de energiacutea para gene-

rar electricidad En las plantas de energiacutea nuclear

se usa el calor obtenido de una reaccioacuten de fisioacuten

62

en cadena controlada para producir vapor de

agua que mueve las turbinas generadoras de elec-

tricidad El combustible nuclear es normalmente

oacutexido de uranio U3O8 enriquecido hasta alrede-

dor de 3 de uranio 235

La energiacutea nuclear es mucho maacutes limpia que la

que se obtiene quemando combustibles foacutesiles

(carboacuten petroacuteleo y gas) no produce cenizas finas

ni holliacuten no forma dioacutexido de carbono que con-

tribuye al efecto de invernadero y al calentamiento

global y no contamina el aire con oacutexidos de azu-

fre y de nitroacutegeno que dan origen a la lluvia aacutecida

Por otra parte emite grandes cantidades de calor

residual en el ambiente y lo que es mucho maacutes

serio produce muchos residuos radiactivos La

eliminacioacuten de todos estos materiales radiactivos

de desecho es uno de los problemas constantes

que se tienen en relacioacuten con las plantas de energiacutea

nuclear

63

11 BOMBA ATOacuteMICA

Todos sabemos los desastres que pue-

den causar la detonacioacuten de una bomba

nuclear

Aquiacute presentamos la explicacioacuten teoacuterica

y coacutemo se pone en praacutectica

COacuteMO FUNCIONA UNA BOMBA NUCLEAR EN LA

TEORIacuteA

El 16 de Julio de 1945 estalloacute la primera bomba

atoacutemica en el campo de pruebas de Trinity cerca

de aacutelamo Gordo (Nuevo Meacutejico) Desde ese pre-

64

ciso instante la historia de la humanidad ha pasado

a una nueva era la era nuclear

Nunca hasta entonces se habiacutean tenido los cono-

cimientos necesarios como para saber que la masa

puede convertirse en grandes cantidades de ener-

giacutea y coacutemo podiacutea realizarse ese proceso hasta

entonces reservado tan soacutelo a las estrellas

La famosa foacutermula de Einstein E = mc2 ha pasa-

do ya ha formar parte de la cultura popular auacuten sin

que en realidad se llegue a saber que implica

Donde E es energiacutea m masa y c la velocidad de la

luz (constante) En esta ecuacioacuten se expresa la

relacioacuten de equivalencia entre masa y energiacutea Por

ejemplo haciendo algunas cuentas se ve que con

un gramo de uranio si se convirtiese totalmente

en energiacutea se obtendriacutean 25 millones de Kw

Aplicado como una bomba nuclear basta decir

que para asolar Hiroshima soacutelo se convirtioacute un

65

gramo de masa (aunque toda la bomba como me-

canismo pesara cuatro toneladas) su potencia fue

de 125 kilotones es decir para igualar su potencia

seriacutean 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 combustibles

de fisioacuten Cuando en un espacio se reuacutene la sufi-

ciente cantidad de materia (denominada masa criacute-

tica) se produce una reaccioacuten en cadena espontaacute-

nea esto es el nuacutecleo de los aacutetomos del material

se divide liberando energiacutea y varios neutrones

raacutepidos que provocan que otros nuacutecleos tam-

bieacuten se dividan y liberen maacutes energiacutea y neutrones

Este proceso se denomina fisioacuten nuclear Sin em-

bargo si la densidad no es suficiente la energiacutea

liberada hace que el material se expanda y se de-

tenga el proceso Para evitar que se pare la reac-

cioacuten se recurre a una materia muy densa de por siacute

(isoacutetopos del uranio y plutonio) que ademaacutes se

comprime de manera muy raacutepida para lograr una

66

altiacutesima densidad que permite que los neutrones

raacutepidos choquen antes con otros nuacutecleos y se

produzcan antes el mayor nuacutemero 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 maacutes energiacutea Para una

explosioacuten de 100 kilotones son necesarias 58 ge-

neraciones las 7 uacuteltimas generan el 999 de la

energiacutea en periodo cortiacutesimo de tiempo Tambieacuten

puede liberarse energiacutea con la fusioacuten en este pro-

ceso los nuacutecleos se unen en vez de separarse pero

se requieren altiacutesimas temperaturas (del orden de

millones de grados) para que este proceso se lleve

a cabo Para esta reaccioacuten se usan aacutetomos ligeros

(maacutes faacuteciles de unir) generalmente hidroacutegeno o

sus isoacutetopos (deuterio y tritio) Para unir dos aacuteto-

mos basta con hacerlos chocar Los protones de

cada aacutetomo 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

67

fusioacuten deben comprimirse fuertemente los nuacute-

cleos y una vez hecho soacutelo podraacuten continuar uni-

dos si pierden un equivalente de la energiacutea que les

hizo apretarse En el caso de usar deuterio y tritio

se libera violentamente un neutroacuten Esta energiacutea

liberada es la que forma una bomba de fusioacuten

tambieacuten denominada bomba H

COMO FUNCIONA UNA BOMBA ATO-MICA EN LA PRACTICA

Sea cual fuere el sistema de funcionamiento de

una bomba nuclear (fusioacuten o fisioacuten) una cantidad

de masa se convierte en energiacutea la potencia soacutelo

depende de la capacidad de la ingenieriacutea para con-

vertir maacutes masa antes de que la reaccioacuten disperse

las moleacuteculas en teoriacutea la potencia es por tanto

ilimitada

Una bomba nuclear consiste baacutesicamente en una

esfera hueca de plutonio que no es lo suficiente-

68

mente densa como para producir una reaccioacuten 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 explosioacuten se disparan los detonado-

res que hacen que el material explosivo estalle de

la manera lo maacutes regular posible para que enviacutee

una onda de choque esfeacuterica hacia el plutonio

Cuando eacutesta impacta contra eacutel lo comprime y re-

duce su volumen empujaacutendolo hacia el centro de

la esfera hasta que alcanza una densidad suficiente

(supercriacutetica) y se dispara el iniciador de neutrones

para comenzar la reaccioacuten en cadena que da lugar

a la explosioacuten nuclear

Las bombas termonucleares de fusioacuten o H nece-

sitan de una gran temperatura para que se puedan

unir los nuacutecleos esto se consigue en el interior de

una explosioacuten de fisioacuten que es el comienzo de

toda bomba H

69

Una vez acabada la reaccioacuten de fusioacuten nos encon-

traremos con una esfera expandida con una tem-

peratura de millones de grados en la que existen

los productos de la fusioacuten (litio e isoacutetopos del

hidroacutegeno) Tal es su velocidad que pueden fun-

dirse unos con otros dando lugar a la reaccioacuten de

fusioacuten Esta reaccioacuten genera maacutes energiacutea que la

anterior y libera gran cantidad de partiacuteculas nu-

cleares pero no es una reaccioacuten en cadena ya que

el propio calor que genera hace que las partiacuteculas

se separen y se expandan en forma de una esfera

de plasma con una temperatura que tan soacutelo expe-

rimenta el universo de manera natural en las estre-

llas En nuestro sol por ejemplo ocurren la fusioacuten

nuclear de hidroacutegeno y helio Pero antes de que la

reaccioacuten se extinga los neutrones generados por

las detonaciones anteriores provocan de nuevo

una reaccioacuten de fusioacuten sobre una camisa de U-

238 pero esta vez mucho mayor que las anterio-

res La potencia de una bomba termonuclear care-

ce de liacutemite una bomba como la de Hiroshima de

70

125 kilotones (un kilotoacuten equivale a 1000 tonela-

das de TNT) se considera dentro de los arsenales

modernos como pequentildea siendo las de un mega-

toacuten (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 la

Segunda Guerra Mundial

Para la construccioacuten de una bomba nuclear nor-

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

primero no forma parte de la reaccioacuten nuclear

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

nera espontaacutenea emitiendo neutrones que son

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

duzca de manera accidental la reaccioacuten en cadena

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

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

cioacuten 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

71

reactores nucleares a partir del U-238

La desintegracioacuten del uranio en la reaccioacuten en

cadena se produce de manera espontaacutenea para una

masa de 50 Kg si eacuteste elemento es puro El pluto-

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

da reaccioacuten en cadena de modo que se mezcla de

berilo y polonio dando como resultado un pro-

ducto que aunque no es fisionable por si solo una

pequentildea cantidad actuacutea como catalizador para las

grandes reacciones Asiacute bastan 16 Kg de PU-239

para obtener la masa supercriacutetica y 10 Kg si se

mezcla con U-238

El U-235 es muy difiacutecil de extraer por encontrarse

en la naturaleza muy mezclado con otros com-

puestos Asiacute por cada 25000 toneladas de mineral

de uranio bruto soacutelo se obtienen 50 toneladas de

uranio del que el 993 es U-235 y el resto el

rariacutesimo isoacutetopo U-238 ambos soacutelo se pueden

separar de manera mecaacutenica gracias a la leviacutesima

72

diferencia de peso entre ambos Asiacute el uranio se

mezcla en forma gaseosa con fluor (hexafluoriacutedri-

co) que es impulsado a baja presioacuten hacieacutendolo

pasar por unas caacutemaras que aumentan la concen-

tracioacuten de uranio sensiblemente tras cientos de

pasadas Para una central nuclear la pureza ha de

ser del 2 y para una bomba (teoacutericamente) el

95

Para separar el isoacutetopo se recurre a la centrifuga-

cioacuten del gas siendo el maacutes pesado U-238 despedi-

do hacia el exterior con maacutes fuerza Para obtener

otra vez el uranio separado del gas se recurre a la

separacioacuten magneacutetica

MECANISMOS QUE SUELEN COMPONER UNA

BOMBA NUCLEAR

Los mecanismos que suelen componer una bom-

ba nuclear son los siguientes

73

ALTIacuteMETRO No suele usarse el baromeacutetrico

por verse afectado por las condiciones atmosfeacuteri-

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 seguacuten el tiempo transcu-

rrido en el recorrido puede saberse la altura sin

necesidad de complicar maacutes el sistema para dar

una precisioacuten que en realidad no es importante (2

o 3 m de diferencia no son apreciables maacutes que

en minibombas bastante menores que las de

Hiroshima) siendo la altura normal de detonacioacuten

la de 2000 m

En la praacutectica 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 electroacute-

nicamente para obtener la diferencia de ambas

que es proporcional a la altura Los pulsos suelen

emitirse 120 veces por segundo y alcanzan un

74

rango de 3000 m sobre la tierra y 6000 m sobre

el mar (la reflexioacuten es alliacute mejor) siendo su error

de hasta 15 m

CABEZA DETONADORA Como ya se dijo

estaacute compuesta de una carga explosiva muy bien

calibrada que a la orden del altiacutemetro detona

produciendo una onda de choque uniforme sobre

el elemento radioactivo comprimieacutendolo hasta

alcanzar la masa supercriacutetica

Compantildeiacuteas privadas producen camisas explosivas

que modificadas pueden ser usadas para la fabri-

cacioacuten del objeto que nos ocupa La cantidad de

presioacuten necesaria a aplicar es un secreto por razo-

nes de seguridad aunque se sabe que los explosi-

vos plaacutesticos son ideales sobre todo por su malea-

bilidad y facilidad de manejo

El detonador variacutea si es combustible es uranio o

plutonio

75

DETONADOR DE URANIO La masa total se

divide en dos partes una mayor de forma semies-

feacuterica y coacutencava que se acopla perfectamente con

la otra maacutes pequentildea Como es de suponer ambas

se encuentran separadas hasta el momento de la

detonacioacuten en el que una explosioacuten convencional

dispara la parte pequentildea que impacta contra la

mayor para lograr en un instante la masa supercriacute-

tica

DETONADOR DE PLUTONIO Necesita

una precisioacuten de ingenieriacutea mucho mayor que la

anterior ya que estaacute compuesta de 32 secciones de

plutonio-berilio-polonio todas de igual forma y

posicioacuten distribuidas conceacutentricamente El aspecto

final es parecido al de un baloacuten de fuacutetbol Todas

han de cerrarse simeacutetricamente en una diezmillo-

neacutesima de segundo para conseguir la detonacioacuten

DEFLECTOR DE NEUTRONES Suele ser

U-238 Su funcioacuten es la que ya se explicoacute evitar

76

una reaccioacuten accidental ademaacutes refleja las partiacutecu-

las de vuelta cuando se alcanza la masa supercriacuteti-

ca

ESCUDO PROTECTOR Recibe otros nom-

bres pero su funcioacuten es siempre la de proteger de

la radiacioacuten natural tanto al personal que la maneja

como a los circuitos de la bomba que pueden su-

frir cortocircuitos o puestas en funcionamiento

accidentales

SISTEMA DE ARMADO Es otro sistema maacutes

de seguridad consistente en quitar una parte im-

prescindible de la bomba para evitar detonaciones

accidentales de modo que soacutelo cuando estaacute

proacuteximo su lanzamiento se inserta esta parte Una

analogiacutea seriacutea como si al aparcar nuestro coche le

quitaacuteramos el volante o una bujiacutea asiacute estariacuteamos

seguros de que no nos lo roban porque sin estas

partes el coche no funciona

77

12 EFECTOS DE UNA EXPLOSIOacuteN NUCLEAR

Tenemos frescas en nuestra memo-

ria las imaacutegenes que nos mostroacute la

televisioacuten cuando se produjo el ac-

cidente de Chernobyl

Aquiacute explicamos todas las conse-

cuencias de una detonacioacuten 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

78

bull Radiacioacuten nuclear inicial la altiacutesima

temperatura y la elevada presioacuten que se

genera en el interior de la explosioacuten emi-

ten radiacioacuten en todas las direcciones Esta

se compone de rayos alfa beta y gamma

que son una forma de radiacioacuten electro-

magneacutetica de alta energiacutea que puede causar

la muerte sin que el individuo se de cuenta

de que ha sido irradiado Una explosioacuten de

un megatoacuten (de tamantildeo estaacutendar) matariacutea

a todo ser humano en 15 Km a la redonda

que se encontrase al aire libre

Las partiacuteculas alfa son ideacutenticas a un nuacutecleo de

helio son las que mas larga vida tienen unos mil

antildeos pero su poder de penetracioacuten 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 radiacioacuten Con 45 cm de tierra se

consigue reducir la radiacioacuten veinte veces

Las partiacuteculas beta penetran maacutes siendo suficiente

79

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

to la radiacioacuten (una pared moderna ya espesa se

compone de 1 pie de ladrillo maacutes caacutemara maacutes

aislante maacutes ladrillo hueco y yeso que suele que-

darse en los 37 cm)

Los de maacutes poder de penetracioacuten son las gamma

y por tanto los maacutes peligrosos ya son los que se

introducen en los refugios nucleares auacuten con

grandes espesores de hormigoacuten La uacutenica protec-

cioacuten eficaz es la de interponer grandes masas de

material mejor cuanto maacutes denso siendo el ideal

el plomo ya que pasa por los materiales como la

luz por una tela si esta es maacutes densa mayor canti-

dad de chocaraacute con ella y no la traspasaraacute Para

reducir la dosis a un veinteavo se precisan 30 cm

de hormigoacuten armado

bull Pulso electromagneacutetico La intensa acti-

vidad de los rayos gamma genera mediante

induccioacuten una corriente de alto voltaje so-

80

bre antenas viacuteas feacuterreas tuberiacuteas que des-

truye todas las instalaciones eleacutectricas de

una amplia zona si la explosioacuten se efectuacutea

a gran altura Una detonacioacuten de muchos

kilotones a 200 km sobre Omaha (Ne-

brasca) destruiriacutea todos los circuitos eleacutec-

tricos integrados de toda Norteameacuterica y

parte de Meacutejico y Canadaacute Ante el riesgo

de una detonacioacuten nuclear es conveniente

alejarse de liacuteneas eleacutectricas y viacutea feacuterreas ya

que la corriente inducida puede electrocu-

tarnos

bull Pulso teacutermico al expandirse la bola de

fuego el aire circundante absorbe energiacutea

en forma de rayos X y la irradia en forma

de una luz cegadora y un intensiacutesimo ca-

lor Una bomba de 20 Megatones produci-

riacutea una intensa luz durante 20 segundos y

causariacutea quemaduras de segundo grado a

81

cualquier persona expuesta a 45 Km de

distancia

bull Onda de choque La raacutepida expansioacuten de

la bola de fuego genera una onda de cho-

que como cualquier explosioacuten pero de

una potencia muy superior ya que puede

aplastar o barrer edificios dantildeaacutendolos muy

seriamente o destruyeacutendolos por comple-

to ya que maacutes que empujar por su dura-

cioacuten lo que hace es estrujar Una bomba

de 20 megatones no dejariacutea en un radio de

20 Km maacutes que escombros soacutelo se salva-

riacutean las cimentaciones y construcciones

enterradas

bull Primera lluvia radioactiva o lluvia ra-

diactiva local una explosioacuten de 20 mega-

tones aras de suelo produciriacutea un craacuteter de

183 m de profundidad la elevada tempe-

82

ratura vaporiza todo lo que se encuentra

dentro de la bola de fuego todo se funde

con los materiales radiactivos de la fisioacuten o

fusioacuten y se eleva con el hongo para luego

precipitar en forma de finas cenizas Esto

ocurriraacute durante las 24 h siguientes a la

explosioacuten y afectaraacute a una regioacuten maacutes o

menos amplia para una misma potencia

seguacuten la climatologiacutea El fenoacutemeno se am-

pliacutea considerablemente si la detonacioacuten se

produce cerca del suelo La energiacutea 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 maacutes destructivos los deno-

minados secundarios como incendios en masa

que acabariacutean con los pocos supervivientes y ma-

tariacutean a maacutes que el pulso teacutermico y la onda de

choque

83

Ademaacutes en caso de que se lanzaran muchas

bombas nucleares sus efectos secundarios seriacutean

mucho maacutes 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 10000 mega-

tones miacutenimos para considerar un holocausto

como tal

bull El primero de estos efectos es que la ra-

dioactividad liberada en caso de holocaus-

to penetrariacutea en todos y cada uno de los

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

Mientras que en dosis altas (seguacuten la espe-

cie) produciriacutea la muerte en otras maacutes ba-

jas los efectos seriacutean de lo maacutes variados

(mutaciones esterilidad)

bull El segundo seriacutea que los materiales im-

pulsados por las detonaciones se elevariacutean

hasta la troposfera donde ocultariacutean la luz

84

del sol durante meses o antildeos haciendo ba-

jar la temperatura de la tierra y alterando la

fotosiacutentesis de los vegetales y el plancton

marino seriacutea el famoso invierno nuclear

Ademaacutes estos materiales radiactivos iriacutean

cayendo durante meses o antildeos convirtieacuten-

dose en una lluvia radiactiva global que

auacuten con menos dosis radiactiva que una

lluvia provocada por una bomba seriacutea

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

antildeos Ese 5 de energiacutea liberada por la

lluvia radiactividad en una bomba es poco

pero en los 10000 megatones de un holo-

causto suponen ya 500 megatones que iraacuten

estallando durante miles de antildeos des-

pueacutes de la cataacutestrofe

85

bull El tercero seriacutea una reduccioacuten en la capa

de ozono producida por el oacutexido de nitroacute-

geno generado por las bolas de fuego de

modo que la radiacioacuten solar que llegase a

la tierra seriacutea mortal Un 70 del ozono

desapareceriacutea en el hemisferio norte y un

40 en el sur siendo necesarios treinta

antildeos para recuperar su estado normal

86

Ejercicios 12

MODELO DE RESOLUCIOacuteN

La distribucioacuten de los electrones de un aacutetomo

en sus niveles y subniveles se puede representar en

forma abreviada de la siguiente manera

a) Un coeficiente que indica el nuacutemero del nivel

de energiacutea (n)

b) Una letra que corresponde al subnivel

c) Un supraiacutendice que sentildeala el nuacutemero de elec-

trones que hay en el subnivel

1H = 1s1

3Li = 1s2 2s1

En razoacuten del entrecruzamiento de subniveles

el orden en que se van completando los subniveles

por energiacutea creciente es el siguiente

87

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

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

5d 6p 7s 5f 6d

7p

Para visualizar la distribucioacuten de los electrones

en orbitales se puede representar cada orbital por

un pequentildeo cuadrado dividido por una diagonal

y cada electroacuten mediante una flecha

Entonces el orbital puede estar

Vaciacuteo incompleto completo

(1 electroacuten) (2 electrones)

En caso del orbital completo las flechas tienen

sentido contrario para indicar que los electrones

presentan spin contrario

El llenado de los orbitales por los electrones

se realiza a partir de los niveles y subniveles en

88

orden creciente de energiacutea Cada nuevo electroacuten se

incorpora a un orbital vaciacuteo

De ese modo los elementos quedan represen-

tados asiacute

1H =

1s

3Li =

1s 2s

7N =

1s 2s 2p

89

Ejercicios 121

1) Un aacutetomo de foacutesforo tiene 15 protones y 16

neutrones Indicaacute cuaacutel es su

a) nuacutemero atoacutemico (Z) b) nuacutemero

de masa (A)

2) Un aacutetomo de potasio tiene Z =19 y A = 39

Indicaacute su nuacutemero de

a) protones b) electrones

c) neutrones

3) Completaacute los datos que faltan en el siguiente

cuadro

90

ELE-

MEN-

TO

NUacute-

MERO

ATOacute-

MICO

NUacute-

MERO

DE

MASA

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) Sentildealaacute el nombre y siacutembolo de los elementos

cuyas configuraciones electroacutenicas 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) Escribiacute la configuracioacuten electroacutenica de los

siguientes elementos

91

a) Na2311 = c) O16

8 =

b) Cl3517 = d) C12

6 =

6) De acuerdo con la siguiente representacioacuten de

los electrones en orbitales indicaacute a queacute ele-

mentos corresponden

a)

b)

c)

d)

7) Representaacute la distribucioacuten de los electrones en

orbitales de los elementos

a) 7N= c) 18Ar =

b) 15AI = d) 19K =

92

Hoja de respuestas121

1) a) 15 b) 31 2) a) 19 b) 19 c) 20

3)

ELE-

MEN-

TO

NUacuteME-

RO

ATOacute-

MICO

NUacute-

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)Argoacuten Ar

d)Escandio Sc

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

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)middot

94

Ejercicios 1211

Modelo de resolucioacuten

El nuacutemero de oxidacioacuten se asigna seguacuten las si-

guientes reglas

1) El nuacutemero de oxidacioacuten de los elementos en la

sustancia simple es cero

Ejemplo Cu0 02Cl

2) El nuacutemero de oxidacioacuten del oxiacutegeno es 2

excepto en las sustancias como el agua oxige-

nada Ejemplo H2

2Ominus

3) El nuacutemero de oxidacioacuten del hidroacutegeno es +1

excepto en las sustancias donde estaacute combina-

do con los metales Ejemplo 1

H+

2O

4) El nuacutemero de oxidacioacuten de un ion monoatoacute-

mico es igual a la carga del ion Ejemplo Ca2-

Cl-

95

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

braica de los nuacutemeros de oxidacioacuten de todos

los aacutetomos debe ser cero Ejemplo 1

H+

2

2Ominus

there42(+1) + (-2) = 0

6) En los iones que tienen maacutes de un aacutetomo la

suma algebraica de los nuacutemeros de oxidacioacuten

de todos los aacutetomos es igual a la carga del ion

El nuacutemero de oxidacioacuten se escribe colocando primero el signo y luego el nuacutemero

Ejemplo el nuacutemero de oxidacioacuten del aluminio es +3

1) Calculaacute los nuacutemeros de oxidacioacuten en la moleacute-

cula de dioacutexido de azufre (SO2)

Datos SO2 nuacutemero de oxidacioacuten del O2

es 2

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de S

Resolucioacuten Cada aacutetomo de oxiacutegeno tiene

nuacutemero de oxidacioacuten 2 por lo tanto el nuacute-

mero de oxidacioacuten del azufre es +4 porque

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

96

2) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten del azufre en

el aacutecido sulfuacuterico (H2SO4)

Datos H2SO2 nuacutemero de oxidacioacuten del

O2 es 2 nuacutemero de oxidacioacuten de H es -1

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de S

Resolucioacuten Se debe cumplir que la suma al-gebraica de todos los nuacutemeros de oxidacioacuten sea cero

4(-2) + 21 + x = 0

-8 + 2 + x = 0

x = 6

Respuesta el nuacutemero de oxidacioacuten del azufre

en el aacutecido sulfuacuterico es +6

3) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten del nitroacutegeno

en el nitrato de sodio (NaNO3)

Datos NaNO3 nuacutemero de oxidacioacuten del

O2 es 2

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de N

97

Resolucioacuten El nuacutemero de oxidacioacuten del

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

ga eleacutectrica positiva

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

1 6 + x = 0

x = 5

Respuesta el nuacutemero de oxidacioacuten del nitroacute-

geno en el nitrato de sodio es +5

4) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten del azufre en

el ion sulfato (S 24Ominus )

Datos S 24Ominus nuacutemero de oxidacioacuten del O2

es 2

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de S

Resolucioacuten La suma de los nuacutemeros de

oxidacioacuten es igual a 2 porque el ion sulfato

tiene dos cargas negativas (2-)

x + 4(-2) = -2

x 8 = -2

x = 6

98

Respuesta El nuacutemero de oxidacioacuten del azu-

fre en el ion sulfato es +6

99

Ejercicios 1212

1) Dibujaacute los siacutembolos de Lewis para los aacutetomos

de

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

2) iquestCoacutemo adquiere la distribucioacuten electroacutenica del

ineacutertido maacutes cercano cada uno de los siguien-

tes aacutetomos

a) K b)

F c)

S d) Mg e)

Br

3) Escribiacute las ecuaciones ioacutenicas la foacutermula elec-

troacutenica y la foacutermula miacutenima del compuesto

ioacutenico formado por

a) K y Br (bromuro de potasio)

b) Ca y O (oacutexido de calcio)

4) Marcaacute con una X las propiedades correspon-

dientes a las sustancias que presentan uniones

ioacutenicas

100

a) Son soacutelidas y tienen bajo punto de fusioacuten ( )

b) Conducen la corriente eleacutectrica fundidas o di-

sueltas en agua ( )

c) Tienen brillo metaacutelico ( )

d) Forman cristales duros y quebradizos solubles

en agua ( )

e) No conducen la corriente eleacutectrica ( )

5) Explicaacute coacutemo se unen dos aacutetomos de bromo

para formar la moleacutecula Br2 y escribiacute su

foacutermula electroacutenica y su foacutermula desarrollada

6) La foacutermula del monoacutexido de dicloro es Cl2O

a) Indicaacute queacute tipo de unioacuten existe entre el cloro y

el oxiacutegeno

b) Escribiacute su foacutermula electroacutenica y su foacutermula

desarrollada

7) El azufre y el oxiacutegeno forman dos oacutexidos

importantes el dioacutexido de azufre (SO2) y el

101

trioacutexido de azufre (SO3) Para el trioacutexido de

azufre

a) Indicaacute queacute tipo de unioacuten existe entre el azufre

y los tres aacutetomos de oxiacutegeno

b) Escribiacute la foacutermula electroacutenica

c) Escribiacute la foacutermula desarrollada

8) Marcaacute 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

liacutequidas o soacutelidas ( )

c) Son duacutectiles y maleables ( )

d) No forman moleacuteculas son agregados de

iones ( )

e) No son buenas conductoras de la corriente

eleacutectrica ( )

102

9) Coloque en el pareacutentesis UCP si la unioacuten es

covalente polar y UCNP si es covalento no

polar en cada una de las siguientes sustancias

a) cloruro de hidroacutegeno HCl ( )

b) Hidroacutegeno H2 ( )

c) yodo l2 ( )

10) Escribiacute la foacutermula electroacutenica y la foacutermula

desarrollada de cada una de las sustancias

mencionadas en el ejercicio 9

11) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten

a) del azufre (S)en el dioacutexido de azufre (SO2) en

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

sodio (Na2S)

b) del nitroacutegeno (N) en el dioacutexido de nitroacutegeno

(NO2) en el aacutecido niacutetrico (HNO3) y en el ni-

trato de potasio (KNO3)

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

can en el concepto de unioacuten metaacutelica

103

a) Tienen bajo punto de fusioacuten y de

ebullicioacuten ( )

b) Tienen brillo metaacutelico ( )

c) Conducen la corriente eleacutectrica sin

alterarse ( )

d) En estado soacutelido son malos conductores de la

corriente eleacutectrica ( )

e) Forman hilos y laacuteminas delgadas ( )

104

Hoja de respuestas 1212

1) a) He b) Al c)

Si d)

Ar e)

N

2) a) cede un electroacuten d) cede electrones c)

gana dos electrones b) y e) gana un electroacuten

3) a) Ecuaciones ioacutenicas

K K1+ + 1 e

Br + 1 e Br1-

K1+ + Br- KBr

Foacutermula electroacutenica K1+minus

1

Br

Foacutermula miacutenima KBr

b) Ecuaciones ioacutenicas

Ca Ca 2+ + 2 e

O + 2 e O2-

Ca2+ + O2- CaO

Foacutermula electroacutenica Ca2+ minus

2

O

105

Foacutermula miacutenima CaO

4) b y d

5) se unen compartiendo un par de electrones

6) a) unioacuten covalente

b) foacutermula electroacutenica

Cl

O

Cl

foacutermula desarrollada Cl O Cl

7) a) una unioacuten covalente doble entre el azufre y

uno de los aacutetomos de oxiacutegeno dos uniones cova-

lentes coordinadas con los otros dos aacutetomos de

oxiacutegeno

b) Foacutermula electroacutenica

Foacutermula desarrollada

106

8) a b y e

9) a) UCP y c) UCNP

10) Foacutermula electroacutenica Foacutermula desarrollada

a) H

Cl H Cl

b) HH H H

c)

I

I l I

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

12) b c y e

  • RADIACTIVIDAD
    • IacuteNDICE
      • 1 RADIACTIVIDAD NATURAL
      • 2 RELACIOacuteN ENTRE LA LEY DE LAVOISIER Y LA DE EINSTEIN
      • 3 INTERACCIONES ENTRE AacuteTOMOS Y ONDAS
      • 4 PODER DE PENETRACIOacuteN DE LA RADIACIOacuteN
      • 5 VIDA MEDIA
      • 6 RADIACTIVIDAD ARTIFICIAL
      • 7 USOS DE LOS RADIOISOacuteTOPOS
      • 8 MEDICINA NUCLEAR
      • 9 FECHADO POR MEDIO DE RADIOISOacuteTOPOS
      • 10 PLANTAS DE ENERGIacuteA NUCLEAR
      • 11 BOMBA ATOacuteMICA
      • 12 EFECTOS DE UNA EXPLOSIOacuteN NUCLEAR
        • Ejercicios 12
        • Ejercicios 121
        • Hoja de respuestas121
        • Ejercicios 1211
        • Ejercicios 1212
        • Hoja de respuestas 1212

8

pone por desintegracioacuten beta (β) Puesto que una

partiacutecula beta es ideacutentica a un electroacuten podemos

escribir el proceso como

H31 e0

1minus + He32 o H3

1 βminus01 + He3

2

El isoacutetopo que se produce se identifica por su

nuacutemero atoacutemico como helio (He)

iquestCoacutemo es posible que el nuacutecleo original que

contiene soacutelo un protoacuten y dos neutrones emita un

electroacuten

Podemos concebir la transformacioacuten de uno

de los neutrones del nuacutecleo de tritio original en un

protoacuten y un electroacuten

n10 p1

1 + e01minus

El nuacutecleo retiene el nuevo protoacuten (por tanto

el nuacutemero atoacutemico del producto aumenta en una

unidad) y el electroacuten o partiacutecula beta que praacutecti-

9

camente carece de masa sale despedido (el nuacutecleo

que se produce tiene el mismo nuacutemero de masa

que el nuacutecleo original) En la figura se muestra un

segundo ejemplo de desintegracioacuten beta

El tercer tipo de radiactividad se llama desin-

tegracioacuten gamma (γ) En este tipo de emisioacuten no

intervienen partiacuteculas soacutelo se emite energiacutea La

emisioacuten gamma acompantildear la emisioacuten de partiacutecu-

las alfa o beta

En la tabla que sigue se resumen los tipos

principales de desintegracioacuten radiactiva y los cam-

bios nucleares correspondientes

10

Tipo

De

Radia-

cioacuten

Coacutedi-

go

Nordm Nu-

cleonesCarga

Cam-

bios Nordm

Nucleo-

nes

Cambio

Nordm Atoacute-

mico

ALFA α 4 2+ Dismi-

nuye 4

Disminu-

ye 2

BETA β 0 1- NingunoAumenta

1

GAM-

MA γ 0 0 Ninguno Ninguno

11

2 RELACIOacuteN ENTRE LA LEY DE LAVOISIER Y LA DE EINSTEIN

Cuando hervimos agua por mucho

tiempo eacutesta desaparece

Cuando mezclamos dos sustancias

miscibles pareciera que una de las

dos oculta a la otra

Cuando se produces reaccioacuten nuclea-

res iquestpodemos aplicar las mismas

consideraciones

La ley de Lavoisier maacutes conocida como Ley

de Conservacioacuten de la Masa plantea que en las

12

reacciones quiacutemicas la materia no se crea ni se

destruye sino que solo cambia la naturaleza de las

sustancias Pero si pensamos un papel quemaacuten-

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 la

forma correcta de enunciar la ley de Lavoisier es

La masa total de

un sistema cerrado se

mantiene constante

independientemente

de los cambios fiacutesicos

o quiacutemicos que en eacutel

se produzcan

Hay que remarcar que la ley se cumple para un

sistema cerrado

13

A comienzos del siglo XX se ha demostrado

que durante las espectaculares reacciones de fu-

sioacuten nuclear que ocurren en el sol y otras estrellas

se destruyen cantidades de materia apareciendo

en su lugar enormes cantidades de energiacutea Esto

sucede tambieacuten en las explosiones atoacutemicas y pro-

cesos similares En estos cambios extraordinarios

se puede medir la destruccioacuten de materia A sus

expensas se crea energiacutea Estos dos elementos

materia y energiacutea se pueden relacionar a traveacutes de

una relacioacuten descubierta por Einstein

mcE sdot= 2

Donde E y m representan los cambios de

energiacutea y de masa respectivamente durante la

transformacioacuten y c es la velocidad de la luz(3108

ms)

14

De esta manera la desaparicioacuten de un gramo

de materia daraacute origen a 91020ergios o 91013 jou-

les Esta energiacutea liberada es suficiente como para

calentar 2105 toneladas de agua de 0ordmC a 100ordmC

Materia y energiacutea pueden interconvertirse En

los procesos quiacutemicos la cantidad de materia que

se transforma en energiacutea es tan pequentildea que resul-

ta imposible medir con los instrumentos actuales

la variacioacuten de masa correspondiente

15

3 INTERACCIONES ENTRE AacuteTOMOS Y ONDAS

Sabemos que la energiacutea se transforma en

materia y viceversa

Pero iquestsabemos si pueden interactuar en-

tre si

Para responder a esta duda recorreremos una parte de la historia del conocimiento del aacutetomo

16

Definicioacuten La partiacutecula de un cuerpo

simple maacutes pequentildea capaz de entrar en las re-

acciones quiacutemicas

1803 Dalton propone que la materia se di-

vidiacutea en elementos y compuesto Los elemen-

tos constituidos por aacutetomos y los compuestos

por moleacuteculas

Siglo XIX se piensa que los aacutetomos son

divisibles se componen de varias partiacuteculas

1897 Thomson descubre el electroacuten antildeos

despueacutes Nagaoka propone que los electrones

giran en oacuterbitas alrededor de una partiacutecula po-

sitiva

En 1911 Rutherford descubre el nuacutecleo

atoacutemico con su experimento de la laacutemina de

oro

17

Alrededor de 1920 Borh propone que los

electrones giran alrededor del nuacutecleo en oacuterbi-

tas circulares donde cada oacuterbita corresponde a

un nivel de energiacutea diferente

Antildeos maacutes tarde De Broglie postula el

principio de dualidad en donde el electroacuten se

comporta como una onda y partiacutecula Como

consecuencia solo se puede encontrar al elec-

troacuten en un aacuterea determinada llamada nivel de

energiacutea ya que no se puede conocer la veloci-

dad y posicioacuten al mismo tiempo( a este fenoacute-

meno se lo denomina principio de incerti-

dumbre de Heisenberg) Esto produce el desa-

rrollo de la mecaacutenica cuaacutentica

Radiactividad

En 1896 Becquerel descubre una propiedad

nueva de la materia a la que posteriormente Marie

Curie llamoacute Radiactividad

18

La radiactividad no depende de la naturaleza

fiacutesica o quiacutemica del aacutetomo sino que es una propie-

dad del nuacutecleoLa causa que los origina probable-

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

tiacuteculas que se encuentran en el nuacutecleo

En general los nuacutecleos de aacutetomos pesados

presentan cierta inestabilidad para lo cual emiten

radiacioacuten para alcanzar estados de equilibrio

Dichas radiaciones podemos dividirlas en

Desintegraciones alfa desintegraciones beta y

desintegraciones gamma

Desintegraciones alfa Cuando el nuacutecleo

atoacutemico es inestable a causa del gran nuacutemero

de protones que posee (ocurre en los elemen-

tos maacutes pesados es decir con Z = 83 o supe-

rior) la estabilidad es alcanzada con frecuen-

cia emitiendo una partiacutecula alfa es decir un

19

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

tones y dos neutrones

Desintegraciones beta Cuando la rela-

cioacuten de neutrones protones en un nuacutecleo

atoacutemico es elevada el nuacutecleo se estabiliza emi-

tiendo un neutroacuten o bien como ocurre con

frecuencia emitiendo una partiacutecula beta es

decir un electroacuten

Desintegraciones gamma Los rayos

gamma son ondas electromagneacuteticas de gran

energiacutea muy parecidos a los rayos X y en cier-

tas ocasiones se presentan cuando ocurre una

desintegracioacuten de partiacuteculas beta o bien una

emisioacuten de positrones Por lo tanto la radia-

cioacuten gamma no posee carga eleacutectrica y su na-

turaleza ondulatoria permite describir su ener-

giacutea en relacioacuten a su frecuencia de emisioacuten

20

INTERACCIOacuteN DE LAS RADIACIONES CON LA

MATERIA

La radiacioacuten al chocar con las moleacuteculas que

encuentra a su paso produce iones esto se debe a

que excita los electrones de los aacutetomos de las mo-

leacuteculas es decir les entrega energiacutea para que pasen

a oacuterbitas superiores

bull Radiaciones alfa (α) compuesta por dos

protones y dos neutrones de bajo poder

de penetracioacuten y alta capacidad de ioniza-

cioacuten Se mueve en liacutenea recta debido a su

gran cantidad de masa

21

bull Radiaciones beta (β) formada por elec-

trones de carga negativa su masa es pe-

quentildea por lo tanto es propensa a cambiar

de trayectoria bajo poder de penetracioacuten y

bajo poder de ionizacioacuten Al acercarse a un

nuacutecleo se frena la energiacutea que pierde en el

frenado la libera como rayos X Si una par-

tiacutecula beta choca con un positroacuten (electroacuten

negativo) se aniquila y emite un rayo

gamma

bull Radiaciones gamma (γ) son las de ma-

yor energiacutea no tiene carga eleacutectrica por lo

22

tanto no desviacutean sus trayectorias frente a

campos eleacutectricos tienen un alto poder de

penetracioacuten y un alto poder de ionizacioacuten

Pueden llegar a extraer electrones de los

aacutetomos los cuales a su vez ionizan otras

moleacuteculas

Neutrones no poseen carga eleacutectrica tienen

un alto poder de penetracioacuten Al chocar contra un

aacutetomo ceden parte de su energiacutea y se frenan Los

neutrones de baja velocidad se denominan neu-

trones teacutermicos los cuales se descomponen en un

electroacuten y un protoacuten o pueden ser absorbidos por

otros nuacutecleos atoacutemicos

23

4 PODER DE PENETRACIOacuteN DE LA RADIACIOacuteN

La radiacioacuten es uno de los efectos

maacutes peligrosos de la energiacutea nuclear

No todas las partiacuteculas emitidas

tienen la misma posibilidad de atrave-

sar los elementos

Los materiales radiactivos pueden ser peligro-

sos porque la radiacioacuten que se emite puede dantildear

los tejidos vivos La capacidad para inflingir dantildeos

depende en parte del poder de la radiacioacuten para

penetrar en los tejidos

24

En condiciones de igualdad por lo demaacutes

cuanto mayor es la masa de una partiacutecula menor

es su poder de penetracioacuten Las partiacuteculas alfa

que son nuacutecleos de helio con una masa de 4 uma

constituyen el menos penetrante de los tres tipos

principales de radiactividadLas partiacuteculas beta

ideacutenticas a los electrones cuya masa es insignifi-

cante son un poco maacutes penetrantes Los rayos

gamma como los rayos X carecen totalmente de

masa su poder de penetracioacuten es mucho mayor

que el de los otros dos tipos

Puede parecer contrario al sentido comuacuten

pensar que las partiacuteculas maacutes grandes se abren

camino con maacutes dificultad Consideraacute sin embar-

go que el poder de penetracioacuten refleja la capaci-

dad de la radiacioacuten para abrirse camino a traveacutes

de una muestra de materia Es como si trataras de

hacer rodar piedras por un campo de grandes ro-

cas La partiacutecula alfa se comporta como si fuese

una roca grande Debido a su tamantildeo no puede

25

avanzar mucho sin chocarse con otras rocas y ser

detenida por ellas La partiacutecula beta se comporta

como una piedra pequentildea que puede introducirse

entre las rocas y quizaacute hasta rebotar en ellas hasta

completar un recorrido maacutes largo El rayo gamma

es comparable a un grano de arena capaz de pasar

por las aberturas maacutes pequentildeas

Al principio de esta explicacioacuten dijimos que si

todo lo demaacutes es igual asiacute es como funcionan las

cosas Pero lo demaacutes no siempre es igual Cuanto

maacutes raacutepido se mueve una partiacutecula o maacutes energiacutea

tiene la radiacioacuten mayor es su poder de penetra-

cioacuten

Si la sustancia radiactiva estaacute afuera del cuer-

po las partiacuteculas alfa de poco poder de penetra-

cioacuten son las menos peligrosas pues las detiene la

capa externa de la piel Tambieacuten las partiacuteculas beta

se detienen normalmente antes de alcanzar oacuterga-

nos vitales Los rayos gamma atraviesan sin difi-

26

cultad los tejidos asiacute que una fuente externa de los

mismos puede ser muy peligrosa En cambio

cuando la fuente radiactiva estaacute adentro del cuerpo

la situacioacuten se invierte Las partiacuteculas alfa que no

penetran pueden causar graves dantildeos Todas estas

partiacuteculas estaacuten atrapadas en el interior del cuerpo

el cual tiene entonces la posibilidad de absorber

toda la energiacutea que libera la partiacutecula Las partiacutecu-

las alfa infligen el dantildeo en un aacuterea muy pequentildea

porque no se desplazan muy lejos Las partiacuteculas

beta distribuyen el dantildeo en un aacuterea algo mayor

porque recorren distancias mayores Los tejidos se

pueden recuperar de un dantildeo limitado disperso en

un aacuterea grande pero es menos probable que so-

brevivan a una lesioacuten concentrada

Las personas que trabajan con materiales ra-

diactivos disponen de diversas formas de prote-

gerse contra ellos La maacutes simple consiste en ale-

jarse de la fuente porque la intensidad de la radia-

cioacuten disminuye con la distancia respecto a la fuen-

27

te Los trabajadores se pueden proteger tambieacuten

por medio de blindajes Una hoja de papel detiene

casi todas las partiacuteculas alfa Un bloque de madera

o una laacutemina delgada de aluminio detiene las par-

tiacuteculas beta

Pero se necesitan varios metros de concreto o

varios centiacutemetros de plomo para detener los ra-

yos gamma

28

5 VIDA MEDIA

Cuando hablamos de aacutetomos individuales

estamos trabajando con elementos que

apenas imaginamos

Para entender lo que pasa con la radia-

cioacuten debemos referirnos a un grupo maacutes

grande de partiacuteculas y trabajar con pro-

medios

Hasta aquiacute hemos estudiado la radiactividad en

relacioacuten con los aacutetomos individuales En el labora-

torio nos ocupamos en general con nuacutemeros muy

grandes de aacutetomos mucho mayores que el nuacuteme-

29

ro de habitantes de la tierra Si pudieacutesemos ver el

nuacutecleo de un aacutetomo individual podriacuteamos ver si

sufre o no desintegracioacuten radiactiva examinando

su composicioacuten Ciertas combinaciones de proto-

nes y neutrones son inestables Sin embargo lo

que no podriacuteamos determinar es cuando el aacutetomo

va a sufrir un cambio La radiactividad es un pro-

ceso aleatorio independiente en general de las

influencias externas

Cuando tenemos un nuacutemero grande de aacuteto-

mos el proceso de desintegracioacuten radiactiva se

hace maacutes predecible Podemos medir la vida me-

dia que es una propiedad caracteriacutestica de cada

radioisoacutetopo La vida media de un isoacutetopo radiac-

tivo es el periacuteodo durante el cual la mitad del nuacute-

mero original de aacutetomos sufre desintegracioacuten ra-

diactiva para formar un nuevo elemento Por

ejemplo supone que tuvieacutesemos 16 billones de

aacutetomos de tritio el isoacutetopo radiactivo de hidroacutege-

no La vida media del tritio es de 123 antildeos Esto

significa que al cabo de 123 antildeos se habraacuten desin-

30

tegrado 8 billones de aacutetomos de tritio y quedaraacuten

8 billones de aacutetomos Al cabo de otros 123 antildeos

se habraacute desintegrado la mitad de los 8 billones de

aacutetomos restantes Por tanto al cabo de dos vidas

medias quedaraacute una cuarta parte del nuacutemero ori-

ginal de aacutetomos de tritio Asiacute pues dos vidas me-

dias no hacen una entera

Podemos calcular la fraccioacuten restante del isoacute-

topo original al cabo de un nuacutemero dado de vidas

medias por medio de la relacioacuten

FRACCIOacuteN RESTANTE N21

=

Donde n es el nuacutemero de vidas medias trans-

curridas

31

6 RADIACTIVIDAD ARTIFICIAL

La radiactividad es un fenoacutemeno na-

tural y en esas condiciones poco

aprovechable

El hombre trabajoacute mucho para con-

trolarlo y hacer de este efecto algo

uacutetil Aunque como es muy habitual

en la humanidad las implementacio-

nes destructivas tambieacuten tuvieron

gran desarrollo

32

TRANSMUTACIOacuteN ARTIFICIAL

Las formas de radiactividad que se presentan

en la Naturaleza Se pueden inducir otras reaccio-

nes nucleares bombardeando nuacutecleos estables con

partiacuteculas alfa neutrones u otras partiacuteculas sub-

atoacutemicas Estas partiacuteculas si tienen suficiente

energiacutea penetran los nuacutecleos que antes eran esta-

bles e inducen alguna forma de emisioacuten radiacti-

va Al igual que la radiactividad natural este tipo

de cambio nuclear produce una transmutacioacuten un

elemento se transforma en otro Debido a que el

cambio no se habriacutea producido de manera natural

el proceso se conoce como transmutacioacuten artifi-

cial

Pocos antildeos despueacutes de su famoso experimen-

to de la laminilla de oro (bombardeo con radiacioacuten

alfa una lamina de oro y detectoacute en una lamina de

sulfuro de zinc la radiacioacuten emergente) Ernest

Rutherford estudioacute el bombardeo de diversos

elementos ligeros con partiacuteculas alfa Un experi-

33

mento de este tipo en el cual Rutherford bom-

bardeoacute nitroacutegeno dio por resultado la produccioacuten

de protones

N147 + He4

2 O178 + H1

1

(Recordaacute que el nuacutecleo de hidroacutegeno es un protoacuten

por eso usamos el siacutembolo alternativo H11 para el pro-

toacuten)

Observaacute que la suma de los nuacutemeros de nu-

cleones de la izquierda es igual a la suma de los

nuacutemeros de nucleones de la derecha Tambieacuten los

nuacutemeros atoacutemicos estaacuten balanceados

Rutherford habiacutea postulado en 1914 la exis-

tencia de protones en los nuacutecleos Un experimen-

to publicado en 1919 proporcionoacute la primera

comprobacioacuten empiacuterica de la existencia de estas

partiacuteculas fundamentales Ya antes Eugen Golds-

tein habiacutea producido protones en sus experimen-

34

tos con tubos de descarga en gas Goldstein obtu-

vo estas partiacuteculas a partir del hidroacutegeno gaseoso

contenido en el tubo por separacioacuten de un elec-

troacuten del aacutetomo de hidroacutegeno La trascendencia del

experimento de Rutherford consistioacute en que ob-

tuvo protones del nuacutecleo de un aacutetomo que no era

de hidroacutegeno con lo cual establecioacute la naturaleza

de los protones como partiacuteculas fundamentales Al

hablar de partiacuteculas fundamentales nos referimos a

las unidades baacutesicas a partir de las cuales se pue-

den formar estructuras maacutes complicadas (como el

nuacutecleo de nitroacutegeno) El experimento de Ruther-

ford constituyoacute la primera reaccioacuten nuclear indu-

cida

Durante la deacutecada de 1920 se llevaron a cabo

muchas transmutaciones artificiales En la deacutecada

de 1930 una de estas reacciones condujo al descu-

brimiento de otra partiacutecula fundamental En 1932

James Chadwick bombardeoacute berilio con partiacuteculas

alfa

35

Be94 + He4

2 C126 + n1

0 Entre los productos se encontraba el neutroacuten

RADIACTIVIDAD INDUCIDA

Las primeras reacciones nucleares produjeron

isoacutetopos que ya se conociacutean por estar presentes en

la Naturaleza Esto fue quizaacute fortuito porque era

inevitable que tarde o temprano se produjese un

nuacutecleo estable Iregravene Curie (hija de los ganadores

del premio Nobel de 1903) y su esposo Freacutedeacuteric

Joliot estudiaban el bombardeo de aluminio con

partiacuteculas alfa Se produciacutean neutrones y quedaba

como residuo un isoacutetopo de foacutesforo

Al2713 + He4

2 P3015 + n1

0

Para sorpresa de los investigadores el blanco

seguiacutea emitiendo partiacuteculas auacuten despueacutes de inte-

rrumpido el bombardeo El isoacutetopo de foacutesforo era

radiactivo y emitiacutea partiacuteculas cuya masa era igual a

36

la del electroacuten pero cuya carga era opuesta Estas

partiacuteculas se llaman positrones La reaccioacuten que

estaban observando era la siguiente

P3015 e0

1+ + Si3014

Asiacute pues surge una vez maacutes la pregunta iquestde doacuten-

de proviene esta partiacutecula si el nuacutecleo contiene

soacutelo protones y neutrones Anteriormente expli-

camos el hecho de que surgiese una partiacutecula beta

(un electroacuten) de un nuacutecleo afirmando que un neu-

troacuten se habiacutea descompuesto en un protoacuten y un

electroacuten Quizaacute un suceso similar puede explicar la

aparicioacuten de un positroacuten Considera que un pro-

toacuten del nuacutecleo se transforma en un neutroacuten y un

positroacuten (un protoacuten es ideacutentico a un nuacutecleo de

hidroacutegeno)

H11 e0

1+ + N10

Todo queda muy bien balanceado en esta

37

ecuacioacuten Al emitirse el positroacuten el nuacutecleo radiac-

tivo original tiene de pronto un protoacuten menos y

un neutroacuten maacutes que antes Por tanto la masa del

nuacutecleo producido es la misma pero su nuacutemero

atoacutemico se ha reducido en una unidad respecto al

nuacutecleo original Por este trabajo la pareja Joliot-

Curie se hizo acreedora al premio Nobel en 1935

(la pareja Joliot-Curie adoptoacute el apellido combina-

do para perpetuar el nombre de Curie Marie y

Pierre Curie tuvieron dos hijas pero ninguacuten hijo

varoacuten

38

7 USOS DE LOS RADIOISOacuteTOPOS

Muchas de las aplicaciones de la energiacutea

de la radiacioacuten se realizan a traveacutes de los

radioisoacutetopos

Gracias a ellos y a los detectores se evitan

grandes perdidas materiales y se ahorra

grandes esfuerzos

Los cientiacuteficos que trabajan en una amplia va-

riedad de campos emplean isoacutetopos radiactivos

(radioisoacutetopos) como rastreadores en sistemas

fiacutesicos quiacutemicos y bioloacutegicos Los isoacutetopos de un

elemento determinado sea radiactivo o no se

39

comportan de manera casi ideacutentica en los proce-

sos quiacutemicos y fiacutesicos En virtud de la facilidad

para detectar los isoacutetopos radiactivos es relativa-

mente faacutecil seguir sus movimientos incluso en un

sistema complicado

Como un ejemplo sencillo consideremos el

flujo de un liacutequido por una tuberiacutea Supongamos

que hay una fuga en una tuberiacutea enterrada bajo un

piso de concreto Podriacuteamos localizar la fuga le-

vantando partes extensas del piso o bien podriacutea-

mos agregar una pequentildea cantidad de material

radiactivo al liacutequido que va hacia el drenaje y ras-

trear el flujo de liacutequido con un contador Geiger

(un instrumento que detecta la radiactividad) Una

vez localizada la fuga soacutelo habriacutea que levantar una

parte pequentildea del piso para reparar la fuga Por lo

general se emplean para este propoacutesito isoacutetopos

de vida corta que desaparecen poco tiempo des-

pueacutes de realizar su funcioacuten

Anaacutelogamente podriacuteamos rastrear la incorpo-

racioacuten de foacutesforo en una planta verde La planta se

40

alimenta con un fertilizante que contiene foacutesforo

radiactivo Un meacutetodo sencillo de deteccioacuten con-

siste en colocar la planta sobre una peliacutecula foto-

graacutefica La radiacioacuten que emiten los isoacutetopos de

foacutesforo expone la peliacutecula en gran medida como

lo hace la luz Este tipo de exposicioacuten llamado

radiografiacutea muestra la distribucioacuten del foacutesforo en

la planta

Tambieacuten se da un buen uso a los rastreadores

radiactivos en la investigacioacuten agriacutecola Estos isoacute-

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 cuaacuteles son los mejores meacutetodos para

regular los insectos La mutacioacuten intencional de

plantas por irradiacioacuten ha producido nuevas y

mejores cepas de plantas de cultivo con valor co-

mercial desde raacutebanos hasta maniacute

Los radioisoacutetopos se emplean tambieacuten para

irradiar alimentos como meacutetodo de conservacioacuten

La radiacioacuten destruye los microorganismos que

41

causan la descomposicioacuten de los alimentos Los

alimentos irradiados muestran poco cambio en

cuanto a su saber o aspecto A muchas personas

les inquietan los posibles efectos dantildeinos de las

sustancias quiacutemicas que produce la radiacioacuten pero

no hay pruebas contundentes de dantildeos causados

por alimentos irradiados en animales de laborato-

rio alimentados con ellos y tampoco se conocen

efectos adversos en seres humanos en los paiacuteses

donde la irradiacioacuten se ha utilizado por muchos

antildeos El proceso de esterilizacioacuten no deja irradia-

cioacuten residual en los alimentos

Los radioisoacutetopos han sido empleados exten-

samente en la investigacioacuten cientiacutefica baacutesica El

mecanismo de la fotosiacutentesis se dilucidoacute en gran

parte utilizando carbono 14 como rastreador Por

ejemplo para determinar coacutemo fabrican las plan-

tas el azuacutecar glucosa a partir de dioacutexido de carbo-

no y agua la planta se expone a dioacutexido de carbo-

no radiactivo El investigador identifica los com-

puestos que se forman a partir de estas materias

42

primas y el orden en el que se sintetizan y despueacutes

determina cuaacuteles compuestos se tornan radiactivos

y en queacute secuencia Con base en los dates obteni-

dos de experimentos con rastreadores los cientiacutefi-

cos determinan las rutas metaboacutelicas de plantas

animales y seres humanos

43

8 MEDICINA NUCLEAR

La medicina nuclear ha generado tra-

tamientos y terapias inimaginables

antes de su descubrimiento

En el diagnostico generoacute meacutetodos no

invasivos que evitan a los paciente

tanto sufrimientos como peacuterdidas de

tiempo

En medicina nuclear se dan dos usos distintos

a los radioisoacutetopos para fines terapeacuteuticos o para

realizar un diagnoacutestico En la terapia con radiacioacuten

se intenta tratar o curar un padecimiento por

44

medio de radiacioacuten El uso de los radioisoacutetopos

con fines de diagnoacutestico busca obtener informa-

cioacuten acerca del estado de salud del paciente

TERAPIA POR RADIACIOacuteN

El caacutencer no es una sola enfermedad sino

muchas Algunas formas de caacutencer son particu-

larmente susceptibles a la terapia por radiacioacuten La

radiacioacuten se dirige cuidadosamente hacia el tejido

canceroso y se reduce al miacutenimo la exposicioacuten de

las ceacutelulas normales Si los efectos destructivos de

la radiacioacuten consiguen matar las ceacutelulas cancero-

sas se detiene el avance del tumor maligno (Pero

los pacientes que se someten a terapia por radia-

cioacuten suelen experimentar malestares a causa del

tratamiento Naacuteusea y voacutemito son los siacutentomas

usuales del malestar por radiacioacuten Asiacute pues el

objetivo de la terapia por radiacioacuten es destruir las

ceacutelulas cancerosas antes de que se cause un dantildeo

excesivo a los tejidos sanos La radiacioacuten tiene

45

efectos maacutes letales para las ceacutelulas que se reprodu-

cen con rapidez y eacutesta es precisamente la caracte-

riacutestica de las ceacutelulas cancerosas que permite que la

terapia por radiacioacuten tenga eacutexito

USOS DIAGNOacuteSTICOS DE LOS RADIOISOacuteTOPOS

Los radioisoacutetopos se usan para fines diagnoacutes-

ticos con el propoacutesito de obtener informacioacuten

acerca del tipo o el alcance de la enfermedad El

yodo 131 radiactivo se emplea para determinar el

tamantildeo la forma y la actividad de la glaacutendula ti-

roides asiacute como para tratar caacutenceres localizados

en esta glaacutendula y para controlar una tiroides hi-

peractiva Primero el paciente toma una solucioacuten

de yoduro de potasio que contiene yodo 131 El

organismo concentra el yodo en la tiroides Se

usan dosis grandes para el tratamiento del caacutencer

de la tiroides la radiacioacuten del isoacutetopo se concentra

en las ceacutelulas cancerosas de esta glaacutendula auacuten

cuando las ceacutelulas cancerosas se hayan extendido a

46

otras partes del cuerpo Sin embargo para fines de

diagnoacutestico soacutelo se necesita una pequentildea cantidad

del radioisoacutetopo Tambieacuten 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-

poracioacuten diferencial del isoacutetopo La imagen que

se obtiene se describe como una fotoexploracioacuten

y permite determinar con precisioacuten la ubicacioacuten de

un tumor en esa regioacuten del cuerpo

El radioisoacutetopo de uso maacutes extendido en medicina

es el gadolinio 153 Este isoacutetopo se emplea para

evaluar la mineralizacioacuten de los huesos Su popu-

laridad es un indicio del gran nuacutemero de personas

principalmente mujeres que sufren de osteoporo-

sis (reduccioacuten de la cantidad de tejido oacuteseo) a me-

dida que envejecen El gadolinio 153 emite dos

radiaciones caracteriacutesticas un rayo gamma y un

rayo X Un dispositivo analizador compara estas

radiacioacuten despueacutes de que atraviesan el hueso La

47

densidad del mismo se determina con base en las

diferencias de absorcioacuten de los rayos

El tecnecio 99m se utiliza en diversos ensayos

diagnoacutesticos La letra m quiere decir metaestable

lo que significa que este isoacutetopo emite cierta ener-

giacutea para convertirse en una versioacuten maacutes estable del

mismo isoacutetopo (mismo nuacutemero atoacutemico y mismo

peso atoacutemico) La energiacutea que desprende es el

rayo gamma que permite detectar el isoacutetopo

Tcm9943 Tc99

43 + y

Observa que la desintegracioacuten del tecnecio

99m no produce partiacuteculas alfa ni beta las cuales

podriacutean causar dantildeos innecesarios al organismo

Ademaacutes el tecnecio 99m tiene una vida media cor-

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

tividad no permanece en el organismo mucho

tiempo despueacutes de que la exploracioacuten se ha com-

pletado Esta vida media tan corta obliga a planifi-

48

car cuidadosamente el uso del radioisoacutetopo De

hecho lo que se adquiere no es el isoacutetopo mismo

El tecnecio 99m se forma por desintegracioacuten del

molibdeno 99

Mo9942 Tcm99

43 + e01minus + y

Se emplea un recipiente que contiene este isoacute-

topo de molibdeno y el producto de desintegra-

cioacuten el tecnecio 99 se extrae del recipiente a

medida que se necesita

Mediante el uso de modernas tecnologiacuteas ba-

sadas en la utilizacioacuten de computadoras la tomo-

grafiacutea por emisioacuten de positrones (PET por sus

siglas en ingleacutes) permite medir los procesos dinaacute-

micos que se llevan a cabo en el organismo como

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

boliza el oxiacutegeno o la glucosa Las exploraciones

de PET se emplean actualmente para identificar

con precisioacuten el aacuterea de dantildeo cerebral que desen-

49

cadena los ataques epileacutepticos graves Antes de la

exploracioacuten se inhalan o se inyectan compuestos

que contienen isoacutetopos emisores de positrones

como el carbono 11 Antes de que el positroacuten

emitido pueda recorrer una distancia apreciable en

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

teria ordinaria abundan los electrones) y se produ-

cen dos rayos gamma

C116 B11

5 + e01+

e01+ + e0

1minus 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 simultaacuteneamente

dos rayos gamma el sistema no toma en cuenta

los rayos gamma de la radiacioacuten natural de fondo

A continuacioacuten se emplea una computadora para

calcular la ubicacioacuten dentro del cuerpo del punto

50

en el cual ocurrioacute una aniquilacioacuten del positroacuten y

el electroacuten y se genera una imagen en esa regioacuten

La tabla contiene una lista de radioisoacutetopos de

uso comuacuten en la medicina La lista es necesaria-

mente incompleta Incluso con esta exposicioacuten tan

breve puedes hacerte una idea de la importancia

que los radioisoacutetopos tienen en la medicina La

aseveracioacuten de que la ciencia nuclear ha salvado

maacutes vidas de las destruidas por las bombas atoacutemi-

cas no carece el fundamento

51

Isoacutetopo Nombre Vida me-

dia Uso

C11 Carbono 11 203m Exploraciones cere-

brales

Cr51 Cromo 51 278d Determinacioacuten

del volumen sanguiacute-

neo

Co57 Cobalto 57 270d Medicioacuten de la

incorporacioacuten de

vitamina v12

Co60 Cobalto 60 526a Terapia de caacutencer

por radiacioacuten

Gd153 Gadolinio

153

242d Determinacioacuten

de la densidad oacutesea

Ga67 Galio 67 781h Exploracioacuten en

busca de tumores

pulmonares

I131 Yodo 131 807d Terapia de la ti-

roides

Ir192 Iridio 192 74d Terapia del caacuten-

cer de mamaacute

Fe59 Hierro 59 45d Deteccioacuten de

anemia

52

P32 Foacutesforo 32 143d Deteccioacuten de

caacutencer de la piel o

tumores oculares

Pu238 Plutonio

238

86a Suministra ener-

giacutea para marcapasos

Ra226 Radio 226 1600a Terapia de caacutencer

por radiacioacuten

Se75 Selenio 75 120d Exploraciones del

paacutencreas

Na24 Sodio 24 150h Localizacioacuten de

obstrucciones en el

flujo sanguiacuteneo

Tc99 Tecnecio 99 60h Obtencioacuten de imaacute-

genes de cerebro hiacutega-

do meacutedula oacutesea rintildeoacuten o

corazoacuten

Tl201 Talio 201 73h Deteccioacuten de pro-

blemas cardiacos con la

prueba de esfuerzo en

rueda de andar

H3 Tritio 123a Determinacioacuten de

agua corporal total

Xe133 Xenoacuten133 527d Obtencioacuten de imaacute-

genes de pulmoacuten

53

9 FECHADO POR MEDIO DE RADIOISOacuteTOPOS

Una de las aplicaciones maacutes in-

creiacutebles de la quiacutemica nuclear es la po-

sibilidad de averiguar la antiguumledad de

los objetos encontrados en las investi-

gaciones arqueoloacutegicas

Se puede usar la vida media de ciertos isoacuteto-

pos para estimar la antiguumledad de rocas y artefac-

tos arqueoloacutegicos El uranio 238 se desintegra con

una vida media de 4500 millones de anos Los

productos iniciales de esta desintegracioacuten tambieacuten

son radiactivos y la descomposicioacuten continuacutea

54

hasta que se forma un isoacutetopo de plomo (plomo

206) Los quiacutemicos pueden estimar la antiguumledad

de una roca determinando las proporciones relati-

vas de uranio 238 y plomo 206 Se ha encontrado

que algunas de las rocas maacutes antiguas de la Tierra

se formaron hace entre 3000 y 4500 millones de

antildeos En las rocas lunares y en meteoritos se ha

determinado una antiguumledad maacutexima de alrededor

de 4500 millones de antildeos Asiacute pues se considera

en general que la Tierra tiene una antiguumledad de

unos 4500 millones de antildeos

FECHADO POR CARBONO 14

En el fechado de artefactos interviene por lo

general un isoacutetopo radiactivo de carbono Se for-

ma carbono 14 en las capas superiores de la at-

moacutesfera por el bombardeo que experimenta el

nitroacutegeno ordinario por parte de los neutrones de

los rayos coacutesmicos

55

N147 + n1

0 C146 + H1

1

Este proceso origina una concentracioacuten cons-

tante de carbono 14 en el CO2 terrestre Las plan-

tas y animales vivos incorporan este isoacutetopo en

sus propias ceacutelulas Sin embargo cuando estos

seres mueren se interrumpe la incorporacioacuten de

carbono 14 y el carbono 14 que hay en el orga-

nismo se desintegra (con una vida media de 5 730

antildeos) a nitroacutegeno 14

Por consiguiente basta con medir la actividad

residual de carbono 14 en un artefacto de origen

vegetal o animal para determinar su antiguumledad

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 antildeos de antiguumle-

dad es decir ha estado muerta durante un tiempo

equivalente a una vida media Anaacutelogamente un

artefacto que muestra el 25 de la actividad de

carbono 14 del material vegetal reciente tiene

56

11460 anos de antiguumledad 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 aquiacute supone que la formacioacuten del isoacutetopo

fue constante a lo largo del tiempo En realidad no

es asiacute Sin embargo aproximadamente para los

uacuteltimos 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

aacuterboles Se han construido curvas de calibracioacuten

que permiten determinar fechas consideradas co-

mo exactas

En teacuterminos generales el meacutetodo de carbono

14 es razonablemente preciso para fechar objetos

de hasta 50000 antildeos de antiguumledad La cantidad

residual del isoacutetopo en los objetos de una antiguumle-

dad mayor que esa es demasiado pequentildea para

hacer una determinacioacuten exacta

El carboacuten de las fogatas de los pueblos anti-

57

guos fechado por determinacioacuten de la actividad

de carbono 14 se usa para estimar la antiguumledad

de otros artefactos encontrados en el mismo em-

plazamiento arqueoloacutegico La teacutecnica de fechado

por carbono 14 se ha usado tambieacuten para detectar

si supuestos artefactos antiguos han sido falsifica-

dos

EL SUDARIO DE TURIacuteN

Probablemente han oiacutedo hablar del sudario de

Turiacuten Se trata de una pieza de tejido de lino muy

antigua de unos 4 metros de largo que muestra la

impresioacuten aproximada de un cuerpo humano

Desde alrededor del antildeo 1350 dC 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-

bricacioacuten del lienzo habiacutea sido cultivado en alguacuten

memento entre los anos de 1260 y 1390 dC Por

58

tanto el lienzo no podriacutea haber existido en tiem-

pos de Cristo A diferencia de los pergaminos del

Mar Muerto para los que el fechado por carbono

14 demostroacute que son registros auteacutenticos de una

civilizacioacuten que existioacute hace unos 2000 antildeos el

sudario de Turiacuten resultoacute ser falso

FECHADO POR TRITIO

El tritio que es el isoacutetopo radiactivo del

hidroacutegeno sirve tambieacuten para fechar Su vida me-

dia de 123 antildeos lo hace uacutetil para fechar objetos de

hasta 100 antildeos de antiguumledad Una aplicacioacuten inte-

resante es el fechado de aguardientes Estas bebi-

das alcohoacutelicas son muy costosas cuando han sido

antildeejadas de 10 a 50 antildeos El fechado por tritio

permite comprobar la veracidad de los anuncios

publicitarios respecto al proceso de antildeejamiento

de las variedades maacutes caras

Hay muchos otros isoacutetopos que permiten es-

timar la antiguumledad de objetos y materiales

59

Isoacutetopo Vida me-

dia

(antildeos)

Periacuteodo de

utilidad Uso

Carbono 14 5730 500 a 50000

antildeos

Carboacuten vege-

tal material

orgaacutenico

Tritio 123 1 a 100 antildeosVinos antildeeja-

dos

Potasio 40 13 x 109 Desde 10000

antildeos

Rocas corteza

terrestre y

lunar

Renio 187 43 x1010 Desde 4 x

107 antildeos Meteoritos

Ranio238 45 x109 Desde 107

antildeos

Rocas corteza

terrestre

60

10 PLANTAS DE ENERGIacuteA NUCLEAR

iquestSabeacutes de doacutende viene esa energiacutea que nosotros usamos tanto Mucha de la energiacutea eleacutectrica es

producida por plantas nucleares de to-do el mundo

La energiacutea nuclear ha dado origen a bombas

muy destructivas y a la nociva precipitacioacuten ra-

diactiva y podriacutea incluso provocar un devastador

invierno nuclear Sin embargo una cantidad mu-

cho mayor de personas han recibido beneficios de

la energiacutea nuclear que las que han sido perjudica-

das por ella El hecho es que existen muchos usos

de la energiacutea nuclear que son sumamente beneacutefi-

61

cos Ya conocemos el uso de isoacutetopos radiactivos

en el diagnoacutestico cliacutenico y en el fechado de obje-

tos de antiguumledad desconocida Otro uso paciacutefico

de la energiacutea nuclear es la generacioacuten de electri-

cidad Una gran parte de la energiacutea eleacutectrica que

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

giacutea nuclear

En la actualidad una quinta parte de toda la

electricidad que se produce en Estados Unidos

proviene de plantas de energiacutea nuclear En Euro-

pa la dependencia respecto a la energiacutea nuclear

para la produccioacuten de electricidad es auacuten mayor

En Francia por ejemplo maacutes del 70 de la ener-

giacutea eleacutectrica del paiacutes proviene de plantas nuclea-

res

No es sorprendente que una reaccioacuten que

desprende tanta energiacutea como lo hace la fisioacuten

nuclear se use como fuente de energiacutea para gene-

rar electricidad En las plantas de energiacutea nuclear

se usa el calor obtenido de una reaccioacuten de fisioacuten

62

en cadena controlada para producir vapor de

agua que mueve las turbinas generadoras de elec-

tricidad El combustible nuclear es normalmente

oacutexido de uranio U3O8 enriquecido hasta alrede-

dor de 3 de uranio 235

La energiacutea nuclear es mucho maacutes limpia que la

que se obtiene quemando combustibles foacutesiles

(carboacuten petroacuteleo y gas) no produce cenizas finas

ni holliacuten no forma dioacutexido de carbono que con-

tribuye al efecto de invernadero y al calentamiento

global y no contamina el aire con oacutexidos de azu-

fre y de nitroacutegeno que dan origen a la lluvia aacutecida

Por otra parte emite grandes cantidades de calor

residual en el ambiente y lo que es mucho maacutes

serio produce muchos residuos radiactivos La

eliminacioacuten de todos estos materiales radiactivos

de desecho es uno de los problemas constantes

que se tienen en relacioacuten con las plantas de energiacutea

nuclear

63

11 BOMBA ATOacuteMICA

Todos sabemos los desastres que pue-

den causar la detonacioacuten de una bomba

nuclear

Aquiacute presentamos la explicacioacuten teoacuterica

y coacutemo se pone en praacutectica

COacuteMO FUNCIONA UNA BOMBA NUCLEAR EN LA

TEORIacuteA

El 16 de Julio de 1945 estalloacute la primera bomba

atoacutemica en el campo de pruebas de Trinity cerca

de aacutelamo Gordo (Nuevo Meacutejico) Desde ese pre-

64

ciso instante la historia de la humanidad ha pasado

a una nueva era la era nuclear

Nunca hasta entonces se habiacutean tenido los cono-

cimientos necesarios como para saber que la masa

puede convertirse en grandes cantidades de ener-

giacutea y coacutemo podiacutea realizarse ese proceso hasta

entonces reservado tan soacutelo a las estrellas

La famosa foacutermula de Einstein E = mc2 ha pasa-

do ya ha formar parte de la cultura popular auacuten sin

que en realidad se llegue a saber que implica

Donde E es energiacutea m masa y c la velocidad de la

luz (constante) En esta ecuacioacuten se expresa la

relacioacuten de equivalencia entre masa y energiacutea Por

ejemplo haciendo algunas cuentas se ve que con

un gramo de uranio si se convirtiese totalmente

en energiacutea se obtendriacutean 25 millones de Kw

Aplicado como una bomba nuclear basta decir

que para asolar Hiroshima soacutelo se convirtioacute un

65

gramo de masa (aunque toda la bomba como me-

canismo pesara cuatro toneladas) su potencia fue

de 125 kilotones es decir para igualar su potencia

seriacutean 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 combustibles

de fisioacuten Cuando en un espacio se reuacutene la sufi-

ciente cantidad de materia (denominada masa criacute-

tica) se produce una reaccioacuten en cadena espontaacute-

nea esto es el nuacutecleo de los aacutetomos del material

se divide liberando energiacutea y varios neutrones

raacutepidos que provocan que otros nuacutecleos tam-

bieacuten se dividan y liberen maacutes energiacutea y neutrones

Este proceso se denomina fisioacuten nuclear Sin em-

bargo si la densidad no es suficiente la energiacutea

liberada hace que el material se expanda y se de-

tenga el proceso Para evitar que se pare la reac-

cioacuten se recurre a una materia muy densa de por siacute

(isoacutetopos del uranio y plutonio) que ademaacutes se

comprime de manera muy raacutepida para lograr una

66

altiacutesima densidad que permite que los neutrones

raacutepidos choquen antes con otros nuacutecleos y se

produzcan antes el mayor nuacutemero 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 maacutes energiacutea Para una

explosioacuten de 100 kilotones son necesarias 58 ge-

neraciones las 7 uacuteltimas generan el 999 de la

energiacutea en periodo cortiacutesimo de tiempo Tambieacuten

puede liberarse energiacutea con la fusioacuten en este pro-

ceso los nuacutecleos se unen en vez de separarse pero

se requieren altiacutesimas temperaturas (del orden de

millones de grados) para que este proceso se lleve

a cabo Para esta reaccioacuten se usan aacutetomos ligeros

(maacutes faacuteciles de unir) generalmente hidroacutegeno o

sus isoacutetopos (deuterio y tritio) Para unir dos aacuteto-

mos basta con hacerlos chocar Los protones de

cada aacutetomo 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

67

fusioacuten deben comprimirse fuertemente los nuacute-

cleos y una vez hecho soacutelo podraacuten continuar uni-

dos si pierden un equivalente de la energiacutea que les

hizo apretarse En el caso de usar deuterio y tritio

se libera violentamente un neutroacuten Esta energiacutea

liberada es la que forma una bomba de fusioacuten

tambieacuten denominada bomba H

COMO FUNCIONA UNA BOMBA ATO-MICA EN LA PRACTICA

Sea cual fuere el sistema de funcionamiento de

una bomba nuclear (fusioacuten o fisioacuten) una cantidad

de masa se convierte en energiacutea la potencia soacutelo

depende de la capacidad de la ingenieriacutea para con-

vertir maacutes masa antes de que la reaccioacuten disperse

las moleacuteculas en teoriacutea la potencia es por tanto

ilimitada

Una bomba nuclear consiste baacutesicamente en una

esfera hueca de plutonio que no es lo suficiente-

68

mente densa como para producir una reaccioacuten 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 explosioacuten se disparan los detonado-

res que hacen que el material explosivo estalle de

la manera lo maacutes regular posible para que enviacutee

una onda de choque esfeacuterica hacia el plutonio

Cuando eacutesta impacta contra eacutel lo comprime y re-

duce su volumen empujaacutendolo hacia el centro de

la esfera hasta que alcanza una densidad suficiente

(supercriacutetica) y se dispara el iniciador de neutrones

para comenzar la reaccioacuten en cadena que da lugar

a la explosioacuten nuclear

Las bombas termonucleares de fusioacuten o H nece-

sitan de una gran temperatura para que se puedan

unir los nuacutecleos esto se consigue en el interior de

una explosioacuten de fisioacuten que es el comienzo de

toda bomba H

69

Una vez acabada la reaccioacuten de fusioacuten nos encon-

traremos con una esfera expandida con una tem-

peratura de millones de grados en la que existen

los productos de la fusioacuten (litio e isoacutetopos del

hidroacutegeno) Tal es su velocidad que pueden fun-

dirse unos con otros dando lugar a la reaccioacuten de

fusioacuten Esta reaccioacuten genera maacutes energiacutea que la

anterior y libera gran cantidad de partiacuteculas nu-

cleares pero no es una reaccioacuten en cadena ya que

el propio calor que genera hace que las partiacuteculas

se separen y se expandan en forma de una esfera

de plasma con una temperatura que tan soacutelo expe-

rimenta el universo de manera natural en las estre-

llas En nuestro sol por ejemplo ocurren la fusioacuten

nuclear de hidroacutegeno y helio Pero antes de que la

reaccioacuten se extinga los neutrones generados por

las detonaciones anteriores provocan de nuevo

una reaccioacuten de fusioacuten sobre una camisa de U-

238 pero esta vez mucho mayor que las anterio-

res La potencia de una bomba termonuclear care-

ce de liacutemite una bomba como la de Hiroshima de

70

125 kilotones (un kilotoacuten equivale a 1000 tonela-

das de TNT) se considera dentro de los arsenales

modernos como pequentildea siendo las de un mega-

toacuten (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 la

Segunda Guerra Mundial

Para la construccioacuten de una bomba nuclear nor-

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

primero no forma parte de la reaccioacuten nuclear

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

nera espontaacutenea emitiendo neutrones que son

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

duzca de manera accidental la reaccioacuten en cadena

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

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

cioacuten 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

71

reactores nucleares a partir del U-238

La desintegracioacuten del uranio en la reaccioacuten en

cadena se produce de manera espontaacutenea para una

masa de 50 Kg si eacuteste elemento es puro El pluto-

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

da reaccioacuten en cadena de modo que se mezcla de

berilo y polonio dando como resultado un pro-

ducto que aunque no es fisionable por si solo una

pequentildea cantidad actuacutea como catalizador para las

grandes reacciones Asiacute bastan 16 Kg de PU-239

para obtener la masa supercriacutetica y 10 Kg si se

mezcla con U-238

El U-235 es muy difiacutecil de extraer por encontrarse

en la naturaleza muy mezclado con otros com-

puestos Asiacute por cada 25000 toneladas de mineral

de uranio bruto soacutelo se obtienen 50 toneladas de

uranio del que el 993 es U-235 y el resto el

rariacutesimo isoacutetopo U-238 ambos soacutelo se pueden

separar de manera mecaacutenica gracias a la leviacutesima

72

diferencia de peso entre ambos Asiacute el uranio se

mezcla en forma gaseosa con fluor (hexafluoriacutedri-

co) que es impulsado a baja presioacuten hacieacutendolo

pasar por unas caacutemaras que aumentan la concen-

tracioacuten de uranio sensiblemente tras cientos de

pasadas Para una central nuclear la pureza ha de

ser del 2 y para una bomba (teoacutericamente) el

95

Para separar el isoacutetopo se recurre a la centrifuga-

cioacuten del gas siendo el maacutes pesado U-238 despedi-

do hacia el exterior con maacutes fuerza Para obtener

otra vez el uranio separado del gas se recurre a la

separacioacuten magneacutetica

MECANISMOS QUE SUELEN COMPONER UNA

BOMBA NUCLEAR

Los mecanismos que suelen componer una bom-

ba nuclear son los siguientes

73

ALTIacuteMETRO No suele usarse el baromeacutetrico

por verse afectado por las condiciones atmosfeacuteri-

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 seguacuten el tiempo transcu-

rrido en el recorrido puede saberse la altura sin

necesidad de complicar maacutes el sistema para dar

una precisioacuten que en realidad no es importante (2

o 3 m de diferencia no son apreciables maacutes que

en minibombas bastante menores que las de

Hiroshima) siendo la altura normal de detonacioacuten

la de 2000 m

En la praacutectica 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 electroacute-

nicamente para obtener la diferencia de ambas

que es proporcional a la altura Los pulsos suelen

emitirse 120 veces por segundo y alcanzan un

74

rango de 3000 m sobre la tierra y 6000 m sobre

el mar (la reflexioacuten es alliacute mejor) siendo su error

de hasta 15 m

CABEZA DETONADORA Como ya se dijo

estaacute compuesta de una carga explosiva muy bien

calibrada que a la orden del altiacutemetro detona

produciendo una onda de choque uniforme sobre

el elemento radioactivo comprimieacutendolo hasta

alcanzar la masa supercriacutetica

Compantildeiacuteas privadas producen camisas explosivas

que modificadas pueden ser usadas para la fabri-

cacioacuten del objeto que nos ocupa La cantidad de

presioacuten necesaria a aplicar es un secreto por razo-

nes de seguridad aunque se sabe que los explosi-

vos plaacutesticos son ideales sobre todo por su malea-

bilidad y facilidad de manejo

El detonador variacutea si es combustible es uranio o

plutonio

75

DETONADOR DE URANIO La masa total se

divide en dos partes una mayor de forma semies-

feacuterica y coacutencava que se acopla perfectamente con

la otra maacutes pequentildea Como es de suponer ambas

se encuentran separadas hasta el momento de la

detonacioacuten en el que una explosioacuten convencional

dispara la parte pequentildea que impacta contra la

mayor para lograr en un instante la masa supercriacute-

tica

DETONADOR DE PLUTONIO Necesita

una precisioacuten de ingenieriacutea mucho mayor que la

anterior ya que estaacute compuesta de 32 secciones de

plutonio-berilio-polonio todas de igual forma y

posicioacuten distribuidas conceacutentricamente El aspecto

final es parecido al de un baloacuten de fuacutetbol Todas

han de cerrarse simeacutetricamente en una diezmillo-

neacutesima de segundo para conseguir la detonacioacuten

DEFLECTOR DE NEUTRONES Suele ser

U-238 Su funcioacuten es la que ya se explicoacute evitar

76

una reaccioacuten accidental ademaacutes refleja las partiacutecu-

las de vuelta cuando se alcanza la masa supercriacuteti-

ca

ESCUDO PROTECTOR Recibe otros nom-

bres pero su funcioacuten es siempre la de proteger de

la radiacioacuten natural tanto al personal que la maneja

como a los circuitos de la bomba que pueden su-

frir cortocircuitos o puestas en funcionamiento

accidentales

SISTEMA DE ARMADO Es otro sistema maacutes

de seguridad consistente en quitar una parte im-

prescindible de la bomba para evitar detonaciones

accidentales de modo que soacutelo cuando estaacute

proacuteximo su lanzamiento se inserta esta parte Una

analogiacutea seriacutea como si al aparcar nuestro coche le

quitaacuteramos el volante o una bujiacutea asiacute estariacuteamos

seguros de que no nos lo roban porque sin estas

partes el coche no funciona

77

12 EFECTOS DE UNA EXPLOSIOacuteN NUCLEAR

Tenemos frescas en nuestra memo-

ria las imaacutegenes que nos mostroacute la

televisioacuten cuando se produjo el ac-

cidente de Chernobyl

Aquiacute explicamos todas las conse-

cuencias de una detonacioacuten 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

78

bull Radiacioacuten nuclear inicial la altiacutesima

temperatura y la elevada presioacuten que se

genera en el interior de la explosioacuten emi-

ten radiacioacuten en todas las direcciones Esta

se compone de rayos alfa beta y gamma

que son una forma de radiacioacuten electro-

magneacutetica de alta energiacutea que puede causar

la muerte sin que el individuo se de cuenta

de que ha sido irradiado Una explosioacuten de

un megatoacuten (de tamantildeo estaacutendar) matariacutea

a todo ser humano en 15 Km a la redonda

que se encontrase al aire libre

Las partiacuteculas alfa son ideacutenticas a un nuacutecleo de

helio son las que mas larga vida tienen unos mil

antildeos pero su poder de penetracioacuten 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 radiacioacuten Con 45 cm de tierra se

consigue reducir la radiacioacuten veinte veces

Las partiacuteculas beta penetran maacutes siendo suficiente

79

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

to la radiacioacuten (una pared moderna ya espesa se

compone de 1 pie de ladrillo maacutes caacutemara maacutes

aislante maacutes ladrillo hueco y yeso que suele que-

darse en los 37 cm)

Los de maacutes poder de penetracioacuten son las gamma

y por tanto los maacutes peligrosos ya son los que se

introducen en los refugios nucleares auacuten con

grandes espesores de hormigoacuten La uacutenica protec-

cioacuten eficaz es la de interponer grandes masas de

material mejor cuanto maacutes denso siendo el ideal

el plomo ya que pasa por los materiales como la

luz por una tela si esta es maacutes densa mayor canti-

dad de chocaraacute con ella y no la traspasaraacute Para

reducir la dosis a un veinteavo se precisan 30 cm

de hormigoacuten armado

bull Pulso electromagneacutetico La intensa acti-

vidad de los rayos gamma genera mediante

induccioacuten una corriente de alto voltaje so-

80

bre antenas viacuteas feacuterreas tuberiacuteas que des-

truye todas las instalaciones eleacutectricas de

una amplia zona si la explosioacuten se efectuacutea

a gran altura Una detonacioacuten de muchos

kilotones a 200 km sobre Omaha (Ne-

brasca) destruiriacutea todos los circuitos eleacutec-

tricos integrados de toda Norteameacuterica y

parte de Meacutejico y Canadaacute Ante el riesgo

de una detonacioacuten nuclear es conveniente

alejarse de liacuteneas eleacutectricas y viacutea feacuterreas ya

que la corriente inducida puede electrocu-

tarnos

bull Pulso teacutermico al expandirse la bola de

fuego el aire circundante absorbe energiacutea

en forma de rayos X y la irradia en forma

de una luz cegadora y un intensiacutesimo ca-

lor Una bomba de 20 Megatones produci-

riacutea una intensa luz durante 20 segundos y

causariacutea quemaduras de segundo grado a

81

cualquier persona expuesta a 45 Km de

distancia

bull Onda de choque La raacutepida expansioacuten de

la bola de fuego genera una onda de cho-

que como cualquier explosioacuten pero de

una potencia muy superior ya que puede

aplastar o barrer edificios dantildeaacutendolos muy

seriamente o destruyeacutendolos por comple-

to ya que maacutes que empujar por su dura-

cioacuten lo que hace es estrujar Una bomba

de 20 megatones no dejariacutea en un radio de

20 Km maacutes que escombros soacutelo se salva-

riacutean las cimentaciones y construcciones

enterradas

bull Primera lluvia radioactiva o lluvia ra-

diactiva local una explosioacuten de 20 mega-

tones aras de suelo produciriacutea un craacuteter de

183 m de profundidad la elevada tempe-

82

ratura vaporiza todo lo que se encuentra

dentro de la bola de fuego todo se funde

con los materiales radiactivos de la fisioacuten o

fusioacuten y se eleva con el hongo para luego

precipitar en forma de finas cenizas Esto

ocurriraacute durante las 24 h siguientes a la

explosioacuten y afectaraacute a una regioacuten maacutes o

menos amplia para una misma potencia

seguacuten la climatologiacutea El fenoacutemeno se am-

pliacutea considerablemente si la detonacioacuten se

produce cerca del suelo La energiacutea 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 maacutes destructivos los deno-

minados secundarios como incendios en masa

que acabariacutean con los pocos supervivientes y ma-

tariacutean a maacutes que el pulso teacutermico y la onda de

choque

83

Ademaacutes en caso de que se lanzaran muchas

bombas nucleares sus efectos secundarios seriacutean

mucho maacutes 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 10000 mega-

tones miacutenimos para considerar un holocausto

como tal

bull El primero de estos efectos es que la ra-

dioactividad liberada en caso de holocaus-

to penetrariacutea en todos y cada uno de los

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

Mientras que en dosis altas (seguacuten la espe-

cie) produciriacutea la muerte en otras maacutes ba-

jas los efectos seriacutean de lo maacutes variados

(mutaciones esterilidad)

bull El segundo seriacutea que los materiales im-

pulsados por las detonaciones se elevariacutean

hasta la troposfera donde ocultariacutean la luz

84

del sol durante meses o antildeos haciendo ba-

jar la temperatura de la tierra y alterando la

fotosiacutentesis de los vegetales y el plancton

marino seriacutea el famoso invierno nuclear

Ademaacutes estos materiales radiactivos iriacutean

cayendo durante meses o antildeos convirtieacuten-

dose en una lluvia radiactiva global que

auacuten con menos dosis radiactiva que una

lluvia provocada por una bomba seriacutea

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

antildeos Ese 5 de energiacutea liberada por la

lluvia radiactividad en una bomba es poco

pero en los 10000 megatones de un holo-

causto suponen ya 500 megatones que iraacuten

estallando durante miles de antildeos des-

pueacutes de la cataacutestrofe

85

bull El tercero seriacutea una reduccioacuten en la capa

de ozono producida por el oacutexido de nitroacute-

geno generado por las bolas de fuego de

modo que la radiacioacuten solar que llegase a

la tierra seriacutea mortal Un 70 del ozono

desapareceriacutea en el hemisferio norte y un

40 en el sur siendo necesarios treinta

antildeos para recuperar su estado normal

86

Ejercicios 12

MODELO DE RESOLUCIOacuteN

La distribucioacuten de los electrones de un aacutetomo

en sus niveles y subniveles se puede representar en

forma abreviada de la siguiente manera

a) Un coeficiente que indica el nuacutemero del nivel

de energiacutea (n)

b) Una letra que corresponde al subnivel

c) Un supraiacutendice que sentildeala el nuacutemero de elec-

trones que hay en el subnivel

1H = 1s1

3Li = 1s2 2s1

En razoacuten del entrecruzamiento de subniveles

el orden en que se van completando los subniveles

por energiacutea creciente es el siguiente

87

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

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

5d 6p 7s 5f 6d

7p

Para visualizar la distribucioacuten de los electrones

en orbitales se puede representar cada orbital por

un pequentildeo cuadrado dividido por una diagonal

y cada electroacuten mediante una flecha

Entonces el orbital puede estar

Vaciacuteo incompleto completo

(1 electroacuten) (2 electrones)

En caso del orbital completo las flechas tienen

sentido contrario para indicar que los electrones

presentan spin contrario

El llenado de los orbitales por los electrones

se realiza a partir de los niveles y subniveles en

88

orden creciente de energiacutea Cada nuevo electroacuten se

incorpora a un orbital vaciacuteo

De ese modo los elementos quedan represen-

tados asiacute

1H =

1s

3Li =

1s 2s

7N =

1s 2s 2p

89

Ejercicios 121

1) Un aacutetomo de foacutesforo tiene 15 protones y 16

neutrones Indicaacute cuaacutel es su

a) nuacutemero atoacutemico (Z) b) nuacutemero

de masa (A)

2) Un aacutetomo de potasio tiene Z =19 y A = 39

Indicaacute su nuacutemero de

a) protones b) electrones

c) neutrones

3) Completaacute los datos que faltan en el siguiente

cuadro

90

ELE-

MEN-

TO

NUacute-

MERO

ATOacute-

MICO

NUacute-

MERO

DE

MASA

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) Sentildealaacute el nombre y siacutembolo de los elementos

cuyas configuraciones electroacutenicas 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) Escribiacute la configuracioacuten electroacutenica de los

siguientes elementos

91

a) Na2311 = c) O16

8 =

b) Cl3517 = d) C12

6 =

6) De acuerdo con la siguiente representacioacuten de

los electrones en orbitales indicaacute a queacute ele-

mentos corresponden

a)

b)

c)

d)

7) Representaacute la distribucioacuten de los electrones en

orbitales de los elementos

a) 7N= c) 18Ar =

b) 15AI = d) 19K =

92

Hoja de respuestas121

1) a) 15 b) 31 2) a) 19 b) 19 c) 20

3)

ELE-

MEN-

TO

NUacuteME-

RO

ATOacute-

MICO

NUacute-

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)Argoacuten Ar

d)Escandio Sc

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

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)middot

94

Ejercicios 1211

Modelo de resolucioacuten

El nuacutemero de oxidacioacuten se asigna seguacuten las si-

guientes reglas

1) El nuacutemero de oxidacioacuten de los elementos en la

sustancia simple es cero

Ejemplo Cu0 02Cl

2) El nuacutemero de oxidacioacuten del oxiacutegeno es 2

excepto en las sustancias como el agua oxige-

nada Ejemplo H2

2Ominus

3) El nuacutemero de oxidacioacuten del hidroacutegeno es +1

excepto en las sustancias donde estaacute combina-

do con los metales Ejemplo 1

H+

2O

4) El nuacutemero de oxidacioacuten de un ion monoatoacute-

mico es igual a la carga del ion Ejemplo Ca2-

Cl-

95

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

braica de los nuacutemeros de oxidacioacuten de todos

los aacutetomos debe ser cero Ejemplo 1

H+

2

2Ominus

there42(+1) + (-2) = 0

6) En los iones que tienen maacutes de un aacutetomo la

suma algebraica de los nuacutemeros de oxidacioacuten

de todos los aacutetomos es igual a la carga del ion

El nuacutemero de oxidacioacuten se escribe colocando primero el signo y luego el nuacutemero

Ejemplo el nuacutemero de oxidacioacuten del aluminio es +3

1) Calculaacute los nuacutemeros de oxidacioacuten en la moleacute-

cula de dioacutexido de azufre (SO2)

Datos SO2 nuacutemero de oxidacioacuten del O2

es 2

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de S

Resolucioacuten Cada aacutetomo de oxiacutegeno tiene

nuacutemero de oxidacioacuten 2 por lo tanto el nuacute-

mero de oxidacioacuten del azufre es +4 porque

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

96

2) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten del azufre en

el aacutecido sulfuacuterico (H2SO4)

Datos H2SO2 nuacutemero de oxidacioacuten del

O2 es 2 nuacutemero de oxidacioacuten de H es -1

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de S

Resolucioacuten Se debe cumplir que la suma al-gebraica de todos los nuacutemeros de oxidacioacuten sea cero

4(-2) + 21 + x = 0

-8 + 2 + x = 0

x = 6

Respuesta el nuacutemero de oxidacioacuten del azufre

en el aacutecido sulfuacuterico es +6

3) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten del nitroacutegeno

en el nitrato de sodio (NaNO3)

Datos NaNO3 nuacutemero de oxidacioacuten del

O2 es 2

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de N

97

Resolucioacuten El nuacutemero de oxidacioacuten del

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

ga eleacutectrica positiva

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

1 6 + x = 0

x = 5

Respuesta el nuacutemero de oxidacioacuten del nitroacute-

geno en el nitrato de sodio es +5

4) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten del azufre en

el ion sulfato (S 24Ominus )

Datos S 24Ominus nuacutemero de oxidacioacuten del O2

es 2

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de S

Resolucioacuten La suma de los nuacutemeros de

oxidacioacuten es igual a 2 porque el ion sulfato

tiene dos cargas negativas (2-)

x + 4(-2) = -2

x 8 = -2

x = 6

98

Respuesta El nuacutemero de oxidacioacuten del azu-

fre en el ion sulfato es +6

99

Ejercicios 1212

1) Dibujaacute los siacutembolos de Lewis para los aacutetomos

de

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

2) iquestCoacutemo adquiere la distribucioacuten electroacutenica del

ineacutertido maacutes cercano cada uno de los siguien-

tes aacutetomos

a) K b)

F c)

S d) Mg e)

Br

3) Escribiacute las ecuaciones ioacutenicas la foacutermula elec-

troacutenica y la foacutermula miacutenima del compuesto

ioacutenico formado por

a) K y Br (bromuro de potasio)

b) Ca y O (oacutexido de calcio)

4) Marcaacute con una X las propiedades correspon-

dientes a las sustancias que presentan uniones

ioacutenicas

100

a) Son soacutelidas y tienen bajo punto de fusioacuten ( )

b) Conducen la corriente eleacutectrica fundidas o di-

sueltas en agua ( )

c) Tienen brillo metaacutelico ( )

d) Forman cristales duros y quebradizos solubles

en agua ( )

e) No conducen la corriente eleacutectrica ( )

5) Explicaacute coacutemo se unen dos aacutetomos de bromo

para formar la moleacutecula Br2 y escribiacute su

foacutermula electroacutenica y su foacutermula desarrollada

6) La foacutermula del monoacutexido de dicloro es Cl2O

a) Indicaacute queacute tipo de unioacuten existe entre el cloro y

el oxiacutegeno

b) Escribiacute su foacutermula electroacutenica y su foacutermula

desarrollada

7) El azufre y el oxiacutegeno forman dos oacutexidos

importantes el dioacutexido de azufre (SO2) y el

101

trioacutexido de azufre (SO3) Para el trioacutexido de

azufre

a) Indicaacute queacute tipo de unioacuten existe entre el azufre

y los tres aacutetomos de oxiacutegeno

b) Escribiacute la foacutermula electroacutenica

c) Escribiacute la foacutermula desarrollada

8) Marcaacute 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

liacutequidas o soacutelidas ( )

c) Son duacutectiles y maleables ( )

d) No forman moleacuteculas son agregados de

iones ( )

e) No son buenas conductoras de la corriente

eleacutectrica ( )

102

9) Coloque en el pareacutentesis UCP si la unioacuten es

covalente polar y UCNP si es covalento no

polar en cada una de las siguientes sustancias

a) cloruro de hidroacutegeno HCl ( )

b) Hidroacutegeno H2 ( )

c) yodo l2 ( )

10) Escribiacute la foacutermula electroacutenica y la foacutermula

desarrollada de cada una de las sustancias

mencionadas en el ejercicio 9

11) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten

a) del azufre (S)en el dioacutexido de azufre (SO2) en

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

sodio (Na2S)

b) del nitroacutegeno (N) en el dioacutexido de nitroacutegeno

(NO2) en el aacutecido niacutetrico (HNO3) y en el ni-

trato de potasio (KNO3)

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

can en el concepto de unioacuten metaacutelica

103

a) Tienen bajo punto de fusioacuten y de

ebullicioacuten ( )

b) Tienen brillo metaacutelico ( )

c) Conducen la corriente eleacutectrica sin

alterarse ( )

d) En estado soacutelido son malos conductores de la

corriente eleacutectrica ( )

e) Forman hilos y laacuteminas delgadas ( )

104

Hoja de respuestas 1212

1) a) He b) Al c)

Si d)

Ar e)

N

2) a) cede un electroacuten d) cede electrones c)

gana dos electrones b) y e) gana un electroacuten

3) a) Ecuaciones ioacutenicas

K K1+ + 1 e

Br + 1 e Br1-

K1+ + Br- KBr

Foacutermula electroacutenica K1+minus

1

Br

Foacutermula miacutenima KBr

b) Ecuaciones ioacutenicas

Ca Ca 2+ + 2 e

O + 2 e O2-

Ca2+ + O2- CaO

Foacutermula electroacutenica Ca2+ minus

2

O

105

Foacutermula miacutenima CaO

4) b y d

5) se unen compartiendo un par de electrones

6) a) unioacuten covalente

b) foacutermula electroacutenica

Cl

O

Cl

foacutermula desarrollada Cl O Cl

7) a) una unioacuten covalente doble entre el azufre y

uno de los aacutetomos de oxiacutegeno dos uniones cova-

lentes coordinadas con los otros dos aacutetomos de

oxiacutegeno

b) Foacutermula electroacutenica

Foacutermula desarrollada

106

8) a b y e

9) a) UCP y c) UCNP

10) Foacutermula electroacutenica Foacutermula desarrollada

a) H

Cl H Cl

b) HH H H

c)

I

I l I

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

12) b c y e

  • RADIACTIVIDAD
    • IacuteNDICE
      • 1 RADIACTIVIDAD NATURAL
      • 2 RELACIOacuteN ENTRE LA LEY DE LAVOISIER Y LA DE EINSTEIN
      • 3 INTERACCIONES ENTRE AacuteTOMOS Y ONDAS
      • 4 PODER DE PENETRACIOacuteN DE LA RADIACIOacuteN
      • 5 VIDA MEDIA
      • 6 RADIACTIVIDAD ARTIFICIAL
      • 7 USOS DE LOS RADIOISOacuteTOPOS
      • 8 MEDICINA NUCLEAR
      • 9 FECHADO POR MEDIO DE RADIOISOacuteTOPOS
      • 10 PLANTAS DE ENERGIacuteA NUCLEAR
      • 11 BOMBA ATOacuteMICA
      • 12 EFECTOS DE UNA EXPLOSIOacuteN NUCLEAR
        • Ejercicios 12
        • Ejercicios 121
        • Hoja de respuestas121
        • Ejercicios 1211
        • Ejercicios 1212
        • Hoja de respuestas 1212

9

camente carece de masa sale despedido (el nuacutecleo

que se produce tiene el mismo nuacutemero de masa

que el nuacutecleo original) En la figura se muestra un

segundo ejemplo de desintegracioacuten beta

El tercer tipo de radiactividad se llama desin-

tegracioacuten gamma (γ) En este tipo de emisioacuten no

intervienen partiacuteculas soacutelo se emite energiacutea La

emisioacuten gamma acompantildear la emisioacuten de partiacutecu-

las alfa o beta

En la tabla que sigue se resumen los tipos

principales de desintegracioacuten radiactiva y los cam-

bios nucleares correspondientes

10

Tipo

De

Radia-

cioacuten

Coacutedi-

go

Nordm Nu-

cleonesCarga

Cam-

bios Nordm

Nucleo-

nes

Cambio

Nordm Atoacute-

mico

ALFA α 4 2+ Dismi-

nuye 4

Disminu-

ye 2

BETA β 0 1- NingunoAumenta

1

GAM-

MA γ 0 0 Ninguno Ninguno

11

2 RELACIOacuteN ENTRE LA LEY DE LAVOISIER Y LA DE EINSTEIN

Cuando hervimos agua por mucho

tiempo eacutesta desaparece

Cuando mezclamos dos sustancias

miscibles pareciera que una de las

dos oculta a la otra

Cuando se produces reaccioacuten nuclea-

res iquestpodemos aplicar las mismas

consideraciones

La ley de Lavoisier maacutes conocida como Ley

de Conservacioacuten de la Masa plantea que en las

12

reacciones quiacutemicas la materia no se crea ni se

destruye sino que solo cambia la naturaleza de las

sustancias Pero si pensamos un papel quemaacuten-

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 la

forma correcta de enunciar la ley de Lavoisier es

La masa total de

un sistema cerrado se

mantiene constante

independientemente

de los cambios fiacutesicos

o quiacutemicos que en eacutel

se produzcan

Hay que remarcar que la ley se cumple para un

sistema cerrado

13

A comienzos del siglo XX se ha demostrado

que durante las espectaculares reacciones de fu-

sioacuten nuclear que ocurren en el sol y otras estrellas

se destruyen cantidades de materia apareciendo

en su lugar enormes cantidades de energiacutea Esto

sucede tambieacuten en las explosiones atoacutemicas y pro-

cesos similares En estos cambios extraordinarios

se puede medir la destruccioacuten de materia A sus

expensas se crea energiacutea Estos dos elementos

materia y energiacutea se pueden relacionar a traveacutes de

una relacioacuten descubierta por Einstein

mcE sdot= 2

Donde E y m representan los cambios de

energiacutea y de masa respectivamente durante la

transformacioacuten y c es la velocidad de la luz(3108

ms)

14

De esta manera la desaparicioacuten de un gramo

de materia daraacute origen a 91020ergios o 91013 jou-

les Esta energiacutea liberada es suficiente como para

calentar 2105 toneladas de agua de 0ordmC a 100ordmC

Materia y energiacutea pueden interconvertirse En

los procesos quiacutemicos la cantidad de materia que

se transforma en energiacutea es tan pequentildea que resul-

ta imposible medir con los instrumentos actuales

la variacioacuten de masa correspondiente

15

3 INTERACCIONES ENTRE AacuteTOMOS Y ONDAS

Sabemos que la energiacutea se transforma en

materia y viceversa

Pero iquestsabemos si pueden interactuar en-

tre si

Para responder a esta duda recorreremos una parte de la historia del conocimiento del aacutetomo

16

Definicioacuten La partiacutecula de un cuerpo

simple maacutes pequentildea capaz de entrar en las re-

acciones quiacutemicas

1803 Dalton propone que la materia se di-

vidiacutea en elementos y compuesto Los elemen-

tos constituidos por aacutetomos y los compuestos

por moleacuteculas

Siglo XIX se piensa que los aacutetomos son

divisibles se componen de varias partiacuteculas

1897 Thomson descubre el electroacuten antildeos

despueacutes Nagaoka propone que los electrones

giran en oacuterbitas alrededor de una partiacutecula po-

sitiva

En 1911 Rutherford descubre el nuacutecleo

atoacutemico con su experimento de la laacutemina de

oro

17

Alrededor de 1920 Borh propone que los

electrones giran alrededor del nuacutecleo en oacuterbi-

tas circulares donde cada oacuterbita corresponde a

un nivel de energiacutea diferente

Antildeos maacutes tarde De Broglie postula el

principio de dualidad en donde el electroacuten se

comporta como una onda y partiacutecula Como

consecuencia solo se puede encontrar al elec-

troacuten en un aacuterea determinada llamada nivel de

energiacutea ya que no se puede conocer la veloci-

dad y posicioacuten al mismo tiempo( a este fenoacute-

meno se lo denomina principio de incerti-

dumbre de Heisenberg) Esto produce el desa-

rrollo de la mecaacutenica cuaacutentica

Radiactividad

En 1896 Becquerel descubre una propiedad

nueva de la materia a la que posteriormente Marie

Curie llamoacute Radiactividad

18

La radiactividad no depende de la naturaleza

fiacutesica o quiacutemica del aacutetomo sino que es una propie-

dad del nuacutecleoLa causa que los origina probable-

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

tiacuteculas que se encuentran en el nuacutecleo

En general los nuacutecleos de aacutetomos pesados

presentan cierta inestabilidad para lo cual emiten

radiacioacuten para alcanzar estados de equilibrio

Dichas radiaciones podemos dividirlas en

Desintegraciones alfa desintegraciones beta y

desintegraciones gamma

Desintegraciones alfa Cuando el nuacutecleo

atoacutemico es inestable a causa del gran nuacutemero

de protones que posee (ocurre en los elemen-

tos maacutes pesados es decir con Z = 83 o supe-

rior) la estabilidad es alcanzada con frecuen-

cia emitiendo una partiacutecula alfa es decir un

19

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

tones y dos neutrones

Desintegraciones beta Cuando la rela-

cioacuten de neutrones protones en un nuacutecleo

atoacutemico es elevada el nuacutecleo se estabiliza emi-

tiendo un neutroacuten o bien como ocurre con

frecuencia emitiendo una partiacutecula beta es

decir un electroacuten

Desintegraciones gamma Los rayos

gamma son ondas electromagneacuteticas de gran

energiacutea muy parecidos a los rayos X y en cier-

tas ocasiones se presentan cuando ocurre una

desintegracioacuten de partiacuteculas beta o bien una

emisioacuten de positrones Por lo tanto la radia-

cioacuten gamma no posee carga eleacutectrica y su na-

turaleza ondulatoria permite describir su ener-

giacutea en relacioacuten a su frecuencia de emisioacuten

20

INTERACCIOacuteN DE LAS RADIACIONES CON LA

MATERIA

La radiacioacuten al chocar con las moleacuteculas que

encuentra a su paso produce iones esto se debe a

que excita los electrones de los aacutetomos de las mo-

leacuteculas es decir les entrega energiacutea para que pasen

a oacuterbitas superiores

bull Radiaciones alfa (α) compuesta por dos

protones y dos neutrones de bajo poder

de penetracioacuten y alta capacidad de ioniza-

cioacuten Se mueve en liacutenea recta debido a su

gran cantidad de masa

21

bull Radiaciones beta (β) formada por elec-

trones de carga negativa su masa es pe-

quentildea por lo tanto es propensa a cambiar

de trayectoria bajo poder de penetracioacuten y

bajo poder de ionizacioacuten Al acercarse a un

nuacutecleo se frena la energiacutea que pierde en el

frenado la libera como rayos X Si una par-

tiacutecula beta choca con un positroacuten (electroacuten

negativo) se aniquila y emite un rayo

gamma

bull Radiaciones gamma (γ) son las de ma-

yor energiacutea no tiene carga eleacutectrica por lo

22

tanto no desviacutean sus trayectorias frente a

campos eleacutectricos tienen un alto poder de

penetracioacuten y un alto poder de ionizacioacuten

Pueden llegar a extraer electrones de los

aacutetomos los cuales a su vez ionizan otras

moleacuteculas

Neutrones no poseen carga eleacutectrica tienen

un alto poder de penetracioacuten Al chocar contra un

aacutetomo ceden parte de su energiacutea y se frenan Los

neutrones de baja velocidad se denominan neu-

trones teacutermicos los cuales se descomponen en un

electroacuten y un protoacuten o pueden ser absorbidos por

otros nuacutecleos atoacutemicos

23

4 PODER DE PENETRACIOacuteN DE LA RADIACIOacuteN

La radiacioacuten es uno de los efectos

maacutes peligrosos de la energiacutea nuclear

No todas las partiacuteculas emitidas

tienen la misma posibilidad de atrave-

sar los elementos

Los materiales radiactivos pueden ser peligro-

sos porque la radiacioacuten que se emite puede dantildear

los tejidos vivos La capacidad para inflingir dantildeos

depende en parte del poder de la radiacioacuten para

penetrar en los tejidos

24

En condiciones de igualdad por lo demaacutes

cuanto mayor es la masa de una partiacutecula menor

es su poder de penetracioacuten Las partiacuteculas alfa

que son nuacutecleos de helio con una masa de 4 uma

constituyen el menos penetrante de los tres tipos

principales de radiactividadLas partiacuteculas beta

ideacutenticas a los electrones cuya masa es insignifi-

cante son un poco maacutes penetrantes Los rayos

gamma como los rayos X carecen totalmente de

masa su poder de penetracioacuten es mucho mayor

que el de los otros dos tipos

Puede parecer contrario al sentido comuacuten

pensar que las partiacuteculas maacutes grandes se abren

camino con maacutes dificultad Consideraacute sin embar-

go que el poder de penetracioacuten refleja la capaci-

dad de la radiacioacuten para abrirse camino a traveacutes

de una muestra de materia Es como si trataras de

hacer rodar piedras por un campo de grandes ro-

cas La partiacutecula alfa se comporta como si fuese

una roca grande Debido a su tamantildeo no puede

25

avanzar mucho sin chocarse con otras rocas y ser

detenida por ellas La partiacutecula beta se comporta

como una piedra pequentildea que puede introducirse

entre las rocas y quizaacute hasta rebotar en ellas hasta

completar un recorrido maacutes largo El rayo gamma

es comparable a un grano de arena capaz de pasar

por las aberturas maacutes pequentildeas

Al principio de esta explicacioacuten dijimos que si

todo lo demaacutes es igual asiacute es como funcionan las

cosas Pero lo demaacutes no siempre es igual Cuanto

maacutes raacutepido se mueve una partiacutecula o maacutes energiacutea

tiene la radiacioacuten mayor es su poder de penetra-

cioacuten

Si la sustancia radiactiva estaacute afuera del cuer-

po las partiacuteculas alfa de poco poder de penetra-

cioacuten son las menos peligrosas pues las detiene la

capa externa de la piel Tambieacuten las partiacuteculas beta

se detienen normalmente antes de alcanzar oacuterga-

nos vitales Los rayos gamma atraviesan sin difi-

26

cultad los tejidos asiacute que una fuente externa de los

mismos puede ser muy peligrosa En cambio

cuando la fuente radiactiva estaacute adentro del cuerpo

la situacioacuten se invierte Las partiacuteculas alfa que no

penetran pueden causar graves dantildeos Todas estas

partiacuteculas estaacuten atrapadas en el interior del cuerpo

el cual tiene entonces la posibilidad de absorber

toda la energiacutea que libera la partiacutecula Las partiacutecu-

las alfa infligen el dantildeo en un aacuterea muy pequentildea

porque no se desplazan muy lejos Las partiacuteculas

beta distribuyen el dantildeo en un aacuterea algo mayor

porque recorren distancias mayores Los tejidos se

pueden recuperar de un dantildeo limitado disperso en

un aacuterea grande pero es menos probable que so-

brevivan a una lesioacuten concentrada

Las personas que trabajan con materiales ra-

diactivos disponen de diversas formas de prote-

gerse contra ellos La maacutes simple consiste en ale-

jarse de la fuente porque la intensidad de la radia-

cioacuten disminuye con la distancia respecto a la fuen-

27

te Los trabajadores se pueden proteger tambieacuten

por medio de blindajes Una hoja de papel detiene

casi todas las partiacuteculas alfa Un bloque de madera

o una laacutemina delgada de aluminio detiene las par-

tiacuteculas beta

Pero se necesitan varios metros de concreto o

varios centiacutemetros de plomo para detener los ra-

yos gamma

28

5 VIDA MEDIA

Cuando hablamos de aacutetomos individuales

estamos trabajando con elementos que

apenas imaginamos

Para entender lo que pasa con la radia-

cioacuten debemos referirnos a un grupo maacutes

grande de partiacuteculas y trabajar con pro-

medios

Hasta aquiacute hemos estudiado la radiactividad en

relacioacuten con los aacutetomos individuales En el labora-

torio nos ocupamos en general con nuacutemeros muy

grandes de aacutetomos mucho mayores que el nuacuteme-

29

ro de habitantes de la tierra Si pudieacutesemos ver el

nuacutecleo de un aacutetomo individual podriacuteamos ver si

sufre o no desintegracioacuten radiactiva examinando

su composicioacuten Ciertas combinaciones de proto-

nes y neutrones son inestables Sin embargo lo

que no podriacuteamos determinar es cuando el aacutetomo

va a sufrir un cambio La radiactividad es un pro-

ceso aleatorio independiente en general de las

influencias externas

Cuando tenemos un nuacutemero grande de aacuteto-

mos el proceso de desintegracioacuten radiactiva se

hace maacutes predecible Podemos medir la vida me-

dia que es una propiedad caracteriacutestica de cada

radioisoacutetopo La vida media de un isoacutetopo radiac-

tivo es el periacuteodo durante el cual la mitad del nuacute-

mero original de aacutetomos sufre desintegracioacuten ra-

diactiva para formar un nuevo elemento Por

ejemplo supone que tuvieacutesemos 16 billones de

aacutetomos de tritio el isoacutetopo radiactivo de hidroacutege-

no La vida media del tritio es de 123 antildeos Esto

significa que al cabo de 123 antildeos se habraacuten desin-

30

tegrado 8 billones de aacutetomos de tritio y quedaraacuten

8 billones de aacutetomos Al cabo de otros 123 antildeos

se habraacute desintegrado la mitad de los 8 billones de

aacutetomos restantes Por tanto al cabo de dos vidas

medias quedaraacute una cuarta parte del nuacutemero ori-

ginal de aacutetomos de tritio Asiacute pues dos vidas me-

dias no hacen una entera

Podemos calcular la fraccioacuten restante del isoacute-

topo original al cabo de un nuacutemero dado de vidas

medias por medio de la relacioacuten

FRACCIOacuteN RESTANTE N21

=

Donde n es el nuacutemero de vidas medias trans-

curridas

31

6 RADIACTIVIDAD ARTIFICIAL

La radiactividad es un fenoacutemeno na-

tural y en esas condiciones poco

aprovechable

El hombre trabajoacute mucho para con-

trolarlo y hacer de este efecto algo

uacutetil Aunque como es muy habitual

en la humanidad las implementacio-

nes destructivas tambieacuten tuvieron

gran desarrollo

32

TRANSMUTACIOacuteN ARTIFICIAL

Las formas de radiactividad que se presentan

en la Naturaleza Se pueden inducir otras reaccio-

nes nucleares bombardeando nuacutecleos estables con

partiacuteculas alfa neutrones u otras partiacuteculas sub-

atoacutemicas Estas partiacuteculas si tienen suficiente

energiacutea penetran los nuacutecleos que antes eran esta-

bles e inducen alguna forma de emisioacuten radiacti-

va Al igual que la radiactividad natural este tipo

de cambio nuclear produce una transmutacioacuten un

elemento se transforma en otro Debido a que el

cambio no se habriacutea producido de manera natural

el proceso se conoce como transmutacioacuten artifi-

cial

Pocos antildeos despueacutes de su famoso experimen-

to de la laminilla de oro (bombardeo con radiacioacuten

alfa una lamina de oro y detectoacute en una lamina de

sulfuro de zinc la radiacioacuten emergente) Ernest

Rutherford estudioacute el bombardeo de diversos

elementos ligeros con partiacuteculas alfa Un experi-

33

mento de este tipo en el cual Rutherford bom-

bardeoacute nitroacutegeno dio por resultado la produccioacuten

de protones

N147 + He4

2 O178 + H1

1

(Recordaacute que el nuacutecleo de hidroacutegeno es un protoacuten

por eso usamos el siacutembolo alternativo H11 para el pro-

toacuten)

Observaacute que la suma de los nuacutemeros de nu-

cleones de la izquierda es igual a la suma de los

nuacutemeros de nucleones de la derecha Tambieacuten los

nuacutemeros atoacutemicos estaacuten balanceados

Rutherford habiacutea postulado en 1914 la exis-

tencia de protones en los nuacutecleos Un experimen-

to publicado en 1919 proporcionoacute la primera

comprobacioacuten empiacuterica de la existencia de estas

partiacuteculas fundamentales Ya antes Eugen Golds-

tein habiacutea producido protones en sus experimen-

34

tos con tubos de descarga en gas Goldstein obtu-

vo estas partiacuteculas a partir del hidroacutegeno gaseoso

contenido en el tubo por separacioacuten de un elec-

troacuten del aacutetomo de hidroacutegeno La trascendencia del

experimento de Rutherford consistioacute en que ob-

tuvo protones del nuacutecleo de un aacutetomo que no era

de hidroacutegeno con lo cual establecioacute la naturaleza

de los protones como partiacuteculas fundamentales Al

hablar de partiacuteculas fundamentales nos referimos a

las unidades baacutesicas a partir de las cuales se pue-

den formar estructuras maacutes complicadas (como el

nuacutecleo de nitroacutegeno) El experimento de Ruther-

ford constituyoacute la primera reaccioacuten nuclear indu-

cida

Durante la deacutecada de 1920 se llevaron a cabo

muchas transmutaciones artificiales En la deacutecada

de 1930 una de estas reacciones condujo al descu-

brimiento de otra partiacutecula fundamental En 1932

James Chadwick bombardeoacute berilio con partiacuteculas

alfa

35

Be94 + He4

2 C126 + n1

0 Entre los productos se encontraba el neutroacuten

RADIACTIVIDAD INDUCIDA

Las primeras reacciones nucleares produjeron

isoacutetopos que ya se conociacutean por estar presentes en

la Naturaleza Esto fue quizaacute fortuito porque era

inevitable que tarde o temprano se produjese un

nuacutecleo estable Iregravene Curie (hija de los ganadores

del premio Nobel de 1903) y su esposo Freacutedeacuteric

Joliot estudiaban el bombardeo de aluminio con

partiacuteculas alfa Se produciacutean neutrones y quedaba

como residuo un isoacutetopo de foacutesforo

Al2713 + He4

2 P3015 + n1

0

Para sorpresa de los investigadores el blanco

seguiacutea emitiendo partiacuteculas auacuten despueacutes de inte-

rrumpido el bombardeo El isoacutetopo de foacutesforo era

radiactivo y emitiacutea partiacuteculas cuya masa era igual a

36

la del electroacuten pero cuya carga era opuesta Estas

partiacuteculas se llaman positrones La reaccioacuten que

estaban observando era la siguiente

P3015 e0

1+ + Si3014

Asiacute pues surge una vez maacutes la pregunta iquestde doacuten-

de proviene esta partiacutecula si el nuacutecleo contiene

soacutelo protones y neutrones Anteriormente expli-

camos el hecho de que surgiese una partiacutecula beta

(un electroacuten) de un nuacutecleo afirmando que un neu-

troacuten se habiacutea descompuesto en un protoacuten y un

electroacuten Quizaacute un suceso similar puede explicar la

aparicioacuten de un positroacuten Considera que un pro-

toacuten del nuacutecleo se transforma en un neutroacuten y un

positroacuten (un protoacuten es ideacutentico a un nuacutecleo de

hidroacutegeno)

H11 e0

1+ + N10

Todo queda muy bien balanceado en esta

37

ecuacioacuten Al emitirse el positroacuten el nuacutecleo radiac-

tivo original tiene de pronto un protoacuten menos y

un neutroacuten maacutes que antes Por tanto la masa del

nuacutecleo producido es la misma pero su nuacutemero

atoacutemico se ha reducido en una unidad respecto al

nuacutecleo original Por este trabajo la pareja Joliot-

Curie se hizo acreedora al premio Nobel en 1935

(la pareja Joliot-Curie adoptoacute el apellido combina-

do para perpetuar el nombre de Curie Marie y

Pierre Curie tuvieron dos hijas pero ninguacuten hijo

varoacuten

38

7 USOS DE LOS RADIOISOacuteTOPOS

Muchas de las aplicaciones de la energiacutea

de la radiacioacuten se realizan a traveacutes de los

radioisoacutetopos

Gracias a ellos y a los detectores se evitan

grandes perdidas materiales y se ahorra

grandes esfuerzos

Los cientiacuteficos que trabajan en una amplia va-

riedad de campos emplean isoacutetopos radiactivos

(radioisoacutetopos) como rastreadores en sistemas

fiacutesicos quiacutemicos y bioloacutegicos Los isoacutetopos de un

elemento determinado sea radiactivo o no se

39

comportan de manera casi ideacutentica en los proce-

sos quiacutemicos y fiacutesicos En virtud de la facilidad

para detectar los isoacutetopos radiactivos es relativa-

mente faacutecil seguir sus movimientos incluso en un

sistema complicado

Como un ejemplo sencillo consideremos el

flujo de un liacutequido por una tuberiacutea Supongamos

que hay una fuga en una tuberiacutea enterrada bajo un

piso de concreto Podriacuteamos localizar la fuga le-

vantando partes extensas del piso o bien podriacutea-

mos agregar una pequentildea cantidad de material

radiactivo al liacutequido que va hacia el drenaje y ras-

trear el flujo de liacutequido con un contador Geiger

(un instrumento que detecta la radiactividad) Una

vez localizada la fuga soacutelo habriacutea que levantar una

parte pequentildea del piso para reparar la fuga Por lo

general se emplean para este propoacutesito isoacutetopos

de vida corta que desaparecen poco tiempo des-

pueacutes de realizar su funcioacuten

Anaacutelogamente podriacuteamos rastrear la incorpo-

racioacuten de foacutesforo en una planta verde La planta se

40

alimenta con un fertilizante que contiene foacutesforo

radiactivo Un meacutetodo sencillo de deteccioacuten con-

siste en colocar la planta sobre una peliacutecula foto-

graacutefica La radiacioacuten que emiten los isoacutetopos de

foacutesforo expone la peliacutecula en gran medida como

lo hace la luz Este tipo de exposicioacuten llamado

radiografiacutea muestra la distribucioacuten del foacutesforo en

la planta

Tambieacuten se da un buen uso a los rastreadores

radiactivos en la investigacioacuten agriacutecola Estos isoacute-

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 cuaacuteles son los mejores meacutetodos para

regular los insectos La mutacioacuten intencional de

plantas por irradiacioacuten ha producido nuevas y

mejores cepas de plantas de cultivo con valor co-

mercial desde raacutebanos hasta maniacute

Los radioisoacutetopos se emplean tambieacuten para

irradiar alimentos como meacutetodo de conservacioacuten

La radiacioacuten destruye los microorganismos que

41

causan la descomposicioacuten de los alimentos Los

alimentos irradiados muestran poco cambio en

cuanto a su saber o aspecto A muchas personas

les inquietan los posibles efectos dantildeinos de las

sustancias quiacutemicas que produce la radiacioacuten pero

no hay pruebas contundentes de dantildeos causados

por alimentos irradiados en animales de laborato-

rio alimentados con ellos y tampoco se conocen

efectos adversos en seres humanos en los paiacuteses

donde la irradiacioacuten se ha utilizado por muchos

antildeos El proceso de esterilizacioacuten no deja irradia-

cioacuten residual en los alimentos

Los radioisoacutetopos han sido empleados exten-

samente en la investigacioacuten cientiacutefica baacutesica El

mecanismo de la fotosiacutentesis se dilucidoacute en gran

parte utilizando carbono 14 como rastreador Por

ejemplo para determinar coacutemo fabrican las plan-

tas el azuacutecar glucosa a partir de dioacutexido de carbo-

no y agua la planta se expone a dioacutexido de carbo-

no radiactivo El investigador identifica los com-

puestos que se forman a partir de estas materias

42

primas y el orden en el que se sintetizan y despueacutes

determina cuaacuteles compuestos se tornan radiactivos

y en queacute secuencia Con base en los dates obteni-

dos de experimentos con rastreadores los cientiacutefi-

cos determinan las rutas metaboacutelicas de plantas

animales y seres humanos

43

8 MEDICINA NUCLEAR

La medicina nuclear ha generado tra-

tamientos y terapias inimaginables

antes de su descubrimiento

En el diagnostico generoacute meacutetodos no

invasivos que evitan a los paciente

tanto sufrimientos como peacuterdidas de

tiempo

En medicina nuclear se dan dos usos distintos

a los radioisoacutetopos para fines terapeacuteuticos o para

realizar un diagnoacutestico En la terapia con radiacioacuten

se intenta tratar o curar un padecimiento por

44

medio de radiacioacuten El uso de los radioisoacutetopos

con fines de diagnoacutestico busca obtener informa-

cioacuten acerca del estado de salud del paciente

TERAPIA POR RADIACIOacuteN

El caacutencer no es una sola enfermedad sino

muchas Algunas formas de caacutencer son particu-

larmente susceptibles a la terapia por radiacioacuten La

radiacioacuten se dirige cuidadosamente hacia el tejido

canceroso y se reduce al miacutenimo la exposicioacuten de

las ceacutelulas normales Si los efectos destructivos de

la radiacioacuten consiguen matar las ceacutelulas cancero-

sas se detiene el avance del tumor maligno (Pero

los pacientes que se someten a terapia por radia-

cioacuten suelen experimentar malestares a causa del

tratamiento Naacuteusea y voacutemito son los siacutentomas

usuales del malestar por radiacioacuten Asiacute pues el

objetivo de la terapia por radiacioacuten es destruir las

ceacutelulas cancerosas antes de que se cause un dantildeo

excesivo a los tejidos sanos La radiacioacuten tiene

45

efectos maacutes letales para las ceacutelulas que se reprodu-

cen con rapidez y eacutesta es precisamente la caracte-

riacutestica de las ceacutelulas cancerosas que permite que la

terapia por radiacioacuten tenga eacutexito

USOS DIAGNOacuteSTICOS DE LOS RADIOISOacuteTOPOS

Los radioisoacutetopos se usan para fines diagnoacutes-

ticos con el propoacutesito de obtener informacioacuten

acerca del tipo o el alcance de la enfermedad El

yodo 131 radiactivo se emplea para determinar el

tamantildeo la forma y la actividad de la glaacutendula ti-

roides asiacute como para tratar caacutenceres localizados

en esta glaacutendula y para controlar una tiroides hi-

peractiva Primero el paciente toma una solucioacuten

de yoduro de potasio que contiene yodo 131 El

organismo concentra el yodo en la tiroides Se

usan dosis grandes para el tratamiento del caacutencer

de la tiroides la radiacioacuten del isoacutetopo se concentra

en las ceacutelulas cancerosas de esta glaacutendula auacuten

cuando las ceacutelulas cancerosas se hayan extendido a

46

otras partes del cuerpo Sin embargo para fines de

diagnoacutestico soacutelo se necesita una pequentildea cantidad

del radioisoacutetopo Tambieacuten 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-

poracioacuten diferencial del isoacutetopo La imagen que

se obtiene se describe como una fotoexploracioacuten

y permite determinar con precisioacuten la ubicacioacuten de

un tumor en esa regioacuten del cuerpo

El radioisoacutetopo de uso maacutes extendido en medicina

es el gadolinio 153 Este isoacutetopo se emplea para

evaluar la mineralizacioacuten de los huesos Su popu-

laridad es un indicio del gran nuacutemero de personas

principalmente mujeres que sufren de osteoporo-

sis (reduccioacuten de la cantidad de tejido oacuteseo) a me-

dida que envejecen El gadolinio 153 emite dos

radiaciones caracteriacutesticas un rayo gamma y un

rayo X Un dispositivo analizador compara estas

radiacioacuten despueacutes de que atraviesan el hueso La

47

densidad del mismo se determina con base en las

diferencias de absorcioacuten de los rayos

El tecnecio 99m se utiliza en diversos ensayos

diagnoacutesticos La letra m quiere decir metaestable

lo que significa que este isoacutetopo emite cierta ener-

giacutea para convertirse en una versioacuten maacutes estable del

mismo isoacutetopo (mismo nuacutemero atoacutemico y mismo

peso atoacutemico) La energiacutea que desprende es el

rayo gamma que permite detectar el isoacutetopo

Tcm9943 Tc99

43 + y

Observa que la desintegracioacuten del tecnecio

99m no produce partiacuteculas alfa ni beta las cuales

podriacutean causar dantildeos innecesarios al organismo

Ademaacutes el tecnecio 99m tiene una vida media cor-

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

tividad no permanece en el organismo mucho

tiempo despueacutes de que la exploracioacuten se ha com-

pletado Esta vida media tan corta obliga a planifi-

48

car cuidadosamente el uso del radioisoacutetopo De

hecho lo que se adquiere no es el isoacutetopo mismo

El tecnecio 99m se forma por desintegracioacuten del

molibdeno 99

Mo9942 Tcm99

43 + e01minus + y

Se emplea un recipiente que contiene este isoacute-

topo de molibdeno y el producto de desintegra-

cioacuten el tecnecio 99 se extrae del recipiente a

medida que se necesita

Mediante el uso de modernas tecnologiacuteas ba-

sadas en la utilizacioacuten de computadoras la tomo-

grafiacutea por emisioacuten de positrones (PET por sus

siglas en ingleacutes) permite medir los procesos dinaacute-

micos que se llevan a cabo en el organismo como

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

boliza el oxiacutegeno o la glucosa Las exploraciones

de PET se emplean actualmente para identificar

con precisioacuten el aacuterea de dantildeo cerebral que desen-

49

cadena los ataques epileacutepticos graves Antes de la

exploracioacuten se inhalan o se inyectan compuestos

que contienen isoacutetopos emisores de positrones

como el carbono 11 Antes de que el positroacuten

emitido pueda recorrer una distancia apreciable en

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

teria ordinaria abundan los electrones) y se produ-

cen dos rayos gamma

C116 B11

5 + e01+

e01+ + e0

1minus 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 simultaacuteneamente

dos rayos gamma el sistema no toma en cuenta

los rayos gamma de la radiacioacuten natural de fondo

A continuacioacuten se emplea una computadora para

calcular la ubicacioacuten dentro del cuerpo del punto

50

en el cual ocurrioacute una aniquilacioacuten del positroacuten y

el electroacuten y se genera una imagen en esa regioacuten

La tabla contiene una lista de radioisoacutetopos de

uso comuacuten en la medicina La lista es necesaria-

mente incompleta Incluso con esta exposicioacuten tan

breve puedes hacerte una idea de la importancia

que los radioisoacutetopos tienen en la medicina La

aseveracioacuten de que la ciencia nuclear ha salvado

maacutes vidas de las destruidas por las bombas atoacutemi-

cas no carece el fundamento

51

Isoacutetopo Nombre Vida me-

dia Uso

C11 Carbono 11 203m Exploraciones cere-

brales

Cr51 Cromo 51 278d Determinacioacuten

del volumen sanguiacute-

neo

Co57 Cobalto 57 270d Medicioacuten de la

incorporacioacuten de

vitamina v12

Co60 Cobalto 60 526a Terapia de caacutencer

por radiacioacuten

Gd153 Gadolinio

153

242d Determinacioacuten

de la densidad oacutesea

Ga67 Galio 67 781h Exploracioacuten en

busca de tumores

pulmonares

I131 Yodo 131 807d Terapia de la ti-

roides

Ir192 Iridio 192 74d Terapia del caacuten-

cer de mamaacute

Fe59 Hierro 59 45d Deteccioacuten de

anemia

52

P32 Foacutesforo 32 143d Deteccioacuten de

caacutencer de la piel o

tumores oculares

Pu238 Plutonio

238

86a Suministra ener-

giacutea para marcapasos

Ra226 Radio 226 1600a Terapia de caacutencer

por radiacioacuten

Se75 Selenio 75 120d Exploraciones del

paacutencreas

Na24 Sodio 24 150h Localizacioacuten de

obstrucciones en el

flujo sanguiacuteneo

Tc99 Tecnecio 99 60h Obtencioacuten de imaacute-

genes de cerebro hiacutega-

do meacutedula oacutesea rintildeoacuten o

corazoacuten

Tl201 Talio 201 73h Deteccioacuten de pro-

blemas cardiacos con la

prueba de esfuerzo en

rueda de andar

H3 Tritio 123a Determinacioacuten de

agua corporal total

Xe133 Xenoacuten133 527d Obtencioacuten de imaacute-

genes de pulmoacuten

53

9 FECHADO POR MEDIO DE RADIOISOacuteTOPOS

Una de las aplicaciones maacutes in-

creiacutebles de la quiacutemica nuclear es la po-

sibilidad de averiguar la antiguumledad de

los objetos encontrados en las investi-

gaciones arqueoloacutegicas

Se puede usar la vida media de ciertos isoacuteto-

pos para estimar la antiguumledad de rocas y artefac-

tos arqueoloacutegicos El uranio 238 se desintegra con

una vida media de 4500 millones de anos Los

productos iniciales de esta desintegracioacuten tambieacuten

son radiactivos y la descomposicioacuten continuacutea

54

hasta que se forma un isoacutetopo de plomo (plomo

206) Los quiacutemicos pueden estimar la antiguumledad

de una roca determinando las proporciones relati-

vas de uranio 238 y plomo 206 Se ha encontrado

que algunas de las rocas maacutes antiguas de la Tierra

se formaron hace entre 3000 y 4500 millones de

antildeos En las rocas lunares y en meteoritos se ha

determinado una antiguumledad maacutexima de alrededor

de 4500 millones de antildeos Asiacute pues se considera

en general que la Tierra tiene una antiguumledad de

unos 4500 millones de antildeos

FECHADO POR CARBONO 14

En el fechado de artefactos interviene por lo

general un isoacutetopo radiactivo de carbono Se for-

ma carbono 14 en las capas superiores de la at-

moacutesfera por el bombardeo que experimenta el

nitroacutegeno ordinario por parte de los neutrones de

los rayos coacutesmicos

55

N147 + n1

0 C146 + H1

1

Este proceso origina una concentracioacuten cons-

tante de carbono 14 en el CO2 terrestre Las plan-

tas y animales vivos incorporan este isoacutetopo en

sus propias ceacutelulas Sin embargo cuando estos

seres mueren se interrumpe la incorporacioacuten de

carbono 14 y el carbono 14 que hay en el orga-

nismo se desintegra (con una vida media de 5 730

antildeos) a nitroacutegeno 14

Por consiguiente basta con medir la actividad

residual de carbono 14 en un artefacto de origen

vegetal o animal para determinar su antiguumledad

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 antildeos de antiguumle-

dad es decir ha estado muerta durante un tiempo

equivalente a una vida media Anaacutelogamente un

artefacto que muestra el 25 de la actividad de

carbono 14 del material vegetal reciente tiene

56

11460 anos de antiguumledad 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 aquiacute supone que la formacioacuten del isoacutetopo

fue constante a lo largo del tiempo En realidad no

es asiacute Sin embargo aproximadamente para los

uacuteltimos 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

aacuterboles Se han construido curvas de calibracioacuten

que permiten determinar fechas consideradas co-

mo exactas

En teacuterminos generales el meacutetodo de carbono

14 es razonablemente preciso para fechar objetos

de hasta 50000 antildeos de antiguumledad La cantidad

residual del isoacutetopo en los objetos de una antiguumle-

dad mayor que esa es demasiado pequentildea para

hacer una determinacioacuten exacta

El carboacuten de las fogatas de los pueblos anti-

57

guos fechado por determinacioacuten de la actividad

de carbono 14 se usa para estimar la antiguumledad

de otros artefactos encontrados en el mismo em-

plazamiento arqueoloacutegico La teacutecnica de fechado

por carbono 14 se ha usado tambieacuten para detectar

si supuestos artefactos antiguos han sido falsifica-

dos

EL SUDARIO DE TURIacuteN

Probablemente han oiacutedo hablar del sudario de

Turiacuten Se trata de una pieza de tejido de lino muy

antigua de unos 4 metros de largo que muestra la

impresioacuten aproximada de un cuerpo humano

Desde alrededor del antildeo 1350 dC 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-

bricacioacuten del lienzo habiacutea sido cultivado en alguacuten

memento entre los anos de 1260 y 1390 dC Por

58

tanto el lienzo no podriacutea haber existido en tiem-

pos de Cristo A diferencia de los pergaminos del

Mar Muerto para los que el fechado por carbono

14 demostroacute que son registros auteacutenticos de una

civilizacioacuten que existioacute hace unos 2000 antildeos el

sudario de Turiacuten resultoacute ser falso

FECHADO POR TRITIO

El tritio que es el isoacutetopo radiactivo del

hidroacutegeno sirve tambieacuten para fechar Su vida me-

dia de 123 antildeos lo hace uacutetil para fechar objetos de

hasta 100 antildeos de antiguumledad Una aplicacioacuten inte-

resante es el fechado de aguardientes Estas bebi-

das alcohoacutelicas son muy costosas cuando han sido

antildeejadas de 10 a 50 antildeos El fechado por tritio

permite comprobar la veracidad de los anuncios

publicitarios respecto al proceso de antildeejamiento

de las variedades maacutes caras

Hay muchos otros isoacutetopos que permiten es-

timar la antiguumledad de objetos y materiales

59

Isoacutetopo Vida me-

dia

(antildeos)

Periacuteodo de

utilidad Uso

Carbono 14 5730 500 a 50000

antildeos

Carboacuten vege-

tal material

orgaacutenico

Tritio 123 1 a 100 antildeosVinos antildeeja-

dos

Potasio 40 13 x 109 Desde 10000

antildeos

Rocas corteza

terrestre y

lunar

Renio 187 43 x1010 Desde 4 x

107 antildeos Meteoritos

Ranio238 45 x109 Desde 107

antildeos

Rocas corteza

terrestre

60

10 PLANTAS DE ENERGIacuteA NUCLEAR

iquestSabeacutes de doacutende viene esa energiacutea que nosotros usamos tanto Mucha de la energiacutea eleacutectrica es

producida por plantas nucleares de to-do el mundo

La energiacutea nuclear ha dado origen a bombas

muy destructivas y a la nociva precipitacioacuten ra-

diactiva y podriacutea incluso provocar un devastador

invierno nuclear Sin embargo una cantidad mu-

cho mayor de personas han recibido beneficios de

la energiacutea nuclear que las que han sido perjudica-

das por ella El hecho es que existen muchos usos

de la energiacutea nuclear que son sumamente beneacutefi-

61

cos Ya conocemos el uso de isoacutetopos radiactivos

en el diagnoacutestico cliacutenico y en el fechado de obje-

tos de antiguumledad desconocida Otro uso paciacutefico

de la energiacutea nuclear es la generacioacuten de electri-

cidad Una gran parte de la energiacutea eleacutectrica que

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

giacutea nuclear

En la actualidad una quinta parte de toda la

electricidad que se produce en Estados Unidos

proviene de plantas de energiacutea nuclear En Euro-

pa la dependencia respecto a la energiacutea nuclear

para la produccioacuten de electricidad es auacuten mayor

En Francia por ejemplo maacutes del 70 de la ener-

giacutea eleacutectrica del paiacutes proviene de plantas nuclea-

res

No es sorprendente que una reaccioacuten que

desprende tanta energiacutea como lo hace la fisioacuten

nuclear se use como fuente de energiacutea para gene-

rar electricidad En las plantas de energiacutea nuclear

se usa el calor obtenido de una reaccioacuten de fisioacuten

62

en cadena controlada para producir vapor de

agua que mueve las turbinas generadoras de elec-

tricidad El combustible nuclear es normalmente

oacutexido de uranio U3O8 enriquecido hasta alrede-

dor de 3 de uranio 235

La energiacutea nuclear es mucho maacutes limpia que la

que se obtiene quemando combustibles foacutesiles

(carboacuten petroacuteleo y gas) no produce cenizas finas

ni holliacuten no forma dioacutexido de carbono que con-

tribuye al efecto de invernadero y al calentamiento

global y no contamina el aire con oacutexidos de azu-

fre y de nitroacutegeno que dan origen a la lluvia aacutecida

Por otra parte emite grandes cantidades de calor

residual en el ambiente y lo que es mucho maacutes

serio produce muchos residuos radiactivos La

eliminacioacuten de todos estos materiales radiactivos

de desecho es uno de los problemas constantes

que se tienen en relacioacuten con las plantas de energiacutea

nuclear

63

11 BOMBA ATOacuteMICA

Todos sabemos los desastres que pue-

den causar la detonacioacuten de una bomba

nuclear

Aquiacute presentamos la explicacioacuten teoacuterica

y coacutemo se pone en praacutectica

COacuteMO FUNCIONA UNA BOMBA NUCLEAR EN LA

TEORIacuteA

El 16 de Julio de 1945 estalloacute la primera bomba

atoacutemica en el campo de pruebas de Trinity cerca

de aacutelamo Gordo (Nuevo Meacutejico) Desde ese pre-

64

ciso instante la historia de la humanidad ha pasado

a una nueva era la era nuclear

Nunca hasta entonces se habiacutean tenido los cono-

cimientos necesarios como para saber que la masa

puede convertirse en grandes cantidades de ener-

giacutea y coacutemo podiacutea realizarse ese proceso hasta

entonces reservado tan soacutelo a las estrellas

La famosa foacutermula de Einstein E = mc2 ha pasa-

do ya ha formar parte de la cultura popular auacuten sin

que en realidad se llegue a saber que implica

Donde E es energiacutea m masa y c la velocidad de la

luz (constante) En esta ecuacioacuten se expresa la

relacioacuten de equivalencia entre masa y energiacutea Por

ejemplo haciendo algunas cuentas se ve que con

un gramo de uranio si se convirtiese totalmente

en energiacutea se obtendriacutean 25 millones de Kw

Aplicado como una bomba nuclear basta decir

que para asolar Hiroshima soacutelo se convirtioacute un

65

gramo de masa (aunque toda la bomba como me-

canismo pesara cuatro toneladas) su potencia fue

de 125 kilotones es decir para igualar su potencia

seriacutean 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 combustibles

de fisioacuten Cuando en un espacio se reuacutene la sufi-

ciente cantidad de materia (denominada masa criacute-

tica) se produce una reaccioacuten en cadena espontaacute-

nea esto es el nuacutecleo de los aacutetomos del material

se divide liberando energiacutea y varios neutrones

raacutepidos que provocan que otros nuacutecleos tam-

bieacuten se dividan y liberen maacutes energiacutea y neutrones

Este proceso se denomina fisioacuten nuclear Sin em-

bargo si la densidad no es suficiente la energiacutea

liberada hace que el material se expanda y se de-

tenga el proceso Para evitar que se pare la reac-

cioacuten se recurre a una materia muy densa de por siacute

(isoacutetopos del uranio y plutonio) que ademaacutes se

comprime de manera muy raacutepida para lograr una

66

altiacutesima densidad que permite que los neutrones

raacutepidos choquen antes con otros nuacutecleos y se

produzcan antes el mayor nuacutemero 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 maacutes energiacutea Para una

explosioacuten de 100 kilotones son necesarias 58 ge-

neraciones las 7 uacuteltimas generan el 999 de la

energiacutea en periodo cortiacutesimo de tiempo Tambieacuten

puede liberarse energiacutea con la fusioacuten en este pro-

ceso los nuacutecleos se unen en vez de separarse pero

se requieren altiacutesimas temperaturas (del orden de

millones de grados) para que este proceso se lleve

a cabo Para esta reaccioacuten se usan aacutetomos ligeros

(maacutes faacuteciles de unir) generalmente hidroacutegeno o

sus isoacutetopos (deuterio y tritio) Para unir dos aacuteto-

mos basta con hacerlos chocar Los protones de

cada aacutetomo 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

67

fusioacuten deben comprimirse fuertemente los nuacute-

cleos y una vez hecho soacutelo podraacuten continuar uni-

dos si pierden un equivalente de la energiacutea que les

hizo apretarse En el caso de usar deuterio y tritio

se libera violentamente un neutroacuten Esta energiacutea

liberada es la que forma una bomba de fusioacuten

tambieacuten denominada bomba H

COMO FUNCIONA UNA BOMBA ATO-MICA EN LA PRACTICA

Sea cual fuere el sistema de funcionamiento de

una bomba nuclear (fusioacuten o fisioacuten) una cantidad

de masa se convierte en energiacutea la potencia soacutelo

depende de la capacidad de la ingenieriacutea para con-

vertir maacutes masa antes de que la reaccioacuten disperse

las moleacuteculas en teoriacutea la potencia es por tanto

ilimitada

Una bomba nuclear consiste baacutesicamente en una

esfera hueca de plutonio que no es lo suficiente-

68

mente densa como para producir una reaccioacuten 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 explosioacuten se disparan los detonado-

res que hacen que el material explosivo estalle de

la manera lo maacutes regular posible para que enviacutee

una onda de choque esfeacuterica hacia el plutonio

Cuando eacutesta impacta contra eacutel lo comprime y re-

duce su volumen empujaacutendolo hacia el centro de

la esfera hasta que alcanza una densidad suficiente

(supercriacutetica) y se dispara el iniciador de neutrones

para comenzar la reaccioacuten en cadena que da lugar

a la explosioacuten nuclear

Las bombas termonucleares de fusioacuten o H nece-

sitan de una gran temperatura para que se puedan

unir los nuacutecleos esto se consigue en el interior de

una explosioacuten de fisioacuten que es el comienzo de

toda bomba H

69

Una vez acabada la reaccioacuten de fusioacuten nos encon-

traremos con una esfera expandida con una tem-

peratura de millones de grados en la que existen

los productos de la fusioacuten (litio e isoacutetopos del

hidroacutegeno) Tal es su velocidad que pueden fun-

dirse unos con otros dando lugar a la reaccioacuten de

fusioacuten Esta reaccioacuten genera maacutes energiacutea que la

anterior y libera gran cantidad de partiacuteculas nu-

cleares pero no es una reaccioacuten en cadena ya que

el propio calor que genera hace que las partiacuteculas

se separen y se expandan en forma de una esfera

de plasma con una temperatura que tan soacutelo expe-

rimenta el universo de manera natural en las estre-

llas En nuestro sol por ejemplo ocurren la fusioacuten

nuclear de hidroacutegeno y helio Pero antes de que la

reaccioacuten se extinga los neutrones generados por

las detonaciones anteriores provocan de nuevo

una reaccioacuten de fusioacuten sobre una camisa de U-

238 pero esta vez mucho mayor que las anterio-

res La potencia de una bomba termonuclear care-

ce de liacutemite una bomba como la de Hiroshima de

70

125 kilotones (un kilotoacuten equivale a 1000 tonela-

das de TNT) se considera dentro de los arsenales

modernos como pequentildea siendo las de un mega-

toacuten (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 la

Segunda Guerra Mundial

Para la construccioacuten de una bomba nuclear nor-

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

primero no forma parte de la reaccioacuten nuclear

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

nera espontaacutenea emitiendo neutrones que son

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

duzca de manera accidental la reaccioacuten en cadena

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

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

cioacuten 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

71

reactores nucleares a partir del U-238

La desintegracioacuten del uranio en la reaccioacuten en

cadena se produce de manera espontaacutenea para una

masa de 50 Kg si eacuteste elemento es puro El pluto-

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

da reaccioacuten en cadena de modo que se mezcla de

berilo y polonio dando como resultado un pro-

ducto que aunque no es fisionable por si solo una

pequentildea cantidad actuacutea como catalizador para las

grandes reacciones Asiacute bastan 16 Kg de PU-239

para obtener la masa supercriacutetica y 10 Kg si se

mezcla con U-238

El U-235 es muy difiacutecil de extraer por encontrarse

en la naturaleza muy mezclado con otros com-

puestos Asiacute por cada 25000 toneladas de mineral

de uranio bruto soacutelo se obtienen 50 toneladas de

uranio del que el 993 es U-235 y el resto el

rariacutesimo isoacutetopo U-238 ambos soacutelo se pueden

separar de manera mecaacutenica gracias a la leviacutesima

72

diferencia de peso entre ambos Asiacute el uranio se

mezcla en forma gaseosa con fluor (hexafluoriacutedri-

co) que es impulsado a baja presioacuten hacieacutendolo

pasar por unas caacutemaras que aumentan la concen-

tracioacuten de uranio sensiblemente tras cientos de

pasadas Para una central nuclear la pureza ha de

ser del 2 y para una bomba (teoacutericamente) el

95

Para separar el isoacutetopo se recurre a la centrifuga-

cioacuten del gas siendo el maacutes pesado U-238 despedi-

do hacia el exterior con maacutes fuerza Para obtener

otra vez el uranio separado del gas se recurre a la

separacioacuten magneacutetica

MECANISMOS QUE SUELEN COMPONER UNA

BOMBA NUCLEAR

Los mecanismos que suelen componer una bom-

ba nuclear son los siguientes

73

ALTIacuteMETRO No suele usarse el baromeacutetrico

por verse afectado por las condiciones atmosfeacuteri-

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 seguacuten el tiempo transcu-

rrido en el recorrido puede saberse la altura sin

necesidad de complicar maacutes el sistema para dar

una precisioacuten que en realidad no es importante (2

o 3 m de diferencia no son apreciables maacutes que

en minibombas bastante menores que las de

Hiroshima) siendo la altura normal de detonacioacuten

la de 2000 m

En la praacutectica 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 electroacute-

nicamente para obtener la diferencia de ambas

que es proporcional a la altura Los pulsos suelen

emitirse 120 veces por segundo y alcanzan un

74

rango de 3000 m sobre la tierra y 6000 m sobre

el mar (la reflexioacuten es alliacute mejor) siendo su error

de hasta 15 m

CABEZA DETONADORA Como ya se dijo

estaacute compuesta de una carga explosiva muy bien

calibrada que a la orden del altiacutemetro detona

produciendo una onda de choque uniforme sobre

el elemento radioactivo comprimieacutendolo hasta

alcanzar la masa supercriacutetica

Compantildeiacuteas privadas producen camisas explosivas

que modificadas pueden ser usadas para la fabri-

cacioacuten del objeto que nos ocupa La cantidad de

presioacuten necesaria a aplicar es un secreto por razo-

nes de seguridad aunque se sabe que los explosi-

vos plaacutesticos son ideales sobre todo por su malea-

bilidad y facilidad de manejo

El detonador variacutea si es combustible es uranio o

plutonio

75

DETONADOR DE URANIO La masa total se

divide en dos partes una mayor de forma semies-

feacuterica y coacutencava que se acopla perfectamente con

la otra maacutes pequentildea Como es de suponer ambas

se encuentran separadas hasta el momento de la

detonacioacuten en el que una explosioacuten convencional

dispara la parte pequentildea que impacta contra la

mayor para lograr en un instante la masa supercriacute-

tica

DETONADOR DE PLUTONIO Necesita

una precisioacuten de ingenieriacutea mucho mayor que la

anterior ya que estaacute compuesta de 32 secciones de

plutonio-berilio-polonio todas de igual forma y

posicioacuten distribuidas conceacutentricamente El aspecto

final es parecido al de un baloacuten de fuacutetbol Todas

han de cerrarse simeacutetricamente en una diezmillo-

neacutesima de segundo para conseguir la detonacioacuten

DEFLECTOR DE NEUTRONES Suele ser

U-238 Su funcioacuten es la que ya se explicoacute evitar

76

una reaccioacuten accidental ademaacutes refleja las partiacutecu-

las de vuelta cuando se alcanza la masa supercriacuteti-

ca

ESCUDO PROTECTOR Recibe otros nom-

bres pero su funcioacuten es siempre la de proteger de

la radiacioacuten natural tanto al personal que la maneja

como a los circuitos de la bomba que pueden su-

frir cortocircuitos o puestas en funcionamiento

accidentales

SISTEMA DE ARMADO Es otro sistema maacutes

de seguridad consistente en quitar una parte im-

prescindible de la bomba para evitar detonaciones

accidentales de modo que soacutelo cuando estaacute

proacuteximo su lanzamiento se inserta esta parte Una

analogiacutea seriacutea como si al aparcar nuestro coche le

quitaacuteramos el volante o una bujiacutea asiacute estariacuteamos

seguros de que no nos lo roban porque sin estas

partes el coche no funciona

77

12 EFECTOS DE UNA EXPLOSIOacuteN NUCLEAR

Tenemos frescas en nuestra memo-

ria las imaacutegenes que nos mostroacute la

televisioacuten cuando se produjo el ac-

cidente de Chernobyl

Aquiacute explicamos todas las conse-

cuencias de una detonacioacuten 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

78

bull Radiacioacuten nuclear inicial la altiacutesima

temperatura y la elevada presioacuten que se

genera en el interior de la explosioacuten emi-

ten radiacioacuten en todas las direcciones Esta

se compone de rayos alfa beta y gamma

que son una forma de radiacioacuten electro-

magneacutetica de alta energiacutea que puede causar

la muerte sin que el individuo se de cuenta

de que ha sido irradiado Una explosioacuten de

un megatoacuten (de tamantildeo estaacutendar) matariacutea

a todo ser humano en 15 Km a la redonda

que se encontrase al aire libre

Las partiacuteculas alfa son ideacutenticas a un nuacutecleo de

helio son las que mas larga vida tienen unos mil

antildeos pero su poder de penetracioacuten 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 radiacioacuten Con 45 cm de tierra se

consigue reducir la radiacioacuten veinte veces

Las partiacuteculas beta penetran maacutes siendo suficiente

79

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

to la radiacioacuten (una pared moderna ya espesa se

compone de 1 pie de ladrillo maacutes caacutemara maacutes

aislante maacutes ladrillo hueco y yeso que suele que-

darse en los 37 cm)

Los de maacutes poder de penetracioacuten son las gamma

y por tanto los maacutes peligrosos ya son los que se

introducen en los refugios nucleares auacuten con

grandes espesores de hormigoacuten La uacutenica protec-

cioacuten eficaz es la de interponer grandes masas de

material mejor cuanto maacutes denso siendo el ideal

el plomo ya que pasa por los materiales como la

luz por una tela si esta es maacutes densa mayor canti-

dad de chocaraacute con ella y no la traspasaraacute Para

reducir la dosis a un veinteavo se precisan 30 cm

de hormigoacuten armado

bull Pulso electromagneacutetico La intensa acti-

vidad de los rayos gamma genera mediante

induccioacuten una corriente de alto voltaje so-

80

bre antenas viacuteas feacuterreas tuberiacuteas que des-

truye todas las instalaciones eleacutectricas de

una amplia zona si la explosioacuten se efectuacutea

a gran altura Una detonacioacuten de muchos

kilotones a 200 km sobre Omaha (Ne-

brasca) destruiriacutea todos los circuitos eleacutec-

tricos integrados de toda Norteameacuterica y

parte de Meacutejico y Canadaacute Ante el riesgo

de una detonacioacuten nuclear es conveniente

alejarse de liacuteneas eleacutectricas y viacutea feacuterreas ya

que la corriente inducida puede electrocu-

tarnos

bull Pulso teacutermico al expandirse la bola de

fuego el aire circundante absorbe energiacutea

en forma de rayos X y la irradia en forma

de una luz cegadora y un intensiacutesimo ca-

lor Una bomba de 20 Megatones produci-

riacutea una intensa luz durante 20 segundos y

causariacutea quemaduras de segundo grado a

81

cualquier persona expuesta a 45 Km de

distancia

bull Onda de choque La raacutepida expansioacuten de

la bola de fuego genera una onda de cho-

que como cualquier explosioacuten pero de

una potencia muy superior ya que puede

aplastar o barrer edificios dantildeaacutendolos muy

seriamente o destruyeacutendolos por comple-

to ya que maacutes que empujar por su dura-

cioacuten lo que hace es estrujar Una bomba

de 20 megatones no dejariacutea en un radio de

20 Km maacutes que escombros soacutelo se salva-

riacutean las cimentaciones y construcciones

enterradas

bull Primera lluvia radioactiva o lluvia ra-

diactiva local una explosioacuten de 20 mega-

tones aras de suelo produciriacutea un craacuteter de

183 m de profundidad la elevada tempe-

82

ratura vaporiza todo lo que se encuentra

dentro de la bola de fuego todo se funde

con los materiales radiactivos de la fisioacuten o

fusioacuten y se eleva con el hongo para luego

precipitar en forma de finas cenizas Esto

ocurriraacute durante las 24 h siguientes a la

explosioacuten y afectaraacute a una regioacuten maacutes o

menos amplia para una misma potencia

seguacuten la climatologiacutea El fenoacutemeno se am-

pliacutea considerablemente si la detonacioacuten se

produce cerca del suelo La energiacutea 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 maacutes destructivos los deno-

minados secundarios como incendios en masa

que acabariacutean con los pocos supervivientes y ma-

tariacutean a maacutes que el pulso teacutermico y la onda de

choque

83

Ademaacutes en caso de que se lanzaran muchas

bombas nucleares sus efectos secundarios seriacutean

mucho maacutes 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 10000 mega-

tones miacutenimos para considerar un holocausto

como tal

bull El primero de estos efectos es que la ra-

dioactividad liberada en caso de holocaus-

to penetrariacutea en todos y cada uno de los

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

Mientras que en dosis altas (seguacuten la espe-

cie) produciriacutea la muerte en otras maacutes ba-

jas los efectos seriacutean de lo maacutes variados

(mutaciones esterilidad)

bull El segundo seriacutea que los materiales im-

pulsados por las detonaciones se elevariacutean

hasta la troposfera donde ocultariacutean la luz

84

del sol durante meses o antildeos haciendo ba-

jar la temperatura de la tierra y alterando la

fotosiacutentesis de los vegetales y el plancton

marino seriacutea el famoso invierno nuclear

Ademaacutes estos materiales radiactivos iriacutean

cayendo durante meses o antildeos convirtieacuten-

dose en una lluvia radiactiva global que

auacuten con menos dosis radiactiva que una

lluvia provocada por una bomba seriacutea

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

antildeos Ese 5 de energiacutea liberada por la

lluvia radiactividad en una bomba es poco

pero en los 10000 megatones de un holo-

causto suponen ya 500 megatones que iraacuten

estallando durante miles de antildeos des-

pueacutes de la cataacutestrofe

85

bull El tercero seriacutea una reduccioacuten en la capa

de ozono producida por el oacutexido de nitroacute-

geno generado por las bolas de fuego de

modo que la radiacioacuten solar que llegase a

la tierra seriacutea mortal Un 70 del ozono

desapareceriacutea en el hemisferio norte y un

40 en el sur siendo necesarios treinta

antildeos para recuperar su estado normal

86

Ejercicios 12

MODELO DE RESOLUCIOacuteN

La distribucioacuten de los electrones de un aacutetomo

en sus niveles y subniveles se puede representar en

forma abreviada de la siguiente manera

a) Un coeficiente que indica el nuacutemero del nivel

de energiacutea (n)

b) Una letra que corresponde al subnivel

c) Un supraiacutendice que sentildeala el nuacutemero de elec-

trones que hay en el subnivel

1H = 1s1

3Li = 1s2 2s1

En razoacuten del entrecruzamiento de subniveles

el orden en que se van completando los subniveles

por energiacutea creciente es el siguiente

87

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

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

5d 6p 7s 5f 6d

7p

Para visualizar la distribucioacuten de los electrones

en orbitales se puede representar cada orbital por

un pequentildeo cuadrado dividido por una diagonal

y cada electroacuten mediante una flecha

Entonces el orbital puede estar

Vaciacuteo incompleto completo

(1 electroacuten) (2 electrones)

En caso del orbital completo las flechas tienen

sentido contrario para indicar que los electrones

presentan spin contrario

El llenado de los orbitales por los electrones

se realiza a partir de los niveles y subniveles en

88

orden creciente de energiacutea Cada nuevo electroacuten se

incorpora a un orbital vaciacuteo

De ese modo los elementos quedan represen-

tados asiacute

1H =

1s

3Li =

1s 2s

7N =

1s 2s 2p

89

Ejercicios 121

1) Un aacutetomo de foacutesforo tiene 15 protones y 16

neutrones Indicaacute cuaacutel es su

a) nuacutemero atoacutemico (Z) b) nuacutemero

de masa (A)

2) Un aacutetomo de potasio tiene Z =19 y A = 39

Indicaacute su nuacutemero de

a) protones b) electrones

c) neutrones

3) Completaacute los datos que faltan en el siguiente

cuadro

90

ELE-

MEN-

TO

NUacute-

MERO

ATOacute-

MICO

NUacute-

MERO

DE

MASA

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) Sentildealaacute el nombre y siacutembolo de los elementos

cuyas configuraciones electroacutenicas 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) Escribiacute la configuracioacuten electroacutenica de los

siguientes elementos

91

a) Na2311 = c) O16

8 =

b) Cl3517 = d) C12

6 =

6) De acuerdo con la siguiente representacioacuten de

los electrones en orbitales indicaacute a queacute ele-

mentos corresponden

a)

b)

c)

d)

7) Representaacute la distribucioacuten de los electrones en

orbitales de los elementos

a) 7N= c) 18Ar =

b) 15AI = d) 19K =

92

Hoja de respuestas121

1) a) 15 b) 31 2) a) 19 b) 19 c) 20

3)

ELE-

MEN-

TO

NUacuteME-

RO

ATOacute-

MICO

NUacute-

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)Argoacuten Ar

d)Escandio Sc

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

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)middot

94

Ejercicios 1211

Modelo de resolucioacuten

El nuacutemero de oxidacioacuten se asigna seguacuten las si-

guientes reglas

1) El nuacutemero de oxidacioacuten de los elementos en la

sustancia simple es cero

Ejemplo Cu0 02Cl

2) El nuacutemero de oxidacioacuten del oxiacutegeno es 2

excepto en las sustancias como el agua oxige-

nada Ejemplo H2

2Ominus

3) El nuacutemero de oxidacioacuten del hidroacutegeno es +1

excepto en las sustancias donde estaacute combina-

do con los metales Ejemplo 1

H+

2O

4) El nuacutemero de oxidacioacuten de un ion monoatoacute-

mico es igual a la carga del ion Ejemplo Ca2-

Cl-

95

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

braica de los nuacutemeros de oxidacioacuten de todos

los aacutetomos debe ser cero Ejemplo 1

H+

2

2Ominus

there42(+1) + (-2) = 0

6) En los iones que tienen maacutes de un aacutetomo la

suma algebraica de los nuacutemeros de oxidacioacuten

de todos los aacutetomos es igual a la carga del ion

El nuacutemero de oxidacioacuten se escribe colocando primero el signo y luego el nuacutemero

Ejemplo el nuacutemero de oxidacioacuten del aluminio es +3

1) Calculaacute los nuacutemeros de oxidacioacuten en la moleacute-

cula de dioacutexido de azufre (SO2)

Datos SO2 nuacutemero de oxidacioacuten del O2

es 2

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de S

Resolucioacuten Cada aacutetomo de oxiacutegeno tiene

nuacutemero de oxidacioacuten 2 por lo tanto el nuacute-

mero de oxidacioacuten del azufre es +4 porque

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

96

2) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten del azufre en

el aacutecido sulfuacuterico (H2SO4)

Datos H2SO2 nuacutemero de oxidacioacuten del

O2 es 2 nuacutemero de oxidacioacuten de H es -1

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de S

Resolucioacuten Se debe cumplir que la suma al-gebraica de todos los nuacutemeros de oxidacioacuten sea cero

4(-2) + 21 + x = 0

-8 + 2 + x = 0

x = 6

Respuesta el nuacutemero de oxidacioacuten del azufre

en el aacutecido sulfuacuterico es +6

3) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten del nitroacutegeno

en el nitrato de sodio (NaNO3)

Datos NaNO3 nuacutemero de oxidacioacuten del

O2 es 2

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de N

97

Resolucioacuten El nuacutemero de oxidacioacuten del

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

ga eleacutectrica positiva

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

1 6 + x = 0

x = 5

Respuesta el nuacutemero de oxidacioacuten del nitroacute-

geno en el nitrato de sodio es +5

4) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten del azufre en

el ion sulfato (S 24Ominus )

Datos S 24Ominus nuacutemero de oxidacioacuten del O2

es 2

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de S

Resolucioacuten La suma de los nuacutemeros de

oxidacioacuten es igual a 2 porque el ion sulfato

tiene dos cargas negativas (2-)

x + 4(-2) = -2

x 8 = -2

x = 6

98

Respuesta El nuacutemero de oxidacioacuten del azu-

fre en el ion sulfato es +6

99

Ejercicios 1212

1) Dibujaacute los siacutembolos de Lewis para los aacutetomos

de

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

2) iquestCoacutemo adquiere la distribucioacuten electroacutenica del

ineacutertido maacutes cercano cada uno de los siguien-

tes aacutetomos

a) K b)

F c)

S d) Mg e)

Br

3) Escribiacute las ecuaciones ioacutenicas la foacutermula elec-

troacutenica y la foacutermula miacutenima del compuesto

ioacutenico formado por

a) K y Br (bromuro de potasio)

b) Ca y O (oacutexido de calcio)

4) Marcaacute con una X las propiedades correspon-

dientes a las sustancias que presentan uniones

ioacutenicas

100

a) Son soacutelidas y tienen bajo punto de fusioacuten ( )

b) Conducen la corriente eleacutectrica fundidas o di-

sueltas en agua ( )

c) Tienen brillo metaacutelico ( )

d) Forman cristales duros y quebradizos solubles

en agua ( )

e) No conducen la corriente eleacutectrica ( )

5) Explicaacute coacutemo se unen dos aacutetomos de bromo

para formar la moleacutecula Br2 y escribiacute su

foacutermula electroacutenica y su foacutermula desarrollada

6) La foacutermula del monoacutexido de dicloro es Cl2O

a) Indicaacute queacute tipo de unioacuten existe entre el cloro y

el oxiacutegeno

b) Escribiacute su foacutermula electroacutenica y su foacutermula

desarrollada

7) El azufre y el oxiacutegeno forman dos oacutexidos

importantes el dioacutexido de azufre (SO2) y el

101

trioacutexido de azufre (SO3) Para el trioacutexido de

azufre

a) Indicaacute queacute tipo de unioacuten existe entre el azufre

y los tres aacutetomos de oxiacutegeno

b) Escribiacute la foacutermula electroacutenica

c) Escribiacute la foacutermula desarrollada

8) Marcaacute 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

liacutequidas o soacutelidas ( )

c) Son duacutectiles y maleables ( )

d) No forman moleacuteculas son agregados de

iones ( )

e) No son buenas conductoras de la corriente

eleacutectrica ( )

102

9) Coloque en el pareacutentesis UCP si la unioacuten es

covalente polar y UCNP si es covalento no

polar en cada una de las siguientes sustancias

a) cloruro de hidroacutegeno HCl ( )

b) Hidroacutegeno H2 ( )

c) yodo l2 ( )

10) Escribiacute la foacutermula electroacutenica y la foacutermula

desarrollada de cada una de las sustancias

mencionadas en el ejercicio 9

11) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten

a) del azufre (S)en el dioacutexido de azufre (SO2) en

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

sodio (Na2S)

b) del nitroacutegeno (N) en el dioacutexido de nitroacutegeno

(NO2) en el aacutecido niacutetrico (HNO3) y en el ni-

trato de potasio (KNO3)

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

can en el concepto de unioacuten metaacutelica

103

a) Tienen bajo punto de fusioacuten y de

ebullicioacuten ( )

b) Tienen brillo metaacutelico ( )

c) Conducen la corriente eleacutectrica sin

alterarse ( )

d) En estado soacutelido son malos conductores de la

corriente eleacutectrica ( )

e) Forman hilos y laacuteminas delgadas ( )

104

Hoja de respuestas 1212

1) a) He b) Al c)

Si d)

Ar e)

N

2) a) cede un electroacuten d) cede electrones c)

gana dos electrones b) y e) gana un electroacuten

3) a) Ecuaciones ioacutenicas

K K1+ + 1 e

Br + 1 e Br1-

K1+ + Br- KBr

Foacutermula electroacutenica K1+minus

1

Br

Foacutermula miacutenima KBr

b) Ecuaciones ioacutenicas

Ca Ca 2+ + 2 e

O + 2 e O2-

Ca2+ + O2- CaO

Foacutermula electroacutenica Ca2+ minus

2

O

105

Foacutermula miacutenima CaO

4) b y d

5) se unen compartiendo un par de electrones

6) a) unioacuten covalente

b) foacutermula electroacutenica

Cl

O

Cl

foacutermula desarrollada Cl O Cl

7) a) una unioacuten covalente doble entre el azufre y

uno de los aacutetomos de oxiacutegeno dos uniones cova-

lentes coordinadas con los otros dos aacutetomos de

oxiacutegeno

b) Foacutermula electroacutenica

Foacutermula desarrollada

106

8) a b y e

9) a) UCP y c) UCNP

10) Foacutermula electroacutenica Foacutermula desarrollada

a) H

Cl H Cl

b) HH H H

c)

I

I l I

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

12) b c y e

  • RADIACTIVIDAD
    • IacuteNDICE
      • 1 RADIACTIVIDAD NATURAL
      • 2 RELACIOacuteN ENTRE LA LEY DE LAVOISIER Y LA DE EINSTEIN
      • 3 INTERACCIONES ENTRE AacuteTOMOS Y ONDAS
      • 4 PODER DE PENETRACIOacuteN DE LA RADIACIOacuteN
      • 5 VIDA MEDIA
      • 6 RADIACTIVIDAD ARTIFICIAL
      • 7 USOS DE LOS RADIOISOacuteTOPOS
      • 8 MEDICINA NUCLEAR
      • 9 FECHADO POR MEDIO DE RADIOISOacuteTOPOS
      • 10 PLANTAS DE ENERGIacuteA NUCLEAR
      • 11 BOMBA ATOacuteMICA
      • 12 EFECTOS DE UNA EXPLOSIOacuteN NUCLEAR
        • Ejercicios 12
        • Ejercicios 121
        • Hoja de respuestas121
        • Ejercicios 1211
        • Ejercicios 1212
        • Hoja de respuestas 1212

10

Tipo

De

Radia-

cioacuten

Coacutedi-

go

Nordm Nu-

cleonesCarga

Cam-

bios Nordm

Nucleo-

nes

Cambio

Nordm Atoacute-

mico

ALFA α 4 2+ Dismi-

nuye 4

Disminu-

ye 2

BETA β 0 1- NingunoAumenta

1

GAM-

MA γ 0 0 Ninguno Ninguno

11

2 RELACIOacuteN ENTRE LA LEY DE LAVOISIER Y LA DE EINSTEIN

Cuando hervimos agua por mucho

tiempo eacutesta desaparece

Cuando mezclamos dos sustancias

miscibles pareciera que una de las

dos oculta a la otra

Cuando se produces reaccioacuten nuclea-

res iquestpodemos aplicar las mismas

consideraciones

La ley de Lavoisier maacutes conocida como Ley

de Conservacioacuten de la Masa plantea que en las

12

reacciones quiacutemicas la materia no se crea ni se

destruye sino que solo cambia la naturaleza de las

sustancias Pero si pensamos un papel quemaacuten-

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 la

forma correcta de enunciar la ley de Lavoisier es

La masa total de

un sistema cerrado se

mantiene constante

independientemente

de los cambios fiacutesicos

o quiacutemicos que en eacutel

se produzcan

Hay que remarcar que la ley se cumple para un

sistema cerrado

13

A comienzos del siglo XX se ha demostrado

que durante las espectaculares reacciones de fu-

sioacuten nuclear que ocurren en el sol y otras estrellas

se destruyen cantidades de materia apareciendo

en su lugar enormes cantidades de energiacutea Esto

sucede tambieacuten en las explosiones atoacutemicas y pro-

cesos similares En estos cambios extraordinarios

se puede medir la destruccioacuten de materia A sus

expensas se crea energiacutea Estos dos elementos

materia y energiacutea se pueden relacionar a traveacutes de

una relacioacuten descubierta por Einstein

mcE sdot= 2

Donde E y m representan los cambios de

energiacutea y de masa respectivamente durante la

transformacioacuten y c es la velocidad de la luz(3108

ms)

14

De esta manera la desaparicioacuten de un gramo

de materia daraacute origen a 91020ergios o 91013 jou-

les Esta energiacutea liberada es suficiente como para

calentar 2105 toneladas de agua de 0ordmC a 100ordmC

Materia y energiacutea pueden interconvertirse En

los procesos quiacutemicos la cantidad de materia que

se transforma en energiacutea es tan pequentildea que resul-

ta imposible medir con los instrumentos actuales

la variacioacuten de masa correspondiente

15

3 INTERACCIONES ENTRE AacuteTOMOS Y ONDAS

Sabemos que la energiacutea se transforma en

materia y viceversa

Pero iquestsabemos si pueden interactuar en-

tre si

Para responder a esta duda recorreremos una parte de la historia del conocimiento del aacutetomo

16

Definicioacuten La partiacutecula de un cuerpo

simple maacutes pequentildea capaz de entrar en las re-

acciones quiacutemicas

1803 Dalton propone que la materia se di-

vidiacutea en elementos y compuesto Los elemen-

tos constituidos por aacutetomos y los compuestos

por moleacuteculas

Siglo XIX se piensa que los aacutetomos son

divisibles se componen de varias partiacuteculas

1897 Thomson descubre el electroacuten antildeos

despueacutes Nagaoka propone que los electrones

giran en oacuterbitas alrededor de una partiacutecula po-

sitiva

En 1911 Rutherford descubre el nuacutecleo

atoacutemico con su experimento de la laacutemina de

oro

17

Alrededor de 1920 Borh propone que los

electrones giran alrededor del nuacutecleo en oacuterbi-

tas circulares donde cada oacuterbita corresponde a

un nivel de energiacutea diferente

Antildeos maacutes tarde De Broglie postula el

principio de dualidad en donde el electroacuten se

comporta como una onda y partiacutecula Como

consecuencia solo se puede encontrar al elec-

troacuten en un aacuterea determinada llamada nivel de

energiacutea ya que no se puede conocer la veloci-

dad y posicioacuten al mismo tiempo( a este fenoacute-

meno se lo denomina principio de incerti-

dumbre de Heisenberg) Esto produce el desa-

rrollo de la mecaacutenica cuaacutentica

Radiactividad

En 1896 Becquerel descubre una propiedad

nueva de la materia a la que posteriormente Marie

Curie llamoacute Radiactividad

18

La radiactividad no depende de la naturaleza

fiacutesica o quiacutemica del aacutetomo sino que es una propie-

dad del nuacutecleoLa causa que los origina probable-

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

tiacuteculas que se encuentran en el nuacutecleo

En general los nuacutecleos de aacutetomos pesados

presentan cierta inestabilidad para lo cual emiten

radiacioacuten para alcanzar estados de equilibrio

Dichas radiaciones podemos dividirlas en

Desintegraciones alfa desintegraciones beta y

desintegraciones gamma

Desintegraciones alfa Cuando el nuacutecleo

atoacutemico es inestable a causa del gran nuacutemero

de protones que posee (ocurre en los elemen-

tos maacutes pesados es decir con Z = 83 o supe-

rior) la estabilidad es alcanzada con frecuen-

cia emitiendo una partiacutecula alfa es decir un

19

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

tones y dos neutrones

Desintegraciones beta Cuando la rela-

cioacuten de neutrones protones en un nuacutecleo

atoacutemico es elevada el nuacutecleo se estabiliza emi-

tiendo un neutroacuten o bien como ocurre con

frecuencia emitiendo una partiacutecula beta es

decir un electroacuten

Desintegraciones gamma Los rayos

gamma son ondas electromagneacuteticas de gran

energiacutea muy parecidos a los rayos X y en cier-

tas ocasiones se presentan cuando ocurre una

desintegracioacuten de partiacuteculas beta o bien una

emisioacuten de positrones Por lo tanto la radia-

cioacuten gamma no posee carga eleacutectrica y su na-

turaleza ondulatoria permite describir su ener-

giacutea en relacioacuten a su frecuencia de emisioacuten

20

INTERACCIOacuteN DE LAS RADIACIONES CON LA

MATERIA

La radiacioacuten al chocar con las moleacuteculas que

encuentra a su paso produce iones esto se debe a

que excita los electrones de los aacutetomos de las mo-

leacuteculas es decir les entrega energiacutea para que pasen

a oacuterbitas superiores

bull Radiaciones alfa (α) compuesta por dos

protones y dos neutrones de bajo poder

de penetracioacuten y alta capacidad de ioniza-

cioacuten Se mueve en liacutenea recta debido a su

gran cantidad de masa

21

bull Radiaciones beta (β) formada por elec-

trones de carga negativa su masa es pe-

quentildea por lo tanto es propensa a cambiar

de trayectoria bajo poder de penetracioacuten y

bajo poder de ionizacioacuten Al acercarse a un

nuacutecleo se frena la energiacutea que pierde en el

frenado la libera como rayos X Si una par-

tiacutecula beta choca con un positroacuten (electroacuten

negativo) se aniquila y emite un rayo

gamma

bull Radiaciones gamma (γ) son las de ma-

yor energiacutea no tiene carga eleacutectrica por lo

22

tanto no desviacutean sus trayectorias frente a

campos eleacutectricos tienen un alto poder de

penetracioacuten y un alto poder de ionizacioacuten

Pueden llegar a extraer electrones de los

aacutetomos los cuales a su vez ionizan otras

moleacuteculas

Neutrones no poseen carga eleacutectrica tienen

un alto poder de penetracioacuten Al chocar contra un

aacutetomo ceden parte de su energiacutea y se frenan Los

neutrones de baja velocidad se denominan neu-

trones teacutermicos los cuales se descomponen en un

electroacuten y un protoacuten o pueden ser absorbidos por

otros nuacutecleos atoacutemicos

23

4 PODER DE PENETRACIOacuteN DE LA RADIACIOacuteN

La radiacioacuten es uno de los efectos

maacutes peligrosos de la energiacutea nuclear

No todas las partiacuteculas emitidas

tienen la misma posibilidad de atrave-

sar los elementos

Los materiales radiactivos pueden ser peligro-

sos porque la radiacioacuten que se emite puede dantildear

los tejidos vivos La capacidad para inflingir dantildeos

depende en parte del poder de la radiacioacuten para

penetrar en los tejidos

24

En condiciones de igualdad por lo demaacutes

cuanto mayor es la masa de una partiacutecula menor

es su poder de penetracioacuten Las partiacuteculas alfa

que son nuacutecleos de helio con una masa de 4 uma

constituyen el menos penetrante de los tres tipos

principales de radiactividadLas partiacuteculas beta

ideacutenticas a los electrones cuya masa es insignifi-

cante son un poco maacutes penetrantes Los rayos

gamma como los rayos X carecen totalmente de

masa su poder de penetracioacuten es mucho mayor

que el de los otros dos tipos

Puede parecer contrario al sentido comuacuten

pensar que las partiacuteculas maacutes grandes se abren

camino con maacutes dificultad Consideraacute sin embar-

go que el poder de penetracioacuten refleja la capaci-

dad de la radiacioacuten para abrirse camino a traveacutes

de una muestra de materia Es como si trataras de

hacer rodar piedras por un campo de grandes ro-

cas La partiacutecula alfa se comporta como si fuese

una roca grande Debido a su tamantildeo no puede

25

avanzar mucho sin chocarse con otras rocas y ser

detenida por ellas La partiacutecula beta se comporta

como una piedra pequentildea que puede introducirse

entre las rocas y quizaacute hasta rebotar en ellas hasta

completar un recorrido maacutes largo El rayo gamma

es comparable a un grano de arena capaz de pasar

por las aberturas maacutes pequentildeas

Al principio de esta explicacioacuten dijimos que si

todo lo demaacutes es igual asiacute es como funcionan las

cosas Pero lo demaacutes no siempre es igual Cuanto

maacutes raacutepido se mueve una partiacutecula o maacutes energiacutea

tiene la radiacioacuten mayor es su poder de penetra-

cioacuten

Si la sustancia radiactiva estaacute afuera del cuer-

po las partiacuteculas alfa de poco poder de penetra-

cioacuten son las menos peligrosas pues las detiene la

capa externa de la piel Tambieacuten las partiacuteculas beta

se detienen normalmente antes de alcanzar oacuterga-

nos vitales Los rayos gamma atraviesan sin difi-

26

cultad los tejidos asiacute que una fuente externa de los

mismos puede ser muy peligrosa En cambio

cuando la fuente radiactiva estaacute adentro del cuerpo

la situacioacuten se invierte Las partiacuteculas alfa que no

penetran pueden causar graves dantildeos Todas estas

partiacuteculas estaacuten atrapadas en el interior del cuerpo

el cual tiene entonces la posibilidad de absorber

toda la energiacutea que libera la partiacutecula Las partiacutecu-

las alfa infligen el dantildeo en un aacuterea muy pequentildea

porque no se desplazan muy lejos Las partiacuteculas

beta distribuyen el dantildeo en un aacuterea algo mayor

porque recorren distancias mayores Los tejidos se

pueden recuperar de un dantildeo limitado disperso en

un aacuterea grande pero es menos probable que so-

brevivan a una lesioacuten concentrada

Las personas que trabajan con materiales ra-

diactivos disponen de diversas formas de prote-

gerse contra ellos La maacutes simple consiste en ale-

jarse de la fuente porque la intensidad de la radia-

cioacuten disminuye con la distancia respecto a la fuen-

27

te Los trabajadores se pueden proteger tambieacuten

por medio de blindajes Una hoja de papel detiene

casi todas las partiacuteculas alfa Un bloque de madera

o una laacutemina delgada de aluminio detiene las par-

tiacuteculas beta

Pero se necesitan varios metros de concreto o

varios centiacutemetros de plomo para detener los ra-

yos gamma

28

5 VIDA MEDIA

Cuando hablamos de aacutetomos individuales

estamos trabajando con elementos que

apenas imaginamos

Para entender lo que pasa con la radia-

cioacuten debemos referirnos a un grupo maacutes

grande de partiacuteculas y trabajar con pro-

medios

Hasta aquiacute hemos estudiado la radiactividad en

relacioacuten con los aacutetomos individuales En el labora-

torio nos ocupamos en general con nuacutemeros muy

grandes de aacutetomos mucho mayores que el nuacuteme-

29

ro de habitantes de la tierra Si pudieacutesemos ver el

nuacutecleo de un aacutetomo individual podriacuteamos ver si

sufre o no desintegracioacuten radiactiva examinando

su composicioacuten Ciertas combinaciones de proto-

nes y neutrones son inestables Sin embargo lo

que no podriacuteamos determinar es cuando el aacutetomo

va a sufrir un cambio La radiactividad es un pro-

ceso aleatorio independiente en general de las

influencias externas

Cuando tenemos un nuacutemero grande de aacuteto-

mos el proceso de desintegracioacuten radiactiva se

hace maacutes predecible Podemos medir la vida me-

dia que es una propiedad caracteriacutestica de cada

radioisoacutetopo La vida media de un isoacutetopo radiac-

tivo es el periacuteodo durante el cual la mitad del nuacute-

mero original de aacutetomos sufre desintegracioacuten ra-

diactiva para formar un nuevo elemento Por

ejemplo supone que tuvieacutesemos 16 billones de

aacutetomos de tritio el isoacutetopo radiactivo de hidroacutege-

no La vida media del tritio es de 123 antildeos Esto

significa que al cabo de 123 antildeos se habraacuten desin-

30

tegrado 8 billones de aacutetomos de tritio y quedaraacuten

8 billones de aacutetomos Al cabo de otros 123 antildeos

se habraacute desintegrado la mitad de los 8 billones de

aacutetomos restantes Por tanto al cabo de dos vidas

medias quedaraacute una cuarta parte del nuacutemero ori-

ginal de aacutetomos de tritio Asiacute pues dos vidas me-

dias no hacen una entera

Podemos calcular la fraccioacuten restante del isoacute-

topo original al cabo de un nuacutemero dado de vidas

medias por medio de la relacioacuten

FRACCIOacuteN RESTANTE N21

=

Donde n es el nuacutemero de vidas medias trans-

curridas

31

6 RADIACTIVIDAD ARTIFICIAL

La radiactividad es un fenoacutemeno na-

tural y en esas condiciones poco

aprovechable

El hombre trabajoacute mucho para con-

trolarlo y hacer de este efecto algo

uacutetil Aunque como es muy habitual

en la humanidad las implementacio-

nes destructivas tambieacuten tuvieron

gran desarrollo

32

TRANSMUTACIOacuteN ARTIFICIAL

Las formas de radiactividad que se presentan

en la Naturaleza Se pueden inducir otras reaccio-

nes nucleares bombardeando nuacutecleos estables con

partiacuteculas alfa neutrones u otras partiacuteculas sub-

atoacutemicas Estas partiacuteculas si tienen suficiente

energiacutea penetran los nuacutecleos que antes eran esta-

bles e inducen alguna forma de emisioacuten radiacti-

va Al igual que la radiactividad natural este tipo

de cambio nuclear produce una transmutacioacuten un

elemento se transforma en otro Debido a que el

cambio no se habriacutea producido de manera natural

el proceso se conoce como transmutacioacuten artifi-

cial

Pocos antildeos despueacutes de su famoso experimen-

to de la laminilla de oro (bombardeo con radiacioacuten

alfa una lamina de oro y detectoacute en una lamina de

sulfuro de zinc la radiacioacuten emergente) Ernest

Rutherford estudioacute el bombardeo de diversos

elementos ligeros con partiacuteculas alfa Un experi-

33

mento de este tipo en el cual Rutherford bom-

bardeoacute nitroacutegeno dio por resultado la produccioacuten

de protones

N147 + He4

2 O178 + H1

1

(Recordaacute que el nuacutecleo de hidroacutegeno es un protoacuten

por eso usamos el siacutembolo alternativo H11 para el pro-

toacuten)

Observaacute que la suma de los nuacutemeros de nu-

cleones de la izquierda es igual a la suma de los

nuacutemeros de nucleones de la derecha Tambieacuten los

nuacutemeros atoacutemicos estaacuten balanceados

Rutherford habiacutea postulado en 1914 la exis-

tencia de protones en los nuacutecleos Un experimen-

to publicado en 1919 proporcionoacute la primera

comprobacioacuten empiacuterica de la existencia de estas

partiacuteculas fundamentales Ya antes Eugen Golds-

tein habiacutea producido protones en sus experimen-

34

tos con tubos de descarga en gas Goldstein obtu-

vo estas partiacuteculas a partir del hidroacutegeno gaseoso

contenido en el tubo por separacioacuten de un elec-

troacuten del aacutetomo de hidroacutegeno La trascendencia del

experimento de Rutherford consistioacute en que ob-

tuvo protones del nuacutecleo de un aacutetomo que no era

de hidroacutegeno con lo cual establecioacute la naturaleza

de los protones como partiacuteculas fundamentales Al

hablar de partiacuteculas fundamentales nos referimos a

las unidades baacutesicas a partir de las cuales se pue-

den formar estructuras maacutes complicadas (como el

nuacutecleo de nitroacutegeno) El experimento de Ruther-

ford constituyoacute la primera reaccioacuten nuclear indu-

cida

Durante la deacutecada de 1920 se llevaron a cabo

muchas transmutaciones artificiales En la deacutecada

de 1930 una de estas reacciones condujo al descu-

brimiento de otra partiacutecula fundamental En 1932

James Chadwick bombardeoacute berilio con partiacuteculas

alfa

35

Be94 + He4

2 C126 + n1

0 Entre los productos se encontraba el neutroacuten

RADIACTIVIDAD INDUCIDA

Las primeras reacciones nucleares produjeron

isoacutetopos que ya se conociacutean por estar presentes en

la Naturaleza Esto fue quizaacute fortuito porque era

inevitable que tarde o temprano se produjese un

nuacutecleo estable Iregravene Curie (hija de los ganadores

del premio Nobel de 1903) y su esposo Freacutedeacuteric

Joliot estudiaban el bombardeo de aluminio con

partiacuteculas alfa Se produciacutean neutrones y quedaba

como residuo un isoacutetopo de foacutesforo

Al2713 + He4

2 P3015 + n1

0

Para sorpresa de los investigadores el blanco

seguiacutea emitiendo partiacuteculas auacuten despueacutes de inte-

rrumpido el bombardeo El isoacutetopo de foacutesforo era

radiactivo y emitiacutea partiacuteculas cuya masa era igual a

36

la del electroacuten pero cuya carga era opuesta Estas

partiacuteculas se llaman positrones La reaccioacuten que

estaban observando era la siguiente

P3015 e0

1+ + Si3014

Asiacute pues surge una vez maacutes la pregunta iquestde doacuten-

de proviene esta partiacutecula si el nuacutecleo contiene

soacutelo protones y neutrones Anteriormente expli-

camos el hecho de que surgiese una partiacutecula beta

(un electroacuten) de un nuacutecleo afirmando que un neu-

troacuten se habiacutea descompuesto en un protoacuten y un

electroacuten Quizaacute un suceso similar puede explicar la

aparicioacuten de un positroacuten Considera que un pro-

toacuten del nuacutecleo se transforma en un neutroacuten y un

positroacuten (un protoacuten es ideacutentico a un nuacutecleo de

hidroacutegeno)

H11 e0

1+ + N10

Todo queda muy bien balanceado en esta

37

ecuacioacuten Al emitirse el positroacuten el nuacutecleo radiac-

tivo original tiene de pronto un protoacuten menos y

un neutroacuten maacutes que antes Por tanto la masa del

nuacutecleo producido es la misma pero su nuacutemero

atoacutemico se ha reducido en una unidad respecto al

nuacutecleo original Por este trabajo la pareja Joliot-

Curie se hizo acreedora al premio Nobel en 1935

(la pareja Joliot-Curie adoptoacute el apellido combina-

do para perpetuar el nombre de Curie Marie y

Pierre Curie tuvieron dos hijas pero ninguacuten hijo

varoacuten

38

7 USOS DE LOS RADIOISOacuteTOPOS

Muchas de las aplicaciones de la energiacutea

de la radiacioacuten se realizan a traveacutes de los

radioisoacutetopos

Gracias a ellos y a los detectores se evitan

grandes perdidas materiales y se ahorra

grandes esfuerzos

Los cientiacuteficos que trabajan en una amplia va-

riedad de campos emplean isoacutetopos radiactivos

(radioisoacutetopos) como rastreadores en sistemas

fiacutesicos quiacutemicos y bioloacutegicos Los isoacutetopos de un

elemento determinado sea radiactivo o no se

39

comportan de manera casi ideacutentica en los proce-

sos quiacutemicos y fiacutesicos En virtud de la facilidad

para detectar los isoacutetopos radiactivos es relativa-

mente faacutecil seguir sus movimientos incluso en un

sistema complicado

Como un ejemplo sencillo consideremos el

flujo de un liacutequido por una tuberiacutea Supongamos

que hay una fuga en una tuberiacutea enterrada bajo un

piso de concreto Podriacuteamos localizar la fuga le-

vantando partes extensas del piso o bien podriacutea-

mos agregar una pequentildea cantidad de material

radiactivo al liacutequido que va hacia el drenaje y ras-

trear el flujo de liacutequido con un contador Geiger

(un instrumento que detecta la radiactividad) Una

vez localizada la fuga soacutelo habriacutea que levantar una

parte pequentildea del piso para reparar la fuga Por lo

general se emplean para este propoacutesito isoacutetopos

de vida corta que desaparecen poco tiempo des-

pueacutes de realizar su funcioacuten

Anaacutelogamente podriacuteamos rastrear la incorpo-

racioacuten de foacutesforo en una planta verde La planta se

40

alimenta con un fertilizante que contiene foacutesforo

radiactivo Un meacutetodo sencillo de deteccioacuten con-

siste en colocar la planta sobre una peliacutecula foto-

graacutefica La radiacioacuten que emiten los isoacutetopos de

foacutesforo expone la peliacutecula en gran medida como

lo hace la luz Este tipo de exposicioacuten llamado

radiografiacutea muestra la distribucioacuten del foacutesforo en

la planta

Tambieacuten se da un buen uso a los rastreadores

radiactivos en la investigacioacuten agriacutecola Estos isoacute-

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 cuaacuteles son los mejores meacutetodos para

regular los insectos La mutacioacuten intencional de

plantas por irradiacioacuten ha producido nuevas y

mejores cepas de plantas de cultivo con valor co-

mercial desde raacutebanos hasta maniacute

Los radioisoacutetopos se emplean tambieacuten para

irradiar alimentos como meacutetodo de conservacioacuten

La radiacioacuten destruye los microorganismos que

41

causan la descomposicioacuten de los alimentos Los

alimentos irradiados muestran poco cambio en

cuanto a su saber o aspecto A muchas personas

les inquietan los posibles efectos dantildeinos de las

sustancias quiacutemicas que produce la radiacioacuten pero

no hay pruebas contundentes de dantildeos causados

por alimentos irradiados en animales de laborato-

rio alimentados con ellos y tampoco se conocen

efectos adversos en seres humanos en los paiacuteses

donde la irradiacioacuten se ha utilizado por muchos

antildeos El proceso de esterilizacioacuten no deja irradia-

cioacuten residual en los alimentos

Los radioisoacutetopos han sido empleados exten-

samente en la investigacioacuten cientiacutefica baacutesica El

mecanismo de la fotosiacutentesis se dilucidoacute en gran

parte utilizando carbono 14 como rastreador Por

ejemplo para determinar coacutemo fabrican las plan-

tas el azuacutecar glucosa a partir de dioacutexido de carbo-

no y agua la planta se expone a dioacutexido de carbo-

no radiactivo El investigador identifica los com-

puestos que se forman a partir de estas materias

42

primas y el orden en el que se sintetizan y despueacutes

determina cuaacuteles compuestos se tornan radiactivos

y en queacute secuencia Con base en los dates obteni-

dos de experimentos con rastreadores los cientiacutefi-

cos determinan las rutas metaboacutelicas de plantas

animales y seres humanos

43

8 MEDICINA NUCLEAR

La medicina nuclear ha generado tra-

tamientos y terapias inimaginables

antes de su descubrimiento

En el diagnostico generoacute meacutetodos no

invasivos que evitan a los paciente

tanto sufrimientos como peacuterdidas de

tiempo

En medicina nuclear se dan dos usos distintos

a los radioisoacutetopos para fines terapeacuteuticos o para

realizar un diagnoacutestico En la terapia con radiacioacuten

se intenta tratar o curar un padecimiento por

44

medio de radiacioacuten El uso de los radioisoacutetopos

con fines de diagnoacutestico busca obtener informa-

cioacuten acerca del estado de salud del paciente

TERAPIA POR RADIACIOacuteN

El caacutencer no es una sola enfermedad sino

muchas Algunas formas de caacutencer son particu-

larmente susceptibles a la terapia por radiacioacuten La

radiacioacuten se dirige cuidadosamente hacia el tejido

canceroso y se reduce al miacutenimo la exposicioacuten de

las ceacutelulas normales Si los efectos destructivos de

la radiacioacuten consiguen matar las ceacutelulas cancero-

sas se detiene el avance del tumor maligno (Pero

los pacientes que se someten a terapia por radia-

cioacuten suelen experimentar malestares a causa del

tratamiento Naacuteusea y voacutemito son los siacutentomas

usuales del malestar por radiacioacuten Asiacute pues el

objetivo de la terapia por radiacioacuten es destruir las

ceacutelulas cancerosas antes de que se cause un dantildeo

excesivo a los tejidos sanos La radiacioacuten tiene

45

efectos maacutes letales para las ceacutelulas que se reprodu-

cen con rapidez y eacutesta es precisamente la caracte-

riacutestica de las ceacutelulas cancerosas que permite que la

terapia por radiacioacuten tenga eacutexito

USOS DIAGNOacuteSTICOS DE LOS RADIOISOacuteTOPOS

Los radioisoacutetopos se usan para fines diagnoacutes-

ticos con el propoacutesito de obtener informacioacuten

acerca del tipo o el alcance de la enfermedad El

yodo 131 radiactivo se emplea para determinar el

tamantildeo la forma y la actividad de la glaacutendula ti-

roides asiacute como para tratar caacutenceres localizados

en esta glaacutendula y para controlar una tiroides hi-

peractiva Primero el paciente toma una solucioacuten

de yoduro de potasio que contiene yodo 131 El

organismo concentra el yodo en la tiroides Se

usan dosis grandes para el tratamiento del caacutencer

de la tiroides la radiacioacuten del isoacutetopo se concentra

en las ceacutelulas cancerosas de esta glaacutendula auacuten

cuando las ceacutelulas cancerosas se hayan extendido a

46

otras partes del cuerpo Sin embargo para fines de

diagnoacutestico soacutelo se necesita una pequentildea cantidad

del radioisoacutetopo Tambieacuten 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-

poracioacuten diferencial del isoacutetopo La imagen que

se obtiene se describe como una fotoexploracioacuten

y permite determinar con precisioacuten la ubicacioacuten de

un tumor en esa regioacuten del cuerpo

El radioisoacutetopo de uso maacutes extendido en medicina

es el gadolinio 153 Este isoacutetopo se emplea para

evaluar la mineralizacioacuten de los huesos Su popu-

laridad es un indicio del gran nuacutemero de personas

principalmente mujeres que sufren de osteoporo-

sis (reduccioacuten de la cantidad de tejido oacuteseo) a me-

dida que envejecen El gadolinio 153 emite dos

radiaciones caracteriacutesticas un rayo gamma y un

rayo X Un dispositivo analizador compara estas

radiacioacuten despueacutes de que atraviesan el hueso La

47

densidad del mismo se determina con base en las

diferencias de absorcioacuten de los rayos

El tecnecio 99m se utiliza en diversos ensayos

diagnoacutesticos La letra m quiere decir metaestable

lo que significa que este isoacutetopo emite cierta ener-

giacutea para convertirse en una versioacuten maacutes estable del

mismo isoacutetopo (mismo nuacutemero atoacutemico y mismo

peso atoacutemico) La energiacutea que desprende es el

rayo gamma que permite detectar el isoacutetopo

Tcm9943 Tc99

43 + y

Observa que la desintegracioacuten del tecnecio

99m no produce partiacuteculas alfa ni beta las cuales

podriacutean causar dantildeos innecesarios al organismo

Ademaacutes el tecnecio 99m tiene una vida media cor-

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

tividad no permanece en el organismo mucho

tiempo despueacutes de que la exploracioacuten se ha com-

pletado Esta vida media tan corta obliga a planifi-

48

car cuidadosamente el uso del radioisoacutetopo De

hecho lo que se adquiere no es el isoacutetopo mismo

El tecnecio 99m se forma por desintegracioacuten del

molibdeno 99

Mo9942 Tcm99

43 + e01minus + y

Se emplea un recipiente que contiene este isoacute-

topo de molibdeno y el producto de desintegra-

cioacuten el tecnecio 99 se extrae del recipiente a

medida que se necesita

Mediante el uso de modernas tecnologiacuteas ba-

sadas en la utilizacioacuten de computadoras la tomo-

grafiacutea por emisioacuten de positrones (PET por sus

siglas en ingleacutes) permite medir los procesos dinaacute-

micos que se llevan a cabo en el organismo como

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

boliza el oxiacutegeno o la glucosa Las exploraciones

de PET se emplean actualmente para identificar

con precisioacuten el aacuterea de dantildeo cerebral que desen-

49

cadena los ataques epileacutepticos graves Antes de la

exploracioacuten se inhalan o se inyectan compuestos

que contienen isoacutetopos emisores de positrones

como el carbono 11 Antes de que el positroacuten

emitido pueda recorrer una distancia apreciable en

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

teria ordinaria abundan los electrones) y se produ-

cen dos rayos gamma

C116 B11

5 + e01+

e01+ + e0

1minus 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 simultaacuteneamente

dos rayos gamma el sistema no toma en cuenta

los rayos gamma de la radiacioacuten natural de fondo

A continuacioacuten se emplea una computadora para

calcular la ubicacioacuten dentro del cuerpo del punto

50

en el cual ocurrioacute una aniquilacioacuten del positroacuten y

el electroacuten y se genera una imagen en esa regioacuten

La tabla contiene una lista de radioisoacutetopos de

uso comuacuten en la medicina La lista es necesaria-

mente incompleta Incluso con esta exposicioacuten tan

breve puedes hacerte una idea de la importancia

que los radioisoacutetopos tienen en la medicina La

aseveracioacuten de que la ciencia nuclear ha salvado

maacutes vidas de las destruidas por las bombas atoacutemi-

cas no carece el fundamento

51

Isoacutetopo Nombre Vida me-

dia Uso

C11 Carbono 11 203m Exploraciones cere-

brales

Cr51 Cromo 51 278d Determinacioacuten

del volumen sanguiacute-

neo

Co57 Cobalto 57 270d Medicioacuten de la

incorporacioacuten de

vitamina v12

Co60 Cobalto 60 526a Terapia de caacutencer

por radiacioacuten

Gd153 Gadolinio

153

242d Determinacioacuten

de la densidad oacutesea

Ga67 Galio 67 781h Exploracioacuten en

busca de tumores

pulmonares

I131 Yodo 131 807d Terapia de la ti-

roides

Ir192 Iridio 192 74d Terapia del caacuten-

cer de mamaacute

Fe59 Hierro 59 45d Deteccioacuten de

anemia

52

P32 Foacutesforo 32 143d Deteccioacuten de

caacutencer de la piel o

tumores oculares

Pu238 Plutonio

238

86a Suministra ener-

giacutea para marcapasos

Ra226 Radio 226 1600a Terapia de caacutencer

por radiacioacuten

Se75 Selenio 75 120d Exploraciones del

paacutencreas

Na24 Sodio 24 150h Localizacioacuten de

obstrucciones en el

flujo sanguiacuteneo

Tc99 Tecnecio 99 60h Obtencioacuten de imaacute-

genes de cerebro hiacutega-

do meacutedula oacutesea rintildeoacuten o

corazoacuten

Tl201 Talio 201 73h Deteccioacuten de pro-

blemas cardiacos con la

prueba de esfuerzo en

rueda de andar

H3 Tritio 123a Determinacioacuten de

agua corporal total

Xe133 Xenoacuten133 527d Obtencioacuten de imaacute-

genes de pulmoacuten

53

9 FECHADO POR MEDIO DE RADIOISOacuteTOPOS

Una de las aplicaciones maacutes in-

creiacutebles de la quiacutemica nuclear es la po-

sibilidad de averiguar la antiguumledad de

los objetos encontrados en las investi-

gaciones arqueoloacutegicas

Se puede usar la vida media de ciertos isoacuteto-

pos para estimar la antiguumledad de rocas y artefac-

tos arqueoloacutegicos El uranio 238 se desintegra con

una vida media de 4500 millones de anos Los

productos iniciales de esta desintegracioacuten tambieacuten

son radiactivos y la descomposicioacuten continuacutea

54

hasta que se forma un isoacutetopo de plomo (plomo

206) Los quiacutemicos pueden estimar la antiguumledad

de una roca determinando las proporciones relati-

vas de uranio 238 y plomo 206 Se ha encontrado

que algunas de las rocas maacutes antiguas de la Tierra

se formaron hace entre 3000 y 4500 millones de

antildeos En las rocas lunares y en meteoritos se ha

determinado una antiguumledad maacutexima de alrededor

de 4500 millones de antildeos Asiacute pues se considera

en general que la Tierra tiene una antiguumledad de

unos 4500 millones de antildeos

FECHADO POR CARBONO 14

En el fechado de artefactos interviene por lo

general un isoacutetopo radiactivo de carbono Se for-

ma carbono 14 en las capas superiores de la at-

moacutesfera por el bombardeo que experimenta el

nitroacutegeno ordinario por parte de los neutrones de

los rayos coacutesmicos

55

N147 + n1

0 C146 + H1

1

Este proceso origina una concentracioacuten cons-

tante de carbono 14 en el CO2 terrestre Las plan-

tas y animales vivos incorporan este isoacutetopo en

sus propias ceacutelulas Sin embargo cuando estos

seres mueren se interrumpe la incorporacioacuten de

carbono 14 y el carbono 14 que hay en el orga-

nismo se desintegra (con una vida media de 5 730

antildeos) a nitroacutegeno 14

Por consiguiente basta con medir la actividad

residual de carbono 14 en un artefacto de origen

vegetal o animal para determinar su antiguumledad

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 antildeos de antiguumle-

dad es decir ha estado muerta durante un tiempo

equivalente a una vida media Anaacutelogamente un

artefacto que muestra el 25 de la actividad de

carbono 14 del material vegetal reciente tiene

56

11460 anos de antiguumledad 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 aquiacute supone que la formacioacuten del isoacutetopo

fue constante a lo largo del tiempo En realidad no

es asiacute Sin embargo aproximadamente para los

uacuteltimos 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

aacuterboles Se han construido curvas de calibracioacuten

que permiten determinar fechas consideradas co-

mo exactas

En teacuterminos generales el meacutetodo de carbono

14 es razonablemente preciso para fechar objetos

de hasta 50000 antildeos de antiguumledad La cantidad

residual del isoacutetopo en los objetos de una antiguumle-

dad mayor que esa es demasiado pequentildea para

hacer una determinacioacuten exacta

El carboacuten de las fogatas de los pueblos anti-

57

guos fechado por determinacioacuten de la actividad

de carbono 14 se usa para estimar la antiguumledad

de otros artefactos encontrados en el mismo em-

plazamiento arqueoloacutegico La teacutecnica de fechado

por carbono 14 se ha usado tambieacuten para detectar

si supuestos artefactos antiguos han sido falsifica-

dos

EL SUDARIO DE TURIacuteN

Probablemente han oiacutedo hablar del sudario de

Turiacuten Se trata de una pieza de tejido de lino muy

antigua de unos 4 metros de largo que muestra la

impresioacuten aproximada de un cuerpo humano

Desde alrededor del antildeo 1350 dC 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-

bricacioacuten del lienzo habiacutea sido cultivado en alguacuten

memento entre los anos de 1260 y 1390 dC Por

58

tanto el lienzo no podriacutea haber existido en tiem-

pos de Cristo A diferencia de los pergaminos del

Mar Muerto para los que el fechado por carbono

14 demostroacute que son registros auteacutenticos de una

civilizacioacuten que existioacute hace unos 2000 antildeos el

sudario de Turiacuten resultoacute ser falso

FECHADO POR TRITIO

El tritio que es el isoacutetopo radiactivo del

hidroacutegeno sirve tambieacuten para fechar Su vida me-

dia de 123 antildeos lo hace uacutetil para fechar objetos de

hasta 100 antildeos de antiguumledad Una aplicacioacuten inte-

resante es el fechado de aguardientes Estas bebi-

das alcohoacutelicas son muy costosas cuando han sido

antildeejadas de 10 a 50 antildeos El fechado por tritio

permite comprobar la veracidad de los anuncios

publicitarios respecto al proceso de antildeejamiento

de las variedades maacutes caras

Hay muchos otros isoacutetopos que permiten es-

timar la antiguumledad de objetos y materiales

59

Isoacutetopo Vida me-

dia

(antildeos)

Periacuteodo de

utilidad Uso

Carbono 14 5730 500 a 50000

antildeos

Carboacuten vege-

tal material

orgaacutenico

Tritio 123 1 a 100 antildeosVinos antildeeja-

dos

Potasio 40 13 x 109 Desde 10000

antildeos

Rocas corteza

terrestre y

lunar

Renio 187 43 x1010 Desde 4 x

107 antildeos Meteoritos

Ranio238 45 x109 Desde 107

antildeos

Rocas corteza

terrestre

60

10 PLANTAS DE ENERGIacuteA NUCLEAR

iquestSabeacutes de doacutende viene esa energiacutea que nosotros usamos tanto Mucha de la energiacutea eleacutectrica es

producida por plantas nucleares de to-do el mundo

La energiacutea nuclear ha dado origen a bombas

muy destructivas y a la nociva precipitacioacuten ra-

diactiva y podriacutea incluso provocar un devastador

invierno nuclear Sin embargo una cantidad mu-

cho mayor de personas han recibido beneficios de

la energiacutea nuclear que las que han sido perjudica-

das por ella El hecho es que existen muchos usos

de la energiacutea nuclear que son sumamente beneacutefi-

61

cos Ya conocemos el uso de isoacutetopos radiactivos

en el diagnoacutestico cliacutenico y en el fechado de obje-

tos de antiguumledad desconocida Otro uso paciacutefico

de la energiacutea nuclear es la generacioacuten de electri-

cidad Una gran parte de la energiacutea eleacutectrica que

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

giacutea nuclear

En la actualidad una quinta parte de toda la

electricidad que se produce en Estados Unidos

proviene de plantas de energiacutea nuclear En Euro-

pa la dependencia respecto a la energiacutea nuclear

para la produccioacuten de electricidad es auacuten mayor

En Francia por ejemplo maacutes del 70 de la ener-

giacutea eleacutectrica del paiacutes proviene de plantas nuclea-

res

No es sorprendente que una reaccioacuten que

desprende tanta energiacutea como lo hace la fisioacuten

nuclear se use como fuente de energiacutea para gene-

rar electricidad En las plantas de energiacutea nuclear

se usa el calor obtenido de una reaccioacuten de fisioacuten

62

en cadena controlada para producir vapor de

agua que mueve las turbinas generadoras de elec-

tricidad El combustible nuclear es normalmente

oacutexido de uranio U3O8 enriquecido hasta alrede-

dor de 3 de uranio 235

La energiacutea nuclear es mucho maacutes limpia que la

que se obtiene quemando combustibles foacutesiles

(carboacuten petroacuteleo y gas) no produce cenizas finas

ni holliacuten no forma dioacutexido de carbono que con-

tribuye al efecto de invernadero y al calentamiento

global y no contamina el aire con oacutexidos de azu-

fre y de nitroacutegeno que dan origen a la lluvia aacutecida

Por otra parte emite grandes cantidades de calor

residual en el ambiente y lo que es mucho maacutes

serio produce muchos residuos radiactivos La

eliminacioacuten de todos estos materiales radiactivos

de desecho es uno de los problemas constantes

que se tienen en relacioacuten con las plantas de energiacutea

nuclear

63

11 BOMBA ATOacuteMICA

Todos sabemos los desastres que pue-

den causar la detonacioacuten de una bomba

nuclear

Aquiacute presentamos la explicacioacuten teoacuterica

y coacutemo se pone en praacutectica

COacuteMO FUNCIONA UNA BOMBA NUCLEAR EN LA

TEORIacuteA

El 16 de Julio de 1945 estalloacute la primera bomba

atoacutemica en el campo de pruebas de Trinity cerca

de aacutelamo Gordo (Nuevo Meacutejico) Desde ese pre-

64

ciso instante la historia de la humanidad ha pasado

a una nueva era la era nuclear

Nunca hasta entonces se habiacutean tenido los cono-

cimientos necesarios como para saber que la masa

puede convertirse en grandes cantidades de ener-

giacutea y coacutemo podiacutea realizarse ese proceso hasta

entonces reservado tan soacutelo a las estrellas

La famosa foacutermula de Einstein E = mc2 ha pasa-

do ya ha formar parte de la cultura popular auacuten sin

que en realidad se llegue a saber que implica

Donde E es energiacutea m masa y c la velocidad de la

luz (constante) En esta ecuacioacuten se expresa la

relacioacuten de equivalencia entre masa y energiacutea Por

ejemplo haciendo algunas cuentas se ve que con

un gramo de uranio si se convirtiese totalmente

en energiacutea se obtendriacutean 25 millones de Kw

Aplicado como una bomba nuclear basta decir

que para asolar Hiroshima soacutelo se convirtioacute un

65

gramo de masa (aunque toda la bomba como me-

canismo pesara cuatro toneladas) su potencia fue

de 125 kilotones es decir para igualar su potencia

seriacutean 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 combustibles

de fisioacuten Cuando en un espacio se reuacutene la sufi-

ciente cantidad de materia (denominada masa criacute-

tica) se produce una reaccioacuten en cadena espontaacute-

nea esto es el nuacutecleo de los aacutetomos del material

se divide liberando energiacutea y varios neutrones

raacutepidos que provocan que otros nuacutecleos tam-

bieacuten se dividan y liberen maacutes energiacutea y neutrones

Este proceso se denomina fisioacuten nuclear Sin em-

bargo si la densidad no es suficiente la energiacutea

liberada hace que el material se expanda y se de-

tenga el proceso Para evitar que se pare la reac-

cioacuten se recurre a una materia muy densa de por siacute

(isoacutetopos del uranio y plutonio) que ademaacutes se

comprime de manera muy raacutepida para lograr una

66

altiacutesima densidad que permite que los neutrones

raacutepidos choquen antes con otros nuacutecleos y se

produzcan antes el mayor nuacutemero 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 maacutes energiacutea Para una

explosioacuten de 100 kilotones son necesarias 58 ge-

neraciones las 7 uacuteltimas generan el 999 de la

energiacutea en periodo cortiacutesimo de tiempo Tambieacuten

puede liberarse energiacutea con la fusioacuten en este pro-

ceso los nuacutecleos se unen en vez de separarse pero

se requieren altiacutesimas temperaturas (del orden de

millones de grados) para que este proceso se lleve

a cabo Para esta reaccioacuten se usan aacutetomos ligeros

(maacutes faacuteciles de unir) generalmente hidroacutegeno o

sus isoacutetopos (deuterio y tritio) Para unir dos aacuteto-

mos basta con hacerlos chocar Los protones de

cada aacutetomo 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

67

fusioacuten deben comprimirse fuertemente los nuacute-

cleos y una vez hecho soacutelo podraacuten continuar uni-

dos si pierden un equivalente de la energiacutea que les

hizo apretarse En el caso de usar deuterio y tritio

se libera violentamente un neutroacuten Esta energiacutea

liberada es la que forma una bomba de fusioacuten

tambieacuten denominada bomba H

COMO FUNCIONA UNA BOMBA ATO-MICA EN LA PRACTICA

Sea cual fuere el sistema de funcionamiento de

una bomba nuclear (fusioacuten o fisioacuten) una cantidad

de masa se convierte en energiacutea la potencia soacutelo

depende de la capacidad de la ingenieriacutea para con-

vertir maacutes masa antes de que la reaccioacuten disperse

las moleacuteculas en teoriacutea la potencia es por tanto

ilimitada

Una bomba nuclear consiste baacutesicamente en una

esfera hueca de plutonio que no es lo suficiente-

68

mente densa como para producir una reaccioacuten 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 explosioacuten se disparan los detonado-

res que hacen que el material explosivo estalle de

la manera lo maacutes regular posible para que enviacutee

una onda de choque esfeacuterica hacia el plutonio

Cuando eacutesta impacta contra eacutel lo comprime y re-

duce su volumen empujaacutendolo hacia el centro de

la esfera hasta que alcanza una densidad suficiente

(supercriacutetica) y se dispara el iniciador de neutrones

para comenzar la reaccioacuten en cadena que da lugar

a la explosioacuten nuclear

Las bombas termonucleares de fusioacuten o H nece-

sitan de una gran temperatura para que se puedan

unir los nuacutecleos esto se consigue en el interior de

una explosioacuten de fisioacuten que es el comienzo de

toda bomba H

69

Una vez acabada la reaccioacuten de fusioacuten nos encon-

traremos con una esfera expandida con una tem-

peratura de millones de grados en la que existen

los productos de la fusioacuten (litio e isoacutetopos del

hidroacutegeno) Tal es su velocidad que pueden fun-

dirse unos con otros dando lugar a la reaccioacuten de

fusioacuten Esta reaccioacuten genera maacutes energiacutea que la

anterior y libera gran cantidad de partiacuteculas nu-

cleares pero no es una reaccioacuten en cadena ya que

el propio calor que genera hace que las partiacuteculas

se separen y se expandan en forma de una esfera

de plasma con una temperatura que tan soacutelo expe-

rimenta el universo de manera natural en las estre-

llas En nuestro sol por ejemplo ocurren la fusioacuten

nuclear de hidroacutegeno y helio Pero antes de que la

reaccioacuten se extinga los neutrones generados por

las detonaciones anteriores provocan de nuevo

una reaccioacuten de fusioacuten sobre una camisa de U-

238 pero esta vez mucho mayor que las anterio-

res La potencia de una bomba termonuclear care-

ce de liacutemite una bomba como la de Hiroshima de

70

125 kilotones (un kilotoacuten equivale a 1000 tonela-

das de TNT) se considera dentro de los arsenales

modernos como pequentildea siendo las de un mega-

toacuten (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 la

Segunda Guerra Mundial

Para la construccioacuten de una bomba nuclear nor-

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

primero no forma parte de la reaccioacuten nuclear

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

nera espontaacutenea emitiendo neutrones que son

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

duzca de manera accidental la reaccioacuten en cadena

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

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

cioacuten 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

71

reactores nucleares a partir del U-238

La desintegracioacuten del uranio en la reaccioacuten en

cadena se produce de manera espontaacutenea para una

masa de 50 Kg si eacuteste elemento es puro El pluto-

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

da reaccioacuten en cadena de modo que se mezcla de

berilo y polonio dando como resultado un pro-

ducto que aunque no es fisionable por si solo una

pequentildea cantidad actuacutea como catalizador para las

grandes reacciones Asiacute bastan 16 Kg de PU-239

para obtener la masa supercriacutetica y 10 Kg si se

mezcla con U-238

El U-235 es muy difiacutecil de extraer por encontrarse

en la naturaleza muy mezclado con otros com-

puestos Asiacute por cada 25000 toneladas de mineral

de uranio bruto soacutelo se obtienen 50 toneladas de

uranio del que el 993 es U-235 y el resto el

rariacutesimo isoacutetopo U-238 ambos soacutelo se pueden

separar de manera mecaacutenica gracias a la leviacutesima

72

diferencia de peso entre ambos Asiacute el uranio se

mezcla en forma gaseosa con fluor (hexafluoriacutedri-

co) que es impulsado a baja presioacuten hacieacutendolo

pasar por unas caacutemaras que aumentan la concen-

tracioacuten de uranio sensiblemente tras cientos de

pasadas Para una central nuclear la pureza ha de

ser del 2 y para una bomba (teoacutericamente) el

95

Para separar el isoacutetopo se recurre a la centrifuga-

cioacuten del gas siendo el maacutes pesado U-238 despedi-

do hacia el exterior con maacutes fuerza Para obtener

otra vez el uranio separado del gas se recurre a la

separacioacuten magneacutetica

MECANISMOS QUE SUELEN COMPONER UNA

BOMBA NUCLEAR

Los mecanismos que suelen componer una bom-

ba nuclear son los siguientes

73

ALTIacuteMETRO No suele usarse el baromeacutetrico

por verse afectado por las condiciones atmosfeacuteri-

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 seguacuten el tiempo transcu-

rrido en el recorrido puede saberse la altura sin

necesidad de complicar maacutes el sistema para dar

una precisioacuten que en realidad no es importante (2

o 3 m de diferencia no son apreciables maacutes que

en minibombas bastante menores que las de

Hiroshima) siendo la altura normal de detonacioacuten

la de 2000 m

En la praacutectica 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 electroacute-

nicamente para obtener la diferencia de ambas

que es proporcional a la altura Los pulsos suelen

emitirse 120 veces por segundo y alcanzan un

74

rango de 3000 m sobre la tierra y 6000 m sobre

el mar (la reflexioacuten es alliacute mejor) siendo su error

de hasta 15 m

CABEZA DETONADORA Como ya se dijo

estaacute compuesta de una carga explosiva muy bien

calibrada que a la orden del altiacutemetro detona

produciendo una onda de choque uniforme sobre

el elemento radioactivo comprimieacutendolo hasta

alcanzar la masa supercriacutetica

Compantildeiacuteas privadas producen camisas explosivas

que modificadas pueden ser usadas para la fabri-

cacioacuten del objeto que nos ocupa La cantidad de

presioacuten necesaria a aplicar es un secreto por razo-

nes de seguridad aunque se sabe que los explosi-

vos plaacutesticos son ideales sobre todo por su malea-

bilidad y facilidad de manejo

El detonador variacutea si es combustible es uranio o

plutonio

75

DETONADOR DE URANIO La masa total se

divide en dos partes una mayor de forma semies-

feacuterica y coacutencava que se acopla perfectamente con

la otra maacutes pequentildea Como es de suponer ambas

se encuentran separadas hasta el momento de la

detonacioacuten en el que una explosioacuten convencional

dispara la parte pequentildea que impacta contra la

mayor para lograr en un instante la masa supercriacute-

tica

DETONADOR DE PLUTONIO Necesita

una precisioacuten de ingenieriacutea mucho mayor que la

anterior ya que estaacute compuesta de 32 secciones de

plutonio-berilio-polonio todas de igual forma y

posicioacuten distribuidas conceacutentricamente El aspecto

final es parecido al de un baloacuten de fuacutetbol Todas

han de cerrarse simeacutetricamente en una diezmillo-

neacutesima de segundo para conseguir la detonacioacuten

DEFLECTOR DE NEUTRONES Suele ser

U-238 Su funcioacuten es la que ya se explicoacute evitar

76

una reaccioacuten accidental ademaacutes refleja las partiacutecu-

las de vuelta cuando se alcanza la masa supercriacuteti-

ca

ESCUDO PROTECTOR Recibe otros nom-

bres pero su funcioacuten es siempre la de proteger de

la radiacioacuten natural tanto al personal que la maneja

como a los circuitos de la bomba que pueden su-

frir cortocircuitos o puestas en funcionamiento

accidentales

SISTEMA DE ARMADO Es otro sistema maacutes

de seguridad consistente en quitar una parte im-

prescindible de la bomba para evitar detonaciones

accidentales de modo que soacutelo cuando estaacute

proacuteximo su lanzamiento se inserta esta parte Una

analogiacutea seriacutea como si al aparcar nuestro coche le

quitaacuteramos el volante o una bujiacutea asiacute estariacuteamos

seguros de que no nos lo roban porque sin estas

partes el coche no funciona

77

12 EFECTOS DE UNA EXPLOSIOacuteN NUCLEAR

Tenemos frescas en nuestra memo-

ria las imaacutegenes que nos mostroacute la

televisioacuten cuando se produjo el ac-

cidente de Chernobyl

Aquiacute explicamos todas las conse-

cuencias de una detonacioacuten 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

78

bull Radiacioacuten nuclear inicial la altiacutesima

temperatura y la elevada presioacuten que se

genera en el interior de la explosioacuten emi-

ten radiacioacuten en todas las direcciones Esta

se compone de rayos alfa beta y gamma

que son una forma de radiacioacuten electro-

magneacutetica de alta energiacutea que puede causar

la muerte sin que el individuo se de cuenta

de que ha sido irradiado Una explosioacuten de

un megatoacuten (de tamantildeo estaacutendar) matariacutea

a todo ser humano en 15 Km a la redonda

que se encontrase al aire libre

Las partiacuteculas alfa son ideacutenticas a un nuacutecleo de

helio son las que mas larga vida tienen unos mil

antildeos pero su poder de penetracioacuten 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 radiacioacuten Con 45 cm de tierra se

consigue reducir la radiacioacuten veinte veces

Las partiacuteculas beta penetran maacutes siendo suficiente

79

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

to la radiacioacuten (una pared moderna ya espesa se

compone de 1 pie de ladrillo maacutes caacutemara maacutes

aislante maacutes ladrillo hueco y yeso que suele que-

darse en los 37 cm)

Los de maacutes poder de penetracioacuten son las gamma

y por tanto los maacutes peligrosos ya son los que se

introducen en los refugios nucleares auacuten con

grandes espesores de hormigoacuten La uacutenica protec-

cioacuten eficaz es la de interponer grandes masas de

material mejor cuanto maacutes denso siendo el ideal

el plomo ya que pasa por los materiales como la

luz por una tela si esta es maacutes densa mayor canti-

dad de chocaraacute con ella y no la traspasaraacute Para

reducir la dosis a un veinteavo se precisan 30 cm

de hormigoacuten armado

bull Pulso electromagneacutetico La intensa acti-

vidad de los rayos gamma genera mediante

induccioacuten una corriente de alto voltaje so-

80

bre antenas viacuteas feacuterreas tuberiacuteas que des-

truye todas las instalaciones eleacutectricas de

una amplia zona si la explosioacuten se efectuacutea

a gran altura Una detonacioacuten de muchos

kilotones a 200 km sobre Omaha (Ne-

brasca) destruiriacutea todos los circuitos eleacutec-

tricos integrados de toda Norteameacuterica y

parte de Meacutejico y Canadaacute Ante el riesgo

de una detonacioacuten nuclear es conveniente

alejarse de liacuteneas eleacutectricas y viacutea feacuterreas ya

que la corriente inducida puede electrocu-

tarnos

bull Pulso teacutermico al expandirse la bola de

fuego el aire circundante absorbe energiacutea

en forma de rayos X y la irradia en forma

de una luz cegadora y un intensiacutesimo ca-

lor Una bomba de 20 Megatones produci-

riacutea una intensa luz durante 20 segundos y

causariacutea quemaduras de segundo grado a

81

cualquier persona expuesta a 45 Km de

distancia

bull Onda de choque La raacutepida expansioacuten de

la bola de fuego genera una onda de cho-

que como cualquier explosioacuten pero de

una potencia muy superior ya que puede

aplastar o barrer edificios dantildeaacutendolos muy

seriamente o destruyeacutendolos por comple-

to ya que maacutes que empujar por su dura-

cioacuten lo que hace es estrujar Una bomba

de 20 megatones no dejariacutea en un radio de

20 Km maacutes que escombros soacutelo se salva-

riacutean las cimentaciones y construcciones

enterradas

bull Primera lluvia radioactiva o lluvia ra-

diactiva local una explosioacuten de 20 mega-

tones aras de suelo produciriacutea un craacuteter de

183 m de profundidad la elevada tempe-

82

ratura vaporiza todo lo que se encuentra

dentro de la bola de fuego todo se funde

con los materiales radiactivos de la fisioacuten o

fusioacuten y se eleva con el hongo para luego

precipitar en forma de finas cenizas Esto

ocurriraacute durante las 24 h siguientes a la

explosioacuten y afectaraacute a una regioacuten maacutes o

menos amplia para una misma potencia

seguacuten la climatologiacutea El fenoacutemeno se am-

pliacutea considerablemente si la detonacioacuten se

produce cerca del suelo La energiacutea 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 maacutes destructivos los deno-

minados secundarios como incendios en masa

que acabariacutean con los pocos supervivientes y ma-

tariacutean a maacutes que el pulso teacutermico y la onda de

choque

83

Ademaacutes en caso de que se lanzaran muchas

bombas nucleares sus efectos secundarios seriacutean

mucho maacutes 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 10000 mega-

tones miacutenimos para considerar un holocausto

como tal

bull El primero de estos efectos es que la ra-

dioactividad liberada en caso de holocaus-

to penetrariacutea en todos y cada uno de los

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

Mientras que en dosis altas (seguacuten la espe-

cie) produciriacutea la muerte en otras maacutes ba-

jas los efectos seriacutean de lo maacutes variados

(mutaciones esterilidad)

bull El segundo seriacutea que los materiales im-

pulsados por las detonaciones se elevariacutean

hasta la troposfera donde ocultariacutean la luz

84

del sol durante meses o antildeos haciendo ba-

jar la temperatura de la tierra y alterando la

fotosiacutentesis de los vegetales y el plancton

marino seriacutea el famoso invierno nuclear

Ademaacutes estos materiales radiactivos iriacutean

cayendo durante meses o antildeos convirtieacuten-

dose en una lluvia radiactiva global que

auacuten con menos dosis radiactiva que una

lluvia provocada por una bomba seriacutea

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

antildeos Ese 5 de energiacutea liberada por la

lluvia radiactividad en una bomba es poco

pero en los 10000 megatones de un holo-

causto suponen ya 500 megatones que iraacuten

estallando durante miles de antildeos des-

pueacutes de la cataacutestrofe

85

bull El tercero seriacutea una reduccioacuten en la capa

de ozono producida por el oacutexido de nitroacute-

geno generado por las bolas de fuego de

modo que la radiacioacuten solar que llegase a

la tierra seriacutea mortal Un 70 del ozono

desapareceriacutea en el hemisferio norte y un

40 en el sur siendo necesarios treinta

antildeos para recuperar su estado normal

86

Ejercicios 12

MODELO DE RESOLUCIOacuteN

La distribucioacuten de los electrones de un aacutetomo

en sus niveles y subniveles se puede representar en

forma abreviada de la siguiente manera

a) Un coeficiente que indica el nuacutemero del nivel

de energiacutea (n)

b) Una letra que corresponde al subnivel

c) Un supraiacutendice que sentildeala el nuacutemero de elec-

trones que hay en el subnivel

1H = 1s1

3Li = 1s2 2s1

En razoacuten del entrecruzamiento de subniveles

el orden en que se van completando los subniveles

por energiacutea creciente es el siguiente

87

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

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

5d 6p 7s 5f 6d

7p

Para visualizar la distribucioacuten de los electrones

en orbitales se puede representar cada orbital por

un pequentildeo cuadrado dividido por una diagonal

y cada electroacuten mediante una flecha

Entonces el orbital puede estar

Vaciacuteo incompleto completo

(1 electroacuten) (2 electrones)

En caso del orbital completo las flechas tienen

sentido contrario para indicar que los electrones

presentan spin contrario

El llenado de los orbitales por los electrones

se realiza a partir de los niveles y subniveles en

88

orden creciente de energiacutea Cada nuevo electroacuten se

incorpora a un orbital vaciacuteo

De ese modo los elementos quedan represen-

tados asiacute

1H =

1s

3Li =

1s 2s

7N =

1s 2s 2p

89

Ejercicios 121

1) Un aacutetomo de foacutesforo tiene 15 protones y 16

neutrones Indicaacute cuaacutel es su

a) nuacutemero atoacutemico (Z) b) nuacutemero

de masa (A)

2) Un aacutetomo de potasio tiene Z =19 y A = 39

Indicaacute su nuacutemero de

a) protones b) electrones

c) neutrones

3) Completaacute los datos que faltan en el siguiente

cuadro

90

ELE-

MEN-

TO

NUacute-

MERO

ATOacute-

MICO

NUacute-

MERO

DE

MASA

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) Sentildealaacute el nombre y siacutembolo de los elementos

cuyas configuraciones electroacutenicas 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) Escribiacute la configuracioacuten electroacutenica de los

siguientes elementos

91

a) Na2311 = c) O16

8 =

b) Cl3517 = d) C12

6 =

6) De acuerdo con la siguiente representacioacuten de

los electrones en orbitales indicaacute a queacute ele-

mentos corresponden

a)

b)

c)

d)

7) Representaacute la distribucioacuten de los electrones en

orbitales de los elementos

a) 7N= c) 18Ar =

b) 15AI = d) 19K =

92

Hoja de respuestas121

1) a) 15 b) 31 2) a) 19 b) 19 c) 20

3)

ELE-

MEN-

TO

NUacuteME-

RO

ATOacute-

MICO

NUacute-

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)Argoacuten Ar

d)Escandio Sc

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

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)middot

94

Ejercicios 1211

Modelo de resolucioacuten

El nuacutemero de oxidacioacuten se asigna seguacuten las si-

guientes reglas

1) El nuacutemero de oxidacioacuten de los elementos en la

sustancia simple es cero

Ejemplo Cu0 02Cl

2) El nuacutemero de oxidacioacuten del oxiacutegeno es 2

excepto en las sustancias como el agua oxige-

nada Ejemplo H2

2Ominus

3) El nuacutemero de oxidacioacuten del hidroacutegeno es +1

excepto en las sustancias donde estaacute combina-

do con los metales Ejemplo 1

H+

2O

4) El nuacutemero de oxidacioacuten de un ion monoatoacute-

mico es igual a la carga del ion Ejemplo Ca2-

Cl-

95

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

braica de los nuacutemeros de oxidacioacuten de todos

los aacutetomos debe ser cero Ejemplo 1

H+

2

2Ominus

there42(+1) + (-2) = 0

6) En los iones que tienen maacutes de un aacutetomo la

suma algebraica de los nuacutemeros de oxidacioacuten

de todos los aacutetomos es igual a la carga del ion

El nuacutemero de oxidacioacuten se escribe colocando primero el signo y luego el nuacutemero

Ejemplo el nuacutemero de oxidacioacuten del aluminio es +3

1) Calculaacute los nuacutemeros de oxidacioacuten en la moleacute-

cula de dioacutexido de azufre (SO2)

Datos SO2 nuacutemero de oxidacioacuten del O2

es 2

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de S

Resolucioacuten Cada aacutetomo de oxiacutegeno tiene

nuacutemero de oxidacioacuten 2 por lo tanto el nuacute-

mero de oxidacioacuten del azufre es +4 porque

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

96

2) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten del azufre en

el aacutecido sulfuacuterico (H2SO4)

Datos H2SO2 nuacutemero de oxidacioacuten del

O2 es 2 nuacutemero de oxidacioacuten de H es -1

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de S

Resolucioacuten Se debe cumplir que la suma al-gebraica de todos los nuacutemeros de oxidacioacuten sea cero

4(-2) + 21 + x = 0

-8 + 2 + x = 0

x = 6

Respuesta el nuacutemero de oxidacioacuten del azufre

en el aacutecido sulfuacuterico es +6

3) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten del nitroacutegeno

en el nitrato de sodio (NaNO3)

Datos NaNO3 nuacutemero de oxidacioacuten del

O2 es 2

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de N

97

Resolucioacuten El nuacutemero de oxidacioacuten del

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

ga eleacutectrica positiva

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

1 6 + x = 0

x = 5

Respuesta el nuacutemero de oxidacioacuten del nitroacute-

geno en el nitrato de sodio es +5

4) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten del azufre en

el ion sulfato (S 24Ominus )

Datos S 24Ominus nuacutemero de oxidacioacuten del O2

es 2

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de S

Resolucioacuten La suma de los nuacutemeros de

oxidacioacuten es igual a 2 porque el ion sulfato

tiene dos cargas negativas (2-)

x + 4(-2) = -2

x 8 = -2

x = 6

98

Respuesta El nuacutemero de oxidacioacuten del azu-

fre en el ion sulfato es +6

99

Ejercicios 1212

1) Dibujaacute los siacutembolos de Lewis para los aacutetomos

de

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

2) iquestCoacutemo adquiere la distribucioacuten electroacutenica del

ineacutertido maacutes cercano cada uno de los siguien-

tes aacutetomos

a) K b)

F c)

S d) Mg e)

Br

3) Escribiacute las ecuaciones ioacutenicas la foacutermula elec-

troacutenica y la foacutermula miacutenima del compuesto

ioacutenico formado por

a) K y Br (bromuro de potasio)

b) Ca y O (oacutexido de calcio)

4) Marcaacute con una X las propiedades correspon-

dientes a las sustancias que presentan uniones

ioacutenicas

100

a) Son soacutelidas y tienen bajo punto de fusioacuten ( )

b) Conducen la corriente eleacutectrica fundidas o di-

sueltas en agua ( )

c) Tienen brillo metaacutelico ( )

d) Forman cristales duros y quebradizos solubles

en agua ( )

e) No conducen la corriente eleacutectrica ( )

5) Explicaacute coacutemo se unen dos aacutetomos de bromo

para formar la moleacutecula Br2 y escribiacute su

foacutermula electroacutenica y su foacutermula desarrollada

6) La foacutermula del monoacutexido de dicloro es Cl2O

a) Indicaacute queacute tipo de unioacuten existe entre el cloro y

el oxiacutegeno

b) Escribiacute su foacutermula electroacutenica y su foacutermula

desarrollada

7) El azufre y el oxiacutegeno forman dos oacutexidos

importantes el dioacutexido de azufre (SO2) y el

101

trioacutexido de azufre (SO3) Para el trioacutexido de

azufre

a) Indicaacute queacute tipo de unioacuten existe entre el azufre

y los tres aacutetomos de oxiacutegeno

b) Escribiacute la foacutermula electroacutenica

c) Escribiacute la foacutermula desarrollada

8) Marcaacute 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

liacutequidas o soacutelidas ( )

c) Son duacutectiles y maleables ( )

d) No forman moleacuteculas son agregados de

iones ( )

e) No son buenas conductoras de la corriente

eleacutectrica ( )

102

9) Coloque en el pareacutentesis UCP si la unioacuten es

covalente polar y UCNP si es covalento no

polar en cada una de las siguientes sustancias

a) cloruro de hidroacutegeno HCl ( )

b) Hidroacutegeno H2 ( )

c) yodo l2 ( )

10) Escribiacute la foacutermula electroacutenica y la foacutermula

desarrollada de cada una de las sustancias

mencionadas en el ejercicio 9

11) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten

a) del azufre (S)en el dioacutexido de azufre (SO2) en

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

sodio (Na2S)

b) del nitroacutegeno (N) en el dioacutexido de nitroacutegeno

(NO2) en el aacutecido niacutetrico (HNO3) y en el ni-

trato de potasio (KNO3)

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

can en el concepto de unioacuten metaacutelica

103

a) Tienen bajo punto de fusioacuten y de

ebullicioacuten ( )

b) Tienen brillo metaacutelico ( )

c) Conducen la corriente eleacutectrica sin

alterarse ( )

d) En estado soacutelido son malos conductores de la

corriente eleacutectrica ( )

e) Forman hilos y laacuteminas delgadas ( )

104

Hoja de respuestas 1212

1) a) He b) Al c)

Si d)

Ar e)

N

2) a) cede un electroacuten d) cede electrones c)

gana dos electrones b) y e) gana un electroacuten

3) a) Ecuaciones ioacutenicas

K K1+ + 1 e

Br + 1 e Br1-

K1+ + Br- KBr

Foacutermula electroacutenica K1+minus

1

Br

Foacutermula miacutenima KBr

b) Ecuaciones ioacutenicas

Ca Ca 2+ + 2 e

O + 2 e O2-

Ca2+ + O2- CaO

Foacutermula electroacutenica Ca2+ minus

2

O

105

Foacutermula miacutenima CaO

4) b y d

5) se unen compartiendo un par de electrones

6) a) unioacuten covalente

b) foacutermula electroacutenica

Cl

O

Cl

foacutermula desarrollada Cl O Cl

7) a) una unioacuten covalente doble entre el azufre y

uno de los aacutetomos de oxiacutegeno dos uniones cova-

lentes coordinadas con los otros dos aacutetomos de

oxiacutegeno

b) Foacutermula electroacutenica

Foacutermula desarrollada

106

8) a b y e

9) a) UCP y c) UCNP

10) Foacutermula electroacutenica Foacutermula desarrollada

a) H

Cl H Cl

b) HH H H

c)

I

I l I

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

12) b c y e

  • RADIACTIVIDAD
    • IacuteNDICE
      • 1 RADIACTIVIDAD NATURAL
      • 2 RELACIOacuteN ENTRE LA LEY DE LAVOISIER Y LA DE EINSTEIN
      • 3 INTERACCIONES ENTRE AacuteTOMOS Y ONDAS
      • 4 PODER DE PENETRACIOacuteN DE LA RADIACIOacuteN
      • 5 VIDA MEDIA
      • 6 RADIACTIVIDAD ARTIFICIAL
      • 7 USOS DE LOS RADIOISOacuteTOPOS
      • 8 MEDICINA NUCLEAR
      • 9 FECHADO POR MEDIO DE RADIOISOacuteTOPOS
      • 10 PLANTAS DE ENERGIacuteA NUCLEAR
      • 11 BOMBA ATOacuteMICA
      • 12 EFECTOS DE UNA EXPLOSIOacuteN NUCLEAR
        • Ejercicios 12
        • Ejercicios 121
        • Hoja de respuestas121
        • Ejercicios 1211
        • Ejercicios 1212
        • Hoja de respuestas 1212

11

2 RELACIOacuteN ENTRE LA LEY DE LAVOISIER Y LA DE EINSTEIN

Cuando hervimos agua por mucho

tiempo eacutesta desaparece

Cuando mezclamos dos sustancias

miscibles pareciera que una de las

dos oculta a la otra

Cuando se produces reaccioacuten nuclea-

res iquestpodemos aplicar las mismas

consideraciones

La ley de Lavoisier maacutes conocida como Ley

de Conservacioacuten de la Masa plantea que en las

12

reacciones quiacutemicas la materia no se crea ni se

destruye sino que solo cambia la naturaleza de las

sustancias Pero si pensamos un papel quemaacuten-

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 la

forma correcta de enunciar la ley de Lavoisier es

La masa total de

un sistema cerrado se

mantiene constante

independientemente

de los cambios fiacutesicos

o quiacutemicos que en eacutel

se produzcan

Hay que remarcar que la ley se cumple para un

sistema cerrado

13

A comienzos del siglo XX se ha demostrado

que durante las espectaculares reacciones de fu-

sioacuten nuclear que ocurren en el sol y otras estrellas

se destruyen cantidades de materia apareciendo

en su lugar enormes cantidades de energiacutea Esto

sucede tambieacuten en las explosiones atoacutemicas y pro-

cesos similares En estos cambios extraordinarios

se puede medir la destruccioacuten de materia A sus

expensas se crea energiacutea Estos dos elementos

materia y energiacutea se pueden relacionar a traveacutes de

una relacioacuten descubierta por Einstein

mcE sdot= 2

Donde E y m representan los cambios de

energiacutea y de masa respectivamente durante la

transformacioacuten y c es la velocidad de la luz(3108

ms)

14

De esta manera la desaparicioacuten de un gramo

de materia daraacute origen a 91020ergios o 91013 jou-

les Esta energiacutea liberada es suficiente como para

calentar 2105 toneladas de agua de 0ordmC a 100ordmC

Materia y energiacutea pueden interconvertirse En

los procesos quiacutemicos la cantidad de materia que

se transforma en energiacutea es tan pequentildea que resul-

ta imposible medir con los instrumentos actuales

la variacioacuten de masa correspondiente

15

3 INTERACCIONES ENTRE AacuteTOMOS Y ONDAS

Sabemos que la energiacutea se transforma en

materia y viceversa

Pero iquestsabemos si pueden interactuar en-

tre si

Para responder a esta duda recorreremos una parte de la historia del conocimiento del aacutetomo

16

Definicioacuten La partiacutecula de un cuerpo

simple maacutes pequentildea capaz de entrar en las re-

acciones quiacutemicas

1803 Dalton propone que la materia se di-

vidiacutea en elementos y compuesto Los elemen-

tos constituidos por aacutetomos y los compuestos

por moleacuteculas

Siglo XIX se piensa que los aacutetomos son

divisibles se componen de varias partiacuteculas

1897 Thomson descubre el electroacuten antildeos

despueacutes Nagaoka propone que los electrones

giran en oacuterbitas alrededor de una partiacutecula po-

sitiva

En 1911 Rutherford descubre el nuacutecleo

atoacutemico con su experimento de la laacutemina de

oro

17

Alrededor de 1920 Borh propone que los

electrones giran alrededor del nuacutecleo en oacuterbi-

tas circulares donde cada oacuterbita corresponde a

un nivel de energiacutea diferente

Antildeos maacutes tarde De Broglie postula el

principio de dualidad en donde el electroacuten se

comporta como una onda y partiacutecula Como

consecuencia solo se puede encontrar al elec-

troacuten en un aacuterea determinada llamada nivel de

energiacutea ya que no se puede conocer la veloci-

dad y posicioacuten al mismo tiempo( a este fenoacute-

meno se lo denomina principio de incerti-

dumbre de Heisenberg) Esto produce el desa-

rrollo de la mecaacutenica cuaacutentica

Radiactividad

En 1896 Becquerel descubre una propiedad

nueva de la materia a la que posteriormente Marie

Curie llamoacute Radiactividad

18

La radiactividad no depende de la naturaleza

fiacutesica o quiacutemica del aacutetomo sino que es una propie-

dad del nuacutecleoLa causa que los origina probable-

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

tiacuteculas que se encuentran en el nuacutecleo

En general los nuacutecleos de aacutetomos pesados

presentan cierta inestabilidad para lo cual emiten

radiacioacuten para alcanzar estados de equilibrio

Dichas radiaciones podemos dividirlas en

Desintegraciones alfa desintegraciones beta y

desintegraciones gamma

Desintegraciones alfa Cuando el nuacutecleo

atoacutemico es inestable a causa del gran nuacutemero

de protones que posee (ocurre en los elemen-

tos maacutes pesados es decir con Z = 83 o supe-

rior) la estabilidad es alcanzada con frecuen-

cia emitiendo una partiacutecula alfa es decir un

19

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

tones y dos neutrones

Desintegraciones beta Cuando la rela-

cioacuten de neutrones protones en un nuacutecleo

atoacutemico es elevada el nuacutecleo se estabiliza emi-

tiendo un neutroacuten o bien como ocurre con

frecuencia emitiendo una partiacutecula beta es

decir un electroacuten

Desintegraciones gamma Los rayos

gamma son ondas electromagneacuteticas de gran

energiacutea muy parecidos a los rayos X y en cier-

tas ocasiones se presentan cuando ocurre una

desintegracioacuten de partiacuteculas beta o bien una

emisioacuten de positrones Por lo tanto la radia-

cioacuten gamma no posee carga eleacutectrica y su na-

turaleza ondulatoria permite describir su ener-

giacutea en relacioacuten a su frecuencia de emisioacuten

20

INTERACCIOacuteN DE LAS RADIACIONES CON LA

MATERIA

La radiacioacuten al chocar con las moleacuteculas que

encuentra a su paso produce iones esto se debe a

que excita los electrones de los aacutetomos de las mo-

leacuteculas es decir les entrega energiacutea para que pasen

a oacuterbitas superiores

bull Radiaciones alfa (α) compuesta por dos

protones y dos neutrones de bajo poder

de penetracioacuten y alta capacidad de ioniza-

cioacuten Se mueve en liacutenea recta debido a su

gran cantidad de masa

21

bull Radiaciones beta (β) formada por elec-

trones de carga negativa su masa es pe-

quentildea por lo tanto es propensa a cambiar

de trayectoria bajo poder de penetracioacuten y

bajo poder de ionizacioacuten Al acercarse a un

nuacutecleo se frena la energiacutea que pierde en el

frenado la libera como rayos X Si una par-

tiacutecula beta choca con un positroacuten (electroacuten

negativo) se aniquila y emite un rayo

gamma

bull Radiaciones gamma (γ) son las de ma-

yor energiacutea no tiene carga eleacutectrica por lo

22

tanto no desviacutean sus trayectorias frente a

campos eleacutectricos tienen un alto poder de

penetracioacuten y un alto poder de ionizacioacuten

Pueden llegar a extraer electrones de los

aacutetomos los cuales a su vez ionizan otras

moleacuteculas

Neutrones no poseen carga eleacutectrica tienen

un alto poder de penetracioacuten Al chocar contra un

aacutetomo ceden parte de su energiacutea y se frenan Los

neutrones de baja velocidad se denominan neu-

trones teacutermicos los cuales se descomponen en un

electroacuten y un protoacuten o pueden ser absorbidos por

otros nuacutecleos atoacutemicos

23

4 PODER DE PENETRACIOacuteN DE LA RADIACIOacuteN

La radiacioacuten es uno de los efectos

maacutes peligrosos de la energiacutea nuclear

No todas las partiacuteculas emitidas

tienen la misma posibilidad de atrave-

sar los elementos

Los materiales radiactivos pueden ser peligro-

sos porque la radiacioacuten que se emite puede dantildear

los tejidos vivos La capacidad para inflingir dantildeos

depende en parte del poder de la radiacioacuten para

penetrar en los tejidos

24

En condiciones de igualdad por lo demaacutes

cuanto mayor es la masa de una partiacutecula menor

es su poder de penetracioacuten Las partiacuteculas alfa

que son nuacutecleos de helio con una masa de 4 uma

constituyen el menos penetrante de los tres tipos

principales de radiactividadLas partiacuteculas beta

ideacutenticas a los electrones cuya masa es insignifi-

cante son un poco maacutes penetrantes Los rayos

gamma como los rayos X carecen totalmente de

masa su poder de penetracioacuten es mucho mayor

que el de los otros dos tipos

Puede parecer contrario al sentido comuacuten

pensar que las partiacuteculas maacutes grandes se abren

camino con maacutes dificultad Consideraacute sin embar-

go que el poder de penetracioacuten refleja la capaci-

dad de la radiacioacuten para abrirse camino a traveacutes

de una muestra de materia Es como si trataras de

hacer rodar piedras por un campo de grandes ro-

cas La partiacutecula alfa se comporta como si fuese

una roca grande Debido a su tamantildeo no puede

25

avanzar mucho sin chocarse con otras rocas y ser

detenida por ellas La partiacutecula beta se comporta

como una piedra pequentildea que puede introducirse

entre las rocas y quizaacute hasta rebotar en ellas hasta

completar un recorrido maacutes largo El rayo gamma

es comparable a un grano de arena capaz de pasar

por las aberturas maacutes pequentildeas

Al principio de esta explicacioacuten dijimos que si

todo lo demaacutes es igual asiacute es como funcionan las

cosas Pero lo demaacutes no siempre es igual Cuanto

maacutes raacutepido se mueve una partiacutecula o maacutes energiacutea

tiene la radiacioacuten mayor es su poder de penetra-

cioacuten

Si la sustancia radiactiva estaacute afuera del cuer-

po las partiacuteculas alfa de poco poder de penetra-

cioacuten son las menos peligrosas pues las detiene la

capa externa de la piel Tambieacuten las partiacuteculas beta

se detienen normalmente antes de alcanzar oacuterga-

nos vitales Los rayos gamma atraviesan sin difi-

26

cultad los tejidos asiacute que una fuente externa de los

mismos puede ser muy peligrosa En cambio

cuando la fuente radiactiva estaacute adentro del cuerpo

la situacioacuten se invierte Las partiacuteculas alfa que no

penetran pueden causar graves dantildeos Todas estas

partiacuteculas estaacuten atrapadas en el interior del cuerpo

el cual tiene entonces la posibilidad de absorber

toda la energiacutea que libera la partiacutecula Las partiacutecu-

las alfa infligen el dantildeo en un aacuterea muy pequentildea

porque no se desplazan muy lejos Las partiacuteculas

beta distribuyen el dantildeo en un aacuterea algo mayor

porque recorren distancias mayores Los tejidos se

pueden recuperar de un dantildeo limitado disperso en

un aacuterea grande pero es menos probable que so-

brevivan a una lesioacuten concentrada

Las personas que trabajan con materiales ra-

diactivos disponen de diversas formas de prote-

gerse contra ellos La maacutes simple consiste en ale-

jarse de la fuente porque la intensidad de la radia-

cioacuten disminuye con la distancia respecto a la fuen-

27

te Los trabajadores se pueden proteger tambieacuten

por medio de blindajes Una hoja de papel detiene

casi todas las partiacuteculas alfa Un bloque de madera

o una laacutemina delgada de aluminio detiene las par-

tiacuteculas beta

Pero se necesitan varios metros de concreto o

varios centiacutemetros de plomo para detener los ra-

yos gamma

28

5 VIDA MEDIA

Cuando hablamos de aacutetomos individuales

estamos trabajando con elementos que

apenas imaginamos

Para entender lo que pasa con la radia-

cioacuten debemos referirnos a un grupo maacutes

grande de partiacuteculas y trabajar con pro-

medios

Hasta aquiacute hemos estudiado la radiactividad en

relacioacuten con los aacutetomos individuales En el labora-

torio nos ocupamos en general con nuacutemeros muy

grandes de aacutetomos mucho mayores que el nuacuteme-

29

ro de habitantes de la tierra Si pudieacutesemos ver el

nuacutecleo de un aacutetomo individual podriacuteamos ver si

sufre o no desintegracioacuten radiactiva examinando

su composicioacuten Ciertas combinaciones de proto-

nes y neutrones son inestables Sin embargo lo

que no podriacuteamos determinar es cuando el aacutetomo

va a sufrir un cambio La radiactividad es un pro-

ceso aleatorio independiente en general de las

influencias externas

Cuando tenemos un nuacutemero grande de aacuteto-

mos el proceso de desintegracioacuten radiactiva se

hace maacutes predecible Podemos medir la vida me-

dia que es una propiedad caracteriacutestica de cada

radioisoacutetopo La vida media de un isoacutetopo radiac-

tivo es el periacuteodo durante el cual la mitad del nuacute-

mero original de aacutetomos sufre desintegracioacuten ra-

diactiva para formar un nuevo elemento Por

ejemplo supone que tuvieacutesemos 16 billones de

aacutetomos de tritio el isoacutetopo radiactivo de hidroacutege-

no La vida media del tritio es de 123 antildeos Esto

significa que al cabo de 123 antildeos se habraacuten desin-

30

tegrado 8 billones de aacutetomos de tritio y quedaraacuten

8 billones de aacutetomos Al cabo de otros 123 antildeos

se habraacute desintegrado la mitad de los 8 billones de

aacutetomos restantes Por tanto al cabo de dos vidas

medias quedaraacute una cuarta parte del nuacutemero ori-

ginal de aacutetomos de tritio Asiacute pues dos vidas me-

dias no hacen una entera

Podemos calcular la fraccioacuten restante del isoacute-

topo original al cabo de un nuacutemero dado de vidas

medias por medio de la relacioacuten

FRACCIOacuteN RESTANTE N21

=

Donde n es el nuacutemero de vidas medias trans-

curridas

31

6 RADIACTIVIDAD ARTIFICIAL

La radiactividad es un fenoacutemeno na-

tural y en esas condiciones poco

aprovechable

El hombre trabajoacute mucho para con-

trolarlo y hacer de este efecto algo

uacutetil Aunque como es muy habitual

en la humanidad las implementacio-

nes destructivas tambieacuten tuvieron

gran desarrollo

32

TRANSMUTACIOacuteN ARTIFICIAL

Las formas de radiactividad que se presentan

en la Naturaleza Se pueden inducir otras reaccio-

nes nucleares bombardeando nuacutecleos estables con

partiacuteculas alfa neutrones u otras partiacuteculas sub-

atoacutemicas Estas partiacuteculas si tienen suficiente

energiacutea penetran los nuacutecleos que antes eran esta-

bles e inducen alguna forma de emisioacuten radiacti-

va Al igual que la radiactividad natural este tipo

de cambio nuclear produce una transmutacioacuten un

elemento se transforma en otro Debido a que el

cambio no se habriacutea producido de manera natural

el proceso se conoce como transmutacioacuten artifi-

cial

Pocos antildeos despueacutes de su famoso experimen-

to de la laminilla de oro (bombardeo con radiacioacuten

alfa una lamina de oro y detectoacute en una lamina de

sulfuro de zinc la radiacioacuten emergente) Ernest

Rutherford estudioacute el bombardeo de diversos

elementos ligeros con partiacuteculas alfa Un experi-

33

mento de este tipo en el cual Rutherford bom-

bardeoacute nitroacutegeno dio por resultado la produccioacuten

de protones

N147 + He4

2 O178 + H1

1

(Recordaacute que el nuacutecleo de hidroacutegeno es un protoacuten

por eso usamos el siacutembolo alternativo H11 para el pro-

toacuten)

Observaacute que la suma de los nuacutemeros de nu-

cleones de la izquierda es igual a la suma de los

nuacutemeros de nucleones de la derecha Tambieacuten los

nuacutemeros atoacutemicos estaacuten balanceados

Rutherford habiacutea postulado en 1914 la exis-

tencia de protones en los nuacutecleos Un experimen-

to publicado en 1919 proporcionoacute la primera

comprobacioacuten empiacuterica de la existencia de estas

partiacuteculas fundamentales Ya antes Eugen Golds-

tein habiacutea producido protones en sus experimen-

34

tos con tubos de descarga en gas Goldstein obtu-

vo estas partiacuteculas a partir del hidroacutegeno gaseoso

contenido en el tubo por separacioacuten de un elec-

troacuten del aacutetomo de hidroacutegeno La trascendencia del

experimento de Rutherford consistioacute en que ob-

tuvo protones del nuacutecleo de un aacutetomo que no era

de hidroacutegeno con lo cual establecioacute la naturaleza

de los protones como partiacuteculas fundamentales Al

hablar de partiacuteculas fundamentales nos referimos a

las unidades baacutesicas a partir de las cuales se pue-

den formar estructuras maacutes complicadas (como el

nuacutecleo de nitroacutegeno) El experimento de Ruther-

ford constituyoacute la primera reaccioacuten nuclear indu-

cida

Durante la deacutecada de 1920 se llevaron a cabo

muchas transmutaciones artificiales En la deacutecada

de 1930 una de estas reacciones condujo al descu-

brimiento de otra partiacutecula fundamental En 1932

James Chadwick bombardeoacute berilio con partiacuteculas

alfa

35

Be94 + He4

2 C126 + n1

0 Entre los productos se encontraba el neutroacuten

RADIACTIVIDAD INDUCIDA

Las primeras reacciones nucleares produjeron

isoacutetopos que ya se conociacutean por estar presentes en

la Naturaleza Esto fue quizaacute fortuito porque era

inevitable que tarde o temprano se produjese un

nuacutecleo estable Iregravene Curie (hija de los ganadores

del premio Nobel de 1903) y su esposo Freacutedeacuteric

Joliot estudiaban el bombardeo de aluminio con

partiacuteculas alfa Se produciacutean neutrones y quedaba

como residuo un isoacutetopo de foacutesforo

Al2713 + He4

2 P3015 + n1

0

Para sorpresa de los investigadores el blanco

seguiacutea emitiendo partiacuteculas auacuten despueacutes de inte-

rrumpido el bombardeo El isoacutetopo de foacutesforo era

radiactivo y emitiacutea partiacuteculas cuya masa era igual a

36

la del electroacuten pero cuya carga era opuesta Estas

partiacuteculas se llaman positrones La reaccioacuten que

estaban observando era la siguiente

P3015 e0

1+ + Si3014

Asiacute pues surge una vez maacutes la pregunta iquestde doacuten-

de proviene esta partiacutecula si el nuacutecleo contiene

soacutelo protones y neutrones Anteriormente expli-

camos el hecho de que surgiese una partiacutecula beta

(un electroacuten) de un nuacutecleo afirmando que un neu-

troacuten se habiacutea descompuesto en un protoacuten y un

electroacuten Quizaacute un suceso similar puede explicar la

aparicioacuten de un positroacuten Considera que un pro-

toacuten del nuacutecleo se transforma en un neutroacuten y un

positroacuten (un protoacuten es ideacutentico a un nuacutecleo de

hidroacutegeno)

H11 e0

1+ + N10

Todo queda muy bien balanceado en esta

37

ecuacioacuten Al emitirse el positroacuten el nuacutecleo radiac-

tivo original tiene de pronto un protoacuten menos y

un neutroacuten maacutes que antes Por tanto la masa del

nuacutecleo producido es la misma pero su nuacutemero

atoacutemico se ha reducido en una unidad respecto al

nuacutecleo original Por este trabajo la pareja Joliot-

Curie se hizo acreedora al premio Nobel en 1935

(la pareja Joliot-Curie adoptoacute el apellido combina-

do para perpetuar el nombre de Curie Marie y

Pierre Curie tuvieron dos hijas pero ninguacuten hijo

varoacuten

38

7 USOS DE LOS RADIOISOacuteTOPOS

Muchas de las aplicaciones de la energiacutea

de la radiacioacuten se realizan a traveacutes de los

radioisoacutetopos

Gracias a ellos y a los detectores se evitan

grandes perdidas materiales y se ahorra

grandes esfuerzos

Los cientiacuteficos que trabajan en una amplia va-

riedad de campos emplean isoacutetopos radiactivos

(radioisoacutetopos) como rastreadores en sistemas

fiacutesicos quiacutemicos y bioloacutegicos Los isoacutetopos de un

elemento determinado sea radiactivo o no se

39

comportan de manera casi ideacutentica en los proce-

sos quiacutemicos y fiacutesicos En virtud de la facilidad

para detectar los isoacutetopos radiactivos es relativa-

mente faacutecil seguir sus movimientos incluso en un

sistema complicado

Como un ejemplo sencillo consideremos el

flujo de un liacutequido por una tuberiacutea Supongamos

que hay una fuga en una tuberiacutea enterrada bajo un

piso de concreto Podriacuteamos localizar la fuga le-

vantando partes extensas del piso o bien podriacutea-

mos agregar una pequentildea cantidad de material

radiactivo al liacutequido que va hacia el drenaje y ras-

trear el flujo de liacutequido con un contador Geiger

(un instrumento que detecta la radiactividad) Una

vez localizada la fuga soacutelo habriacutea que levantar una

parte pequentildea del piso para reparar la fuga Por lo

general se emplean para este propoacutesito isoacutetopos

de vida corta que desaparecen poco tiempo des-

pueacutes de realizar su funcioacuten

Anaacutelogamente podriacuteamos rastrear la incorpo-

racioacuten de foacutesforo en una planta verde La planta se

40

alimenta con un fertilizante que contiene foacutesforo

radiactivo Un meacutetodo sencillo de deteccioacuten con-

siste en colocar la planta sobre una peliacutecula foto-

graacutefica La radiacioacuten que emiten los isoacutetopos de

foacutesforo expone la peliacutecula en gran medida como

lo hace la luz Este tipo de exposicioacuten llamado

radiografiacutea muestra la distribucioacuten del foacutesforo en

la planta

Tambieacuten se da un buen uso a los rastreadores

radiactivos en la investigacioacuten agriacutecola Estos isoacute-

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 cuaacuteles son los mejores meacutetodos para

regular los insectos La mutacioacuten intencional de

plantas por irradiacioacuten ha producido nuevas y

mejores cepas de plantas de cultivo con valor co-

mercial desde raacutebanos hasta maniacute

Los radioisoacutetopos se emplean tambieacuten para

irradiar alimentos como meacutetodo de conservacioacuten

La radiacioacuten destruye los microorganismos que

41

causan la descomposicioacuten de los alimentos Los

alimentos irradiados muestran poco cambio en

cuanto a su saber o aspecto A muchas personas

les inquietan los posibles efectos dantildeinos de las

sustancias quiacutemicas que produce la radiacioacuten pero

no hay pruebas contundentes de dantildeos causados

por alimentos irradiados en animales de laborato-

rio alimentados con ellos y tampoco se conocen

efectos adversos en seres humanos en los paiacuteses

donde la irradiacioacuten se ha utilizado por muchos

antildeos El proceso de esterilizacioacuten no deja irradia-

cioacuten residual en los alimentos

Los radioisoacutetopos han sido empleados exten-

samente en la investigacioacuten cientiacutefica baacutesica El

mecanismo de la fotosiacutentesis se dilucidoacute en gran

parte utilizando carbono 14 como rastreador Por

ejemplo para determinar coacutemo fabrican las plan-

tas el azuacutecar glucosa a partir de dioacutexido de carbo-

no y agua la planta se expone a dioacutexido de carbo-

no radiactivo El investigador identifica los com-

puestos que se forman a partir de estas materias

42

primas y el orden en el que se sintetizan y despueacutes

determina cuaacuteles compuestos se tornan radiactivos

y en queacute secuencia Con base en los dates obteni-

dos de experimentos con rastreadores los cientiacutefi-

cos determinan las rutas metaboacutelicas de plantas

animales y seres humanos

43

8 MEDICINA NUCLEAR

La medicina nuclear ha generado tra-

tamientos y terapias inimaginables

antes de su descubrimiento

En el diagnostico generoacute meacutetodos no

invasivos que evitan a los paciente

tanto sufrimientos como peacuterdidas de

tiempo

En medicina nuclear se dan dos usos distintos

a los radioisoacutetopos para fines terapeacuteuticos o para

realizar un diagnoacutestico En la terapia con radiacioacuten

se intenta tratar o curar un padecimiento por

44

medio de radiacioacuten El uso de los radioisoacutetopos

con fines de diagnoacutestico busca obtener informa-

cioacuten acerca del estado de salud del paciente

TERAPIA POR RADIACIOacuteN

El caacutencer no es una sola enfermedad sino

muchas Algunas formas de caacutencer son particu-

larmente susceptibles a la terapia por radiacioacuten La

radiacioacuten se dirige cuidadosamente hacia el tejido

canceroso y se reduce al miacutenimo la exposicioacuten de

las ceacutelulas normales Si los efectos destructivos de

la radiacioacuten consiguen matar las ceacutelulas cancero-

sas se detiene el avance del tumor maligno (Pero

los pacientes que se someten a terapia por radia-

cioacuten suelen experimentar malestares a causa del

tratamiento Naacuteusea y voacutemito son los siacutentomas

usuales del malestar por radiacioacuten Asiacute pues el

objetivo de la terapia por radiacioacuten es destruir las

ceacutelulas cancerosas antes de que se cause un dantildeo

excesivo a los tejidos sanos La radiacioacuten tiene

45

efectos maacutes letales para las ceacutelulas que se reprodu-

cen con rapidez y eacutesta es precisamente la caracte-

riacutestica de las ceacutelulas cancerosas que permite que la

terapia por radiacioacuten tenga eacutexito

USOS DIAGNOacuteSTICOS DE LOS RADIOISOacuteTOPOS

Los radioisoacutetopos se usan para fines diagnoacutes-

ticos con el propoacutesito de obtener informacioacuten

acerca del tipo o el alcance de la enfermedad El

yodo 131 radiactivo se emplea para determinar el

tamantildeo la forma y la actividad de la glaacutendula ti-

roides asiacute como para tratar caacutenceres localizados

en esta glaacutendula y para controlar una tiroides hi-

peractiva Primero el paciente toma una solucioacuten

de yoduro de potasio que contiene yodo 131 El

organismo concentra el yodo en la tiroides Se

usan dosis grandes para el tratamiento del caacutencer

de la tiroides la radiacioacuten del isoacutetopo se concentra

en las ceacutelulas cancerosas de esta glaacutendula auacuten

cuando las ceacutelulas cancerosas se hayan extendido a

46

otras partes del cuerpo Sin embargo para fines de

diagnoacutestico soacutelo se necesita una pequentildea cantidad

del radioisoacutetopo Tambieacuten 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-

poracioacuten diferencial del isoacutetopo La imagen que

se obtiene se describe como una fotoexploracioacuten

y permite determinar con precisioacuten la ubicacioacuten de

un tumor en esa regioacuten del cuerpo

El radioisoacutetopo de uso maacutes extendido en medicina

es el gadolinio 153 Este isoacutetopo se emplea para

evaluar la mineralizacioacuten de los huesos Su popu-

laridad es un indicio del gran nuacutemero de personas

principalmente mujeres que sufren de osteoporo-

sis (reduccioacuten de la cantidad de tejido oacuteseo) a me-

dida que envejecen El gadolinio 153 emite dos

radiaciones caracteriacutesticas un rayo gamma y un

rayo X Un dispositivo analizador compara estas

radiacioacuten despueacutes de que atraviesan el hueso La

47

densidad del mismo se determina con base en las

diferencias de absorcioacuten de los rayos

El tecnecio 99m se utiliza en diversos ensayos

diagnoacutesticos La letra m quiere decir metaestable

lo que significa que este isoacutetopo emite cierta ener-

giacutea para convertirse en una versioacuten maacutes estable del

mismo isoacutetopo (mismo nuacutemero atoacutemico y mismo

peso atoacutemico) La energiacutea que desprende es el

rayo gamma que permite detectar el isoacutetopo

Tcm9943 Tc99

43 + y

Observa que la desintegracioacuten del tecnecio

99m no produce partiacuteculas alfa ni beta las cuales

podriacutean causar dantildeos innecesarios al organismo

Ademaacutes el tecnecio 99m tiene una vida media cor-

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

tividad no permanece en el organismo mucho

tiempo despueacutes de que la exploracioacuten se ha com-

pletado Esta vida media tan corta obliga a planifi-

48

car cuidadosamente el uso del radioisoacutetopo De

hecho lo que se adquiere no es el isoacutetopo mismo

El tecnecio 99m se forma por desintegracioacuten del

molibdeno 99

Mo9942 Tcm99

43 + e01minus + y

Se emplea un recipiente que contiene este isoacute-

topo de molibdeno y el producto de desintegra-

cioacuten el tecnecio 99 se extrae del recipiente a

medida que se necesita

Mediante el uso de modernas tecnologiacuteas ba-

sadas en la utilizacioacuten de computadoras la tomo-

grafiacutea por emisioacuten de positrones (PET por sus

siglas en ingleacutes) permite medir los procesos dinaacute-

micos que se llevan a cabo en el organismo como

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

boliza el oxiacutegeno o la glucosa Las exploraciones

de PET se emplean actualmente para identificar

con precisioacuten el aacuterea de dantildeo cerebral que desen-

49

cadena los ataques epileacutepticos graves Antes de la

exploracioacuten se inhalan o se inyectan compuestos

que contienen isoacutetopos emisores de positrones

como el carbono 11 Antes de que el positroacuten

emitido pueda recorrer una distancia apreciable en

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

teria ordinaria abundan los electrones) y se produ-

cen dos rayos gamma

C116 B11

5 + e01+

e01+ + e0

1minus 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 simultaacuteneamente

dos rayos gamma el sistema no toma en cuenta

los rayos gamma de la radiacioacuten natural de fondo

A continuacioacuten se emplea una computadora para

calcular la ubicacioacuten dentro del cuerpo del punto

50

en el cual ocurrioacute una aniquilacioacuten del positroacuten y

el electroacuten y se genera una imagen en esa regioacuten

La tabla contiene una lista de radioisoacutetopos de

uso comuacuten en la medicina La lista es necesaria-

mente incompleta Incluso con esta exposicioacuten tan

breve puedes hacerte una idea de la importancia

que los radioisoacutetopos tienen en la medicina La

aseveracioacuten de que la ciencia nuclear ha salvado

maacutes vidas de las destruidas por las bombas atoacutemi-

cas no carece el fundamento

51

Isoacutetopo Nombre Vida me-

dia Uso

C11 Carbono 11 203m Exploraciones cere-

brales

Cr51 Cromo 51 278d Determinacioacuten

del volumen sanguiacute-

neo

Co57 Cobalto 57 270d Medicioacuten de la

incorporacioacuten de

vitamina v12

Co60 Cobalto 60 526a Terapia de caacutencer

por radiacioacuten

Gd153 Gadolinio

153

242d Determinacioacuten

de la densidad oacutesea

Ga67 Galio 67 781h Exploracioacuten en

busca de tumores

pulmonares

I131 Yodo 131 807d Terapia de la ti-

roides

Ir192 Iridio 192 74d Terapia del caacuten-

cer de mamaacute

Fe59 Hierro 59 45d Deteccioacuten de

anemia

52

P32 Foacutesforo 32 143d Deteccioacuten de

caacutencer de la piel o

tumores oculares

Pu238 Plutonio

238

86a Suministra ener-

giacutea para marcapasos

Ra226 Radio 226 1600a Terapia de caacutencer

por radiacioacuten

Se75 Selenio 75 120d Exploraciones del

paacutencreas

Na24 Sodio 24 150h Localizacioacuten de

obstrucciones en el

flujo sanguiacuteneo

Tc99 Tecnecio 99 60h Obtencioacuten de imaacute-

genes de cerebro hiacutega-

do meacutedula oacutesea rintildeoacuten o

corazoacuten

Tl201 Talio 201 73h Deteccioacuten de pro-

blemas cardiacos con la

prueba de esfuerzo en

rueda de andar

H3 Tritio 123a Determinacioacuten de

agua corporal total

Xe133 Xenoacuten133 527d Obtencioacuten de imaacute-

genes de pulmoacuten

53

9 FECHADO POR MEDIO DE RADIOISOacuteTOPOS

Una de las aplicaciones maacutes in-

creiacutebles de la quiacutemica nuclear es la po-

sibilidad de averiguar la antiguumledad de

los objetos encontrados en las investi-

gaciones arqueoloacutegicas

Se puede usar la vida media de ciertos isoacuteto-

pos para estimar la antiguumledad de rocas y artefac-

tos arqueoloacutegicos El uranio 238 se desintegra con

una vida media de 4500 millones de anos Los

productos iniciales de esta desintegracioacuten tambieacuten

son radiactivos y la descomposicioacuten continuacutea

54

hasta que se forma un isoacutetopo de plomo (plomo

206) Los quiacutemicos pueden estimar la antiguumledad

de una roca determinando las proporciones relati-

vas de uranio 238 y plomo 206 Se ha encontrado

que algunas de las rocas maacutes antiguas de la Tierra

se formaron hace entre 3000 y 4500 millones de

antildeos En las rocas lunares y en meteoritos se ha

determinado una antiguumledad maacutexima de alrededor

de 4500 millones de antildeos Asiacute pues se considera

en general que la Tierra tiene una antiguumledad de

unos 4500 millones de antildeos

FECHADO POR CARBONO 14

En el fechado de artefactos interviene por lo

general un isoacutetopo radiactivo de carbono Se for-

ma carbono 14 en las capas superiores de la at-

moacutesfera por el bombardeo que experimenta el

nitroacutegeno ordinario por parte de los neutrones de

los rayos coacutesmicos

55

N147 + n1

0 C146 + H1

1

Este proceso origina una concentracioacuten cons-

tante de carbono 14 en el CO2 terrestre Las plan-

tas y animales vivos incorporan este isoacutetopo en

sus propias ceacutelulas Sin embargo cuando estos

seres mueren se interrumpe la incorporacioacuten de

carbono 14 y el carbono 14 que hay en el orga-

nismo se desintegra (con una vida media de 5 730

antildeos) a nitroacutegeno 14

Por consiguiente basta con medir la actividad

residual de carbono 14 en un artefacto de origen

vegetal o animal para determinar su antiguumledad

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 antildeos de antiguumle-

dad es decir ha estado muerta durante un tiempo

equivalente a una vida media Anaacutelogamente un

artefacto que muestra el 25 de la actividad de

carbono 14 del material vegetal reciente tiene

56

11460 anos de antiguumledad 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 aquiacute supone que la formacioacuten del isoacutetopo

fue constante a lo largo del tiempo En realidad no

es asiacute Sin embargo aproximadamente para los

uacuteltimos 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

aacuterboles Se han construido curvas de calibracioacuten

que permiten determinar fechas consideradas co-

mo exactas

En teacuterminos generales el meacutetodo de carbono

14 es razonablemente preciso para fechar objetos

de hasta 50000 antildeos de antiguumledad La cantidad

residual del isoacutetopo en los objetos de una antiguumle-

dad mayor que esa es demasiado pequentildea para

hacer una determinacioacuten exacta

El carboacuten de las fogatas de los pueblos anti-

57

guos fechado por determinacioacuten de la actividad

de carbono 14 se usa para estimar la antiguumledad

de otros artefactos encontrados en el mismo em-

plazamiento arqueoloacutegico La teacutecnica de fechado

por carbono 14 se ha usado tambieacuten para detectar

si supuestos artefactos antiguos han sido falsifica-

dos

EL SUDARIO DE TURIacuteN

Probablemente han oiacutedo hablar del sudario de

Turiacuten Se trata de una pieza de tejido de lino muy

antigua de unos 4 metros de largo que muestra la

impresioacuten aproximada de un cuerpo humano

Desde alrededor del antildeo 1350 dC 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-

bricacioacuten del lienzo habiacutea sido cultivado en alguacuten

memento entre los anos de 1260 y 1390 dC Por

58

tanto el lienzo no podriacutea haber existido en tiem-

pos de Cristo A diferencia de los pergaminos del

Mar Muerto para los que el fechado por carbono

14 demostroacute que son registros auteacutenticos de una

civilizacioacuten que existioacute hace unos 2000 antildeos el

sudario de Turiacuten resultoacute ser falso

FECHADO POR TRITIO

El tritio que es el isoacutetopo radiactivo del

hidroacutegeno sirve tambieacuten para fechar Su vida me-

dia de 123 antildeos lo hace uacutetil para fechar objetos de

hasta 100 antildeos de antiguumledad Una aplicacioacuten inte-

resante es el fechado de aguardientes Estas bebi-

das alcohoacutelicas son muy costosas cuando han sido

antildeejadas de 10 a 50 antildeos El fechado por tritio

permite comprobar la veracidad de los anuncios

publicitarios respecto al proceso de antildeejamiento

de las variedades maacutes caras

Hay muchos otros isoacutetopos que permiten es-

timar la antiguumledad de objetos y materiales

59

Isoacutetopo Vida me-

dia

(antildeos)

Periacuteodo de

utilidad Uso

Carbono 14 5730 500 a 50000

antildeos

Carboacuten vege-

tal material

orgaacutenico

Tritio 123 1 a 100 antildeosVinos antildeeja-

dos

Potasio 40 13 x 109 Desde 10000

antildeos

Rocas corteza

terrestre y

lunar

Renio 187 43 x1010 Desde 4 x

107 antildeos Meteoritos

Ranio238 45 x109 Desde 107

antildeos

Rocas corteza

terrestre

60

10 PLANTAS DE ENERGIacuteA NUCLEAR

iquestSabeacutes de doacutende viene esa energiacutea que nosotros usamos tanto Mucha de la energiacutea eleacutectrica es

producida por plantas nucleares de to-do el mundo

La energiacutea nuclear ha dado origen a bombas

muy destructivas y a la nociva precipitacioacuten ra-

diactiva y podriacutea incluso provocar un devastador

invierno nuclear Sin embargo una cantidad mu-

cho mayor de personas han recibido beneficios de

la energiacutea nuclear que las que han sido perjudica-

das por ella El hecho es que existen muchos usos

de la energiacutea nuclear que son sumamente beneacutefi-

61

cos Ya conocemos el uso de isoacutetopos radiactivos

en el diagnoacutestico cliacutenico y en el fechado de obje-

tos de antiguumledad desconocida Otro uso paciacutefico

de la energiacutea nuclear es la generacioacuten de electri-

cidad Una gran parte de la energiacutea eleacutectrica que

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

giacutea nuclear

En la actualidad una quinta parte de toda la

electricidad que se produce en Estados Unidos

proviene de plantas de energiacutea nuclear En Euro-

pa la dependencia respecto a la energiacutea nuclear

para la produccioacuten de electricidad es auacuten mayor

En Francia por ejemplo maacutes del 70 de la ener-

giacutea eleacutectrica del paiacutes proviene de plantas nuclea-

res

No es sorprendente que una reaccioacuten que

desprende tanta energiacutea como lo hace la fisioacuten

nuclear se use como fuente de energiacutea para gene-

rar electricidad En las plantas de energiacutea nuclear

se usa el calor obtenido de una reaccioacuten de fisioacuten

62

en cadena controlada para producir vapor de

agua que mueve las turbinas generadoras de elec-

tricidad El combustible nuclear es normalmente

oacutexido de uranio U3O8 enriquecido hasta alrede-

dor de 3 de uranio 235

La energiacutea nuclear es mucho maacutes limpia que la

que se obtiene quemando combustibles foacutesiles

(carboacuten petroacuteleo y gas) no produce cenizas finas

ni holliacuten no forma dioacutexido de carbono que con-

tribuye al efecto de invernadero y al calentamiento

global y no contamina el aire con oacutexidos de azu-

fre y de nitroacutegeno que dan origen a la lluvia aacutecida

Por otra parte emite grandes cantidades de calor

residual en el ambiente y lo que es mucho maacutes

serio produce muchos residuos radiactivos La

eliminacioacuten de todos estos materiales radiactivos

de desecho es uno de los problemas constantes

que se tienen en relacioacuten con las plantas de energiacutea

nuclear

63

11 BOMBA ATOacuteMICA

Todos sabemos los desastres que pue-

den causar la detonacioacuten de una bomba

nuclear

Aquiacute presentamos la explicacioacuten teoacuterica

y coacutemo se pone en praacutectica

COacuteMO FUNCIONA UNA BOMBA NUCLEAR EN LA

TEORIacuteA

El 16 de Julio de 1945 estalloacute la primera bomba

atoacutemica en el campo de pruebas de Trinity cerca

de aacutelamo Gordo (Nuevo Meacutejico) Desde ese pre-

64

ciso instante la historia de la humanidad ha pasado

a una nueva era la era nuclear

Nunca hasta entonces se habiacutean tenido los cono-

cimientos necesarios como para saber que la masa

puede convertirse en grandes cantidades de ener-

giacutea y coacutemo podiacutea realizarse ese proceso hasta

entonces reservado tan soacutelo a las estrellas

La famosa foacutermula de Einstein E = mc2 ha pasa-

do ya ha formar parte de la cultura popular auacuten sin

que en realidad se llegue a saber que implica

Donde E es energiacutea m masa y c la velocidad de la

luz (constante) En esta ecuacioacuten se expresa la

relacioacuten de equivalencia entre masa y energiacutea Por

ejemplo haciendo algunas cuentas se ve que con

un gramo de uranio si se convirtiese totalmente

en energiacutea se obtendriacutean 25 millones de Kw

Aplicado como una bomba nuclear basta decir

que para asolar Hiroshima soacutelo se convirtioacute un

65

gramo de masa (aunque toda la bomba como me-

canismo pesara cuatro toneladas) su potencia fue

de 125 kilotones es decir para igualar su potencia

seriacutean 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 combustibles

de fisioacuten Cuando en un espacio se reuacutene la sufi-

ciente cantidad de materia (denominada masa criacute-

tica) se produce una reaccioacuten en cadena espontaacute-

nea esto es el nuacutecleo de los aacutetomos del material

se divide liberando energiacutea y varios neutrones

raacutepidos que provocan que otros nuacutecleos tam-

bieacuten se dividan y liberen maacutes energiacutea y neutrones

Este proceso se denomina fisioacuten nuclear Sin em-

bargo si la densidad no es suficiente la energiacutea

liberada hace que el material se expanda y se de-

tenga el proceso Para evitar que se pare la reac-

cioacuten se recurre a una materia muy densa de por siacute

(isoacutetopos del uranio y plutonio) que ademaacutes se

comprime de manera muy raacutepida para lograr una

66

altiacutesima densidad que permite que los neutrones

raacutepidos choquen antes con otros nuacutecleos y se

produzcan antes el mayor nuacutemero 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 maacutes energiacutea Para una

explosioacuten de 100 kilotones son necesarias 58 ge-

neraciones las 7 uacuteltimas generan el 999 de la

energiacutea en periodo cortiacutesimo de tiempo Tambieacuten

puede liberarse energiacutea con la fusioacuten en este pro-

ceso los nuacutecleos se unen en vez de separarse pero

se requieren altiacutesimas temperaturas (del orden de

millones de grados) para que este proceso se lleve

a cabo Para esta reaccioacuten se usan aacutetomos ligeros

(maacutes faacuteciles de unir) generalmente hidroacutegeno o

sus isoacutetopos (deuterio y tritio) Para unir dos aacuteto-

mos basta con hacerlos chocar Los protones de

cada aacutetomo 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

67

fusioacuten deben comprimirse fuertemente los nuacute-

cleos y una vez hecho soacutelo podraacuten continuar uni-

dos si pierden un equivalente de la energiacutea que les

hizo apretarse En el caso de usar deuterio y tritio

se libera violentamente un neutroacuten Esta energiacutea

liberada es la que forma una bomba de fusioacuten

tambieacuten denominada bomba H

COMO FUNCIONA UNA BOMBA ATO-MICA EN LA PRACTICA

Sea cual fuere el sistema de funcionamiento de

una bomba nuclear (fusioacuten o fisioacuten) una cantidad

de masa se convierte en energiacutea la potencia soacutelo

depende de la capacidad de la ingenieriacutea para con-

vertir maacutes masa antes de que la reaccioacuten disperse

las moleacuteculas en teoriacutea la potencia es por tanto

ilimitada

Una bomba nuclear consiste baacutesicamente en una

esfera hueca de plutonio que no es lo suficiente-

68

mente densa como para producir una reaccioacuten 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 explosioacuten se disparan los detonado-

res que hacen que el material explosivo estalle de

la manera lo maacutes regular posible para que enviacutee

una onda de choque esfeacuterica hacia el plutonio

Cuando eacutesta impacta contra eacutel lo comprime y re-

duce su volumen empujaacutendolo hacia el centro de

la esfera hasta que alcanza una densidad suficiente

(supercriacutetica) y se dispara el iniciador de neutrones

para comenzar la reaccioacuten en cadena que da lugar

a la explosioacuten nuclear

Las bombas termonucleares de fusioacuten o H nece-

sitan de una gran temperatura para que se puedan

unir los nuacutecleos esto se consigue en el interior de

una explosioacuten de fisioacuten que es el comienzo de

toda bomba H

69

Una vez acabada la reaccioacuten de fusioacuten nos encon-

traremos con una esfera expandida con una tem-

peratura de millones de grados en la que existen

los productos de la fusioacuten (litio e isoacutetopos del

hidroacutegeno) Tal es su velocidad que pueden fun-

dirse unos con otros dando lugar a la reaccioacuten de

fusioacuten Esta reaccioacuten genera maacutes energiacutea que la

anterior y libera gran cantidad de partiacuteculas nu-

cleares pero no es una reaccioacuten en cadena ya que

el propio calor que genera hace que las partiacuteculas

se separen y se expandan en forma de una esfera

de plasma con una temperatura que tan soacutelo expe-

rimenta el universo de manera natural en las estre-

llas En nuestro sol por ejemplo ocurren la fusioacuten

nuclear de hidroacutegeno y helio Pero antes de que la

reaccioacuten se extinga los neutrones generados por

las detonaciones anteriores provocan de nuevo

una reaccioacuten de fusioacuten sobre una camisa de U-

238 pero esta vez mucho mayor que las anterio-

res La potencia de una bomba termonuclear care-

ce de liacutemite una bomba como la de Hiroshima de

70

125 kilotones (un kilotoacuten equivale a 1000 tonela-

das de TNT) se considera dentro de los arsenales

modernos como pequentildea siendo las de un mega-

toacuten (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 la

Segunda Guerra Mundial

Para la construccioacuten de una bomba nuclear nor-

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

primero no forma parte de la reaccioacuten nuclear

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

nera espontaacutenea emitiendo neutrones que son

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

duzca de manera accidental la reaccioacuten en cadena

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

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

cioacuten 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

71

reactores nucleares a partir del U-238

La desintegracioacuten del uranio en la reaccioacuten en

cadena se produce de manera espontaacutenea para una

masa de 50 Kg si eacuteste elemento es puro El pluto-

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

da reaccioacuten en cadena de modo que se mezcla de

berilo y polonio dando como resultado un pro-

ducto que aunque no es fisionable por si solo una

pequentildea cantidad actuacutea como catalizador para las

grandes reacciones Asiacute bastan 16 Kg de PU-239

para obtener la masa supercriacutetica y 10 Kg si se

mezcla con U-238

El U-235 es muy difiacutecil de extraer por encontrarse

en la naturaleza muy mezclado con otros com-

puestos Asiacute por cada 25000 toneladas de mineral

de uranio bruto soacutelo se obtienen 50 toneladas de

uranio del que el 993 es U-235 y el resto el

rariacutesimo isoacutetopo U-238 ambos soacutelo se pueden

separar de manera mecaacutenica gracias a la leviacutesima

72

diferencia de peso entre ambos Asiacute el uranio se

mezcla en forma gaseosa con fluor (hexafluoriacutedri-

co) que es impulsado a baja presioacuten hacieacutendolo

pasar por unas caacutemaras que aumentan la concen-

tracioacuten de uranio sensiblemente tras cientos de

pasadas Para una central nuclear la pureza ha de

ser del 2 y para una bomba (teoacutericamente) el

95

Para separar el isoacutetopo se recurre a la centrifuga-

cioacuten del gas siendo el maacutes pesado U-238 despedi-

do hacia el exterior con maacutes fuerza Para obtener

otra vez el uranio separado del gas se recurre a la

separacioacuten magneacutetica

MECANISMOS QUE SUELEN COMPONER UNA

BOMBA NUCLEAR

Los mecanismos que suelen componer una bom-

ba nuclear son los siguientes

73

ALTIacuteMETRO No suele usarse el baromeacutetrico

por verse afectado por las condiciones atmosfeacuteri-

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 seguacuten el tiempo transcu-

rrido en el recorrido puede saberse la altura sin

necesidad de complicar maacutes el sistema para dar

una precisioacuten que en realidad no es importante (2

o 3 m de diferencia no son apreciables maacutes que

en minibombas bastante menores que las de

Hiroshima) siendo la altura normal de detonacioacuten

la de 2000 m

En la praacutectica 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 electroacute-

nicamente para obtener la diferencia de ambas

que es proporcional a la altura Los pulsos suelen

emitirse 120 veces por segundo y alcanzan un

74

rango de 3000 m sobre la tierra y 6000 m sobre

el mar (la reflexioacuten es alliacute mejor) siendo su error

de hasta 15 m

CABEZA DETONADORA Como ya se dijo

estaacute compuesta de una carga explosiva muy bien

calibrada que a la orden del altiacutemetro detona

produciendo una onda de choque uniforme sobre

el elemento radioactivo comprimieacutendolo hasta

alcanzar la masa supercriacutetica

Compantildeiacuteas privadas producen camisas explosivas

que modificadas pueden ser usadas para la fabri-

cacioacuten del objeto que nos ocupa La cantidad de

presioacuten necesaria a aplicar es un secreto por razo-

nes de seguridad aunque se sabe que los explosi-

vos plaacutesticos son ideales sobre todo por su malea-

bilidad y facilidad de manejo

El detonador variacutea si es combustible es uranio o

plutonio

75

DETONADOR DE URANIO La masa total se

divide en dos partes una mayor de forma semies-

feacuterica y coacutencava que se acopla perfectamente con

la otra maacutes pequentildea Como es de suponer ambas

se encuentran separadas hasta el momento de la

detonacioacuten en el que una explosioacuten convencional

dispara la parte pequentildea que impacta contra la

mayor para lograr en un instante la masa supercriacute-

tica

DETONADOR DE PLUTONIO Necesita

una precisioacuten de ingenieriacutea mucho mayor que la

anterior ya que estaacute compuesta de 32 secciones de

plutonio-berilio-polonio todas de igual forma y

posicioacuten distribuidas conceacutentricamente El aspecto

final es parecido al de un baloacuten de fuacutetbol Todas

han de cerrarse simeacutetricamente en una diezmillo-

neacutesima de segundo para conseguir la detonacioacuten

DEFLECTOR DE NEUTRONES Suele ser

U-238 Su funcioacuten es la que ya se explicoacute evitar

76

una reaccioacuten accidental ademaacutes refleja las partiacutecu-

las de vuelta cuando se alcanza la masa supercriacuteti-

ca

ESCUDO PROTECTOR Recibe otros nom-

bres pero su funcioacuten es siempre la de proteger de

la radiacioacuten natural tanto al personal que la maneja

como a los circuitos de la bomba que pueden su-

frir cortocircuitos o puestas en funcionamiento

accidentales

SISTEMA DE ARMADO Es otro sistema maacutes

de seguridad consistente en quitar una parte im-

prescindible de la bomba para evitar detonaciones

accidentales de modo que soacutelo cuando estaacute

proacuteximo su lanzamiento se inserta esta parte Una

analogiacutea seriacutea como si al aparcar nuestro coche le

quitaacuteramos el volante o una bujiacutea asiacute estariacuteamos

seguros de que no nos lo roban porque sin estas

partes el coche no funciona

77

12 EFECTOS DE UNA EXPLOSIOacuteN NUCLEAR

Tenemos frescas en nuestra memo-

ria las imaacutegenes que nos mostroacute la

televisioacuten cuando se produjo el ac-

cidente de Chernobyl

Aquiacute explicamos todas las conse-

cuencias de una detonacioacuten 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

78

bull Radiacioacuten nuclear inicial la altiacutesima

temperatura y la elevada presioacuten que se

genera en el interior de la explosioacuten emi-

ten radiacioacuten en todas las direcciones Esta

se compone de rayos alfa beta y gamma

que son una forma de radiacioacuten electro-

magneacutetica de alta energiacutea que puede causar

la muerte sin que el individuo se de cuenta

de que ha sido irradiado Una explosioacuten de

un megatoacuten (de tamantildeo estaacutendar) matariacutea

a todo ser humano en 15 Km a la redonda

que se encontrase al aire libre

Las partiacuteculas alfa son ideacutenticas a un nuacutecleo de

helio son las que mas larga vida tienen unos mil

antildeos pero su poder de penetracioacuten 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 radiacioacuten Con 45 cm de tierra se

consigue reducir la radiacioacuten veinte veces

Las partiacuteculas beta penetran maacutes siendo suficiente

79

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

to la radiacioacuten (una pared moderna ya espesa se

compone de 1 pie de ladrillo maacutes caacutemara maacutes

aislante maacutes ladrillo hueco y yeso que suele que-

darse en los 37 cm)

Los de maacutes poder de penetracioacuten son las gamma

y por tanto los maacutes peligrosos ya son los que se

introducen en los refugios nucleares auacuten con

grandes espesores de hormigoacuten La uacutenica protec-

cioacuten eficaz es la de interponer grandes masas de

material mejor cuanto maacutes denso siendo el ideal

el plomo ya que pasa por los materiales como la

luz por una tela si esta es maacutes densa mayor canti-

dad de chocaraacute con ella y no la traspasaraacute Para

reducir la dosis a un veinteavo se precisan 30 cm

de hormigoacuten armado

bull Pulso electromagneacutetico La intensa acti-

vidad de los rayos gamma genera mediante

induccioacuten una corriente de alto voltaje so-

80

bre antenas viacuteas feacuterreas tuberiacuteas que des-

truye todas las instalaciones eleacutectricas de

una amplia zona si la explosioacuten se efectuacutea

a gran altura Una detonacioacuten de muchos

kilotones a 200 km sobre Omaha (Ne-

brasca) destruiriacutea todos los circuitos eleacutec-

tricos integrados de toda Norteameacuterica y

parte de Meacutejico y Canadaacute Ante el riesgo

de una detonacioacuten nuclear es conveniente

alejarse de liacuteneas eleacutectricas y viacutea feacuterreas ya

que la corriente inducida puede electrocu-

tarnos

bull Pulso teacutermico al expandirse la bola de

fuego el aire circundante absorbe energiacutea

en forma de rayos X y la irradia en forma

de una luz cegadora y un intensiacutesimo ca-

lor Una bomba de 20 Megatones produci-

riacutea una intensa luz durante 20 segundos y

causariacutea quemaduras de segundo grado a

81

cualquier persona expuesta a 45 Km de

distancia

bull Onda de choque La raacutepida expansioacuten de

la bola de fuego genera una onda de cho-

que como cualquier explosioacuten pero de

una potencia muy superior ya que puede

aplastar o barrer edificios dantildeaacutendolos muy

seriamente o destruyeacutendolos por comple-

to ya que maacutes que empujar por su dura-

cioacuten lo que hace es estrujar Una bomba

de 20 megatones no dejariacutea en un radio de

20 Km maacutes que escombros soacutelo se salva-

riacutean las cimentaciones y construcciones

enterradas

bull Primera lluvia radioactiva o lluvia ra-

diactiva local una explosioacuten de 20 mega-

tones aras de suelo produciriacutea un craacuteter de

183 m de profundidad la elevada tempe-

82

ratura vaporiza todo lo que se encuentra

dentro de la bola de fuego todo se funde

con los materiales radiactivos de la fisioacuten o

fusioacuten y se eleva con el hongo para luego

precipitar en forma de finas cenizas Esto

ocurriraacute durante las 24 h siguientes a la

explosioacuten y afectaraacute a una regioacuten maacutes o

menos amplia para una misma potencia

seguacuten la climatologiacutea El fenoacutemeno se am-

pliacutea considerablemente si la detonacioacuten se

produce cerca del suelo La energiacutea 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 maacutes destructivos los deno-

minados secundarios como incendios en masa

que acabariacutean con los pocos supervivientes y ma-

tariacutean a maacutes que el pulso teacutermico y la onda de

choque

83

Ademaacutes en caso de que se lanzaran muchas

bombas nucleares sus efectos secundarios seriacutean

mucho maacutes 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 10000 mega-

tones miacutenimos para considerar un holocausto

como tal

bull El primero de estos efectos es que la ra-

dioactividad liberada en caso de holocaus-

to penetrariacutea en todos y cada uno de los

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

Mientras que en dosis altas (seguacuten la espe-

cie) produciriacutea la muerte en otras maacutes ba-

jas los efectos seriacutean de lo maacutes variados

(mutaciones esterilidad)

bull El segundo seriacutea que los materiales im-

pulsados por las detonaciones se elevariacutean

hasta la troposfera donde ocultariacutean la luz

84

del sol durante meses o antildeos haciendo ba-

jar la temperatura de la tierra y alterando la

fotosiacutentesis de los vegetales y el plancton

marino seriacutea el famoso invierno nuclear

Ademaacutes estos materiales radiactivos iriacutean

cayendo durante meses o antildeos convirtieacuten-

dose en una lluvia radiactiva global que

auacuten con menos dosis radiactiva que una

lluvia provocada por una bomba seriacutea

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

antildeos Ese 5 de energiacutea liberada por la

lluvia radiactividad en una bomba es poco

pero en los 10000 megatones de un holo-

causto suponen ya 500 megatones que iraacuten

estallando durante miles de antildeos des-

pueacutes de la cataacutestrofe

85

bull El tercero seriacutea una reduccioacuten en la capa

de ozono producida por el oacutexido de nitroacute-

geno generado por las bolas de fuego de

modo que la radiacioacuten solar que llegase a

la tierra seriacutea mortal Un 70 del ozono

desapareceriacutea en el hemisferio norte y un

40 en el sur siendo necesarios treinta

antildeos para recuperar su estado normal

86

Ejercicios 12

MODELO DE RESOLUCIOacuteN

La distribucioacuten de los electrones de un aacutetomo

en sus niveles y subniveles se puede representar en

forma abreviada de la siguiente manera

a) Un coeficiente que indica el nuacutemero del nivel

de energiacutea (n)

b) Una letra que corresponde al subnivel

c) Un supraiacutendice que sentildeala el nuacutemero de elec-

trones que hay en el subnivel

1H = 1s1

3Li = 1s2 2s1

En razoacuten del entrecruzamiento de subniveles

el orden en que se van completando los subniveles

por energiacutea creciente es el siguiente

87

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

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

5d 6p 7s 5f 6d

7p

Para visualizar la distribucioacuten de los electrones

en orbitales se puede representar cada orbital por

un pequentildeo cuadrado dividido por una diagonal

y cada electroacuten mediante una flecha

Entonces el orbital puede estar

Vaciacuteo incompleto completo

(1 electroacuten) (2 electrones)

En caso del orbital completo las flechas tienen

sentido contrario para indicar que los electrones

presentan spin contrario

El llenado de los orbitales por los electrones

se realiza a partir de los niveles y subniveles en

88

orden creciente de energiacutea Cada nuevo electroacuten se

incorpora a un orbital vaciacuteo

De ese modo los elementos quedan represen-

tados asiacute

1H =

1s

3Li =

1s 2s

7N =

1s 2s 2p

89

Ejercicios 121

1) Un aacutetomo de foacutesforo tiene 15 protones y 16

neutrones Indicaacute cuaacutel es su

a) nuacutemero atoacutemico (Z) b) nuacutemero

de masa (A)

2) Un aacutetomo de potasio tiene Z =19 y A = 39

Indicaacute su nuacutemero de

a) protones b) electrones

c) neutrones

3) Completaacute los datos que faltan en el siguiente

cuadro

90

ELE-

MEN-

TO

NUacute-

MERO

ATOacute-

MICO

NUacute-

MERO

DE

MASA

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) Sentildealaacute el nombre y siacutembolo de los elementos

cuyas configuraciones electroacutenicas 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) Escribiacute la configuracioacuten electroacutenica de los

siguientes elementos

91

a) Na2311 = c) O16

8 =

b) Cl3517 = d) C12

6 =

6) De acuerdo con la siguiente representacioacuten de

los electrones en orbitales indicaacute a queacute ele-

mentos corresponden

a)

b)

c)

d)

7) Representaacute la distribucioacuten de los electrones en

orbitales de los elementos

a) 7N= c) 18Ar =

b) 15AI = d) 19K =

92

Hoja de respuestas121

1) a) 15 b) 31 2) a) 19 b) 19 c) 20

3)

ELE-

MEN-

TO

NUacuteME-

RO

ATOacute-

MICO

NUacute-

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)Argoacuten Ar

d)Escandio Sc

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

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)middot

94

Ejercicios 1211

Modelo de resolucioacuten

El nuacutemero de oxidacioacuten se asigna seguacuten las si-

guientes reglas

1) El nuacutemero de oxidacioacuten de los elementos en la

sustancia simple es cero

Ejemplo Cu0 02Cl

2) El nuacutemero de oxidacioacuten del oxiacutegeno es 2

excepto en las sustancias como el agua oxige-

nada Ejemplo H2

2Ominus

3) El nuacutemero de oxidacioacuten del hidroacutegeno es +1

excepto en las sustancias donde estaacute combina-

do con los metales Ejemplo 1

H+

2O

4) El nuacutemero de oxidacioacuten de un ion monoatoacute-

mico es igual a la carga del ion Ejemplo Ca2-

Cl-

95

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

braica de los nuacutemeros de oxidacioacuten de todos

los aacutetomos debe ser cero Ejemplo 1

H+

2

2Ominus

there42(+1) + (-2) = 0

6) En los iones que tienen maacutes de un aacutetomo la

suma algebraica de los nuacutemeros de oxidacioacuten

de todos los aacutetomos es igual a la carga del ion

El nuacutemero de oxidacioacuten se escribe colocando primero el signo y luego el nuacutemero

Ejemplo el nuacutemero de oxidacioacuten del aluminio es +3

1) Calculaacute los nuacutemeros de oxidacioacuten en la moleacute-

cula de dioacutexido de azufre (SO2)

Datos SO2 nuacutemero de oxidacioacuten del O2

es 2

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de S

Resolucioacuten Cada aacutetomo de oxiacutegeno tiene

nuacutemero de oxidacioacuten 2 por lo tanto el nuacute-

mero de oxidacioacuten del azufre es +4 porque

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

96

2) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten del azufre en

el aacutecido sulfuacuterico (H2SO4)

Datos H2SO2 nuacutemero de oxidacioacuten del

O2 es 2 nuacutemero de oxidacioacuten de H es -1

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de S

Resolucioacuten Se debe cumplir que la suma al-gebraica de todos los nuacutemeros de oxidacioacuten sea cero

4(-2) + 21 + x = 0

-8 + 2 + x = 0

x = 6

Respuesta el nuacutemero de oxidacioacuten del azufre

en el aacutecido sulfuacuterico es +6

3) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten del nitroacutegeno

en el nitrato de sodio (NaNO3)

Datos NaNO3 nuacutemero de oxidacioacuten del

O2 es 2

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de N

97

Resolucioacuten El nuacutemero de oxidacioacuten del

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

ga eleacutectrica positiva

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

1 6 + x = 0

x = 5

Respuesta el nuacutemero de oxidacioacuten del nitroacute-

geno en el nitrato de sodio es +5

4) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten del azufre en

el ion sulfato (S 24Ominus )

Datos S 24Ominus nuacutemero de oxidacioacuten del O2

es 2

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de S

Resolucioacuten La suma de los nuacutemeros de

oxidacioacuten es igual a 2 porque el ion sulfato

tiene dos cargas negativas (2-)

x + 4(-2) = -2

x 8 = -2

x = 6

98

Respuesta El nuacutemero de oxidacioacuten del azu-

fre en el ion sulfato es +6

99

Ejercicios 1212

1) Dibujaacute los siacutembolos de Lewis para los aacutetomos

de

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

2) iquestCoacutemo adquiere la distribucioacuten electroacutenica del

ineacutertido maacutes cercano cada uno de los siguien-

tes aacutetomos

a) K b)

F c)

S d) Mg e)

Br

3) Escribiacute las ecuaciones ioacutenicas la foacutermula elec-

troacutenica y la foacutermula miacutenima del compuesto

ioacutenico formado por

a) K y Br (bromuro de potasio)

b) Ca y O (oacutexido de calcio)

4) Marcaacute con una X las propiedades correspon-

dientes a las sustancias que presentan uniones

ioacutenicas

100

a) Son soacutelidas y tienen bajo punto de fusioacuten ( )

b) Conducen la corriente eleacutectrica fundidas o di-

sueltas en agua ( )

c) Tienen brillo metaacutelico ( )

d) Forman cristales duros y quebradizos solubles

en agua ( )

e) No conducen la corriente eleacutectrica ( )

5) Explicaacute coacutemo se unen dos aacutetomos de bromo

para formar la moleacutecula Br2 y escribiacute su

foacutermula electroacutenica y su foacutermula desarrollada

6) La foacutermula del monoacutexido de dicloro es Cl2O

a) Indicaacute queacute tipo de unioacuten existe entre el cloro y

el oxiacutegeno

b) Escribiacute su foacutermula electroacutenica y su foacutermula

desarrollada

7) El azufre y el oxiacutegeno forman dos oacutexidos

importantes el dioacutexido de azufre (SO2) y el

101

trioacutexido de azufre (SO3) Para el trioacutexido de

azufre

a) Indicaacute queacute tipo de unioacuten existe entre el azufre

y los tres aacutetomos de oxiacutegeno

b) Escribiacute la foacutermula electroacutenica

c) Escribiacute la foacutermula desarrollada

8) Marcaacute 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

liacutequidas o soacutelidas ( )

c) Son duacutectiles y maleables ( )

d) No forman moleacuteculas son agregados de

iones ( )

e) No son buenas conductoras de la corriente

eleacutectrica ( )

102

9) Coloque en el pareacutentesis UCP si la unioacuten es

covalente polar y UCNP si es covalento no

polar en cada una de las siguientes sustancias

a) cloruro de hidroacutegeno HCl ( )

b) Hidroacutegeno H2 ( )

c) yodo l2 ( )

10) Escribiacute la foacutermula electroacutenica y la foacutermula

desarrollada de cada una de las sustancias

mencionadas en el ejercicio 9

11) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten

a) del azufre (S)en el dioacutexido de azufre (SO2) en

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

sodio (Na2S)

b) del nitroacutegeno (N) en el dioacutexido de nitroacutegeno

(NO2) en el aacutecido niacutetrico (HNO3) y en el ni-

trato de potasio (KNO3)

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

can en el concepto de unioacuten metaacutelica

103

a) Tienen bajo punto de fusioacuten y de

ebullicioacuten ( )

b) Tienen brillo metaacutelico ( )

c) Conducen la corriente eleacutectrica sin

alterarse ( )

d) En estado soacutelido son malos conductores de la

corriente eleacutectrica ( )

e) Forman hilos y laacuteminas delgadas ( )

104

Hoja de respuestas 1212

1) a) He b) Al c)

Si d)

Ar e)

N

2) a) cede un electroacuten d) cede electrones c)

gana dos electrones b) y e) gana un electroacuten

3) a) Ecuaciones ioacutenicas

K K1+ + 1 e

Br + 1 e Br1-

K1+ + Br- KBr

Foacutermula electroacutenica K1+minus

1

Br

Foacutermula miacutenima KBr

b) Ecuaciones ioacutenicas

Ca Ca 2+ + 2 e

O + 2 e O2-

Ca2+ + O2- CaO

Foacutermula electroacutenica Ca2+ minus

2

O

105

Foacutermula miacutenima CaO

4) b y d

5) se unen compartiendo un par de electrones

6) a) unioacuten covalente

b) foacutermula electroacutenica

Cl

O

Cl

foacutermula desarrollada Cl O Cl

7) a) una unioacuten covalente doble entre el azufre y

uno de los aacutetomos de oxiacutegeno dos uniones cova-

lentes coordinadas con los otros dos aacutetomos de

oxiacutegeno

b) Foacutermula electroacutenica

Foacutermula desarrollada

106

8) a b y e

9) a) UCP y c) UCNP

10) Foacutermula electroacutenica Foacutermula desarrollada

a) H

Cl H Cl

b) HH H H

c)

I

I l I

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

12) b c y e

  • RADIACTIVIDAD
    • IacuteNDICE
      • 1 RADIACTIVIDAD NATURAL
      • 2 RELACIOacuteN ENTRE LA LEY DE LAVOISIER Y LA DE EINSTEIN
      • 3 INTERACCIONES ENTRE AacuteTOMOS Y ONDAS
      • 4 PODER DE PENETRACIOacuteN DE LA RADIACIOacuteN
      • 5 VIDA MEDIA
      • 6 RADIACTIVIDAD ARTIFICIAL
      • 7 USOS DE LOS RADIOISOacuteTOPOS
      • 8 MEDICINA NUCLEAR
      • 9 FECHADO POR MEDIO DE RADIOISOacuteTOPOS
      • 10 PLANTAS DE ENERGIacuteA NUCLEAR
      • 11 BOMBA ATOacuteMICA
      • 12 EFECTOS DE UNA EXPLOSIOacuteN NUCLEAR
        • Ejercicios 12
        • Ejercicios 121
        • Hoja de respuestas121
        • Ejercicios 1211
        • Ejercicios 1212
        • Hoja de respuestas 1212

12

reacciones quiacutemicas la materia no se crea ni se

destruye sino que solo cambia la naturaleza de las

sustancias Pero si pensamos un papel quemaacuten-

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 la

forma correcta de enunciar la ley de Lavoisier es

La masa total de

un sistema cerrado se

mantiene constante

independientemente

de los cambios fiacutesicos

o quiacutemicos que en eacutel

se produzcan

Hay que remarcar que la ley se cumple para un

sistema cerrado

13

A comienzos del siglo XX se ha demostrado

que durante las espectaculares reacciones de fu-

sioacuten nuclear que ocurren en el sol y otras estrellas

se destruyen cantidades de materia apareciendo

en su lugar enormes cantidades de energiacutea Esto

sucede tambieacuten en las explosiones atoacutemicas y pro-

cesos similares En estos cambios extraordinarios

se puede medir la destruccioacuten de materia A sus

expensas se crea energiacutea Estos dos elementos

materia y energiacutea se pueden relacionar a traveacutes de

una relacioacuten descubierta por Einstein

mcE sdot= 2

Donde E y m representan los cambios de

energiacutea y de masa respectivamente durante la

transformacioacuten y c es la velocidad de la luz(3108

ms)

14

De esta manera la desaparicioacuten de un gramo

de materia daraacute origen a 91020ergios o 91013 jou-

les Esta energiacutea liberada es suficiente como para

calentar 2105 toneladas de agua de 0ordmC a 100ordmC

Materia y energiacutea pueden interconvertirse En

los procesos quiacutemicos la cantidad de materia que

se transforma en energiacutea es tan pequentildea que resul-

ta imposible medir con los instrumentos actuales

la variacioacuten de masa correspondiente

15

3 INTERACCIONES ENTRE AacuteTOMOS Y ONDAS

Sabemos que la energiacutea se transforma en

materia y viceversa

Pero iquestsabemos si pueden interactuar en-

tre si

Para responder a esta duda recorreremos una parte de la historia del conocimiento del aacutetomo

16

Definicioacuten La partiacutecula de un cuerpo

simple maacutes pequentildea capaz de entrar en las re-

acciones quiacutemicas

1803 Dalton propone que la materia se di-

vidiacutea en elementos y compuesto Los elemen-

tos constituidos por aacutetomos y los compuestos

por moleacuteculas

Siglo XIX se piensa que los aacutetomos son

divisibles se componen de varias partiacuteculas

1897 Thomson descubre el electroacuten antildeos

despueacutes Nagaoka propone que los electrones

giran en oacuterbitas alrededor de una partiacutecula po-

sitiva

En 1911 Rutherford descubre el nuacutecleo

atoacutemico con su experimento de la laacutemina de

oro

17

Alrededor de 1920 Borh propone que los

electrones giran alrededor del nuacutecleo en oacuterbi-

tas circulares donde cada oacuterbita corresponde a

un nivel de energiacutea diferente

Antildeos maacutes tarde De Broglie postula el

principio de dualidad en donde el electroacuten se

comporta como una onda y partiacutecula Como

consecuencia solo se puede encontrar al elec-

troacuten en un aacuterea determinada llamada nivel de

energiacutea ya que no se puede conocer la veloci-

dad y posicioacuten al mismo tiempo( a este fenoacute-

meno se lo denomina principio de incerti-

dumbre de Heisenberg) Esto produce el desa-

rrollo de la mecaacutenica cuaacutentica

Radiactividad

En 1896 Becquerel descubre una propiedad

nueva de la materia a la que posteriormente Marie

Curie llamoacute Radiactividad

18

La radiactividad no depende de la naturaleza

fiacutesica o quiacutemica del aacutetomo sino que es una propie-

dad del nuacutecleoLa causa que los origina probable-

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

tiacuteculas que se encuentran en el nuacutecleo

En general los nuacutecleos de aacutetomos pesados

presentan cierta inestabilidad para lo cual emiten

radiacioacuten para alcanzar estados de equilibrio

Dichas radiaciones podemos dividirlas en

Desintegraciones alfa desintegraciones beta y

desintegraciones gamma

Desintegraciones alfa Cuando el nuacutecleo

atoacutemico es inestable a causa del gran nuacutemero

de protones que posee (ocurre en los elemen-

tos maacutes pesados es decir con Z = 83 o supe-

rior) la estabilidad es alcanzada con frecuen-

cia emitiendo una partiacutecula alfa es decir un

19

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

tones y dos neutrones

Desintegraciones beta Cuando la rela-

cioacuten de neutrones protones en un nuacutecleo

atoacutemico es elevada el nuacutecleo se estabiliza emi-

tiendo un neutroacuten o bien como ocurre con

frecuencia emitiendo una partiacutecula beta es

decir un electroacuten

Desintegraciones gamma Los rayos

gamma son ondas electromagneacuteticas de gran

energiacutea muy parecidos a los rayos X y en cier-

tas ocasiones se presentan cuando ocurre una

desintegracioacuten de partiacuteculas beta o bien una

emisioacuten de positrones Por lo tanto la radia-

cioacuten gamma no posee carga eleacutectrica y su na-

turaleza ondulatoria permite describir su ener-

giacutea en relacioacuten a su frecuencia de emisioacuten

20

INTERACCIOacuteN DE LAS RADIACIONES CON LA

MATERIA

La radiacioacuten al chocar con las moleacuteculas que

encuentra a su paso produce iones esto se debe a

que excita los electrones de los aacutetomos de las mo-

leacuteculas es decir les entrega energiacutea para que pasen

a oacuterbitas superiores

bull Radiaciones alfa (α) compuesta por dos

protones y dos neutrones de bajo poder

de penetracioacuten y alta capacidad de ioniza-

cioacuten Se mueve en liacutenea recta debido a su

gran cantidad de masa

21

bull Radiaciones beta (β) formada por elec-

trones de carga negativa su masa es pe-

quentildea por lo tanto es propensa a cambiar

de trayectoria bajo poder de penetracioacuten y

bajo poder de ionizacioacuten Al acercarse a un

nuacutecleo se frena la energiacutea que pierde en el

frenado la libera como rayos X Si una par-

tiacutecula beta choca con un positroacuten (electroacuten

negativo) se aniquila y emite un rayo

gamma

bull Radiaciones gamma (γ) son las de ma-

yor energiacutea no tiene carga eleacutectrica por lo

22

tanto no desviacutean sus trayectorias frente a

campos eleacutectricos tienen un alto poder de

penetracioacuten y un alto poder de ionizacioacuten

Pueden llegar a extraer electrones de los

aacutetomos los cuales a su vez ionizan otras

moleacuteculas

Neutrones no poseen carga eleacutectrica tienen

un alto poder de penetracioacuten Al chocar contra un

aacutetomo ceden parte de su energiacutea y se frenan Los

neutrones de baja velocidad se denominan neu-

trones teacutermicos los cuales se descomponen en un

electroacuten y un protoacuten o pueden ser absorbidos por

otros nuacutecleos atoacutemicos

23

4 PODER DE PENETRACIOacuteN DE LA RADIACIOacuteN

La radiacioacuten es uno de los efectos

maacutes peligrosos de la energiacutea nuclear

No todas las partiacuteculas emitidas

tienen la misma posibilidad de atrave-

sar los elementos

Los materiales radiactivos pueden ser peligro-

sos porque la radiacioacuten que se emite puede dantildear

los tejidos vivos La capacidad para inflingir dantildeos

depende en parte del poder de la radiacioacuten para

penetrar en los tejidos

24

En condiciones de igualdad por lo demaacutes

cuanto mayor es la masa de una partiacutecula menor

es su poder de penetracioacuten Las partiacuteculas alfa

que son nuacutecleos de helio con una masa de 4 uma

constituyen el menos penetrante de los tres tipos

principales de radiactividadLas partiacuteculas beta

ideacutenticas a los electrones cuya masa es insignifi-

cante son un poco maacutes penetrantes Los rayos

gamma como los rayos X carecen totalmente de

masa su poder de penetracioacuten es mucho mayor

que el de los otros dos tipos

Puede parecer contrario al sentido comuacuten

pensar que las partiacuteculas maacutes grandes se abren

camino con maacutes dificultad Consideraacute sin embar-

go que el poder de penetracioacuten refleja la capaci-

dad de la radiacioacuten para abrirse camino a traveacutes

de una muestra de materia Es como si trataras de

hacer rodar piedras por un campo de grandes ro-

cas La partiacutecula alfa se comporta como si fuese

una roca grande Debido a su tamantildeo no puede

25

avanzar mucho sin chocarse con otras rocas y ser

detenida por ellas La partiacutecula beta se comporta

como una piedra pequentildea que puede introducirse

entre las rocas y quizaacute hasta rebotar en ellas hasta

completar un recorrido maacutes largo El rayo gamma

es comparable a un grano de arena capaz de pasar

por las aberturas maacutes pequentildeas

Al principio de esta explicacioacuten dijimos que si

todo lo demaacutes es igual asiacute es como funcionan las

cosas Pero lo demaacutes no siempre es igual Cuanto

maacutes raacutepido se mueve una partiacutecula o maacutes energiacutea

tiene la radiacioacuten mayor es su poder de penetra-

cioacuten

Si la sustancia radiactiva estaacute afuera del cuer-

po las partiacuteculas alfa de poco poder de penetra-

cioacuten son las menos peligrosas pues las detiene la

capa externa de la piel Tambieacuten las partiacuteculas beta

se detienen normalmente antes de alcanzar oacuterga-

nos vitales Los rayos gamma atraviesan sin difi-

26

cultad los tejidos asiacute que una fuente externa de los

mismos puede ser muy peligrosa En cambio

cuando la fuente radiactiva estaacute adentro del cuerpo

la situacioacuten se invierte Las partiacuteculas alfa que no

penetran pueden causar graves dantildeos Todas estas

partiacuteculas estaacuten atrapadas en el interior del cuerpo

el cual tiene entonces la posibilidad de absorber

toda la energiacutea que libera la partiacutecula Las partiacutecu-

las alfa infligen el dantildeo en un aacuterea muy pequentildea

porque no se desplazan muy lejos Las partiacuteculas

beta distribuyen el dantildeo en un aacuterea algo mayor

porque recorren distancias mayores Los tejidos se

pueden recuperar de un dantildeo limitado disperso en

un aacuterea grande pero es menos probable que so-

brevivan a una lesioacuten concentrada

Las personas que trabajan con materiales ra-

diactivos disponen de diversas formas de prote-

gerse contra ellos La maacutes simple consiste en ale-

jarse de la fuente porque la intensidad de la radia-

cioacuten disminuye con la distancia respecto a la fuen-

27

te Los trabajadores se pueden proteger tambieacuten

por medio de blindajes Una hoja de papel detiene

casi todas las partiacuteculas alfa Un bloque de madera

o una laacutemina delgada de aluminio detiene las par-

tiacuteculas beta

Pero se necesitan varios metros de concreto o

varios centiacutemetros de plomo para detener los ra-

yos gamma

28

5 VIDA MEDIA

Cuando hablamos de aacutetomos individuales

estamos trabajando con elementos que

apenas imaginamos

Para entender lo que pasa con la radia-

cioacuten debemos referirnos a un grupo maacutes

grande de partiacuteculas y trabajar con pro-

medios

Hasta aquiacute hemos estudiado la radiactividad en

relacioacuten con los aacutetomos individuales En el labora-

torio nos ocupamos en general con nuacutemeros muy

grandes de aacutetomos mucho mayores que el nuacuteme-

29

ro de habitantes de la tierra Si pudieacutesemos ver el

nuacutecleo de un aacutetomo individual podriacuteamos ver si

sufre o no desintegracioacuten radiactiva examinando

su composicioacuten Ciertas combinaciones de proto-

nes y neutrones son inestables Sin embargo lo

que no podriacuteamos determinar es cuando el aacutetomo

va a sufrir un cambio La radiactividad es un pro-

ceso aleatorio independiente en general de las

influencias externas

Cuando tenemos un nuacutemero grande de aacuteto-

mos el proceso de desintegracioacuten radiactiva se

hace maacutes predecible Podemos medir la vida me-

dia que es una propiedad caracteriacutestica de cada

radioisoacutetopo La vida media de un isoacutetopo radiac-

tivo es el periacuteodo durante el cual la mitad del nuacute-

mero original de aacutetomos sufre desintegracioacuten ra-

diactiva para formar un nuevo elemento Por

ejemplo supone que tuvieacutesemos 16 billones de

aacutetomos de tritio el isoacutetopo radiactivo de hidroacutege-

no La vida media del tritio es de 123 antildeos Esto

significa que al cabo de 123 antildeos se habraacuten desin-

30

tegrado 8 billones de aacutetomos de tritio y quedaraacuten

8 billones de aacutetomos Al cabo de otros 123 antildeos

se habraacute desintegrado la mitad de los 8 billones de

aacutetomos restantes Por tanto al cabo de dos vidas

medias quedaraacute una cuarta parte del nuacutemero ori-

ginal de aacutetomos de tritio Asiacute pues dos vidas me-

dias no hacen una entera

Podemos calcular la fraccioacuten restante del isoacute-

topo original al cabo de un nuacutemero dado de vidas

medias por medio de la relacioacuten

FRACCIOacuteN RESTANTE N21

=

Donde n es el nuacutemero de vidas medias trans-

curridas

31

6 RADIACTIVIDAD ARTIFICIAL

La radiactividad es un fenoacutemeno na-

tural y en esas condiciones poco

aprovechable

El hombre trabajoacute mucho para con-

trolarlo y hacer de este efecto algo

uacutetil Aunque como es muy habitual

en la humanidad las implementacio-

nes destructivas tambieacuten tuvieron

gran desarrollo

32

TRANSMUTACIOacuteN ARTIFICIAL

Las formas de radiactividad que se presentan

en la Naturaleza Se pueden inducir otras reaccio-

nes nucleares bombardeando nuacutecleos estables con

partiacuteculas alfa neutrones u otras partiacuteculas sub-

atoacutemicas Estas partiacuteculas si tienen suficiente

energiacutea penetran los nuacutecleos que antes eran esta-

bles e inducen alguna forma de emisioacuten radiacti-

va Al igual que la radiactividad natural este tipo

de cambio nuclear produce una transmutacioacuten un

elemento se transforma en otro Debido a que el

cambio no se habriacutea producido de manera natural

el proceso se conoce como transmutacioacuten artifi-

cial

Pocos antildeos despueacutes de su famoso experimen-

to de la laminilla de oro (bombardeo con radiacioacuten

alfa una lamina de oro y detectoacute en una lamina de

sulfuro de zinc la radiacioacuten emergente) Ernest

Rutherford estudioacute el bombardeo de diversos

elementos ligeros con partiacuteculas alfa Un experi-

33

mento de este tipo en el cual Rutherford bom-

bardeoacute nitroacutegeno dio por resultado la produccioacuten

de protones

N147 + He4

2 O178 + H1

1

(Recordaacute que el nuacutecleo de hidroacutegeno es un protoacuten

por eso usamos el siacutembolo alternativo H11 para el pro-

toacuten)

Observaacute que la suma de los nuacutemeros de nu-

cleones de la izquierda es igual a la suma de los

nuacutemeros de nucleones de la derecha Tambieacuten los

nuacutemeros atoacutemicos estaacuten balanceados

Rutherford habiacutea postulado en 1914 la exis-

tencia de protones en los nuacutecleos Un experimen-

to publicado en 1919 proporcionoacute la primera

comprobacioacuten empiacuterica de la existencia de estas

partiacuteculas fundamentales Ya antes Eugen Golds-

tein habiacutea producido protones en sus experimen-

34

tos con tubos de descarga en gas Goldstein obtu-

vo estas partiacuteculas a partir del hidroacutegeno gaseoso

contenido en el tubo por separacioacuten de un elec-

troacuten del aacutetomo de hidroacutegeno La trascendencia del

experimento de Rutherford consistioacute en que ob-

tuvo protones del nuacutecleo de un aacutetomo que no era

de hidroacutegeno con lo cual establecioacute la naturaleza

de los protones como partiacuteculas fundamentales Al

hablar de partiacuteculas fundamentales nos referimos a

las unidades baacutesicas a partir de las cuales se pue-

den formar estructuras maacutes complicadas (como el

nuacutecleo de nitroacutegeno) El experimento de Ruther-

ford constituyoacute la primera reaccioacuten nuclear indu-

cida

Durante la deacutecada de 1920 se llevaron a cabo

muchas transmutaciones artificiales En la deacutecada

de 1930 una de estas reacciones condujo al descu-

brimiento de otra partiacutecula fundamental En 1932

James Chadwick bombardeoacute berilio con partiacuteculas

alfa

35

Be94 + He4

2 C126 + n1

0 Entre los productos se encontraba el neutroacuten

RADIACTIVIDAD INDUCIDA

Las primeras reacciones nucleares produjeron

isoacutetopos que ya se conociacutean por estar presentes en

la Naturaleza Esto fue quizaacute fortuito porque era

inevitable que tarde o temprano se produjese un

nuacutecleo estable Iregravene Curie (hija de los ganadores

del premio Nobel de 1903) y su esposo Freacutedeacuteric

Joliot estudiaban el bombardeo de aluminio con

partiacuteculas alfa Se produciacutean neutrones y quedaba

como residuo un isoacutetopo de foacutesforo

Al2713 + He4

2 P3015 + n1

0

Para sorpresa de los investigadores el blanco

seguiacutea emitiendo partiacuteculas auacuten despueacutes de inte-

rrumpido el bombardeo El isoacutetopo de foacutesforo era

radiactivo y emitiacutea partiacuteculas cuya masa era igual a

36

la del electroacuten pero cuya carga era opuesta Estas

partiacuteculas se llaman positrones La reaccioacuten que

estaban observando era la siguiente

P3015 e0

1+ + Si3014

Asiacute pues surge una vez maacutes la pregunta iquestde doacuten-

de proviene esta partiacutecula si el nuacutecleo contiene

soacutelo protones y neutrones Anteriormente expli-

camos el hecho de que surgiese una partiacutecula beta

(un electroacuten) de un nuacutecleo afirmando que un neu-

troacuten se habiacutea descompuesto en un protoacuten y un

electroacuten Quizaacute un suceso similar puede explicar la

aparicioacuten de un positroacuten Considera que un pro-

toacuten del nuacutecleo se transforma en un neutroacuten y un

positroacuten (un protoacuten es ideacutentico a un nuacutecleo de

hidroacutegeno)

H11 e0

1+ + N10

Todo queda muy bien balanceado en esta

37

ecuacioacuten Al emitirse el positroacuten el nuacutecleo radiac-

tivo original tiene de pronto un protoacuten menos y

un neutroacuten maacutes que antes Por tanto la masa del

nuacutecleo producido es la misma pero su nuacutemero

atoacutemico se ha reducido en una unidad respecto al

nuacutecleo original Por este trabajo la pareja Joliot-

Curie se hizo acreedora al premio Nobel en 1935

(la pareja Joliot-Curie adoptoacute el apellido combina-

do para perpetuar el nombre de Curie Marie y

Pierre Curie tuvieron dos hijas pero ninguacuten hijo

varoacuten

38

7 USOS DE LOS RADIOISOacuteTOPOS

Muchas de las aplicaciones de la energiacutea

de la radiacioacuten se realizan a traveacutes de los

radioisoacutetopos

Gracias a ellos y a los detectores se evitan

grandes perdidas materiales y se ahorra

grandes esfuerzos

Los cientiacuteficos que trabajan en una amplia va-

riedad de campos emplean isoacutetopos radiactivos

(radioisoacutetopos) como rastreadores en sistemas

fiacutesicos quiacutemicos y bioloacutegicos Los isoacutetopos de un

elemento determinado sea radiactivo o no se

39

comportan de manera casi ideacutentica en los proce-

sos quiacutemicos y fiacutesicos En virtud de la facilidad

para detectar los isoacutetopos radiactivos es relativa-

mente faacutecil seguir sus movimientos incluso en un

sistema complicado

Como un ejemplo sencillo consideremos el

flujo de un liacutequido por una tuberiacutea Supongamos

que hay una fuga en una tuberiacutea enterrada bajo un

piso de concreto Podriacuteamos localizar la fuga le-

vantando partes extensas del piso o bien podriacutea-

mos agregar una pequentildea cantidad de material

radiactivo al liacutequido que va hacia el drenaje y ras-

trear el flujo de liacutequido con un contador Geiger

(un instrumento que detecta la radiactividad) Una

vez localizada la fuga soacutelo habriacutea que levantar una

parte pequentildea del piso para reparar la fuga Por lo

general se emplean para este propoacutesito isoacutetopos

de vida corta que desaparecen poco tiempo des-

pueacutes de realizar su funcioacuten

Anaacutelogamente podriacuteamos rastrear la incorpo-

racioacuten de foacutesforo en una planta verde La planta se

40

alimenta con un fertilizante que contiene foacutesforo

radiactivo Un meacutetodo sencillo de deteccioacuten con-

siste en colocar la planta sobre una peliacutecula foto-

graacutefica La radiacioacuten que emiten los isoacutetopos de

foacutesforo expone la peliacutecula en gran medida como

lo hace la luz Este tipo de exposicioacuten llamado

radiografiacutea muestra la distribucioacuten del foacutesforo en

la planta

Tambieacuten se da un buen uso a los rastreadores

radiactivos en la investigacioacuten agriacutecola Estos isoacute-

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 cuaacuteles son los mejores meacutetodos para

regular los insectos La mutacioacuten intencional de

plantas por irradiacioacuten ha producido nuevas y

mejores cepas de plantas de cultivo con valor co-

mercial desde raacutebanos hasta maniacute

Los radioisoacutetopos se emplean tambieacuten para

irradiar alimentos como meacutetodo de conservacioacuten

La radiacioacuten destruye los microorganismos que

41

causan la descomposicioacuten de los alimentos Los

alimentos irradiados muestran poco cambio en

cuanto a su saber o aspecto A muchas personas

les inquietan los posibles efectos dantildeinos de las

sustancias quiacutemicas que produce la radiacioacuten pero

no hay pruebas contundentes de dantildeos causados

por alimentos irradiados en animales de laborato-

rio alimentados con ellos y tampoco se conocen

efectos adversos en seres humanos en los paiacuteses

donde la irradiacioacuten se ha utilizado por muchos

antildeos El proceso de esterilizacioacuten no deja irradia-

cioacuten residual en los alimentos

Los radioisoacutetopos han sido empleados exten-

samente en la investigacioacuten cientiacutefica baacutesica El

mecanismo de la fotosiacutentesis se dilucidoacute en gran

parte utilizando carbono 14 como rastreador Por

ejemplo para determinar coacutemo fabrican las plan-

tas el azuacutecar glucosa a partir de dioacutexido de carbo-

no y agua la planta se expone a dioacutexido de carbo-

no radiactivo El investigador identifica los com-

puestos que se forman a partir de estas materias

42

primas y el orden en el que se sintetizan y despueacutes

determina cuaacuteles compuestos se tornan radiactivos

y en queacute secuencia Con base en los dates obteni-

dos de experimentos con rastreadores los cientiacutefi-

cos determinan las rutas metaboacutelicas de plantas

animales y seres humanos

43

8 MEDICINA NUCLEAR

La medicina nuclear ha generado tra-

tamientos y terapias inimaginables

antes de su descubrimiento

En el diagnostico generoacute meacutetodos no

invasivos que evitan a los paciente

tanto sufrimientos como peacuterdidas de

tiempo

En medicina nuclear se dan dos usos distintos

a los radioisoacutetopos para fines terapeacuteuticos o para

realizar un diagnoacutestico En la terapia con radiacioacuten

se intenta tratar o curar un padecimiento por

44

medio de radiacioacuten El uso de los radioisoacutetopos

con fines de diagnoacutestico busca obtener informa-

cioacuten acerca del estado de salud del paciente

TERAPIA POR RADIACIOacuteN

El caacutencer no es una sola enfermedad sino

muchas Algunas formas de caacutencer son particu-

larmente susceptibles a la terapia por radiacioacuten La

radiacioacuten se dirige cuidadosamente hacia el tejido

canceroso y se reduce al miacutenimo la exposicioacuten de

las ceacutelulas normales Si los efectos destructivos de

la radiacioacuten consiguen matar las ceacutelulas cancero-

sas se detiene el avance del tumor maligno (Pero

los pacientes que se someten a terapia por radia-

cioacuten suelen experimentar malestares a causa del

tratamiento Naacuteusea y voacutemito son los siacutentomas

usuales del malestar por radiacioacuten Asiacute pues el

objetivo de la terapia por radiacioacuten es destruir las

ceacutelulas cancerosas antes de que se cause un dantildeo

excesivo a los tejidos sanos La radiacioacuten tiene

45

efectos maacutes letales para las ceacutelulas que se reprodu-

cen con rapidez y eacutesta es precisamente la caracte-

riacutestica de las ceacutelulas cancerosas que permite que la

terapia por radiacioacuten tenga eacutexito

USOS DIAGNOacuteSTICOS DE LOS RADIOISOacuteTOPOS

Los radioisoacutetopos se usan para fines diagnoacutes-

ticos con el propoacutesito de obtener informacioacuten

acerca del tipo o el alcance de la enfermedad El

yodo 131 radiactivo se emplea para determinar el

tamantildeo la forma y la actividad de la glaacutendula ti-

roides asiacute como para tratar caacutenceres localizados

en esta glaacutendula y para controlar una tiroides hi-

peractiva Primero el paciente toma una solucioacuten

de yoduro de potasio que contiene yodo 131 El

organismo concentra el yodo en la tiroides Se

usan dosis grandes para el tratamiento del caacutencer

de la tiroides la radiacioacuten del isoacutetopo se concentra

en las ceacutelulas cancerosas de esta glaacutendula auacuten

cuando las ceacutelulas cancerosas se hayan extendido a

46

otras partes del cuerpo Sin embargo para fines de

diagnoacutestico soacutelo se necesita una pequentildea cantidad

del radioisoacutetopo Tambieacuten 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-

poracioacuten diferencial del isoacutetopo La imagen que

se obtiene se describe como una fotoexploracioacuten

y permite determinar con precisioacuten la ubicacioacuten de

un tumor en esa regioacuten del cuerpo

El radioisoacutetopo de uso maacutes extendido en medicina

es el gadolinio 153 Este isoacutetopo se emplea para

evaluar la mineralizacioacuten de los huesos Su popu-

laridad es un indicio del gran nuacutemero de personas

principalmente mujeres que sufren de osteoporo-

sis (reduccioacuten de la cantidad de tejido oacuteseo) a me-

dida que envejecen El gadolinio 153 emite dos

radiaciones caracteriacutesticas un rayo gamma y un

rayo X Un dispositivo analizador compara estas

radiacioacuten despueacutes de que atraviesan el hueso La

47

densidad del mismo se determina con base en las

diferencias de absorcioacuten de los rayos

El tecnecio 99m se utiliza en diversos ensayos

diagnoacutesticos La letra m quiere decir metaestable

lo que significa que este isoacutetopo emite cierta ener-

giacutea para convertirse en una versioacuten maacutes estable del

mismo isoacutetopo (mismo nuacutemero atoacutemico y mismo

peso atoacutemico) La energiacutea que desprende es el

rayo gamma que permite detectar el isoacutetopo

Tcm9943 Tc99

43 + y

Observa que la desintegracioacuten del tecnecio

99m no produce partiacuteculas alfa ni beta las cuales

podriacutean causar dantildeos innecesarios al organismo

Ademaacutes el tecnecio 99m tiene una vida media cor-

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

tividad no permanece en el organismo mucho

tiempo despueacutes de que la exploracioacuten se ha com-

pletado Esta vida media tan corta obliga a planifi-

48

car cuidadosamente el uso del radioisoacutetopo De

hecho lo que se adquiere no es el isoacutetopo mismo

El tecnecio 99m se forma por desintegracioacuten del

molibdeno 99

Mo9942 Tcm99

43 + e01minus + y

Se emplea un recipiente que contiene este isoacute-

topo de molibdeno y el producto de desintegra-

cioacuten el tecnecio 99 se extrae del recipiente a

medida que se necesita

Mediante el uso de modernas tecnologiacuteas ba-

sadas en la utilizacioacuten de computadoras la tomo-

grafiacutea por emisioacuten de positrones (PET por sus

siglas en ingleacutes) permite medir los procesos dinaacute-

micos que se llevan a cabo en el organismo como

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

boliza el oxiacutegeno o la glucosa Las exploraciones

de PET se emplean actualmente para identificar

con precisioacuten el aacuterea de dantildeo cerebral que desen-

49

cadena los ataques epileacutepticos graves Antes de la

exploracioacuten se inhalan o se inyectan compuestos

que contienen isoacutetopos emisores de positrones

como el carbono 11 Antes de que el positroacuten

emitido pueda recorrer una distancia apreciable en

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

teria ordinaria abundan los electrones) y se produ-

cen dos rayos gamma

C116 B11

5 + e01+

e01+ + e0

1minus 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 simultaacuteneamente

dos rayos gamma el sistema no toma en cuenta

los rayos gamma de la radiacioacuten natural de fondo

A continuacioacuten se emplea una computadora para

calcular la ubicacioacuten dentro del cuerpo del punto

50

en el cual ocurrioacute una aniquilacioacuten del positroacuten y

el electroacuten y se genera una imagen en esa regioacuten

La tabla contiene una lista de radioisoacutetopos de

uso comuacuten en la medicina La lista es necesaria-

mente incompleta Incluso con esta exposicioacuten tan

breve puedes hacerte una idea de la importancia

que los radioisoacutetopos tienen en la medicina La

aseveracioacuten de que la ciencia nuclear ha salvado

maacutes vidas de las destruidas por las bombas atoacutemi-

cas no carece el fundamento

51

Isoacutetopo Nombre Vida me-

dia Uso

C11 Carbono 11 203m Exploraciones cere-

brales

Cr51 Cromo 51 278d Determinacioacuten

del volumen sanguiacute-

neo

Co57 Cobalto 57 270d Medicioacuten de la

incorporacioacuten de

vitamina v12

Co60 Cobalto 60 526a Terapia de caacutencer

por radiacioacuten

Gd153 Gadolinio

153

242d Determinacioacuten

de la densidad oacutesea

Ga67 Galio 67 781h Exploracioacuten en

busca de tumores

pulmonares

I131 Yodo 131 807d Terapia de la ti-

roides

Ir192 Iridio 192 74d Terapia del caacuten-

cer de mamaacute

Fe59 Hierro 59 45d Deteccioacuten de

anemia

52

P32 Foacutesforo 32 143d Deteccioacuten de

caacutencer de la piel o

tumores oculares

Pu238 Plutonio

238

86a Suministra ener-

giacutea para marcapasos

Ra226 Radio 226 1600a Terapia de caacutencer

por radiacioacuten

Se75 Selenio 75 120d Exploraciones del

paacutencreas

Na24 Sodio 24 150h Localizacioacuten de

obstrucciones en el

flujo sanguiacuteneo

Tc99 Tecnecio 99 60h Obtencioacuten de imaacute-

genes de cerebro hiacutega-

do meacutedula oacutesea rintildeoacuten o

corazoacuten

Tl201 Talio 201 73h Deteccioacuten de pro-

blemas cardiacos con la

prueba de esfuerzo en

rueda de andar

H3 Tritio 123a Determinacioacuten de

agua corporal total

Xe133 Xenoacuten133 527d Obtencioacuten de imaacute-

genes de pulmoacuten

53

9 FECHADO POR MEDIO DE RADIOISOacuteTOPOS

Una de las aplicaciones maacutes in-

creiacutebles de la quiacutemica nuclear es la po-

sibilidad de averiguar la antiguumledad de

los objetos encontrados en las investi-

gaciones arqueoloacutegicas

Se puede usar la vida media de ciertos isoacuteto-

pos para estimar la antiguumledad de rocas y artefac-

tos arqueoloacutegicos El uranio 238 se desintegra con

una vida media de 4500 millones de anos Los

productos iniciales de esta desintegracioacuten tambieacuten

son radiactivos y la descomposicioacuten continuacutea

54

hasta que se forma un isoacutetopo de plomo (plomo

206) Los quiacutemicos pueden estimar la antiguumledad

de una roca determinando las proporciones relati-

vas de uranio 238 y plomo 206 Se ha encontrado

que algunas de las rocas maacutes antiguas de la Tierra

se formaron hace entre 3000 y 4500 millones de

antildeos En las rocas lunares y en meteoritos se ha

determinado una antiguumledad maacutexima de alrededor

de 4500 millones de antildeos Asiacute pues se considera

en general que la Tierra tiene una antiguumledad de

unos 4500 millones de antildeos

FECHADO POR CARBONO 14

En el fechado de artefactos interviene por lo

general un isoacutetopo radiactivo de carbono Se for-

ma carbono 14 en las capas superiores de la at-

moacutesfera por el bombardeo que experimenta el

nitroacutegeno ordinario por parte de los neutrones de

los rayos coacutesmicos

55

N147 + n1

0 C146 + H1

1

Este proceso origina una concentracioacuten cons-

tante de carbono 14 en el CO2 terrestre Las plan-

tas y animales vivos incorporan este isoacutetopo en

sus propias ceacutelulas Sin embargo cuando estos

seres mueren se interrumpe la incorporacioacuten de

carbono 14 y el carbono 14 que hay en el orga-

nismo se desintegra (con una vida media de 5 730

antildeos) a nitroacutegeno 14

Por consiguiente basta con medir la actividad

residual de carbono 14 en un artefacto de origen

vegetal o animal para determinar su antiguumledad

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 antildeos de antiguumle-

dad es decir ha estado muerta durante un tiempo

equivalente a una vida media Anaacutelogamente un

artefacto que muestra el 25 de la actividad de

carbono 14 del material vegetal reciente tiene

56

11460 anos de antiguumledad 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 aquiacute supone que la formacioacuten del isoacutetopo

fue constante a lo largo del tiempo En realidad no

es asiacute Sin embargo aproximadamente para los

uacuteltimos 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

aacuterboles Se han construido curvas de calibracioacuten

que permiten determinar fechas consideradas co-

mo exactas

En teacuterminos generales el meacutetodo de carbono

14 es razonablemente preciso para fechar objetos

de hasta 50000 antildeos de antiguumledad La cantidad

residual del isoacutetopo en los objetos de una antiguumle-

dad mayor que esa es demasiado pequentildea para

hacer una determinacioacuten exacta

El carboacuten de las fogatas de los pueblos anti-

57

guos fechado por determinacioacuten de la actividad

de carbono 14 se usa para estimar la antiguumledad

de otros artefactos encontrados en el mismo em-

plazamiento arqueoloacutegico La teacutecnica de fechado

por carbono 14 se ha usado tambieacuten para detectar

si supuestos artefactos antiguos han sido falsifica-

dos

EL SUDARIO DE TURIacuteN

Probablemente han oiacutedo hablar del sudario de

Turiacuten Se trata de una pieza de tejido de lino muy

antigua de unos 4 metros de largo que muestra la

impresioacuten aproximada de un cuerpo humano

Desde alrededor del antildeo 1350 dC 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-

bricacioacuten del lienzo habiacutea sido cultivado en alguacuten

memento entre los anos de 1260 y 1390 dC Por

58

tanto el lienzo no podriacutea haber existido en tiem-

pos de Cristo A diferencia de los pergaminos del

Mar Muerto para los que el fechado por carbono

14 demostroacute que son registros auteacutenticos de una

civilizacioacuten que existioacute hace unos 2000 antildeos el

sudario de Turiacuten resultoacute ser falso

FECHADO POR TRITIO

El tritio que es el isoacutetopo radiactivo del

hidroacutegeno sirve tambieacuten para fechar Su vida me-

dia de 123 antildeos lo hace uacutetil para fechar objetos de

hasta 100 antildeos de antiguumledad Una aplicacioacuten inte-

resante es el fechado de aguardientes Estas bebi-

das alcohoacutelicas son muy costosas cuando han sido

antildeejadas de 10 a 50 antildeos El fechado por tritio

permite comprobar la veracidad de los anuncios

publicitarios respecto al proceso de antildeejamiento

de las variedades maacutes caras

Hay muchos otros isoacutetopos que permiten es-

timar la antiguumledad de objetos y materiales

59

Isoacutetopo Vida me-

dia

(antildeos)

Periacuteodo de

utilidad Uso

Carbono 14 5730 500 a 50000

antildeos

Carboacuten vege-

tal material

orgaacutenico

Tritio 123 1 a 100 antildeosVinos antildeeja-

dos

Potasio 40 13 x 109 Desde 10000

antildeos

Rocas corteza

terrestre y

lunar

Renio 187 43 x1010 Desde 4 x

107 antildeos Meteoritos

Ranio238 45 x109 Desde 107

antildeos

Rocas corteza

terrestre

60

10 PLANTAS DE ENERGIacuteA NUCLEAR

iquestSabeacutes de doacutende viene esa energiacutea que nosotros usamos tanto Mucha de la energiacutea eleacutectrica es

producida por plantas nucleares de to-do el mundo

La energiacutea nuclear ha dado origen a bombas

muy destructivas y a la nociva precipitacioacuten ra-

diactiva y podriacutea incluso provocar un devastador

invierno nuclear Sin embargo una cantidad mu-

cho mayor de personas han recibido beneficios de

la energiacutea nuclear que las que han sido perjudica-

das por ella El hecho es que existen muchos usos

de la energiacutea nuclear que son sumamente beneacutefi-

61

cos Ya conocemos el uso de isoacutetopos radiactivos

en el diagnoacutestico cliacutenico y en el fechado de obje-

tos de antiguumledad desconocida Otro uso paciacutefico

de la energiacutea nuclear es la generacioacuten de electri-

cidad Una gran parte de la energiacutea eleacutectrica que

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

giacutea nuclear

En la actualidad una quinta parte de toda la

electricidad que se produce en Estados Unidos

proviene de plantas de energiacutea nuclear En Euro-

pa la dependencia respecto a la energiacutea nuclear

para la produccioacuten de electricidad es auacuten mayor

En Francia por ejemplo maacutes del 70 de la ener-

giacutea eleacutectrica del paiacutes proviene de plantas nuclea-

res

No es sorprendente que una reaccioacuten que

desprende tanta energiacutea como lo hace la fisioacuten

nuclear se use como fuente de energiacutea para gene-

rar electricidad En las plantas de energiacutea nuclear

se usa el calor obtenido de una reaccioacuten de fisioacuten

62

en cadena controlada para producir vapor de

agua que mueve las turbinas generadoras de elec-

tricidad El combustible nuclear es normalmente

oacutexido de uranio U3O8 enriquecido hasta alrede-

dor de 3 de uranio 235

La energiacutea nuclear es mucho maacutes limpia que la

que se obtiene quemando combustibles foacutesiles

(carboacuten petroacuteleo y gas) no produce cenizas finas

ni holliacuten no forma dioacutexido de carbono que con-

tribuye al efecto de invernadero y al calentamiento

global y no contamina el aire con oacutexidos de azu-

fre y de nitroacutegeno que dan origen a la lluvia aacutecida

Por otra parte emite grandes cantidades de calor

residual en el ambiente y lo que es mucho maacutes

serio produce muchos residuos radiactivos La

eliminacioacuten de todos estos materiales radiactivos

de desecho es uno de los problemas constantes

que se tienen en relacioacuten con las plantas de energiacutea

nuclear

63

11 BOMBA ATOacuteMICA

Todos sabemos los desastres que pue-

den causar la detonacioacuten de una bomba

nuclear

Aquiacute presentamos la explicacioacuten teoacuterica

y coacutemo se pone en praacutectica

COacuteMO FUNCIONA UNA BOMBA NUCLEAR EN LA

TEORIacuteA

El 16 de Julio de 1945 estalloacute la primera bomba

atoacutemica en el campo de pruebas de Trinity cerca

de aacutelamo Gordo (Nuevo Meacutejico) Desde ese pre-

64

ciso instante la historia de la humanidad ha pasado

a una nueva era la era nuclear

Nunca hasta entonces se habiacutean tenido los cono-

cimientos necesarios como para saber que la masa

puede convertirse en grandes cantidades de ener-

giacutea y coacutemo podiacutea realizarse ese proceso hasta

entonces reservado tan soacutelo a las estrellas

La famosa foacutermula de Einstein E = mc2 ha pasa-

do ya ha formar parte de la cultura popular auacuten sin

que en realidad se llegue a saber que implica

Donde E es energiacutea m masa y c la velocidad de la

luz (constante) En esta ecuacioacuten se expresa la

relacioacuten de equivalencia entre masa y energiacutea Por

ejemplo haciendo algunas cuentas se ve que con

un gramo de uranio si se convirtiese totalmente

en energiacutea se obtendriacutean 25 millones de Kw

Aplicado como una bomba nuclear basta decir

que para asolar Hiroshima soacutelo se convirtioacute un

65

gramo de masa (aunque toda la bomba como me-

canismo pesara cuatro toneladas) su potencia fue

de 125 kilotones es decir para igualar su potencia

seriacutean 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 combustibles

de fisioacuten Cuando en un espacio se reuacutene la sufi-

ciente cantidad de materia (denominada masa criacute-

tica) se produce una reaccioacuten en cadena espontaacute-

nea esto es el nuacutecleo de los aacutetomos del material

se divide liberando energiacutea y varios neutrones

raacutepidos que provocan que otros nuacutecleos tam-

bieacuten se dividan y liberen maacutes energiacutea y neutrones

Este proceso se denomina fisioacuten nuclear Sin em-

bargo si la densidad no es suficiente la energiacutea

liberada hace que el material se expanda y se de-

tenga el proceso Para evitar que se pare la reac-

cioacuten se recurre a una materia muy densa de por siacute

(isoacutetopos del uranio y plutonio) que ademaacutes se

comprime de manera muy raacutepida para lograr una

66

altiacutesima densidad que permite que los neutrones

raacutepidos choquen antes con otros nuacutecleos y se

produzcan antes el mayor nuacutemero 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 maacutes energiacutea Para una

explosioacuten de 100 kilotones son necesarias 58 ge-

neraciones las 7 uacuteltimas generan el 999 de la

energiacutea en periodo cortiacutesimo de tiempo Tambieacuten

puede liberarse energiacutea con la fusioacuten en este pro-

ceso los nuacutecleos se unen en vez de separarse pero

se requieren altiacutesimas temperaturas (del orden de

millones de grados) para que este proceso se lleve

a cabo Para esta reaccioacuten se usan aacutetomos ligeros

(maacutes faacuteciles de unir) generalmente hidroacutegeno o

sus isoacutetopos (deuterio y tritio) Para unir dos aacuteto-

mos basta con hacerlos chocar Los protones de

cada aacutetomo 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

67

fusioacuten deben comprimirse fuertemente los nuacute-

cleos y una vez hecho soacutelo podraacuten continuar uni-

dos si pierden un equivalente de la energiacutea que les

hizo apretarse En el caso de usar deuterio y tritio

se libera violentamente un neutroacuten Esta energiacutea

liberada es la que forma una bomba de fusioacuten

tambieacuten denominada bomba H

COMO FUNCIONA UNA BOMBA ATO-MICA EN LA PRACTICA

Sea cual fuere el sistema de funcionamiento de

una bomba nuclear (fusioacuten o fisioacuten) una cantidad

de masa se convierte en energiacutea la potencia soacutelo

depende de la capacidad de la ingenieriacutea para con-

vertir maacutes masa antes de que la reaccioacuten disperse

las moleacuteculas en teoriacutea la potencia es por tanto

ilimitada

Una bomba nuclear consiste baacutesicamente en una

esfera hueca de plutonio que no es lo suficiente-

68

mente densa como para producir una reaccioacuten 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 explosioacuten se disparan los detonado-

res que hacen que el material explosivo estalle de

la manera lo maacutes regular posible para que enviacutee

una onda de choque esfeacuterica hacia el plutonio

Cuando eacutesta impacta contra eacutel lo comprime y re-

duce su volumen empujaacutendolo hacia el centro de

la esfera hasta que alcanza una densidad suficiente

(supercriacutetica) y se dispara el iniciador de neutrones

para comenzar la reaccioacuten en cadena que da lugar

a la explosioacuten nuclear

Las bombas termonucleares de fusioacuten o H nece-

sitan de una gran temperatura para que se puedan

unir los nuacutecleos esto se consigue en el interior de

una explosioacuten de fisioacuten que es el comienzo de

toda bomba H

69

Una vez acabada la reaccioacuten de fusioacuten nos encon-

traremos con una esfera expandida con una tem-

peratura de millones de grados en la que existen

los productos de la fusioacuten (litio e isoacutetopos del

hidroacutegeno) Tal es su velocidad que pueden fun-

dirse unos con otros dando lugar a la reaccioacuten de

fusioacuten Esta reaccioacuten genera maacutes energiacutea que la

anterior y libera gran cantidad de partiacuteculas nu-

cleares pero no es una reaccioacuten en cadena ya que

el propio calor que genera hace que las partiacuteculas

se separen y se expandan en forma de una esfera

de plasma con una temperatura que tan soacutelo expe-

rimenta el universo de manera natural en las estre-

llas En nuestro sol por ejemplo ocurren la fusioacuten

nuclear de hidroacutegeno y helio Pero antes de que la

reaccioacuten se extinga los neutrones generados por

las detonaciones anteriores provocan de nuevo

una reaccioacuten de fusioacuten sobre una camisa de U-

238 pero esta vez mucho mayor que las anterio-

res La potencia de una bomba termonuclear care-

ce de liacutemite una bomba como la de Hiroshima de

70

125 kilotones (un kilotoacuten equivale a 1000 tonela-

das de TNT) se considera dentro de los arsenales

modernos como pequentildea siendo las de un mega-

toacuten (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 la

Segunda Guerra Mundial

Para la construccioacuten de una bomba nuclear nor-

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

primero no forma parte de la reaccioacuten nuclear

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

nera espontaacutenea emitiendo neutrones que son

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

duzca de manera accidental la reaccioacuten en cadena

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

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

cioacuten 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

71

reactores nucleares a partir del U-238

La desintegracioacuten del uranio en la reaccioacuten en

cadena se produce de manera espontaacutenea para una

masa de 50 Kg si eacuteste elemento es puro El pluto-

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

da reaccioacuten en cadena de modo que se mezcla de

berilo y polonio dando como resultado un pro-

ducto que aunque no es fisionable por si solo una

pequentildea cantidad actuacutea como catalizador para las

grandes reacciones Asiacute bastan 16 Kg de PU-239

para obtener la masa supercriacutetica y 10 Kg si se

mezcla con U-238

El U-235 es muy difiacutecil de extraer por encontrarse

en la naturaleza muy mezclado con otros com-

puestos Asiacute por cada 25000 toneladas de mineral

de uranio bruto soacutelo se obtienen 50 toneladas de

uranio del que el 993 es U-235 y el resto el

rariacutesimo isoacutetopo U-238 ambos soacutelo se pueden

separar de manera mecaacutenica gracias a la leviacutesima

72

diferencia de peso entre ambos Asiacute el uranio se

mezcla en forma gaseosa con fluor (hexafluoriacutedri-

co) que es impulsado a baja presioacuten hacieacutendolo

pasar por unas caacutemaras que aumentan la concen-

tracioacuten de uranio sensiblemente tras cientos de

pasadas Para una central nuclear la pureza ha de

ser del 2 y para una bomba (teoacutericamente) el

95

Para separar el isoacutetopo se recurre a la centrifuga-

cioacuten del gas siendo el maacutes pesado U-238 despedi-

do hacia el exterior con maacutes fuerza Para obtener

otra vez el uranio separado del gas se recurre a la

separacioacuten magneacutetica

MECANISMOS QUE SUELEN COMPONER UNA

BOMBA NUCLEAR

Los mecanismos que suelen componer una bom-

ba nuclear son los siguientes

73

ALTIacuteMETRO No suele usarse el baromeacutetrico

por verse afectado por las condiciones atmosfeacuteri-

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 seguacuten el tiempo transcu-

rrido en el recorrido puede saberse la altura sin

necesidad de complicar maacutes el sistema para dar

una precisioacuten que en realidad no es importante (2

o 3 m de diferencia no son apreciables maacutes que

en minibombas bastante menores que las de

Hiroshima) siendo la altura normal de detonacioacuten

la de 2000 m

En la praacutectica 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 electroacute-

nicamente para obtener la diferencia de ambas

que es proporcional a la altura Los pulsos suelen

emitirse 120 veces por segundo y alcanzan un

74

rango de 3000 m sobre la tierra y 6000 m sobre

el mar (la reflexioacuten es alliacute mejor) siendo su error

de hasta 15 m

CABEZA DETONADORA Como ya se dijo

estaacute compuesta de una carga explosiva muy bien

calibrada que a la orden del altiacutemetro detona

produciendo una onda de choque uniforme sobre

el elemento radioactivo comprimieacutendolo hasta

alcanzar la masa supercriacutetica

Compantildeiacuteas privadas producen camisas explosivas

que modificadas pueden ser usadas para la fabri-

cacioacuten del objeto que nos ocupa La cantidad de

presioacuten necesaria a aplicar es un secreto por razo-

nes de seguridad aunque se sabe que los explosi-

vos plaacutesticos son ideales sobre todo por su malea-

bilidad y facilidad de manejo

El detonador variacutea si es combustible es uranio o

plutonio

75

DETONADOR DE URANIO La masa total se

divide en dos partes una mayor de forma semies-

feacuterica y coacutencava que se acopla perfectamente con

la otra maacutes pequentildea Como es de suponer ambas

se encuentran separadas hasta el momento de la

detonacioacuten en el que una explosioacuten convencional

dispara la parte pequentildea que impacta contra la

mayor para lograr en un instante la masa supercriacute-

tica

DETONADOR DE PLUTONIO Necesita

una precisioacuten de ingenieriacutea mucho mayor que la

anterior ya que estaacute compuesta de 32 secciones de

plutonio-berilio-polonio todas de igual forma y

posicioacuten distribuidas conceacutentricamente El aspecto

final es parecido al de un baloacuten de fuacutetbol Todas

han de cerrarse simeacutetricamente en una diezmillo-

neacutesima de segundo para conseguir la detonacioacuten

DEFLECTOR DE NEUTRONES Suele ser

U-238 Su funcioacuten es la que ya se explicoacute evitar

76

una reaccioacuten accidental ademaacutes refleja las partiacutecu-

las de vuelta cuando se alcanza la masa supercriacuteti-

ca

ESCUDO PROTECTOR Recibe otros nom-

bres pero su funcioacuten es siempre la de proteger de

la radiacioacuten natural tanto al personal que la maneja

como a los circuitos de la bomba que pueden su-

frir cortocircuitos o puestas en funcionamiento

accidentales

SISTEMA DE ARMADO Es otro sistema maacutes

de seguridad consistente en quitar una parte im-

prescindible de la bomba para evitar detonaciones

accidentales de modo que soacutelo cuando estaacute

proacuteximo su lanzamiento se inserta esta parte Una

analogiacutea seriacutea como si al aparcar nuestro coche le

quitaacuteramos el volante o una bujiacutea asiacute estariacuteamos

seguros de que no nos lo roban porque sin estas

partes el coche no funciona

77

12 EFECTOS DE UNA EXPLOSIOacuteN NUCLEAR

Tenemos frescas en nuestra memo-

ria las imaacutegenes que nos mostroacute la

televisioacuten cuando se produjo el ac-

cidente de Chernobyl

Aquiacute explicamos todas las conse-

cuencias de una detonacioacuten 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

78

bull Radiacioacuten nuclear inicial la altiacutesima

temperatura y la elevada presioacuten que se

genera en el interior de la explosioacuten emi-

ten radiacioacuten en todas las direcciones Esta

se compone de rayos alfa beta y gamma

que son una forma de radiacioacuten electro-

magneacutetica de alta energiacutea que puede causar

la muerte sin que el individuo se de cuenta

de que ha sido irradiado Una explosioacuten de

un megatoacuten (de tamantildeo estaacutendar) matariacutea

a todo ser humano en 15 Km a la redonda

que se encontrase al aire libre

Las partiacuteculas alfa son ideacutenticas a un nuacutecleo de

helio son las que mas larga vida tienen unos mil

antildeos pero su poder de penetracioacuten 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 radiacioacuten Con 45 cm de tierra se

consigue reducir la radiacioacuten veinte veces

Las partiacuteculas beta penetran maacutes siendo suficiente

79

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

to la radiacioacuten (una pared moderna ya espesa se

compone de 1 pie de ladrillo maacutes caacutemara maacutes

aislante maacutes ladrillo hueco y yeso que suele que-

darse en los 37 cm)

Los de maacutes poder de penetracioacuten son las gamma

y por tanto los maacutes peligrosos ya son los que se

introducen en los refugios nucleares auacuten con

grandes espesores de hormigoacuten La uacutenica protec-

cioacuten eficaz es la de interponer grandes masas de

material mejor cuanto maacutes denso siendo el ideal

el plomo ya que pasa por los materiales como la

luz por una tela si esta es maacutes densa mayor canti-

dad de chocaraacute con ella y no la traspasaraacute Para

reducir la dosis a un veinteavo se precisan 30 cm

de hormigoacuten armado

bull Pulso electromagneacutetico La intensa acti-

vidad de los rayos gamma genera mediante

induccioacuten una corriente de alto voltaje so-

80

bre antenas viacuteas feacuterreas tuberiacuteas que des-

truye todas las instalaciones eleacutectricas de

una amplia zona si la explosioacuten se efectuacutea

a gran altura Una detonacioacuten de muchos

kilotones a 200 km sobre Omaha (Ne-

brasca) destruiriacutea todos los circuitos eleacutec-

tricos integrados de toda Norteameacuterica y

parte de Meacutejico y Canadaacute Ante el riesgo

de una detonacioacuten nuclear es conveniente

alejarse de liacuteneas eleacutectricas y viacutea feacuterreas ya

que la corriente inducida puede electrocu-

tarnos

bull Pulso teacutermico al expandirse la bola de

fuego el aire circundante absorbe energiacutea

en forma de rayos X y la irradia en forma

de una luz cegadora y un intensiacutesimo ca-

lor Una bomba de 20 Megatones produci-

riacutea una intensa luz durante 20 segundos y

causariacutea quemaduras de segundo grado a

81

cualquier persona expuesta a 45 Km de

distancia

bull Onda de choque La raacutepida expansioacuten de

la bola de fuego genera una onda de cho-

que como cualquier explosioacuten pero de

una potencia muy superior ya que puede

aplastar o barrer edificios dantildeaacutendolos muy

seriamente o destruyeacutendolos por comple-

to ya que maacutes que empujar por su dura-

cioacuten lo que hace es estrujar Una bomba

de 20 megatones no dejariacutea en un radio de

20 Km maacutes que escombros soacutelo se salva-

riacutean las cimentaciones y construcciones

enterradas

bull Primera lluvia radioactiva o lluvia ra-

diactiva local una explosioacuten de 20 mega-

tones aras de suelo produciriacutea un craacuteter de

183 m de profundidad la elevada tempe-

82

ratura vaporiza todo lo que se encuentra

dentro de la bola de fuego todo se funde

con los materiales radiactivos de la fisioacuten o

fusioacuten y se eleva con el hongo para luego

precipitar en forma de finas cenizas Esto

ocurriraacute durante las 24 h siguientes a la

explosioacuten y afectaraacute a una regioacuten maacutes o

menos amplia para una misma potencia

seguacuten la climatologiacutea El fenoacutemeno se am-

pliacutea considerablemente si la detonacioacuten se

produce cerca del suelo La energiacutea 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 maacutes destructivos los deno-

minados secundarios como incendios en masa

que acabariacutean con los pocos supervivientes y ma-

tariacutean a maacutes que el pulso teacutermico y la onda de

choque

83

Ademaacutes en caso de que se lanzaran muchas

bombas nucleares sus efectos secundarios seriacutean

mucho maacutes 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 10000 mega-

tones miacutenimos para considerar un holocausto

como tal

bull El primero de estos efectos es que la ra-

dioactividad liberada en caso de holocaus-

to penetrariacutea en todos y cada uno de los

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

Mientras que en dosis altas (seguacuten la espe-

cie) produciriacutea la muerte en otras maacutes ba-

jas los efectos seriacutean de lo maacutes variados

(mutaciones esterilidad)

bull El segundo seriacutea que los materiales im-

pulsados por las detonaciones se elevariacutean

hasta la troposfera donde ocultariacutean la luz

84

del sol durante meses o antildeos haciendo ba-

jar la temperatura de la tierra y alterando la

fotosiacutentesis de los vegetales y el plancton

marino seriacutea el famoso invierno nuclear

Ademaacutes estos materiales radiactivos iriacutean

cayendo durante meses o antildeos convirtieacuten-

dose en una lluvia radiactiva global que

auacuten con menos dosis radiactiva que una

lluvia provocada por una bomba seriacutea

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

antildeos Ese 5 de energiacutea liberada por la

lluvia radiactividad en una bomba es poco

pero en los 10000 megatones de un holo-

causto suponen ya 500 megatones que iraacuten

estallando durante miles de antildeos des-

pueacutes de la cataacutestrofe

85

bull El tercero seriacutea una reduccioacuten en la capa

de ozono producida por el oacutexido de nitroacute-

geno generado por las bolas de fuego de

modo que la radiacioacuten solar que llegase a

la tierra seriacutea mortal Un 70 del ozono

desapareceriacutea en el hemisferio norte y un

40 en el sur siendo necesarios treinta

antildeos para recuperar su estado normal

86

Ejercicios 12

MODELO DE RESOLUCIOacuteN

La distribucioacuten de los electrones de un aacutetomo

en sus niveles y subniveles se puede representar en

forma abreviada de la siguiente manera

a) Un coeficiente que indica el nuacutemero del nivel

de energiacutea (n)

b) Una letra que corresponde al subnivel

c) Un supraiacutendice que sentildeala el nuacutemero de elec-

trones que hay en el subnivel

1H = 1s1

3Li = 1s2 2s1

En razoacuten del entrecruzamiento de subniveles

el orden en que se van completando los subniveles

por energiacutea creciente es el siguiente

87

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

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

5d 6p 7s 5f 6d

7p

Para visualizar la distribucioacuten de los electrones

en orbitales se puede representar cada orbital por

un pequentildeo cuadrado dividido por una diagonal

y cada electroacuten mediante una flecha

Entonces el orbital puede estar

Vaciacuteo incompleto completo

(1 electroacuten) (2 electrones)

En caso del orbital completo las flechas tienen

sentido contrario para indicar que los electrones

presentan spin contrario

El llenado de los orbitales por los electrones

se realiza a partir de los niveles y subniveles en

88

orden creciente de energiacutea Cada nuevo electroacuten se

incorpora a un orbital vaciacuteo

De ese modo los elementos quedan represen-

tados asiacute

1H =

1s

3Li =

1s 2s

7N =

1s 2s 2p

89

Ejercicios 121

1) Un aacutetomo de foacutesforo tiene 15 protones y 16

neutrones Indicaacute cuaacutel es su

a) nuacutemero atoacutemico (Z) b) nuacutemero

de masa (A)

2) Un aacutetomo de potasio tiene Z =19 y A = 39

Indicaacute su nuacutemero de

a) protones b) electrones

c) neutrones

3) Completaacute los datos que faltan en el siguiente

cuadro

90

ELE-

MEN-

TO

NUacute-

MERO

ATOacute-

MICO

NUacute-

MERO

DE

MASA

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) Sentildealaacute el nombre y siacutembolo de los elementos

cuyas configuraciones electroacutenicas 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) Escribiacute la configuracioacuten electroacutenica de los

siguientes elementos

91

a) Na2311 = c) O16

8 =

b) Cl3517 = d) C12

6 =

6) De acuerdo con la siguiente representacioacuten de

los electrones en orbitales indicaacute a queacute ele-

mentos corresponden

a)

b)

c)

d)

7) Representaacute la distribucioacuten de los electrones en

orbitales de los elementos

a) 7N= c) 18Ar =

b) 15AI = d) 19K =

92

Hoja de respuestas121

1) a) 15 b) 31 2) a) 19 b) 19 c) 20

3)

ELE-

MEN-

TO

NUacuteME-

RO

ATOacute-

MICO

NUacute-

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)Argoacuten Ar

d)Escandio Sc

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

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)middot

94

Ejercicios 1211

Modelo de resolucioacuten

El nuacutemero de oxidacioacuten se asigna seguacuten las si-

guientes reglas

1) El nuacutemero de oxidacioacuten de los elementos en la

sustancia simple es cero

Ejemplo Cu0 02Cl

2) El nuacutemero de oxidacioacuten del oxiacutegeno es 2

excepto en las sustancias como el agua oxige-

nada Ejemplo H2

2Ominus

3) El nuacutemero de oxidacioacuten del hidroacutegeno es +1

excepto en las sustancias donde estaacute combina-

do con los metales Ejemplo 1

H+

2O

4) El nuacutemero de oxidacioacuten de un ion monoatoacute-

mico es igual a la carga del ion Ejemplo Ca2-

Cl-

95

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

braica de los nuacutemeros de oxidacioacuten de todos

los aacutetomos debe ser cero Ejemplo 1

H+

2

2Ominus

there42(+1) + (-2) = 0

6) En los iones que tienen maacutes de un aacutetomo la

suma algebraica de los nuacutemeros de oxidacioacuten

de todos los aacutetomos es igual a la carga del ion

El nuacutemero de oxidacioacuten se escribe colocando primero el signo y luego el nuacutemero

Ejemplo el nuacutemero de oxidacioacuten del aluminio es +3

1) Calculaacute los nuacutemeros de oxidacioacuten en la moleacute-

cula de dioacutexido de azufre (SO2)

Datos SO2 nuacutemero de oxidacioacuten del O2

es 2

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de S

Resolucioacuten Cada aacutetomo de oxiacutegeno tiene

nuacutemero de oxidacioacuten 2 por lo tanto el nuacute-

mero de oxidacioacuten del azufre es +4 porque

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

96

2) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten del azufre en

el aacutecido sulfuacuterico (H2SO4)

Datos H2SO2 nuacutemero de oxidacioacuten del

O2 es 2 nuacutemero de oxidacioacuten de H es -1

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de S

Resolucioacuten Se debe cumplir que la suma al-gebraica de todos los nuacutemeros de oxidacioacuten sea cero

4(-2) + 21 + x = 0

-8 + 2 + x = 0

x = 6

Respuesta el nuacutemero de oxidacioacuten del azufre

en el aacutecido sulfuacuterico es +6

3) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten del nitroacutegeno

en el nitrato de sodio (NaNO3)

Datos NaNO3 nuacutemero de oxidacioacuten del

O2 es 2

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de N

97

Resolucioacuten El nuacutemero de oxidacioacuten del

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

ga eleacutectrica positiva

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

1 6 + x = 0

x = 5

Respuesta el nuacutemero de oxidacioacuten del nitroacute-

geno en el nitrato de sodio es +5

4) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten del azufre en

el ion sulfato (S 24Ominus )

Datos S 24Ominus nuacutemero de oxidacioacuten del O2

es 2

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de S

Resolucioacuten La suma de los nuacutemeros de

oxidacioacuten es igual a 2 porque el ion sulfato

tiene dos cargas negativas (2-)

x + 4(-2) = -2

x 8 = -2

x = 6

98

Respuesta El nuacutemero de oxidacioacuten del azu-

fre en el ion sulfato es +6

99

Ejercicios 1212

1) Dibujaacute los siacutembolos de Lewis para los aacutetomos

de

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

2) iquestCoacutemo adquiere la distribucioacuten electroacutenica del

ineacutertido maacutes cercano cada uno de los siguien-

tes aacutetomos

a) K b)

F c)

S d) Mg e)

Br

3) Escribiacute las ecuaciones ioacutenicas la foacutermula elec-

troacutenica y la foacutermula miacutenima del compuesto

ioacutenico formado por

a) K y Br (bromuro de potasio)

b) Ca y O (oacutexido de calcio)

4) Marcaacute con una X las propiedades correspon-

dientes a las sustancias que presentan uniones

ioacutenicas

100

a) Son soacutelidas y tienen bajo punto de fusioacuten ( )

b) Conducen la corriente eleacutectrica fundidas o di-

sueltas en agua ( )

c) Tienen brillo metaacutelico ( )

d) Forman cristales duros y quebradizos solubles

en agua ( )

e) No conducen la corriente eleacutectrica ( )

5) Explicaacute coacutemo se unen dos aacutetomos de bromo

para formar la moleacutecula Br2 y escribiacute su

foacutermula electroacutenica y su foacutermula desarrollada

6) La foacutermula del monoacutexido de dicloro es Cl2O

a) Indicaacute queacute tipo de unioacuten existe entre el cloro y

el oxiacutegeno

b) Escribiacute su foacutermula electroacutenica y su foacutermula

desarrollada

7) El azufre y el oxiacutegeno forman dos oacutexidos

importantes el dioacutexido de azufre (SO2) y el

101

trioacutexido de azufre (SO3) Para el trioacutexido de

azufre

a) Indicaacute queacute tipo de unioacuten existe entre el azufre

y los tres aacutetomos de oxiacutegeno

b) Escribiacute la foacutermula electroacutenica

c) Escribiacute la foacutermula desarrollada

8) Marcaacute 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

liacutequidas o soacutelidas ( )

c) Son duacutectiles y maleables ( )

d) No forman moleacuteculas son agregados de

iones ( )

e) No son buenas conductoras de la corriente

eleacutectrica ( )

102

9) Coloque en el pareacutentesis UCP si la unioacuten es

covalente polar y UCNP si es covalento no

polar en cada una de las siguientes sustancias

a) cloruro de hidroacutegeno HCl ( )

b) Hidroacutegeno H2 ( )

c) yodo l2 ( )

10) Escribiacute la foacutermula electroacutenica y la foacutermula

desarrollada de cada una de las sustancias

mencionadas en el ejercicio 9

11) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten

a) del azufre (S)en el dioacutexido de azufre (SO2) en

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

sodio (Na2S)

b) del nitroacutegeno (N) en el dioacutexido de nitroacutegeno

(NO2) en el aacutecido niacutetrico (HNO3) y en el ni-

trato de potasio (KNO3)

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

can en el concepto de unioacuten metaacutelica

103

a) Tienen bajo punto de fusioacuten y de

ebullicioacuten ( )

b) Tienen brillo metaacutelico ( )

c) Conducen la corriente eleacutectrica sin

alterarse ( )

d) En estado soacutelido son malos conductores de la

corriente eleacutectrica ( )

e) Forman hilos y laacuteminas delgadas ( )

104

Hoja de respuestas 1212

1) a) He b) Al c)

Si d)

Ar e)

N

2) a) cede un electroacuten d) cede electrones c)

gana dos electrones b) y e) gana un electroacuten

3) a) Ecuaciones ioacutenicas

K K1+ + 1 e

Br + 1 e Br1-

K1+ + Br- KBr

Foacutermula electroacutenica K1+minus

1

Br

Foacutermula miacutenima KBr

b) Ecuaciones ioacutenicas

Ca Ca 2+ + 2 e

O + 2 e O2-

Ca2+ + O2- CaO

Foacutermula electroacutenica Ca2+ minus

2

O

105

Foacutermula miacutenima CaO

4) b y d

5) se unen compartiendo un par de electrones

6) a) unioacuten covalente

b) foacutermula electroacutenica

Cl

O

Cl

foacutermula desarrollada Cl O Cl

7) a) una unioacuten covalente doble entre el azufre y

uno de los aacutetomos de oxiacutegeno dos uniones cova-

lentes coordinadas con los otros dos aacutetomos de

oxiacutegeno

b) Foacutermula electroacutenica

Foacutermula desarrollada

106

8) a b y e

9) a) UCP y c) UCNP

10) Foacutermula electroacutenica Foacutermula desarrollada

a) H

Cl H Cl

b) HH H H

c)

I

I l I

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

12) b c y e

  • RADIACTIVIDAD
    • IacuteNDICE
      • 1 RADIACTIVIDAD NATURAL
      • 2 RELACIOacuteN ENTRE LA LEY DE LAVOISIER Y LA DE EINSTEIN
      • 3 INTERACCIONES ENTRE AacuteTOMOS Y ONDAS
      • 4 PODER DE PENETRACIOacuteN DE LA RADIACIOacuteN
      • 5 VIDA MEDIA
      • 6 RADIACTIVIDAD ARTIFICIAL
      • 7 USOS DE LOS RADIOISOacuteTOPOS
      • 8 MEDICINA NUCLEAR
      • 9 FECHADO POR MEDIO DE RADIOISOacuteTOPOS
      • 10 PLANTAS DE ENERGIacuteA NUCLEAR
      • 11 BOMBA ATOacuteMICA
      • 12 EFECTOS DE UNA EXPLOSIOacuteN NUCLEAR
        • Ejercicios 12
        • Ejercicios 121
        • Hoja de respuestas121
        • Ejercicios 1211
        • Ejercicios 1212
        • Hoja de respuestas 1212

13

A comienzos del siglo XX se ha demostrado

que durante las espectaculares reacciones de fu-

sioacuten nuclear que ocurren en el sol y otras estrellas

se destruyen cantidades de materia apareciendo

en su lugar enormes cantidades de energiacutea Esto

sucede tambieacuten en las explosiones atoacutemicas y pro-

cesos similares En estos cambios extraordinarios

se puede medir la destruccioacuten de materia A sus

expensas se crea energiacutea Estos dos elementos

materia y energiacutea se pueden relacionar a traveacutes de

una relacioacuten descubierta por Einstein

mcE sdot= 2

Donde E y m representan los cambios de

energiacutea y de masa respectivamente durante la

transformacioacuten y c es la velocidad de la luz(3108

ms)

14

De esta manera la desaparicioacuten de un gramo

de materia daraacute origen a 91020ergios o 91013 jou-

les Esta energiacutea liberada es suficiente como para

calentar 2105 toneladas de agua de 0ordmC a 100ordmC

Materia y energiacutea pueden interconvertirse En

los procesos quiacutemicos la cantidad de materia que

se transforma en energiacutea es tan pequentildea que resul-

ta imposible medir con los instrumentos actuales

la variacioacuten de masa correspondiente

15

3 INTERACCIONES ENTRE AacuteTOMOS Y ONDAS

Sabemos que la energiacutea se transforma en

materia y viceversa

Pero iquestsabemos si pueden interactuar en-

tre si

Para responder a esta duda recorreremos una parte de la historia del conocimiento del aacutetomo

16

Definicioacuten La partiacutecula de un cuerpo

simple maacutes pequentildea capaz de entrar en las re-

acciones quiacutemicas

1803 Dalton propone que la materia se di-

vidiacutea en elementos y compuesto Los elemen-

tos constituidos por aacutetomos y los compuestos

por moleacuteculas

Siglo XIX se piensa que los aacutetomos son

divisibles se componen de varias partiacuteculas

1897 Thomson descubre el electroacuten antildeos

despueacutes Nagaoka propone que los electrones

giran en oacuterbitas alrededor de una partiacutecula po-

sitiva

En 1911 Rutherford descubre el nuacutecleo

atoacutemico con su experimento de la laacutemina de

oro

17

Alrededor de 1920 Borh propone que los

electrones giran alrededor del nuacutecleo en oacuterbi-

tas circulares donde cada oacuterbita corresponde a

un nivel de energiacutea diferente

Antildeos maacutes tarde De Broglie postula el

principio de dualidad en donde el electroacuten se

comporta como una onda y partiacutecula Como

consecuencia solo se puede encontrar al elec-

troacuten en un aacuterea determinada llamada nivel de

energiacutea ya que no se puede conocer la veloci-

dad y posicioacuten al mismo tiempo( a este fenoacute-

meno se lo denomina principio de incerti-

dumbre de Heisenberg) Esto produce el desa-

rrollo de la mecaacutenica cuaacutentica

Radiactividad

En 1896 Becquerel descubre una propiedad

nueva de la materia a la que posteriormente Marie

Curie llamoacute Radiactividad

18

La radiactividad no depende de la naturaleza

fiacutesica o quiacutemica del aacutetomo sino que es una propie-

dad del nuacutecleoLa causa que los origina probable-

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

tiacuteculas que se encuentran en el nuacutecleo

En general los nuacutecleos de aacutetomos pesados

presentan cierta inestabilidad para lo cual emiten

radiacioacuten para alcanzar estados de equilibrio

Dichas radiaciones podemos dividirlas en

Desintegraciones alfa desintegraciones beta y

desintegraciones gamma

Desintegraciones alfa Cuando el nuacutecleo

atoacutemico es inestable a causa del gran nuacutemero

de protones que posee (ocurre en los elemen-

tos maacutes pesados es decir con Z = 83 o supe-

rior) la estabilidad es alcanzada con frecuen-

cia emitiendo una partiacutecula alfa es decir un

19

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

tones y dos neutrones

Desintegraciones beta Cuando la rela-

cioacuten de neutrones protones en un nuacutecleo

atoacutemico es elevada el nuacutecleo se estabiliza emi-

tiendo un neutroacuten o bien como ocurre con

frecuencia emitiendo una partiacutecula beta es

decir un electroacuten

Desintegraciones gamma Los rayos

gamma son ondas electromagneacuteticas de gran

energiacutea muy parecidos a los rayos X y en cier-

tas ocasiones se presentan cuando ocurre una

desintegracioacuten de partiacuteculas beta o bien una

emisioacuten de positrones Por lo tanto la radia-

cioacuten gamma no posee carga eleacutectrica y su na-

turaleza ondulatoria permite describir su ener-

giacutea en relacioacuten a su frecuencia de emisioacuten

20

INTERACCIOacuteN DE LAS RADIACIONES CON LA

MATERIA

La radiacioacuten al chocar con las moleacuteculas que

encuentra a su paso produce iones esto se debe a

que excita los electrones de los aacutetomos de las mo-

leacuteculas es decir les entrega energiacutea para que pasen

a oacuterbitas superiores

bull Radiaciones alfa (α) compuesta por dos

protones y dos neutrones de bajo poder

de penetracioacuten y alta capacidad de ioniza-

cioacuten Se mueve en liacutenea recta debido a su

gran cantidad de masa

21

bull Radiaciones beta (β) formada por elec-

trones de carga negativa su masa es pe-

quentildea por lo tanto es propensa a cambiar

de trayectoria bajo poder de penetracioacuten y

bajo poder de ionizacioacuten Al acercarse a un

nuacutecleo se frena la energiacutea que pierde en el

frenado la libera como rayos X Si una par-

tiacutecula beta choca con un positroacuten (electroacuten

negativo) se aniquila y emite un rayo

gamma

bull Radiaciones gamma (γ) son las de ma-

yor energiacutea no tiene carga eleacutectrica por lo

22

tanto no desviacutean sus trayectorias frente a

campos eleacutectricos tienen un alto poder de

penetracioacuten y un alto poder de ionizacioacuten

Pueden llegar a extraer electrones de los

aacutetomos los cuales a su vez ionizan otras

moleacuteculas

Neutrones no poseen carga eleacutectrica tienen

un alto poder de penetracioacuten Al chocar contra un

aacutetomo ceden parte de su energiacutea y se frenan Los

neutrones de baja velocidad se denominan neu-

trones teacutermicos los cuales se descomponen en un

electroacuten y un protoacuten o pueden ser absorbidos por

otros nuacutecleos atoacutemicos

23

4 PODER DE PENETRACIOacuteN DE LA RADIACIOacuteN

La radiacioacuten es uno de los efectos

maacutes peligrosos de la energiacutea nuclear

No todas las partiacuteculas emitidas

tienen la misma posibilidad de atrave-

sar los elementos

Los materiales radiactivos pueden ser peligro-

sos porque la radiacioacuten que se emite puede dantildear

los tejidos vivos La capacidad para inflingir dantildeos

depende en parte del poder de la radiacioacuten para

penetrar en los tejidos

24

En condiciones de igualdad por lo demaacutes

cuanto mayor es la masa de una partiacutecula menor

es su poder de penetracioacuten Las partiacuteculas alfa

que son nuacutecleos de helio con una masa de 4 uma

constituyen el menos penetrante de los tres tipos

principales de radiactividadLas partiacuteculas beta

ideacutenticas a los electrones cuya masa es insignifi-

cante son un poco maacutes penetrantes Los rayos

gamma como los rayos X carecen totalmente de

masa su poder de penetracioacuten es mucho mayor

que el de los otros dos tipos

Puede parecer contrario al sentido comuacuten

pensar que las partiacuteculas maacutes grandes se abren

camino con maacutes dificultad Consideraacute sin embar-

go que el poder de penetracioacuten refleja la capaci-

dad de la radiacioacuten para abrirse camino a traveacutes

de una muestra de materia Es como si trataras de

hacer rodar piedras por un campo de grandes ro-

cas La partiacutecula alfa se comporta como si fuese

una roca grande Debido a su tamantildeo no puede

25

avanzar mucho sin chocarse con otras rocas y ser

detenida por ellas La partiacutecula beta se comporta

como una piedra pequentildea que puede introducirse

entre las rocas y quizaacute hasta rebotar en ellas hasta

completar un recorrido maacutes largo El rayo gamma

es comparable a un grano de arena capaz de pasar

por las aberturas maacutes pequentildeas

Al principio de esta explicacioacuten dijimos que si

todo lo demaacutes es igual asiacute es como funcionan las

cosas Pero lo demaacutes no siempre es igual Cuanto

maacutes raacutepido se mueve una partiacutecula o maacutes energiacutea

tiene la radiacioacuten mayor es su poder de penetra-

cioacuten

Si la sustancia radiactiva estaacute afuera del cuer-

po las partiacuteculas alfa de poco poder de penetra-

cioacuten son las menos peligrosas pues las detiene la

capa externa de la piel Tambieacuten las partiacuteculas beta

se detienen normalmente antes de alcanzar oacuterga-

nos vitales Los rayos gamma atraviesan sin difi-

26

cultad los tejidos asiacute que una fuente externa de los

mismos puede ser muy peligrosa En cambio

cuando la fuente radiactiva estaacute adentro del cuerpo

la situacioacuten se invierte Las partiacuteculas alfa que no

penetran pueden causar graves dantildeos Todas estas

partiacuteculas estaacuten atrapadas en el interior del cuerpo

el cual tiene entonces la posibilidad de absorber

toda la energiacutea que libera la partiacutecula Las partiacutecu-

las alfa infligen el dantildeo en un aacuterea muy pequentildea

porque no se desplazan muy lejos Las partiacuteculas

beta distribuyen el dantildeo en un aacuterea algo mayor

porque recorren distancias mayores Los tejidos se

pueden recuperar de un dantildeo limitado disperso en

un aacuterea grande pero es menos probable que so-

brevivan a una lesioacuten concentrada

Las personas que trabajan con materiales ra-

diactivos disponen de diversas formas de prote-

gerse contra ellos La maacutes simple consiste en ale-

jarse de la fuente porque la intensidad de la radia-

cioacuten disminuye con la distancia respecto a la fuen-

27

te Los trabajadores se pueden proteger tambieacuten

por medio de blindajes Una hoja de papel detiene

casi todas las partiacuteculas alfa Un bloque de madera

o una laacutemina delgada de aluminio detiene las par-

tiacuteculas beta

Pero se necesitan varios metros de concreto o

varios centiacutemetros de plomo para detener los ra-

yos gamma

28

5 VIDA MEDIA

Cuando hablamos de aacutetomos individuales

estamos trabajando con elementos que

apenas imaginamos

Para entender lo que pasa con la radia-

cioacuten debemos referirnos a un grupo maacutes

grande de partiacuteculas y trabajar con pro-

medios

Hasta aquiacute hemos estudiado la radiactividad en

relacioacuten con los aacutetomos individuales En el labora-

torio nos ocupamos en general con nuacutemeros muy

grandes de aacutetomos mucho mayores que el nuacuteme-

29

ro de habitantes de la tierra Si pudieacutesemos ver el

nuacutecleo de un aacutetomo individual podriacuteamos ver si

sufre o no desintegracioacuten radiactiva examinando

su composicioacuten Ciertas combinaciones de proto-

nes y neutrones son inestables Sin embargo lo

que no podriacuteamos determinar es cuando el aacutetomo

va a sufrir un cambio La radiactividad es un pro-

ceso aleatorio independiente en general de las

influencias externas

Cuando tenemos un nuacutemero grande de aacuteto-

mos el proceso de desintegracioacuten radiactiva se

hace maacutes predecible Podemos medir la vida me-

dia que es una propiedad caracteriacutestica de cada

radioisoacutetopo La vida media de un isoacutetopo radiac-

tivo es el periacuteodo durante el cual la mitad del nuacute-

mero original de aacutetomos sufre desintegracioacuten ra-

diactiva para formar un nuevo elemento Por

ejemplo supone que tuvieacutesemos 16 billones de

aacutetomos de tritio el isoacutetopo radiactivo de hidroacutege-

no La vida media del tritio es de 123 antildeos Esto

significa que al cabo de 123 antildeos se habraacuten desin-

30

tegrado 8 billones de aacutetomos de tritio y quedaraacuten

8 billones de aacutetomos Al cabo de otros 123 antildeos

se habraacute desintegrado la mitad de los 8 billones de

aacutetomos restantes Por tanto al cabo de dos vidas

medias quedaraacute una cuarta parte del nuacutemero ori-

ginal de aacutetomos de tritio Asiacute pues dos vidas me-

dias no hacen una entera

Podemos calcular la fraccioacuten restante del isoacute-

topo original al cabo de un nuacutemero dado de vidas

medias por medio de la relacioacuten

FRACCIOacuteN RESTANTE N21

=

Donde n es el nuacutemero de vidas medias trans-

curridas

31

6 RADIACTIVIDAD ARTIFICIAL

La radiactividad es un fenoacutemeno na-

tural y en esas condiciones poco

aprovechable

El hombre trabajoacute mucho para con-

trolarlo y hacer de este efecto algo

uacutetil Aunque como es muy habitual

en la humanidad las implementacio-

nes destructivas tambieacuten tuvieron

gran desarrollo

32

TRANSMUTACIOacuteN ARTIFICIAL

Las formas de radiactividad que se presentan

en la Naturaleza Se pueden inducir otras reaccio-

nes nucleares bombardeando nuacutecleos estables con

partiacuteculas alfa neutrones u otras partiacuteculas sub-

atoacutemicas Estas partiacuteculas si tienen suficiente

energiacutea penetran los nuacutecleos que antes eran esta-

bles e inducen alguna forma de emisioacuten radiacti-

va Al igual que la radiactividad natural este tipo

de cambio nuclear produce una transmutacioacuten un

elemento se transforma en otro Debido a que el

cambio no se habriacutea producido de manera natural

el proceso se conoce como transmutacioacuten artifi-

cial

Pocos antildeos despueacutes de su famoso experimen-

to de la laminilla de oro (bombardeo con radiacioacuten

alfa una lamina de oro y detectoacute en una lamina de

sulfuro de zinc la radiacioacuten emergente) Ernest

Rutherford estudioacute el bombardeo de diversos

elementos ligeros con partiacuteculas alfa Un experi-

33

mento de este tipo en el cual Rutherford bom-

bardeoacute nitroacutegeno dio por resultado la produccioacuten

de protones

N147 + He4

2 O178 + H1

1

(Recordaacute que el nuacutecleo de hidroacutegeno es un protoacuten

por eso usamos el siacutembolo alternativo H11 para el pro-

toacuten)

Observaacute que la suma de los nuacutemeros de nu-

cleones de la izquierda es igual a la suma de los

nuacutemeros de nucleones de la derecha Tambieacuten los

nuacutemeros atoacutemicos estaacuten balanceados

Rutherford habiacutea postulado en 1914 la exis-

tencia de protones en los nuacutecleos Un experimen-

to publicado en 1919 proporcionoacute la primera

comprobacioacuten empiacuterica de la existencia de estas

partiacuteculas fundamentales Ya antes Eugen Golds-

tein habiacutea producido protones en sus experimen-

34

tos con tubos de descarga en gas Goldstein obtu-

vo estas partiacuteculas a partir del hidroacutegeno gaseoso

contenido en el tubo por separacioacuten de un elec-

troacuten del aacutetomo de hidroacutegeno La trascendencia del

experimento de Rutherford consistioacute en que ob-

tuvo protones del nuacutecleo de un aacutetomo que no era

de hidroacutegeno con lo cual establecioacute la naturaleza

de los protones como partiacuteculas fundamentales Al

hablar de partiacuteculas fundamentales nos referimos a

las unidades baacutesicas a partir de las cuales se pue-

den formar estructuras maacutes complicadas (como el

nuacutecleo de nitroacutegeno) El experimento de Ruther-

ford constituyoacute la primera reaccioacuten nuclear indu-

cida

Durante la deacutecada de 1920 se llevaron a cabo

muchas transmutaciones artificiales En la deacutecada

de 1930 una de estas reacciones condujo al descu-

brimiento de otra partiacutecula fundamental En 1932

James Chadwick bombardeoacute berilio con partiacuteculas

alfa

35

Be94 + He4

2 C126 + n1

0 Entre los productos se encontraba el neutroacuten

RADIACTIVIDAD INDUCIDA

Las primeras reacciones nucleares produjeron

isoacutetopos que ya se conociacutean por estar presentes en

la Naturaleza Esto fue quizaacute fortuito porque era

inevitable que tarde o temprano se produjese un

nuacutecleo estable Iregravene Curie (hija de los ganadores

del premio Nobel de 1903) y su esposo Freacutedeacuteric

Joliot estudiaban el bombardeo de aluminio con

partiacuteculas alfa Se produciacutean neutrones y quedaba

como residuo un isoacutetopo de foacutesforo

Al2713 + He4

2 P3015 + n1

0

Para sorpresa de los investigadores el blanco

seguiacutea emitiendo partiacuteculas auacuten despueacutes de inte-

rrumpido el bombardeo El isoacutetopo de foacutesforo era

radiactivo y emitiacutea partiacuteculas cuya masa era igual a

36

la del electroacuten pero cuya carga era opuesta Estas

partiacuteculas se llaman positrones La reaccioacuten que

estaban observando era la siguiente

P3015 e0

1+ + Si3014

Asiacute pues surge una vez maacutes la pregunta iquestde doacuten-

de proviene esta partiacutecula si el nuacutecleo contiene

soacutelo protones y neutrones Anteriormente expli-

camos el hecho de que surgiese una partiacutecula beta

(un electroacuten) de un nuacutecleo afirmando que un neu-

troacuten se habiacutea descompuesto en un protoacuten y un

electroacuten Quizaacute un suceso similar puede explicar la

aparicioacuten de un positroacuten Considera que un pro-

toacuten del nuacutecleo se transforma en un neutroacuten y un

positroacuten (un protoacuten es ideacutentico a un nuacutecleo de

hidroacutegeno)

H11 e0

1+ + N10

Todo queda muy bien balanceado en esta

37

ecuacioacuten Al emitirse el positroacuten el nuacutecleo radiac-

tivo original tiene de pronto un protoacuten menos y

un neutroacuten maacutes que antes Por tanto la masa del

nuacutecleo producido es la misma pero su nuacutemero

atoacutemico se ha reducido en una unidad respecto al

nuacutecleo original Por este trabajo la pareja Joliot-

Curie se hizo acreedora al premio Nobel en 1935

(la pareja Joliot-Curie adoptoacute el apellido combina-

do para perpetuar el nombre de Curie Marie y

Pierre Curie tuvieron dos hijas pero ninguacuten hijo

varoacuten

38

7 USOS DE LOS RADIOISOacuteTOPOS

Muchas de las aplicaciones de la energiacutea

de la radiacioacuten se realizan a traveacutes de los

radioisoacutetopos

Gracias a ellos y a los detectores se evitan

grandes perdidas materiales y se ahorra

grandes esfuerzos

Los cientiacuteficos que trabajan en una amplia va-

riedad de campos emplean isoacutetopos radiactivos

(radioisoacutetopos) como rastreadores en sistemas

fiacutesicos quiacutemicos y bioloacutegicos Los isoacutetopos de un

elemento determinado sea radiactivo o no se

39

comportan de manera casi ideacutentica en los proce-

sos quiacutemicos y fiacutesicos En virtud de la facilidad

para detectar los isoacutetopos radiactivos es relativa-

mente faacutecil seguir sus movimientos incluso en un

sistema complicado

Como un ejemplo sencillo consideremos el

flujo de un liacutequido por una tuberiacutea Supongamos

que hay una fuga en una tuberiacutea enterrada bajo un

piso de concreto Podriacuteamos localizar la fuga le-

vantando partes extensas del piso o bien podriacutea-

mos agregar una pequentildea cantidad de material

radiactivo al liacutequido que va hacia el drenaje y ras-

trear el flujo de liacutequido con un contador Geiger

(un instrumento que detecta la radiactividad) Una

vez localizada la fuga soacutelo habriacutea que levantar una

parte pequentildea del piso para reparar la fuga Por lo

general se emplean para este propoacutesito isoacutetopos

de vida corta que desaparecen poco tiempo des-

pueacutes de realizar su funcioacuten

Anaacutelogamente podriacuteamos rastrear la incorpo-

racioacuten de foacutesforo en una planta verde La planta se

40

alimenta con un fertilizante que contiene foacutesforo

radiactivo Un meacutetodo sencillo de deteccioacuten con-

siste en colocar la planta sobre una peliacutecula foto-

graacutefica La radiacioacuten que emiten los isoacutetopos de

foacutesforo expone la peliacutecula en gran medida como

lo hace la luz Este tipo de exposicioacuten llamado

radiografiacutea muestra la distribucioacuten del foacutesforo en

la planta

Tambieacuten se da un buen uso a los rastreadores

radiactivos en la investigacioacuten agriacutecola Estos isoacute-

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 cuaacuteles son los mejores meacutetodos para

regular los insectos La mutacioacuten intencional de

plantas por irradiacioacuten ha producido nuevas y

mejores cepas de plantas de cultivo con valor co-

mercial desde raacutebanos hasta maniacute

Los radioisoacutetopos se emplean tambieacuten para

irradiar alimentos como meacutetodo de conservacioacuten

La radiacioacuten destruye los microorganismos que

41

causan la descomposicioacuten de los alimentos Los

alimentos irradiados muestran poco cambio en

cuanto a su saber o aspecto A muchas personas

les inquietan los posibles efectos dantildeinos de las

sustancias quiacutemicas que produce la radiacioacuten pero

no hay pruebas contundentes de dantildeos causados

por alimentos irradiados en animales de laborato-

rio alimentados con ellos y tampoco se conocen

efectos adversos en seres humanos en los paiacuteses

donde la irradiacioacuten se ha utilizado por muchos

antildeos El proceso de esterilizacioacuten no deja irradia-

cioacuten residual en los alimentos

Los radioisoacutetopos han sido empleados exten-

samente en la investigacioacuten cientiacutefica baacutesica El

mecanismo de la fotosiacutentesis se dilucidoacute en gran

parte utilizando carbono 14 como rastreador Por

ejemplo para determinar coacutemo fabrican las plan-

tas el azuacutecar glucosa a partir de dioacutexido de carbo-

no y agua la planta se expone a dioacutexido de carbo-

no radiactivo El investigador identifica los com-

puestos que se forman a partir de estas materias

42

primas y el orden en el que se sintetizan y despueacutes

determina cuaacuteles compuestos se tornan radiactivos

y en queacute secuencia Con base en los dates obteni-

dos de experimentos con rastreadores los cientiacutefi-

cos determinan las rutas metaboacutelicas de plantas

animales y seres humanos

43

8 MEDICINA NUCLEAR

La medicina nuclear ha generado tra-

tamientos y terapias inimaginables

antes de su descubrimiento

En el diagnostico generoacute meacutetodos no

invasivos que evitan a los paciente

tanto sufrimientos como peacuterdidas de

tiempo

En medicina nuclear se dan dos usos distintos

a los radioisoacutetopos para fines terapeacuteuticos o para

realizar un diagnoacutestico En la terapia con radiacioacuten

se intenta tratar o curar un padecimiento por

44

medio de radiacioacuten El uso de los radioisoacutetopos

con fines de diagnoacutestico busca obtener informa-

cioacuten acerca del estado de salud del paciente

TERAPIA POR RADIACIOacuteN

El caacutencer no es una sola enfermedad sino

muchas Algunas formas de caacutencer son particu-

larmente susceptibles a la terapia por radiacioacuten La

radiacioacuten se dirige cuidadosamente hacia el tejido

canceroso y se reduce al miacutenimo la exposicioacuten de

las ceacutelulas normales Si los efectos destructivos de

la radiacioacuten consiguen matar las ceacutelulas cancero-

sas se detiene el avance del tumor maligno (Pero

los pacientes que se someten a terapia por radia-

cioacuten suelen experimentar malestares a causa del

tratamiento Naacuteusea y voacutemito son los siacutentomas

usuales del malestar por radiacioacuten Asiacute pues el

objetivo de la terapia por radiacioacuten es destruir las

ceacutelulas cancerosas antes de que se cause un dantildeo

excesivo a los tejidos sanos La radiacioacuten tiene

45

efectos maacutes letales para las ceacutelulas que se reprodu-

cen con rapidez y eacutesta es precisamente la caracte-

riacutestica de las ceacutelulas cancerosas que permite que la

terapia por radiacioacuten tenga eacutexito

USOS DIAGNOacuteSTICOS DE LOS RADIOISOacuteTOPOS

Los radioisoacutetopos se usan para fines diagnoacutes-

ticos con el propoacutesito de obtener informacioacuten

acerca del tipo o el alcance de la enfermedad El

yodo 131 radiactivo se emplea para determinar el

tamantildeo la forma y la actividad de la glaacutendula ti-

roides asiacute como para tratar caacutenceres localizados

en esta glaacutendula y para controlar una tiroides hi-

peractiva Primero el paciente toma una solucioacuten

de yoduro de potasio que contiene yodo 131 El

organismo concentra el yodo en la tiroides Se

usan dosis grandes para el tratamiento del caacutencer

de la tiroides la radiacioacuten del isoacutetopo se concentra

en las ceacutelulas cancerosas de esta glaacutendula auacuten

cuando las ceacutelulas cancerosas se hayan extendido a

46

otras partes del cuerpo Sin embargo para fines de

diagnoacutestico soacutelo se necesita una pequentildea cantidad

del radioisoacutetopo Tambieacuten 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-

poracioacuten diferencial del isoacutetopo La imagen que

se obtiene se describe como una fotoexploracioacuten

y permite determinar con precisioacuten la ubicacioacuten de

un tumor en esa regioacuten del cuerpo

El radioisoacutetopo de uso maacutes extendido en medicina

es el gadolinio 153 Este isoacutetopo se emplea para

evaluar la mineralizacioacuten de los huesos Su popu-

laridad es un indicio del gran nuacutemero de personas

principalmente mujeres que sufren de osteoporo-

sis (reduccioacuten de la cantidad de tejido oacuteseo) a me-

dida que envejecen El gadolinio 153 emite dos

radiaciones caracteriacutesticas un rayo gamma y un

rayo X Un dispositivo analizador compara estas

radiacioacuten despueacutes de que atraviesan el hueso La

47

densidad del mismo se determina con base en las

diferencias de absorcioacuten de los rayos

El tecnecio 99m se utiliza en diversos ensayos

diagnoacutesticos La letra m quiere decir metaestable

lo que significa que este isoacutetopo emite cierta ener-

giacutea para convertirse en una versioacuten maacutes estable del

mismo isoacutetopo (mismo nuacutemero atoacutemico y mismo

peso atoacutemico) La energiacutea que desprende es el

rayo gamma que permite detectar el isoacutetopo

Tcm9943 Tc99

43 + y

Observa que la desintegracioacuten del tecnecio

99m no produce partiacuteculas alfa ni beta las cuales

podriacutean causar dantildeos innecesarios al organismo

Ademaacutes el tecnecio 99m tiene una vida media cor-

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

tividad no permanece en el organismo mucho

tiempo despueacutes de que la exploracioacuten se ha com-

pletado Esta vida media tan corta obliga a planifi-

48

car cuidadosamente el uso del radioisoacutetopo De

hecho lo que se adquiere no es el isoacutetopo mismo

El tecnecio 99m se forma por desintegracioacuten del

molibdeno 99

Mo9942 Tcm99

43 + e01minus + y

Se emplea un recipiente que contiene este isoacute-

topo de molibdeno y el producto de desintegra-

cioacuten el tecnecio 99 se extrae del recipiente a

medida que se necesita

Mediante el uso de modernas tecnologiacuteas ba-

sadas en la utilizacioacuten de computadoras la tomo-

grafiacutea por emisioacuten de positrones (PET por sus

siglas en ingleacutes) permite medir los procesos dinaacute-

micos que se llevan a cabo en el organismo como

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

boliza el oxiacutegeno o la glucosa Las exploraciones

de PET se emplean actualmente para identificar

con precisioacuten el aacuterea de dantildeo cerebral que desen-

49

cadena los ataques epileacutepticos graves Antes de la

exploracioacuten se inhalan o se inyectan compuestos

que contienen isoacutetopos emisores de positrones

como el carbono 11 Antes de que el positroacuten

emitido pueda recorrer una distancia apreciable en

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

teria ordinaria abundan los electrones) y se produ-

cen dos rayos gamma

C116 B11

5 + e01+

e01+ + e0

1minus 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 simultaacuteneamente

dos rayos gamma el sistema no toma en cuenta

los rayos gamma de la radiacioacuten natural de fondo

A continuacioacuten se emplea una computadora para

calcular la ubicacioacuten dentro del cuerpo del punto

50

en el cual ocurrioacute una aniquilacioacuten del positroacuten y

el electroacuten y se genera una imagen en esa regioacuten

La tabla contiene una lista de radioisoacutetopos de

uso comuacuten en la medicina La lista es necesaria-

mente incompleta Incluso con esta exposicioacuten tan

breve puedes hacerte una idea de la importancia

que los radioisoacutetopos tienen en la medicina La

aseveracioacuten de que la ciencia nuclear ha salvado

maacutes vidas de las destruidas por las bombas atoacutemi-

cas no carece el fundamento

51

Isoacutetopo Nombre Vida me-

dia Uso

C11 Carbono 11 203m Exploraciones cere-

brales

Cr51 Cromo 51 278d Determinacioacuten

del volumen sanguiacute-

neo

Co57 Cobalto 57 270d Medicioacuten de la

incorporacioacuten de

vitamina v12

Co60 Cobalto 60 526a Terapia de caacutencer

por radiacioacuten

Gd153 Gadolinio

153

242d Determinacioacuten

de la densidad oacutesea

Ga67 Galio 67 781h Exploracioacuten en

busca de tumores

pulmonares

I131 Yodo 131 807d Terapia de la ti-

roides

Ir192 Iridio 192 74d Terapia del caacuten-

cer de mamaacute

Fe59 Hierro 59 45d Deteccioacuten de

anemia

52

P32 Foacutesforo 32 143d Deteccioacuten de

caacutencer de la piel o

tumores oculares

Pu238 Plutonio

238

86a Suministra ener-

giacutea para marcapasos

Ra226 Radio 226 1600a Terapia de caacutencer

por radiacioacuten

Se75 Selenio 75 120d Exploraciones del

paacutencreas

Na24 Sodio 24 150h Localizacioacuten de

obstrucciones en el

flujo sanguiacuteneo

Tc99 Tecnecio 99 60h Obtencioacuten de imaacute-

genes de cerebro hiacutega-

do meacutedula oacutesea rintildeoacuten o

corazoacuten

Tl201 Talio 201 73h Deteccioacuten de pro-

blemas cardiacos con la

prueba de esfuerzo en

rueda de andar

H3 Tritio 123a Determinacioacuten de

agua corporal total

Xe133 Xenoacuten133 527d Obtencioacuten de imaacute-

genes de pulmoacuten

53

9 FECHADO POR MEDIO DE RADIOISOacuteTOPOS

Una de las aplicaciones maacutes in-

creiacutebles de la quiacutemica nuclear es la po-

sibilidad de averiguar la antiguumledad de

los objetos encontrados en las investi-

gaciones arqueoloacutegicas

Se puede usar la vida media de ciertos isoacuteto-

pos para estimar la antiguumledad de rocas y artefac-

tos arqueoloacutegicos El uranio 238 se desintegra con

una vida media de 4500 millones de anos Los

productos iniciales de esta desintegracioacuten tambieacuten

son radiactivos y la descomposicioacuten continuacutea

54

hasta que se forma un isoacutetopo de plomo (plomo

206) Los quiacutemicos pueden estimar la antiguumledad

de una roca determinando las proporciones relati-

vas de uranio 238 y plomo 206 Se ha encontrado

que algunas de las rocas maacutes antiguas de la Tierra

se formaron hace entre 3000 y 4500 millones de

antildeos En las rocas lunares y en meteoritos se ha

determinado una antiguumledad maacutexima de alrededor

de 4500 millones de antildeos Asiacute pues se considera

en general que la Tierra tiene una antiguumledad de

unos 4500 millones de antildeos

FECHADO POR CARBONO 14

En el fechado de artefactos interviene por lo

general un isoacutetopo radiactivo de carbono Se for-

ma carbono 14 en las capas superiores de la at-

moacutesfera por el bombardeo que experimenta el

nitroacutegeno ordinario por parte de los neutrones de

los rayos coacutesmicos

55

N147 + n1

0 C146 + H1

1

Este proceso origina una concentracioacuten cons-

tante de carbono 14 en el CO2 terrestre Las plan-

tas y animales vivos incorporan este isoacutetopo en

sus propias ceacutelulas Sin embargo cuando estos

seres mueren se interrumpe la incorporacioacuten de

carbono 14 y el carbono 14 que hay en el orga-

nismo se desintegra (con una vida media de 5 730

antildeos) a nitroacutegeno 14

Por consiguiente basta con medir la actividad

residual de carbono 14 en un artefacto de origen

vegetal o animal para determinar su antiguumledad

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 antildeos de antiguumle-

dad es decir ha estado muerta durante un tiempo

equivalente a una vida media Anaacutelogamente un

artefacto que muestra el 25 de la actividad de

carbono 14 del material vegetal reciente tiene

56

11460 anos de antiguumledad 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 aquiacute supone que la formacioacuten del isoacutetopo

fue constante a lo largo del tiempo En realidad no

es asiacute Sin embargo aproximadamente para los

uacuteltimos 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

aacuterboles Se han construido curvas de calibracioacuten

que permiten determinar fechas consideradas co-

mo exactas

En teacuterminos generales el meacutetodo de carbono

14 es razonablemente preciso para fechar objetos

de hasta 50000 antildeos de antiguumledad La cantidad

residual del isoacutetopo en los objetos de una antiguumle-

dad mayor que esa es demasiado pequentildea para

hacer una determinacioacuten exacta

El carboacuten de las fogatas de los pueblos anti-

57

guos fechado por determinacioacuten de la actividad

de carbono 14 se usa para estimar la antiguumledad

de otros artefactos encontrados en el mismo em-

plazamiento arqueoloacutegico La teacutecnica de fechado

por carbono 14 se ha usado tambieacuten para detectar

si supuestos artefactos antiguos han sido falsifica-

dos

EL SUDARIO DE TURIacuteN

Probablemente han oiacutedo hablar del sudario de

Turiacuten Se trata de una pieza de tejido de lino muy

antigua de unos 4 metros de largo que muestra la

impresioacuten aproximada de un cuerpo humano

Desde alrededor del antildeo 1350 dC 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-

bricacioacuten del lienzo habiacutea sido cultivado en alguacuten

memento entre los anos de 1260 y 1390 dC Por

58

tanto el lienzo no podriacutea haber existido en tiem-

pos de Cristo A diferencia de los pergaminos del

Mar Muerto para los que el fechado por carbono

14 demostroacute que son registros auteacutenticos de una

civilizacioacuten que existioacute hace unos 2000 antildeos el

sudario de Turiacuten resultoacute ser falso

FECHADO POR TRITIO

El tritio que es el isoacutetopo radiactivo del

hidroacutegeno sirve tambieacuten para fechar Su vida me-

dia de 123 antildeos lo hace uacutetil para fechar objetos de

hasta 100 antildeos de antiguumledad Una aplicacioacuten inte-

resante es el fechado de aguardientes Estas bebi-

das alcohoacutelicas son muy costosas cuando han sido

antildeejadas de 10 a 50 antildeos El fechado por tritio

permite comprobar la veracidad de los anuncios

publicitarios respecto al proceso de antildeejamiento

de las variedades maacutes caras

Hay muchos otros isoacutetopos que permiten es-

timar la antiguumledad de objetos y materiales

59

Isoacutetopo Vida me-

dia

(antildeos)

Periacuteodo de

utilidad Uso

Carbono 14 5730 500 a 50000

antildeos

Carboacuten vege-

tal material

orgaacutenico

Tritio 123 1 a 100 antildeosVinos antildeeja-

dos

Potasio 40 13 x 109 Desde 10000

antildeos

Rocas corteza

terrestre y

lunar

Renio 187 43 x1010 Desde 4 x

107 antildeos Meteoritos

Ranio238 45 x109 Desde 107

antildeos

Rocas corteza

terrestre

60

10 PLANTAS DE ENERGIacuteA NUCLEAR

iquestSabeacutes de doacutende viene esa energiacutea que nosotros usamos tanto Mucha de la energiacutea eleacutectrica es

producida por plantas nucleares de to-do el mundo

La energiacutea nuclear ha dado origen a bombas

muy destructivas y a la nociva precipitacioacuten ra-

diactiva y podriacutea incluso provocar un devastador

invierno nuclear Sin embargo una cantidad mu-

cho mayor de personas han recibido beneficios de

la energiacutea nuclear que las que han sido perjudica-

das por ella El hecho es que existen muchos usos

de la energiacutea nuclear que son sumamente beneacutefi-

61

cos Ya conocemos el uso de isoacutetopos radiactivos

en el diagnoacutestico cliacutenico y en el fechado de obje-

tos de antiguumledad desconocida Otro uso paciacutefico

de la energiacutea nuclear es la generacioacuten de electri-

cidad Una gran parte de la energiacutea eleacutectrica que

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

giacutea nuclear

En la actualidad una quinta parte de toda la

electricidad que se produce en Estados Unidos

proviene de plantas de energiacutea nuclear En Euro-

pa la dependencia respecto a la energiacutea nuclear

para la produccioacuten de electricidad es auacuten mayor

En Francia por ejemplo maacutes del 70 de la ener-

giacutea eleacutectrica del paiacutes proviene de plantas nuclea-

res

No es sorprendente que una reaccioacuten que

desprende tanta energiacutea como lo hace la fisioacuten

nuclear se use como fuente de energiacutea para gene-

rar electricidad En las plantas de energiacutea nuclear

se usa el calor obtenido de una reaccioacuten de fisioacuten

62

en cadena controlada para producir vapor de

agua que mueve las turbinas generadoras de elec-

tricidad El combustible nuclear es normalmente

oacutexido de uranio U3O8 enriquecido hasta alrede-

dor de 3 de uranio 235

La energiacutea nuclear es mucho maacutes limpia que la

que se obtiene quemando combustibles foacutesiles

(carboacuten petroacuteleo y gas) no produce cenizas finas

ni holliacuten no forma dioacutexido de carbono que con-

tribuye al efecto de invernadero y al calentamiento

global y no contamina el aire con oacutexidos de azu-

fre y de nitroacutegeno que dan origen a la lluvia aacutecida

Por otra parte emite grandes cantidades de calor

residual en el ambiente y lo que es mucho maacutes

serio produce muchos residuos radiactivos La

eliminacioacuten de todos estos materiales radiactivos

de desecho es uno de los problemas constantes

que se tienen en relacioacuten con las plantas de energiacutea

nuclear

63

11 BOMBA ATOacuteMICA

Todos sabemos los desastres que pue-

den causar la detonacioacuten de una bomba

nuclear

Aquiacute presentamos la explicacioacuten teoacuterica

y coacutemo se pone en praacutectica

COacuteMO FUNCIONA UNA BOMBA NUCLEAR EN LA

TEORIacuteA

El 16 de Julio de 1945 estalloacute la primera bomba

atoacutemica en el campo de pruebas de Trinity cerca

de aacutelamo Gordo (Nuevo Meacutejico) Desde ese pre-

64

ciso instante la historia de la humanidad ha pasado

a una nueva era la era nuclear

Nunca hasta entonces se habiacutean tenido los cono-

cimientos necesarios como para saber que la masa

puede convertirse en grandes cantidades de ener-

giacutea y coacutemo podiacutea realizarse ese proceso hasta

entonces reservado tan soacutelo a las estrellas

La famosa foacutermula de Einstein E = mc2 ha pasa-

do ya ha formar parte de la cultura popular auacuten sin

que en realidad se llegue a saber que implica

Donde E es energiacutea m masa y c la velocidad de la

luz (constante) En esta ecuacioacuten se expresa la

relacioacuten de equivalencia entre masa y energiacutea Por

ejemplo haciendo algunas cuentas se ve que con

un gramo de uranio si se convirtiese totalmente

en energiacutea se obtendriacutean 25 millones de Kw

Aplicado como una bomba nuclear basta decir

que para asolar Hiroshima soacutelo se convirtioacute un

65

gramo de masa (aunque toda la bomba como me-

canismo pesara cuatro toneladas) su potencia fue

de 125 kilotones es decir para igualar su potencia

seriacutean 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 combustibles

de fisioacuten Cuando en un espacio se reuacutene la sufi-

ciente cantidad de materia (denominada masa criacute-

tica) se produce una reaccioacuten en cadena espontaacute-

nea esto es el nuacutecleo de los aacutetomos del material

se divide liberando energiacutea y varios neutrones

raacutepidos que provocan que otros nuacutecleos tam-

bieacuten se dividan y liberen maacutes energiacutea y neutrones

Este proceso se denomina fisioacuten nuclear Sin em-

bargo si la densidad no es suficiente la energiacutea

liberada hace que el material se expanda y se de-

tenga el proceso Para evitar que se pare la reac-

cioacuten se recurre a una materia muy densa de por siacute

(isoacutetopos del uranio y plutonio) que ademaacutes se

comprime de manera muy raacutepida para lograr una

66

altiacutesima densidad que permite que los neutrones

raacutepidos choquen antes con otros nuacutecleos y se

produzcan antes el mayor nuacutemero 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 maacutes energiacutea Para una

explosioacuten de 100 kilotones son necesarias 58 ge-

neraciones las 7 uacuteltimas generan el 999 de la

energiacutea en periodo cortiacutesimo de tiempo Tambieacuten

puede liberarse energiacutea con la fusioacuten en este pro-

ceso los nuacutecleos se unen en vez de separarse pero

se requieren altiacutesimas temperaturas (del orden de

millones de grados) para que este proceso se lleve

a cabo Para esta reaccioacuten se usan aacutetomos ligeros

(maacutes faacuteciles de unir) generalmente hidroacutegeno o

sus isoacutetopos (deuterio y tritio) Para unir dos aacuteto-

mos basta con hacerlos chocar Los protones de

cada aacutetomo 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

67

fusioacuten deben comprimirse fuertemente los nuacute-

cleos y una vez hecho soacutelo podraacuten continuar uni-

dos si pierden un equivalente de la energiacutea que les

hizo apretarse En el caso de usar deuterio y tritio

se libera violentamente un neutroacuten Esta energiacutea

liberada es la que forma una bomba de fusioacuten

tambieacuten denominada bomba H

COMO FUNCIONA UNA BOMBA ATO-MICA EN LA PRACTICA

Sea cual fuere el sistema de funcionamiento de

una bomba nuclear (fusioacuten o fisioacuten) una cantidad

de masa se convierte en energiacutea la potencia soacutelo

depende de la capacidad de la ingenieriacutea para con-

vertir maacutes masa antes de que la reaccioacuten disperse

las moleacuteculas en teoriacutea la potencia es por tanto

ilimitada

Una bomba nuclear consiste baacutesicamente en una

esfera hueca de plutonio que no es lo suficiente-

68

mente densa como para producir una reaccioacuten 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 explosioacuten se disparan los detonado-

res que hacen que el material explosivo estalle de

la manera lo maacutes regular posible para que enviacutee

una onda de choque esfeacuterica hacia el plutonio

Cuando eacutesta impacta contra eacutel lo comprime y re-

duce su volumen empujaacutendolo hacia el centro de

la esfera hasta que alcanza una densidad suficiente

(supercriacutetica) y se dispara el iniciador de neutrones

para comenzar la reaccioacuten en cadena que da lugar

a la explosioacuten nuclear

Las bombas termonucleares de fusioacuten o H nece-

sitan de una gran temperatura para que se puedan

unir los nuacutecleos esto se consigue en el interior de

una explosioacuten de fisioacuten que es el comienzo de

toda bomba H

69

Una vez acabada la reaccioacuten de fusioacuten nos encon-

traremos con una esfera expandida con una tem-

peratura de millones de grados en la que existen

los productos de la fusioacuten (litio e isoacutetopos del

hidroacutegeno) Tal es su velocidad que pueden fun-

dirse unos con otros dando lugar a la reaccioacuten de

fusioacuten Esta reaccioacuten genera maacutes energiacutea que la

anterior y libera gran cantidad de partiacuteculas nu-

cleares pero no es una reaccioacuten en cadena ya que

el propio calor que genera hace que las partiacuteculas

se separen y se expandan en forma de una esfera

de plasma con una temperatura que tan soacutelo expe-

rimenta el universo de manera natural en las estre-

llas En nuestro sol por ejemplo ocurren la fusioacuten

nuclear de hidroacutegeno y helio Pero antes de que la

reaccioacuten se extinga los neutrones generados por

las detonaciones anteriores provocan de nuevo

una reaccioacuten de fusioacuten sobre una camisa de U-

238 pero esta vez mucho mayor que las anterio-

res La potencia de una bomba termonuclear care-

ce de liacutemite una bomba como la de Hiroshima de

70

125 kilotones (un kilotoacuten equivale a 1000 tonela-

das de TNT) se considera dentro de los arsenales

modernos como pequentildea siendo las de un mega-

toacuten (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 la

Segunda Guerra Mundial

Para la construccioacuten de una bomba nuclear nor-

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

primero no forma parte de la reaccioacuten nuclear

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

nera espontaacutenea emitiendo neutrones que son

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

duzca de manera accidental la reaccioacuten en cadena

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

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

cioacuten 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

71

reactores nucleares a partir del U-238

La desintegracioacuten del uranio en la reaccioacuten en

cadena se produce de manera espontaacutenea para una

masa de 50 Kg si eacuteste elemento es puro El pluto-

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

da reaccioacuten en cadena de modo que se mezcla de

berilo y polonio dando como resultado un pro-

ducto que aunque no es fisionable por si solo una

pequentildea cantidad actuacutea como catalizador para las

grandes reacciones Asiacute bastan 16 Kg de PU-239

para obtener la masa supercriacutetica y 10 Kg si se

mezcla con U-238

El U-235 es muy difiacutecil de extraer por encontrarse

en la naturaleza muy mezclado con otros com-

puestos Asiacute por cada 25000 toneladas de mineral

de uranio bruto soacutelo se obtienen 50 toneladas de

uranio del que el 993 es U-235 y el resto el

rariacutesimo isoacutetopo U-238 ambos soacutelo se pueden

separar de manera mecaacutenica gracias a la leviacutesima

72

diferencia de peso entre ambos Asiacute el uranio se

mezcla en forma gaseosa con fluor (hexafluoriacutedri-

co) que es impulsado a baja presioacuten hacieacutendolo

pasar por unas caacutemaras que aumentan la concen-

tracioacuten de uranio sensiblemente tras cientos de

pasadas Para una central nuclear la pureza ha de

ser del 2 y para una bomba (teoacutericamente) el

95

Para separar el isoacutetopo se recurre a la centrifuga-

cioacuten del gas siendo el maacutes pesado U-238 despedi-

do hacia el exterior con maacutes fuerza Para obtener

otra vez el uranio separado del gas se recurre a la

separacioacuten magneacutetica

MECANISMOS QUE SUELEN COMPONER UNA

BOMBA NUCLEAR

Los mecanismos que suelen componer una bom-

ba nuclear son los siguientes

73

ALTIacuteMETRO No suele usarse el baromeacutetrico

por verse afectado por las condiciones atmosfeacuteri-

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 seguacuten el tiempo transcu-

rrido en el recorrido puede saberse la altura sin

necesidad de complicar maacutes el sistema para dar

una precisioacuten que en realidad no es importante (2

o 3 m de diferencia no son apreciables maacutes que

en minibombas bastante menores que las de

Hiroshima) siendo la altura normal de detonacioacuten

la de 2000 m

En la praacutectica 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 electroacute-

nicamente para obtener la diferencia de ambas

que es proporcional a la altura Los pulsos suelen

emitirse 120 veces por segundo y alcanzan un

74

rango de 3000 m sobre la tierra y 6000 m sobre

el mar (la reflexioacuten es alliacute mejor) siendo su error

de hasta 15 m

CABEZA DETONADORA Como ya se dijo

estaacute compuesta de una carga explosiva muy bien

calibrada que a la orden del altiacutemetro detona

produciendo una onda de choque uniforme sobre

el elemento radioactivo comprimieacutendolo hasta

alcanzar la masa supercriacutetica

Compantildeiacuteas privadas producen camisas explosivas

que modificadas pueden ser usadas para la fabri-

cacioacuten del objeto que nos ocupa La cantidad de

presioacuten necesaria a aplicar es un secreto por razo-

nes de seguridad aunque se sabe que los explosi-

vos plaacutesticos son ideales sobre todo por su malea-

bilidad y facilidad de manejo

El detonador variacutea si es combustible es uranio o

plutonio

75

DETONADOR DE URANIO La masa total se

divide en dos partes una mayor de forma semies-

feacuterica y coacutencava que se acopla perfectamente con

la otra maacutes pequentildea Como es de suponer ambas

se encuentran separadas hasta el momento de la

detonacioacuten en el que una explosioacuten convencional

dispara la parte pequentildea que impacta contra la

mayor para lograr en un instante la masa supercriacute-

tica

DETONADOR DE PLUTONIO Necesita

una precisioacuten de ingenieriacutea mucho mayor que la

anterior ya que estaacute compuesta de 32 secciones de

plutonio-berilio-polonio todas de igual forma y

posicioacuten distribuidas conceacutentricamente El aspecto

final es parecido al de un baloacuten de fuacutetbol Todas

han de cerrarse simeacutetricamente en una diezmillo-

neacutesima de segundo para conseguir la detonacioacuten

DEFLECTOR DE NEUTRONES Suele ser

U-238 Su funcioacuten es la que ya se explicoacute evitar

76

una reaccioacuten accidental ademaacutes refleja las partiacutecu-

las de vuelta cuando se alcanza la masa supercriacuteti-

ca

ESCUDO PROTECTOR Recibe otros nom-

bres pero su funcioacuten es siempre la de proteger de

la radiacioacuten natural tanto al personal que la maneja

como a los circuitos de la bomba que pueden su-

frir cortocircuitos o puestas en funcionamiento

accidentales

SISTEMA DE ARMADO Es otro sistema maacutes

de seguridad consistente en quitar una parte im-

prescindible de la bomba para evitar detonaciones

accidentales de modo que soacutelo cuando estaacute

proacuteximo su lanzamiento se inserta esta parte Una

analogiacutea seriacutea como si al aparcar nuestro coche le

quitaacuteramos el volante o una bujiacutea asiacute estariacuteamos

seguros de que no nos lo roban porque sin estas

partes el coche no funciona

77

12 EFECTOS DE UNA EXPLOSIOacuteN NUCLEAR

Tenemos frescas en nuestra memo-

ria las imaacutegenes que nos mostroacute la

televisioacuten cuando se produjo el ac-

cidente de Chernobyl

Aquiacute explicamos todas las conse-

cuencias de una detonacioacuten 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

78

bull Radiacioacuten nuclear inicial la altiacutesima

temperatura y la elevada presioacuten que se

genera en el interior de la explosioacuten emi-

ten radiacioacuten en todas las direcciones Esta

se compone de rayos alfa beta y gamma

que son una forma de radiacioacuten electro-

magneacutetica de alta energiacutea que puede causar

la muerte sin que el individuo se de cuenta

de que ha sido irradiado Una explosioacuten de

un megatoacuten (de tamantildeo estaacutendar) matariacutea

a todo ser humano en 15 Km a la redonda

que se encontrase al aire libre

Las partiacuteculas alfa son ideacutenticas a un nuacutecleo de

helio son las que mas larga vida tienen unos mil

antildeos pero su poder de penetracioacuten 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 radiacioacuten Con 45 cm de tierra se

consigue reducir la radiacioacuten veinte veces

Las partiacuteculas beta penetran maacutes siendo suficiente

79

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

to la radiacioacuten (una pared moderna ya espesa se

compone de 1 pie de ladrillo maacutes caacutemara maacutes

aislante maacutes ladrillo hueco y yeso que suele que-

darse en los 37 cm)

Los de maacutes poder de penetracioacuten son las gamma

y por tanto los maacutes peligrosos ya son los que se

introducen en los refugios nucleares auacuten con

grandes espesores de hormigoacuten La uacutenica protec-

cioacuten eficaz es la de interponer grandes masas de

material mejor cuanto maacutes denso siendo el ideal

el plomo ya que pasa por los materiales como la

luz por una tela si esta es maacutes densa mayor canti-

dad de chocaraacute con ella y no la traspasaraacute Para

reducir la dosis a un veinteavo se precisan 30 cm

de hormigoacuten armado

bull Pulso electromagneacutetico La intensa acti-

vidad de los rayos gamma genera mediante

induccioacuten una corriente de alto voltaje so-

80

bre antenas viacuteas feacuterreas tuberiacuteas que des-

truye todas las instalaciones eleacutectricas de

una amplia zona si la explosioacuten se efectuacutea

a gran altura Una detonacioacuten de muchos

kilotones a 200 km sobre Omaha (Ne-

brasca) destruiriacutea todos los circuitos eleacutec-

tricos integrados de toda Norteameacuterica y

parte de Meacutejico y Canadaacute Ante el riesgo

de una detonacioacuten nuclear es conveniente

alejarse de liacuteneas eleacutectricas y viacutea feacuterreas ya

que la corriente inducida puede electrocu-

tarnos

bull Pulso teacutermico al expandirse la bola de

fuego el aire circundante absorbe energiacutea

en forma de rayos X y la irradia en forma

de una luz cegadora y un intensiacutesimo ca-

lor Una bomba de 20 Megatones produci-

riacutea una intensa luz durante 20 segundos y

causariacutea quemaduras de segundo grado a

81

cualquier persona expuesta a 45 Km de

distancia

bull Onda de choque La raacutepida expansioacuten de

la bola de fuego genera una onda de cho-

que como cualquier explosioacuten pero de

una potencia muy superior ya que puede

aplastar o barrer edificios dantildeaacutendolos muy

seriamente o destruyeacutendolos por comple-

to ya que maacutes que empujar por su dura-

cioacuten lo que hace es estrujar Una bomba

de 20 megatones no dejariacutea en un radio de

20 Km maacutes que escombros soacutelo se salva-

riacutean las cimentaciones y construcciones

enterradas

bull Primera lluvia radioactiva o lluvia ra-

diactiva local una explosioacuten de 20 mega-

tones aras de suelo produciriacutea un craacuteter de

183 m de profundidad la elevada tempe-

82

ratura vaporiza todo lo que se encuentra

dentro de la bola de fuego todo se funde

con los materiales radiactivos de la fisioacuten o

fusioacuten y se eleva con el hongo para luego

precipitar en forma de finas cenizas Esto

ocurriraacute durante las 24 h siguientes a la

explosioacuten y afectaraacute a una regioacuten maacutes o

menos amplia para una misma potencia

seguacuten la climatologiacutea El fenoacutemeno se am-

pliacutea considerablemente si la detonacioacuten se

produce cerca del suelo La energiacutea 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 maacutes destructivos los deno-

minados secundarios como incendios en masa

que acabariacutean con los pocos supervivientes y ma-

tariacutean a maacutes que el pulso teacutermico y la onda de

choque

83

Ademaacutes en caso de que se lanzaran muchas

bombas nucleares sus efectos secundarios seriacutean

mucho maacutes 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 10000 mega-

tones miacutenimos para considerar un holocausto

como tal

bull El primero de estos efectos es que la ra-

dioactividad liberada en caso de holocaus-

to penetrariacutea en todos y cada uno de los

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

Mientras que en dosis altas (seguacuten la espe-

cie) produciriacutea la muerte en otras maacutes ba-

jas los efectos seriacutean de lo maacutes variados

(mutaciones esterilidad)

bull El segundo seriacutea que los materiales im-

pulsados por las detonaciones se elevariacutean

hasta la troposfera donde ocultariacutean la luz

84

del sol durante meses o antildeos haciendo ba-

jar la temperatura de la tierra y alterando la

fotosiacutentesis de los vegetales y el plancton

marino seriacutea el famoso invierno nuclear

Ademaacutes estos materiales radiactivos iriacutean

cayendo durante meses o antildeos convirtieacuten-

dose en una lluvia radiactiva global que

auacuten con menos dosis radiactiva que una

lluvia provocada por una bomba seriacutea

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

antildeos Ese 5 de energiacutea liberada por la

lluvia radiactividad en una bomba es poco

pero en los 10000 megatones de un holo-

causto suponen ya 500 megatones que iraacuten

estallando durante miles de antildeos des-

pueacutes de la cataacutestrofe

85

bull El tercero seriacutea una reduccioacuten en la capa

de ozono producida por el oacutexido de nitroacute-

geno generado por las bolas de fuego de

modo que la radiacioacuten solar que llegase a

la tierra seriacutea mortal Un 70 del ozono

desapareceriacutea en el hemisferio norte y un

40 en el sur siendo necesarios treinta

antildeos para recuperar su estado normal

86

Ejercicios 12

MODELO DE RESOLUCIOacuteN

La distribucioacuten de los electrones de un aacutetomo

en sus niveles y subniveles se puede representar en

forma abreviada de la siguiente manera

a) Un coeficiente que indica el nuacutemero del nivel

de energiacutea (n)

b) Una letra que corresponde al subnivel

c) Un supraiacutendice que sentildeala el nuacutemero de elec-

trones que hay en el subnivel

1H = 1s1

3Li = 1s2 2s1

En razoacuten del entrecruzamiento de subniveles

el orden en que se van completando los subniveles

por energiacutea creciente es el siguiente

87

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

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

5d 6p 7s 5f 6d

7p

Para visualizar la distribucioacuten de los electrones

en orbitales se puede representar cada orbital por

un pequentildeo cuadrado dividido por una diagonal

y cada electroacuten mediante una flecha

Entonces el orbital puede estar

Vaciacuteo incompleto completo

(1 electroacuten) (2 electrones)

En caso del orbital completo las flechas tienen

sentido contrario para indicar que los electrones

presentan spin contrario

El llenado de los orbitales por los electrones

se realiza a partir de los niveles y subniveles en

88

orden creciente de energiacutea Cada nuevo electroacuten se

incorpora a un orbital vaciacuteo

De ese modo los elementos quedan represen-

tados asiacute

1H =

1s

3Li =

1s 2s

7N =

1s 2s 2p

89

Ejercicios 121

1) Un aacutetomo de foacutesforo tiene 15 protones y 16

neutrones Indicaacute cuaacutel es su

a) nuacutemero atoacutemico (Z) b) nuacutemero

de masa (A)

2) Un aacutetomo de potasio tiene Z =19 y A = 39

Indicaacute su nuacutemero de

a) protones b) electrones

c) neutrones

3) Completaacute los datos que faltan en el siguiente

cuadro

90

ELE-

MEN-

TO

NUacute-

MERO

ATOacute-

MICO

NUacute-

MERO

DE

MASA

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) Sentildealaacute el nombre y siacutembolo de los elementos

cuyas configuraciones electroacutenicas 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) Escribiacute la configuracioacuten electroacutenica de los

siguientes elementos

91

a) Na2311 = c) O16

8 =

b) Cl3517 = d) C12

6 =

6) De acuerdo con la siguiente representacioacuten de

los electrones en orbitales indicaacute a queacute ele-

mentos corresponden

a)

b)

c)

d)

7) Representaacute la distribucioacuten de los electrones en

orbitales de los elementos

a) 7N= c) 18Ar =

b) 15AI = d) 19K =

92

Hoja de respuestas121

1) a) 15 b) 31 2) a) 19 b) 19 c) 20

3)

ELE-

MEN-

TO

NUacuteME-

RO

ATOacute-

MICO

NUacute-

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)Argoacuten Ar

d)Escandio Sc

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

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)middot

94

Ejercicios 1211

Modelo de resolucioacuten

El nuacutemero de oxidacioacuten se asigna seguacuten las si-

guientes reglas

1) El nuacutemero de oxidacioacuten de los elementos en la

sustancia simple es cero

Ejemplo Cu0 02Cl

2) El nuacutemero de oxidacioacuten del oxiacutegeno es 2

excepto en las sustancias como el agua oxige-

nada Ejemplo H2

2Ominus

3) El nuacutemero de oxidacioacuten del hidroacutegeno es +1

excepto en las sustancias donde estaacute combina-

do con los metales Ejemplo 1

H+

2O

4) El nuacutemero de oxidacioacuten de un ion monoatoacute-

mico es igual a la carga del ion Ejemplo Ca2-

Cl-

95

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

braica de los nuacutemeros de oxidacioacuten de todos

los aacutetomos debe ser cero Ejemplo 1

H+

2

2Ominus

there42(+1) + (-2) = 0

6) En los iones que tienen maacutes de un aacutetomo la

suma algebraica de los nuacutemeros de oxidacioacuten

de todos los aacutetomos es igual a la carga del ion

El nuacutemero de oxidacioacuten se escribe colocando primero el signo y luego el nuacutemero

Ejemplo el nuacutemero de oxidacioacuten del aluminio es +3

1) Calculaacute los nuacutemeros de oxidacioacuten en la moleacute-

cula de dioacutexido de azufre (SO2)

Datos SO2 nuacutemero de oxidacioacuten del O2

es 2

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de S

Resolucioacuten Cada aacutetomo de oxiacutegeno tiene

nuacutemero de oxidacioacuten 2 por lo tanto el nuacute-

mero de oxidacioacuten del azufre es +4 porque

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

96

2) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten del azufre en

el aacutecido sulfuacuterico (H2SO4)

Datos H2SO2 nuacutemero de oxidacioacuten del

O2 es 2 nuacutemero de oxidacioacuten de H es -1

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de S

Resolucioacuten Se debe cumplir que la suma al-gebraica de todos los nuacutemeros de oxidacioacuten sea cero

4(-2) + 21 + x = 0

-8 + 2 + x = 0

x = 6

Respuesta el nuacutemero de oxidacioacuten del azufre

en el aacutecido sulfuacuterico es +6

3) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten del nitroacutegeno

en el nitrato de sodio (NaNO3)

Datos NaNO3 nuacutemero de oxidacioacuten del

O2 es 2

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de N

97

Resolucioacuten El nuacutemero de oxidacioacuten del

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

ga eleacutectrica positiva

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

1 6 + x = 0

x = 5

Respuesta el nuacutemero de oxidacioacuten del nitroacute-

geno en el nitrato de sodio es +5

4) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten del azufre en

el ion sulfato (S 24Ominus )

Datos S 24Ominus nuacutemero de oxidacioacuten del O2

es 2

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de S

Resolucioacuten La suma de los nuacutemeros de

oxidacioacuten es igual a 2 porque el ion sulfato

tiene dos cargas negativas (2-)

x + 4(-2) = -2

x 8 = -2

x = 6

98

Respuesta El nuacutemero de oxidacioacuten del azu-

fre en el ion sulfato es +6

99

Ejercicios 1212

1) Dibujaacute los siacutembolos de Lewis para los aacutetomos

de

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

2) iquestCoacutemo adquiere la distribucioacuten electroacutenica del

ineacutertido maacutes cercano cada uno de los siguien-

tes aacutetomos

a) K b)

F c)

S d) Mg e)

Br

3) Escribiacute las ecuaciones ioacutenicas la foacutermula elec-

troacutenica y la foacutermula miacutenima del compuesto

ioacutenico formado por

a) K y Br (bromuro de potasio)

b) Ca y O (oacutexido de calcio)

4) Marcaacute con una X las propiedades correspon-

dientes a las sustancias que presentan uniones

ioacutenicas

100

a) Son soacutelidas y tienen bajo punto de fusioacuten ( )

b) Conducen la corriente eleacutectrica fundidas o di-

sueltas en agua ( )

c) Tienen brillo metaacutelico ( )

d) Forman cristales duros y quebradizos solubles

en agua ( )

e) No conducen la corriente eleacutectrica ( )

5) Explicaacute coacutemo se unen dos aacutetomos de bromo

para formar la moleacutecula Br2 y escribiacute su

foacutermula electroacutenica y su foacutermula desarrollada

6) La foacutermula del monoacutexido de dicloro es Cl2O

a) Indicaacute queacute tipo de unioacuten existe entre el cloro y

el oxiacutegeno

b) Escribiacute su foacutermula electroacutenica y su foacutermula

desarrollada

7) El azufre y el oxiacutegeno forman dos oacutexidos

importantes el dioacutexido de azufre (SO2) y el

101

trioacutexido de azufre (SO3) Para el trioacutexido de

azufre

a) Indicaacute queacute tipo de unioacuten existe entre el azufre

y los tres aacutetomos de oxiacutegeno

b) Escribiacute la foacutermula electroacutenica

c) Escribiacute la foacutermula desarrollada

8) Marcaacute 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

liacutequidas o soacutelidas ( )

c) Son duacutectiles y maleables ( )

d) No forman moleacuteculas son agregados de

iones ( )

e) No son buenas conductoras de la corriente

eleacutectrica ( )

102

9) Coloque en el pareacutentesis UCP si la unioacuten es

covalente polar y UCNP si es covalento no

polar en cada una de las siguientes sustancias

a) cloruro de hidroacutegeno HCl ( )

b) Hidroacutegeno H2 ( )

c) yodo l2 ( )

10) Escribiacute la foacutermula electroacutenica y la foacutermula

desarrollada de cada una de las sustancias

mencionadas en el ejercicio 9

11) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten

a) del azufre (S)en el dioacutexido de azufre (SO2) en

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

sodio (Na2S)

b) del nitroacutegeno (N) en el dioacutexido de nitroacutegeno

(NO2) en el aacutecido niacutetrico (HNO3) y en el ni-

trato de potasio (KNO3)

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

can en el concepto de unioacuten metaacutelica

103

a) Tienen bajo punto de fusioacuten y de

ebullicioacuten ( )

b) Tienen brillo metaacutelico ( )

c) Conducen la corriente eleacutectrica sin

alterarse ( )

d) En estado soacutelido son malos conductores de la

corriente eleacutectrica ( )

e) Forman hilos y laacuteminas delgadas ( )

104

Hoja de respuestas 1212

1) a) He b) Al c)

Si d)

Ar e)

N

2) a) cede un electroacuten d) cede electrones c)

gana dos electrones b) y e) gana un electroacuten

3) a) Ecuaciones ioacutenicas

K K1+ + 1 e

Br + 1 e Br1-

K1+ + Br- KBr

Foacutermula electroacutenica K1+minus

1

Br

Foacutermula miacutenima KBr

b) Ecuaciones ioacutenicas

Ca Ca 2+ + 2 e

O + 2 e O2-

Ca2+ + O2- CaO

Foacutermula electroacutenica Ca2+ minus

2

O

105

Foacutermula miacutenima CaO

4) b y d

5) se unen compartiendo un par de electrones

6) a) unioacuten covalente

b) foacutermula electroacutenica

Cl

O

Cl

foacutermula desarrollada Cl O Cl

7) a) una unioacuten covalente doble entre el azufre y

uno de los aacutetomos de oxiacutegeno dos uniones cova-

lentes coordinadas con los otros dos aacutetomos de

oxiacutegeno

b) Foacutermula electroacutenica

Foacutermula desarrollada

106

8) a b y e

9) a) UCP y c) UCNP

10) Foacutermula electroacutenica Foacutermula desarrollada

a) H

Cl H Cl

b) HH H H

c)

I

I l I

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

12) b c y e

  • RADIACTIVIDAD
    • IacuteNDICE
      • 1 RADIACTIVIDAD NATURAL
      • 2 RELACIOacuteN ENTRE LA LEY DE LAVOISIER Y LA DE EINSTEIN
      • 3 INTERACCIONES ENTRE AacuteTOMOS Y ONDAS
      • 4 PODER DE PENETRACIOacuteN DE LA RADIACIOacuteN
      • 5 VIDA MEDIA
      • 6 RADIACTIVIDAD ARTIFICIAL
      • 7 USOS DE LOS RADIOISOacuteTOPOS
      • 8 MEDICINA NUCLEAR
      • 9 FECHADO POR MEDIO DE RADIOISOacuteTOPOS
      • 10 PLANTAS DE ENERGIacuteA NUCLEAR
      • 11 BOMBA ATOacuteMICA
      • 12 EFECTOS DE UNA EXPLOSIOacuteN NUCLEAR
        • Ejercicios 12
        • Ejercicios 121
        • Hoja de respuestas121
        • Ejercicios 1211
        • Ejercicios 1212
        • Hoja de respuestas 1212

14

De esta manera la desaparicioacuten de un gramo

de materia daraacute origen a 91020ergios o 91013 jou-

les Esta energiacutea liberada es suficiente como para

calentar 2105 toneladas de agua de 0ordmC a 100ordmC

Materia y energiacutea pueden interconvertirse En

los procesos quiacutemicos la cantidad de materia que

se transforma en energiacutea es tan pequentildea que resul-

ta imposible medir con los instrumentos actuales

la variacioacuten de masa correspondiente

15

3 INTERACCIONES ENTRE AacuteTOMOS Y ONDAS

Sabemos que la energiacutea se transforma en

materia y viceversa

Pero iquestsabemos si pueden interactuar en-

tre si

Para responder a esta duda recorreremos una parte de la historia del conocimiento del aacutetomo

16

Definicioacuten La partiacutecula de un cuerpo

simple maacutes pequentildea capaz de entrar en las re-

acciones quiacutemicas

1803 Dalton propone que la materia se di-

vidiacutea en elementos y compuesto Los elemen-

tos constituidos por aacutetomos y los compuestos

por moleacuteculas

Siglo XIX se piensa que los aacutetomos son

divisibles se componen de varias partiacuteculas

1897 Thomson descubre el electroacuten antildeos

despueacutes Nagaoka propone que los electrones

giran en oacuterbitas alrededor de una partiacutecula po-

sitiva

En 1911 Rutherford descubre el nuacutecleo

atoacutemico con su experimento de la laacutemina de

oro

17

Alrededor de 1920 Borh propone que los

electrones giran alrededor del nuacutecleo en oacuterbi-

tas circulares donde cada oacuterbita corresponde a

un nivel de energiacutea diferente

Antildeos maacutes tarde De Broglie postula el

principio de dualidad en donde el electroacuten se

comporta como una onda y partiacutecula Como

consecuencia solo se puede encontrar al elec-

troacuten en un aacuterea determinada llamada nivel de

energiacutea ya que no se puede conocer la veloci-

dad y posicioacuten al mismo tiempo( a este fenoacute-

meno se lo denomina principio de incerti-

dumbre de Heisenberg) Esto produce el desa-

rrollo de la mecaacutenica cuaacutentica

Radiactividad

En 1896 Becquerel descubre una propiedad

nueva de la materia a la que posteriormente Marie

Curie llamoacute Radiactividad

18

La radiactividad no depende de la naturaleza

fiacutesica o quiacutemica del aacutetomo sino que es una propie-

dad del nuacutecleoLa causa que los origina probable-

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

tiacuteculas que se encuentran en el nuacutecleo

En general los nuacutecleos de aacutetomos pesados

presentan cierta inestabilidad para lo cual emiten

radiacioacuten para alcanzar estados de equilibrio

Dichas radiaciones podemos dividirlas en

Desintegraciones alfa desintegraciones beta y

desintegraciones gamma

Desintegraciones alfa Cuando el nuacutecleo

atoacutemico es inestable a causa del gran nuacutemero

de protones que posee (ocurre en los elemen-

tos maacutes pesados es decir con Z = 83 o supe-

rior) la estabilidad es alcanzada con frecuen-

cia emitiendo una partiacutecula alfa es decir un

19

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

tones y dos neutrones

Desintegraciones beta Cuando la rela-

cioacuten de neutrones protones en un nuacutecleo

atoacutemico es elevada el nuacutecleo se estabiliza emi-

tiendo un neutroacuten o bien como ocurre con

frecuencia emitiendo una partiacutecula beta es

decir un electroacuten

Desintegraciones gamma Los rayos

gamma son ondas electromagneacuteticas de gran

energiacutea muy parecidos a los rayos X y en cier-

tas ocasiones se presentan cuando ocurre una

desintegracioacuten de partiacuteculas beta o bien una

emisioacuten de positrones Por lo tanto la radia-

cioacuten gamma no posee carga eleacutectrica y su na-

turaleza ondulatoria permite describir su ener-

giacutea en relacioacuten a su frecuencia de emisioacuten

20

INTERACCIOacuteN DE LAS RADIACIONES CON LA

MATERIA

La radiacioacuten al chocar con las moleacuteculas que

encuentra a su paso produce iones esto se debe a

que excita los electrones de los aacutetomos de las mo-

leacuteculas es decir les entrega energiacutea para que pasen

a oacuterbitas superiores

bull Radiaciones alfa (α) compuesta por dos

protones y dos neutrones de bajo poder

de penetracioacuten y alta capacidad de ioniza-

cioacuten Se mueve en liacutenea recta debido a su

gran cantidad de masa

21

bull Radiaciones beta (β) formada por elec-

trones de carga negativa su masa es pe-

quentildea por lo tanto es propensa a cambiar

de trayectoria bajo poder de penetracioacuten y

bajo poder de ionizacioacuten Al acercarse a un

nuacutecleo se frena la energiacutea que pierde en el

frenado la libera como rayos X Si una par-

tiacutecula beta choca con un positroacuten (electroacuten

negativo) se aniquila y emite un rayo

gamma

bull Radiaciones gamma (γ) son las de ma-

yor energiacutea no tiene carga eleacutectrica por lo

22

tanto no desviacutean sus trayectorias frente a

campos eleacutectricos tienen un alto poder de

penetracioacuten y un alto poder de ionizacioacuten

Pueden llegar a extraer electrones de los

aacutetomos los cuales a su vez ionizan otras

moleacuteculas

Neutrones no poseen carga eleacutectrica tienen

un alto poder de penetracioacuten Al chocar contra un

aacutetomo ceden parte de su energiacutea y se frenan Los

neutrones de baja velocidad se denominan neu-

trones teacutermicos los cuales se descomponen en un

electroacuten y un protoacuten o pueden ser absorbidos por

otros nuacutecleos atoacutemicos

23

4 PODER DE PENETRACIOacuteN DE LA RADIACIOacuteN

La radiacioacuten es uno de los efectos

maacutes peligrosos de la energiacutea nuclear

No todas las partiacuteculas emitidas

tienen la misma posibilidad de atrave-

sar los elementos

Los materiales radiactivos pueden ser peligro-

sos porque la radiacioacuten que se emite puede dantildear

los tejidos vivos La capacidad para inflingir dantildeos

depende en parte del poder de la radiacioacuten para

penetrar en los tejidos

24

En condiciones de igualdad por lo demaacutes

cuanto mayor es la masa de una partiacutecula menor

es su poder de penetracioacuten Las partiacuteculas alfa

que son nuacutecleos de helio con una masa de 4 uma

constituyen el menos penetrante de los tres tipos

principales de radiactividadLas partiacuteculas beta

ideacutenticas a los electrones cuya masa es insignifi-

cante son un poco maacutes penetrantes Los rayos

gamma como los rayos X carecen totalmente de

masa su poder de penetracioacuten es mucho mayor

que el de los otros dos tipos

Puede parecer contrario al sentido comuacuten

pensar que las partiacuteculas maacutes grandes se abren

camino con maacutes dificultad Consideraacute sin embar-

go que el poder de penetracioacuten refleja la capaci-

dad de la radiacioacuten para abrirse camino a traveacutes

de una muestra de materia Es como si trataras de

hacer rodar piedras por un campo de grandes ro-

cas La partiacutecula alfa se comporta como si fuese

una roca grande Debido a su tamantildeo no puede

25

avanzar mucho sin chocarse con otras rocas y ser

detenida por ellas La partiacutecula beta se comporta

como una piedra pequentildea que puede introducirse

entre las rocas y quizaacute hasta rebotar en ellas hasta

completar un recorrido maacutes largo El rayo gamma

es comparable a un grano de arena capaz de pasar

por las aberturas maacutes pequentildeas

Al principio de esta explicacioacuten dijimos que si

todo lo demaacutes es igual asiacute es como funcionan las

cosas Pero lo demaacutes no siempre es igual Cuanto

maacutes raacutepido se mueve una partiacutecula o maacutes energiacutea

tiene la radiacioacuten mayor es su poder de penetra-

cioacuten

Si la sustancia radiactiva estaacute afuera del cuer-

po las partiacuteculas alfa de poco poder de penetra-

cioacuten son las menos peligrosas pues las detiene la

capa externa de la piel Tambieacuten las partiacuteculas beta

se detienen normalmente antes de alcanzar oacuterga-

nos vitales Los rayos gamma atraviesan sin difi-

26

cultad los tejidos asiacute que una fuente externa de los

mismos puede ser muy peligrosa En cambio

cuando la fuente radiactiva estaacute adentro del cuerpo

la situacioacuten se invierte Las partiacuteculas alfa que no

penetran pueden causar graves dantildeos Todas estas

partiacuteculas estaacuten atrapadas en el interior del cuerpo

el cual tiene entonces la posibilidad de absorber

toda la energiacutea que libera la partiacutecula Las partiacutecu-

las alfa infligen el dantildeo en un aacuterea muy pequentildea

porque no se desplazan muy lejos Las partiacuteculas

beta distribuyen el dantildeo en un aacuterea algo mayor

porque recorren distancias mayores Los tejidos se

pueden recuperar de un dantildeo limitado disperso en

un aacuterea grande pero es menos probable que so-

brevivan a una lesioacuten concentrada

Las personas que trabajan con materiales ra-

diactivos disponen de diversas formas de prote-

gerse contra ellos La maacutes simple consiste en ale-

jarse de la fuente porque la intensidad de la radia-

cioacuten disminuye con la distancia respecto a la fuen-

27

te Los trabajadores se pueden proteger tambieacuten

por medio de blindajes Una hoja de papel detiene

casi todas las partiacuteculas alfa Un bloque de madera

o una laacutemina delgada de aluminio detiene las par-

tiacuteculas beta

Pero se necesitan varios metros de concreto o

varios centiacutemetros de plomo para detener los ra-

yos gamma

28

5 VIDA MEDIA

Cuando hablamos de aacutetomos individuales

estamos trabajando con elementos que

apenas imaginamos

Para entender lo que pasa con la radia-

cioacuten debemos referirnos a un grupo maacutes

grande de partiacuteculas y trabajar con pro-

medios

Hasta aquiacute hemos estudiado la radiactividad en

relacioacuten con los aacutetomos individuales En el labora-

torio nos ocupamos en general con nuacutemeros muy

grandes de aacutetomos mucho mayores que el nuacuteme-

29

ro de habitantes de la tierra Si pudieacutesemos ver el

nuacutecleo de un aacutetomo individual podriacuteamos ver si

sufre o no desintegracioacuten radiactiva examinando

su composicioacuten Ciertas combinaciones de proto-

nes y neutrones son inestables Sin embargo lo

que no podriacuteamos determinar es cuando el aacutetomo

va a sufrir un cambio La radiactividad es un pro-

ceso aleatorio independiente en general de las

influencias externas

Cuando tenemos un nuacutemero grande de aacuteto-

mos el proceso de desintegracioacuten radiactiva se

hace maacutes predecible Podemos medir la vida me-

dia que es una propiedad caracteriacutestica de cada

radioisoacutetopo La vida media de un isoacutetopo radiac-

tivo es el periacuteodo durante el cual la mitad del nuacute-

mero original de aacutetomos sufre desintegracioacuten ra-

diactiva para formar un nuevo elemento Por

ejemplo supone que tuvieacutesemos 16 billones de

aacutetomos de tritio el isoacutetopo radiactivo de hidroacutege-

no La vida media del tritio es de 123 antildeos Esto

significa que al cabo de 123 antildeos se habraacuten desin-

30

tegrado 8 billones de aacutetomos de tritio y quedaraacuten

8 billones de aacutetomos Al cabo de otros 123 antildeos

se habraacute desintegrado la mitad de los 8 billones de

aacutetomos restantes Por tanto al cabo de dos vidas

medias quedaraacute una cuarta parte del nuacutemero ori-

ginal de aacutetomos de tritio Asiacute pues dos vidas me-

dias no hacen una entera

Podemos calcular la fraccioacuten restante del isoacute-

topo original al cabo de un nuacutemero dado de vidas

medias por medio de la relacioacuten

FRACCIOacuteN RESTANTE N21

=

Donde n es el nuacutemero de vidas medias trans-

curridas

31

6 RADIACTIVIDAD ARTIFICIAL

La radiactividad es un fenoacutemeno na-

tural y en esas condiciones poco

aprovechable

El hombre trabajoacute mucho para con-

trolarlo y hacer de este efecto algo

uacutetil Aunque como es muy habitual

en la humanidad las implementacio-

nes destructivas tambieacuten tuvieron

gran desarrollo

32

TRANSMUTACIOacuteN ARTIFICIAL

Las formas de radiactividad que se presentan

en la Naturaleza Se pueden inducir otras reaccio-

nes nucleares bombardeando nuacutecleos estables con

partiacuteculas alfa neutrones u otras partiacuteculas sub-

atoacutemicas Estas partiacuteculas si tienen suficiente

energiacutea penetran los nuacutecleos que antes eran esta-

bles e inducen alguna forma de emisioacuten radiacti-

va Al igual que la radiactividad natural este tipo

de cambio nuclear produce una transmutacioacuten un

elemento se transforma en otro Debido a que el

cambio no se habriacutea producido de manera natural

el proceso se conoce como transmutacioacuten artifi-

cial

Pocos antildeos despueacutes de su famoso experimen-

to de la laminilla de oro (bombardeo con radiacioacuten

alfa una lamina de oro y detectoacute en una lamina de

sulfuro de zinc la radiacioacuten emergente) Ernest

Rutherford estudioacute el bombardeo de diversos

elementos ligeros con partiacuteculas alfa Un experi-

33

mento de este tipo en el cual Rutherford bom-

bardeoacute nitroacutegeno dio por resultado la produccioacuten

de protones

N147 + He4

2 O178 + H1

1

(Recordaacute que el nuacutecleo de hidroacutegeno es un protoacuten

por eso usamos el siacutembolo alternativo H11 para el pro-

toacuten)

Observaacute que la suma de los nuacutemeros de nu-

cleones de la izquierda es igual a la suma de los

nuacutemeros de nucleones de la derecha Tambieacuten los

nuacutemeros atoacutemicos estaacuten balanceados

Rutherford habiacutea postulado en 1914 la exis-

tencia de protones en los nuacutecleos Un experimen-

to publicado en 1919 proporcionoacute la primera

comprobacioacuten empiacuterica de la existencia de estas

partiacuteculas fundamentales Ya antes Eugen Golds-

tein habiacutea producido protones en sus experimen-

34

tos con tubos de descarga en gas Goldstein obtu-

vo estas partiacuteculas a partir del hidroacutegeno gaseoso

contenido en el tubo por separacioacuten de un elec-

troacuten del aacutetomo de hidroacutegeno La trascendencia del

experimento de Rutherford consistioacute en que ob-

tuvo protones del nuacutecleo de un aacutetomo que no era

de hidroacutegeno con lo cual establecioacute la naturaleza

de los protones como partiacuteculas fundamentales Al

hablar de partiacuteculas fundamentales nos referimos a

las unidades baacutesicas a partir de las cuales se pue-

den formar estructuras maacutes complicadas (como el

nuacutecleo de nitroacutegeno) El experimento de Ruther-

ford constituyoacute la primera reaccioacuten nuclear indu-

cida

Durante la deacutecada de 1920 se llevaron a cabo

muchas transmutaciones artificiales En la deacutecada

de 1930 una de estas reacciones condujo al descu-

brimiento de otra partiacutecula fundamental En 1932

James Chadwick bombardeoacute berilio con partiacuteculas

alfa

35

Be94 + He4

2 C126 + n1

0 Entre los productos se encontraba el neutroacuten

RADIACTIVIDAD INDUCIDA

Las primeras reacciones nucleares produjeron

isoacutetopos que ya se conociacutean por estar presentes en

la Naturaleza Esto fue quizaacute fortuito porque era

inevitable que tarde o temprano se produjese un

nuacutecleo estable Iregravene Curie (hija de los ganadores

del premio Nobel de 1903) y su esposo Freacutedeacuteric

Joliot estudiaban el bombardeo de aluminio con

partiacuteculas alfa Se produciacutean neutrones y quedaba

como residuo un isoacutetopo de foacutesforo

Al2713 + He4

2 P3015 + n1

0

Para sorpresa de los investigadores el blanco

seguiacutea emitiendo partiacuteculas auacuten despueacutes de inte-

rrumpido el bombardeo El isoacutetopo de foacutesforo era

radiactivo y emitiacutea partiacuteculas cuya masa era igual a

36

la del electroacuten pero cuya carga era opuesta Estas

partiacuteculas se llaman positrones La reaccioacuten que

estaban observando era la siguiente

P3015 e0

1+ + Si3014

Asiacute pues surge una vez maacutes la pregunta iquestde doacuten-

de proviene esta partiacutecula si el nuacutecleo contiene

soacutelo protones y neutrones Anteriormente expli-

camos el hecho de que surgiese una partiacutecula beta

(un electroacuten) de un nuacutecleo afirmando que un neu-

troacuten se habiacutea descompuesto en un protoacuten y un

electroacuten Quizaacute un suceso similar puede explicar la

aparicioacuten de un positroacuten Considera que un pro-

toacuten del nuacutecleo se transforma en un neutroacuten y un

positroacuten (un protoacuten es ideacutentico a un nuacutecleo de

hidroacutegeno)

H11 e0

1+ + N10

Todo queda muy bien balanceado en esta

37

ecuacioacuten Al emitirse el positroacuten el nuacutecleo radiac-

tivo original tiene de pronto un protoacuten menos y

un neutroacuten maacutes que antes Por tanto la masa del

nuacutecleo producido es la misma pero su nuacutemero

atoacutemico se ha reducido en una unidad respecto al

nuacutecleo original Por este trabajo la pareja Joliot-

Curie se hizo acreedora al premio Nobel en 1935

(la pareja Joliot-Curie adoptoacute el apellido combina-

do para perpetuar el nombre de Curie Marie y

Pierre Curie tuvieron dos hijas pero ninguacuten hijo

varoacuten

38

7 USOS DE LOS RADIOISOacuteTOPOS

Muchas de las aplicaciones de la energiacutea

de la radiacioacuten se realizan a traveacutes de los

radioisoacutetopos

Gracias a ellos y a los detectores se evitan

grandes perdidas materiales y se ahorra

grandes esfuerzos

Los cientiacuteficos que trabajan en una amplia va-

riedad de campos emplean isoacutetopos radiactivos

(radioisoacutetopos) como rastreadores en sistemas

fiacutesicos quiacutemicos y bioloacutegicos Los isoacutetopos de un

elemento determinado sea radiactivo o no se

39

comportan de manera casi ideacutentica en los proce-

sos quiacutemicos y fiacutesicos En virtud de la facilidad

para detectar los isoacutetopos radiactivos es relativa-

mente faacutecil seguir sus movimientos incluso en un

sistema complicado

Como un ejemplo sencillo consideremos el

flujo de un liacutequido por una tuberiacutea Supongamos

que hay una fuga en una tuberiacutea enterrada bajo un

piso de concreto Podriacuteamos localizar la fuga le-

vantando partes extensas del piso o bien podriacutea-

mos agregar una pequentildea cantidad de material

radiactivo al liacutequido que va hacia el drenaje y ras-

trear el flujo de liacutequido con un contador Geiger

(un instrumento que detecta la radiactividad) Una

vez localizada la fuga soacutelo habriacutea que levantar una

parte pequentildea del piso para reparar la fuga Por lo

general se emplean para este propoacutesito isoacutetopos

de vida corta que desaparecen poco tiempo des-

pueacutes de realizar su funcioacuten

Anaacutelogamente podriacuteamos rastrear la incorpo-

racioacuten de foacutesforo en una planta verde La planta se

40

alimenta con un fertilizante que contiene foacutesforo

radiactivo Un meacutetodo sencillo de deteccioacuten con-

siste en colocar la planta sobre una peliacutecula foto-

graacutefica La radiacioacuten que emiten los isoacutetopos de

foacutesforo expone la peliacutecula en gran medida como

lo hace la luz Este tipo de exposicioacuten llamado

radiografiacutea muestra la distribucioacuten del foacutesforo en

la planta

Tambieacuten se da un buen uso a los rastreadores

radiactivos en la investigacioacuten agriacutecola Estos isoacute-

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 cuaacuteles son los mejores meacutetodos para

regular los insectos La mutacioacuten intencional de

plantas por irradiacioacuten ha producido nuevas y

mejores cepas de plantas de cultivo con valor co-

mercial desde raacutebanos hasta maniacute

Los radioisoacutetopos se emplean tambieacuten para

irradiar alimentos como meacutetodo de conservacioacuten

La radiacioacuten destruye los microorganismos que

41

causan la descomposicioacuten de los alimentos Los

alimentos irradiados muestran poco cambio en

cuanto a su saber o aspecto A muchas personas

les inquietan los posibles efectos dantildeinos de las

sustancias quiacutemicas que produce la radiacioacuten pero

no hay pruebas contundentes de dantildeos causados

por alimentos irradiados en animales de laborato-

rio alimentados con ellos y tampoco se conocen

efectos adversos en seres humanos en los paiacuteses

donde la irradiacioacuten se ha utilizado por muchos

antildeos El proceso de esterilizacioacuten no deja irradia-

cioacuten residual en los alimentos

Los radioisoacutetopos han sido empleados exten-

samente en la investigacioacuten cientiacutefica baacutesica El

mecanismo de la fotosiacutentesis se dilucidoacute en gran

parte utilizando carbono 14 como rastreador Por

ejemplo para determinar coacutemo fabrican las plan-

tas el azuacutecar glucosa a partir de dioacutexido de carbo-

no y agua la planta se expone a dioacutexido de carbo-

no radiactivo El investigador identifica los com-

puestos que se forman a partir de estas materias

42

primas y el orden en el que se sintetizan y despueacutes

determina cuaacuteles compuestos se tornan radiactivos

y en queacute secuencia Con base en los dates obteni-

dos de experimentos con rastreadores los cientiacutefi-

cos determinan las rutas metaboacutelicas de plantas

animales y seres humanos

43

8 MEDICINA NUCLEAR

La medicina nuclear ha generado tra-

tamientos y terapias inimaginables

antes de su descubrimiento

En el diagnostico generoacute meacutetodos no

invasivos que evitan a los paciente

tanto sufrimientos como peacuterdidas de

tiempo

En medicina nuclear se dan dos usos distintos

a los radioisoacutetopos para fines terapeacuteuticos o para

realizar un diagnoacutestico En la terapia con radiacioacuten

se intenta tratar o curar un padecimiento por

44

medio de radiacioacuten El uso de los radioisoacutetopos

con fines de diagnoacutestico busca obtener informa-

cioacuten acerca del estado de salud del paciente

TERAPIA POR RADIACIOacuteN

El caacutencer no es una sola enfermedad sino

muchas Algunas formas de caacutencer son particu-

larmente susceptibles a la terapia por radiacioacuten La

radiacioacuten se dirige cuidadosamente hacia el tejido

canceroso y se reduce al miacutenimo la exposicioacuten de

las ceacutelulas normales Si los efectos destructivos de

la radiacioacuten consiguen matar las ceacutelulas cancero-

sas se detiene el avance del tumor maligno (Pero

los pacientes que se someten a terapia por radia-

cioacuten suelen experimentar malestares a causa del

tratamiento Naacuteusea y voacutemito son los siacutentomas

usuales del malestar por radiacioacuten Asiacute pues el

objetivo de la terapia por radiacioacuten es destruir las

ceacutelulas cancerosas antes de que se cause un dantildeo

excesivo a los tejidos sanos La radiacioacuten tiene

45

efectos maacutes letales para las ceacutelulas que se reprodu-

cen con rapidez y eacutesta es precisamente la caracte-

riacutestica de las ceacutelulas cancerosas que permite que la

terapia por radiacioacuten tenga eacutexito

USOS DIAGNOacuteSTICOS DE LOS RADIOISOacuteTOPOS

Los radioisoacutetopos se usan para fines diagnoacutes-

ticos con el propoacutesito de obtener informacioacuten

acerca del tipo o el alcance de la enfermedad El

yodo 131 radiactivo se emplea para determinar el

tamantildeo la forma y la actividad de la glaacutendula ti-

roides asiacute como para tratar caacutenceres localizados

en esta glaacutendula y para controlar una tiroides hi-

peractiva Primero el paciente toma una solucioacuten

de yoduro de potasio que contiene yodo 131 El

organismo concentra el yodo en la tiroides Se

usan dosis grandes para el tratamiento del caacutencer

de la tiroides la radiacioacuten del isoacutetopo se concentra

en las ceacutelulas cancerosas de esta glaacutendula auacuten

cuando las ceacutelulas cancerosas se hayan extendido a

46

otras partes del cuerpo Sin embargo para fines de

diagnoacutestico soacutelo se necesita una pequentildea cantidad

del radioisoacutetopo Tambieacuten 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-

poracioacuten diferencial del isoacutetopo La imagen que

se obtiene se describe como una fotoexploracioacuten

y permite determinar con precisioacuten la ubicacioacuten de

un tumor en esa regioacuten del cuerpo

El radioisoacutetopo de uso maacutes extendido en medicina

es el gadolinio 153 Este isoacutetopo se emplea para

evaluar la mineralizacioacuten de los huesos Su popu-

laridad es un indicio del gran nuacutemero de personas

principalmente mujeres que sufren de osteoporo-

sis (reduccioacuten de la cantidad de tejido oacuteseo) a me-

dida que envejecen El gadolinio 153 emite dos

radiaciones caracteriacutesticas un rayo gamma y un

rayo X Un dispositivo analizador compara estas

radiacioacuten despueacutes de que atraviesan el hueso La

47

densidad del mismo se determina con base en las

diferencias de absorcioacuten de los rayos

El tecnecio 99m se utiliza en diversos ensayos

diagnoacutesticos La letra m quiere decir metaestable

lo que significa que este isoacutetopo emite cierta ener-

giacutea para convertirse en una versioacuten maacutes estable del

mismo isoacutetopo (mismo nuacutemero atoacutemico y mismo

peso atoacutemico) La energiacutea que desprende es el

rayo gamma que permite detectar el isoacutetopo

Tcm9943 Tc99

43 + y

Observa que la desintegracioacuten del tecnecio

99m no produce partiacuteculas alfa ni beta las cuales

podriacutean causar dantildeos innecesarios al organismo

Ademaacutes el tecnecio 99m tiene una vida media cor-

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

tividad no permanece en el organismo mucho

tiempo despueacutes de que la exploracioacuten se ha com-

pletado Esta vida media tan corta obliga a planifi-

48

car cuidadosamente el uso del radioisoacutetopo De

hecho lo que se adquiere no es el isoacutetopo mismo

El tecnecio 99m se forma por desintegracioacuten del

molibdeno 99

Mo9942 Tcm99

43 + e01minus + y

Se emplea un recipiente que contiene este isoacute-

topo de molibdeno y el producto de desintegra-

cioacuten el tecnecio 99 se extrae del recipiente a

medida que se necesita

Mediante el uso de modernas tecnologiacuteas ba-

sadas en la utilizacioacuten de computadoras la tomo-

grafiacutea por emisioacuten de positrones (PET por sus

siglas en ingleacutes) permite medir los procesos dinaacute-

micos que se llevan a cabo en el organismo como

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

boliza el oxiacutegeno o la glucosa Las exploraciones

de PET se emplean actualmente para identificar

con precisioacuten el aacuterea de dantildeo cerebral que desen-

49

cadena los ataques epileacutepticos graves Antes de la

exploracioacuten se inhalan o se inyectan compuestos

que contienen isoacutetopos emisores de positrones

como el carbono 11 Antes de que el positroacuten

emitido pueda recorrer una distancia apreciable en

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

teria ordinaria abundan los electrones) y se produ-

cen dos rayos gamma

C116 B11

5 + e01+

e01+ + e0

1minus 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 simultaacuteneamente

dos rayos gamma el sistema no toma en cuenta

los rayos gamma de la radiacioacuten natural de fondo

A continuacioacuten se emplea una computadora para

calcular la ubicacioacuten dentro del cuerpo del punto

50

en el cual ocurrioacute una aniquilacioacuten del positroacuten y

el electroacuten y se genera una imagen en esa regioacuten

La tabla contiene una lista de radioisoacutetopos de

uso comuacuten en la medicina La lista es necesaria-

mente incompleta Incluso con esta exposicioacuten tan

breve puedes hacerte una idea de la importancia

que los radioisoacutetopos tienen en la medicina La

aseveracioacuten de que la ciencia nuclear ha salvado

maacutes vidas de las destruidas por las bombas atoacutemi-

cas no carece el fundamento

51

Isoacutetopo Nombre Vida me-

dia Uso

C11 Carbono 11 203m Exploraciones cere-

brales

Cr51 Cromo 51 278d Determinacioacuten

del volumen sanguiacute-

neo

Co57 Cobalto 57 270d Medicioacuten de la

incorporacioacuten de

vitamina v12

Co60 Cobalto 60 526a Terapia de caacutencer

por radiacioacuten

Gd153 Gadolinio

153

242d Determinacioacuten

de la densidad oacutesea

Ga67 Galio 67 781h Exploracioacuten en

busca de tumores

pulmonares

I131 Yodo 131 807d Terapia de la ti-

roides

Ir192 Iridio 192 74d Terapia del caacuten-

cer de mamaacute

Fe59 Hierro 59 45d Deteccioacuten de

anemia

52

P32 Foacutesforo 32 143d Deteccioacuten de

caacutencer de la piel o

tumores oculares

Pu238 Plutonio

238

86a Suministra ener-

giacutea para marcapasos

Ra226 Radio 226 1600a Terapia de caacutencer

por radiacioacuten

Se75 Selenio 75 120d Exploraciones del

paacutencreas

Na24 Sodio 24 150h Localizacioacuten de

obstrucciones en el

flujo sanguiacuteneo

Tc99 Tecnecio 99 60h Obtencioacuten de imaacute-

genes de cerebro hiacutega-

do meacutedula oacutesea rintildeoacuten o

corazoacuten

Tl201 Talio 201 73h Deteccioacuten de pro-

blemas cardiacos con la

prueba de esfuerzo en

rueda de andar

H3 Tritio 123a Determinacioacuten de

agua corporal total

Xe133 Xenoacuten133 527d Obtencioacuten de imaacute-

genes de pulmoacuten

53

9 FECHADO POR MEDIO DE RADIOISOacuteTOPOS

Una de las aplicaciones maacutes in-

creiacutebles de la quiacutemica nuclear es la po-

sibilidad de averiguar la antiguumledad de

los objetos encontrados en las investi-

gaciones arqueoloacutegicas

Se puede usar la vida media de ciertos isoacuteto-

pos para estimar la antiguumledad de rocas y artefac-

tos arqueoloacutegicos El uranio 238 se desintegra con

una vida media de 4500 millones de anos Los

productos iniciales de esta desintegracioacuten tambieacuten

son radiactivos y la descomposicioacuten continuacutea

54

hasta que se forma un isoacutetopo de plomo (plomo

206) Los quiacutemicos pueden estimar la antiguumledad

de una roca determinando las proporciones relati-

vas de uranio 238 y plomo 206 Se ha encontrado

que algunas de las rocas maacutes antiguas de la Tierra

se formaron hace entre 3000 y 4500 millones de

antildeos En las rocas lunares y en meteoritos se ha

determinado una antiguumledad maacutexima de alrededor

de 4500 millones de antildeos Asiacute pues se considera

en general que la Tierra tiene una antiguumledad de

unos 4500 millones de antildeos

FECHADO POR CARBONO 14

En el fechado de artefactos interviene por lo

general un isoacutetopo radiactivo de carbono Se for-

ma carbono 14 en las capas superiores de la at-

moacutesfera por el bombardeo que experimenta el

nitroacutegeno ordinario por parte de los neutrones de

los rayos coacutesmicos

55

N147 + n1

0 C146 + H1

1

Este proceso origina una concentracioacuten cons-

tante de carbono 14 en el CO2 terrestre Las plan-

tas y animales vivos incorporan este isoacutetopo en

sus propias ceacutelulas Sin embargo cuando estos

seres mueren se interrumpe la incorporacioacuten de

carbono 14 y el carbono 14 que hay en el orga-

nismo se desintegra (con una vida media de 5 730

antildeos) a nitroacutegeno 14

Por consiguiente basta con medir la actividad

residual de carbono 14 en un artefacto de origen

vegetal o animal para determinar su antiguumledad

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 antildeos de antiguumle-

dad es decir ha estado muerta durante un tiempo

equivalente a una vida media Anaacutelogamente un

artefacto que muestra el 25 de la actividad de

carbono 14 del material vegetal reciente tiene

56

11460 anos de antiguumledad 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 aquiacute supone que la formacioacuten del isoacutetopo

fue constante a lo largo del tiempo En realidad no

es asiacute Sin embargo aproximadamente para los

uacuteltimos 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

aacuterboles Se han construido curvas de calibracioacuten

que permiten determinar fechas consideradas co-

mo exactas

En teacuterminos generales el meacutetodo de carbono

14 es razonablemente preciso para fechar objetos

de hasta 50000 antildeos de antiguumledad La cantidad

residual del isoacutetopo en los objetos de una antiguumle-

dad mayor que esa es demasiado pequentildea para

hacer una determinacioacuten exacta

El carboacuten de las fogatas de los pueblos anti-

57

guos fechado por determinacioacuten de la actividad

de carbono 14 se usa para estimar la antiguumledad

de otros artefactos encontrados en el mismo em-

plazamiento arqueoloacutegico La teacutecnica de fechado

por carbono 14 se ha usado tambieacuten para detectar

si supuestos artefactos antiguos han sido falsifica-

dos

EL SUDARIO DE TURIacuteN

Probablemente han oiacutedo hablar del sudario de

Turiacuten Se trata de una pieza de tejido de lino muy

antigua de unos 4 metros de largo que muestra la

impresioacuten aproximada de un cuerpo humano

Desde alrededor del antildeo 1350 dC 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-

bricacioacuten del lienzo habiacutea sido cultivado en alguacuten

memento entre los anos de 1260 y 1390 dC Por

58

tanto el lienzo no podriacutea haber existido en tiem-

pos de Cristo A diferencia de los pergaminos del

Mar Muerto para los que el fechado por carbono

14 demostroacute que son registros auteacutenticos de una

civilizacioacuten que existioacute hace unos 2000 antildeos el

sudario de Turiacuten resultoacute ser falso

FECHADO POR TRITIO

El tritio que es el isoacutetopo radiactivo del

hidroacutegeno sirve tambieacuten para fechar Su vida me-

dia de 123 antildeos lo hace uacutetil para fechar objetos de

hasta 100 antildeos de antiguumledad Una aplicacioacuten inte-

resante es el fechado de aguardientes Estas bebi-

das alcohoacutelicas son muy costosas cuando han sido

antildeejadas de 10 a 50 antildeos El fechado por tritio

permite comprobar la veracidad de los anuncios

publicitarios respecto al proceso de antildeejamiento

de las variedades maacutes caras

Hay muchos otros isoacutetopos que permiten es-

timar la antiguumledad de objetos y materiales

59

Isoacutetopo Vida me-

dia

(antildeos)

Periacuteodo de

utilidad Uso

Carbono 14 5730 500 a 50000

antildeos

Carboacuten vege-

tal material

orgaacutenico

Tritio 123 1 a 100 antildeosVinos antildeeja-

dos

Potasio 40 13 x 109 Desde 10000

antildeos

Rocas corteza

terrestre y

lunar

Renio 187 43 x1010 Desde 4 x

107 antildeos Meteoritos

Ranio238 45 x109 Desde 107

antildeos

Rocas corteza

terrestre

60

10 PLANTAS DE ENERGIacuteA NUCLEAR

iquestSabeacutes de doacutende viene esa energiacutea que nosotros usamos tanto Mucha de la energiacutea eleacutectrica es

producida por plantas nucleares de to-do el mundo

La energiacutea nuclear ha dado origen a bombas

muy destructivas y a la nociva precipitacioacuten ra-

diactiva y podriacutea incluso provocar un devastador

invierno nuclear Sin embargo una cantidad mu-

cho mayor de personas han recibido beneficios de

la energiacutea nuclear que las que han sido perjudica-

das por ella El hecho es que existen muchos usos

de la energiacutea nuclear que son sumamente beneacutefi-

61

cos Ya conocemos el uso de isoacutetopos radiactivos

en el diagnoacutestico cliacutenico y en el fechado de obje-

tos de antiguumledad desconocida Otro uso paciacutefico

de la energiacutea nuclear es la generacioacuten de electri-

cidad Una gran parte de la energiacutea eleacutectrica que

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

giacutea nuclear

En la actualidad una quinta parte de toda la

electricidad que se produce en Estados Unidos

proviene de plantas de energiacutea nuclear En Euro-

pa la dependencia respecto a la energiacutea nuclear

para la produccioacuten de electricidad es auacuten mayor

En Francia por ejemplo maacutes del 70 de la ener-

giacutea eleacutectrica del paiacutes proviene de plantas nuclea-

res

No es sorprendente que una reaccioacuten que

desprende tanta energiacutea como lo hace la fisioacuten

nuclear se use como fuente de energiacutea para gene-

rar electricidad En las plantas de energiacutea nuclear

se usa el calor obtenido de una reaccioacuten de fisioacuten

62

en cadena controlada para producir vapor de

agua que mueve las turbinas generadoras de elec-

tricidad El combustible nuclear es normalmente

oacutexido de uranio U3O8 enriquecido hasta alrede-

dor de 3 de uranio 235

La energiacutea nuclear es mucho maacutes limpia que la

que se obtiene quemando combustibles foacutesiles

(carboacuten petroacuteleo y gas) no produce cenizas finas

ni holliacuten no forma dioacutexido de carbono que con-

tribuye al efecto de invernadero y al calentamiento

global y no contamina el aire con oacutexidos de azu-

fre y de nitroacutegeno que dan origen a la lluvia aacutecida

Por otra parte emite grandes cantidades de calor

residual en el ambiente y lo que es mucho maacutes

serio produce muchos residuos radiactivos La

eliminacioacuten de todos estos materiales radiactivos

de desecho es uno de los problemas constantes

que se tienen en relacioacuten con las plantas de energiacutea

nuclear

63

11 BOMBA ATOacuteMICA

Todos sabemos los desastres que pue-

den causar la detonacioacuten de una bomba

nuclear

Aquiacute presentamos la explicacioacuten teoacuterica

y coacutemo se pone en praacutectica

COacuteMO FUNCIONA UNA BOMBA NUCLEAR EN LA

TEORIacuteA

El 16 de Julio de 1945 estalloacute la primera bomba

atoacutemica en el campo de pruebas de Trinity cerca

de aacutelamo Gordo (Nuevo Meacutejico) Desde ese pre-

64

ciso instante la historia de la humanidad ha pasado

a una nueva era la era nuclear

Nunca hasta entonces se habiacutean tenido los cono-

cimientos necesarios como para saber que la masa

puede convertirse en grandes cantidades de ener-

giacutea y coacutemo podiacutea realizarse ese proceso hasta

entonces reservado tan soacutelo a las estrellas

La famosa foacutermula de Einstein E = mc2 ha pasa-

do ya ha formar parte de la cultura popular auacuten sin

que en realidad se llegue a saber que implica

Donde E es energiacutea m masa y c la velocidad de la

luz (constante) En esta ecuacioacuten se expresa la

relacioacuten de equivalencia entre masa y energiacutea Por

ejemplo haciendo algunas cuentas se ve que con

un gramo de uranio si se convirtiese totalmente

en energiacutea se obtendriacutean 25 millones de Kw

Aplicado como una bomba nuclear basta decir

que para asolar Hiroshima soacutelo se convirtioacute un

65

gramo de masa (aunque toda la bomba como me-

canismo pesara cuatro toneladas) su potencia fue

de 125 kilotones es decir para igualar su potencia

seriacutean 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 combustibles

de fisioacuten Cuando en un espacio se reuacutene la sufi-

ciente cantidad de materia (denominada masa criacute-

tica) se produce una reaccioacuten en cadena espontaacute-

nea esto es el nuacutecleo de los aacutetomos del material

se divide liberando energiacutea y varios neutrones

raacutepidos que provocan que otros nuacutecleos tam-

bieacuten se dividan y liberen maacutes energiacutea y neutrones

Este proceso se denomina fisioacuten nuclear Sin em-

bargo si la densidad no es suficiente la energiacutea

liberada hace que el material se expanda y se de-

tenga el proceso Para evitar que se pare la reac-

cioacuten se recurre a una materia muy densa de por siacute

(isoacutetopos del uranio y plutonio) que ademaacutes se

comprime de manera muy raacutepida para lograr una

66

altiacutesima densidad que permite que los neutrones

raacutepidos choquen antes con otros nuacutecleos y se

produzcan antes el mayor nuacutemero 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 maacutes energiacutea Para una

explosioacuten de 100 kilotones son necesarias 58 ge-

neraciones las 7 uacuteltimas generan el 999 de la

energiacutea en periodo cortiacutesimo de tiempo Tambieacuten

puede liberarse energiacutea con la fusioacuten en este pro-

ceso los nuacutecleos se unen en vez de separarse pero

se requieren altiacutesimas temperaturas (del orden de

millones de grados) para que este proceso se lleve

a cabo Para esta reaccioacuten se usan aacutetomos ligeros

(maacutes faacuteciles de unir) generalmente hidroacutegeno o

sus isoacutetopos (deuterio y tritio) Para unir dos aacuteto-

mos basta con hacerlos chocar Los protones de

cada aacutetomo 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

67

fusioacuten deben comprimirse fuertemente los nuacute-

cleos y una vez hecho soacutelo podraacuten continuar uni-

dos si pierden un equivalente de la energiacutea que les

hizo apretarse En el caso de usar deuterio y tritio

se libera violentamente un neutroacuten Esta energiacutea

liberada es la que forma una bomba de fusioacuten

tambieacuten denominada bomba H

COMO FUNCIONA UNA BOMBA ATO-MICA EN LA PRACTICA

Sea cual fuere el sistema de funcionamiento de

una bomba nuclear (fusioacuten o fisioacuten) una cantidad

de masa se convierte en energiacutea la potencia soacutelo

depende de la capacidad de la ingenieriacutea para con-

vertir maacutes masa antes de que la reaccioacuten disperse

las moleacuteculas en teoriacutea la potencia es por tanto

ilimitada

Una bomba nuclear consiste baacutesicamente en una

esfera hueca de plutonio que no es lo suficiente-

68

mente densa como para producir una reaccioacuten 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 explosioacuten se disparan los detonado-

res que hacen que el material explosivo estalle de

la manera lo maacutes regular posible para que enviacutee

una onda de choque esfeacuterica hacia el plutonio

Cuando eacutesta impacta contra eacutel lo comprime y re-

duce su volumen empujaacutendolo hacia el centro de

la esfera hasta que alcanza una densidad suficiente

(supercriacutetica) y se dispara el iniciador de neutrones

para comenzar la reaccioacuten en cadena que da lugar

a la explosioacuten nuclear

Las bombas termonucleares de fusioacuten o H nece-

sitan de una gran temperatura para que se puedan

unir los nuacutecleos esto se consigue en el interior de

una explosioacuten de fisioacuten que es el comienzo de

toda bomba H

69

Una vez acabada la reaccioacuten de fusioacuten nos encon-

traremos con una esfera expandida con una tem-

peratura de millones de grados en la que existen

los productos de la fusioacuten (litio e isoacutetopos del

hidroacutegeno) Tal es su velocidad que pueden fun-

dirse unos con otros dando lugar a la reaccioacuten de

fusioacuten Esta reaccioacuten genera maacutes energiacutea que la

anterior y libera gran cantidad de partiacuteculas nu-

cleares pero no es una reaccioacuten en cadena ya que

el propio calor que genera hace que las partiacuteculas

se separen y se expandan en forma de una esfera

de plasma con una temperatura que tan soacutelo expe-

rimenta el universo de manera natural en las estre-

llas En nuestro sol por ejemplo ocurren la fusioacuten

nuclear de hidroacutegeno y helio Pero antes de que la

reaccioacuten se extinga los neutrones generados por

las detonaciones anteriores provocan de nuevo

una reaccioacuten de fusioacuten sobre una camisa de U-

238 pero esta vez mucho mayor que las anterio-

res La potencia de una bomba termonuclear care-

ce de liacutemite una bomba como la de Hiroshima de

70

125 kilotones (un kilotoacuten equivale a 1000 tonela-

das de TNT) se considera dentro de los arsenales

modernos como pequentildea siendo las de un mega-

toacuten (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 la

Segunda Guerra Mundial

Para la construccioacuten de una bomba nuclear nor-

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

primero no forma parte de la reaccioacuten nuclear

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

nera espontaacutenea emitiendo neutrones que son

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

duzca de manera accidental la reaccioacuten en cadena

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

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

cioacuten 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

71

reactores nucleares a partir del U-238

La desintegracioacuten del uranio en la reaccioacuten en

cadena se produce de manera espontaacutenea para una

masa de 50 Kg si eacuteste elemento es puro El pluto-

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

da reaccioacuten en cadena de modo que se mezcla de

berilo y polonio dando como resultado un pro-

ducto que aunque no es fisionable por si solo una

pequentildea cantidad actuacutea como catalizador para las

grandes reacciones Asiacute bastan 16 Kg de PU-239

para obtener la masa supercriacutetica y 10 Kg si se

mezcla con U-238

El U-235 es muy difiacutecil de extraer por encontrarse

en la naturaleza muy mezclado con otros com-

puestos Asiacute por cada 25000 toneladas de mineral

de uranio bruto soacutelo se obtienen 50 toneladas de

uranio del que el 993 es U-235 y el resto el

rariacutesimo isoacutetopo U-238 ambos soacutelo se pueden

separar de manera mecaacutenica gracias a la leviacutesima

72

diferencia de peso entre ambos Asiacute el uranio se

mezcla en forma gaseosa con fluor (hexafluoriacutedri-

co) que es impulsado a baja presioacuten hacieacutendolo

pasar por unas caacutemaras que aumentan la concen-

tracioacuten de uranio sensiblemente tras cientos de

pasadas Para una central nuclear la pureza ha de

ser del 2 y para una bomba (teoacutericamente) el

95

Para separar el isoacutetopo se recurre a la centrifuga-

cioacuten del gas siendo el maacutes pesado U-238 despedi-

do hacia el exterior con maacutes fuerza Para obtener

otra vez el uranio separado del gas se recurre a la

separacioacuten magneacutetica

MECANISMOS QUE SUELEN COMPONER UNA

BOMBA NUCLEAR

Los mecanismos que suelen componer una bom-

ba nuclear son los siguientes

73

ALTIacuteMETRO No suele usarse el baromeacutetrico

por verse afectado por las condiciones atmosfeacuteri-

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 seguacuten el tiempo transcu-

rrido en el recorrido puede saberse la altura sin

necesidad de complicar maacutes el sistema para dar

una precisioacuten que en realidad no es importante (2

o 3 m de diferencia no son apreciables maacutes que

en minibombas bastante menores que las de

Hiroshima) siendo la altura normal de detonacioacuten

la de 2000 m

En la praacutectica 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 electroacute-

nicamente para obtener la diferencia de ambas

que es proporcional a la altura Los pulsos suelen

emitirse 120 veces por segundo y alcanzan un

74

rango de 3000 m sobre la tierra y 6000 m sobre

el mar (la reflexioacuten es alliacute mejor) siendo su error

de hasta 15 m

CABEZA DETONADORA Como ya se dijo

estaacute compuesta de una carga explosiva muy bien

calibrada que a la orden del altiacutemetro detona

produciendo una onda de choque uniforme sobre

el elemento radioactivo comprimieacutendolo hasta

alcanzar la masa supercriacutetica

Compantildeiacuteas privadas producen camisas explosivas

que modificadas pueden ser usadas para la fabri-

cacioacuten del objeto que nos ocupa La cantidad de

presioacuten necesaria a aplicar es un secreto por razo-

nes de seguridad aunque se sabe que los explosi-

vos plaacutesticos son ideales sobre todo por su malea-

bilidad y facilidad de manejo

El detonador variacutea si es combustible es uranio o

plutonio

75

DETONADOR DE URANIO La masa total se

divide en dos partes una mayor de forma semies-

feacuterica y coacutencava que se acopla perfectamente con

la otra maacutes pequentildea Como es de suponer ambas

se encuentran separadas hasta el momento de la

detonacioacuten en el que una explosioacuten convencional

dispara la parte pequentildea que impacta contra la

mayor para lograr en un instante la masa supercriacute-

tica

DETONADOR DE PLUTONIO Necesita

una precisioacuten de ingenieriacutea mucho mayor que la

anterior ya que estaacute compuesta de 32 secciones de

plutonio-berilio-polonio todas de igual forma y

posicioacuten distribuidas conceacutentricamente El aspecto

final es parecido al de un baloacuten de fuacutetbol Todas

han de cerrarse simeacutetricamente en una diezmillo-

neacutesima de segundo para conseguir la detonacioacuten

DEFLECTOR DE NEUTRONES Suele ser

U-238 Su funcioacuten es la que ya se explicoacute evitar

76

una reaccioacuten accidental ademaacutes refleja las partiacutecu-

las de vuelta cuando se alcanza la masa supercriacuteti-

ca

ESCUDO PROTECTOR Recibe otros nom-

bres pero su funcioacuten es siempre la de proteger de

la radiacioacuten natural tanto al personal que la maneja

como a los circuitos de la bomba que pueden su-

frir cortocircuitos o puestas en funcionamiento

accidentales

SISTEMA DE ARMADO Es otro sistema maacutes

de seguridad consistente en quitar una parte im-

prescindible de la bomba para evitar detonaciones

accidentales de modo que soacutelo cuando estaacute

proacuteximo su lanzamiento se inserta esta parte Una

analogiacutea seriacutea como si al aparcar nuestro coche le

quitaacuteramos el volante o una bujiacutea asiacute estariacuteamos

seguros de que no nos lo roban porque sin estas

partes el coche no funciona

77

12 EFECTOS DE UNA EXPLOSIOacuteN NUCLEAR

Tenemos frescas en nuestra memo-

ria las imaacutegenes que nos mostroacute la

televisioacuten cuando se produjo el ac-

cidente de Chernobyl

Aquiacute explicamos todas las conse-

cuencias de una detonacioacuten 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

78

bull Radiacioacuten nuclear inicial la altiacutesima

temperatura y la elevada presioacuten que se

genera en el interior de la explosioacuten emi-

ten radiacioacuten en todas las direcciones Esta

se compone de rayos alfa beta y gamma

que son una forma de radiacioacuten electro-

magneacutetica de alta energiacutea que puede causar

la muerte sin que el individuo se de cuenta

de que ha sido irradiado Una explosioacuten de

un megatoacuten (de tamantildeo estaacutendar) matariacutea

a todo ser humano en 15 Km a la redonda

que se encontrase al aire libre

Las partiacuteculas alfa son ideacutenticas a un nuacutecleo de

helio son las que mas larga vida tienen unos mil

antildeos pero su poder de penetracioacuten 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 radiacioacuten Con 45 cm de tierra se

consigue reducir la radiacioacuten veinte veces

Las partiacuteculas beta penetran maacutes siendo suficiente

79

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

to la radiacioacuten (una pared moderna ya espesa se

compone de 1 pie de ladrillo maacutes caacutemara maacutes

aislante maacutes ladrillo hueco y yeso que suele que-

darse en los 37 cm)

Los de maacutes poder de penetracioacuten son las gamma

y por tanto los maacutes peligrosos ya son los que se

introducen en los refugios nucleares auacuten con

grandes espesores de hormigoacuten La uacutenica protec-

cioacuten eficaz es la de interponer grandes masas de

material mejor cuanto maacutes denso siendo el ideal

el plomo ya que pasa por los materiales como la

luz por una tela si esta es maacutes densa mayor canti-

dad de chocaraacute con ella y no la traspasaraacute Para

reducir la dosis a un veinteavo se precisan 30 cm

de hormigoacuten armado

bull Pulso electromagneacutetico La intensa acti-

vidad de los rayos gamma genera mediante

induccioacuten una corriente de alto voltaje so-

80

bre antenas viacuteas feacuterreas tuberiacuteas que des-

truye todas las instalaciones eleacutectricas de

una amplia zona si la explosioacuten se efectuacutea

a gran altura Una detonacioacuten de muchos

kilotones a 200 km sobre Omaha (Ne-

brasca) destruiriacutea todos los circuitos eleacutec-

tricos integrados de toda Norteameacuterica y

parte de Meacutejico y Canadaacute Ante el riesgo

de una detonacioacuten nuclear es conveniente

alejarse de liacuteneas eleacutectricas y viacutea feacuterreas ya

que la corriente inducida puede electrocu-

tarnos

bull Pulso teacutermico al expandirse la bola de

fuego el aire circundante absorbe energiacutea

en forma de rayos X y la irradia en forma

de una luz cegadora y un intensiacutesimo ca-

lor Una bomba de 20 Megatones produci-

riacutea una intensa luz durante 20 segundos y

causariacutea quemaduras de segundo grado a

81

cualquier persona expuesta a 45 Km de

distancia

bull Onda de choque La raacutepida expansioacuten de

la bola de fuego genera una onda de cho-

que como cualquier explosioacuten pero de

una potencia muy superior ya que puede

aplastar o barrer edificios dantildeaacutendolos muy

seriamente o destruyeacutendolos por comple-

to ya que maacutes que empujar por su dura-

cioacuten lo que hace es estrujar Una bomba

de 20 megatones no dejariacutea en un radio de

20 Km maacutes que escombros soacutelo se salva-

riacutean las cimentaciones y construcciones

enterradas

bull Primera lluvia radioactiva o lluvia ra-

diactiva local una explosioacuten de 20 mega-

tones aras de suelo produciriacutea un craacuteter de

183 m de profundidad la elevada tempe-

82

ratura vaporiza todo lo que se encuentra

dentro de la bola de fuego todo se funde

con los materiales radiactivos de la fisioacuten o

fusioacuten y se eleva con el hongo para luego

precipitar en forma de finas cenizas Esto

ocurriraacute durante las 24 h siguientes a la

explosioacuten y afectaraacute a una regioacuten maacutes o

menos amplia para una misma potencia

seguacuten la climatologiacutea El fenoacutemeno se am-

pliacutea considerablemente si la detonacioacuten se

produce cerca del suelo La energiacutea 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 maacutes destructivos los deno-

minados secundarios como incendios en masa

que acabariacutean con los pocos supervivientes y ma-

tariacutean a maacutes que el pulso teacutermico y la onda de

choque

83

Ademaacutes en caso de que se lanzaran muchas

bombas nucleares sus efectos secundarios seriacutean

mucho maacutes 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 10000 mega-

tones miacutenimos para considerar un holocausto

como tal

bull El primero de estos efectos es que la ra-

dioactividad liberada en caso de holocaus-

to penetrariacutea en todos y cada uno de los

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

Mientras que en dosis altas (seguacuten la espe-

cie) produciriacutea la muerte en otras maacutes ba-

jas los efectos seriacutean de lo maacutes variados

(mutaciones esterilidad)

bull El segundo seriacutea que los materiales im-

pulsados por las detonaciones se elevariacutean

hasta la troposfera donde ocultariacutean la luz

84

del sol durante meses o antildeos haciendo ba-

jar la temperatura de la tierra y alterando la

fotosiacutentesis de los vegetales y el plancton

marino seriacutea el famoso invierno nuclear

Ademaacutes estos materiales radiactivos iriacutean

cayendo durante meses o antildeos convirtieacuten-

dose en una lluvia radiactiva global que

auacuten con menos dosis radiactiva que una

lluvia provocada por una bomba seriacutea

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

antildeos Ese 5 de energiacutea liberada por la

lluvia radiactividad en una bomba es poco

pero en los 10000 megatones de un holo-

causto suponen ya 500 megatones que iraacuten

estallando durante miles de antildeos des-

pueacutes de la cataacutestrofe

85

bull El tercero seriacutea una reduccioacuten en la capa

de ozono producida por el oacutexido de nitroacute-

geno generado por las bolas de fuego de

modo que la radiacioacuten solar que llegase a

la tierra seriacutea mortal Un 70 del ozono

desapareceriacutea en el hemisferio norte y un

40 en el sur siendo necesarios treinta

antildeos para recuperar su estado normal

86

Ejercicios 12

MODELO DE RESOLUCIOacuteN

La distribucioacuten de los electrones de un aacutetomo

en sus niveles y subniveles se puede representar en

forma abreviada de la siguiente manera

a) Un coeficiente que indica el nuacutemero del nivel

de energiacutea (n)

b) Una letra que corresponde al subnivel

c) Un supraiacutendice que sentildeala el nuacutemero de elec-

trones que hay en el subnivel

1H = 1s1

3Li = 1s2 2s1

En razoacuten del entrecruzamiento de subniveles

el orden en que se van completando los subniveles

por energiacutea creciente es el siguiente

87

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

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

5d 6p 7s 5f 6d

7p

Para visualizar la distribucioacuten de los electrones

en orbitales se puede representar cada orbital por

un pequentildeo cuadrado dividido por una diagonal

y cada electroacuten mediante una flecha

Entonces el orbital puede estar

Vaciacuteo incompleto completo

(1 electroacuten) (2 electrones)

En caso del orbital completo las flechas tienen

sentido contrario para indicar que los electrones

presentan spin contrario

El llenado de los orbitales por los electrones

se realiza a partir de los niveles y subniveles en

88

orden creciente de energiacutea Cada nuevo electroacuten se

incorpora a un orbital vaciacuteo

De ese modo los elementos quedan represen-

tados asiacute

1H =

1s

3Li =

1s 2s

7N =

1s 2s 2p

89

Ejercicios 121

1) Un aacutetomo de foacutesforo tiene 15 protones y 16

neutrones Indicaacute cuaacutel es su

a) nuacutemero atoacutemico (Z) b) nuacutemero

de masa (A)

2) Un aacutetomo de potasio tiene Z =19 y A = 39

Indicaacute su nuacutemero de

a) protones b) electrones

c) neutrones

3) Completaacute los datos que faltan en el siguiente

cuadro

90

ELE-

MEN-

TO

NUacute-

MERO

ATOacute-

MICO

NUacute-

MERO

DE

MASA

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) Sentildealaacute el nombre y siacutembolo de los elementos

cuyas configuraciones electroacutenicas 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) Escribiacute la configuracioacuten electroacutenica de los

siguientes elementos

91

a) Na2311 = c) O16

8 =

b) Cl3517 = d) C12

6 =

6) De acuerdo con la siguiente representacioacuten de

los electrones en orbitales indicaacute a queacute ele-

mentos corresponden

a)

b)

c)

d)

7) Representaacute la distribucioacuten de los electrones en

orbitales de los elementos

a) 7N= c) 18Ar =

b) 15AI = d) 19K =

92

Hoja de respuestas121

1) a) 15 b) 31 2) a) 19 b) 19 c) 20

3)

ELE-

MEN-

TO

NUacuteME-

RO

ATOacute-

MICO

NUacute-

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)Argoacuten Ar

d)Escandio Sc

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

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)middot

94

Ejercicios 1211

Modelo de resolucioacuten

El nuacutemero de oxidacioacuten se asigna seguacuten las si-

guientes reglas

1) El nuacutemero de oxidacioacuten de los elementos en la

sustancia simple es cero

Ejemplo Cu0 02Cl

2) El nuacutemero de oxidacioacuten del oxiacutegeno es 2

excepto en las sustancias como el agua oxige-

nada Ejemplo H2

2Ominus

3) El nuacutemero de oxidacioacuten del hidroacutegeno es +1

excepto en las sustancias donde estaacute combina-

do con los metales Ejemplo 1

H+

2O

4) El nuacutemero de oxidacioacuten de un ion monoatoacute-

mico es igual a la carga del ion Ejemplo Ca2-

Cl-

95

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

braica de los nuacutemeros de oxidacioacuten de todos

los aacutetomos debe ser cero Ejemplo 1

H+

2

2Ominus

there42(+1) + (-2) = 0

6) En los iones que tienen maacutes de un aacutetomo la

suma algebraica de los nuacutemeros de oxidacioacuten

de todos los aacutetomos es igual a la carga del ion

El nuacutemero de oxidacioacuten se escribe colocando primero el signo y luego el nuacutemero

Ejemplo el nuacutemero de oxidacioacuten del aluminio es +3

1) Calculaacute los nuacutemeros de oxidacioacuten en la moleacute-

cula de dioacutexido de azufre (SO2)

Datos SO2 nuacutemero de oxidacioacuten del O2

es 2

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de S

Resolucioacuten Cada aacutetomo de oxiacutegeno tiene

nuacutemero de oxidacioacuten 2 por lo tanto el nuacute-

mero de oxidacioacuten del azufre es +4 porque

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

96

2) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten del azufre en

el aacutecido sulfuacuterico (H2SO4)

Datos H2SO2 nuacutemero de oxidacioacuten del

O2 es 2 nuacutemero de oxidacioacuten de H es -1

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de S

Resolucioacuten Se debe cumplir que la suma al-gebraica de todos los nuacutemeros de oxidacioacuten sea cero

4(-2) + 21 + x = 0

-8 + 2 + x = 0

x = 6

Respuesta el nuacutemero de oxidacioacuten del azufre

en el aacutecido sulfuacuterico es +6

3) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten del nitroacutegeno

en el nitrato de sodio (NaNO3)

Datos NaNO3 nuacutemero de oxidacioacuten del

O2 es 2

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de N

97

Resolucioacuten El nuacutemero de oxidacioacuten del

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

ga eleacutectrica positiva

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

1 6 + x = 0

x = 5

Respuesta el nuacutemero de oxidacioacuten del nitroacute-

geno en el nitrato de sodio es +5

4) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten del azufre en

el ion sulfato (S 24Ominus )

Datos S 24Ominus nuacutemero de oxidacioacuten del O2

es 2

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de S

Resolucioacuten La suma de los nuacutemeros de

oxidacioacuten es igual a 2 porque el ion sulfato

tiene dos cargas negativas (2-)

x + 4(-2) = -2

x 8 = -2

x = 6

98

Respuesta El nuacutemero de oxidacioacuten del azu-

fre en el ion sulfato es +6

99

Ejercicios 1212

1) Dibujaacute los siacutembolos de Lewis para los aacutetomos

de

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

2) iquestCoacutemo adquiere la distribucioacuten electroacutenica del

ineacutertido maacutes cercano cada uno de los siguien-

tes aacutetomos

a) K b)

F c)

S d) Mg e)

Br

3) Escribiacute las ecuaciones ioacutenicas la foacutermula elec-

troacutenica y la foacutermula miacutenima del compuesto

ioacutenico formado por

a) K y Br (bromuro de potasio)

b) Ca y O (oacutexido de calcio)

4) Marcaacute con una X las propiedades correspon-

dientes a las sustancias que presentan uniones

ioacutenicas

100

a) Son soacutelidas y tienen bajo punto de fusioacuten ( )

b) Conducen la corriente eleacutectrica fundidas o di-

sueltas en agua ( )

c) Tienen brillo metaacutelico ( )

d) Forman cristales duros y quebradizos solubles

en agua ( )

e) No conducen la corriente eleacutectrica ( )

5) Explicaacute coacutemo se unen dos aacutetomos de bromo

para formar la moleacutecula Br2 y escribiacute su

foacutermula electroacutenica y su foacutermula desarrollada

6) La foacutermula del monoacutexido de dicloro es Cl2O

a) Indicaacute queacute tipo de unioacuten existe entre el cloro y

el oxiacutegeno

b) Escribiacute su foacutermula electroacutenica y su foacutermula

desarrollada

7) El azufre y el oxiacutegeno forman dos oacutexidos

importantes el dioacutexido de azufre (SO2) y el

101

trioacutexido de azufre (SO3) Para el trioacutexido de

azufre

a) Indicaacute queacute tipo de unioacuten existe entre el azufre

y los tres aacutetomos de oxiacutegeno

b) Escribiacute la foacutermula electroacutenica

c) Escribiacute la foacutermula desarrollada

8) Marcaacute 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

liacutequidas o soacutelidas ( )

c) Son duacutectiles y maleables ( )

d) No forman moleacuteculas son agregados de

iones ( )

e) No son buenas conductoras de la corriente

eleacutectrica ( )

102

9) Coloque en el pareacutentesis UCP si la unioacuten es

covalente polar y UCNP si es covalento no

polar en cada una de las siguientes sustancias

a) cloruro de hidroacutegeno HCl ( )

b) Hidroacutegeno H2 ( )

c) yodo l2 ( )

10) Escribiacute la foacutermula electroacutenica y la foacutermula

desarrollada de cada una de las sustancias

mencionadas en el ejercicio 9

11) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten

a) del azufre (S)en el dioacutexido de azufre (SO2) en

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

sodio (Na2S)

b) del nitroacutegeno (N) en el dioacutexido de nitroacutegeno

(NO2) en el aacutecido niacutetrico (HNO3) y en el ni-

trato de potasio (KNO3)

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

can en el concepto de unioacuten metaacutelica

103

a) Tienen bajo punto de fusioacuten y de

ebullicioacuten ( )

b) Tienen brillo metaacutelico ( )

c) Conducen la corriente eleacutectrica sin

alterarse ( )

d) En estado soacutelido son malos conductores de la

corriente eleacutectrica ( )

e) Forman hilos y laacuteminas delgadas ( )

104

Hoja de respuestas 1212

1) a) He b) Al c)

Si d)

Ar e)

N

2) a) cede un electroacuten d) cede electrones c)

gana dos electrones b) y e) gana un electroacuten

3) a) Ecuaciones ioacutenicas

K K1+ + 1 e

Br + 1 e Br1-

K1+ + Br- KBr

Foacutermula electroacutenica K1+minus

1

Br

Foacutermula miacutenima KBr

b) Ecuaciones ioacutenicas

Ca Ca 2+ + 2 e

O + 2 e O2-

Ca2+ + O2- CaO

Foacutermula electroacutenica Ca2+ minus

2

O

105

Foacutermula miacutenima CaO

4) b y d

5) se unen compartiendo un par de electrones

6) a) unioacuten covalente

b) foacutermula electroacutenica

Cl

O

Cl

foacutermula desarrollada Cl O Cl

7) a) una unioacuten covalente doble entre el azufre y

uno de los aacutetomos de oxiacutegeno dos uniones cova-

lentes coordinadas con los otros dos aacutetomos de

oxiacutegeno

b) Foacutermula electroacutenica

Foacutermula desarrollada

106

8) a b y e

9) a) UCP y c) UCNP

10) Foacutermula electroacutenica Foacutermula desarrollada

a) H

Cl H Cl

b) HH H H

c)

I

I l I

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

12) b c y e

  • RADIACTIVIDAD
    • IacuteNDICE
      • 1 RADIACTIVIDAD NATURAL
      • 2 RELACIOacuteN ENTRE LA LEY DE LAVOISIER Y LA DE EINSTEIN
      • 3 INTERACCIONES ENTRE AacuteTOMOS Y ONDAS
      • 4 PODER DE PENETRACIOacuteN DE LA RADIACIOacuteN
      • 5 VIDA MEDIA
      • 6 RADIACTIVIDAD ARTIFICIAL
      • 7 USOS DE LOS RADIOISOacuteTOPOS
      • 8 MEDICINA NUCLEAR
      • 9 FECHADO POR MEDIO DE RADIOISOacuteTOPOS
      • 10 PLANTAS DE ENERGIacuteA NUCLEAR
      • 11 BOMBA ATOacuteMICA
      • 12 EFECTOS DE UNA EXPLOSIOacuteN NUCLEAR
        • Ejercicios 12
        • Ejercicios 121
        • Hoja de respuestas121
        • Ejercicios 1211
        • Ejercicios 1212
        • Hoja de respuestas 1212

15

3 INTERACCIONES ENTRE AacuteTOMOS Y ONDAS

Sabemos que la energiacutea se transforma en

materia y viceversa

Pero iquestsabemos si pueden interactuar en-

tre si

Para responder a esta duda recorreremos una parte de la historia del conocimiento del aacutetomo

16

Definicioacuten La partiacutecula de un cuerpo

simple maacutes pequentildea capaz de entrar en las re-

acciones quiacutemicas

1803 Dalton propone que la materia se di-

vidiacutea en elementos y compuesto Los elemen-

tos constituidos por aacutetomos y los compuestos

por moleacuteculas

Siglo XIX se piensa que los aacutetomos son

divisibles se componen de varias partiacuteculas

1897 Thomson descubre el electroacuten antildeos

despueacutes Nagaoka propone que los electrones

giran en oacuterbitas alrededor de una partiacutecula po-

sitiva

En 1911 Rutherford descubre el nuacutecleo

atoacutemico con su experimento de la laacutemina de

oro

17

Alrededor de 1920 Borh propone que los

electrones giran alrededor del nuacutecleo en oacuterbi-

tas circulares donde cada oacuterbita corresponde a

un nivel de energiacutea diferente

Antildeos maacutes tarde De Broglie postula el

principio de dualidad en donde el electroacuten se

comporta como una onda y partiacutecula Como

consecuencia solo se puede encontrar al elec-

troacuten en un aacuterea determinada llamada nivel de

energiacutea ya que no se puede conocer la veloci-

dad y posicioacuten al mismo tiempo( a este fenoacute-

meno se lo denomina principio de incerti-

dumbre de Heisenberg) Esto produce el desa-

rrollo de la mecaacutenica cuaacutentica

Radiactividad

En 1896 Becquerel descubre una propiedad

nueva de la materia a la que posteriormente Marie

Curie llamoacute Radiactividad

18

La radiactividad no depende de la naturaleza

fiacutesica o quiacutemica del aacutetomo sino que es una propie-

dad del nuacutecleoLa causa que los origina probable-

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

tiacuteculas que se encuentran en el nuacutecleo

En general los nuacutecleos de aacutetomos pesados

presentan cierta inestabilidad para lo cual emiten

radiacioacuten para alcanzar estados de equilibrio

Dichas radiaciones podemos dividirlas en

Desintegraciones alfa desintegraciones beta y

desintegraciones gamma

Desintegraciones alfa Cuando el nuacutecleo

atoacutemico es inestable a causa del gran nuacutemero

de protones que posee (ocurre en los elemen-

tos maacutes pesados es decir con Z = 83 o supe-

rior) la estabilidad es alcanzada con frecuen-

cia emitiendo una partiacutecula alfa es decir un

19

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

tones y dos neutrones

Desintegraciones beta Cuando la rela-

cioacuten de neutrones protones en un nuacutecleo

atoacutemico es elevada el nuacutecleo se estabiliza emi-

tiendo un neutroacuten o bien como ocurre con

frecuencia emitiendo una partiacutecula beta es

decir un electroacuten

Desintegraciones gamma Los rayos

gamma son ondas electromagneacuteticas de gran

energiacutea muy parecidos a los rayos X y en cier-

tas ocasiones se presentan cuando ocurre una

desintegracioacuten de partiacuteculas beta o bien una

emisioacuten de positrones Por lo tanto la radia-

cioacuten gamma no posee carga eleacutectrica y su na-

turaleza ondulatoria permite describir su ener-

giacutea en relacioacuten a su frecuencia de emisioacuten

20

INTERACCIOacuteN DE LAS RADIACIONES CON LA

MATERIA

La radiacioacuten al chocar con las moleacuteculas que

encuentra a su paso produce iones esto se debe a

que excita los electrones de los aacutetomos de las mo-

leacuteculas es decir les entrega energiacutea para que pasen

a oacuterbitas superiores

bull Radiaciones alfa (α) compuesta por dos

protones y dos neutrones de bajo poder

de penetracioacuten y alta capacidad de ioniza-

cioacuten Se mueve en liacutenea recta debido a su

gran cantidad de masa

21

bull Radiaciones beta (β) formada por elec-

trones de carga negativa su masa es pe-

quentildea por lo tanto es propensa a cambiar

de trayectoria bajo poder de penetracioacuten y

bajo poder de ionizacioacuten Al acercarse a un

nuacutecleo se frena la energiacutea que pierde en el

frenado la libera como rayos X Si una par-

tiacutecula beta choca con un positroacuten (electroacuten

negativo) se aniquila y emite un rayo

gamma

bull Radiaciones gamma (γ) son las de ma-

yor energiacutea no tiene carga eleacutectrica por lo

22

tanto no desviacutean sus trayectorias frente a

campos eleacutectricos tienen un alto poder de

penetracioacuten y un alto poder de ionizacioacuten

Pueden llegar a extraer electrones de los

aacutetomos los cuales a su vez ionizan otras

moleacuteculas

Neutrones no poseen carga eleacutectrica tienen

un alto poder de penetracioacuten Al chocar contra un

aacutetomo ceden parte de su energiacutea y se frenan Los

neutrones de baja velocidad se denominan neu-

trones teacutermicos los cuales se descomponen en un

electroacuten y un protoacuten o pueden ser absorbidos por

otros nuacutecleos atoacutemicos

23

4 PODER DE PENETRACIOacuteN DE LA RADIACIOacuteN

La radiacioacuten es uno de los efectos

maacutes peligrosos de la energiacutea nuclear

No todas las partiacuteculas emitidas

tienen la misma posibilidad de atrave-

sar los elementos

Los materiales radiactivos pueden ser peligro-

sos porque la radiacioacuten que se emite puede dantildear

los tejidos vivos La capacidad para inflingir dantildeos

depende en parte del poder de la radiacioacuten para

penetrar en los tejidos

24

En condiciones de igualdad por lo demaacutes

cuanto mayor es la masa de una partiacutecula menor

es su poder de penetracioacuten Las partiacuteculas alfa

que son nuacutecleos de helio con una masa de 4 uma

constituyen el menos penetrante de los tres tipos

principales de radiactividadLas partiacuteculas beta

ideacutenticas a los electrones cuya masa es insignifi-

cante son un poco maacutes penetrantes Los rayos

gamma como los rayos X carecen totalmente de

masa su poder de penetracioacuten es mucho mayor

que el de los otros dos tipos

Puede parecer contrario al sentido comuacuten

pensar que las partiacuteculas maacutes grandes se abren

camino con maacutes dificultad Consideraacute sin embar-

go que el poder de penetracioacuten refleja la capaci-

dad de la radiacioacuten para abrirse camino a traveacutes

de una muestra de materia Es como si trataras de

hacer rodar piedras por un campo de grandes ro-

cas La partiacutecula alfa se comporta como si fuese

una roca grande Debido a su tamantildeo no puede

25

avanzar mucho sin chocarse con otras rocas y ser

detenida por ellas La partiacutecula beta se comporta

como una piedra pequentildea que puede introducirse

entre las rocas y quizaacute hasta rebotar en ellas hasta

completar un recorrido maacutes largo El rayo gamma

es comparable a un grano de arena capaz de pasar

por las aberturas maacutes pequentildeas

Al principio de esta explicacioacuten dijimos que si

todo lo demaacutes es igual asiacute es como funcionan las

cosas Pero lo demaacutes no siempre es igual Cuanto

maacutes raacutepido se mueve una partiacutecula o maacutes energiacutea

tiene la radiacioacuten mayor es su poder de penetra-

cioacuten

Si la sustancia radiactiva estaacute afuera del cuer-

po las partiacuteculas alfa de poco poder de penetra-

cioacuten son las menos peligrosas pues las detiene la

capa externa de la piel Tambieacuten las partiacuteculas beta

se detienen normalmente antes de alcanzar oacuterga-

nos vitales Los rayos gamma atraviesan sin difi-

26

cultad los tejidos asiacute que una fuente externa de los

mismos puede ser muy peligrosa En cambio

cuando la fuente radiactiva estaacute adentro del cuerpo

la situacioacuten se invierte Las partiacuteculas alfa que no

penetran pueden causar graves dantildeos Todas estas

partiacuteculas estaacuten atrapadas en el interior del cuerpo

el cual tiene entonces la posibilidad de absorber

toda la energiacutea que libera la partiacutecula Las partiacutecu-

las alfa infligen el dantildeo en un aacuterea muy pequentildea

porque no se desplazan muy lejos Las partiacuteculas

beta distribuyen el dantildeo en un aacuterea algo mayor

porque recorren distancias mayores Los tejidos se

pueden recuperar de un dantildeo limitado disperso en

un aacuterea grande pero es menos probable que so-

brevivan a una lesioacuten concentrada

Las personas que trabajan con materiales ra-

diactivos disponen de diversas formas de prote-

gerse contra ellos La maacutes simple consiste en ale-

jarse de la fuente porque la intensidad de la radia-

cioacuten disminuye con la distancia respecto a la fuen-

27

te Los trabajadores se pueden proteger tambieacuten

por medio de blindajes Una hoja de papel detiene

casi todas las partiacuteculas alfa Un bloque de madera

o una laacutemina delgada de aluminio detiene las par-

tiacuteculas beta

Pero se necesitan varios metros de concreto o

varios centiacutemetros de plomo para detener los ra-

yos gamma

28

5 VIDA MEDIA

Cuando hablamos de aacutetomos individuales

estamos trabajando con elementos que

apenas imaginamos

Para entender lo que pasa con la radia-

cioacuten debemos referirnos a un grupo maacutes

grande de partiacuteculas y trabajar con pro-

medios

Hasta aquiacute hemos estudiado la radiactividad en

relacioacuten con los aacutetomos individuales En el labora-

torio nos ocupamos en general con nuacutemeros muy

grandes de aacutetomos mucho mayores que el nuacuteme-

29

ro de habitantes de la tierra Si pudieacutesemos ver el

nuacutecleo de un aacutetomo individual podriacuteamos ver si

sufre o no desintegracioacuten radiactiva examinando

su composicioacuten Ciertas combinaciones de proto-

nes y neutrones son inestables Sin embargo lo

que no podriacuteamos determinar es cuando el aacutetomo

va a sufrir un cambio La radiactividad es un pro-

ceso aleatorio independiente en general de las

influencias externas

Cuando tenemos un nuacutemero grande de aacuteto-

mos el proceso de desintegracioacuten radiactiva se

hace maacutes predecible Podemos medir la vida me-

dia que es una propiedad caracteriacutestica de cada

radioisoacutetopo La vida media de un isoacutetopo radiac-

tivo es el periacuteodo durante el cual la mitad del nuacute-

mero original de aacutetomos sufre desintegracioacuten ra-

diactiva para formar un nuevo elemento Por

ejemplo supone que tuvieacutesemos 16 billones de

aacutetomos de tritio el isoacutetopo radiactivo de hidroacutege-

no La vida media del tritio es de 123 antildeos Esto

significa que al cabo de 123 antildeos se habraacuten desin-

30

tegrado 8 billones de aacutetomos de tritio y quedaraacuten

8 billones de aacutetomos Al cabo de otros 123 antildeos

se habraacute desintegrado la mitad de los 8 billones de

aacutetomos restantes Por tanto al cabo de dos vidas

medias quedaraacute una cuarta parte del nuacutemero ori-

ginal de aacutetomos de tritio Asiacute pues dos vidas me-

dias no hacen una entera

Podemos calcular la fraccioacuten restante del isoacute-

topo original al cabo de un nuacutemero dado de vidas

medias por medio de la relacioacuten

FRACCIOacuteN RESTANTE N21

=

Donde n es el nuacutemero de vidas medias trans-

curridas

31

6 RADIACTIVIDAD ARTIFICIAL

La radiactividad es un fenoacutemeno na-

tural y en esas condiciones poco

aprovechable

El hombre trabajoacute mucho para con-

trolarlo y hacer de este efecto algo

uacutetil Aunque como es muy habitual

en la humanidad las implementacio-

nes destructivas tambieacuten tuvieron

gran desarrollo

32

TRANSMUTACIOacuteN ARTIFICIAL

Las formas de radiactividad que se presentan

en la Naturaleza Se pueden inducir otras reaccio-

nes nucleares bombardeando nuacutecleos estables con

partiacuteculas alfa neutrones u otras partiacuteculas sub-

atoacutemicas Estas partiacuteculas si tienen suficiente

energiacutea penetran los nuacutecleos que antes eran esta-

bles e inducen alguna forma de emisioacuten radiacti-

va Al igual que la radiactividad natural este tipo

de cambio nuclear produce una transmutacioacuten un

elemento se transforma en otro Debido a que el

cambio no se habriacutea producido de manera natural

el proceso se conoce como transmutacioacuten artifi-

cial

Pocos antildeos despueacutes de su famoso experimen-

to de la laminilla de oro (bombardeo con radiacioacuten

alfa una lamina de oro y detectoacute en una lamina de

sulfuro de zinc la radiacioacuten emergente) Ernest

Rutherford estudioacute el bombardeo de diversos

elementos ligeros con partiacuteculas alfa Un experi-

33

mento de este tipo en el cual Rutherford bom-

bardeoacute nitroacutegeno dio por resultado la produccioacuten

de protones

N147 + He4

2 O178 + H1

1

(Recordaacute que el nuacutecleo de hidroacutegeno es un protoacuten

por eso usamos el siacutembolo alternativo H11 para el pro-

toacuten)

Observaacute que la suma de los nuacutemeros de nu-

cleones de la izquierda es igual a la suma de los

nuacutemeros de nucleones de la derecha Tambieacuten los

nuacutemeros atoacutemicos estaacuten balanceados

Rutherford habiacutea postulado en 1914 la exis-

tencia de protones en los nuacutecleos Un experimen-

to publicado en 1919 proporcionoacute la primera

comprobacioacuten empiacuterica de la existencia de estas

partiacuteculas fundamentales Ya antes Eugen Golds-

tein habiacutea producido protones en sus experimen-

34

tos con tubos de descarga en gas Goldstein obtu-

vo estas partiacuteculas a partir del hidroacutegeno gaseoso

contenido en el tubo por separacioacuten de un elec-

troacuten del aacutetomo de hidroacutegeno La trascendencia del

experimento de Rutherford consistioacute en que ob-

tuvo protones del nuacutecleo de un aacutetomo que no era

de hidroacutegeno con lo cual establecioacute la naturaleza

de los protones como partiacuteculas fundamentales Al

hablar de partiacuteculas fundamentales nos referimos a

las unidades baacutesicas a partir de las cuales se pue-

den formar estructuras maacutes complicadas (como el

nuacutecleo de nitroacutegeno) El experimento de Ruther-

ford constituyoacute la primera reaccioacuten nuclear indu-

cida

Durante la deacutecada de 1920 se llevaron a cabo

muchas transmutaciones artificiales En la deacutecada

de 1930 una de estas reacciones condujo al descu-

brimiento de otra partiacutecula fundamental En 1932

James Chadwick bombardeoacute berilio con partiacuteculas

alfa

35

Be94 + He4

2 C126 + n1

0 Entre los productos se encontraba el neutroacuten

RADIACTIVIDAD INDUCIDA

Las primeras reacciones nucleares produjeron

isoacutetopos que ya se conociacutean por estar presentes en

la Naturaleza Esto fue quizaacute fortuito porque era

inevitable que tarde o temprano se produjese un

nuacutecleo estable Iregravene Curie (hija de los ganadores

del premio Nobel de 1903) y su esposo Freacutedeacuteric

Joliot estudiaban el bombardeo de aluminio con

partiacuteculas alfa Se produciacutean neutrones y quedaba

como residuo un isoacutetopo de foacutesforo

Al2713 + He4

2 P3015 + n1

0

Para sorpresa de los investigadores el blanco

seguiacutea emitiendo partiacuteculas auacuten despueacutes de inte-

rrumpido el bombardeo El isoacutetopo de foacutesforo era

radiactivo y emitiacutea partiacuteculas cuya masa era igual a

36

la del electroacuten pero cuya carga era opuesta Estas

partiacuteculas se llaman positrones La reaccioacuten que

estaban observando era la siguiente

P3015 e0

1+ + Si3014

Asiacute pues surge una vez maacutes la pregunta iquestde doacuten-

de proviene esta partiacutecula si el nuacutecleo contiene

soacutelo protones y neutrones Anteriormente expli-

camos el hecho de que surgiese una partiacutecula beta

(un electroacuten) de un nuacutecleo afirmando que un neu-

troacuten se habiacutea descompuesto en un protoacuten y un

electroacuten Quizaacute un suceso similar puede explicar la

aparicioacuten de un positroacuten Considera que un pro-

toacuten del nuacutecleo se transforma en un neutroacuten y un

positroacuten (un protoacuten es ideacutentico a un nuacutecleo de

hidroacutegeno)

H11 e0

1+ + N10

Todo queda muy bien balanceado en esta

37

ecuacioacuten Al emitirse el positroacuten el nuacutecleo radiac-

tivo original tiene de pronto un protoacuten menos y

un neutroacuten maacutes que antes Por tanto la masa del

nuacutecleo producido es la misma pero su nuacutemero

atoacutemico se ha reducido en una unidad respecto al

nuacutecleo original Por este trabajo la pareja Joliot-

Curie se hizo acreedora al premio Nobel en 1935

(la pareja Joliot-Curie adoptoacute el apellido combina-

do para perpetuar el nombre de Curie Marie y

Pierre Curie tuvieron dos hijas pero ninguacuten hijo

varoacuten

38

7 USOS DE LOS RADIOISOacuteTOPOS

Muchas de las aplicaciones de la energiacutea

de la radiacioacuten se realizan a traveacutes de los

radioisoacutetopos

Gracias a ellos y a los detectores se evitan

grandes perdidas materiales y se ahorra

grandes esfuerzos

Los cientiacuteficos que trabajan en una amplia va-

riedad de campos emplean isoacutetopos radiactivos

(radioisoacutetopos) como rastreadores en sistemas

fiacutesicos quiacutemicos y bioloacutegicos Los isoacutetopos de un

elemento determinado sea radiactivo o no se

39

comportan de manera casi ideacutentica en los proce-

sos quiacutemicos y fiacutesicos En virtud de la facilidad

para detectar los isoacutetopos radiactivos es relativa-

mente faacutecil seguir sus movimientos incluso en un

sistema complicado

Como un ejemplo sencillo consideremos el

flujo de un liacutequido por una tuberiacutea Supongamos

que hay una fuga en una tuberiacutea enterrada bajo un

piso de concreto Podriacuteamos localizar la fuga le-

vantando partes extensas del piso o bien podriacutea-

mos agregar una pequentildea cantidad de material

radiactivo al liacutequido que va hacia el drenaje y ras-

trear el flujo de liacutequido con un contador Geiger

(un instrumento que detecta la radiactividad) Una

vez localizada la fuga soacutelo habriacutea que levantar una

parte pequentildea del piso para reparar la fuga Por lo

general se emplean para este propoacutesito isoacutetopos

de vida corta que desaparecen poco tiempo des-

pueacutes de realizar su funcioacuten

Anaacutelogamente podriacuteamos rastrear la incorpo-

racioacuten de foacutesforo en una planta verde La planta se

40

alimenta con un fertilizante que contiene foacutesforo

radiactivo Un meacutetodo sencillo de deteccioacuten con-

siste en colocar la planta sobre una peliacutecula foto-

graacutefica La radiacioacuten que emiten los isoacutetopos de

foacutesforo expone la peliacutecula en gran medida como

lo hace la luz Este tipo de exposicioacuten llamado

radiografiacutea muestra la distribucioacuten del foacutesforo en

la planta

Tambieacuten se da un buen uso a los rastreadores

radiactivos en la investigacioacuten agriacutecola Estos isoacute-

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 cuaacuteles son los mejores meacutetodos para

regular los insectos La mutacioacuten intencional de

plantas por irradiacioacuten ha producido nuevas y

mejores cepas de plantas de cultivo con valor co-

mercial desde raacutebanos hasta maniacute

Los radioisoacutetopos se emplean tambieacuten para

irradiar alimentos como meacutetodo de conservacioacuten

La radiacioacuten destruye los microorganismos que

41

causan la descomposicioacuten de los alimentos Los

alimentos irradiados muestran poco cambio en

cuanto a su saber o aspecto A muchas personas

les inquietan los posibles efectos dantildeinos de las

sustancias quiacutemicas que produce la radiacioacuten pero

no hay pruebas contundentes de dantildeos causados

por alimentos irradiados en animales de laborato-

rio alimentados con ellos y tampoco se conocen

efectos adversos en seres humanos en los paiacuteses

donde la irradiacioacuten se ha utilizado por muchos

antildeos El proceso de esterilizacioacuten no deja irradia-

cioacuten residual en los alimentos

Los radioisoacutetopos han sido empleados exten-

samente en la investigacioacuten cientiacutefica baacutesica El

mecanismo de la fotosiacutentesis se dilucidoacute en gran

parte utilizando carbono 14 como rastreador Por

ejemplo para determinar coacutemo fabrican las plan-

tas el azuacutecar glucosa a partir de dioacutexido de carbo-

no y agua la planta se expone a dioacutexido de carbo-

no radiactivo El investigador identifica los com-

puestos que se forman a partir de estas materias

42

primas y el orden en el que se sintetizan y despueacutes

determina cuaacuteles compuestos se tornan radiactivos

y en queacute secuencia Con base en los dates obteni-

dos de experimentos con rastreadores los cientiacutefi-

cos determinan las rutas metaboacutelicas de plantas

animales y seres humanos

43

8 MEDICINA NUCLEAR

La medicina nuclear ha generado tra-

tamientos y terapias inimaginables

antes de su descubrimiento

En el diagnostico generoacute meacutetodos no

invasivos que evitan a los paciente

tanto sufrimientos como peacuterdidas de

tiempo

En medicina nuclear se dan dos usos distintos

a los radioisoacutetopos para fines terapeacuteuticos o para

realizar un diagnoacutestico En la terapia con radiacioacuten

se intenta tratar o curar un padecimiento por

44

medio de radiacioacuten El uso de los radioisoacutetopos

con fines de diagnoacutestico busca obtener informa-

cioacuten acerca del estado de salud del paciente

TERAPIA POR RADIACIOacuteN

El caacutencer no es una sola enfermedad sino

muchas Algunas formas de caacutencer son particu-

larmente susceptibles a la terapia por radiacioacuten La

radiacioacuten se dirige cuidadosamente hacia el tejido

canceroso y se reduce al miacutenimo la exposicioacuten de

las ceacutelulas normales Si los efectos destructivos de

la radiacioacuten consiguen matar las ceacutelulas cancero-

sas se detiene el avance del tumor maligno (Pero

los pacientes que se someten a terapia por radia-

cioacuten suelen experimentar malestares a causa del

tratamiento Naacuteusea y voacutemito son los siacutentomas

usuales del malestar por radiacioacuten Asiacute pues el

objetivo de la terapia por radiacioacuten es destruir las

ceacutelulas cancerosas antes de que se cause un dantildeo

excesivo a los tejidos sanos La radiacioacuten tiene

45

efectos maacutes letales para las ceacutelulas que se reprodu-

cen con rapidez y eacutesta es precisamente la caracte-

riacutestica de las ceacutelulas cancerosas que permite que la

terapia por radiacioacuten tenga eacutexito

USOS DIAGNOacuteSTICOS DE LOS RADIOISOacuteTOPOS

Los radioisoacutetopos se usan para fines diagnoacutes-

ticos con el propoacutesito de obtener informacioacuten

acerca del tipo o el alcance de la enfermedad El

yodo 131 radiactivo se emplea para determinar el

tamantildeo la forma y la actividad de la glaacutendula ti-

roides asiacute como para tratar caacutenceres localizados

en esta glaacutendula y para controlar una tiroides hi-

peractiva Primero el paciente toma una solucioacuten

de yoduro de potasio que contiene yodo 131 El

organismo concentra el yodo en la tiroides Se

usan dosis grandes para el tratamiento del caacutencer

de la tiroides la radiacioacuten del isoacutetopo se concentra

en las ceacutelulas cancerosas de esta glaacutendula auacuten

cuando las ceacutelulas cancerosas se hayan extendido a

46

otras partes del cuerpo Sin embargo para fines de

diagnoacutestico soacutelo se necesita una pequentildea cantidad

del radioisoacutetopo Tambieacuten 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-

poracioacuten diferencial del isoacutetopo La imagen que

se obtiene se describe como una fotoexploracioacuten

y permite determinar con precisioacuten la ubicacioacuten de

un tumor en esa regioacuten del cuerpo

El radioisoacutetopo de uso maacutes extendido en medicina

es el gadolinio 153 Este isoacutetopo se emplea para

evaluar la mineralizacioacuten de los huesos Su popu-

laridad es un indicio del gran nuacutemero de personas

principalmente mujeres que sufren de osteoporo-

sis (reduccioacuten de la cantidad de tejido oacuteseo) a me-

dida que envejecen El gadolinio 153 emite dos

radiaciones caracteriacutesticas un rayo gamma y un

rayo X Un dispositivo analizador compara estas

radiacioacuten despueacutes de que atraviesan el hueso La

47

densidad del mismo se determina con base en las

diferencias de absorcioacuten de los rayos

El tecnecio 99m se utiliza en diversos ensayos

diagnoacutesticos La letra m quiere decir metaestable

lo que significa que este isoacutetopo emite cierta ener-

giacutea para convertirse en una versioacuten maacutes estable del

mismo isoacutetopo (mismo nuacutemero atoacutemico y mismo

peso atoacutemico) La energiacutea que desprende es el

rayo gamma que permite detectar el isoacutetopo

Tcm9943 Tc99

43 + y

Observa que la desintegracioacuten del tecnecio

99m no produce partiacuteculas alfa ni beta las cuales

podriacutean causar dantildeos innecesarios al organismo

Ademaacutes el tecnecio 99m tiene una vida media cor-

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

tividad no permanece en el organismo mucho

tiempo despueacutes de que la exploracioacuten se ha com-

pletado Esta vida media tan corta obliga a planifi-

48

car cuidadosamente el uso del radioisoacutetopo De

hecho lo que se adquiere no es el isoacutetopo mismo

El tecnecio 99m se forma por desintegracioacuten del

molibdeno 99

Mo9942 Tcm99

43 + e01minus + y

Se emplea un recipiente que contiene este isoacute-

topo de molibdeno y el producto de desintegra-

cioacuten el tecnecio 99 se extrae del recipiente a

medida que se necesita

Mediante el uso de modernas tecnologiacuteas ba-

sadas en la utilizacioacuten de computadoras la tomo-

grafiacutea por emisioacuten de positrones (PET por sus

siglas en ingleacutes) permite medir los procesos dinaacute-

micos que se llevan a cabo en el organismo como

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

boliza el oxiacutegeno o la glucosa Las exploraciones

de PET se emplean actualmente para identificar

con precisioacuten el aacuterea de dantildeo cerebral que desen-

49

cadena los ataques epileacutepticos graves Antes de la

exploracioacuten se inhalan o se inyectan compuestos

que contienen isoacutetopos emisores de positrones

como el carbono 11 Antes de que el positroacuten

emitido pueda recorrer una distancia apreciable en

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

teria ordinaria abundan los electrones) y se produ-

cen dos rayos gamma

C116 B11

5 + e01+

e01+ + e0

1minus 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 simultaacuteneamente

dos rayos gamma el sistema no toma en cuenta

los rayos gamma de la radiacioacuten natural de fondo

A continuacioacuten se emplea una computadora para

calcular la ubicacioacuten dentro del cuerpo del punto

50

en el cual ocurrioacute una aniquilacioacuten del positroacuten y

el electroacuten y se genera una imagen en esa regioacuten

La tabla contiene una lista de radioisoacutetopos de

uso comuacuten en la medicina La lista es necesaria-

mente incompleta Incluso con esta exposicioacuten tan

breve puedes hacerte una idea de la importancia

que los radioisoacutetopos tienen en la medicina La

aseveracioacuten de que la ciencia nuclear ha salvado

maacutes vidas de las destruidas por las bombas atoacutemi-

cas no carece el fundamento

51

Isoacutetopo Nombre Vida me-

dia Uso

C11 Carbono 11 203m Exploraciones cere-

brales

Cr51 Cromo 51 278d Determinacioacuten

del volumen sanguiacute-

neo

Co57 Cobalto 57 270d Medicioacuten de la

incorporacioacuten de

vitamina v12

Co60 Cobalto 60 526a Terapia de caacutencer

por radiacioacuten

Gd153 Gadolinio

153

242d Determinacioacuten

de la densidad oacutesea

Ga67 Galio 67 781h Exploracioacuten en

busca de tumores

pulmonares

I131 Yodo 131 807d Terapia de la ti-

roides

Ir192 Iridio 192 74d Terapia del caacuten-

cer de mamaacute

Fe59 Hierro 59 45d Deteccioacuten de

anemia

52

P32 Foacutesforo 32 143d Deteccioacuten de

caacutencer de la piel o

tumores oculares

Pu238 Plutonio

238

86a Suministra ener-

giacutea para marcapasos

Ra226 Radio 226 1600a Terapia de caacutencer

por radiacioacuten

Se75 Selenio 75 120d Exploraciones del

paacutencreas

Na24 Sodio 24 150h Localizacioacuten de

obstrucciones en el

flujo sanguiacuteneo

Tc99 Tecnecio 99 60h Obtencioacuten de imaacute-

genes de cerebro hiacutega-

do meacutedula oacutesea rintildeoacuten o

corazoacuten

Tl201 Talio 201 73h Deteccioacuten de pro-

blemas cardiacos con la

prueba de esfuerzo en

rueda de andar

H3 Tritio 123a Determinacioacuten de

agua corporal total

Xe133 Xenoacuten133 527d Obtencioacuten de imaacute-

genes de pulmoacuten

53

9 FECHADO POR MEDIO DE RADIOISOacuteTOPOS

Una de las aplicaciones maacutes in-

creiacutebles de la quiacutemica nuclear es la po-

sibilidad de averiguar la antiguumledad de

los objetos encontrados en las investi-

gaciones arqueoloacutegicas

Se puede usar la vida media de ciertos isoacuteto-

pos para estimar la antiguumledad de rocas y artefac-

tos arqueoloacutegicos El uranio 238 se desintegra con

una vida media de 4500 millones de anos Los

productos iniciales de esta desintegracioacuten tambieacuten

son radiactivos y la descomposicioacuten continuacutea

54

hasta que se forma un isoacutetopo de plomo (plomo

206) Los quiacutemicos pueden estimar la antiguumledad

de una roca determinando las proporciones relati-

vas de uranio 238 y plomo 206 Se ha encontrado

que algunas de las rocas maacutes antiguas de la Tierra

se formaron hace entre 3000 y 4500 millones de

antildeos En las rocas lunares y en meteoritos se ha

determinado una antiguumledad maacutexima de alrededor

de 4500 millones de antildeos Asiacute pues se considera

en general que la Tierra tiene una antiguumledad de

unos 4500 millones de antildeos

FECHADO POR CARBONO 14

En el fechado de artefactos interviene por lo

general un isoacutetopo radiactivo de carbono Se for-

ma carbono 14 en las capas superiores de la at-

moacutesfera por el bombardeo que experimenta el

nitroacutegeno ordinario por parte de los neutrones de

los rayos coacutesmicos

55

N147 + n1

0 C146 + H1

1

Este proceso origina una concentracioacuten cons-

tante de carbono 14 en el CO2 terrestre Las plan-

tas y animales vivos incorporan este isoacutetopo en

sus propias ceacutelulas Sin embargo cuando estos

seres mueren se interrumpe la incorporacioacuten de

carbono 14 y el carbono 14 que hay en el orga-

nismo se desintegra (con una vida media de 5 730

antildeos) a nitroacutegeno 14

Por consiguiente basta con medir la actividad

residual de carbono 14 en un artefacto de origen

vegetal o animal para determinar su antiguumledad

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 antildeos de antiguumle-

dad es decir ha estado muerta durante un tiempo

equivalente a una vida media Anaacutelogamente un

artefacto que muestra el 25 de la actividad de

carbono 14 del material vegetal reciente tiene

56

11460 anos de antiguumledad 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 aquiacute supone que la formacioacuten del isoacutetopo

fue constante a lo largo del tiempo En realidad no

es asiacute Sin embargo aproximadamente para los

uacuteltimos 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

aacuterboles Se han construido curvas de calibracioacuten

que permiten determinar fechas consideradas co-

mo exactas

En teacuterminos generales el meacutetodo de carbono

14 es razonablemente preciso para fechar objetos

de hasta 50000 antildeos de antiguumledad La cantidad

residual del isoacutetopo en los objetos de una antiguumle-

dad mayor que esa es demasiado pequentildea para

hacer una determinacioacuten exacta

El carboacuten de las fogatas de los pueblos anti-

57

guos fechado por determinacioacuten de la actividad

de carbono 14 se usa para estimar la antiguumledad

de otros artefactos encontrados en el mismo em-

plazamiento arqueoloacutegico La teacutecnica de fechado

por carbono 14 se ha usado tambieacuten para detectar

si supuestos artefactos antiguos han sido falsifica-

dos

EL SUDARIO DE TURIacuteN

Probablemente han oiacutedo hablar del sudario de

Turiacuten Se trata de una pieza de tejido de lino muy

antigua de unos 4 metros de largo que muestra la

impresioacuten aproximada de un cuerpo humano

Desde alrededor del antildeo 1350 dC 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-

bricacioacuten del lienzo habiacutea sido cultivado en alguacuten

memento entre los anos de 1260 y 1390 dC Por

58

tanto el lienzo no podriacutea haber existido en tiem-

pos de Cristo A diferencia de los pergaminos del

Mar Muerto para los que el fechado por carbono

14 demostroacute que son registros auteacutenticos de una

civilizacioacuten que existioacute hace unos 2000 antildeos el

sudario de Turiacuten resultoacute ser falso

FECHADO POR TRITIO

El tritio que es el isoacutetopo radiactivo del

hidroacutegeno sirve tambieacuten para fechar Su vida me-

dia de 123 antildeos lo hace uacutetil para fechar objetos de

hasta 100 antildeos de antiguumledad Una aplicacioacuten inte-

resante es el fechado de aguardientes Estas bebi-

das alcohoacutelicas son muy costosas cuando han sido

antildeejadas de 10 a 50 antildeos El fechado por tritio

permite comprobar la veracidad de los anuncios

publicitarios respecto al proceso de antildeejamiento

de las variedades maacutes caras

Hay muchos otros isoacutetopos que permiten es-

timar la antiguumledad de objetos y materiales

59

Isoacutetopo Vida me-

dia

(antildeos)

Periacuteodo de

utilidad Uso

Carbono 14 5730 500 a 50000

antildeos

Carboacuten vege-

tal material

orgaacutenico

Tritio 123 1 a 100 antildeosVinos antildeeja-

dos

Potasio 40 13 x 109 Desde 10000

antildeos

Rocas corteza

terrestre y

lunar

Renio 187 43 x1010 Desde 4 x

107 antildeos Meteoritos

Ranio238 45 x109 Desde 107

antildeos

Rocas corteza

terrestre

60

10 PLANTAS DE ENERGIacuteA NUCLEAR

iquestSabeacutes de doacutende viene esa energiacutea que nosotros usamos tanto Mucha de la energiacutea eleacutectrica es

producida por plantas nucleares de to-do el mundo

La energiacutea nuclear ha dado origen a bombas

muy destructivas y a la nociva precipitacioacuten ra-

diactiva y podriacutea incluso provocar un devastador

invierno nuclear Sin embargo una cantidad mu-

cho mayor de personas han recibido beneficios de

la energiacutea nuclear que las que han sido perjudica-

das por ella El hecho es que existen muchos usos

de la energiacutea nuclear que son sumamente beneacutefi-

61

cos Ya conocemos el uso de isoacutetopos radiactivos

en el diagnoacutestico cliacutenico y en el fechado de obje-

tos de antiguumledad desconocida Otro uso paciacutefico

de la energiacutea nuclear es la generacioacuten de electri-

cidad Una gran parte de la energiacutea eleacutectrica que

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

giacutea nuclear

En la actualidad una quinta parte de toda la

electricidad que se produce en Estados Unidos

proviene de plantas de energiacutea nuclear En Euro-

pa la dependencia respecto a la energiacutea nuclear

para la produccioacuten de electricidad es auacuten mayor

En Francia por ejemplo maacutes del 70 de la ener-

giacutea eleacutectrica del paiacutes proviene de plantas nuclea-

res

No es sorprendente que una reaccioacuten que

desprende tanta energiacutea como lo hace la fisioacuten

nuclear se use como fuente de energiacutea para gene-

rar electricidad En las plantas de energiacutea nuclear

se usa el calor obtenido de una reaccioacuten de fisioacuten

62

en cadena controlada para producir vapor de

agua que mueve las turbinas generadoras de elec-

tricidad El combustible nuclear es normalmente

oacutexido de uranio U3O8 enriquecido hasta alrede-

dor de 3 de uranio 235

La energiacutea nuclear es mucho maacutes limpia que la

que se obtiene quemando combustibles foacutesiles

(carboacuten petroacuteleo y gas) no produce cenizas finas

ni holliacuten no forma dioacutexido de carbono que con-

tribuye al efecto de invernadero y al calentamiento

global y no contamina el aire con oacutexidos de azu-

fre y de nitroacutegeno que dan origen a la lluvia aacutecida

Por otra parte emite grandes cantidades de calor

residual en el ambiente y lo que es mucho maacutes

serio produce muchos residuos radiactivos La

eliminacioacuten de todos estos materiales radiactivos

de desecho es uno de los problemas constantes

que se tienen en relacioacuten con las plantas de energiacutea

nuclear

63

11 BOMBA ATOacuteMICA

Todos sabemos los desastres que pue-

den causar la detonacioacuten de una bomba

nuclear

Aquiacute presentamos la explicacioacuten teoacuterica

y coacutemo se pone en praacutectica

COacuteMO FUNCIONA UNA BOMBA NUCLEAR EN LA

TEORIacuteA

El 16 de Julio de 1945 estalloacute la primera bomba

atoacutemica en el campo de pruebas de Trinity cerca

de aacutelamo Gordo (Nuevo Meacutejico) Desde ese pre-

64

ciso instante la historia de la humanidad ha pasado

a una nueva era la era nuclear

Nunca hasta entonces se habiacutean tenido los cono-

cimientos necesarios como para saber que la masa

puede convertirse en grandes cantidades de ener-

giacutea y coacutemo podiacutea realizarse ese proceso hasta

entonces reservado tan soacutelo a las estrellas

La famosa foacutermula de Einstein E = mc2 ha pasa-

do ya ha formar parte de la cultura popular auacuten sin

que en realidad se llegue a saber que implica

Donde E es energiacutea m masa y c la velocidad de la

luz (constante) En esta ecuacioacuten se expresa la

relacioacuten de equivalencia entre masa y energiacutea Por

ejemplo haciendo algunas cuentas se ve que con

un gramo de uranio si se convirtiese totalmente

en energiacutea se obtendriacutean 25 millones de Kw

Aplicado como una bomba nuclear basta decir

que para asolar Hiroshima soacutelo se convirtioacute un

65

gramo de masa (aunque toda la bomba como me-

canismo pesara cuatro toneladas) su potencia fue

de 125 kilotones es decir para igualar su potencia

seriacutean 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 combustibles

de fisioacuten Cuando en un espacio se reuacutene la sufi-

ciente cantidad de materia (denominada masa criacute-

tica) se produce una reaccioacuten en cadena espontaacute-

nea esto es el nuacutecleo de los aacutetomos del material

se divide liberando energiacutea y varios neutrones

raacutepidos que provocan que otros nuacutecleos tam-

bieacuten se dividan y liberen maacutes energiacutea y neutrones

Este proceso se denomina fisioacuten nuclear Sin em-

bargo si la densidad no es suficiente la energiacutea

liberada hace que el material se expanda y se de-

tenga el proceso Para evitar que se pare la reac-

cioacuten se recurre a una materia muy densa de por siacute

(isoacutetopos del uranio y plutonio) que ademaacutes se

comprime de manera muy raacutepida para lograr una

66

altiacutesima densidad que permite que los neutrones

raacutepidos choquen antes con otros nuacutecleos y se

produzcan antes el mayor nuacutemero 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 maacutes energiacutea Para una

explosioacuten de 100 kilotones son necesarias 58 ge-

neraciones las 7 uacuteltimas generan el 999 de la

energiacutea en periodo cortiacutesimo de tiempo Tambieacuten

puede liberarse energiacutea con la fusioacuten en este pro-

ceso los nuacutecleos se unen en vez de separarse pero

se requieren altiacutesimas temperaturas (del orden de

millones de grados) para que este proceso se lleve

a cabo Para esta reaccioacuten se usan aacutetomos ligeros

(maacutes faacuteciles de unir) generalmente hidroacutegeno o

sus isoacutetopos (deuterio y tritio) Para unir dos aacuteto-

mos basta con hacerlos chocar Los protones de

cada aacutetomo 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

67

fusioacuten deben comprimirse fuertemente los nuacute-

cleos y una vez hecho soacutelo podraacuten continuar uni-

dos si pierden un equivalente de la energiacutea que les

hizo apretarse En el caso de usar deuterio y tritio

se libera violentamente un neutroacuten Esta energiacutea

liberada es la que forma una bomba de fusioacuten

tambieacuten denominada bomba H

COMO FUNCIONA UNA BOMBA ATO-MICA EN LA PRACTICA

Sea cual fuere el sistema de funcionamiento de

una bomba nuclear (fusioacuten o fisioacuten) una cantidad

de masa se convierte en energiacutea la potencia soacutelo

depende de la capacidad de la ingenieriacutea para con-

vertir maacutes masa antes de que la reaccioacuten disperse

las moleacuteculas en teoriacutea la potencia es por tanto

ilimitada

Una bomba nuclear consiste baacutesicamente en una

esfera hueca de plutonio que no es lo suficiente-

68

mente densa como para producir una reaccioacuten 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 explosioacuten se disparan los detonado-

res que hacen que el material explosivo estalle de

la manera lo maacutes regular posible para que enviacutee

una onda de choque esfeacuterica hacia el plutonio

Cuando eacutesta impacta contra eacutel lo comprime y re-

duce su volumen empujaacutendolo hacia el centro de

la esfera hasta que alcanza una densidad suficiente

(supercriacutetica) y se dispara el iniciador de neutrones

para comenzar la reaccioacuten en cadena que da lugar

a la explosioacuten nuclear

Las bombas termonucleares de fusioacuten o H nece-

sitan de una gran temperatura para que se puedan

unir los nuacutecleos esto se consigue en el interior de

una explosioacuten de fisioacuten que es el comienzo de

toda bomba H

69

Una vez acabada la reaccioacuten de fusioacuten nos encon-

traremos con una esfera expandida con una tem-

peratura de millones de grados en la que existen

los productos de la fusioacuten (litio e isoacutetopos del

hidroacutegeno) Tal es su velocidad que pueden fun-

dirse unos con otros dando lugar a la reaccioacuten de

fusioacuten Esta reaccioacuten genera maacutes energiacutea que la

anterior y libera gran cantidad de partiacuteculas nu-

cleares pero no es una reaccioacuten en cadena ya que

el propio calor que genera hace que las partiacuteculas

se separen y se expandan en forma de una esfera

de plasma con una temperatura que tan soacutelo expe-

rimenta el universo de manera natural en las estre-

llas En nuestro sol por ejemplo ocurren la fusioacuten

nuclear de hidroacutegeno y helio Pero antes de que la

reaccioacuten se extinga los neutrones generados por

las detonaciones anteriores provocan de nuevo

una reaccioacuten de fusioacuten sobre una camisa de U-

238 pero esta vez mucho mayor que las anterio-

res La potencia de una bomba termonuclear care-

ce de liacutemite una bomba como la de Hiroshima de

70

125 kilotones (un kilotoacuten equivale a 1000 tonela-

das de TNT) se considera dentro de los arsenales

modernos como pequentildea siendo las de un mega-

toacuten (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 la

Segunda Guerra Mundial

Para la construccioacuten de una bomba nuclear nor-

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

primero no forma parte de la reaccioacuten nuclear

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

nera espontaacutenea emitiendo neutrones que son

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

duzca de manera accidental la reaccioacuten en cadena

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

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

cioacuten 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

71

reactores nucleares a partir del U-238

La desintegracioacuten del uranio en la reaccioacuten en

cadena se produce de manera espontaacutenea para una

masa de 50 Kg si eacuteste elemento es puro El pluto-

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

da reaccioacuten en cadena de modo que se mezcla de

berilo y polonio dando como resultado un pro-

ducto que aunque no es fisionable por si solo una

pequentildea cantidad actuacutea como catalizador para las

grandes reacciones Asiacute bastan 16 Kg de PU-239

para obtener la masa supercriacutetica y 10 Kg si se

mezcla con U-238

El U-235 es muy difiacutecil de extraer por encontrarse

en la naturaleza muy mezclado con otros com-

puestos Asiacute por cada 25000 toneladas de mineral

de uranio bruto soacutelo se obtienen 50 toneladas de

uranio del que el 993 es U-235 y el resto el

rariacutesimo isoacutetopo U-238 ambos soacutelo se pueden

separar de manera mecaacutenica gracias a la leviacutesima

72

diferencia de peso entre ambos Asiacute el uranio se

mezcla en forma gaseosa con fluor (hexafluoriacutedri-

co) que es impulsado a baja presioacuten hacieacutendolo

pasar por unas caacutemaras que aumentan la concen-

tracioacuten de uranio sensiblemente tras cientos de

pasadas Para una central nuclear la pureza ha de

ser del 2 y para una bomba (teoacutericamente) el

95

Para separar el isoacutetopo se recurre a la centrifuga-

cioacuten del gas siendo el maacutes pesado U-238 despedi-

do hacia el exterior con maacutes fuerza Para obtener

otra vez el uranio separado del gas se recurre a la

separacioacuten magneacutetica

MECANISMOS QUE SUELEN COMPONER UNA

BOMBA NUCLEAR

Los mecanismos que suelen componer una bom-

ba nuclear son los siguientes

73

ALTIacuteMETRO No suele usarse el baromeacutetrico

por verse afectado por las condiciones atmosfeacuteri-

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 seguacuten el tiempo transcu-

rrido en el recorrido puede saberse la altura sin

necesidad de complicar maacutes el sistema para dar

una precisioacuten que en realidad no es importante (2

o 3 m de diferencia no son apreciables maacutes que

en minibombas bastante menores que las de

Hiroshima) siendo la altura normal de detonacioacuten

la de 2000 m

En la praacutectica 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 electroacute-

nicamente para obtener la diferencia de ambas

que es proporcional a la altura Los pulsos suelen

emitirse 120 veces por segundo y alcanzan un

74

rango de 3000 m sobre la tierra y 6000 m sobre

el mar (la reflexioacuten es alliacute mejor) siendo su error

de hasta 15 m

CABEZA DETONADORA Como ya se dijo

estaacute compuesta de una carga explosiva muy bien

calibrada que a la orden del altiacutemetro detona

produciendo una onda de choque uniforme sobre

el elemento radioactivo comprimieacutendolo hasta

alcanzar la masa supercriacutetica

Compantildeiacuteas privadas producen camisas explosivas

que modificadas pueden ser usadas para la fabri-

cacioacuten del objeto que nos ocupa La cantidad de

presioacuten necesaria a aplicar es un secreto por razo-

nes de seguridad aunque se sabe que los explosi-

vos plaacutesticos son ideales sobre todo por su malea-

bilidad y facilidad de manejo

El detonador variacutea si es combustible es uranio o

plutonio

75

DETONADOR DE URANIO La masa total se

divide en dos partes una mayor de forma semies-

feacuterica y coacutencava que se acopla perfectamente con

la otra maacutes pequentildea Como es de suponer ambas

se encuentran separadas hasta el momento de la

detonacioacuten en el que una explosioacuten convencional

dispara la parte pequentildea que impacta contra la

mayor para lograr en un instante la masa supercriacute-

tica

DETONADOR DE PLUTONIO Necesita

una precisioacuten de ingenieriacutea mucho mayor que la

anterior ya que estaacute compuesta de 32 secciones de

plutonio-berilio-polonio todas de igual forma y

posicioacuten distribuidas conceacutentricamente El aspecto

final es parecido al de un baloacuten de fuacutetbol Todas

han de cerrarse simeacutetricamente en una diezmillo-

neacutesima de segundo para conseguir la detonacioacuten

DEFLECTOR DE NEUTRONES Suele ser

U-238 Su funcioacuten es la que ya se explicoacute evitar

76

una reaccioacuten accidental ademaacutes refleja las partiacutecu-

las de vuelta cuando se alcanza la masa supercriacuteti-

ca

ESCUDO PROTECTOR Recibe otros nom-

bres pero su funcioacuten es siempre la de proteger de

la radiacioacuten natural tanto al personal que la maneja

como a los circuitos de la bomba que pueden su-

frir cortocircuitos o puestas en funcionamiento

accidentales

SISTEMA DE ARMADO Es otro sistema maacutes

de seguridad consistente en quitar una parte im-

prescindible de la bomba para evitar detonaciones

accidentales de modo que soacutelo cuando estaacute

proacuteximo su lanzamiento se inserta esta parte Una

analogiacutea seriacutea como si al aparcar nuestro coche le

quitaacuteramos el volante o una bujiacutea asiacute estariacuteamos

seguros de que no nos lo roban porque sin estas

partes el coche no funciona

77

12 EFECTOS DE UNA EXPLOSIOacuteN NUCLEAR

Tenemos frescas en nuestra memo-

ria las imaacutegenes que nos mostroacute la

televisioacuten cuando se produjo el ac-

cidente de Chernobyl

Aquiacute explicamos todas las conse-

cuencias de una detonacioacuten 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

78

bull Radiacioacuten nuclear inicial la altiacutesima

temperatura y la elevada presioacuten que se

genera en el interior de la explosioacuten emi-

ten radiacioacuten en todas las direcciones Esta

se compone de rayos alfa beta y gamma

que son una forma de radiacioacuten electro-

magneacutetica de alta energiacutea que puede causar

la muerte sin que el individuo se de cuenta

de que ha sido irradiado Una explosioacuten de

un megatoacuten (de tamantildeo estaacutendar) matariacutea

a todo ser humano en 15 Km a la redonda

que se encontrase al aire libre

Las partiacuteculas alfa son ideacutenticas a un nuacutecleo de

helio son las que mas larga vida tienen unos mil

antildeos pero su poder de penetracioacuten 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 radiacioacuten Con 45 cm de tierra se

consigue reducir la radiacioacuten veinte veces

Las partiacuteculas beta penetran maacutes siendo suficiente

79

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

to la radiacioacuten (una pared moderna ya espesa se

compone de 1 pie de ladrillo maacutes caacutemara maacutes

aislante maacutes ladrillo hueco y yeso que suele que-

darse en los 37 cm)

Los de maacutes poder de penetracioacuten son las gamma

y por tanto los maacutes peligrosos ya son los que se

introducen en los refugios nucleares auacuten con

grandes espesores de hormigoacuten La uacutenica protec-

cioacuten eficaz es la de interponer grandes masas de

material mejor cuanto maacutes denso siendo el ideal

el plomo ya que pasa por los materiales como la

luz por una tela si esta es maacutes densa mayor canti-

dad de chocaraacute con ella y no la traspasaraacute Para

reducir la dosis a un veinteavo se precisan 30 cm

de hormigoacuten armado

bull Pulso electromagneacutetico La intensa acti-

vidad de los rayos gamma genera mediante

induccioacuten una corriente de alto voltaje so-

80

bre antenas viacuteas feacuterreas tuberiacuteas que des-

truye todas las instalaciones eleacutectricas de

una amplia zona si la explosioacuten se efectuacutea

a gran altura Una detonacioacuten de muchos

kilotones a 200 km sobre Omaha (Ne-

brasca) destruiriacutea todos los circuitos eleacutec-

tricos integrados de toda Norteameacuterica y

parte de Meacutejico y Canadaacute Ante el riesgo

de una detonacioacuten nuclear es conveniente

alejarse de liacuteneas eleacutectricas y viacutea feacuterreas ya

que la corriente inducida puede electrocu-

tarnos

bull Pulso teacutermico al expandirse la bola de

fuego el aire circundante absorbe energiacutea

en forma de rayos X y la irradia en forma

de una luz cegadora y un intensiacutesimo ca-

lor Una bomba de 20 Megatones produci-

riacutea una intensa luz durante 20 segundos y

causariacutea quemaduras de segundo grado a

81

cualquier persona expuesta a 45 Km de

distancia

bull Onda de choque La raacutepida expansioacuten de

la bola de fuego genera una onda de cho-

que como cualquier explosioacuten pero de

una potencia muy superior ya que puede

aplastar o barrer edificios dantildeaacutendolos muy

seriamente o destruyeacutendolos por comple-

to ya que maacutes que empujar por su dura-

cioacuten lo que hace es estrujar Una bomba

de 20 megatones no dejariacutea en un radio de

20 Km maacutes que escombros soacutelo se salva-

riacutean las cimentaciones y construcciones

enterradas

bull Primera lluvia radioactiva o lluvia ra-

diactiva local una explosioacuten de 20 mega-

tones aras de suelo produciriacutea un craacuteter de

183 m de profundidad la elevada tempe-

82

ratura vaporiza todo lo que se encuentra

dentro de la bola de fuego todo se funde

con los materiales radiactivos de la fisioacuten o

fusioacuten y se eleva con el hongo para luego

precipitar en forma de finas cenizas Esto

ocurriraacute durante las 24 h siguientes a la

explosioacuten y afectaraacute a una regioacuten maacutes o

menos amplia para una misma potencia

seguacuten la climatologiacutea El fenoacutemeno se am-

pliacutea considerablemente si la detonacioacuten se

produce cerca del suelo La energiacutea 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 maacutes destructivos los deno-

minados secundarios como incendios en masa

que acabariacutean con los pocos supervivientes y ma-

tariacutean a maacutes que el pulso teacutermico y la onda de

choque

83

Ademaacutes en caso de que se lanzaran muchas

bombas nucleares sus efectos secundarios seriacutean

mucho maacutes 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 10000 mega-

tones miacutenimos para considerar un holocausto

como tal

bull El primero de estos efectos es que la ra-

dioactividad liberada en caso de holocaus-

to penetrariacutea en todos y cada uno de los

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

Mientras que en dosis altas (seguacuten la espe-

cie) produciriacutea la muerte en otras maacutes ba-

jas los efectos seriacutean de lo maacutes variados

(mutaciones esterilidad)

bull El segundo seriacutea que los materiales im-

pulsados por las detonaciones se elevariacutean

hasta la troposfera donde ocultariacutean la luz

84

del sol durante meses o antildeos haciendo ba-

jar la temperatura de la tierra y alterando la

fotosiacutentesis de los vegetales y el plancton

marino seriacutea el famoso invierno nuclear

Ademaacutes estos materiales radiactivos iriacutean

cayendo durante meses o antildeos convirtieacuten-

dose en una lluvia radiactiva global que

auacuten con menos dosis radiactiva que una

lluvia provocada por una bomba seriacutea

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

antildeos Ese 5 de energiacutea liberada por la

lluvia radiactividad en una bomba es poco

pero en los 10000 megatones de un holo-

causto suponen ya 500 megatones que iraacuten

estallando durante miles de antildeos des-

pueacutes de la cataacutestrofe

85

bull El tercero seriacutea una reduccioacuten en la capa

de ozono producida por el oacutexido de nitroacute-

geno generado por las bolas de fuego de

modo que la radiacioacuten solar que llegase a

la tierra seriacutea mortal Un 70 del ozono

desapareceriacutea en el hemisferio norte y un

40 en el sur siendo necesarios treinta

antildeos para recuperar su estado normal

86

Ejercicios 12

MODELO DE RESOLUCIOacuteN

La distribucioacuten de los electrones de un aacutetomo

en sus niveles y subniveles se puede representar en

forma abreviada de la siguiente manera

a) Un coeficiente que indica el nuacutemero del nivel

de energiacutea (n)

b) Una letra que corresponde al subnivel

c) Un supraiacutendice que sentildeala el nuacutemero de elec-

trones que hay en el subnivel

1H = 1s1

3Li = 1s2 2s1

En razoacuten del entrecruzamiento de subniveles

el orden en que se van completando los subniveles

por energiacutea creciente es el siguiente

87

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

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

5d 6p 7s 5f 6d

7p

Para visualizar la distribucioacuten de los electrones

en orbitales se puede representar cada orbital por

un pequentildeo cuadrado dividido por una diagonal

y cada electroacuten mediante una flecha

Entonces el orbital puede estar

Vaciacuteo incompleto completo

(1 electroacuten) (2 electrones)

En caso del orbital completo las flechas tienen

sentido contrario para indicar que los electrones

presentan spin contrario

El llenado de los orbitales por los electrones

se realiza a partir de los niveles y subniveles en

88

orden creciente de energiacutea Cada nuevo electroacuten se

incorpora a un orbital vaciacuteo

De ese modo los elementos quedan represen-

tados asiacute

1H =

1s

3Li =

1s 2s

7N =

1s 2s 2p

89

Ejercicios 121

1) Un aacutetomo de foacutesforo tiene 15 protones y 16

neutrones Indicaacute cuaacutel es su

a) nuacutemero atoacutemico (Z) b) nuacutemero

de masa (A)

2) Un aacutetomo de potasio tiene Z =19 y A = 39

Indicaacute su nuacutemero de

a) protones b) electrones

c) neutrones

3) Completaacute los datos que faltan en el siguiente

cuadro

90

ELE-

MEN-

TO

NUacute-

MERO

ATOacute-

MICO

NUacute-

MERO

DE

MASA

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) Sentildealaacute el nombre y siacutembolo de los elementos

cuyas configuraciones electroacutenicas 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) Escribiacute la configuracioacuten electroacutenica de los

siguientes elementos

91

a) Na2311 = c) O16

8 =

b) Cl3517 = d) C12

6 =

6) De acuerdo con la siguiente representacioacuten de

los electrones en orbitales indicaacute a queacute ele-

mentos corresponden

a)

b)

c)

d)

7) Representaacute la distribucioacuten de los electrones en

orbitales de los elementos

a) 7N= c) 18Ar =

b) 15AI = d) 19K =

92

Hoja de respuestas121

1) a) 15 b) 31 2) a) 19 b) 19 c) 20

3)

ELE-

MEN-

TO

NUacuteME-

RO

ATOacute-

MICO

NUacute-

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)Argoacuten Ar

d)Escandio Sc

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

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)middot

94

Ejercicios 1211

Modelo de resolucioacuten

El nuacutemero de oxidacioacuten se asigna seguacuten las si-

guientes reglas

1) El nuacutemero de oxidacioacuten de los elementos en la

sustancia simple es cero

Ejemplo Cu0 02Cl

2) El nuacutemero de oxidacioacuten del oxiacutegeno es 2

excepto en las sustancias como el agua oxige-

nada Ejemplo H2

2Ominus

3) El nuacutemero de oxidacioacuten del hidroacutegeno es +1

excepto en las sustancias donde estaacute combina-

do con los metales Ejemplo 1

H+

2O

4) El nuacutemero de oxidacioacuten de un ion monoatoacute-

mico es igual a la carga del ion Ejemplo Ca2-

Cl-

95

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

braica de los nuacutemeros de oxidacioacuten de todos

los aacutetomos debe ser cero Ejemplo 1

H+

2

2Ominus

there42(+1) + (-2) = 0

6) En los iones que tienen maacutes de un aacutetomo la

suma algebraica de los nuacutemeros de oxidacioacuten

de todos los aacutetomos es igual a la carga del ion

El nuacutemero de oxidacioacuten se escribe colocando primero el signo y luego el nuacutemero

Ejemplo el nuacutemero de oxidacioacuten del aluminio es +3

1) Calculaacute los nuacutemeros de oxidacioacuten en la moleacute-

cula de dioacutexido de azufre (SO2)

Datos SO2 nuacutemero de oxidacioacuten del O2

es 2

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de S

Resolucioacuten Cada aacutetomo de oxiacutegeno tiene

nuacutemero de oxidacioacuten 2 por lo tanto el nuacute-

mero de oxidacioacuten del azufre es +4 porque

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

96

2) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten del azufre en

el aacutecido sulfuacuterico (H2SO4)

Datos H2SO2 nuacutemero de oxidacioacuten del

O2 es 2 nuacutemero de oxidacioacuten de H es -1

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de S

Resolucioacuten Se debe cumplir que la suma al-gebraica de todos los nuacutemeros de oxidacioacuten sea cero

4(-2) + 21 + x = 0

-8 + 2 + x = 0

x = 6

Respuesta el nuacutemero de oxidacioacuten del azufre

en el aacutecido sulfuacuterico es +6

3) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten del nitroacutegeno

en el nitrato de sodio (NaNO3)

Datos NaNO3 nuacutemero de oxidacioacuten del

O2 es 2

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de N

97

Resolucioacuten El nuacutemero de oxidacioacuten del

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

ga eleacutectrica positiva

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

1 6 + x = 0

x = 5

Respuesta el nuacutemero de oxidacioacuten del nitroacute-

geno en el nitrato de sodio es +5

4) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten del azufre en

el ion sulfato (S 24Ominus )

Datos S 24Ominus nuacutemero de oxidacioacuten del O2

es 2

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de S

Resolucioacuten La suma de los nuacutemeros de

oxidacioacuten es igual a 2 porque el ion sulfato

tiene dos cargas negativas (2-)

x + 4(-2) = -2

x 8 = -2

x = 6

98

Respuesta El nuacutemero de oxidacioacuten del azu-

fre en el ion sulfato es +6

99

Ejercicios 1212

1) Dibujaacute los siacutembolos de Lewis para los aacutetomos

de

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

2) iquestCoacutemo adquiere la distribucioacuten electroacutenica del

ineacutertido maacutes cercano cada uno de los siguien-

tes aacutetomos

a) K b)

F c)

S d) Mg e)

Br

3) Escribiacute las ecuaciones ioacutenicas la foacutermula elec-

troacutenica y la foacutermula miacutenima del compuesto

ioacutenico formado por

a) K y Br (bromuro de potasio)

b) Ca y O (oacutexido de calcio)

4) Marcaacute con una X las propiedades correspon-

dientes a las sustancias que presentan uniones

ioacutenicas

100

a) Son soacutelidas y tienen bajo punto de fusioacuten ( )

b) Conducen la corriente eleacutectrica fundidas o di-

sueltas en agua ( )

c) Tienen brillo metaacutelico ( )

d) Forman cristales duros y quebradizos solubles

en agua ( )

e) No conducen la corriente eleacutectrica ( )

5) Explicaacute coacutemo se unen dos aacutetomos de bromo

para formar la moleacutecula Br2 y escribiacute su

foacutermula electroacutenica y su foacutermula desarrollada

6) La foacutermula del monoacutexido de dicloro es Cl2O

a) Indicaacute queacute tipo de unioacuten existe entre el cloro y

el oxiacutegeno

b) Escribiacute su foacutermula electroacutenica y su foacutermula

desarrollada

7) El azufre y el oxiacutegeno forman dos oacutexidos

importantes el dioacutexido de azufre (SO2) y el

101

trioacutexido de azufre (SO3) Para el trioacutexido de

azufre

a) Indicaacute queacute tipo de unioacuten existe entre el azufre

y los tres aacutetomos de oxiacutegeno

b) Escribiacute la foacutermula electroacutenica

c) Escribiacute la foacutermula desarrollada

8) Marcaacute 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

liacutequidas o soacutelidas ( )

c) Son duacutectiles y maleables ( )

d) No forman moleacuteculas son agregados de

iones ( )

e) No son buenas conductoras de la corriente

eleacutectrica ( )

102

9) Coloque en el pareacutentesis UCP si la unioacuten es

covalente polar y UCNP si es covalento no

polar en cada una de las siguientes sustancias

a) cloruro de hidroacutegeno HCl ( )

b) Hidroacutegeno H2 ( )

c) yodo l2 ( )

10) Escribiacute la foacutermula electroacutenica y la foacutermula

desarrollada de cada una de las sustancias

mencionadas en el ejercicio 9

11) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten

a) del azufre (S)en el dioacutexido de azufre (SO2) en

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

sodio (Na2S)

b) del nitroacutegeno (N) en el dioacutexido de nitroacutegeno

(NO2) en el aacutecido niacutetrico (HNO3) y en el ni-

trato de potasio (KNO3)

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

can en el concepto de unioacuten metaacutelica

103

a) Tienen bajo punto de fusioacuten y de

ebullicioacuten ( )

b) Tienen brillo metaacutelico ( )

c) Conducen la corriente eleacutectrica sin

alterarse ( )

d) En estado soacutelido son malos conductores de la

corriente eleacutectrica ( )

e) Forman hilos y laacuteminas delgadas ( )

104

Hoja de respuestas 1212

1) a) He b) Al c)

Si d)

Ar e)

N

2) a) cede un electroacuten d) cede electrones c)

gana dos electrones b) y e) gana un electroacuten

3) a) Ecuaciones ioacutenicas

K K1+ + 1 e

Br + 1 e Br1-

K1+ + Br- KBr

Foacutermula electroacutenica K1+minus

1

Br

Foacutermula miacutenima KBr

b) Ecuaciones ioacutenicas

Ca Ca 2+ + 2 e

O + 2 e O2-

Ca2+ + O2- CaO

Foacutermula electroacutenica Ca2+ minus

2

O

105

Foacutermula miacutenima CaO

4) b y d

5) se unen compartiendo un par de electrones

6) a) unioacuten covalente

b) foacutermula electroacutenica

Cl

O

Cl

foacutermula desarrollada Cl O Cl

7) a) una unioacuten covalente doble entre el azufre y

uno de los aacutetomos de oxiacutegeno dos uniones cova-

lentes coordinadas con los otros dos aacutetomos de

oxiacutegeno

b) Foacutermula electroacutenica

Foacutermula desarrollada

106

8) a b y e

9) a) UCP y c) UCNP

10) Foacutermula electroacutenica Foacutermula desarrollada

a) H

Cl H Cl

b) HH H H

c)

I

I l I

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

12) b c y e

  • RADIACTIVIDAD
    • IacuteNDICE
      • 1 RADIACTIVIDAD NATURAL
      • 2 RELACIOacuteN ENTRE LA LEY DE LAVOISIER Y LA DE EINSTEIN
      • 3 INTERACCIONES ENTRE AacuteTOMOS Y ONDAS
      • 4 PODER DE PENETRACIOacuteN DE LA RADIACIOacuteN
      • 5 VIDA MEDIA
      • 6 RADIACTIVIDAD ARTIFICIAL
      • 7 USOS DE LOS RADIOISOacuteTOPOS
      • 8 MEDICINA NUCLEAR
      • 9 FECHADO POR MEDIO DE RADIOISOacuteTOPOS
      • 10 PLANTAS DE ENERGIacuteA NUCLEAR
      • 11 BOMBA ATOacuteMICA
      • 12 EFECTOS DE UNA EXPLOSIOacuteN NUCLEAR
        • Ejercicios 12
        • Ejercicios 121
        • Hoja de respuestas121
        • Ejercicios 1211
        • Ejercicios 1212
        • Hoja de respuestas 1212

16

Definicioacuten La partiacutecula de un cuerpo

simple maacutes pequentildea capaz de entrar en las re-

acciones quiacutemicas

1803 Dalton propone que la materia se di-

vidiacutea en elementos y compuesto Los elemen-

tos constituidos por aacutetomos y los compuestos

por moleacuteculas

Siglo XIX se piensa que los aacutetomos son

divisibles se componen de varias partiacuteculas

1897 Thomson descubre el electroacuten antildeos

despueacutes Nagaoka propone que los electrones

giran en oacuterbitas alrededor de una partiacutecula po-

sitiva

En 1911 Rutherford descubre el nuacutecleo

atoacutemico con su experimento de la laacutemina de

oro

17

Alrededor de 1920 Borh propone que los

electrones giran alrededor del nuacutecleo en oacuterbi-

tas circulares donde cada oacuterbita corresponde a

un nivel de energiacutea diferente

Antildeos maacutes tarde De Broglie postula el

principio de dualidad en donde el electroacuten se

comporta como una onda y partiacutecula Como

consecuencia solo se puede encontrar al elec-

troacuten en un aacuterea determinada llamada nivel de

energiacutea ya que no se puede conocer la veloci-

dad y posicioacuten al mismo tiempo( a este fenoacute-

meno se lo denomina principio de incerti-

dumbre de Heisenberg) Esto produce el desa-

rrollo de la mecaacutenica cuaacutentica

Radiactividad

En 1896 Becquerel descubre una propiedad

nueva de la materia a la que posteriormente Marie

Curie llamoacute Radiactividad

18

La radiactividad no depende de la naturaleza

fiacutesica o quiacutemica del aacutetomo sino que es una propie-

dad del nuacutecleoLa causa que los origina probable-

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

tiacuteculas que se encuentran en el nuacutecleo

En general los nuacutecleos de aacutetomos pesados

presentan cierta inestabilidad para lo cual emiten

radiacioacuten para alcanzar estados de equilibrio

Dichas radiaciones podemos dividirlas en

Desintegraciones alfa desintegraciones beta y

desintegraciones gamma

Desintegraciones alfa Cuando el nuacutecleo

atoacutemico es inestable a causa del gran nuacutemero

de protones que posee (ocurre en los elemen-

tos maacutes pesados es decir con Z = 83 o supe-

rior) la estabilidad es alcanzada con frecuen-

cia emitiendo una partiacutecula alfa es decir un

19

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

tones y dos neutrones

Desintegraciones beta Cuando la rela-

cioacuten de neutrones protones en un nuacutecleo

atoacutemico es elevada el nuacutecleo se estabiliza emi-

tiendo un neutroacuten o bien como ocurre con

frecuencia emitiendo una partiacutecula beta es

decir un electroacuten

Desintegraciones gamma Los rayos

gamma son ondas electromagneacuteticas de gran

energiacutea muy parecidos a los rayos X y en cier-

tas ocasiones se presentan cuando ocurre una

desintegracioacuten de partiacuteculas beta o bien una

emisioacuten de positrones Por lo tanto la radia-

cioacuten gamma no posee carga eleacutectrica y su na-

turaleza ondulatoria permite describir su ener-

giacutea en relacioacuten a su frecuencia de emisioacuten

20

INTERACCIOacuteN DE LAS RADIACIONES CON LA

MATERIA

La radiacioacuten al chocar con las moleacuteculas que

encuentra a su paso produce iones esto se debe a

que excita los electrones de los aacutetomos de las mo-

leacuteculas es decir les entrega energiacutea para que pasen

a oacuterbitas superiores

bull Radiaciones alfa (α) compuesta por dos

protones y dos neutrones de bajo poder

de penetracioacuten y alta capacidad de ioniza-

cioacuten Se mueve en liacutenea recta debido a su

gran cantidad de masa

21

bull Radiaciones beta (β) formada por elec-

trones de carga negativa su masa es pe-

quentildea por lo tanto es propensa a cambiar

de trayectoria bajo poder de penetracioacuten y

bajo poder de ionizacioacuten Al acercarse a un

nuacutecleo se frena la energiacutea que pierde en el

frenado la libera como rayos X Si una par-

tiacutecula beta choca con un positroacuten (electroacuten

negativo) se aniquila y emite un rayo

gamma

bull Radiaciones gamma (γ) son las de ma-

yor energiacutea no tiene carga eleacutectrica por lo

22

tanto no desviacutean sus trayectorias frente a

campos eleacutectricos tienen un alto poder de

penetracioacuten y un alto poder de ionizacioacuten

Pueden llegar a extraer electrones de los

aacutetomos los cuales a su vez ionizan otras

moleacuteculas

Neutrones no poseen carga eleacutectrica tienen

un alto poder de penetracioacuten Al chocar contra un

aacutetomo ceden parte de su energiacutea y se frenan Los

neutrones de baja velocidad se denominan neu-

trones teacutermicos los cuales se descomponen en un

electroacuten y un protoacuten o pueden ser absorbidos por

otros nuacutecleos atoacutemicos

23

4 PODER DE PENETRACIOacuteN DE LA RADIACIOacuteN

La radiacioacuten es uno de los efectos

maacutes peligrosos de la energiacutea nuclear

No todas las partiacuteculas emitidas

tienen la misma posibilidad de atrave-

sar los elementos

Los materiales radiactivos pueden ser peligro-

sos porque la radiacioacuten que se emite puede dantildear

los tejidos vivos La capacidad para inflingir dantildeos

depende en parte del poder de la radiacioacuten para

penetrar en los tejidos

24

En condiciones de igualdad por lo demaacutes

cuanto mayor es la masa de una partiacutecula menor

es su poder de penetracioacuten Las partiacuteculas alfa

que son nuacutecleos de helio con una masa de 4 uma

constituyen el menos penetrante de los tres tipos

principales de radiactividadLas partiacuteculas beta

ideacutenticas a los electrones cuya masa es insignifi-

cante son un poco maacutes penetrantes Los rayos

gamma como los rayos X carecen totalmente de

masa su poder de penetracioacuten es mucho mayor

que el de los otros dos tipos

Puede parecer contrario al sentido comuacuten

pensar que las partiacuteculas maacutes grandes se abren

camino con maacutes dificultad Consideraacute sin embar-

go que el poder de penetracioacuten refleja la capaci-

dad de la radiacioacuten para abrirse camino a traveacutes

de una muestra de materia Es como si trataras de

hacer rodar piedras por un campo de grandes ro-

cas La partiacutecula alfa se comporta como si fuese

una roca grande Debido a su tamantildeo no puede

25

avanzar mucho sin chocarse con otras rocas y ser

detenida por ellas La partiacutecula beta se comporta

como una piedra pequentildea que puede introducirse

entre las rocas y quizaacute hasta rebotar en ellas hasta

completar un recorrido maacutes largo El rayo gamma

es comparable a un grano de arena capaz de pasar

por las aberturas maacutes pequentildeas

Al principio de esta explicacioacuten dijimos que si

todo lo demaacutes es igual asiacute es como funcionan las

cosas Pero lo demaacutes no siempre es igual Cuanto

maacutes raacutepido se mueve una partiacutecula o maacutes energiacutea

tiene la radiacioacuten mayor es su poder de penetra-

cioacuten

Si la sustancia radiactiva estaacute afuera del cuer-

po las partiacuteculas alfa de poco poder de penetra-

cioacuten son las menos peligrosas pues las detiene la

capa externa de la piel Tambieacuten las partiacuteculas beta

se detienen normalmente antes de alcanzar oacuterga-

nos vitales Los rayos gamma atraviesan sin difi-

26

cultad los tejidos asiacute que una fuente externa de los

mismos puede ser muy peligrosa En cambio

cuando la fuente radiactiva estaacute adentro del cuerpo

la situacioacuten se invierte Las partiacuteculas alfa que no

penetran pueden causar graves dantildeos Todas estas

partiacuteculas estaacuten atrapadas en el interior del cuerpo

el cual tiene entonces la posibilidad de absorber

toda la energiacutea que libera la partiacutecula Las partiacutecu-

las alfa infligen el dantildeo en un aacuterea muy pequentildea

porque no se desplazan muy lejos Las partiacuteculas

beta distribuyen el dantildeo en un aacuterea algo mayor

porque recorren distancias mayores Los tejidos se

pueden recuperar de un dantildeo limitado disperso en

un aacuterea grande pero es menos probable que so-

brevivan a una lesioacuten concentrada

Las personas que trabajan con materiales ra-

diactivos disponen de diversas formas de prote-

gerse contra ellos La maacutes simple consiste en ale-

jarse de la fuente porque la intensidad de la radia-

cioacuten disminuye con la distancia respecto a la fuen-

27

te Los trabajadores se pueden proteger tambieacuten

por medio de blindajes Una hoja de papel detiene

casi todas las partiacuteculas alfa Un bloque de madera

o una laacutemina delgada de aluminio detiene las par-

tiacuteculas beta

Pero se necesitan varios metros de concreto o

varios centiacutemetros de plomo para detener los ra-

yos gamma

28

5 VIDA MEDIA

Cuando hablamos de aacutetomos individuales

estamos trabajando con elementos que

apenas imaginamos

Para entender lo que pasa con la radia-

cioacuten debemos referirnos a un grupo maacutes

grande de partiacuteculas y trabajar con pro-

medios

Hasta aquiacute hemos estudiado la radiactividad en

relacioacuten con los aacutetomos individuales En el labora-

torio nos ocupamos en general con nuacutemeros muy

grandes de aacutetomos mucho mayores que el nuacuteme-

29

ro de habitantes de la tierra Si pudieacutesemos ver el

nuacutecleo de un aacutetomo individual podriacuteamos ver si

sufre o no desintegracioacuten radiactiva examinando

su composicioacuten Ciertas combinaciones de proto-

nes y neutrones son inestables Sin embargo lo

que no podriacuteamos determinar es cuando el aacutetomo

va a sufrir un cambio La radiactividad es un pro-

ceso aleatorio independiente en general de las

influencias externas

Cuando tenemos un nuacutemero grande de aacuteto-

mos el proceso de desintegracioacuten radiactiva se

hace maacutes predecible Podemos medir la vida me-

dia que es una propiedad caracteriacutestica de cada

radioisoacutetopo La vida media de un isoacutetopo radiac-

tivo es el periacuteodo durante el cual la mitad del nuacute-

mero original de aacutetomos sufre desintegracioacuten ra-

diactiva para formar un nuevo elemento Por

ejemplo supone que tuvieacutesemos 16 billones de

aacutetomos de tritio el isoacutetopo radiactivo de hidroacutege-

no La vida media del tritio es de 123 antildeos Esto

significa que al cabo de 123 antildeos se habraacuten desin-

30

tegrado 8 billones de aacutetomos de tritio y quedaraacuten

8 billones de aacutetomos Al cabo de otros 123 antildeos

se habraacute desintegrado la mitad de los 8 billones de

aacutetomos restantes Por tanto al cabo de dos vidas

medias quedaraacute una cuarta parte del nuacutemero ori-

ginal de aacutetomos de tritio Asiacute pues dos vidas me-

dias no hacen una entera

Podemos calcular la fraccioacuten restante del isoacute-

topo original al cabo de un nuacutemero dado de vidas

medias por medio de la relacioacuten

FRACCIOacuteN RESTANTE N21

=

Donde n es el nuacutemero de vidas medias trans-

curridas

31

6 RADIACTIVIDAD ARTIFICIAL

La radiactividad es un fenoacutemeno na-

tural y en esas condiciones poco

aprovechable

El hombre trabajoacute mucho para con-

trolarlo y hacer de este efecto algo

uacutetil Aunque como es muy habitual

en la humanidad las implementacio-

nes destructivas tambieacuten tuvieron

gran desarrollo

32

TRANSMUTACIOacuteN ARTIFICIAL

Las formas de radiactividad que se presentan

en la Naturaleza Se pueden inducir otras reaccio-

nes nucleares bombardeando nuacutecleos estables con

partiacuteculas alfa neutrones u otras partiacuteculas sub-

atoacutemicas Estas partiacuteculas si tienen suficiente

energiacutea penetran los nuacutecleos que antes eran esta-

bles e inducen alguna forma de emisioacuten radiacti-

va Al igual que la radiactividad natural este tipo

de cambio nuclear produce una transmutacioacuten un

elemento se transforma en otro Debido a que el

cambio no se habriacutea producido de manera natural

el proceso se conoce como transmutacioacuten artifi-

cial

Pocos antildeos despueacutes de su famoso experimen-

to de la laminilla de oro (bombardeo con radiacioacuten

alfa una lamina de oro y detectoacute en una lamina de

sulfuro de zinc la radiacioacuten emergente) Ernest

Rutherford estudioacute el bombardeo de diversos

elementos ligeros con partiacuteculas alfa Un experi-

33

mento de este tipo en el cual Rutherford bom-

bardeoacute nitroacutegeno dio por resultado la produccioacuten

de protones

N147 + He4

2 O178 + H1

1

(Recordaacute que el nuacutecleo de hidroacutegeno es un protoacuten

por eso usamos el siacutembolo alternativo H11 para el pro-

toacuten)

Observaacute que la suma de los nuacutemeros de nu-

cleones de la izquierda es igual a la suma de los

nuacutemeros de nucleones de la derecha Tambieacuten los

nuacutemeros atoacutemicos estaacuten balanceados

Rutherford habiacutea postulado en 1914 la exis-

tencia de protones en los nuacutecleos Un experimen-

to publicado en 1919 proporcionoacute la primera

comprobacioacuten empiacuterica de la existencia de estas

partiacuteculas fundamentales Ya antes Eugen Golds-

tein habiacutea producido protones en sus experimen-

34

tos con tubos de descarga en gas Goldstein obtu-

vo estas partiacuteculas a partir del hidroacutegeno gaseoso

contenido en el tubo por separacioacuten de un elec-

troacuten del aacutetomo de hidroacutegeno La trascendencia del

experimento de Rutherford consistioacute en que ob-

tuvo protones del nuacutecleo de un aacutetomo que no era

de hidroacutegeno con lo cual establecioacute la naturaleza

de los protones como partiacuteculas fundamentales Al

hablar de partiacuteculas fundamentales nos referimos a

las unidades baacutesicas a partir de las cuales se pue-

den formar estructuras maacutes complicadas (como el

nuacutecleo de nitroacutegeno) El experimento de Ruther-

ford constituyoacute la primera reaccioacuten nuclear indu-

cida

Durante la deacutecada de 1920 se llevaron a cabo

muchas transmutaciones artificiales En la deacutecada

de 1930 una de estas reacciones condujo al descu-

brimiento de otra partiacutecula fundamental En 1932

James Chadwick bombardeoacute berilio con partiacuteculas

alfa

35

Be94 + He4

2 C126 + n1

0 Entre los productos se encontraba el neutroacuten

RADIACTIVIDAD INDUCIDA

Las primeras reacciones nucleares produjeron

isoacutetopos que ya se conociacutean por estar presentes en

la Naturaleza Esto fue quizaacute fortuito porque era

inevitable que tarde o temprano se produjese un

nuacutecleo estable Iregravene Curie (hija de los ganadores

del premio Nobel de 1903) y su esposo Freacutedeacuteric

Joliot estudiaban el bombardeo de aluminio con

partiacuteculas alfa Se produciacutean neutrones y quedaba

como residuo un isoacutetopo de foacutesforo

Al2713 + He4

2 P3015 + n1

0

Para sorpresa de los investigadores el blanco

seguiacutea emitiendo partiacuteculas auacuten despueacutes de inte-

rrumpido el bombardeo El isoacutetopo de foacutesforo era

radiactivo y emitiacutea partiacuteculas cuya masa era igual a

36

la del electroacuten pero cuya carga era opuesta Estas

partiacuteculas se llaman positrones La reaccioacuten que

estaban observando era la siguiente

P3015 e0

1+ + Si3014

Asiacute pues surge una vez maacutes la pregunta iquestde doacuten-

de proviene esta partiacutecula si el nuacutecleo contiene

soacutelo protones y neutrones Anteriormente expli-

camos el hecho de que surgiese una partiacutecula beta

(un electroacuten) de un nuacutecleo afirmando que un neu-

troacuten se habiacutea descompuesto en un protoacuten y un

electroacuten Quizaacute un suceso similar puede explicar la

aparicioacuten de un positroacuten Considera que un pro-

toacuten del nuacutecleo se transforma en un neutroacuten y un

positroacuten (un protoacuten es ideacutentico a un nuacutecleo de

hidroacutegeno)

H11 e0

1+ + N10

Todo queda muy bien balanceado en esta

37

ecuacioacuten Al emitirse el positroacuten el nuacutecleo radiac-

tivo original tiene de pronto un protoacuten menos y

un neutroacuten maacutes que antes Por tanto la masa del

nuacutecleo producido es la misma pero su nuacutemero

atoacutemico se ha reducido en una unidad respecto al

nuacutecleo original Por este trabajo la pareja Joliot-

Curie se hizo acreedora al premio Nobel en 1935

(la pareja Joliot-Curie adoptoacute el apellido combina-

do para perpetuar el nombre de Curie Marie y

Pierre Curie tuvieron dos hijas pero ninguacuten hijo

varoacuten

38

7 USOS DE LOS RADIOISOacuteTOPOS

Muchas de las aplicaciones de la energiacutea

de la radiacioacuten se realizan a traveacutes de los

radioisoacutetopos

Gracias a ellos y a los detectores se evitan

grandes perdidas materiales y se ahorra

grandes esfuerzos

Los cientiacuteficos que trabajan en una amplia va-

riedad de campos emplean isoacutetopos radiactivos

(radioisoacutetopos) como rastreadores en sistemas

fiacutesicos quiacutemicos y bioloacutegicos Los isoacutetopos de un

elemento determinado sea radiactivo o no se

39

comportan de manera casi ideacutentica en los proce-

sos quiacutemicos y fiacutesicos En virtud de la facilidad

para detectar los isoacutetopos radiactivos es relativa-

mente faacutecil seguir sus movimientos incluso en un

sistema complicado

Como un ejemplo sencillo consideremos el

flujo de un liacutequido por una tuberiacutea Supongamos

que hay una fuga en una tuberiacutea enterrada bajo un

piso de concreto Podriacuteamos localizar la fuga le-

vantando partes extensas del piso o bien podriacutea-

mos agregar una pequentildea cantidad de material

radiactivo al liacutequido que va hacia el drenaje y ras-

trear el flujo de liacutequido con un contador Geiger

(un instrumento que detecta la radiactividad) Una

vez localizada la fuga soacutelo habriacutea que levantar una

parte pequentildea del piso para reparar la fuga Por lo

general se emplean para este propoacutesito isoacutetopos

de vida corta que desaparecen poco tiempo des-

pueacutes de realizar su funcioacuten

Anaacutelogamente podriacuteamos rastrear la incorpo-

racioacuten de foacutesforo en una planta verde La planta se

40

alimenta con un fertilizante que contiene foacutesforo

radiactivo Un meacutetodo sencillo de deteccioacuten con-

siste en colocar la planta sobre una peliacutecula foto-

graacutefica La radiacioacuten que emiten los isoacutetopos de

foacutesforo expone la peliacutecula en gran medida como

lo hace la luz Este tipo de exposicioacuten llamado

radiografiacutea muestra la distribucioacuten del foacutesforo en

la planta

Tambieacuten se da un buen uso a los rastreadores

radiactivos en la investigacioacuten agriacutecola Estos isoacute-

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 cuaacuteles son los mejores meacutetodos para

regular los insectos La mutacioacuten intencional de

plantas por irradiacioacuten ha producido nuevas y

mejores cepas de plantas de cultivo con valor co-

mercial desde raacutebanos hasta maniacute

Los radioisoacutetopos se emplean tambieacuten para

irradiar alimentos como meacutetodo de conservacioacuten

La radiacioacuten destruye los microorganismos que

41

causan la descomposicioacuten de los alimentos Los

alimentos irradiados muestran poco cambio en

cuanto a su saber o aspecto A muchas personas

les inquietan los posibles efectos dantildeinos de las

sustancias quiacutemicas que produce la radiacioacuten pero

no hay pruebas contundentes de dantildeos causados

por alimentos irradiados en animales de laborato-

rio alimentados con ellos y tampoco se conocen

efectos adversos en seres humanos en los paiacuteses

donde la irradiacioacuten se ha utilizado por muchos

antildeos El proceso de esterilizacioacuten no deja irradia-

cioacuten residual en los alimentos

Los radioisoacutetopos han sido empleados exten-

samente en la investigacioacuten cientiacutefica baacutesica El

mecanismo de la fotosiacutentesis se dilucidoacute en gran

parte utilizando carbono 14 como rastreador Por

ejemplo para determinar coacutemo fabrican las plan-

tas el azuacutecar glucosa a partir de dioacutexido de carbo-

no y agua la planta se expone a dioacutexido de carbo-

no radiactivo El investigador identifica los com-

puestos que se forman a partir de estas materias

42

primas y el orden en el que se sintetizan y despueacutes

determina cuaacuteles compuestos se tornan radiactivos

y en queacute secuencia Con base en los dates obteni-

dos de experimentos con rastreadores los cientiacutefi-

cos determinan las rutas metaboacutelicas de plantas

animales y seres humanos

43

8 MEDICINA NUCLEAR

La medicina nuclear ha generado tra-

tamientos y terapias inimaginables

antes de su descubrimiento

En el diagnostico generoacute meacutetodos no

invasivos que evitan a los paciente

tanto sufrimientos como peacuterdidas de

tiempo

En medicina nuclear se dan dos usos distintos

a los radioisoacutetopos para fines terapeacuteuticos o para

realizar un diagnoacutestico En la terapia con radiacioacuten

se intenta tratar o curar un padecimiento por

44

medio de radiacioacuten El uso de los radioisoacutetopos

con fines de diagnoacutestico busca obtener informa-

cioacuten acerca del estado de salud del paciente

TERAPIA POR RADIACIOacuteN

El caacutencer no es una sola enfermedad sino

muchas Algunas formas de caacutencer son particu-

larmente susceptibles a la terapia por radiacioacuten La

radiacioacuten se dirige cuidadosamente hacia el tejido

canceroso y se reduce al miacutenimo la exposicioacuten de

las ceacutelulas normales Si los efectos destructivos de

la radiacioacuten consiguen matar las ceacutelulas cancero-

sas se detiene el avance del tumor maligno (Pero

los pacientes que se someten a terapia por radia-

cioacuten suelen experimentar malestares a causa del

tratamiento Naacuteusea y voacutemito son los siacutentomas

usuales del malestar por radiacioacuten Asiacute pues el

objetivo de la terapia por radiacioacuten es destruir las

ceacutelulas cancerosas antes de que se cause un dantildeo

excesivo a los tejidos sanos La radiacioacuten tiene

45

efectos maacutes letales para las ceacutelulas que se reprodu-

cen con rapidez y eacutesta es precisamente la caracte-

riacutestica de las ceacutelulas cancerosas que permite que la

terapia por radiacioacuten tenga eacutexito

USOS DIAGNOacuteSTICOS DE LOS RADIOISOacuteTOPOS

Los radioisoacutetopos se usan para fines diagnoacutes-

ticos con el propoacutesito de obtener informacioacuten

acerca del tipo o el alcance de la enfermedad El

yodo 131 radiactivo se emplea para determinar el

tamantildeo la forma y la actividad de la glaacutendula ti-

roides asiacute como para tratar caacutenceres localizados

en esta glaacutendula y para controlar una tiroides hi-

peractiva Primero el paciente toma una solucioacuten

de yoduro de potasio que contiene yodo 131 El

organismo concentra el yodo en la tiroides Se

usan dosis grandes para el tratamiento del caacutencer

de la tiroides la radiacioacuten del isoacutetopo se concentra

en las ceacutelulas cancerosas de esta glaacutendula auacuten

cuando las ceacutelulas cancerosas se hayan extendido a

46

otras partes del cuerpo Sin embargo para fines de

diagnoacutestico soacutelo se necesita una pequentildea cantidad

del radioisoacutetopo Tambieacuten 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-

poracioacuten diferencial del isoacutetopo La imagen que

se obtiene se describe como una fotoexploracioacuten

y permite determinar con precisioacuten la ubicacioacuten de

un tumor en esa regioacuten del cuerpo

El radioisoacutetopo de uso maacutes extendido en medicina

es el gadolinio 153 Este isoacutetopo se emplea para

evaluar la mineralizacioacuten de los huesos Su popu-

laridad es un indicio del gran nuacutemero de personas

principalmente mujeres que sufren de osteoporo-

sis (reduccioacuten de la cantidad de tejido oacuteseo) a me-

dida que envejecen El gadolinio 153 emite dos

radiaciones caracteriacutesticas un rayo gamma y un

rayo X Un dispositivo analizador compara estas

radiacioacuten despueacutes de que atraviesan el hueso La

47

densidad del mismo se determina con base en las

diferencias de absorcioacuten de los rayos

El tecnecio 99m se utiliza en diversos ensayos

diagnoacutesticos La letra m quiere decir metaestable

lo que significa que este isoacutetopo emite cierta ener-

giacutea para convertirse en una versioacuten maacutes estable del

mismo isoacutetopo (mismo nuacutemero atoacutemico y mismo

peso atoacutemico) La energiacutea que desprende es el

rayo gamma que permite detectar el isoacutetopo

Tcm9943 Tc99

43 + y

Observa que la desintegracioacuten del tecnecio

99m no produce partiacuteculas alfa ni beta las cuales

podriacutean causar dantildeos innecesarios al organismo

Ademaacutes el tecnecio 99m tiene una vida media cor-

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

tividad no permanece en el organismo mucho

tiempo despueacutes de que la exploracioacuten se ha com-

pletado Esta vida media tan corta obliga a planifi-

48

car cuidadosamente el uso del radioisoacutetopo De

hecho lo que se adquiere no es el isoacutetopo mismo

El tecnecio 99m se forma por desintegracioacuten del

molibdeno 99

Mo9942 Tcm99

43 + e01minus + y

Se emplea un recipiente que contiene este isoacute-

topo de molibdeno y el producto de desintegra-

cioacuten el tecnecio 99 se extrae del recipiente a

medida que se necesita

Mediante el uso de modernas tecnologiacuteas ba-

sadas en la utilizacioacuten de computadoras la tomo-

grafiacutea por emisioacuten de positrones (PET por sus

siglas en ingleacutes) permite medir los procesos dinaacute-

micos que se llevan a cabo en el organismo como

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

boliza el oxiacutegeno o la glucosa Las exploraciones

de PET se emplean actualmente para identificar

con precisioacuten el aacuterea de dantildeo cerebral que desen-

49

cadena los ataques epileacutepticos graves Antes de la

exploracioacuten se inhalan o se inyectan compuestos

que contienen isoacutetopos emisores de positrones

como el carbono 11 Antes de que el positroacuten

emitido pueda recorrer una distancia apreciable en

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

teria ordinaria abundan los electrones) y se produ-

cen dos rayos gamma

C116 B11

5 + e01+

e01+ + e0

1minus 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 simultaacuteneamente

dos rayos gamma el sistema no toma en cuenta

los rayos gamma de la radiacioacuten natural de fondo

A continuacioacuten se emplea una computadora para

calcular la ubicacioacuten dentro del cuerpo del punto

50

en el cual ocurrioacute una aniquilacioacuten del positroacuten y

el electroacuten y se genera una imagen en esa regioacuten

La tabla contiene una lista de radioisoacutetopos de

uso comuacuten en la medicina La lista es necesaria-

mente incompleta Incluso con esta exposicioacuten tan

breve puedes hacerte una idea de la importancia

que los radioisoacutetopos tienen en la medicina La

aseveracioacuten de que la ciencia nuclear ha salvado

maacutes vidas de las destruidas por las bombas atoacutemi-

cas no carece el fundamento

51

Isoacutetopo Nombre Vida me-

dia Uso

C11 Carbono 11 203m Exploraciones cere-

brales

Cr51 Cromo 51 278d Determinacioacuten

del volumen sanguiacute-

neo

Co57 Cobalto 57 270d Medicioacuten de la

incorporacioacuten de

vitamina v12

Co60 Cobalto 60 526a Terapia de caacutencer

por radiacioacuten

Gd153 Gadolinio

153

242d Determinacioacuten

de la densidad oacutesea

Ga67 Galio 67 781h Exploracioacuten en

busca de tumores

pulmonares

I131 Yodo 131 807d Terapia de la ti-

roides

Ir192 Iridio 192 74d Terapia del caacuten-

cer de mamaacute

Fe59 Hierro 59 45d Deteccioacuten de

anemia

52

P32 Foacutesforo 32 143d Deteccioacuten de

caacutencer de la piel o

tumores oculares

Pu238 Plutonio

238

86a Suministra ener-

giacutea para marcapasos

Ra226 Radio 226 1600a Terapia de caacutencer

por radiacioacuten

Se75 Selenio 75 120d Exploraciones del

paacutencreas

Na24 Sodio 24 150h Localizacioacuten de

obstrucciones en el

flujo sanguiacuteneo

Tc99 Tecnecio 99 60h Obtencioacuten de imaacute-

genes de cerebro hiacutega-

do meacutedula oacutesea rintildeoacuten o

corazoacuten

Tl201 Talio 201 73h Deteccioacuten de pro-

blemas cardiacos con la

prueba de esfuerzo en

rueda de andar

H3 Tritio 123a Determinacioacuten de

agua corporal total

Xe133 Xenoacuten133 527d Obtencioacuten de imaacute-

genes de pulmoacuten

53

9 FECHADO POR MEDIO DE RADIOISOacuteTOPOS

Una de las aplicaciones maacutes in-

creiacutebles de la quiacutemica nuclear es la po-

sibilidad de averiguar la antiguumledad de

los objetos encontrados en las investi-

gaciones arqueoloacutegicas

Se puede usar la vida media de ciertos isoacuteto-

pos para estimar la antiguumledad de rocas y artefac-

tos arqueoloacutegicos El uranio 238 se desintegra con

una vida media de 4500 millones de anos Los

productos iniciales de esta desintegracioacuten tambieacuten

son radiactivos y la descomposicioacuten continuacutea

54

hasta que se forma un isoacutetopo de plomo (plomo

206) Los quiacutemicos pueden estimar la antiguumledad

de una roca determinando las proporciones relati-

vas de uranio 238 y plomo 206 Se ha encontrado

que algunas de las rocas maacutes antiguas de la Tierra

se formaron hace entre 3000 y 4500 millones de

antildeos En las rocas lunares y en meteoritos se ha

determinado una antiguumledad maacutexima de alrededor

de 4500 millones de antildeos Asiacute pues se considera

en general que la Tierra tiene una antiguumledad de

unos 4500 millones de antildeos

FECHADO POR CARBONO 14

En el fechado de artefactos interviene por lo

general un isoacutetopo radiactivo de carbono Se for-

ma carbono 14 en las capas superiores de la at-

moacutesfera por el bombardeo que experimenta el

nitroacutegeno ordinario por parte de los neutrones de

los rayos coacutesmicos

55

N147 + n1

0 C146 + H1

1

Este proceso origina una concentracioacuten cons-

tante de carbono 14 en el CO2 terrestre Las plan-

tas y animales vivos incorporan este isoacutetopo en

sus propias ceacutelulas Sin embargo cuando estos

seres mueren se interrumpe la incorporacioacuten de

carbono 14 y el carbono 14 que hay en el orga-

nismo se desintegra (con una vida media de 5 730

antildeos) a nitroacutegeno 14

Por consiguiente basta con medir la actividad

residual de carbono 14 en un artefacto de origen

vegetal o animal para determinar su antiguumledad

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 antildeos de antiguumle-

dad es decir ha estado muerta durante un tiempo

equivalente a una vida media Anaacutelogamente un

artefacto que muestra el 25 de la actividad de

carbono 14 del material vegetal reciente tiene

56

11460 anos de antiguumledad 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 aquiacute supone que la formacioacuten del isoacutetopo

fue constante a lo largo del tiempo En realidad no

es asiacute Sin embargo aproximadamente para los

uacuteltimos 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

aacuterboles Se han construido curvas de calibracioacuten

que permiten determinar fechas consideradas co-

mo exactas

En teacuterminos generales el meacutetodo de carbono

14 es razonablemente preciso para fechar objetos

de hasta 50000 antildeos de antiguumledad La cantidad

residual del isoacutetopo en los objetos de una antiguumle-

dad mayor que esa es demasiado pequentildea para

hacer una determinacioacuten exacta

El carboacuten de las fogatas de los pueblos anti-

57

guos fechado por determinacioacuten de la actividad

de carbono 14 se usa para estimar la antiguumledad

de otros artefactos encontrados en el mismo em-

plazamiento arqueoloacutegico La teacutecnica de fechado

por carbono 14 se ha usado tambieacuten para detectar

si supuestos artefactos antiguos han sido falsifica-

dos

EL SUDARIO DE TURIacuteN

Probablemente han oiacutedo hablar del sudario de

Turiacuten Se trata de una pieza de tejido de lino muy

antigua de unos 4 metros de largo que muestra la

impresioacuten aproximada de un cuerpo humano

Desde alrededor del antildeo 1350 dC 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-

bricacioacuten del lienzo habiacutea sido cultivado en alguacuten

memento entre los anos de 1260 y 1390 dC Por

58

tanto el lienzo no podriacutea haber existido en tiem-

pos de Cristo A diferencia de los pergaminos del

Mar Muerto para los que el fechado por carbono

14 demostroacute que son registros auteacutenticos de una

civilizacioacuten que existioacute hace unos 2000 antildeos el

sudario de Turiacuten resultoacute ser falso

FECHADO POR TRITIO

El tritio que es el isoacutetopo radiactivo del

hidroacutegeno sirve tambieacuten para fechar Su vida me-

dia de 123 antildeos lo hace uacutetil para fechar objetos de

hasta 100 antildeos de antiguumledad Una aplicacioacuten inte-

resante es el fechado de aguardientes Estas bebi-

das alcohoacutelicas son muy costosas cuando han sido

antildeejadas de 10 a 50 antildeos El fechado por tritio

permite comprobar la veracidad de los anuncios

publicitarios respecto al proceso de antildeejamiento

de las variedades maacutes caras

Hay muchos otros isoacutetopos que permiten es-

timar la antiguumledad de objetos y materiales

59

Isoacutetopo Vida me-

dia

(antildeos)

Periacuteodo de

utilidad Uso

Carbono 14 5730 500 a 50000

antildeos

Carboacuten vege-

tal material

orgaacutenico

Tritio 123 1 a 100 antildeosVinos antildeeja-

dos

Potasio 40 13 x 109 Desde 10000

antildeos

Rocas corteza

terrestre y

lunar

Renio 187 43 x1010 Desde 4 x

107 antildeos Meteoritos

Ranio238 45 x109 Desde 107

antildeos

Rocas corteza

terrestre

60

10 PLANTAS DE ENERGIacuteA NUCLEAR

iquestSabeacutes de doacutende viene esa energiacutea que nosotros usamos tanto Mucha de la energiacutea eleacutectrica es

producida por plantas nucleares de to-do el mundo

La energiacutea nuclear ha dado origen a bombas

muy destructivas y a la nociva precipitacioacuten ra-

diactiva y podriacutea incluso provocar un devastador

invierno nuclear Sin embargo una cantidad mu-

cho mayor de personas han recibido beneficios de

la energiacutea nuclear que las que han sido perjudica-

das por ella El hecho es que existen muchos usos

de la energiacutea nuclear que son sumamente beneacutefi-

61

cos Ya conocemos el uso de isoacutetopos radiactivos

en el diagnoacutestico cliacutenico y en el fechado de obje-

tos de antiguumledad desconocida Otro uso paciacutefico

de la energiacutea nuclear es la generacioacuten de electri-

cidad Una gran parte de la energiacutea eleacutectrica que

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

giacutea nuclear

En la actualidad una quinta parte de toda la

electricidad que se produce en Estados Unidos

proviene de plantas de energiacutea nuclear En Euro-

pa la dependencia respecto a la energiacutea nuclear

para la produccioacuten de electricidad es auacuten mayor

En Francia por ejemplo maacutes del 70 de la ener-

giacutea eleacutectrica del paiacutes proviene de plantas nuclea-

res

No es sorprendente que una reaccioacuten que

desprende tanta energiacutea como lo hace la fisioacuten

nuclear se use como fuente de energiacutea para gene-

rar electricidad En las plantas de energiacutea nuclear

se usa el calor obtenido de una reaccioacuten de fisioacuten

62

en cadena controlada para producir vapor de

agua que mueve las turbinas generadoras de elec-

tricidad El combustible nuclear es normalmente

oacutexido de uranio U3O8 enriquecido hasta alrede-

dor de 3 de uranio 235

La energiacutea nuclear es mucho maacutes limpia que la

que se obtiene quemando combustibles foacutesiles

(carboacuten petroacuteleo y gas) no produce cenizas finas

ni holliacuten no forma dioacutexido de carbono que con-

tribuye al efecto de invernadero y al calentamiento

global y no contamina el aire con oacutexidos de azu-

fre y de nitroacutegeno que dan origen a la lluvia aacutecida

Por otra parte emite grandes cantidades de calor

residual en el ambiente y lo que es mucho maacutes

serio produce muchos residuos radiactivos La

eliminacioacuten de todos estos materiales radiactivos

de desecho es uno de los problemas constantes

que se tienen en relacioacuten con las plantas de energiacutea

nuclear

63

11 BOMBA ATOacuteMICA

Todos sabemos los desastres que pue-

den causar la detonacioacuten de una bomba

nuclear

Aquiacute presentamos la explicacioacuten teoacuterica

y coacutemo se pone en praacutectica

COacuteMO FUNCIONA UNA BOMBA NUCLEAR EN LA

TEORIacuteA

El 16 de Julio de 1945 estalloacute la primera bomba

atoacutemica en el campo de pruebas de Trinity cerca

de aacutelamo Gordo (Nuevo Meacutejico) Desde ese pre-

64

ciso instante la historia de la humanidad ha pasado

a una nueva era la era nuclear

Nunca hasta entonces se habiacutean tenido los cono-

cimientos necesarios como para saber que la masa

puede convertirse en grandes cantidades de ener-

giacutea y coacutemo podiacutea realizarse ese proceso hasta

entonces reservado tan soacutelo a las estrellas

La famosa foacutermula de Einstein E = mc2 ha pasa-

do ya ha formar parte de la cultura popular auacuten sin

que en realidad se llegue a saber que implica

Donde E es energiacutea m masa y c la velocidad de la

luz (constante) En esta ecuacioacuten se expresa la

relacioacuten de equivalencia entre masa y energiacutea Por

ejemplo haciendo algunas cuentas se ve que con

un gramo de uranio si se convirtiese totalmente

en energiacutea se obtendriacutean 25 millones de Kw

Aplicado como una bomba nuclear basta decir

que para asolar Hiroshima soacutelo se convirtioacute un

65

gramo de masa (aunque toda la bomba como me-

canismo pesara cuatro toneladas) su potencia fue

de 125 kilotones es decir para igualar su potencia

seriacutean 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 combustibles

de fisioacuten Cuando en un espacio se reuacutene la sufi-

ciente cantidad de materia (denominada masa criacute-

tica) se produce una reaccioacuten en cadena espontaacute-

nea esto es el nuacutecleo de los aacutetomos del material

se divide liberando energiacutea y varios neutrones

raacutepidos que provocan que otros nuacutecleos tam-

bieacuten se dividan y liberen maacutes energiacutea y neutrones

Este proceso se denomina fisioacuten nuclear Sin em-

bargo si la densidad no es suficiente la energiacutea

liberada hace que el material se expanda y se de-

tenga el proceso Para evitar que se pare la reac-

cioacuten se recurre a una materia muy densa de por siacute

(isoacutetopos del uranio y plutonio) que ademaacutes se

comprime de manera muy raacutepida para lograr una

66

altiacutesima densidad que permite que los neutrones

raacutepidos choquen antes con otros nuacutecleos y se

produzcan antes el mayor nuacutemero 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 maacutes energiacutea Para una

explosioacuten de 100 kilotones son necesarias 58 ge-

neraciones las 7 uacuteltimas generan el 999 de la

energiacutea en periodo cortiacutesimo de tiempo Tambieacuten

puede liberarse energiacutea con la fusioacuten en este pro-

ceso los nuacutecleos se unen en vez de separarse pero

se requieren altiacutesimas temperaturas (del orden de

millones de grados) para que este proceso se lleve

a cabo Para esta reaccioacuten se usan aacutetomos ligeros

(maacutes faacuteciles de unir) generalmente hidroacutegeno o

sus isoacutetopos (deuterio y tritio) Para unir dos aacuteto-

mos basta con hacerlos chocar Los protones de

cada aacutetomo 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

67

fusioacuten deben comprimirse fuertemente los nuacute-

cleos y una vez hecho soacutelo podraacuten continuar uni-

dos si pierden un equivalente de la energiacutea que les

hizo apretarse En el caso de usar deuterio y tritio

se libera violentamente un neutroacuten Esta energiacutea

liberada es la que forma una bomba de fusioacuten

tambieacuten denominada bomba H

COMO FUNCIONA UNA BOMBA ATO-MICA EN LA PRACTICA

Sea cual fuere el sistema de funcionamiento de

una bomba nuclear (fusioacuten o fisioacuten) una cantidad

de masa se convierte en energiacutea la potencia soacutelo

depende de la capacidad de la ingenieriacutea para con-

vertir maacutes masa antes de que la reaccioacuten disperse

las moleacuteculas en teoriacutea la potencia es por tanto

ilimitada

Una bomba nuclear consiste baacutesicamente en una

esfera hueca de plutonio que no es lo suficiente-

68

mente densa como para producir una reaccioacuten 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 explosioacuten se disparan los detonado-

res que hacen que el material explosivo estalle de

la manera lo maacutes regular posible para que enviacutee

una onda de choque esfeacuterica hacia el plutonio

Cuando eacutesta impacta contra eacutel lo comprime y re-

duce su volumen empujaacutendolo hacia el centro de

la esfera hasta que alcanza una densidad suficiente

(supercriacutetica) y se dispara el iniciador de neutrones

para comenzar la reaccioacuten en cadena que da lugar

a la explosioacuten nuclear

Las bombas termonucleares de fusioacuten o H nece-

sitan de una gran temperatura para que se puedan

unir los nuacutecleos esto se consigue en el interior de

una explosioacuten de fisioacuten que es el comienzo de

toda bomba H

69

Una vez acabada la reaccioacuten de fusioacuten nos encon-

traremos con una esfera expandida con una tem-

peratura de millones de grados en la que existen

los productos de la fusioacuten (litio e isoacutetopos del

hidroacutegeno) Tal es su velocidad que pueden fun-

dirse unos con otros dando lugar a la reaccioacuten de

fusioacuten Esta reaccioacuten genera maacutes energiacutea que la

anterior y libera gran cantidad de partiacuteculas nu-

cleares pero no es una reaccioacuten en cadena ya que

el propio calor que genera hace que las partiacuteculas

se separen y se expandan en forma de una esfera

de plasma con una temperatura que tan soacutelo expe-

rimenta el universo de manera natural en las estre-

llas En nuestro sol por ejemplo ocurren la fusioacuten

nuclear de hidroacutegeno y helio Pero antes de que la

reaccioacuten se extinga los neutrones generados por

las detonaciones anteriores provocan de nuevo

una reaccioacuten de fusioacuten sobre una camisa de U-

238 pero esta vez mucho mayor que las anterio-

res La potencia de una bomba termonuclear care-

ce de liacutemite una bomba como la de Hiroshima de

70

125 kilotones (un kilotoacuten equivale a 1000 tonela-

das de TNT) se considera dentro de los arsenales

modernos como pequentildea siendo las de un mega-

toacuten (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 la

Segunda Guerra Mundial

Para la construccioacuten de una bomba nuclear nor-

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

primero no forma parte de la reaccioacuten nuclear

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

nera espontaacutenea emitiendo neutrones que son

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

duzca de manera accidental la reaccioacuten en cadena

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

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

cioacuten 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

71

reactores nucleares a partir del U-238

La desintegracioacuten del uranio en la reaccioacuten en

cadena se produce de manera espontaacutenea para una

masa de 50 Kg si eacuteste elemento es puro El pluto-

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

da reaccioacuten en cadena de modo que se mezcla de

berilo y polonio dando como resultado un pro-

ducto que aunque no es fisionable por si solo una

pequentildea cantidad actuacutea como catalizador para las

grandes reacciones Asiacute bastan 16 Kg de PU-239

para obtener la masa supercriacutetica y 10 Kg si se

mezcla con U-238

El U-235 es muy difiacutecil de extraer por encontrarse

en la naturaleza muy mezclado con otros com-

puestos Asiacute por cada 25000 toneladas de mineral

de uranio bruto soacutelo se obtienen 50 toneladas de

uranio del que el 993 es U-235 y el resto el

rariacutesimo isoacutetopo U-238 ambos soacutelo se pueden

separar de manera mecaacutenica gracias a la leviacutesima

72

diferencia de peso entre ambos Asiacute el uranio se

mezcla en forma gaseosa con fluor (hexafluoriacutedri-

co) que es impulsado a baja presioacuten hacieacutendolo

pasar por unas caacutemaras que aumentan la concen-

tracioacuten de uranio sensiblemente tras cientos de

pasadas Para una central nuclear la pureza ha de

ser del 2 y para una bomba (teoacutericamente) el

95

Para separar el isoacutetopo se recurre a la centrifuga-

cioacuten del gas siendo el maacutes pesado U-238 despedi-

do hacia el exterior con maacutes fuerza Para obtener

otra vez el uranio separado del gas se recurre a la

separacioacuten magneacutetica

MECANISMOS QUE SUELEN COMPONER UNA

BOMBA NUCLEAR

Los mecanismos que suelen componer una bom-

ba nuclear son los siguientes

73

ALTIacuteMETRO No suele usarse el baromeacutetrico

por verse afectado por las condiciones atmosfeacuteri-

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 seguacuten el tiempo transcu-

rrido en el recorrido puede saberse la altura sin

necesidad de complicar maacutes el sistema para dar

una precisioacuten que en realidad no es importante (2

o 3 m de diferencia no son apreciables maacutes que

en minibombas bastante menores que las de

Hiroshima) siendo la altura normal de detonacioacuten

la de 2000 m

En la praacutectica 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 electroacute-

nicamente para obtener la diferencia de ambas

que es proporcional a la altura Los pulsos suelen

emitirse 120 veces por segundo y alcanzan un

74

rango de 3000 m sobre la tierra y 6000 m sobre

el mar (la reflexioacuten es alliacute mejor) siendo su error

de hasta 15 m

CABEZA DETONADORA Como ya se dijo

estaacute compuesta de una carga explosiva muy bien

calibrada que a la orden del altiacutemetro detona

produciendo una onda de choque uniforme sobre

el elemento radioactivo comprimieacutendolo hasta

alcanzar la masa supercriacutetica

Compantildeiacuteas privadas producen camisas explosivas

que modificadas pueden ser usadas para la fabri-

cacioacuten del objeto que nos ocupa La cantidad de

presioacuten necesaria a aplicar es un secreto por razo-

nes de seguridad aunque se sabe que los explosi-

vos plaacutesticos son ideales sobre todo por su malea-

bilidad y facilidad de manejo

El detonador variacutea si es combustible es uranio o

plutonio

75

DETONADOR DE URANIO La masa total se

divide en dos partes una mayor de forma semies-

feacuterica y coacutencava que se acopla perfectamente con

la otra maacutes pequentildea Como es de suponer ambas

se encuentran separadas hasta el momento de la

detonacioacuten en el que una explosioacuten convencional

dispara la parte pequentildea que impacta contra la

mayor para lograr en un instante la masa supercriacute-

tica

DETONADOR DE PLUTONIO Necesita

una precisioacuten de ingenieriacutea mucho mayor que la

anterior ya que estaacute compuesta de 32 secciones de

plutonio-berilio-polonio todas de igual forma y

posicioacuten distribuidas conceacutentricamente El aspecto

final es parecido al de un baloacuten de fuacutetbol Todas

han de cerrarse simeacutetricamente en una diezmillo-

neacutesima de segundo para conseguir la detonacioacuten

DEFLECTOR DE NEUTRONES Suele ser

U-238 Su funcioacuten es la que ya se explicoacute evitar

76

una reaccioacuten accidental ademaacutes refleja las partiacutecu-

las de vuelta cuando se alcanza la masa supercriacuteti-

ca

ESCUDO PROTECTOR Recibe otros nom-

bres pero su funcioacuten es siempre la de proteger de

la radiacioacuten natural tanto al personal que la maneja

como a los circuitos de la bomba que pueden su-

frir cortocircuitos o puestas en funcionamiento

accidentales

SISTEMA DE ARMADO Es otro sistema maacutes

de seguridad consistente en quitar una parte im-

prescindible de la bomba para evitar detonaciones

accidentales de modo que soacutelo cuando estaacute

proacuteximo su lanzamiento se inserta esta parte Una

analogiacutea seriacutea como si al aparcar nuestro coche le

quitaacuteramos el volante o una bujiacutea asiacute estariacuteamos

seguros de que no nos lo roban porque sin estas

partes el coche no funciona

77

12 EFECTOS DE UNA EXPLOSIOacuteN NUCLEAR

Tenemos frescas en nuestra memo-

ria las imaacutegenes que nos mostroacute la

televisioacuten cuando se produjo el ac-

cidente de Chernobyl

Aquiacute explicamos todas las conse-

cuencias de una detonacioacuten 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

78

bull Radiacioacuten nuclear inicial la altiacutesima

temperatura y la elevada presioacuten que se

genera en el interior de la explosioacuten emi-

ten radiacioacuten en todas las direcciones Esta

se compone de rayos alfa beta y gamma

que son una forma de radiacioacuten electro-

magneacutetica de alta energiacutea que puede causar

la muerte sin que el individuo se de cuenta

de que ha sido irradiado Una explosioacuten de

un megatoacuten (de tamantildeo estaacutendar) matariacutea

a todo ser humano en 15 Km a la redonda

que se encontrase al aire libre

Las partiacuteculas alfa son ideacutenticas a un nuacutecleo de

helio son las que mas larga vida tienen unos mil

antildeos pero su poder de penetracioacuten 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 radiacioacuten Con 45 cm de tierra se

consigue reducir la radiacioacuten veinte veces

Las partiacuteculas beta penetran maacutes siendo suficiente

79

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

to la radiacioacuten (una pared moderna ya espesa se

compone de 1 pie de ladrillo maacutes caacutemara maacutes

aislante maacutes ladrillo hueco y yeso que suele que-

darse en los 37 cm)

Los de maacutes poder de penetracioacuten son las gamma

y por tanto los maacutes peligrosos ya son los que se

introducen en los refugios nucleares auacuten con

grandes espesores de hormigoacuten La uacutenica protec-

cioacuten eficaz es la de interponer grandes masas de

material mejor cuanto maacutes denso siendo el ideal

el plomo ya que pasa por los materiales como la

luz por una tela si esta es maacutes densa mayor canti-

dad de chocaraacute con ella y no la traspasaraacute Para

reducir la dosis a un veinteavo se precisan 30 cm

de hormigoacuten armado

bull Pulso electromagneacutetico La intensa acti-

vidad de los rayos gamma genera mediante

induccioacuten una corriente de alto voltaje so-

80

bre antenas viacuteas feacuterreas tuberiacuteas que des-

truye todas las instalaciones eleacutectricas de

una amplia zona si la explosioacuten se efectuacutea

a gran altura Una detonacioacuten de muchos

kilotones a 200 km sobre Omaha (Ne-

brasca) destruiriacutea todos los circuitos eleacutec-

tricos integrados de toda Norteameacuterica y

parte de Meacutejico y Canadaacute Ante el riesgo

de una detonacioacuten nuclear es conveniente

alejarse de liacuteneas eleacutectricas y viacutea feacuterreas ya

que la corriente inducida puede electrocu-

tarnos

bull Pulso teacutermico al expandirse la bola de

fuego el aire circundante absorbe energiacutea

en forma de rayos X y la irradia en forma

de una luz cegadora y un intensiacutesimo ca-

lor Una bomba de 20 Megatones produci-

riacutea una intensa luz durante 20 segundos y

causariacutea quemaduras de segundo grado a

81

cualquier persona expuesta a 45 Km de

distancia

bull Onda de choque La raacutepida expansioacuten de

la bola de fuego genera una onda de cho-

que como cualquier explosioacuten pero de

una potencia muy superior ya que puede

aplastar o barrer edificios dantildeaacutendolos muy

seriamente o destruyeacutendolos por comple-

to ya que maacutes que empujar por su dura-

cioacuten lo que hace es estrujar Una bomba

de 20 megatones no dejariacutea en un radio de

20 Km maacutes que escombros soacutelo se salva-

riacutean las cimentaciones y construcciones

enterradas

bull Primera lluvia radioactiva o lluvia ra-

diactiva local una explosioacuten de 20 mega-

tones aras de suelo produciriacutea un craacuteter de

183 m de profundidad la elevada tempe-

82

ratura vaporiza todo lo que se encuentra

dentro de la bola de fuego todo se funde

con los materiales radiactivos de la fisioacuten o

fusioacuten y se eleva con el hongo para luego

precipitar en forma de finas cenizas Esto

ocurriraacute durante las 24 h siguientes a la

explosioacuten y afectaraacute a una regioacuten maacutes o

menos amplia para una misma potencia

seguacuten la climatologiacutea El fenoacutemeno se am-

pliacutea considerablemente si la detonacioacuten se

produce cerca del suelo La energiacutea 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 maacutes destructivos los deno-

minados secundarios como incendios en masa

que acabariacutean con los pocos supervivientes y ma-

tariacutean a maacutes que el pulso teacutermico y la onda de

choque

83

Ademaacutes en caso de que se lanzaran muchas

bombas nucleares sus efectos secundarios seriacutean

mucho maacutes 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 10000 mega-

tones miacutenimos para considerar un holocausto

como tal

bull El primero de estos efectos es que la ra-

dioactividad liberada en caso de holocaus-

to penetrariacutea en todos y cada uno de los

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

Mientras que en dosis altas (seguacuten la espe-

cie) produciriacutea la muerte en otras maacutes ba-

jas los efectos seriacutean de lo maacutes variados

(mutaciones esterilidad)

bull El segundo seriacutea que los materiales im-

pulsados por las detonaciones se elevariacutean

hasta la troposfera donde ocultariacutean la luz

84

del sol durante meses o antildeos haciendo ba-

jar la temperatura de la tierra y alterando la

fotosiacutentesis de los vegetales y el plancton

marino seriacutea el famoso invierno nuclear

Ademaacutes estos materiales radiactivos iriacutean

cayendo durante meses o antildeos convirtieacuten-

dose en una lluvia radiactiva global que

auacuten con menos dosis radiactiva que una

lluvia provocada por una bomba seriacutea

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

antildeos Ese 5 de energiacutea liberada por la

lluvia radiactividad en una bomba es poco

pero en los 10000 megatones de un holo-

causto suponen ya 500 megatones que iraacuten

estallando durante miles de antildeos des-

pueacutes de la cataacutestrofe

85

bull El tercero seriacutea una reduccioacuten en la capa

de ozono producida por el oacutexido de nitroacute-

geno generado por las bolas de fuego de

modo que la radiacioacuten solar que llegase a

la tierra seriacutea mortal Un 70 del ozono

desapareceriacutea en el hemisferio norte y un

40 en el sur siendo necesarios treinta

antildeos para recuperar su estado normal

86

Ejercicios 12

MODELO DE RESOLUCIOacuteN

La distribucioacuten de los electrones de un aacutetomo

en sus niveles y subniveles se puede representar en

forma abreviada de la siguiente manera

a) Un coeficiente que indica el nuacutemero del nivel

de energiacutea (n)

b) Una letra que corresponde al subnivel

c) Un supraiacutendice que sentildeala el nuacutemero de elec-

trones que hay en el subnivel

1H = 1s1

3Li = 1s2 2s1

En razoacuten del entrecruzamiento de subniveles

el orden en que se van completando los subniveles

por energiacutea creciente es el siguiente

87

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

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

5d 6p 7s 5f 6d

7p

Para visualizar la distribucioacuten de los electrones

en orbitales se puede representar cada orbital por

un pequentildeo cuadrado dividido por una diagonal

y cada electroacuten mediante una flecha

Entonces el orbital puede estar

Vaciacuteo incompleto completo

(1 electroacuten) (2 electrones)

En caso del orbital completo las flechas tienen

sentido contrario para indicar que los electrones

presentan spin contrario

El llenado de los orbitales por los electrones

se realiza a partir de los niveles y subniveles en

88

orden creciente de energiacutea Cada nuevo electroacuten se

incorpora a un orbital vaciacuteo

De ese modo los elementos quedan represen-

tados asiacute

1H =

1s

3Li =

1s 2s

7N =

1s 2s 2p

89

Ejercicios 121

1) Un aacutetomo de foacutesforo tiene 15 protones y 16

neutrones Indicaacute cuaacutel es su

a) nuacutemero atoacutemico (Z) b) nuacutemero

de masa (A)

2) Un aacutetomo de potasio tiene Z =19 y A = 39

Indicaacute su nuacutemero de

a) protones b) electrones

c) neutrones

3) Completaacute los datos que faltan en el siguiente

cuadro

90

ELE-

MEN-

TO

NUacute-

MERO

ATOacute-

MICO

NUacute-

MERO

DE

MASA

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) Sentildealaacute el nombre y siacutembolo de los elementos

cuyas configuraciones electroacutenicas 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) Escribiacute la configuracioacuten electroacutenica de los

siguientes elementos

91

a) Na2311 = c) O16

8 =

b) Cl3517 = d) C12

6 =

6) De acuerdo con la siguiente representacioacuten de

los electrones en orbitales indicaacute a queacute ele-

mentos corresponden

a)

b)

c)

d)

7) Representaacute la distribucioacuten de los electrones en

orbitales de los elementos

a) 7N= c) 18Ar =

b) 15AI = d) 19K =

92

Hoja de respuestas121

1) a) 15 b) 31 2) a) 19 b) 19 c) 20

3)

ELE-

MEN-

TO

NUacuteME-

RO

ATOacute-

MICO

NUacute-

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)Argoacuten Ar

d)Escandio Sc

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

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)middot

94

Ejercicios 1211

Modelo de resolucioacuten

El nuacutemero de oxidacioacuten se asigna seguacuten las si-

guientes reglas

1) El nuacutemero de oxidacioacuten de los elementos en la

sustancia simple es cero

Ejemplo Cu0 02Cl

2) El nuacutemero de oxidacioacuten del oxiacutegeno es 2

excepto en las sustancias como el agua oxige-

nada Ejemplo H2

2Ominus

3) El nuacutemero de oxidacioacuten del hidroacutegeno es +1

excepto en las sustancias donde estaacute combina-

do con los metales Ejemplo 1

H+

2O

4) El nuacutemero de oxidacioacuten de un ion monoatoacute-

mico es igual a la carga del ion Ejemplo Ca2-

Cl-

95

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

braica de los nuacutemeros de oxidacioacuten de todos

los aacutetomos debe ser cero Ejemplo 1

H+

2

2Ominus

there42(+1) + (-2) = 0

6) En los iones que tienen maacutes de un aacutetomo la

suma algebraica de los nuacutemeros de oxidacioacuten

de todos los aacutetomos es igual a la carga del ion

El nuacutemero de oxidacioacuten se escribe colocando primero el signo y luego el nuacutemero

Ejemplo el nuacutemero de oxidacioacuten del aluminio es +3

1) Calculaacute los nuacutemeros de oxidacioacuten en la moleacute-

cula de dioacutexido de azufre (SO2)

Datos SO2 nuacutemero de oxidacioacuten del O2

es 2

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de S

Resolucioacuten Cada aacutetomo de oxiacutegeno tiene

nuacutemero de oxidacioacuten 2 por lo tanto el nuacute-

mero de oxidacioacuten del azufre es +4 porque

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

96

2) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten del azufre en

el aacutecido sulfuacuterico (H2SO4)

Datos H2SO2 nuacutemero de oxidacioacuten del

O2 es 2 nuacutemero de oxidacioacuten de H es -1

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de S

Resolucioacuten Se debe cumplir que la suma al-gebraica de todos los nuacutemeros de oxidacioacuten sea cero

4(-2) + 21 + x = 0

-8 + 2 + x = 0

x = 6

Respuesta el nuacutemero de oxidacioacuten del azufre

en el aacutecido sulfuacuterico es +6

3) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten del nitroacutegeno

en el nitrato de sodio (NaNO3)

Datos NaNO3 nuacutemero de oxidacioacuten del

O2 es 2

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de N

97

Resolucioacuten El nuacutemero de oxidacioacuten del

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

ga eleacutectrica positiva

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

1 6 + x = 0

x = 5

Respuesta el nuacutemero de oxidacioacuten del nitroacute-

geno en el nitrato de sodio es +5

4) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten del azufre en

el ion sulfato (S 24Ominus )

Datos S 24Ominus nuacutemero de oxidacioacuten del O2

es 2

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de S

Resolucioacuten La suma de los nuacutemeros de

oxidacioacuten es igual a 2 porque el ion sulfato

tiene dos cargas negativas (2-)

x + 4(-2) = -2

x 8 = -2

x = 6

98

Respuesta El nuacutemero de oxidacioacuten del azu-

fre en el ion sulfato es +6

99

Ejercicios 1212

1) Dibujaacute los siacutembolos de Lewis para los aacutetomos

de

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

2) iquestCoacutemo adquiere la distribucioacuten electroacutenica del

ineacutertido maacutes cercano cada uno de los siguien-

tes aacutetomos

a) K b)

F c)

S d) Mg e)

Br

3) Escribiacute las ecuaciones ioacutenicas la foacutermula elec-

troacutenica y la foacutermula miacutenima del compuesto

ioacutenico formado por

a) K y Br (bromuro de potasio)

b) Ca y O (oacutexido de calcio)

4) Marcaacute con una X las propiedades correspon-

dientes a las sustancias que presentan uniones

ioacutenicas

100

a) Son soacutelidas y tienen bajo punto de fusioacuten ( )

b) Conducen la corriente eleacutectrica fundidas o di-

sueltas en agua ( )

c) Tienen brillo metaacutelico ( )

d) Forman cristales duros y quebradizos solubles

en agua ( )

e) No conducen la corriente eleacutectrica ( )

5) Explicaacute coacutemo se unen dos aacutetomos de bromo

para formar la moleacutecula Br2 y escribiacute su

foacutermula electroacutenica y su foacutermula desarrollada

6) La foacutermula del monoacutexido de dicloro es Cl2O

a) Indicaacute queacute tipo de unioacuten existe entre el cloro y

el oxiacutegeno

b) Escribiacute su foacutermula electroacutenica y su foacutermula

desarrollada

7) El azufre y el oxiacutegeno forman dos oacutexidos

importantes el dioacutexido de azufre (SO2) y el

101

trioacutexido de azufre (SO3) Para el trioacutexido de

azufre

a) Indicaacute queacute tipo de unioacuten existe entre el azufre

y los tres aacutetomos de oxiacutegeno

b) Escribiacute la foacutermula electroacutenica

c) Escribiacute la foacutermula desarrollada

8) Marcaacute 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

liacutequidas o soacutelidas ( )

c) Son duacutectiles y maleables ( )

d) No forman moleacuteculas son agregados de

iones ( )

e) No son buenas conductoras de la corriente

eleacutectrica ( )

102

9) Coloque en el pareacutentesis UCP si la unioacuten es

covalente polar y UCNP si es covalento no

polar en cada una de las siguientes sustancias

a) cloruro de hidroacutegeno HCl ( )

b) Hidroacutegeno H2 ( )

c) yodo l2 ( )

10) Escribiacute la foacutermula electroacutenica y la foacutermula

desarrollada de cada una de las sustancias

mencionadas en el ejercicio 9

11) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten

a) del azufre (S)en el dioacutexido de azufre (SO2) en

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

sodio (Na2S)

b) del nitroacutegeno (N) en el dioacutexido de nitroacutegeno

(NO2) en el aacutecido niacutetrico (HNO3) y en el ni-

trato de potasio (KNO3)

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

can en el concepto de unioacuten metaacutelica

103

a) Tienen bajo punto de fusioacuten y de

ebullicioacuten ( )

b) Tienen brillo metaacutelico ( )

c) Conducen la corriente eleacutectrica sin

alterarse ( )

d) En estado soacutelido son malos conductores de la

corriente eleacutectrica ( )

e) Forman hilos y laacuteminas delgadas ( )

104

Hoja de respuestas 1212

1) a) He b) Al c)

Si d)

Ar e)

N

2) a) cede un electroacuten d) cede electrones c)

gana dos electrones b) y e) gana un electroacuten

3) a) Ecuaciones ioacutenicas

K K1+ + 1 e

Br + 1 e Br1-

K1+ + Br- KBr

Foacutermula electroacutenica K1+minus

1

Br

Foacutermula miacutenima KBr

b) Ecuaciones ioacutenicas

Ca Ca 2+ + 2 e

O + 2 e O2-

Ca2+ + O2- CaO

Foacutermula electroacutenica Ca2+ minus

2

O

105

Foacutermula miacutenima CaO

4) b y d

5) se unen compartiendo un par de electrones

6) a) unioacuten covalente

b) foacutermula electroacutenica

Cl

O

Cl

foacutermula desarrollada Cl O Cl

7) a) una unioacuten covalente doble entre el azufre y

uno de los aacutetomos de oxiacutegeno dos uniones cova-

lentes coordinadas con los otros dos aacutetomos de

oxiacutegeno

b) Foacutermula electroacutenica

Foacutermula desarrollada

106

8) a b y e

9) a) UCP y c) UCNP

10) Foacutermula electroacutenica Foacutermula desarrollada

a) H

Cl H Cl

b) HH H H

c)

I

I l I

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

12) b c y e

  • RADIACTIVIDAD
    • IacuteNDICE
      • 1 RADIACTIVIDAD NATURAL
      • 2 RELACIOacuteN ENTRE LA LEY DE LAVOISIER Y LA DE EINSTEIN
      • 3 INTERACCIONES ENTRE AacuteTOMOS Y ONDAS
      • 4 PODER DE PENETRACIOacuteN DE LA RADIACIOacuteN
      • 5 VIDA MEDIA
      • 6 RADIACTIVIDAD ARTIFICIAL
      • 7 USOS DE LOS RADIOISOacuteTOPOS
      • 8 MEDICINA NUCLEAR
      • 9 FECHADO POR MEDIO DE RADIOISOacuteTOPOS
      • 10 PLANTAS DE ENERGIacuteA NUCLEAR
      • 11 BOMBA ATOacuteMICA
      • 12 EFECTOS DE UNA EXPLOSIOacuteN NUCLEAR
        • Ejercicios 12
        • Ejercicios 121
        • Hoja de respuestas121
        • Ejercicios 1211
        • Ejercicios 1212
        • Hoja de respuestas 1212

17

Alrededor de 1920 Borh propone que los

electrones giran alrededor del nuacutecleo en oacuterbi-

tas circulares donde cada oacuterbita corresponde a

un nivel de energiacutea diferente

Antildeos maacutes tarde De Broglie postula el

principio de dualidad en donde el electroacuten se

comporta como una onda y partiacutecula Como

consecuencia solo se puede encontrar al elec-

troacuten en un aacuterea determinada llamada nivel de

energiacutea ya que no se puede conocer la veloci-

dad y posicioacuten al mismo tiempo( a este fenoacute-

meno se lo denomina principio de incerti-

dumbre de Heisenberg) Esto produce el desa-

rrollo de la mecaacutenica cuaacutentica

Radiactividad

En 1896 Becquerel descubre una propiedad

nueva de la materia a la que posteriormente Marie

Curie llamoacute Radiactividad

18

La radiactividad no depende de la naturaleza

fiacutesica o quiacutemica del aacutetomo sino que es una propie-

dad del nuacutecleoLa causa que los origina probable-

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

tiacuteculas que se encuentran en el nuacutecleo

En general los nuacutecleos de aacutetomos pesados

presentan cierta inestabilidad para lo cual emiten

radiacioacuten para alcanzar estados de equilibrio

Dichas radiaciones podemos dividirlas en

Desintegraciones alfa desintegraciones beta y

desintegraciones gamma

Desintegraciones alfa Cuando el nuacutecleo

atoacutemico es inestable a causa del gran nuacutemero

de protones que posee (ocurre en los elemen-

tos maacutes pesados es decir con Z = 83 o supe-

rior) la estabilidad es alcanzada con frecuen-

cia emitiendo una partiacutecula alfa es decir un

19

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

tones y dos neutrones

Desintegraciones beta Cuando la rela-

cioacuten de neutrones protones en un nuacutecleo

atoacutemico es elevada el nuacutecleo se estabiliza emi-

tiendo un neutroacuten o bien como ocurre con

frecuencia emitiendo una partiacutecula beta es

decir un electroacuten

Desintegraciones gamma Los rayos

gamma son ondas electromagneacuteticas de gran

energiacutea muy parecidos a los rayos X y en cier-

tas ocasiones se presentan cuando ocurre una

desintegracioacuten de partiacuteculas beta o bien una

emisioacuten de positrones Por lo tanto la radia-

cioacuten gamma no posee carga eleacutectrica y su na-

turaleza ondulatoria permite describir su ener-

giacutea en relacioacuten a su frecuencia de emisioacuten

20

INTERACCIOacuteN DE LAS RADIACIONES CON LA

MATERIA

La radiacioacuten al chocar con las moleacuteculas que

encuentra a su paso produce iones esto se debe a

que excita los electrones de los aacutetomos de las mo-

leacuteculas es decir les entrega energiacutea para que pasen

a oacuterbitas superiores

bull Radiaciones alfa (α) compuesta por dos

protones y dos neutrones de bajo poder

de penetracioacuten y alta capacidad de ioniza-

cioacuten Se mueve en liacutenea recta debido a su

gran cantidad de masa

21

bull Radiaciones beta (β) formada por elec-

trones de carga negativa su masa es pe-

quentildea por lo tanto es propensa a cambiar

de trayectoria bajo poder de penetracioacuten y

bajo poder de ionizacioacuten Al acercarse a un

nuacutecleo se frena la energiacutea que pierde en el

frenado la libera como rayos X Si una par-

tiacutecula beta choca con un positroacuten (electroacuten

negativo) se aniquila y emite un rayo

gamma

bull Radiaciones gamma (γ) son las de ma-

yor energiacutea no tiene carga eleacutectrica por lo

22

tanto no desviacutean sus trayectorias frente a

campos eleacutectricos tienen un alto poder de

penetracioacuten y un alto poder de ionizacioacuten

Pueden llegar a extraer electrones de los

aacutetomos los cuales a su vez ionizan otras

moleacuteculas

Neutrones no poseen carga eleacutectrica tienen

un alto poder de penetracioacuten Al chocar contra un

aacutetomo ceden parte de su energiacutea y se frenan Los

neutrones de baja velocidad se denominan neu-

trones teacutermicos los cuales se descomponen en un

electroacuten y un protoacuten o pueden ser absorbidos por

otros nuacutecleos atoacutemicos

23

4 PODER DE PENETRACIOacuteN DE LA RADIACIOacuteN

La radiacioacuten es uno de los efectos

maacutes peligrosos de la energiacutea nuclear

No todas las partiacuteculas emitidas

tienen la misma posibilidad de atrave-

sar los elementos

Los materiales radiactivos pueden ser peligro-

sos porque la radiacioacuten que se emite puede dantildear

los tejidos vivos La capacidad para inflingir dantildeos

depende en parte del poder de la radiacioacuten para

penetrar en los tejidos

24

En condiciones de igualdad por lo demaacutes

cuanto mayor es la masa de una partiacutecula menor

es su poder de penetracioacuten Las partiacuteculas alfa

que son nuacutecleos de helio con una masa de 4 uma

constituyen el menos penetrante de los tres tipos

principales de radiactividadLas partiacuteculas beta

ideacutenticas a los electrones cuya masa es insignifi-

cante son un poco maacutes penetrantes Los rayos

gamma como los rayos X carecen totalmente de

masa su poder de penetracioacuten es mucho mayor

que el de los otros dos tipos

Puede parecer contrario al sentido comuacuten

pensar que las partiacuteculas maacutes grandes se abren

camino con maacutes dificultad Consideraacute sin embar-

go que el poder de penetracioacuten refleja la capaci-

dad de la radiacioacuten para abrirse camino a traveacutes

de una muestra de materia Es como si trataras de

hacer rodar piedras por un campo de grandes ro-

cas La partiacutecula alfa se comporta como si fuese

una roca grande Debido a su tamantildeo no puede

25

avanzar mucho sin chocarse con otras rocas y ser

detenida por ellas La partiacutecula beta se comporta

como una piedra pequentildea que puede introducirse

entre las rocas y quizaacute hasta rebotar en ellas hasta

completar un recorrido maacutes largo El rayo gamma

es comparable a un grano de arena capaz de pasar

por las aberturas maacutes pequentildeas

Al principio de esta explicacioacuten dijimos que si

todo lo demaacutes es igual asiacute es como funcionan las

cosas Pero lo demaacutes no siempre es igual Cuanto

maacutes raacutepido se mueve una partiacutecula o maacutes energiacutea

tiene la radiacioacuten mayor es su poder de penetra-

cioacuten

Si la sustancia radiactiva estaacute afuera del cuer-

po las partiacuteculas alfa de poco poder de penetra-

cioacuten son las menos peligrosas pues las detiene la

capa externa de la piel Tambieacuten las partiacuteculas beta

se detienen normalmente antes de alcanzar oacuterga-

nos vitales Los rayos gamma atraviesan sin difi-

26

cultad los tejidos asiacute que una fuente externa de los

mismos puede ser muy peligrosa En cambio

cuando la fuente radiactiva estaacute adentro del cuerpo

la situacioacuten se invierte Las partiacuteculas alfa que no

penetran pueden causar graves dantildeos Todas estas

partiacuteculas estaacuten atrapadas en el interior del cuerpo

el cual tiene entonces la posibilidad de absorber

toda la energiacutea que libera la partiacutecula Las partiacutecu-

las alfa infligen el dantildeo en un aacuterea muy pequentildea

porque no se desplazan muy lejos Las partiacuteculas

beta distribuyen el dantildeo en un aacuterea algo mayor

porque recorren distancias mayores Los tejidos se

pueden recuperar de un dantildeo limitado disperso en

un aacuterea grande pero es menos probable que so-

brevivan a una lesioacuten concentrada

Las personas que trabajan con materiales ra-

diactivos disponen de diversas formas de prote-

gerse contra ellos La maacutes simple consiste en ale-

jarse de la fuente porque la intensidad de la radia-

cioacuten disminuye con la distancia respecto a la fuen-

27

te Los trabajadores se pueden proteger tambieacuten

por medio de blindajes Una hoja de papel detiene

casi todas las partiacuteculas alfa Un bloque de madera

o una laacutemina delgada de aluminio detiene las par-

tiacuteculas beta

Pero se necesitan varios metros de concreto o

varios centiacutemetros de plomo para detener los ra-

yos gamma

28

5 VIDA MEDIA

Cuando hablamos de aacutetomos individuales

estamos trabajando con elementos que

apenas imaginamos

Para entender lo que pasa con la radia-

cioacuten debemos referirnos a un grupo maacutes

grande de partiacuteculas y trabajar con pro-

medios

Hasta aquiacute hemos estudiado la radiactividad en

relacioacuten con los aacutetomos individuales En el labora-

torio nos ocupamos en general con nuacutemeros muy

grandes de aacutetomos mucho mayores que el nuacuteme-

29

ro de habitantes de la tierra Si pudieacutesemos ver el

nuacutecleo de un aacutetomo individual podriacuteamos ver si

sufre o no desintegracioacuten radiactiva examinando

su composicioacuten Ciertas combinaciones de proto-

nes y neutrones son inestables Sin embargo lo

que no podriacuteamos determinar es cuando el aacutetomo

va a sufrir un cambio La radiactividad es un pro-

ceso aleatorio independiente en general de las

influencias externas

Cuando tenemos un nuacutemero grande de aacuteto-

mos el proceso de desintegracioacuten radiactiva se

hace maacutes predecible Podemos medir la vida me-

dia que es una propiedad caracteriacutestica de cada

radioisoacutetopo La vida media de un isoacutetopo radiac-

tivo es el periacuteodo durante el cual la mitad del nuacute-

mero original de aacutetomos sufre desintegracioacuten ra-

diactiva para formar un nuevo elemento Por

ejemplo supone que tuvieacutesemos 16 billones de

aacutetomos de tritio el isoacutetopo radiactivo de hidroacutege-

no La vida media del tritio es de 123 antildeos Esto

significa que al cabo de 123 antildeos se habraacuten desin-

30

tegrado 8 billones de aacutetomos de tritio y quedaraacuten

8 billones de aacutetomos Al cabo de otros 123 antildeos

se habraacute desintegrado la mitad de los 8 billones de

aacutetomos restantes Por tanto al cabo de dos vidas

medias quedaraacute una cuarta parte del nuacutemero ori-

ginal de aacutetomos de tritio Asiacute pues dos vidas me-

dias no hacen una entera

Podemos calcular la fraccioacuten restante del isoacute-

topo original al cabo de un nuacutemero dado de vidas

medias por medio de la relacioacuten

FRACCIOacuteN RESTANTE N21

=

Donde n es el nuacutemero de vidas medias trans-

curridas

31

6 RADIACTIVIDAD ARTIFICIAL

La radiactividad es un fenoacutemeno na-

tural y en esas condiciones poco

aprovechable

El hombre trabajoacute mucho para con-

trolarlo y hacer de este efecto algo

uacutetil Aunque como es muy habitual

en la humanidad las implementacio-

nes destructivas tambieacuten tuvieron

gran desarrollo

32

TRANSMUTACIOacuteN ARTIFICIAL

Las formas de radiactividad que se presentan

en la Naturaleza Se pueden inducir otras reaccio-

nes nucleares bombardeando nuacutecleos estables con

partiacuteculas alfa neutrones u otras partiacuteculas sub-

atoacutemicas Estas partiacuteculas si tienen suficiente

energiacutea penetran los nuacutecleos que antes eran esta-

bles e inducen alguna forma de emisioacuten radiacti-

va Al igual que la radiactividad natural este tipo

de cambio nuclear produce una transmutacioacuten un

elemento se transforma en otro Debido a que el

cambio no se habriacutea producido de manera natural

el proceso se conoce como transmutacioacuten artifi-

cial

Pocos antildeos despueacutes de su famoso experimen-

to de la laminilla de oro (bombardeo con radiacioacuten

alfa una lamina de oro y detectoacute en una lamina de

sulfuro de zinc la radiacioacuten emergente) Ernest

Rutherford estudioacute el bombardeo de diversos

elementos ligeros con partiacuteculas alfa Un experi-

33

mento de este tipo en el cual Rutherford bom-

bardeoacute nitroacutegeno dio por resultado la produccioacuten

de protones

N147 + He4

2 O178 + H1

1

(Recordaacute que el nuacutecleo de hidroacutegeno es un protoacuten

por eso usamos el siacutembolo alternativo H11 para el pro-

toacuten)

Observaacute que la suma de los nuacutemeros de nu-

cleones de la izquierda es igual a la suma de los

nuacutemeros de nucleones de la derecha Tambieacuten los

nuacutemeros atoacutemicos estaacuten balanceados

Rutherford habiacutea postulado en 1914 la exis-

tencia de protones en los nuacutecleos Un experimen-

to publicado en 1919 proporcionoacute la primera

comprobacioacuten empiacuterica de la existencia de estas

partiacuteculas fundamentales Ya antes Eugen Golds-

tein habiacutea producido protones en sus experimen-

34

tos con tubos de descarga en gas Goldstein obtu-

vo estas partiacuteculas a partir del hidroacutegeno gaseoso

contenido en el tubo por separacioacuten de un elec-

troacuten del aacutetomo de hidroacutegeno La trascendencia del

experimento de Rutherford consistioacute en que ob-

tuvo protones del nuacutecleo de un aacutetomo que no era

de hidroacutegeno con lo cual establecioacute la naturaleza

de los protones como partiacuteculas fundamentales Al

hablar de partiacuteculas fundamentales nos referimos a

las unidades baacutesicas a partir de las cuales se pue-

den formar estructuras maacutes complicadas (como el

nuacutecleo de nitroacutegeno) El experimento de Ruther-

ford constituyoacute la primera reaccioacuten nuclear indu-

cida

Durante la deacutecada de 1920 se llevaron a cabo

muchas transmutaciones artificiales En la deacutecada

de 1930 una de estas reacciones condujo al descu-

brimiento de otra partiacutecula fundamental En 1932

James Chadwick bombardeoacute berilio con partiacuteculas

alfa

35

Be94 + He4

2 C126 + n1

0 Entre los productos se encontraba el neutroacuten

RADIACTIVIDAD INDUCIDA

Las primeras reacciones nucleares produjeron

isoacutetopos que ya se conociacutean por estar presentes en

la Naturaleza Esto fue quizaacute fortuito porque era

inevitable que tarde o temprano se produjese un

nuacutecleo estable Iregravene Curie (hija de los ganadores

del premio Nobel de 1903) y su esposo Freacutedeacuteric

Joliot estudiaban el bombardeo de aluminio con

partiacuteculas alfa Se produciacutean neutrones y quedaba

como residuo un isoacutetopo de foacutesforo

Al2713 + He4

2 P3015 + n1

0

Para sorpresa de los investigadores el blanco

seguiacutea emitiendo partiacuteculas auacuten despueacutes de inte-

rrumpido el bombardeo El isoacutetopo de foacutesforo era

radiactivo y emitiacutea partiacuteculas cuya masa era igual a

36

la del electroacuten pero cuya carga era opuesta Estas

partiacuteculas se llaman positrones La reaccioacuten que

estaban observando era la siguiente

P3015 e0

1+ + Si3014

Asiacute pues surge una vez maacutes la pregunta iquestde doacuten-

de proviene esta partiacutecula si el nuacutecleo contiene

soacutelo protones y neutrones Anteriormente expli-

camos el hecho de que surgiese una partiacutecula beta

(un electroacuten) de un nuacutecleo afirmando que un neu-

troacuten se habiacutea descompuesto en un protoacuten y un

electroacuten Quizaacute un suceso similar puede explicar la

aparicioacuten de un positroacuten Considera que un pro-

toacuten del nuacutecleo se transforma en un neutroacuten y un

positroacuten (un protoacuten es ideacutentico a un nuacutecleo de

hidroacutegeno)

H11 e0

1+ + N10

Todo queda muy bien balanceado en esta

37

ecuacioacuten Al emitirse el positroacuten el nuacutecleo radiac-

tivo original tiene de pronto un protoacuten menos y

un neutroacuten maacutes que antes Por tanto la masa del

nuacutecleo producido es la misma pero su nuacutemero

atoacutemico se ha reducido en una unidad respecto al

nuacutecleo original Por este trabajo la pareja Joliot-

Curie se hizo acreedora al premio Nobel en 1935

(la pareja Joliot-Curie adoptoacute el apellido combina-

do para perpetuar el nombre de Curie Marie y

Pierre Curie tuvieron dos hijas pero ninguacuten hijo

varoacuten

38

7 USOS DE LOS RADIOISOacuteTOPOS

Muchas de las aplicaciones de la energiacutea

de la radiacioacuten se realizan a traveacutes de los

radioisoacutetopos

Gracias a ellos y a los detectores se evitan

grandes perdidas materiales y se ahorra

grandes esfuerzos

Los cientiacuteficos que trabajan en una amplia va-

riedad de campos emplean isoacutetopos radiactivos

(radioisoacutetopos) como rastreadores en sistemas

fiacutesicos quiacutemicos y bioloacutegicos Los isoacutetopos de un

elemento determinado sea radiactivo o no se

39

comportan de manera casi ideacutentica en los proce-

sos quiacutemicos y fiacutesicos En virtud de la facilidad

para detectar los isoacutetopos radiactivos es relativa-

mente faacutecil seguir sus movimientos incluso en un

sistema complicado

Como un ejemplo sencillo consideremos el

flujo de un liacutequido por una tuberiacutea Supongamos

que hay una fuga en una tuberiacutea enterrada bajo un

piso de concreto Podriacuteamos localizar la fuga le-

vantando partes extensas del piso o bien podriacutea-

mos agregar una pequentildea cantidad de material

radiactivo al liacutequido que va hacia el drenaje y ras-

trear el flujo de liacutequido con un contador Geiger

(un instrumento que detecta la radiactividad) Una

vez localizada la fuga soacutelo habriacutea que levantar una

parte pequentildea del piso para reparar la fuga Por lo

general se emplean para este propoacutesito isoacutetopos

de vida corta que desaparecen poco tiempo des-

pueacutes de realizar su funcioacuten

Anaacutelogamente podriacuteamos rastrear la incorpo-

racioacuten de foacutesforo en una planta verde La planta se

40

alimenta con un fertilizante que contiene foacutesforo

radiactivo Un meacutetodo sencillo de deteccioacuten con-

siste en colocar la planta sobre una peliacutecula foto-

graacutefica La radiacioacuten que emiten los isoacutetopos de

foacutesforo expone la peliacutecula en gran medida como

lo hace la luz Este tipo de exposicioacuten llamado

radiografiacutea muestra la distribucioacuten del foacutesforo en

la planta

Tambieacuten se da un buen uso a los rastreadores

radiactivos en la investigacioacuten agriacutecola Estos isoacute-

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 cuaacuteles son los mejores meacutetodos para

regular los insectos La mutacioacuten intencional de

plantas por irradiacioacuten ha producido nuevas y

mejores cepas de plantas de cultivo con valor co-

mercial desde raacutebanos hasta maniacute

Los radioisoacutetopos se emplean tambieacuten para

irradiar alimentos como meacutetodo de conservacioacuten

La radiacioacuten destruye los microorganismos que

41

causan la descomposicioacuten de los alimentos Los

alimentos irradiados muestran poco cambio en

cuanto a su saber o aspecto A muchas personas

les inquietan los posibles efectos dantildeinos de las

sustancias quiacutemicas que produce la radiacioacuten pero

no hay pruebas contundentes de dantildeos causados

por alimentos irradiados en animales de laborato-

rio alimentados con ellos y tampoco se conocen

efectos adversos en seres humanos en los paiacuteses

donde la irradiacioacuten se ha utilizado por muchos

antildeos El proceso de esterilizacioacuten no deja irradia-

cioacuten residual en los alimentos

Los radioisoacutetopos han sido empleados exten-

samente en la investigacioacuten cientiacutefica baacutesica El

mecanismo de la fotosiacutentesis se dilucidoacute en gran

parte utilizando carbono 14 como rastreador Por

ejemplo para determinar coacutemo fabrican las plan-

tas el azuacutecar glucosa a partir de dioacutexido de carbo-

no y agua la planta se expone a dioacutexido de carbo-

no radiactivo El investigador identifica los com-

puestos que se forman a partir de estas materias

42

primas y el orden en el que se sintetizan y despueacutes

determina cuaacuteles compuestos se tornan radiactivos

y en queacute secuencia Con base en los dates obteni-

dos de experimentos con rastreadores los cientiacutefi-

cos determinan las rutas metaboacutelicas de plantas

animales y seres humanos

43

8 MEDICINA NUCLEAR

La medicina nuclear ha generado tra-

tamientos y terapias inimaginables

antes de su descubrimiento

En el diagnostico generoacute meacutetodos no

invasivos que evitan a los paciente

tanto sufrimientos como peacuterdidas de

tiempo

En medicina nuclear se dan dos usos distintos

a los radioisoacutetopos para fines terapeacuteuticos o para

realizar un diagnoacutestico En la terapia con radiacioacuten

se intenta tratar o curar un padecimiento por

44

medio de radiacioacuten El uso de los radioisoacutetopos

con fines de diagnoacutestico busca obtener informa-

cioacuten acerca del estado de salud del paciente

TERAPIA POR RADIACIOacuteN

El caacutencer no es una sola enfermedad sino

muchas Algunas formas de caacutencer son particu-

larmente susceptibles a la terapia por radiacioacuten La

radiacioacuten se dirige cuidadosamente hacia el tejido

canceroso y se reduce al miacutenimo la exposicioacuten de

las ceacutelulas normales Si los efectos destructivos de

la radiacioacuten consiguen matar las ceacutelulas cancero-

sas se detiene el avance del tumor maligno (Pero

los pacientes que se someten a terapia por radia-

cioacuten suelen experimentar malestares a causa del

tratamiento Naacuteusea y voacutemito son los siacutentomas

usuales del malestar por radiacioacuten Asiacute pues el

objetivo de la terapia por radiacioacuten es destruir las

ceacutelulas cancerosas antes de que se cause un dantildeo

excesivo a los tejidos sanos La radiacioacuten tiene

45

efectos maacutes letales para las ceacutelulas que se reprodu-

cen con rapidez y eacutesta es precisamente la caracte-

riacutestica de las ceacutelulas cancerosas que permite que la

terapia por radiacioacuten tenga eacutexito

USOS DIAGNOacuteSTICOS DE LOS RADIOISOacuteTOPOS

Los radioisoacutetopos se usan para fines diagnoacutes-

ticos con el propoacutesito de obtener informacioacuten

acerca del tipo o el alcance de la enfermedad El

yodo 131 radiactivo se emplea para determinar el

tamantildeo la forma y la actividad de la glaacutendula ti-

roides asiacute como para tratar caacutenceres localizados

en esta glaacutendula y para controlar una tiroides hi-

peractiva Primero el paciente toma una solucioacuten

de yoduro de potasio que contiene yodo 131 El

organismo concentra el yodo en la tiroides Se

usan dosis grandes para el tratamiento del caacutencer

de la tiroides la radiacioacuten del isoacutetopo se concentra

en las ceacutelulas cancerosas de esta glaacutendula auacuten

cuando las ceacutelulas cancerosas se hayan extendido a

46

otras partes del cuerpo Sin embargo para fines de

diagnoacutestico soacutelo se necesita una pequentildea cantidad

del radioisoacutetopo Tambieacuten 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-

poracioacuten diferencial del isoacutetopo La imagen que

se obtiene se describe como una fotoexploracioacuten

y permite determinar con precisioacuten la ubicacioacuten de

un tumor en esa regioacuten del cuerpo

El radioisoacutetopo de uso maacutes extendido en medicina

es el gadolinio 153 Este isoacutetopo se emplea para

evaluar la mineralizacioacuten de los huesos Su popu-

laridad es un indicio del gran nuacutemero de personas

principalmente mujeres que sufren de osteoporo-

sis (reduccioacuten de la cantidad de tejido oacuteseo) a me-

dida que envejecen El gadolinio 153 emite dos

radiaciones caracteriacutesticas un rayo gamma y un

rayo X Un dispositivo analizador compara estas

radiacioacuten despueacutes de que atraviesan el hueso La

47

densidad del mismo se determina con base en las

diferencias de absorcioacuten de los rayos

El tecnecio 99m se utiliza en diversos ensayos

diagnoacutesticos La letra m quiere decir metaestable

lo que significa que este isoacutetopo emite cierta ener-

giacutea para convertirse en una versioacuten maacutes estable del

mismo isoacutetopo (mismo nuacutemero atoacutemico y mismo

peso atoacutemico) La energiacutea que desprende es el

rayo gamma que permite detectar el isoacutetopo

Tcm9943 Tc99

43 + y

Observa que la desintegracioacuten del tecnecio

99m no produce partiacuteculas alfa ni beta las cuales

podriacutean causar dantildeos innecesarios al organismo

Ademaacutes el tecnecio 99m tiene una vida media cor-

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

tividad no permanece en el organismo mucho

tiempo despueacutes de que la exploracioacuten se ha com-

pletado Esta vida media tan corta obliga a planifi-

48

car cuidadosamente el uso del radioisoacutetopo De

hecho lo que se adquiere no es el isoacutetopo mismo

El tecnecio 99m se forma por desintegracioacuten del

molibdeno 99

Mo9942 Tcm99

43 + e01minus + y

Se emplea un recipiente que contiene este isoacute-

topo de molibdeno y el producto de desintegra-

cioacuten el tecnecio 99 se extrae del recipiente a

medida que se necesita

Mediante el uso de modernas tecnologiacuteas ba-

sadas en la utilizacioacuten de computadoras la tomo-

grafiacutea por emisioacuten de positrones (PET por sus

siglas en ingleacutes) permite medir los procesos dinaacute-

micos que se llevan a cabo en el organismo como

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

boliza el oxiacutegeno o la glucosa Las exploraciones

de PET se emplean actualmente para identificar

con precisioacuten el aacuterea de dantildeo cerebral que desen-

49

cadena los ataques epileacutepticos graves Antes de la

exploracioacuten se inhalan o se inyectan compuestos

que contienen isoacutetopos emisores de positrones

como el carbono 11 Antes de que el positroacuten

emitido pueda recorrer una distancia apreciable en

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

teria ordinaria abundan los electrones) y se produ-

cen dos rayos gamma

C116 B11

5 + e01+

e01+ + e0

1minus 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 simultaacuteneamente

dos rayos gamma el sistema no toma en cuenta

los rayos gamma de la radiacioacuten natural de fondo

A continuacioacuten se emplea una computadora para

calcular la ubicacioacuten dentro del cuerpo del punto

50

en el cual ocurrioacute una aniquilacioacuten del positroacuten y

el electroacuten y se genera una imagen en esa regioacuten

La tabla contiene una lista de radioisoacutetopos de

uso comuacuten en la medicina La lista es necesaria-

mente incompleta Incluso con esta exposicioacuten tan

breve puedes hacerte una idea de la importancia

que los radioisoacutetopos tienen en la medicina La

aseveracioacuten de que la ciencia nuclear ha salvado

maacutes vidas de las destruidas por las bombas atoacutemi-

cas no carece el fundamento

51

Isoacutetopo Nombre Vida me-

dia Uso

C11 Carbono 11 203m Exploraciones cere-

brales

Cr51 Cromo 51 278d Determinacioacuten

del volumen sanguiacute-

neo

Co57 Cobalto 57 270d Medicioacuten de la

incorporacioacuten de

vitamina v12

Co60 Cobalto 60 526a Terapia de caacutencer

por radiacioacuten

Gd153 Gadolinio

153

242d Determinacioacuten

de la densidad oacutesea

Ga67 Galio 67 781h Exploracioacuten en

busca de tumores

pulmonares

I131 Yodo 131 807d Terapia de la ti-

roides

Ir192 Iridio 192 74d Terapia del caacuten-

cer de mamaacute

Fe59 Hierro 59 45d Deteccioacuten de

anemia

52

P32 Foacutesforo 32 143d Deteccioacuten de

caacutencer de la piel o

tumores oculares

Pu238 Plutonio

238

86a Suministra ener-

giacutea para marcapasos

Ra226 Radio 226 1600a Terapia de caacutencer

por radiacioacuten

Se75 Selenio 75 120d Exploraciones del

paacutencreas

Na24 Sodio 24 150h Localizacioacuten de

obstrucciones en el

flujo sanguiacuteneo

Tc99 Tecnecio 99 60h Obtencioacuten de imaacute-

genes de cerebro hiacutega-

do meacutedula oacutesea rintildeoacuten o

corazoacuten

Tl201 Talio 201 73h Deteccioacuten de pro-

blemas cardiacos con la

prueba de esfuerzo en

rueda de andar

H3 Tritio 123a Determinacioacuten de

agua corporal total

Xe133 Xenoacuten133 527d Obtencioacuten de imaacute-

genes de pulmoacuten

53

9 FECHADO POR MEDIO DE RADIOISOacuteTOPOS

Una de las aplicaciones maacutes in-

creiacutebles de la quiacutemica nuclear es la po-

sibilidad de averiguar la antiguumledad de

los objetos encontrados en las investi-

gaciones arqueoloacutegicas

Se puede usar la vida media de ciertos isoacuteto-

pos para estimar la antiguumledad de rocas y artefac-

tos arqueoloacutegicos El uranio 238 se desintegra con

una vida media de 4500 millones de anos Los

productos iniciales de esta desintegracioacuten tambieacuten

son radiactivos y la descomposicioacuten continuacutea

54

hasta que se forma un isoacutetopo de plomo (plomo

206) Los quiacutemicos pueden estimar la antiguumledad

de una roca determinando las proporciones relati-

vas de uranio 238 y plomo 206 Se ha encontrado

que algunas de las rocas maacutes antiguas de la Tierra

se formaron hace entre 3000 y 4500 millones de

antildeos En las rocas lunares y en meteoritos se ha

determinado una antiguumledad maacutexima de alrededor

de 4500 millones de antildeos Asiacute pues se considera

en general que la Tierra tiene una antiguumledad de

unos 4500 millones de antildeos

FECHADO POR CARBONO 14

En el fechado de artefactos interviene por lo

general un isoacutetopo radiactivo de carbono Se for-

ma carbono 14 en las capas superiores de la at-

moacutesfera por el bombardeo que experimenta el

nitroacutegeno ordinario por parte de los neutrones de

los rayos coacutesmicos

55

N147 + n1

0 C146 + H1

1

Este proceso origina una concentracioacuten cons-

tante de carbono 14 en el CO2 terrestre Las plan-

tas y animales vivos incorporan este isoacutetopo en

sus propias ceacutelulas Sin embargo cuando estos

seres mueren se interrumpe la incorporacioacuten de

carbono 14 y el carbono 14 que hay en el orga-

nismo se desintegra (con una vida media de 5 730

antildeos) a nitroacutegeno 14

Por consiguiente basta con medir la actividad

residual de carbono 14 en un artefacto de origen

vegetal o animal para determinar su antiguumledad

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 antildeos de antiguumle-

dad es decir ha estado muerta durante un tiempo

equivalente a una vida media Anaacutelogamente un

artefacto que muestra el 25 de la actividad de

carbono 14 del material vegetal reciente tiene

56

11460 anos de antiguumledad 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 aquiacute supone que la formacioacuten del isoacutetopo

fue constante a lo largo del tiempo En realidad no

es asiacute Sin embargo aproximadamente para los

uacuteltimos 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

aacuterboles Se han construido curvas de calibracioacuten

que permiten determinar fechas consideradas co-

mo exactas

En teacuterminos generales el meacutetodo de carbono

14 es razonablemente preciso para fechar objetos

de hasta 50000 antildeos de antiguumledad La cantidad

residual del isoacutetopo en los objetos de una antiguumle-

dad mayor que esa es demasiado pequentildea para

hacer una determinacioacuten exacta

El carboacuten de las fogatas de los pueblos anti-

57

guos fechado por determinacioacuten de la actividad

de carbono 14 se usa para estimar la antiguumledad

de otros artefactos encontrados en el mismo em-

plazamiento arqueoloacutegico La teacutecnica de fechado

por carbono 14 se ha usado tambieacuten para detectar

si supuestos artefactos antiguos han sido falsifica-

dos

EL SUDARIO DE TURIacuteN

Probablemente han oiacutedo hablar del sudario de

Turiacuten Se trata de una pieza de tejido de lino muy

antigua de unos 4 metros de largo que muestra la

impresioacuten aproximada de un cuerpo humano

Desde alrededor del antildeo 1350 dC 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-

bricacioacuten del lienzo habiacutea sido cultivado en alguacuten

memento entre los anos de 1260 y 1390 dC Por

58

tanto el lienzo no podriacutea haber existido en tiem-

pos de Cristo A diferencia de los pergaminos del

Mar Muerto para los que el fechado por carbono

14 demostroacute que son registros auteacutenticos de una

civilizacioacuten que existioacute hace unos 2000 antildeos el

sudario de Turiacuten resultoacute ser falso

FECHADO POR TRITIO

El tritio que es el isoacutetopo radiactivo del

hidroacutegeno sirve tambieacuten para fechar Su vida me-

dia de 123 antildeos lo hace uacutetil para fechar objetos de

hasta 100 antildeos de antiguumledad Una aplicacioacuten inte-

resante es el fechado de aguardientes Estas bebi-

das alcohoacutelicas son muy costosas cuando han sido

antildeejadas de 10 a 50 antildeos El fechado por tritio

permite comprobar la veracidad de los anuncios

publicitarios respecto al proceso de antildeejamiento

de las variedades maacutes caras

Hay muchos otros isoacutetopos que permiten es-

timar la antiguumledad de objetos y materiales

59

Isoacutetopo Vida me-

dia

(antildeos)

Periacuteodo de

utilidad Uso

Carbono 14 5730 500 a 50000

antildeos

Carboacuten vege-

tal material

orgaacutenico

Tritio 123 1 a 100 antildeosVinos antildeeja-

dos

Potasio 40 13 x 109 Desde 10000

antildeos

Rocas corteza

terrestre y

lunar

Renio 187 43 x1010 Desde 4 x

107 antildeos Meteoritos

Ranio238 45 x109 Desde 107

antildeos

Rocas corteza

terrestre

60

10 PLANTAS DE ENERGIacuteA NUCLEAR

iquestSabeacutes de doacutende viene esa energiacutea que nosotros usamos tanto Mucha de la energiacutea eleacutectrica es

producida por plantas nucleares de to-do el mundo

La energiacutea nuclear ha dado origen a bombas

muy destructivas y a la nociva precipitacioacuten ra-

diactiva y podriacutea incluso provocar un devastador

invierno nuclear Sin embargo una cantidad mu-

cho mayor de personas han recibido beneficios de

la energiacutea nuclear que las que han sido perjudica-

das por ella El hecho es que existen muchos usos

de la energiacutea nuclear que son sumamente beneacutefi-

61

cos Ya conocemos el uso de isoacutetopos radiactivos

en el diagnoacutestico cliacutenico y en el fechado de obje-

tos de antiguumledad desconocida Otro uso paciacutefico

de la energiacutea nuclear es la generacioacuten de electri-

cidad Una gran parte de la energiacutea eleacutectrica que

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

giacutea nuclear

En la actualidad una quinta parte de toda la

electricidad que se produce en Estados Unidos

proviene de plantas de energiacutea nuclear En Euro-

pa la dependencia respecto a la energiacutea nuclear

para la produccioacuten de electricidad es auacuten mayor

En Francia por ejemplo maacutes del 70 de la ener-

giacutea eleacutectrica del paiacutes proviene de plantas nuclea-

res

No es sorprendente que una reaccioacuten que

desprende tanta energiacutea como lo hace la fisioacuten

nuclear se use como fuente de energiacutea para gene-

rar electricidad En las plantas de energiacutea nuclear

se usa el calor obtenido de una reaccioacuten de fisioacuten

62

en cadena controlada para producir vapor de

agua que mueve las turbinas generadoras de elec-

tricidad El combustible nuclear es normalmente

oacutexido de uranio U3O8 enriquecido hasta alrede-

dor de 3 de uranio 235

La energiacutea nuclear es mucho maacutes limpia que la

que se obtiene quemando combustibles foacutesiles

(carboacuten petroacuteleo y gas) no produce cenizas finas

ni holliacuten no forma dioacutexido de carbono que con-

tribuye al efecto de invernadero y al calentamiento

global y no contamina el aire con oacutexidos de azu-

fre y de nitroacutegeno que dan origen a la lluvia aacutecida

Por otra parte emite grandes cantidades de calor

residual en el ambiente y lo que es mucho maacutes

serio produce muchos residuos radiactivos La

eliminacioacuten de todos estos materiales radiactivos

de desecho es uno de los problemas constantes

que se tienen en relacioacuten con las plantas de energiacutea

nuclear

63

11 BOMBA ATOacuteMICA

Todos sabemos los desastres que pue-

den causar la detonacioacuten de una bomba

nuclear

Aquiacute presentamos la explicacioacuten teoacuterica

y coacutemo se pone en praacutectica

COacuteMO FUNCIONA UNA BOMBA NUCLEAR EN LA

TEORIacuteA

El 16 de Julio de 1945 estalloacute la primera bomba

atoacutemica en el campo de pruebas de Trinity cerca

de aacutelamo Gordo (Nuevo Meacutejico) Desde ese pre-

64

ciso instante la historia de la humanidad ha pasado

a una nueva era la era nuclear

Nunca hasta entonces se habiacutean tenido los cono-

cimientos necesarios como para saber que la masa

puede convertirse en grandes cantidades de ener-

giacutea y coacutemo podiacutea realizarse ese proceso hasta

entonces reservado tan soacutelo a las estrellas

La famosa foacutermula de Einstein E = mc2 ha pasa-

do ya ha formar parte de la cultura popular auacuten sin

que en realidad se llegue a saber que implica

Donde E es energiacutea m masa y c la velocidad de la

luz (constante) En esta ecuacioacuten se expresa la

relacioacuten de equivalencia entre masa y energiacutea Por

ejemplo haciendo algunas cuentas se ve que con

un gramo de uranio si se convirtiese totalmente

en energiacutea se obtendriacutean 25 millones de Kw

Aplicado como una bomba nuclear basta decir

que para asolar Hiroshima soacutelo se convirtioacute un

65

gramo de masa (aunque toda la bomba como me-

canismo pesara cuatro toneladas) su potencia fue

de 125 kilotones es decir para igualar su potencia

seriacutean 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 combustibles

de fisioacuten Cuando en un espacio se reuacutene la sufi-

ciente cantidad de materia (denominada masa criacute-

tica) se produce una reaccioacuten en cadena espontaacute-

nea esto es el nuacutecleo de los aacutetomos del material

se divide liberando energiacutea y varios neutrones

raacutepidos que provocan que otros nuacutecleos tam-

bieacuten se dividan y liberen maacutes energiacutea y neutrones

Este proceso se denomina fisioacuten nuclear Sin em-

bargo si la densidad no es suficiente la energiacutea

liberada hace que el material se expanda y se de-

tenga el proceso Para evitar que se pare la reac-

cioacuten se recurre a una materia muy densa de por siacute

(isoacutetopos del uranio y plutonio) que ademaacutes se

comprime de manera muy raacutepida para lograr una

66

altiacutesima densidad que permite que los neutrones

raacutepidos choquen antes con otros nuacutecleos y se

produzcan antes el mayor nuacutemero 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 maacutes energiacutea Para una

explosioacuten de 100 kilotones son necesarias 58 ge-

neraciones las 7 uacuteltimas generan el 999 de la

energiacutea en periodo cortiacutesimo de tiempo Tambieacuten

puede liberarse energiacutea con la fusioacuten en este pro-

ceso los nuacutecleos se unen en vez de separarse pero

se requieren altiacutesimas temperaturas (del orden de

millones de grados) para que este proceso se lleve

a cabo Para esta reaccioacuten se usan aacutetomos ligeros

(maacutes faacuteciles de unir) generalmente hidroacutegeno o

sus isoacutetopos (deuterio y tritio) Para unir dos aacuteto-

mos basta con hacerlos chocar Los protones de

cada aacutetomo 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

67

fusioacuten deben comprimirse fuertemente los nuacute-

cleos y una vez hecho soacutelo podraacuten continuar uni-

dos si pierden un equivalente de la energiacutea que les

hizo apretarse En el caso de usar deuterio y tritio

se libera violentamente un neutroacuten Esta energiacutea

liberada es la que forma una bomba de fusioacuten

tambieacuten denominada bomba H

COMO FUNCIONA UNA BOMBA ATO-MICA EN LA PRACTICA

Sea cual fuere el sistema de funcionamiento de

una bomba nuclear (fusioacuten o fisioacuten) una cantidad

de masa se convierte en energiacutea la potencia soacutelo

depende de la capacidad de la ingenieriacutea para con-

vertir maacutes masa antes de que la reaccioacuten disperse

las moleacuteculas en teoriacutea la potencia es por tanto

ilimitada

Una bomba nuclear consiste baacutesicamente en una

esfera hueca de plutonio que no es lo suficiente-

68

mente densa como para producir una reaccioacuten 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 explosioacuten se disparan los detonado-

res que hacen que el material explosivo estalle de

la manera lo maacutes regular posible para que enviacutee

una onda de choque esfeacuterica hacia el plutonio

Cuando eacutesta impacta contra eacutel lo comprime y re-

duce su volumen empujaacutendolo hacia el centro de

la esfera hasta que alcanza una densidad suficiente

(supercriacutetica) y se dispara el iniciador de neutrones

para comenzar la reaccioacuten en cadena que da lugar

a la explosioacuten nuclear

Las bombas termonucleares de fusioacuten o H nece-

sitan de una gran temperatura para que se puedan

unir los nuacutecleos esto se consigue en el interior de

una explosioacuten de fisioacuten que es el comienzo de

toda bomba H

69

Una vez acabada la reaccioacuten de fusioacuten nos encon-

traremos con una esfera expandida con una tem-

peratura de millones de grados en la que existen

los productos de la fusioacuten (litio e isoacutetopos del

hidroacutegeno) Tal es su velocidad que pueden fun-

dirse unos con otros dando lugar a la reaccioacuten de

fusioacuten Esta reaccioacuten genera maacutes energiacutea que la

anterior y libera gran cantidad de partiacuteculas nu-

cleares pero no es una reaccioacuten en cadena ya que

el propio calor que genera hace que las partiacuteculas

se separen y se expandan en forma de una esfera

de plasma con una temperatura que tan soacutelo expe-

rimenta el universo de manera natural en las estre-

llas En nuestro sol por ejemplo ocurren la fusioacuten

nuclear de hidroacutegeno y helio Pero antes de que la

reaccioacuten se extinga los neutrones generados por

las detonaciones anteriores provocan de nuevo

una reaccioacuten de fusioacuten sobre una camisa de U-

238 pero esta vez mucho mayor que las anterio-

res La potencia de una bomba termonuclear care-

ce de liacutemite una bomba como la de Hiroshima de

70

125 kilotones (un kilotoacuten equivale a 1000 tonela-

das de TNT) se considera dentro de los arsenales

modernos como pequentildea siendo las de un mega-

toacuten (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 la

Segunda Guerra Mundial

Para la construccioacuten de una bomba nuclear nor-

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

primero no forma parte de la reaccioacuten nuclear

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

nera espontaacutenea emitiendo neutrones que son

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

duzca de manera accidental la reaccioacuten en cadena

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

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

cioacuten 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

71

reactores nucleares a partir del U-238

La desintegracioacuten del uranio en la reaccioacuten en

cadena se produce de manera espontaacutenea para una

masa de 50 Kg si eacuteste elemento es puro El pluto-

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

da reaccioacuten en cadena de modo que se mezcla de

berilo y polonio dando como resultado un pro-

ducto que aunque no es fisionable por si solo una

pequentildea cantidad actuacutea como catalizador para las

grandes reacciones Asiacute bastan 16 Kg de PU-239

para obtener la masa supercriacutetica y 10 Kg si se

mezcla con U-238

El U-235 es muy difiacutecil de extraer por encontrarse

en la naturaleza muy mezclado con otros com-

puestos Asiacute por cada 25000 toneladas de mineral

de uranio bruto soacutelo se obtienen 50 toneladas de

uranio del que el 993 es U-235 y el resto el

rariacutesimo isoacutetopo U-238 ambos soacutelo se pueden

separar de manera mecaacutenica gracias a la leviacutesima

72

diferencia de peso entre ambos Asiacute el uranio se

mezcla en forma gaseosa con fluor (hexafluoriacutedri-

co) que es impulsado a baja presioacuten hacieacutendolo

pasar por unas caacutemaras que aumentan la concen-

tracioacuten de uranio sensiblemente tras cientos de

pasadas Para una central nuclear la pureza ha de

ser del 2 y para una bomba (teoacutericamente) el

95

Para separar el isoacutetopo se recurre a la centrifuga-

cioacuten del gas siendo el maacutes pesado U-238 despedi-

do hacia el exterior con maacutes fuerza Para obtener

otra vez el uranio separado del gas se recurre a la

separacioacuten magneacutetica

MECANISMOS QUE SUELEN COMPONER UNA

BOMBA NUCLEAR

Los mecanismos que suelen componer una bom-

ba nuclear son los siguientes

73

ALTIacuteMETRO No suele usarse el baromeacutetrico

por verse afectado por las condiciones atmosfeacuteri-

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 seguacuten el tiempo transcu-

rrido en el recorrido puede saberse la altura sin

necesidad de complicar maacutes el sistema para dar

una precisioacuten que en realidad no es importante (2

o 3 m de diferencia no son apreciables maacutes que

en minibombas bastante menores que las de

Hiroshima) siendo la altura normal de detonacioacuten

la de 2000 m

En la praacutectica 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 electroacute-

nicamente para obtener la diferencia de ambas

que es proporcional a la altura Los pulsos suelen

emitirse 120 veces por segundo y alcanzan un

74

rango de 3000 m sobre la tierra y 6000 m sobre

el mar (la reflexioacuten es alliacute mejor) siendo su error

de hasta 15 m

CABEZA DETONADORA Como ya se dijo

estaacute compuesta de una carga explosiva muy bien

calibrada que a la orden del altiacutemetro detona

produciendo una onda de choque uniforme sobre

el elemento radioactivo comprimieacutendolo hasta

alcanzar la masa supercriacutetica

Compantildeiacuteas privadas producen camisas explosivas

que modificadas pueden ser usadas para la fabri-

cacioacuten del objeto que nos ocupa La cantidad de

presioacuten necesaria a aplicar es un secreto por razo-

nes de seguridad aunque se sabe que los explosi-

vos plaacutesticos son ideales sobre todo por su malea-

bilidad y facilidad de manejo

El detonador variacutea si es combustible es uranio o

plutonio

75

DETONADOR DE URANIO La masa total se

divide en dos partes una mayor de forma semies-

feacuterica y coacutencava que se acopla perfectamente con

la otra maacutes pequentildea Como es de suponer ambas

se encuentran separadas hasta el momento de la

detonacioacuten en el que una explosioacuten convencional

dispara la parte pequentildea que impacta contra la

mayor para lograr en un instante la masa supercriacute-

tica

DETONADOR DE PLUTONIO Necesita

una precisioacuten de ingenieriacutea mucho mayor que la

anterior ya que estaacute compuesta de 32 secciones de

plutonio-berilio-polonio todas de igual forma y

posicioacuten distribuidas conceacutentricamente El aspecto

final es parecido al de un baloacuten de fuacutetbol Todas

han de cerrarse simeacutetricamente en una diezmillo-

neacutesima de segundo para conseguir la detonacioacuten

DEFLECTOR DE NEUTRONES Suele ser

U-238 Su funcioacuten es la que ya se explicoacute evitar

76

una reaccioacuten accidental ademaacutes refleja las partiacutecu-

las de vuelta cuando se alcanza la masa supercriacuteti-

ca

ESCUDO PROTECTOR Recibe otros nom-

bres pero su funcioacuten es siempre la de proteger de

la radiacioacuten natural tanto al personal que la maneja

como a los circuitos de la bomba que pueden su-

frir cortocircuitos o puestas en funcionamiento

accidentales

SISTEMA DE ARMADO Es otro sistema maacutes

de seguridad consistente en quitar una parte im-

prescindible de la bomba para evitar detonaciones

accidentales de modo que soacutelo cuando estaacute

proacuteximo su lanzamiento se inserta esta parte Una

analogiacutea seriacutea como si al aparcar nuestro coche le

quitaacuteramos el volante o una bujiacutea asiacute estariacuteamos

seguros de que no nos lo roban porque sin estas

partes el coche no funciona

77

12 EFECTOS DE UNA EXPLOSIOacuteN NUCLEAR

Tenemos frescas en nuestra memo-

ria las imaacutegenes que nos mostroacute la

televisioacuten cuando se produjo el ac-

cidente de Chernobyl

Aquiacute explicamos todas las conse-

cuencias de una detonacioacuten 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

78

bull Radiacioacuten nuclear inicial la altiacutesima

temperatura y la elevada presioacuten que se

genera en el interior de la explosioacuten emi-

ten radiacioacuten en todas las direcciones Esta

se compone de rayos alfa beta y gamma

que son una forma de radiacioacuten electro-

magneacutetica de alta energiacutea que puede causar

la muerte sin que el individuo se de cuenta

de que ha sido irradiado Una explosioacuten de

un megatoacuten (de tamantildeo estaacutendar) matariacutea

a todo ser humano en 15 Km a la redonda

que se encontrase al aire libre

Las partiacuteculas alfa son ideacutenticas a un nuacutecleo de

helio son las que mas larga vida tienen unos mil

antildeos pero su poder de penetracioacuten 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 radiacioacuten Con 45 cm de tierra se

consigue reducir la radiacioacuten veinte veces

Las partiacuteculas beta penetran maacutes siendo suficiente

79

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

to la radiacioacuten (una pared moderna ya espesa se

compone de 1 pie de ladrillo maacutes caacutemara maacutes

aislante maacutes ladrillo hueco y yeso que suele que-

darse en los 37 cm)

Los de maacutes poder de penetracioacuten son las gamma

y por tanto los maacutes peligrosos ya son los que se

introducen en los refugios nucleares auacuten con

grandes espesores de hormigoacuten La uacutenica protec-

cioacuten eficaz es la de interponer grandes masas de

material mejor cuanto maacutes denso siendo el ideal

el plomo ya que pasa por los materiales como la

luz por una tela si esta es maacutes densa mayor canti-

dad de chocaraacute con ella y no la traspasaraacute Para

reducir la dosis a un veinteavo se precisan 30 cm

de hormigoacuten armado

bull Pulso electromagneacutetico La intensa acti-

vidad de los rayos gamma genera mediante

induccioacuten una corriente de alto voltaje so-

80

bre antenas viacuteas feacuterreas tuberiacuteas que des-

truye todas las instalaciones eleacutectricas de

una amplia zona si la explosioacuten se efectuacutea

a gran altura Una detonacioacuten de muchos

kilotones a 200 km sobre Omaha (Ne-

brasca) destruiriacutea todos los circuitos eleacutec-

tricos integrados de toda Norteameacuterica y

parte de Meacutejico y Canadaacute Ante el riesgo

de una detonacioacuten nuclear es conveniente

alejarse de liacuteneas eleacutectricas y viacutea feacuterreas ya

que la corriente inducida puede electrocu-

tarnos

bull Pulso teacutermico al expandirse la bola de

fuego el aire circundante absorbe energiacutea

en forma de rayos X y la irradia en forma

de una luz cegadora y un intensiacutesimo ca-

lor Una bomba de 20 Megatones produci-

riacutea una intensa luz durante 20 segundos y

causariacutea quemaduras de segundo grado a

81

cualquier persona expuesta a 45 Km de

distancia

bull Onda de choque La raacutepida expansioacuten de

la bola de fuego genera una onda de cho-

que como cualquier explosioacuten pero de

una potencia muy superior ya que puede

aplastar o barrer edificios dantildeaacutendolos muy

seriamente o destruyeacutendolos por comple-

to ya que maacutes que empujar por su dura-

cioacuten lo que hace es estrujar Una bomba

de 20 megatones no dejariacutea en un radio de

20 Km maacutes que escombros soacutelo se salva-

riacutean las cimentaciones y construcciones

enterradas

bull Primera lluvia radioactiva o lluvia ra-

diactiva local una explosioacuten de 20 mega-

tones aras de suelo produciriacutea un craacuteter de

183 m de profundidad la elevada tempe-

82

ratura vaporiza todo lo que se encuentra

dentro de la bola de fuego todo se funde

con los materiales radiactivos de la fisioacuten o

fusioacuten y se eleva con el hongo para luego

precipitar en forma de finas cenizas Esto

ocurriraacute durante las 24 h siguientes a la

explosioacuten y afectaraacute a una regioacuten maacutes o

menos amplia para una misma potencia

seguacuten la climatologiacutea El fenoacutemeno se am-

pliacutea considerablemente si la detonacioacuten se

produce cerca del suelo La energiacutea 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 maacutes destructivos los deno-

minados secundarios como incendios en masa

que acabariacutean con los pocos supervivientes y ma-

tariacutean a maacutes que el pulso teacutermico y la onda de

choque

83

Ademaacutes en caso de que se lanzaran muchas

bombas nucleares sus efectos secundarios seriacutean

mucho maacutes 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 10000 mega-

tones miacutenimos para considerar un holocausto

como tal

bull El primero de estos efectos es que la ra-

dioactividad liberada en caso de holocaus-

to penetrariacutea en todos y cada uno de los

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

Mientras que en dosis altas (seguacuten la espe-

cie) produciriacutea la muerte en otras maacutes ba-

jas los efectos seriacutean de lo maacutes variados

(mutaciones esterilidad)

bull El segundo seriacutea que los materiales im-

pulsados por las detonaciones se elevariacutean

hasta la troposfera donde ocultariacutean la luz

84

del sol durante meses o antildeos haciendo ba-

jar la temperatura de la tierra y alterando la

fotosiacutentesis de los vegetales y el plancton

marino seriacutea el famoso invierno nuclear

Ademaacutes estos materiales radiactivos iriacutean

cayendo durante meses o antildeos convirtieacuten-

dose en una lluvia radiactiva global que

auacuten con menos dosis radiactiva que una

lluvia provocada por una bomba seriacutea

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

antildeos Ese 5 de energiacutea liberada por la

lluvia radiactividad en una bomba es poco

pero en los 10000 megatones de un holo-

causto suponen ya 500 megatones que iraacuten

estallando durante miles de antildeos des-

pueacutes de la cataacutestrofe

85

bull El tercero seriacutea una reduccioacuten en la capa

de ozono producida por el oacutexido de nitroacute-

geno generado por las bolas de fuego de

modo que la radiacioacuten solar que llegase a

la tierra seriacutea mortal Un 70 del ozono

desapareceriacutea en el hemisferio norte y un

40 en el sur siendo necesarios treinta

antildeos para recuperar su estado normal

86

Ejercicios 12

MODELO DE RESOLUCIOacuteN

La distribucioacuten de los electrones de un aacutetomo

en sus niveles y subniveles se puede representar en

forma abreviada de la siguiente manera

a) Un coeficiente que indica el nuacutemero del nivel

de energiacutea (n)

b) Una letra que corresponde al subnivel

c) Un supraiacutendice que sentildeala el nuacutemero de elec-

trones que hay en el subnivel

1H = 1s1

3Li = 1s2 2s1

En razoacuten del entrecruzamiento de subniveles

el orden en que se van completando los subniveles

por energiacutea creciente es el siguiente

87

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

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

5d 6p 7s 5f 6d

7p

Para visualizar la distribucioacuten de los electrones

en orbitales se puede representar cada orbital por

un pequentildeo cuadrado dividido por una diagonal

y cada electroacuten mediante una flecha

Entonces el orbital puede estar

Vaciacuteo incompleto completo

(1 electroacuten) (2 electrones)

En caso del orbital completo las flechas tienen

sentido contrario para indicar que los electrones

presentan spin contrario

El llenado de los orbitales por los electrones

se realiza a partir de los niveles y subniveles en

88

orden creciente de energiacutea Cada nuevo electroacuten se

incorpora a un orbital vaciacuteo

De ese modo los elementos quedan represen-

tados asiacute

1H =

1s

3Li =

1s 2s

7N =

1s 2s 2p

89

Ejercicios 121

1) Un aacutetomo de foacutesforo tiene 15 protones y 16

neutrones Indicaacute cuaacutel es su

a) nuacutemero atoacutemico (Z) b) nuacutemero

de masa (A)

2) Un aacutetomo de potasio tiene Z =19 y A = 39

Indicaacute su nuacutemero de

a) protones b) electrones

c) neutrones

3) Completaacute los datos que faltan en el siguiente

cuadro

90

ELE-

MEN-

TO

NUacute-

MERO

ATOacute-

MICO

NUacute-

MERO

DE

MASA

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) Sentildealaacute el nombre y siacutembolo de los elementos

cuyas configuraciones electroacutenicas 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) Escribiacute la configuracioacuten electroacutenica de los

siguientes elementos

91

a) Na2311 = c) O16

8 =

b) Cl3517 = d) C12

6 =

6) De acuerdo con la siguiente representacioacuten de

los electrones en orbitales indicaacute a queacute ele-

mentos corresponden

a)

b)

c)

d)

7) Representaacute la distribucioacuten de los electrones en

orbitales de los elementos

a) 7N= c) 18Ar =

b) 15AI = d) 19K =

92

Hoja de respuestas121

1) a) 15 b) 31 2) a) 19 b) 19 c) 20

3)

ELE-

MEN-

TO

NUacuteME-

RO

ATOacute-

MICO

NUacute-

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)Argoacuten Ar

d)Escandio Sc

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

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)middot

94

Ejercicios 1211

Modelo de resolucioacuten

El nuacutemero de oxidacioacuten se asigna seguacuten las si-

guientes reglas

1) El nuacutemero de oxidacioacuten de los elementos en la

sustancia simple es cero

Ejemplo Cu0 02Cl

2) El nuacutemero de oxidacioacuten del oxiacutegeno es 2

excepto en las sustancias como el agua oxige-

nada Ejemplo H2

2Ominus

3) El nuacutemero de oxidacioacuten del hidroacutegeno es +1

excepto en las sustancias donde estaacute combina-

do con los metales Ejemplo 1

H+

2O

4) El nuacutemero de oxidacioacuten de un ion monoatoacute-

mico es igual a la carga del ion Ejemplo Ca2-

Cl-

95

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

braica de los nuacutemeros de oxidacioacuten de todos

los aacutetomos debe ser cero Ejemplo 1

H+

2

2Ominus

there42(+1) + (-2) = 0

6) En los iones que tienen maacutes de un aacutetomo la

suma algebraica de los nuacutemeros de oxidacioacuten

de todos los aacutetomos es igual a la carga del ion

El nuacutemero de oxidacioacuten se escribe colocando primero el signo y luego el nuacutemero

Ejemplo el nuacutemero de oxidacioacuten del aluminio es +3

1) Calculaacute los nuacutemeros de oxidacioacuten en la moleacute-

cula de dioacutexido de azufre (SO2)

Datos SO2 nuacutemero de oxidacioacuten del O2

es 2

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de S

Resolucioacuten Cada aacutetomo de oxiacutegeno tiene

nuacutemero de oxidacioacuten 2 por lo tanto el nuacute-

mero de oxidacioacuten del azufre es +4 porque

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

96

2) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten del azufre en

el aacutecido sulfuacuterico (H2SO4)

Datos H2SO2 nuacutemero de oxidacioacuten del

O2 es 2 nuacutemero de oxidacioacuten de H es -1

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de S

Resolucioacuten Se debe cumplir que la suma al-gebraica de todos los nuacutemeros de oxidacioacuten sea cero

4(-2) + 21 + x = 0

-8 + 2 + x = 0

x = 6

Respuesta el nuacutemero de oxidacioacuten del azufre

en el aacutecido sulfuacuterico es +6

3) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten del nitroacutegeno

en el nitrato de sodio (NaNO3)

Datos NaNO3 nuacutemero de oxidacioacuten del

O2 es 2

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de N

97

Resolucioacuten El nuacutemero de oxidacioacuten del

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

ga eleacutectrica positiva

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

1 6 + x = 0

x = 5

Respuesta el nuacutemero de oxidacioacuten del nitroacute-

geno en el nitrato de sodio es +5

4) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten del azufre en

el ion sulfato (S 24Ominus )

Datos S 24Ominus nuacutemero de oxidacioacuten del O2

es 2

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de S

Resolucioacuten La suma de los nuacutemeros de

oxidacioacuten es igual a 2 porque el ion sulfato

tiene dos cargas negativas (2-)

x + 4(-2) = -2

x 8 = -2

x = 6

98

Respuesta El nuacutemero de oxidacioacuten del azu-

fre en el ion sulfato es +6

99

Ejercicios 1212

1) Dibujaacute los siacutembolos de Lewis para los aacutetomos

de

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

2) iquestCoacutemo adquiere la distribucioacuten electroacutenica del

ineacutertido maacutes cercano cada uno de los siguien-

tes aacutetomos

a) K b)

F c)

S d) Mg e)

Br

3) Escribiacute las ecuaciones ioacutenicas la foacutermula elec-

troacutenica y la foacutermula miacutenima del compuesto

ioacutenico formado por

a) K y Br (bromuro de potasio)

b) Ca y O (oacutexido de calcio)

4) Marcaacute con una X las propiedades correspon-

dientes a las sustancias que presentan uniones

ioacutenicas

100

a) Son soacutelidas y tienen bajo punto de fusioacuten ( )

b) Conducen la corriente eleacutectrica fundidas o di-

sueltas en agua ( )

c) Tienen brillo metaacutelico ( )

d) Forman cristales duros y quebradizos solubles

en agua ( )

e) No conducen la corriente eleacutectrica ( )

5) Explicaacute coacutemo se unen dos aacutetomos de bromo

para formar la moleacutecula Br2 y escribiacute su

foacutermula electroacutenica y su foacutermula desarrollada

6) La foacutermula del monoacutexido de dicloro es Cl2O

a) Indicaacute queacute tipo de unioacuten existe entre el cloro y

el oxiacutegeno

b) Escribiacute su foacutermula electroacutenica y su foacutermula

desarrollada

7) El azufre y el oxiacutegeno forman dos oacutexidos

importantes el dioacutexido de azufre (SO2) y el

101

trioacutexido de azufre (SO3) Para el trioacutexido de

azufre

a) Indicaacute queacute tipo de unioacuten existe entre el azufre

y los tres aacutetomos de oxiacutegeno

b) Escribiacute la foacutermula electroacutenica

c) Escribiacute la foacutermula desarrollada

8) Marcaacute 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

liacutequidas o soacutelidas ( )

c) Son duacutectiles y maleables ( )

d) No forman moleacuteculas son agregados de

iones ( )

e) No son buenas conductoras de la corriente

eleacutectrica ( )

102

9) Coloque en el pareacutentesis UCP si la unioacuten es

covalente polar y UCNP si es covalento no

polar en cada una de las siguientes sustancias

a) cloruro de hidroacutegeno HCl ( )

b) Hidroacutegeno H2 ( )

c) yodo l2 ( )

10) Escribiacute la foacutermula electroacutenica y la foacutermula

desarrollada de cada una de las sustancias

mencionadas en el ejercicio 9

11) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten

a) del azufre (S)en el dioacutexido de azufre (SO2) en

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

sodio (Na2S)

b) del nitroacutegeno (N) en el dioacutexido de nitroacutegeno

(NO2) en el aacutecido niacutetrico (HNO3) y en el ni-

trato de potasio (KNO3)

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

can en el concepto de unioacuten metaacutelica

103

a) Tienen bajo punto de fusioacuten y de

ebullicioacuten ( )

b) Tienen brillo metaacutelico ( )

c) Conducen la corriente eleacutectrica sin

alterarse ( )

d) En estado soacutelido son malos conductores de la

corriente eleacutectrica ( )

e) Forman hilos y laacuteminas delgadas ( )

104

Hoja de respuestas 1212

1) a) He b) Al c)

Si d)

Ar e)

N

2) a) cede un electroacuten d) cede electrones c)

gana dos electrones b) y e) gana un electroacuten

3) a) Ecuaciones ioacutenicas

K K1+ + 1 e

Br + 1 e Br1-

K1+ + Br- KBr

Foacutermula electroacutenica K1+minus

1

Br

Foacutermula miacutenima KBr

b) Ecuaciones ioacutenicas

Ca Ca 2+ + 2 e

O + 2 e O2-

Ca2+ + O2- CaO

Foacutermula electroacutenica Ca2+ minus

2

O

105

Foacutermula miacutenima CaO

4) b y d

5) se unen compartiendo un par de electrones

6) a) unioacuten covalente

b) foacutermula electroacutenica

Cl

O

Cl

foacutermula desarrollada Cl O Cl

7) a) una unioacuten covalente doble entre el azufre y

uno de los aacutetomos de oxiacutegeno dos uniones cova-

lentes coordinadas con los otros dos aacutetomos de

oxiacutegeno

b) Foacutermula electroacutenica

Foacutermula desarrollada

106

8) a b y e

9) a) UCP y c) UCNP

10) Foacutermula electroacutenica Foacutermula desarrollada

a) H

Cl H Cl

b) HH H H

c)

I

I l I

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

12) b c y e

  • RADIACTIVIDAD
    • IacuteNDICE
      • 1 RADIACTIVIDAD NATURAL
      • 2 RELACIOacuteN ENTRE LA LEY DE LAVOISIER Y LA DE EINSTEIN
      • 3 INTERACCIONES ENTRE AacuteTOMOS Y ONDAS
      • 4 PODER DE PENETRACIOacuteN DE LA RADIACIOacuteN
      • 5 VIDA MEDIA
      • 6 RADIACTIVIDAD ARTIFICIAL
      • 7 USOS DE LOS RADIOISOacuteTOPOS
      • 8 MEDICINA NUCLEAR
      • 9 FECHADO POR MEDIO DE RADIOISOacuteTOPOS
      • 10 PLANTAS DE ENERGIacuteA NUCLEAR
      • 11 BOMBA ATOacuteMICA
      • 12 EFECTOS DE UNA EXPLOSIOacuteN NUCLEAR
        • Ejercicios 12
        • Ejercicios 121
        • Hoja de respuestas121
        • Ejercicios 1211
        • Ejercicios 1212
        • Hoja de respuestas 1212

18

La radiactividad no depende de la naturaleza

fiacutesica o quiacutemica del aacutetomo sino que es una propie-

dad del nuacutecleoLa causa que los origina probable-

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

tiacuteculas que se encuentran en el nuacutecleo

En general los nuacutecleos de aacutetomos pesados

presentan cierta inestabilidad para lo cual emiten

radiacioacuten para alcanzar estados de equilibrio

Dichas radiaciones podemos dividirlas en

Desintegraciones alfa desintegraciones beta y

desintegraciones gamma

Desintegraciones alfa Cuando el nuacutecleo

atoacutemico es inestable a causa del gran nuacutemero

de protones que posee (ocurre en los elemen-

tos maacutes pesados es decir con Z = 83 o supe-

rior) la estabilidad es alcanzada con frecuen-

cia emitiendo una partiacutecula alfa es decir un

19

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

tones y dos neutrones

Desintegraciones beta Cuando la rela-

cioacuten de neutrones protones en un nuacutecleo

atoacutemico es elevada el nuacutecleo se estabiliza emi-

tiendo un neutroacuten o bien como ocurre con

frecuencia emitiendo una partiacutecula beta es

decir un electroacuten

Desintegraciones gamma Los rayos

gamma son ondas electromagneacuteticas de gran

energiacutea muy parecidos a los rayos X y en cier-

tas ocasiones se presentan cuando ocurre una

desintegracioacuten de partiacuteculas beta o bien una

emisioacuten de positrones Por lo tanto la radia-

cioacuten gamma no posee carga eleacutectrica y su na-

turaleza ondulatoria permite describir su ener-

giacutea en relacioacuten a su frecuencia de emisioacuten

20

INTERACCIOacuteN DE LAS RADIACIONES CON LA

MATERIA

La radiacioacuten al chocar con las moleacuteculas que

encuentra a su paso produce iones esto se debe a

que excita los electrones de los aacutetomos de las mo-

leacuteculas es decir les entrega energiacutea para que pasen

a oacuterbitas superiores

bull Radiaciones alfa (α) compuesta por dos

protones y dos neutrones de bajo poder

de penetracioacuten y alta capacidad de ioniza-

cioacuten Se mueve en liacutenea recta debido a su

gran cantidad de masa

21

bull Radiaciones beta (β) formada por elec-

trones de carga negativa su masa es pe-

quentildea por lo tanto es propensa a cambiar

de trayectoria bajo poder de penetracioacuten y

bajo poder de ionizacioacuten Al acercarse a un

nuacutecleo se frena la energiacutea que pierde en el

frenado la libera como rayos X Si una par-

tiacutecula beta choca con un positroacuten (electroacuten

negativo) se aniquila y emite un rayo

gamma

bull Radiaciones gamma (γ) son las de ma-

yor energiacutea no tiene carga eleacutectrica por lo

22

tanto no desviacutean sus trayectorias frente a

campos eleacutectricos tienen un alto poder de

penetracioacuten y un alto poder de ionizacioacuten

Pueden llegar a extraer electrones de los

aacutetomos los cuales a su vez ionizan otras

moleacuteculas

Neutrones no poseen carga eleacutectrica tienen

un alto poder de penetracioacuten Al chocar contra un

aacutetomo ceden parte de su energiacutea y se frenan Los

neutrones de baja velocidad se denominan neu-

trones teacutermicos los cuales se descomponen en un

electroacuten y un protoacuten o pueden ser absorbidos por

otros nuacutecleos atoacutemicos

23

4 PODER DE PENETRACIOacuteN DE LA RADIACIOacuteN

La radiacioacuten es uno de los efectos

maacutes peligrosos de la energiacutea nuclear

No todas las partiacuteculas emitidas

tienen la misma posibilidad de atrave-

sar los elementos

Los materiales radiactivos pueden ser peligro-

sos porque la radiacioacuten que se emite puede dantildear

los tejidos vivos La capacidad para inflingir dantildeos

depende en parte del poder de la radiacioacuten para

penetrar en los tejidos

24

En condiciones de igualdad por lo demaacutes

cuanto mayor es la masa de una partiacutecula menor

es su poder de penetracioacuten Las partiacuteculas alfa

que son nuacutecleos de helio con una masa de 4 uma

constituyen el menos penetrante de los tres tipos

principales de radiactividadLas partiacuteculas beta

ideacutenticas a los electrones cuya masa es insignifi-

cante son un poco maacutes penetrantes Los rayos

gamma como los rayos X carecen totalmente de

masa su poder de penetracioacuten es mucho mayor

que el de los otros dos tipos

Puede parecer contrario al sentido comuacuten

pensar que las partiacuteculas maacutes grandes se abren

camino con maacutes dificultad Consideraacute sin embar-

go que el poder de penetracioacuten refleja la capaci-

dad de la radiacioacuten para abrirse camino a traveacutes

de una muestra de materia Es como si trataras de

hacer rodar piedras por un campo de grandes ro-

cas La partiacutecula alfa se comporta como si fuese

una roca grande Debido a su tamantildeo no puede

25

avanzar mucho sin chocarse con otras rocas y ser

detenida por ellas La partiacutecula beta se comporta

como una piedra pequentildea que puede introducirse

entre las rocas y quizaacute hasta rebotar en ellas hasta

completar un recorrido maacutes largo El rayo gamma

es comparable a un grano de arena capaz de pasar

por las aberturas maacutes pequentildeas

Al principio de esta explicacioacuten dijimos que si

todo lo demaacutes es igual asiacute es como funcionan las

cosas Pero lo demaacutes no siempre es igual Cuanto

maacutes raacutepido se mueve una partiacutecula o maacutes energiacutea

tiene la radiacioacuten mayor es su poder de penetra-

cioacuten

Si la sustancia radiactiva estaacute afuera del cuer-

po las partiacuteculas alfa de poco poder de penetra-

cioacuten son las menos peligrosas pues las detiene la

capa externa de la piel Tambieacuten las partiacuteculas beta

se detienen normalmente antes de alcanzar oacuterga-

nos vitales Los rayos gamma atraviesan sin difi-

26

cultad los tejidos asiacute que una fuente externa de los

mismos puede ser muy peligrosa En cambio

cuando la fuente radiactiva estaacute adentro del cuerpo

la situacioacuten se invierte Las partiacuteculas alfa que no

penetran pueden causar graves dantildeos Todas estas

partiacuteculas estaacuten atrapadas en el interior del cuerpo

el cual tiene entonces la posibilidad de absorber

toda la energiacutea que libera la partiacutecula Las partiacutecu-

las alfa infligen el dantildeo en un aacuterea muy pequentildea

porque no se desplazan muy lejos Las partiacuteculas

beta distribuyen el dantildeo en un aacuterea algo mayor

porque recorren distancias mayores Los tejidos se

pueden recuperar de un dantildeo limitado disperso en

un aacuterea grande pero es menos probable que so-

brevivan a una lesioacuten concentrada

Las personas que trabajan con materiales ra-

diactivos disponen de diversas formas de prote-

gerse contra ellos La maacutes simple consiste en ale-

jarse de la fuente porque la intensidad de la radia-

cioacuten disminuye con la distancia respecto a la fuen-

27

te Los trabajadores se pueden proteger tambieacuten

por medio de blindajes Una hoja de papel detiene

casi todas las partiacuteculas alfa Un bloque de madera

o una laacutemina delgada de aluminio detiene las par-

tiacuteculas beta

Pero se necesitan varios metros de concreto o

varios centiacutemetros de plomo para detener los ra-

yos gamma

28

5 VIDA MEDIA

Cuando hablamos de aacutetomos individuales

estamos trabajando con elementos que

apenas imaginamos

Para entender lo que pasa con la radia-

cioacuten debemos referirnos a un grupo maacutes

grande de partiacuteculas y trabajar con pro-

medios

Hasta aquiacute hemos estudiado la radiactividad en

relacioacuten con los aacutetomos individuales En el labora-

torio nos ocupamos en general con nuacutemeros muy

grandes de aacutetomos mucho mayores que el nuacuteme-

29

ro de habitantes de la tierra Si pudieacutesemos ver el

nuacutecleo de un aacutetomo individual podriacuteamos ver si

sufre o no desintegracioacuten radiactiva examinando

su composicioacuten Ciertas combinaciones de proto-

nes y neutrones son inestables Sin embargo lo

que no podriacuteamos determinar es cuando el aacutetomo

va a sufrir un cambio La radiactividad es un pro-

ceso aleatorio independiente en general de las

influencias externas

Cuando tenemos un nuacutemero grande de aacuteto-

mos el proceso de desintegracioacuten radiactiva se

hace maacutes predecible Podemos medir la vida me-

dia que es una propiedad caracteriacutestica de cada

radioisoacutetopo La vida media de un isoacutetopo radiac-

tivo es el periacuteodo durante el cual la mitad del nuacute-

mero original de aacutetomos sufre desintegracioacuten ra-

diactiva para formar un nuevo elemento Por

ejemplo supone que tuvieacutesemos 16 billones de

aacutetomos de tritio el isoacutetopo radiactivo de hidroacutege-

no La vida media del tritio es de 123 antildeos Esto

significa que al cabo de 123 antildeos se habraacuten desin-

30

tegrado 8 billones de aacutetomos de tritio y quedaraacuten

8 billones de aacutetomos Al cabo de otros 123 antildeos

se habraacute desintegrado la mitad de los 8 billones de

aacutetomos restantes Por tanto al cabo de dos vidas

medias quedaraacute una cuarta parte del nuacutemero ori-

ginal de aacutetomos de tritio Asiacute pues dos vidas me-

dias no hacen una entera

Podemos calcular la fraccioacuten restante del isoacute-

topo original al cabo de un nuacutemero dado de vidas

medias por medio de la relacioacuten

FRACCIOacuteN RESTANTE N21

=

Donde n es el nuacutemero de vidas medias trans-

curridas

31

6 RADIACTIVIDAD ARTIFICIAL

La radiactividad es un fenoacutemeno na-

tural y en esas condiciones poco

aprovechable

El hombre trabajoacute mucho para con-

trolarlo y hacer de este efecto algo

uacutetil Aunque como es muy habitual

en la humanidad las implementacio-

nes destructivas tambieacuten tuvieron

gran desarrollo

32

TRANSMUTACIOacuteN ARTIFICIAL

Las formas de radiactividad que se presentan

en la Naturaleza Se pueden inducir otras reaccio-

nes nucleares bombardeando nuacutecleos estables con

partiacuteculas alfa neutrones u otras partiacuteculas sub-

atoacutemicas Estas partiacuteculas si tienen suficiente

energiacutea penetran los nuacutecleos que antes eran esta-

bles e inducen alguna forma de emisioacuten radiacti-

va Al igual que la radiactividad natural este tipo

de cambio nuclear produce una transmutacioacuten un

elemento se transforma en otro Debido a que el

cambio no se habriacutea producido de manera natural

el proceso se conoce como transmutacioacuten artifi-

cial

Pocos antildeos despueacutes de su famoso experimen-

to de la laminilla de oro (bombardeo con radiacioacuten

alfa una lamina de oro y detectoacute en una lamina de

sulfuro de zinc la radiacioacuten emergente) Ernest

Rutherford estudioacute el bombardeo de diversos

elementos ligeros con partiacuteculas alfa Un experi-

33

mento de este tipo en el cual Rutherford bom-

bardeoacute nitroacutegeno dio por resultado la produccioacuten

de protones

N147 + He4

2 O178 + H1

1

(Recordaacute que el nuacutecleo de hidroacutegeno es un protoacuten

por eso usamos el siacutembolo alternativo H11 para el pro-

toacuten)

Observaacute que la suma de los nuacutemeros de nu-

cleones de la izquierda es igual a la suma de los

nuacutemeros de nucleones de la derecha Tambieacuten los

nuacutemeros atoacutemicos estaacuten balanceados

Rutherford habiacutea postulado en 1914 la exis-

tencia de protones en los nuacutecleos Un experimen-

to publicado en 1919 proporcionoacute la primera

comprobacioacuten empiacuterica de la existencia de estas

partiacuteculas fundamentales Ya antes Eugen Golds-

tein habiacutea producido protones en sus experimen-

34

tos con tubos de descarga en gas Goldstein obtu-

vo estas partiacuteculas a partir del hidroacutegeno gaseoso

contenido en el tubo por separacioacuten de un elec-

troacuten del aacutetomo de hidroacutegeno La trascendencia del

experimento de Rutherford consistioacute en que ob-

tuvo protones del nuacutecleo de un aacutetomo que no era

de hidroacutegeno con lo cual establecioacute la naturaleza

de los protones como partiacuteculas fundamentales Al

hablar de partiacuteculas fundamentales nos referimos a

las unidades baacutesicas a partir de las cuales se pue-

den formar estructuras maacutes complicadas (como el

nuacutecleo de nitroacutegeno) El experimento de Ruther-

ford constituyoacute la primera reaccioacuten nuclear indu-

cida

Durante la deacutecada de 1920 se llevaron a cabo

muchas transmutaciones artificiales En la deacutecada

de 1930 una de estas reacciones condujo al descu-

brimiento de otra partiacutecula fundamental En 1932

James Chadwick bombardeoacute berilio con partiacuteculas

alfa

35

Be94 + He4

2 C126 + n1

0 Entre los productos se encontraba el neutroacuten

RADIACTIVIDAD INDUCIDA

Las primeras reacciones nucleares produjeron

isoacutetopos que ya se conociacutean por estar presentes en

la Naturaleza Esto fue quizaacute fortuito porque era

inevitable que tarde o temprano se produjese un

nuacutecleo estable Iregravene Curie (hija de los ganadores

del premio Nobel de 1903) y su esposo Freacutedeacuteric

Joliot estudiaban el bombardeo de aluminio con

partiacuteculas alfa Se produciacutean neutrones y quedaba

como residuo un isoacutetopo de foacutesforo

Al2713 + He4

2 P3015 + n1

0

Para sorpresa de los investigadores el blanco

seguiacutea emitiendo partiacuteculas auacuten despueacutes de inte-

rrumpido el bombardeo El isoacutetopo de foacutesforo era

radiactivo y emitiacutea partiacuteculas cuya masa era igual a

36

la del electroacuten pero cuya carga era opuesta Estas

partiacuteculas se llaman positrones La reaccioacuten que

estaban observando era la siguiente

P3015 e0

1+ + Si3014

Asiacute pues surge una vez maacutes la pregunta iquestde doacuten-

de proviene esta partiacutecula si el nuacutecleo contiene

soacutelo protones y neutrones Anteriormente expli-

camos el hecho de que surgiese una partiacutecula beta

(un electroacuten) de un nuacutecleo afirmando que un neu-

troacuten se habiacutea descompuesto en un protoacuten y un

electroacuten Quizaacute un suceso similar puede explicar la

aparicioacuten de un positroacuten Considera que un pro-

toacuten del nuacutecleo se transforma en un neutroacuten y un

positroacuten (un protoacuten es ideacutentico a un nuacutecleo de

hidroacutegeno)

H11 e0

1+ + N10

Todo queda muy bien balanceado en esta

37

ecuacioacuten Al emitirse el positroacuten el nuacutecleo radiac-

tivo original tiene de pronto un protoacuten menos y

un neutroacuten maacutes que antes Por tanto la masa del

nuacutecleo producido es la misma pero su nuacutemero

atoacutemico se ha reducido en una unidad respecto al

nuacutecleo original Por este trabajo la pareja Joliot-

Curie se hizo acreedora al premio Nobel en 1935

(la pareja Joliot-Curie adoptoacute el apellido combina-

do para perpetuar el nombre de Curie Marie y

Pierre Curie tuvieron dos hijas pero ninguacuten hijo

varoacuten

38

7 USOS DE LOS RADIOISOacuteTOPOS

Muchas de las aplicaciones de la energiacutea

de la radiacioacuten se realizan a traveacutes de los

radioisoacutetopos

Gracias a ellos y a los detectores se evitan

grandes perdidas materiales y se ahorra

grandes esfuerzos

Los cientiacuteficos que trabajan en una amplia va-

riedad de campos emplean isoacutetopos radiactivos

(radioisoacutetopos) como rastreadores en sistemas

fiacutesicos quiacutemicos y bioloacutegicos Los isoacutetopos de un

elemento determinado sea radiactivo o no se

39

comportan de manera casi ideacutentica en los proce-

sos quiacutemicos y fiacutesicos En virtud de la facilidad

para detectar los isoacutetopos radiactivos es relativa-

mente faacutecil seguir sus movimientos incluso en un

sistema complicado

Como un ejemplo sencillo consideremos el

flujo de un liacutequido por una tuberiacutea Supongamos

que hay una fuga en una tuberiacutea enterrada bajo un

piso de concreto Podriacuteamos localizar la fuga le-

vantando partes extensas del piso o bien podriacutea-

mos agregar una pequentildea cantidad de material

radiactivo al liacutequido que va hacia el drenaje y ras-

trear el flujo de liacutequido con un contador Geiger

(un instrumento que detecta la radiactividad) Una

vez localizada la fuga soacutelo habriacutea que levantar una

parte pequentildea del piso para reparar la fuga Por lo

general se emplean para este propoacutesito isoacutetopos

de vida corta que desaparecen poco tiempo des-

pueacutes de realizar su funcioacuten

Anaacutelogamente podriacuteamos rastrear la incorpo-

racioacuten de foacutesforo en una planta verde La planta se

40

alimenta con un fertilizante que contiene foacutesforo

radiactivo Un meacutetodo sencillo de deteccioacuten con-

siste en colocar la planta sobre una peliacutecula foto-

graacutefica La radiacioacuten que emiten los isoacutetopos de

foacutesforo expone la peliacutecula en gran medida como

lo hace la luz Este tipo de exposicioacuten llamado

radiografiacutea muestra la distribucioacuten del foacutesforo en

la planta

Tambieacuten se da un buen uso a los rastreadores

radiactivos en la investigacioacuten agriacutecola Estos isoacute-

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 cuaacuteles son los mejores meacutetodos para

regular los insectos La mutacioacuten intencional de

plantas por irradiacioacuten ha producido nuevas y

mejores cepas de plantas de cultivo con valor co-

mercial desde raacutebanos hasta maniacute

Los radioisoacutetopos se emplean tambieacuten para

irradiar alimentos como meacutetodo de conservacioacuten

La radiacioacuten destruye los microorganismos que

41

causan la descomposicioacuten de los alimentos Los

alimentos irradiados muestran poco cambio en

cuanto a su saber o aspecto A muchas personas

les inquietan los posibles efectos dantildeinos de las

sustancias quiacutemicas que produce la radiacioacuten pero

no hay pruebas contundentes de dantildeos causados

por alimentos irradiados en animales de laborato-

rio alimentados con ellos y tampoco se conocen

efectos adversos en seres humanos en los paiacuteses

donde la irradiacioacuten se ha utilizado por muchos

antildeos El proceso de esterilizacioacuten no deja irradia-

cioacuten residual en los alimentos

Los radioisoacutetopos han sido empleados exten-

samente en la investigacioacuten cientiacutefica baacutesica El

mecanismo de la fotosiacutentesis se dilucidoacute en gran

parte utilizando carbono 14 como rastreador Por

ejemplo para determinar coacutemo fabrican las plan-

tas el azuacutecar glucosa a partir de dioacutexido de carbo-

no y agua la planta se expone a dioacutexido de carbo-

no radiactivo El investigador identifica los com-

puestos que se forman a partir de estas materias

42

primas y el orden en el que se sintetizan y despueacutes

determina cuaacuteles compuestos se tornan radiactivos

y en queacute secuencia Con base en los dates obteni-

dos de experimentos con rastreadores los cientiacutefi-

cos determinan las rutas metaboacutelicas de plantas

animales y seres humanos

43

8 MEDICINA NUCLEAR

La medicina nuclear ha generado tra-

tamientos y terapias inimaginables

antes de su descubrimiento

En el diagnostico generoacute meacutetodos no

invasivos que evitan a los paciente

tanto sufrimientos como peacuterdidas de

tiempo

En medicina nuclear se dan dos usos distintos

a los radioisoacutetopos para fines terapeacuteuticos o para

realizar un diagnoacutestico En la terapia con radiacioacuten

se intenta tratar o curar un padecimiento por

44

medio de radiacioacuten El uso de los radioisoacutetopos

con fines de diagnoacutestico busca obtener informa-

cioacuten acerca del estado de salud del paciente

TERAPIA POR RADIACIOacuteN

El caacutencer no es una sola enfermedad sino

muchas Algunas formas de caacutencer son particu-

larmente susceptibles a la terapia por radiacioacuten La

radiacioacuten se dirige cuidadosamente hacia el tejido

canceroso y se reduce al miacutenimo la exposicioacuten de

las ceacutelulas normales Si los efectos destructivos de

la radiacioacuten consiguen matar las ceacutelulas cancero-

sas se detiene el avance del tumor maligno (Pero

los pacientes que se someten a terapia por radia-

cioacuten suelen experimentar malestares a causa del

tratamiento Naacuteusea y voacutemito son los siacutentomas

usuales del malestar por radiacioacuten Asiacute pues el

objetivo de la terapia por radiacioacuten es destruir las

ceacutelulas cancerosas antes de que se cause un dantildeo

excesivo a los tejidos sanos La radiacioacuten tiene

45

efectos maacutes letales para las ceacutelulas que se reprodu-

cen con rapidez y eacutesta es precisamente la caracte-

riacutestica de las ceacutelulas cancerosas que permite que la

terapia por radiacioacuten tenga eacutexito

USOS DIAGNOacuteSTICOS DE LOS RADIOISOacuteTOPOS

Los radioisoacutetopos se usan para fines diagnoacutes-

ticos con el propoacutesito de obtener informacioacuten

acerca del tipo o el alcance de la enfermedad El

yodo 131 radiactivo se emplea para determinar el

tamantildeo la forma y la actividad de la glaacutendula ti-

roides asiacute como para tratar caacutenceres localizados

en esta glaacutendula y para controlar una tiroides hi-

peractiva Primero el paciente toma una solucioacuten

de yoduro de potasio que contiene yodo 131 El

organismo concentra el yodo en la tiroides Se

usan dosis grandes para el tratamiento del caacutencer

de la tiroides la radiacioacuten del isoacutetopo se concentra

en las ceacutelulas cancerosas de esta glaacutendula auacuten

cuando las ceacutelulas cancerosas se hayan extendido a

46

otras partes del cuerpo Sin embargo para fines de

diagnoacutestico soacutelo se necesita una pequentildea cantidad

del radioisoacutetopo Tambieacuten 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-

poracioacuten diferencial del isoacutetopo La imagen que

se obtiene se describe como una fotoexploracioacuten

y permite determinar con precisioacuten la ubicacioacuten de

un tumor en esa regioacuten del cuerpo

El radioisoacutetopo de uso maacutes extendido en medicina

es el gadolinio 153 Este isoacutetopo se emplea para

evaluar la mineralizacioacuten de los huesos Su popu-

laridad es un indicio del gran nuacutemero de personas

principalmente mujeres que sufren de osteoporo-

sis (reduccioacuten de la cantidad de tejido oacuteseo) a me-

dida que envejecen El gadolinio 153 emite dos

radiaciones caracteriacutesticas un rayo gamma y un

rayo X Un dispositivo analizador compara estas

radiacioacuten despueacutes de que atraviesan el hueso La

47

densidad del mismo se determina con base en las

diferencias de absorcioacuten de los rayos

El tecnecio 99m se utiliza en diversos ensayos

diagnoacutesticos La letra m quiere decir metaestable

lo que significa que este isoacutetopo emite cierta ener-

giacutea para convertirse en una versioacuten maacutes estable del

mismo isoacutetopo (mismo nuacutemero atoacutemico y mismo

peso atoacutemico) La energiacutea que desprende es el

rayo gamma que permite detectar el isoacutetopo

Tcm9943 Tc99

43 + y

Observa que la desintegracioacuten del tecnecio

99m no produce partiacuteculas alfa ni beta las cuales

podriacutean causar dantildeos innecesarios al organismo

Ademaacutes el tecnecio 99m tiene una vida media cor-

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

tividad no permanece en el organismo mucho

tiempo despueacutes de que la exploracioacuten se ha com-

pletado Esta vida media tan corta obliga a planifi-

48

car cuidadosamente el uso del radioisoacutetopo De

hecho lo que se adquiere no es el isoacutetopo mismo

El tecnecio 99m se forma por desintegracioacuten del

molibdeno 99

Mo9942 Tcm99

43 + e01minus + y

Se emplea un recipiente que contiene este isoacute-

topo de molibdeno y el producto de desintegra-

cioacuten el tecnecio 99 se extrae del recipiente a

medida que se necesita

Mediante el uso de modernas tecnologiacuteas ba-

sadas en la utilizacioacuten de computadoras la tomo-

grafiacutea por emisioacuten de positrones (PET por sus

siglas en ingleacutes) permite medir los procesos dinaacute-

micos que se llevan a cabo en el organismo como

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

boliza el oxiacutegeno o la glucosa Las exploraciones

de PET se emplean actualmente para identificar

con precisioacuten el aacuterea de dantildeo cerebral que desen-

49

cadena los ataques epileacutepticos graves Antes de la

exploracioacuten se inhalan o se inyectan compuestos

que contienen isoacutetopos emisores de positrones

como el carbono 11 Antes de que el positroacuten

emitido pueda recorrer una distancia apreciable en

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

teria ordinaria abundan los electrones) y se produ-

cen dos rayos gamma

C116 B11

5 + e01+

e01+ + e0

1minus 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 simultaacuteneamente

dos rayos gamma el sistema no toma en cuenta

los rayos gamma de la radiacioacuten natural de fondo

A continuacioacuten se emplea una computadora para

calcular la ubicacioacuten dentro del cuerpo del punto

50

en el cual ocurrioacute una aniquilacioacuten del positroacuten y

el electroacuten y se genera una imagen en esa regioacuten

La tabla contiene una lista de radioisoacutetopos de

uso comuacuten en la medicina La lista es necesaria-

mente incompleta Incluso con esta exposicioacuten tan

breve puedes hacerte una idea de la importancia

que los radioisoacutetopos tienen en la medicina La

aseveracioacuten de que la ciencia nuclear ha salvado

maacutes vidas de las destruidas por las bombas atoacutemi-

cas no carece el fundamento

51

Isoacutetopo Nombre Vida me-

dia Uso

C11 Carbono 11 203m Exploraciones cere-

brales

Cr51 Cromo 51 278d Determinacioacuten

del volumen sanguiacute-

neo

Co57 Cobalto 57 270d Medicioacuten de la

incorporacioacuten de

vitamina v12

Co60 Cobalto 60 526a Terapia de caacutencer

por radiacioacuten

Gd153 Gadolinio

153

242d Determinacioacuten

de la densidad oacutesea

Ga67 Galio 67 781h Exploracioacuten en

busca de tumores

pulmonares

I131 Yodo 131 807d Terapia de la ti-

roides

Ir192 Iridio 192 74d Terapia del caacuten-

cer de mamaacute

Fe59 Hierro 59 45d Deteccioacuten de

anemia

52

P32 Foacutesforo 32 143d Deteccioacuten de

caacutencer de la piel o

tumores oculares

Pu238 Plutonio

238

86a Suministra ener-

giacutea para marcapasos

Ra226 Radio 226 1600a Terapia de caacutencer

por radiacioacuten

Se75 Selenio 75 120d Exploraciones del

paacutencreas

Na24 Sodio 24 150h Localizacioacuten de

obstrucciones en el

flujo sanguiacuteneo

Tc99 Tecnecio 99 60h Obtencioacuten de imaacute-

genes de cerebro hiacutega-

do meacutedula oacutesea rintildeoacuten o

corazoacuten

Tl201 Talio 201 73h Deteccioacuten de pro-

blemas cardiacos con la

prueba de esfuerzo en

rueda de andar

H3 Tritio 123a Determinacioacuten de

agua corporal total

Xe133 Xenoacuten133 527d Obtencioacuten de imaacute-

genes de pulmoacuten

53

9 FECHADO POR MEDIO DE RADIOISOacuteTOPOS

Una de las aplicaciones maacutes in-

creiacutebles de la quiacutemica nuclear es la po-

sibilidad de averiguar la antiguumledad de

los objetos encontrados en las investi-

gaciones arqueoloacutegicas

Se puede usar la vida media de ciertos isoacuteto-

pos para estimar la antiguumledad de rocas y artefac-

tos arqueoloacutegicos El uranio 238 se desintegra con

una vida media de 4500 millones de anos Los

productos iniciales de esta desintegracioacuten tambieacuten

son radiactivos y la descomposicioacuten continuacutea

54

hasta que se forma un isoacutetopo de plomo (plomo

206) Los quiacutemicos pueden estimar la antiguumledad

de una roca determinando las proporciones relati-

vas de uranio 238 y plomo 206 Se ha encontrado

que algunas de las rocas maacutes antiguas de la Tierra

se formaron hace entre 3000 y 4500 millones de

antildeos En las rocas lunares y en meteoritos se ha

determinado una antiguumledad maacutexima de alrededor

de 4500 millones de antildeos Asiacute pues se considera

en general que la Tierra tiene una antiguumledad de

unos 4500 millones de antildeos

FECHADO POR CARBONO 14

En el fechado de artefactos interviene por lo

general un isoacutetopo radiactivo de carbono Se for-

ma carbono 14 en las capas superiores de la at-

moacutesfera por el bombardeo que experimenta el

nitroacutegeno ordinario por parte de los neutrones de

los rayos coacutesmicos

55

N147 + n1

0 C146 + H1

1

Este proceso origina una concentracioacuten cons-

tante de carbono 14 en el CO2 terrestre Las plan-

tas y animales vivos incorporan este isoacutetopo en

sus propias ceacutelulas Sin embargo cuando estos

seres mueren se interrumpe la incorporacioacuten de

carbono 14 y el carbono 14 que hay en el orga-

nismo se desintegra (con una vida media de 5 730

antildeos) a nitroacutegeno 14

Por consiguiente basta con medir la actividad

residual de carbono 14 en un artefacto de origen

vegetal o animal para determinar su antiguumledad

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 antildeos de antiguumle-

dad es decir ha estado muerta durante un tiempo

equivalente a una vida media Anaacutelogamente un

artefacto que muestra el 25 de la actividad de

carbono 14 del material vegetal reciente tiene

56

11460 anos de antiguumledad 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 aquiacute supone que la formacioacuten del isoacutetopo

fue constante a lo largo del tiempo En realidad no

es asiacute Sin embargo aproximadamente para los

uacuteltimos 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

aacuterboles Se han construido curvas de calibracioacuten

que permiten determinar fechas consideradas co-

mo exactas

En teacuterminos generales el meacutetodo de carbono

14 es razonablemente preciso para fechar objetos

de hasta 50000 antildeos de antiguumledad La cantidad

residual del isoacutetopo en los objetos de una antiguumle-

dad mayor que esa es demasiado pequentildea para

hacer una determinacioacuten exacta

El carboacuten de las fogatas de los pueblos anti-

57

guos fechado por determinacioacuten de la actividad

de carbono 14 se usa para estimar la antiguumledad

de otros artefactos encontrados en el mismo em-

plazamiento arqueoloacutegico La teacutecnica de fechado

por carbono 14 se ha usado tambieacuten para detectar

si supuestos artefactos antiguos han sido falsifica-

dos

EL SUDARIO DE TURIacuteN

Probablemente han oiacutedo hablar del sudario de

Turiacuten Se trata de una pieza de tejido de lino muy

antigua de unos 4 metros de largo que muestra la

impresioacuten aproximada de un cuerpo humano

Desde alrededor del antildeo 1350 dC 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-

bricacioacuten del lienzo habiacutea sido cultivado en alguacuten

memento entre los anos de 1260 y 1390 dC Por

58

tanto el lienzo no podriacutea haber existido en tiem-

pos de Cristo A diferencia de los pergaminos del

Mar Muerto para los que el fechado por carbono

14 demostroacute que son registros auteacutenticos de una

civilizacioacuten que existioacute hace unos 2000 antildeos el

sudario de Turiacuten resultoacute ser falso

FECHADO POR TRITIO

El tritio que es el isoacutetopo radiactivo del

hidroacutegeno sirve tambieacuten para fechar Su vida me-

dia de 123 antildeos lo hace uacutetil para fechar objetos de

hasta 100 antildeos de antiguumledad Una aplicacioacuten inte-

resante es el fechado de aguardientes Estas bebi-

das alcohoacutelicas son muy costosas cuando han sido

antildeejadas de 10 a 50 antildeos El fechado por tritio

permite comprobar la veracidad de los anuncios

publicitarios respecto al proceso de antildeejamiento

de las variedades maacutes caras

Hay muchos otros isoacutetopos que permiten es-

timar la antiguumledad de objetos y materiales

59

Isoacutetopo Vida me-

dia

(antildeos)

Periacuteodo de

utilidad Uso

Carbono 14 5730 500 a 50000

antildeos

Carboacuten vege-

tal material

orgaacutenico

Tritio 123 1 a 100 antildeosVinos antildeeja-

dos

Potasio 40 13 x 109 Desde 10000

antildeos

Rocas corteza

terrestre y

lunar

Renio 187 43 x1010 Desde 4 x

107 antildeos Meteoritos

Ranio238 45 x109 Desde 107

antildeos

Rocas corteza

terrestre

60

10 PLANTAS DE ENERGIacuteA NUCLEAR

iquestSabeacutes de doacutende viene esa energiacutea que nosotros usamos tanto Mucha de la energiacutea eleacutectrica es

producida por plantas nucleares de to-do el mundo

La energiacutea nuclear ha dado origen a bombas

muy destructivas y a la nociva precipitacioacuten ra-

diactiva y podriacutea incluso provocar un devastador

invierno nuclear Sin embargo una cantidad mu-

cho mayor de personas han recibido beneficios de

la energiacutea nuclear que las que han sido perjudica-

das por ella El hecho es que existen muchos usos

de la energiacutea nuclear que son sumamente beneacutefi-

61

cos Ya conocemos el uso de isoacutetopos radiactivos

en el diagnoacutestico cliacutenico y en el fechado de obje-

tos de antiguumledad desconocida Otro uso paciacutefico

de la energiacutea nuclear es la generacioacuten de electri-

cidad Una gran parte de la energiacutea eleacutectrica que

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

giacutea nuclear

En la actualidad una quinta parte de toda la

electricidad que se produce en Estados Unidos

proviene de plantas de energiacutea nuclear En Euro-

pa la dependencia respecto a la energiacutea nuclear

para la produccioacuten de electricidad es auacuten mayor

En Francia por ejemplo maacutes del 70 de la ener-

giacutea eleacutectrica del paiacutes proviene de plantas nuclea-

res

No es sorprendente que una reaccioacuten que

desprende tanta energiacutea como lo hace la fisioacuten

nuclear se use como fuente de energiacutea para gene-

rar electricidad En las plantas de energiacutea nuclear

se usa el calor obtenido de una reaccioacuten de fisioacuten

62

en cadena controlada para producir vapor de

agua que mueve las turbinas generadoras de elec-

tricidad El combustible nuclear es normalmente

oacutexido de uranio U3O8 enriquecido hasta alrede-

dor de 3 de uranio 235

La energiacutea nuclear es mucho maacutes limpia que la

que se obtiene quemando combustibles foacutesiles

(carboacuten petroacuteleo y gas) no produce cenizas finas

ni holliacuten no forma dioacutexido de carbono que con-

tribuye al efecto de invernadero y al calentamiento

global y no contamina el aire con oacutexidos de azu-

fre y de nitroacutegeno que dan origen a la lluvia aacutecida

Por otra parte emite grandes cantidades de calor

residual en el ambiente y lo que es mucho maacutes

serio produce muchos residuos radiactivos La

eliminacioacuten de todos estos materiales radiactivos

de desecho es uno de los problemas constantes

que se tienen en relacioacuten con las plantas de energiacutea

nuclear

63

11 BOMBA ATOacuteMICA

Todos sabemos los desastres que pue-

den causar la detonacioacuten de una bomba

nuclear

Aquiacute presentamos la explicacioacuten teoacuterica

y coacutemo se pone en praacutectica

COacuteMO FUNCIONA UNA BOMBA NUCLEAR EN LA

TEORIacuteA

El 16 de Julio de 1945 estalloacute la primera bomba

atoacutemica en el campo de pruebas de Trinity cerca

de aacutelamo Gordo (Nuevo Meacutejico) Desde ese pre-

64

ciso instante la historia de la humanidad ha pasado

a una nueva era la era nuclear

Nunca hasta entonces se habiacutean tenido los cono-

cimientos necesarios como para saber que la masa

puede convertirse en grandes cantidades de ener-

giacutea y coacutemo podiacutea realizarse ese proceso hasta

entonces reservado tan soacutelo a las estrellas

La famosa foacutermula de Einstein E = mc2 ha pasa-

do ya ha formar parte de la cultura popular auacuten sin

que en realidad se llegue a saber que implica

Donde E es energiacutea m masa y c la velocidad de la

luz (constante) En esta ecuacioacuten se expresa la

relacioacuten de equivalencia entre masa y energiacutea Por

ejemplo haciendo algunas cuentas se ve que con

un gramo de uranio si se convirtiese totalmente

en energiacutea se obtendriacutean 25 millones de Kw

Aplicado como una bomba nuclear basta decir

que para asolar Hiroshima soacutelo se convirtioacute un

65

gramo de masa (aunque toda la bomba como me-

canismo pesara cuatro toneladas) su potencia fue

de 125 kilotones es decir para igualar su potencia

seriacutean 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 combustibles

de fisioacuten Cuando en un espacio se reuacutene la sufi-

ciente cantidad de materia (denominada masa criacute-

tica) se produce una reaccioacuten en cadena espontaacute-

nea esto es el nuacutecleo de los aacutetomos del material

se divide liberando energiacutea y varios neutrones

raacutepidos que provocan que otros nuacutecleos tam-

bieacuten se dividan y liberen maacutes energiacutea y neutrones

Este proceso se denomina fisioacuten nuclear Sin em-

bargo si la densidad no es suficiente la energiacutea

liberada hace que el material se expanda y se de-

tenga el proceso Para evitar que se pare la reac-

cioacuten se recurre a una materia muy densa de por siacute

(isoacutetopos del uranio y plutonio) que ademaacutes se

comprime de manera muy raacutepida para lograr una

66

altiacutesima densidad que permite que los neutrones

raacutepidos choquen antes con otros nuacutecleos y se

produzcan antes el mayor nuacutemero 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 maacutes energiacutea Para una

explosioacuten de 100 kilotones son necesarias 58 ge-

neraciones las 7 uacuteltimas generan el 999 de la

energiacutea en periodo cortiacutesimo de tiempo Tambieacuten

puede liberarse energiacutea con la fusioacuten en este pro-

ceso los nuacutecleos se unen en vez de separarse pero

se requieren altiacutesimas temperaturas (del orden de

millones de grados) para que este proceso se lleve

a cabo Para esta reaccioacuten se usan aacutetomos ligeros

(maacutes faacuteciles de unir) generalmente hidroacutegeno o

sus isoacutetopos (deuterio y tritio) Para unir dos aacuteto-

mos basta con hacerlos chocar Los protones de

cada aacutetomo 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

67

fusioacuten deben comprimirse fuertemente los nuacute-

cleos y una vez hecho soacutelo podraacuten continuar uni-

dos si pierden un equivalente de la energiacutea que les

hizo apretarse En el caso de usar deuterio y tritio

se libera violentamente un neutroacuten Esta energiacutea

liberada es la que forma una bomba de fusioacuten

tambieacuten denominada bomba H

COMO FUNCIONA UNA BOMBA ATO-MICA EN LA PRACTICA

Sea cual fuere el sistema de funcionamiento de

una bomba nuclear (fusioacuten o fisioacuten) una cantidad

de masa se convierte en energiacutea la potencia soacutelo

depende de la capacidad de la ingenieriacutea para con-

vertir maacutes masa antes de que la reaccioacuten disperse

las moleacuteculas en teoriacutea la potencia es por tanto

ilimitada

Una bomba nuclear consiste baacutesicamente en una

esfera hueca de plutonio que no es lo suficiente-

68

mente densa como para producir una reaccioacuten 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 explosioacuten se disparan los detonado-

res que hacen que el material explosivo estalle de

la manera lo maacutes regular posible para que enviacutee

una onda de choque esfeacuterica hacia el plutonio

Cuando eacutesta impacta contra eacutel lo comprime y re-

duce su volumen empujaacutendolo hacia el centro de

la esfera hasta que alcanza una densidad suficiente

(supercriacutetica) y se dispara el iniciador de neutrones

para comenzar la reaccioacuten en cadena que da lugar

a la explosioacuten nuclear

Las bombas termonucleares de fusioacuten o H nece-

sitan de una gran temperatura para que se puedan

unir los nuacutecleos esto se consigue en el interior de

una explosioacuten de fisioacuten que es el comienzo de

toda bomba H

69

Una vez acabada la reaccioacuten de fusioacuten nos encon-

traremos con una esfera expandida con una tem-

peratura de millones de grados en la que existen

los productos de la fusioacuten (litio e isoacutetopos del

hidroacutegeno) Tal es su velocidad que pueden fun-

dirse unos con otros dando lugar a la reaccioacuten de

fusioacuten Esta reaccioacuten genera maacutes energiacutea que la

anterior y libera gran cantidad de partiacuteculas nu-

cleares pero no es una reaccioacuten en cadena ya que

el propio calor que genera hace que las partiacuteculas

se separen y se expandan en forma de una esfera

de plasma con una temperatura que tan soacutelo expe-

rimenta el universo de manera natural en las estre-

llas En nuestro sol por ejemplo ocurren la fusioacuten

nuclear de hidroacutegeno y helio Pero antes de que la

reaccioacuten se extinga los neutrones generados por

las detonaciones anteriores provocan de nuevo

una reaccioacuten de fusioacuten sobre una camisa de U-

238 pero esta vez mucho mayor que las anterio-

res La potencia de una bomba termonuclear care-

ce de liacutemite una bomba como la de Hiroshima de

70

125 kilotones (un kilotoacuten equivale a 1000 tonela-

das de TNT) se considera dentro de los arsenales

modernos como pequentildea siendo las de un mega-

toacuten (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 la

Segunda Guerra Mundial

Para la construccioacuten de una bomba nuclear nor-

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

primero no forma parte de la reaccioacuten nuclear

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

nera espontaacutenea emitiendo neutrones que son

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

duzca de manera accidental la reaccioacuten en cadena

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

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

cioacuten 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

71

reactores nucleares a partir del U-238

La desintegracioacuten del uranio en la reaccioacuten en

cadena se produce de manera espontaacutenea para una

masa de 50 Kg si eacuteste elemento es puro El pluto-

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

da reaccioacuten en cadena de modo que se mezcla de

berilo y polonio dando como resultado un pro-

ducto que aunque no es fisionable por si solo una

pequentildea cantidad actuacutea como catalizador para las

grandes reacciones Asiacute bastan 16 Kg de PU-239

para obtener la masa supercriacutetica y 10 Kg si se

mezcla con U-238

El U-235 es muy difiacutecil de extraer por encontrarse

en la naturaleza muy mezclado con otros com-

puestos Asiacute por cada 25000 toneladas de mineral

de uranio bruto soacutelo se obtienen 50 toneladas de

uranio del que el 993 es U-235 y el resto el

rariacutesimo isoacutetopo U-238 ambos soacutelo se pueden

separar de manera mecaacutenica gracias a la leviacutesima

72

diferencia de peso entre ambos Asiacute el uranio se

mezcla en forma gaseosa con fluor (hexafluoriacutedri-

co) que es impulsado a baja presioacuten hacieacutendolo

pasar por unas caacutemaras que aumentan la concen-

tracioacuten de uranio sensiblemente tras cientos de

pasadas Para una central nuclear la pureza ha de

ser del 2 y para una bomba (teoacutericamente) el

95

Para separar el isoacutetopo se recurre a la centrifuga-

cioacuten del gas siendo el maacutes pesado U-238 despedi-

do hacia el exterior con maacutes fuerza Para obtener

otra vez el uranio separado del gas se recurre a la

separacioacuten magneacutetica

MECANISMOS QUE SUELEN COMPONER UNA

BOMBA NUCLEAR

Los mecanismos que suelen componer una bom-

ba nuclear son los siguientes

73

ALTIacuteMETRO No suele usarse el baromeacutetrico

por verse afectado por las condiciones atmosfeacuteri-

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 seguacuten el tiempo transcu-

rrido en el recorrido puede saberse la altura sin

necesidad de complicar maacutes el sistema para dar

una precisioacuten que en realidad no es importante (2

o 3 m de diferencia no son apreciables maacutes que

en minibombas bastante menores que las de

Hiroshima) siendo la altura normal de detonacioacuten

la de 2000 m

En la praacutectica 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 electroacute-

nicamente para obtener la diferencia de ambas

que es proporcional a la altura Los pulsos suelen

emitirse 120 veces por segundo y alcanzan un

74

rango de 3000 m sobre la tierra y 6000 m sobre

el mar (la reflexioacuten es alliacute mejor) siendo su error

de hasta 15 m

CABEZA DETONADORA Como ya se dijo

estaacute compuesta de una carga explosiva muy bien

calibrada que a la orden del altiacutemetro detona

produciendo una onda de choque uniforme sobre

el elemento radioactivo comprimieacutendolo hasta

alcanzar la masa supercriacutetica

Compantildeiacuteas privadas producen camisas explosivas

que modificadas pueden ser usadas para la fabri-

cacioacuten del objeto que nos ocupa La cantidad de

presioacuten necesaria a aplicar es un secreto por razo-

nes de seguridad aunque se sabe que los explosi-

vos plaacutesticos son ideales sobre todo por su malea-

bilidad y facilidad de manejo

El detonador variacutea si es combustible es uranio o

plutonio

75

DETONADOR DE URANIO La masa total se

divide en dos partes una mayor de forma semies-

feacuterica y coacutencava que se acopla perfectamente con

la otra maacutes pequentildea Como es de suponer ambas

se encuentran separadas hasta el momento de la

detonacioacuten en el que una explosioacuten convencional

dispara la parte pequentildea que impacta contra la

mayor para lograr en un instante la masa supercriacute-

tica

DETONADOR DE PLUTONIO Necesita

una precisioacuten de ingenieriacutea mucho mayor que la

anterior ya que estaacute compuesta de 32 secciones de

plutonio-berilio-polonio todas de igual forma y

posicioacuten distribuidas conceacutentricamente El aspecto

final es parecido al de un baloacuten de fuacutetbol Todas

han de cerrarse simeacutetricamente en una diezmillo-

neacutesima de segundo para conseguir la detonacioacuten

DEFLECTOR DE NEUTRONES Suele ser

U-238 Su funcioacuten es la que ya se explicoacute evitar

76

una reaccioacuten accidental ademaacutes refleja las partiacutecu-

las de vuelta cuando se alcanza la masa supercriacuteti-

ca

ESCUDO PROTECTOR Recibe otros nom-

bres pero su funcioacuten es siempre la de proteger de

la radiacioacuten natural tanto al personal que la maneja

como a los circuitos de la bomba que pueden su-

frir cortocircuitos o puestas en funcionamiento

accidentales

SISTEMA DE ARMADO Es otro sistema maacutes

de seguridad consistente en quitar una parte im-

prescindible de la bomba para evitar detonaciones

accidentales de modo que soacutelo cuando estaacute

proacuteximo su lanzamiento se inserta esta parte Una

analogiacutea seriacutea como si al aparcar nuestro coche le

quitaacuteramos el volante o una bujiacutea asiacute estariacuteamos

seguros de que no nos lo roban porque sin estas

partes el coche no funciona

77

12 EFECTOS DE UNA EXPLOSIOacuteN NUCLEAR

Tenemos frescas en nuestra memo-

ria las imaacutegenes que nos mostroacute la

televisioacuten cuando se produjo el ac-

cidente de Chernobyl

Aquiacute explicamos todas las conse-

cuencias de una detonacioacuten 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

78

bull Radiacioacuten nuclear inicial la altiacutesima

temperatura y la elevada presioacuten que se

genera en el interior de la explosioacuten emi-

ten radiacioacuten en todas las direcciones Esta

se compone de rayos alfa beta y gamma

que son una forma de radiacioacuten electro-

magneacutetica de alta energiacutea que puede causar

la muerte sin que el individuo se de cuenta

de que ha sido irradiado Una explosioacuten de

un megatoacuten (de tamantildeo estaacutendar) matariacutea

a todo ser humano en 15 Km a la redonda

que se encontrase al aire libre

Las partiacuteculas alfa son ideacutenticas a un nuacutecleo de

helio son las que mas larga vida tienen unos mil

antildeos pero su poder de penetracioacuten 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 radiacioacuten Con 45 cm de tierra se

consigue reducir la radiacioacuten veinte veces

Las partiacuteculas beta penetran maacutes siendo suficiente

79

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

to la radiacioacuten (una pared moderna ya espesa se

compone de 1 pie de ladrillo maacutes caacutemara maacutes

aislante maacutes ladrillo hueco y yeso que suele que-

darse en los 37 cm)

Los de maacutes poder de penetracioacuten son las gamma

y por tanto los maacutes peligrosos ya son los que se

introducen en los refugios nucleares auacuten con

grandes espesores de hormigoacuten La uacutenica protec-

cioacuten eficaz es la de interponer grandes masas de

material mejor cuanto maacutes denso siendo el ideal

el plomo ya que pasa por los materiales como la

luz por una tela si esta es maacutes densa mayor canti-

dad de chocaraacute con ella y no la traspasaraacute Para

reducir la dosis a un veinteavo se precisan 30 cm

de hormigoacuten armado

bull Pulso electromagneacutetico La intensa acti-

vidad de los rayos gamma genera mediante

induccioacuten una corriente de alto voltaje so-

80

bre antenas viacuteas feacuterreas tuberiacuteas que des-

truye todas las instalaciones eleacutectricas de

una amplia zona si la explosioacuten se efectuacutea

a gran altura Una detonacioacuten de muchos

kilotones a 200 km sobre Omaha (Ne-

brasca) destruiriacutea todos los circuitos eleacutec-

tricos integrados de toda Norteameacuterica y

parte de Meacutejico y Canadaacute Ante el riesgo

de una detonacioacuten nuclear es conveniente

alejarse de liacuteneas eleacutectricas y viacutea feacuterreas ya

que la corriente inducida puede electrocu-

tarnos

bull Pulso teacutermico al expandirse la bola de

fuego el aire circundante absorbe energiacutea

en forma de rayos X y la irradia en forma

de una luz cegadora y un intensiacutesimo ca-

lor Una bomba de 20 Megatones produci-

riacutea una intensa luz durante 20 segundos y

causariacutea quemaduras de segundo grado a

81

cualquier persona expuesta a 45 Km de

distancia

bull Onda de choque La raacutepida expansioacuten de

la bola de fuego genera una onda de cho-

que como cualquier explosioacuten pero de

una potencia muy superior ya que puede

aplastar o barrer edificios dantildeaacutendolos muy

seriamente o destruyeacutendolos por comple-

to ya que maacutes que empujar por su dura-

cioacuten lo que hace es estrujar Una bomba

de 20 megatones no dejariacutea en un radio de

20 Km maacutes que escombros soacutelo se salva-

riacutean las cimentaciones y construcciones

enterradas

bull Primera lluvia radioactiva o lluvia ra-

diactiva local una explosioacuten de 20 mega-

tones aras de suelo produciriacutea un craacuteter de

183 m de profundidad la elevada tempe-

82

ratura vaporiza todo lo que se encuentra

dentro de la bola de fuego todo se funde

con los materiales radiactivos de la fisioacuten o

fusioacuten y se eleva con el hongo para luego

precipitar en forma de finas cenizas Esto

ocurriraacute durante las 24 h siguientes a la

explosioacuten y afectaraacute a una regioacuten maacutes o

menos amplia para una misma potencia

seguacuten la climatologiacutea El fenoacutemeno se am-

pliacutea considerablemente si la detonacioacuten se

produce cerca del suelo La energiacutea 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 maacutes destructivos los deno-

minados secundarios como incendios en masa

que acabariacutean con los pocos supervivientes y ma-

tariacutean a maacutes que el pulso teacutermico y la onda de

choque

83

Ademaacutes en caso de que se lanzaran muchas

bombas nucleares sus efectos secundarios seriacutean

mucho maacutes 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 10000 mega-

tones miacutenimos para considerar un holocausto

como tal

bull El primero de estos efectos es que la ra-

dioactividad liberada en caso de holocaus-

to penetrariacutea en todos y cada uno de los

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

Mientras que en dosis altas (seguacuten la espe-

cie) produciriacutea la muerte en otras maacutes ba-

jas los efectos seriacutean de lo maacutes variados

(mutaciones esterilidad)

bull El segundo seriacutea que los materiales im-

pulsados por las detonaciones se elevariacutean

hasta la troposfera donde ocultariacutean la luz

84

del sol durante meses o antildeos haciendo ba-

jar la temperatura de la tierra y alterando la

fotosiacutentesis de los vegetales y el plancton

marino seriacutea el famoso invierno nuclear

Ademaacutes estos materiales radiactivos iriacutean

cayendo durante meses o antildeos convirtieacuten-

dose en una lluvia radiactiva global que

auacuten con menos dosis radiactiva que una

lluvia provocada por una bomba seriacutea

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

antildeos Ese 5 de energiacutea liberada por la

lluvia radiactividad en una bomba es poco

pero en los 10000 megatones de un holo-

causto suponen ya 500 megatones que iraacuten

estallando durante miles de antildeos des-

pueacutes de la cataacutestrofe

85

bull El tercero seriacutea una reduccioacuten en la capa

de ozono producida por el oacutexido de nitroacute-

geno generado por las bolas de fuego de

modo que la radiacioacuten solar que llegase a

la tierra seriacutea mortal Un 70 del ozono

desapareceriacutea en el hemisferio norte y un

40 en el sur siendo necesarios treinta

antildeos para recuperar su estado normal

86

Ejercicios 12

MODELO DE RESOLUCIOacuteN

La distribucioacuten de los electrones de un aacutetomo

en sus niveles y subniveles se puede representar en

forma abreviada de la siguiente manera

a) Un coeficiente que indica el nuacutemero del nivel

de energiacutea (n)

b) Una letra que corresponde al subnivel

c) Un supraiacutendice que sentildeala el nuacutemero de elec-

trones que hay en el subnivel

1H = 1s1

3Li = 1s2 2s1

En razoacuten del entrecruzamiento de subniveles

el orden en que se van completando los subniveles

por energiacutea creciente es el siguiente

87

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

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

5d 6p 7s 5f 6d

7p

Para visualizar la distribucioacuten de los electrones

en orbitales se puede representar cada orbital por

un pequentildeo cuadrado dividido por una diagonal

y cada electroacuten mediante una flecha

Entonces el orbital puede estar

Vaciacuteo incompleto completo

(1 electroacuten) (2 electrones)

En caso del orbital completo las flechas tienen

sentido contrario para indicar que los electrones

presentan spin contrario

El llenado de los orbitales por los electrones

se realiza a partir de los niveles y subniveles en

88

orden creciente de energiacutea Cada nuevo electroacuten se

incorpora a un orbital vaciacuteo

De ese modo los elementos quedan represen-

tados asiacute

1H =

1s

3Li =

1s 2s

7N =

1s 2s 2p

89

Ejercicios 121

1) Un aacutetomo de foacutesforo tiene 15 protones y 16

neutrones Indicaacute cuaacutel es su

a) nuacutemero atoacutemico (Z) b) nuacutemero

de masa (A)

2) Un aacutetomo de potasio tiene Z =19 y A = 39

Indicaacute su nuacutemero de

a) protones b) electrones

c) neutrones

3) Completaacute los datos que faltan en el siguiente

cuadro

90

ELE-

MEN-

TO

NUacute-

MERO

ATOacute-

MICO

NUacute-

MERO

DE

MASA

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) Sentildealaacute el nombre y siacutembolo de los elementos

cuyas configuraciones electroacutenicas 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) Escribiacute la configuracioacuten electroacutenica de los

siguientes elementos

91

a) Na2311 = c) O16

8 =

b) Cl3517 = d) C12

6 =

6) De acuerdo con la siguiente representacioacuten de

los electrones en orbitales indicaacute a queacute ele-

mentos corresponden

a)

b)

c)

d)

7) Representaacute la distribucioacuten de los electrones en

orbitales de los elementos

a) 7N= c) 18Ar =

b) 15AI = d) 19K =

92

Hoja de respuestas121

1) a) 15 b) 31 2) a) 19 b) 19 c) 20

3)

ELE-

MEN-

TO

NUacuteME-

RO

ATOacute-

MICO

NUacute-

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)Argoacuten Ar

d)Escandio Sc

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

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)middot

94

Ejercicios 1211

Modelo de resolucioacuten

El nuacutemero de oxidacioacuten se asigna seguacuten las si-

guientes reglas

1) El nuacutemero de oxidacioacuten de los elementos en la

sustancia simple es cero

Ejemplo Cu0 02Cl

2) El nuacutemero de oxidacioacuten del oxiacutegeno es 2

excepto en las sustancias como el agua oxige-

nada Ejemplo H2

2Ominus

3) El nuacutemero de oxidacioacuten del hidroacutegeno es +1

excepto en las sustancias donde estaacute combina-

do con los metales Ejemplo 1

H+

2O

4) El nuacutemero de oxidacioacuten de un ion monoatoacute-

mico es igual a la carga del ion Ejemplo Ca2-

Cl-

95

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

braica de los nuacutemeros de oxidacioacuten de todos

los aacutetomos debe ser cero Ejemplo 1

H+

2

2Ominus

there42(+1) + (-2) = 0

6) En los iones que tienen maacutes de un aacutetomo la

suma algebraica de los nuacutemeros de oxidacioacuten

de todos los aacutetomos es igual a la carga del ion

El nuacutemero de oxidacioacuten se escribe colocando primero el signo y luego el nuacutemero

Ejemplo el nuacutemero de oxidacioacuten del aluminio es +3

1) Calculaacute los nuacutemeros de oxidacioacuten en la moleacute-

cula de dioacutexido de azufre (SO2)

Datos SO2 nuacutemero de oxidacioacuten del O2

es 2

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de S

Resolucioacuten Cada aacutetomo de oxiacutegeno tiene

nuacutemero de oxidacioacuten 2 por lo tanto el nuacute-

mero de oxidacioacuten del azufre es +4 porque

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

96

2) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten del azufre en

el aacutecido sulfuacuterico (H2SO4)

Datos H2SO2 nuacutemero de oxidacioacuten del

O2 es 2 nuacutemero de oxidacioacuten de H es -1

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de S

Resolucioacuten Se debe cumplir que la suma al-gebraica de todos los nuacutemeros de oxidacioacuten sea cero

4(-2) + 21 + x = 0

-8 + 2 + x = 0

x = 6

Respuesta el nuacutemero de oxidacioacuten del azufre

en el aacutecido sulfuacuterico es +6

3) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten del nitroacutegeno

en el nitrato de sodio (NaNO3)

Datos NaNO3 nuacutemero de oxidacioacuten del

O2 es 2

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de N

97

Resolucioacuten El nuacutemero de oxidacioacuten del

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

ga eleacutectrica positiva

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

1 6 + x = 0

x = 5

Respuesta el nuacutemero de oxidacioacuten del nitroacute-

geno en el nitrato de sodio es +5

4) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten del azufre en

el ion sulfato (S 24Ominus )

Datos S 24Ominus nuacutemero de oxidacioacuten del O2

es 2

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de S

Resolucioacuten La suma de los nuacutemeros de

oxidacioacuten es igual a 2 porque el ion sulfato

tiene dos cargas negativas (2-)

x + 4(-2) = -2

x 8 = -2

x = 6

98

Respuesta El nuacutemero de oxidacioacuten del azu-

fre en el ion sulfato es +6

99

Ejercicios 1212

1) Dibujaacute los siacutembolos de Lewis para los aacutetomos

de

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

2) iquestCoacutemo adquiere la distribucioacuten electroacutenica del

ineacutertido maacutes cercano cada uno de los siguien-

tes aacutetomos

a) K b)

F c)

S d) Mg e)

Br

3) Escribiacute las ecuaciones ioacutenicas la foacutermula elec-

troacutenica y la foacutermula miacutenima del compuesto

ioacutenico formado por

a) K y Br (bromuro de potasio)

b) Ca y O (oacutexido de calcio)

4) Marcaacute con una X las propiedades correspon-

dientes a las sustancias que presentan uniones

ioacutenicas

100

a) Son soacutelidas y tienen bajo punto de fusioacuten ( )

b) Conducen la corriente eleacutectrica fundidas o di-

sueltas en agua ( )

c) Tienen brillo metaacutelico ( )

d) Forman cristales duros y quebradizos solubles

en agua ( )

e) No conducen la corriente eleacutectrica ( )

5) Explicaacute coacutemo se unen dos aacutetomos de bromo

para formar la moleacutecula Br2 y escribiacute su

foacutermula electroacutenica y su foacutermula desarrollada

6) La foacutermula del monoacutexido de dicloro es Cl2O

a) Indicaacute queacute tipo de unioacuten existe entre el cloro y

el oxiacutegeno

b) Escribiacute su foacutermula electroacutenica y su foacutermula

desarrollada

7) El azufre y el oxiacutegeno forman dos oacutexidos

importantes el dioacutexido de azufre (SO2) y el

101

trioacutexido de azufre (SO3) Para el trioacutexido de

azufre

a) Indicaacute queacute tipo de unioacuten existe entre el azufre

y los tres aacutetomos de oxiacutegeno

b) Escribiacute la foacutermula electroacutenica

c) Escribiacute la foacutermula desarrollada

8) Marcaacute 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

liacutequidas o soacutelidas ( )

c) Son duacutectiles y maleables ( )

d) No forman moleacuteculas son agregados de

iones ( )

e) No son buenas conductoras de la corriente

eleacutectrica ( )

102

9) Coloque en el pareacutentesis UCP si la unioacuten es

covalente polar y UCNP si es covalento no

polar en cada una de las siguientes sustancias

a) cloruro de hidroacutegeno HCl ( )

b) Hidroacutegeno H2 ( )

c) yodo l2 ( )

10) Escribiacute la foacutermula electroacutenica y la foacutermula

desarrollada de cada una de las sustancias

mencionadas en el ejercicio 9

11) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten

a) del azufre (S)en el dioacutexido de azufre (SO2) en

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

sodio (Na2S)

b) del nitroacutegeno (N) en el dioacutexido de nitroacutegeno

(NO2) en el aacutecido niacutetrico (HNO3) y en el ni-

trato de potasio (KNO3)

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

can en el concepto de unioacuten metaacutelica

103

a) Tienen bajo punto de fusioacuten y de

ebullicioacuten ( )

b) Tienen brillo metaacutelico ( )

c) Conducen la corriente eleacutectrica sin

alterarse ( )

d) En estado soacutelido son malos conductores de la

corriente eleacutectrica ( )

e) Forman hilos y laacuteminas delgadas ( )

104

Hoja de respuestas 1212

1) a) He b) Al c)

Si d)

Ar e)

N

2) a) cede un electroacuten d) cede electrones c)

gana dos electrones b) y e) gana un electroacuten

3) a) Ecuaciones ioacutenicas

K K1+ + 1 e

Br + 1 e Br1-

K1+ + Br- KBr

Foacutermula electroacutenica K1+minus

1

Br

Foacutermula miacutenima KBr

b) Ecuaciones ioacutenicas

Ca Ca 2+ + 2 e

O + 2 e O2-

Ca2+ + O2- CaO

Foacutermula electroacutenica Ca2+ minus

2

O

105

Foacutermula miacutenima CaO

4) b y d

5) se unen compartiendo un par de electrones

6) a) unioacuten covalente

b) foacutermula electroacutenica

Cl

O

Cl

foacutermula desarrollada Cl O Cl

7) a) una unioacuten covalente doble entre el azufre y

uno de los aacutetomos de oxiacutegeno dos uniones cova-

lentes coordinadas con los otros dos aacutetomos de

oxiacutegeno

b) Foacutermula electroacutenica

Foacutermula desarrollada

106

8) a b y e

9) a) UCP y c) UCNP

10) Foacutermula electroacutenica Foacutermula desarrollada

a) H

Cl H Cl

b) HH H H

c)

I

I l I

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

12) b c y e

  • RADIACTIVIDAD
    • IacuteNDICE
      • 1 RADIACTIVIDAD NATURAL
      • 2 RELACIOacuteN ENTRE LA LEY DE LAVOISIER Y LA DE EINSTEIN
      • 3 INTERACCIONES ENTRE AacuteTOMOS Y ONDAS
      • 4 PODER DE PENETRACIOacuteN DE LA RADIACIOacuteN
      • 5 VIDA MEDIA
      • 6 RADIACTIVIDAD ARTIFICIAL
      • 7 USOS DE LOS RADIOISOacuteTOPOS
      • 8 MEDICINA NUCLEAR
      • 9 FECHADO POR MEDIO DE RADIOISOacuteTOPOS
      • 10 PLANTAS DE ENERGIacuteA NUCLEAR
      • 11 BOMBA ATOacuteMICA
      • 12 EFECTOS DE UNA EXPLOSIOacuteN NUCLEAR
        • Ejercicios 12
        • Ejercicios 121
        • Hoja de respuestas121
        • Ejercicios 1211
        • Ejercicios 1212
        • Hoja de respuestas 1212

19

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

tones y dos neutrones

Desintegraciones beta Cuando la rela-

cioacuten de neutrones protones en un nuacutecleo

atoacutemico es elevada el nuacutecleo se estabiliza emi-

tiendo un neutroacuten o bien como ocurre con

frecuencia emitiendo una partiacutecula beta es

decir un electroacuten

Desintegraciones gamma Los rayos

gamma son ondas electromagneacuteticas de gran

energiacutea muy parecidos a los rayos X y en cier-

tas ocasiones se presentan cuando ocurre una

desintegracioacuten de partiacuteculas beta o bien una

emisioacuten de positrones Por lo tanto la radia-

cioacuten gamma no posee carga eleacutectrica y su na-

turaleza ondulatoria permite describir su ener-

giacutea en relacioacuten a su frecuencia de emisioacuten

20

INTERACCIOacuteN DE LAS RADIACIONES CON LA

MATERIA

La radiacioacuten al chocar con las moleacuteculas que

encuentra a su paso produce iones esto se debe a

que excita los electrones de los aacutetomos de las mo-

leacuteculas es decir les entrega energiacutea para que pasen

a oacuterbitas superiores

bull Radiaciones alfa (α) compuesta por dos

protones y dos neutrones de bajo poder

de penetracioacuten y alta capacidad de ioniza-

cioacuten Se mueve en liacutenea recta debido a su

gran cantidad de masa

21

bull Radiaciones beta (β) formada por elec-

trones de carga negativa su masa es pe-

quentildea por lo tanto es propensa a cambiar

de trayectoria bajo poder de penetracioacuten y

bajo poder de ionizacioacuten Al acercarse a un

nuacutecleo se frena la energiacutea que pierde en el

frenado la libera como rayos X Si una par-

tiacutecula beta choca con un positroacuten (electroacuten

negativo) se aniquila y emite un rayo

gamma

bull Radiaciones gamma (γ) son las de ma-

yor energiacutea no tiene carga eleacutectrica por lo

22

tanto no desviacutean sus trayectorias frente a

campos eleacutectricos tienen un alto poder de

penetracioacuten y un alto poder de ionizacioacuten

Pueden llegar a extraer electrones de los

aacutetomos los cuales a su vez ionizan otras

moleacuteculas

Neutrones no poseen carga eleacutectrica tienen

un alto poder de penetracioacuten Al chocar contra un

aacutetomo ceden parte de su energiacutea y se frenan Los

neutrones de baja velocidad se denominan neu-

trones teacutermicos los cuales se descomponen en un

electroacuten y un protoacuten o pueden ser absorbidos por

otros nuacutecleos atoacutemicos

23

4 PODER DE PENETRACIOacuteN DE LA RADIACIOacuteN

La radiacioacuten es uno de los efectos

maacutes peligrosos de la energiacutea nuclear

No todas las partiacuteculas emitidas

tienen la misma posibilidad de atrave-

sar los elementos

Los materiales radiactivos pueden ser peligro-

sos porque la radiacioacuten que se emite puede dantildear

los tejidos vivos La capacidad para inflingir dantildeos

depende en parte del poder de la radiacioacuten para

penetrar en los tejidos

24

En condiciones de igualdad por lo demaacutes

cuanto mayor es la masa de una partiacutecula menor

es su poder de penetracioacuten Las partiacuteculas alfa

que son nuacutecleos de helio con una masa de 4 uma

constituyen el menos penetrante de los tres tipos

principales de radiactividadLas partiacuteculas beta

ideacutenticas a los electrones cuya masa es insignifi-

cante son un poco maacutes penetrantes Los rayos

gamma como los rayos X carecen totalmente de

masa su poder de penetracioacuten es mucho mayor

que el de los otros dos tipos

Puede parecer contrario al sentido comuacuten

pensar que las partiacuteculas maacutes grandes se abren

camino con maacutes dificultad Consideraacute sin embar-

go que el poder de penetracioacuten refleja la capaci-

dad de la radiacioacuten para abrirse camino a traveacutes

de una muestra de materia Es como si trataras de

hacer rodar piedras por un campo de grandes ro-

cas La partiacutecula alfa se comporta como si fuese

una roca grande Debido a su tamantildeo no puede

25

avanzar mucho sin chocarse con otras rocas y ser

detenida por ellas La partiacutecula beta se comporta

como una piedra pequentildea que puede introducirse

entre las rocas y quizaacute hasta rebotar en ellas hasta

completar un recorrido maacutes largo El rayo gamma

es comparable a un grano de arena capaz de pasar

por las aberturas maacutes pequentildeas

Al principio de esta explicacioacuten dijimos que si

todo lo demaacutes es igual asiacute es como funcionan las

cosas Pero lo demaacutes no siempre es igual Cuanto

maacutes raacutepido se mueve una partiacutecula o maacutes energiacutea

tiene la radiacioacuten mayor es su poder de penetra-

cioacuten

Si la sustancia radiactiva estaacute afuera del cuer-

po las partiacuteculas alfa de poco poder de penetra-

cioacuten son las menos peligrosas pues las detiene la

capa externa de la piel Tambieacuten las partiacuteculas beta

se detienen normalmente antes de alcanzar oacuterga-

nos vitales Los rayos gamma atraviesan sin difi-

26

cultad los tejidos asiacute que una fuente externa de los

mismos puede ser muy peligrosa En cambio

cuando la fuente radiactiva estaacute adentro del cuerpo

la situacioacuten se invierte Las partiacuteculas alfa que no

penetran pueden causar graves dantildeos Todas estas

partiacuteculas estaacuten atrapadas en el interior del cuerpo

el cual tiene entonces la posibilidad de absorber

toda la energiacutea que libera la partiacutecula Las partiacutecu-

las alfa infligen el dantildeo en un aacuterea muy pequentildea

porque no se desplazan muy lejos Las partiacuteculas

beta distribuyen el dantildeo en un aacuterea algo mayor

porque recorren distancias mayores Los tejidos se

pueden recuperar de un dantildeo limitado disperso en

un aacuterea grande pero es menos probable que so-

brevivan a una lesioacuten concentrada

Las personas que trabajan con materiales ra-

diactivos disponen de diversas formas de prote-

gerse contra ellos La maacutes simple consiste en ale-

jarse de la fuente porque la intensidad de la radia-

cioacuten disminuye con la distancia respecto a la fuen-

27

te Los trabajadores se pueden proteger tambieacuten

por medio de blindajes Una hoja de papel detiene

casi todas las partiacuteculas alfa Un bloque de madera

o una laacutemina delgada de aluminio detiene las par-

tiacuteculas beta

Pero se necesitan varios metros de concreto o

varios centiacutemetros de plomo para detener los ra-

yos gamma

28

5 VIDA MEDIA

Cuando hablamos de aacutetomos individuales

estamos trabajando con elementos que

apenas imaginamos

Para entender lo que pasa con la radia-

cioacuten debemos referirnos a un grupo maacutes

grande de partiacuteculas y trabajar con pro-

medios

Hasta aquiacute hemos estudiado la radiactividad en

relacioacuten con los aacutetomos individuales En el labora-

torio nos ocupamos en general con nuacutemeros muy

grandes de aacutetomos mucho mayores que el nuacuteme-

29

ro de habitantes de la tierra Si pudieacutesemos ver el

nuacutecleo de un aacutetomo individual podriacuteamos ver si

sufre o no desintegracioacuten radiactiva examinando

su composicioacuten Ciertas combinaciones de proto-

nes y neutrones son inestables Sin embargo lo

que no podriacuteamos determinar es cuando el aacutetomo

va a sufrir un cambio La radiactividad es un pro-

ceso aleatorio independiente en general de las

influencias externas

Cuando tenemos un nuacutemero grande de aacuteto-

mos el proceso de desintegracioacuten radiactiva se

hace maacutes predecible Podemos medir la vida me-

dia que es una propiedad caracteriacutestica de cada

radioisoacutetopo La vida media de un isoacutetopo radiac-

tivo es el periacuteodo durante el cual la mitad del nuacute-

mero original de aacutetomos sufre desintegracioacuten ra-

diactiva para formar un nuevo elemento Por

ejemplo supone que tuvieacutesemos 16 billones de

aacutetomos de tritio el isoacutetopo radiactivo de hidroacutege-

no La vida media del tritio es de 123 antildeos Esto

significa que al cabo de 123 antildeos se habraacuten desin-

30

tegrado 8 billones de aacutetomos de tritio y quedaraacuten

8 billones de aacutetomos Al cabo de otros 123 antildeos

se habraacute desintegrado la mitad de los 8 billones de

aacutetomos restantes Por tanto al cabo de dos vidas

medias quedaraacute una cuarta parte del nuacutemero ori-

ginal de aacutetomos de tritio Asiacute pues dos vidas me-

dias no hacen una entera

Podemos calcular la fraccioacuten restante del isoacute-

topo original al cabo de un nuacutemero dado de vidas

medias por medio de la relacioacuten

FRACCIOacuteN RESTANTE N21

=

Donde n es el nuacutemero de vidas medias trans-

curridas

31

6 RADIACTIVIDAD ARTIFICIAL

La radiactividad es un fenoacutemeno na-

tural y en esas condiciones poco

aprovechable

El hombre trabajoacute mucho para con-

trolarlo y hacer de este efecto algo

uacutetil Aunque como es muy habitual

en la humanidad las implementacio-

nes destructivas tambieacuten tuvieron

gran desarrollo

32

TRANSMUTACIOacuteN ARTIFICIAL

Las formas de radiactividad que se presentan

en la Naturaleza Se pueden inducir otras reaccio-

nes nucleares bombardeando nuacutecleos estables con

partiacuteculas alfa neutrones u otras partiacuteculas sub-

atoacutemicas Estas partiacuteculas si tienen suficiente

energiacutea penetran los nuacutecleos que antes eran esta-

bles e inducen alguna forma de emisioacuten radiacti-

va Al igual que la radiactividad natural este tipo

de cambio nuclear produce una transmutacioacuten un

elemento se transforma en otro Debido a que el

cambio no se habriacutea producido de manera natural

el proceso se conoce como transmutacioacuten artifi-

cial

Pocos antildeos despueacutes de su famoso experimen-

to de la laminilla de oro (bombardeo con radiacioacuten

alfa una lamina de oro y detectoacute en una lamina de

sulfuro de zinc la radiacioacuten emergente) Ernest

Rutherford estudioacute el bombardeo de diversos

elementos ligeros con partiacuteculas alfa Un experi-

33

mento de este tipo en el cual Rutherford bom-

bardeoacute nitroacutegeno dio por resultado la produccioacuten

de protones

N147 + He4

2 O178 + H1

1

(Recordaacute que el nuacutecleo de hidroacutegeno es un protoacuten

por eso usamos el siacutembolo alternativo H11 para el pro-

toacuten)

Observaacute que la suma de los nuacutemeros de nu-

cleones de la izquierda es igual a la suma de los

nuacutemeros de nucleones de la derecha Tambieacuten los

nuacutemeros atoacutemicos estaacuten balanceados

Rutherford habiacutea postulado en 1914 la exis-

tencia de protones en los nuacutecleos Un experimen-

to publicado en 1919 proporcionoacute la primera

comprobacioacuten empiacuterica de la existencia de estas

partiacuteculas fundamentales Ya antes Eugen Golds-

tein habiacutea producido protones en sus experimen-

34

tos con tubos de descarga en gas Goldstein obtu-

vo estas partiacuteculas a partir del hidroacutegeno gaseoso

contenido en el tubo por separacioacuten de un elec-

troacuten del aacutetomo de hidroacutegeno La trascendencia del

experimento de Rutherford consistioacute en que ob-

tuvo protones del nuacutecleo de un aacutetomo que no era

de hidroacutegeno con lo cual establecioacute la naturaleza

de los protones como partiacuteculas fundamentales Al

hablar de partiacuteculas fundamentales nos referimos a

las unidades baacutesicas a partir de las cuales se pue-

den formar estructuras maacutes complicadas (como el

nuacutecleo de nitroacutegeno) El experimento de Ruther-

ford constituyoacute la primera reaccioacuten nuclear indu-

cida

Durante la deacutecada de 1920 se llevaron a cabo

muchas transmutaciones artificiales En la deacutecada

de 1930 una de estas reacciones condujo al descu-

brimiento de otra partiacutecula fundamental En 1932

James Chadwick bombardeoacute berilio con partiacuteculas

alfa

35

Be94 + He4

2 C126 + n1

0 Entre los productos se encontraba el neutroacuten

RADIACTIVIDAD INDUCIDA

Las primeras reacciones nucleares produjeron

isoacutetopos que ya se conociacutean por estar presentes en

la Naturaleza Esto fue quizaacute fortuito porque era

inevitable que tarde o temprano se produjese un

nuacutecleo estable Iregravene Curie (hija de los ganadores

del premio Nobel de 1903) y su esposo Freacutedeacuteric

Joliot estudiaban el bombardeo de aluminio con

partiacuteculas alfa Se produciacutean neutrones y quedaba

como residuo un isoacutetopo de foacutesforo

Al2713 + He4

2 P3015 + n1

0

Para sorpresa de los investigadores el blanco

seguiacutea emitiendo partiacuteculas auacuten despueacutes de inte-

rrumpido el bombardeo El isoacutetopo de foacutesforo era

radiactivo y emitiacutea partiacuteculas cuya masa era igual a

36

la del electroacuten pero cuya carga era opuesta Estas

partiacuteculas se llaman positrones La reaccioacuten que

estaban observando era la siguiente

P3015 e0

1+ + Si3014

Asiacute pues surge una vez maacutes la pregunta iquestde doacuten-

de proviene esta partiacutecula si el nuacutecleo contiene

soacutelo protones y neutrones Anteriormente expli-

camos el hecho de que surgiese una partiacutecula beta

(un electroacuten) de un nuacutecleo afirmando que un neu-

troacuten se habiacutea descompuesto en un protoacuten y un

electroacuten Quizaacute un suceso similar puede explicar la

aparicioacuten de un positroacuten Considera que un pro-

toacuten del nuacutecleo se transforma en un neutroacuten y un

positroacuten (un protoacuten es ideacutentico a un nuacutecleo de

hidroacutegeno)

H11 e0

1+ + N10

Todo queda muy bien balanceado en esta

37

ecuacioacuten Al emitirse el positroacuten el nuacutecleo radiac-

tivo original tiene de pronto un protoacuten menos y

un neutroacuten maacutes que antes Por tanto la masa del

nuacutecleo producido es la misma pero su nuacutemero

atoacutemico se ha reducido en una unidad respecto al

nuacutecleo original Por este trabajo la pareja Joliot-

Curie se hizo acreedora al premio Nobel en 1935

(la pareja Joliot-Curie adoptoacute el apellido combina-

do para perpetuar el nombre de Curie Marie y

Pierre Curie tuvieron dos hijas pero ninguacuten hijo

varoacuten

38

7 USOS DE LOS RADIOISOacuteTOPOS

Muchas de las aplicaciones de la energiacutea

de la radiacioacuten se realizan a traveacutes de los

radioisoacutetopos

Gracias a ellos y a los detectores se evitan

grandes perdidas materiales y se ahorra

grandes esfuerzos

Los cientiacuteficos que trabajan en una amplia va-

riedad de campos emplean isoacutetopos radiactivos

(radioisoacutetopos) como rastreadores en sistemas

fiacutesicos quiacutemicos y bioloacutegicos Los isoacutetopos de un

elemento determinado sea radiactivo o no se

39

comportan de manera casi ideacutentica en los proce-

sos quiacutemicos y fiacutesicos En virtud de la facilidad

para detectar los isoacutetopos radiactivos es relativa-

mente faacutecil seguir sus movimientos incluso en un

sistema complicado

Como un ejemplo sencillo consideremos el

flujo de un liacutequido por una tuberiacutea Supongamos

que hay una fuga en una tuberiacutea enterrada bajo un

piso de concreto Podriacuteamos localizar la fuga le-

vantando partes extensas del piso o bien podriacutea-

mos agregar una pequentildea cantidad de material

radiactivo al liacutequido que va hacia el drenaje y ras-

trear el flujo de liacutequido con un contador Geiger

(un instrumento que detecta la radiactividad) Una

vez localizada la fuga soacutelo habriacutea que levantar una

parte pequentildea del piso para reparar la fuga Por lo

general se emplean para este propoacutesito isoacutetopos

de vida corta que desaparecen poco tiempo des-

pueacutes de realizar su funcioacuten

Anaacutelogamente podriacuteamos rastrear la incorpo-

racioacuten de foacutesforo en una planta verde La planta se

40

alimenta con un fertilizante que contiene foacutesforo

radiactivo Un meacutetodo sencillo de deteccioacuten con-

siste en colocar la planta sobre una peliacutecula foto-

graacutefica La radiacioacuten que emiten los isoacutetopos de

foacutesforo expone la peliacutecula en gran medida como

lo hace la luz Este tipo de exposicioacuten llamado

radiografiacutea muestra la distribucioacuten del foacutesforo en

la planta

Tambieacuten se da un buen uso a los rastreadores

radiactivos en la investigacioacuten agriacutecola Estos isoacute-

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 cuaacuteles son los mejores meacutetodos para

regular los insectos La mutacioacuten intencional de

plantas por irradiacioacuten ha producido nuevas y

mejores cepas de plantas de cultivo con valor co-

mercial desde raacutebanos hasta maniacute

Los radioisoacutetopos se emplean tambieacuten para

irradiar alimentos como meacutetodo de conservacioacuten

La radiacioacuten destruye los microorganismos que

41

causan la descomposicioacuten de los alimentos Los

alimentos irradiados muestran poco cambio en

cuanto a su saber o aspecto A muchas personas

les inquietan los posibles efectos dantildeinos de las

sustancias quiacutemicas que produce la radiacioacuten pero

no hay pruebas contundentes de dantildeos causados

por alimentos irradiados en animales de laborato-

rio alimentados con ellos y tampoco se conocen

efectos adversos en seres humanos en los paiacuteses

donde la irradiacioacuten se ha utilizado por muchos

antildeos El proceso de esterilizacioacuten no deja irradia-

cioacuten residual en los alimentos

Los radioisoacutetopos han sido empleados exten-

samente en la investigacioacuten cientiacutefica baacutesica El

mecanismo de la fotosiacutentesis se dilucidoacute en gran

parte utilizando carbono 14 como rastreador Por

ejemplo para determinar coacutemo fabrican las plan-

tas el azuacutecar glucosa a partir de dioacutexido de carbo-

no y agua la planta se expone a dioacutexido de carbo-

no radiactivo El investigador identifica los com-

puestos que se forman a partir de estas materias

42

primas y el orden en el que se sintetizan y despueacutes

determina cuaacuteles compuestos se tornan radiactivos

y en queacute secuencia Con base en los dates obteni-

dos de experimentos con rastreadores los cientiacutefi-

cos determinan las rutas metaboacutelicas de plantas

animales y seres humanos

43

8 MEDICINA NUCLEAR

La medicina nuclear ha generado tra-

tamientos y terapias inimaginables

antes de su descubrimiento

En el diagnostico generoacute meacutetodos no

invasivos que evitan a los paciente

tanto sufrimientos como peacuterdidas de

tiempo

En medicina nuclear se dan dos usos distintos

a los radioisoacutetopos para fines terapeacuteuticos o para

realizar un diagnoacutestico En la terapia con radiacioacuten

se intenta tratar o curar un padecimiento por

44

medio de radiacioacuten El uso de los radioisoacutetopos

con fines de diagnoacutestico busca obtener informa-

cioacuten acerca del estado de salud del paciente

TERAPIA POR RADIACIOacuteN

El caacutencer no es una sola enfermedad sino

muchas Algunas formas de caacutencer son particu-

larmente susceptibles a la terapia por radiacioacuten La

radiacioacuten se dirige cuidadosamente hacia el tejido

canceroso y se reduce al miacutenimo la exposicioacuten de

las ceacutelulas normales Si los efectos destructivos de

la radiacioacuten consiguen matar las ceacutelulas cancero-

sas se detiene el avance del tumor maligno (Pero

los pacientes que se someten a terapia por radia-

cioacuten suelen experimentar malestares a causa del

tratamiento Naacuteusea y voacutemito son los siacutentomas

usuales del malestar por radiacioacuten Asiacute pues el

objetivo de la terapia por radiacioacuten es destruir las

ceacutelulas cancerosas antes de que se cause un dantildeo

excesivo a los tejidos sanos La radiacioacuten tiene

45

efectos maacutes letales para las ceacutelulas que se reprodu-

cen con rapidez y eacutesta es precisamente la caracte-

riacutestica de las ceacutelulas cancerosas que permite que la

terapia por radiacioacuten tenga eacutexito

USOS DIAGNOacuteSTICOS DE LOS RADIOISOacuteTOPOS

Los radioisoacutetopos se usan para fines diagnoacutes-

ticos con el propoacutesito de obtener informacioacuten

acerca del tipo o el alcance de la enfermedad El

yodo 131 radiactivo se emplea para determinar el

tamantildeo la forma y la actividad de la glaacutendula ti-

roides asiacute como para tratar caacutenceres localizados

en esta glaacutendula y para controlar una tiroides hi-

peractiva Primero el paciente toma una solucioacuten

de yoduro de potasio que contiene yodo 131 El

organismo concentra el yodo en la tiroides Se

usan dosis grandes para el tratamiento del caacutencer

de la tiroides la radiacioacuten del isoacutetopo se concentra

en las ceacutelulas cancerosas de esta glaacutendula auacuten

cuando las ceacutelulas cancerosas se hayan extendido a

46

otras partes del cuerpo Sin embargo para fines de

diagnoacutestico soacutelo se necesita una pequentildea cantidad

del radioisoacutetopo Tambieacuten 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-

poracioacuten diferencial del isoacutetopo La imagen que

se obtiene se describe como una fotoexploracioacuten

y permite determinar con precisioacuten la ubicacioacuten de

un tumor en esa regioacuten del cuerpo

El radioisoacutetopo de uso maacutes extendido en medicina

es el gadolinio 153 Este isoacutetopo se emplea para

evaluar la mineralizacioacuten de los huesos Su popu-

laridad es un indicio del gran nuacutemero de personas

principalmente mujeres que sufren de osteoporo-

sis (reduccioacuten de la cantidad de tejido oacuteseo) a me-

dida que envejecen El gadolinio 153 emite dos

radiaciones caracteriacutesticas un rayo gamma y un

rayo X Un dispositivo analizador compara estas

radiacioacuten despueacutes de que atraviesan el hueso La

47

densidad del mismo se determina con base en las

diferencias de absorcioacuten de los rayos

El tecnecio 99m se utiliza en diversos ensayos

diagnoacutesticos La letra m quiere decir metaestable

lo que significa que este isoacutetopo emite cierta ener-

giacutea para convertirse en una versioacuten maacutes estable del

mismo isoacutetopo (mismo nuacutemero atoacutemico y mismo

peso atoacutemico) La energiacutea que desprende es el

rayo gamma que permite detectar el isoacutetopo

Tcm9943 Tc99

43 + y

Observa que la desintegracioacuten del tecnecio

99m no produce partiacuteculas alfa ni beta las cuales

podriacutean causar dantildeos innecesarios al organismo

Ademaacutes el tecnecio 99m tiene una vida media cor-

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

tividad no permanece en el organismo mucho

tiempo despueacutes de que la exploracioacuten se ha com-

pletado Esta vida media tan corta obliga a planifi-

48

car cuidadosamente el uso del radioisoacutetopo De

hecho lo que se adquiere no es el isoacutetopo mismo

El tecnecio 99m se forma por desintegracioacuten del

molibdeno 99

Mo9942 Tcm99

43 + e01minus + y

Se emplea un recipiente que contiene este isoacute-

topo de molibdeno y el producto de desintegra-

cioacuten el tecnecio 99 se extrae del recipiente a

medida que se necesita

Mediante el uso de modernas tecnologiacuteas ba-

sadas en la utilizacioacuten de computadoras la tomo-

grafiacutea por emisioacuten de positrones (PET por sus

siglas en ingleacutes) permite medir los procesos dinaacute-

micos que se llevan a cabo en el organismo como

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

boliza el oxiacutegeno o la glucosa Las exploraciones

de PET se emplean actualmente para identificar

con precisioacuten el aacuterea de dantildeo cerebral que desen-

49

cadena los ataques epileacutepticos graves Antes de la

exploracioacuten se inhalan o se inyectan compuestos

que contienen isoacutetopos emisores de positrones

como el carbono 11 Antes de que el positroacuten

emitido pueda recorrer una distancia apreciable en

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

teria ordinaria abundan los electrones) y se produ-

cen dos rayos gamma

C116 B11

5 + e01+

e01+ + e0

1minus 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 simultaacuteneamente

dos rayos gamma el sistema no toma en cuenta

los rayos gamma de la radiacioacuten natural de fondo

A continuacioacuten se emplea una computadora para

calcular la ubicacioacuten dentro del cuerpo del punto

50

en el cual ocurrioacute una aniquilacioacuten del positroacuten y

el electroacuten y se genera una imagen en esa regioacuten

La tabla contiene una lista de radioisoacutetopos de

uso comuacuten en la medicina La lista es necesaria-

mente incompleta Incluso con esta exposicioacuten tan

breve puedes hacerte una idea de la importancia

que los radioisoacutetopos tienen en la medicina La

aseveracioacuten de que la ciencia nuclear ha salvado

maacutes vidas de las destruidas por las bombas atoacutemi-

cas no carece el fundamento

51

Isoacutetopo Nombre Vida me-

dia Uso

C11 Carbono 11 203m Exploraciones cere-

brales

Cr51 Cromo 51 278d Determinacioacuten

del volumen sanguiacute-

neo

Co57 Cobalto 57 270d Medicioacuten de la

incorporacioacuten de

vitamina v12

Co60 Cobalto 60 526a Terapia de caacutencer

por radiacioacuten

Gd153 Gadolinio

153

242d Determinacioacuten

de la densidad oacutesea

Ga67 Galio 67 781h Exploracioacuten en

busca de tumores

pulmonares

I131 Yodo 131 807d Terapia de la ti-

roides

Ir192 Iridio 192 74d Terapia del caacuten-

cer de mamaacute

Fe59 Hierro 59 45d Deteccioacuten de

anemia

52

P32 Foacutesforo 32 143d Deteccioacuten de

caacutencer de la piel o

tumores oculares

Pu238 Plutonio

238

86a Suministra ener-

giacutea para marcapasos

Ra226 Radio 226 1600a Terapia de caacutencer

por radiacioacuten

Se75 Selenio 75 120d Exploraciones del

paacutencreas

Na24 Sodio 24 150h Localizacioacuten de

obstrucciones en el

flujo sanguiacuteneo

Tc99 Tecnecio 99 60h Obtencioacuten de imaacute-

genes de cerebro hiacutega-

do meacutedula oacutesea rintildeoacuten o

corazoacuten

Tl201 Talio 201 73h Deteccioacuten de pro-

blemas cardiacos con la

prueba de esfuerzo en

rueda de andar

H3 Tritio 123a Determinacioacuten de

agua corporal total

Xe133 Xenoacuten133 527d Obtencioacuten de imaacute-

genes de pulmoacuten

53

9 FECHADO POR MEDIO DE RADIOISOacuteTOPOS

Una de las aplicaciones maacutes in-

creiacutebles de la quiacutemica nuclear es la po-

sibilidad de averiguar la antiguumledad de

los objetos encontrados en las investi-

gaciones arqueoloacutegicas

Se puede usar la vida media de ciertos isoacuteto-

pos para estimar la antiguumledad de rocas y artefac-

tos arqueoloacutegicos El uranio 238 se desintegra con

una vida media de 4500 millones de anos Los

productos iniciales de esta desintegracioacuten tambieacuten

son radiactivos y la descomposicioacuten continuacutea

54

hasta que se forma un isoacutetopo de plomo (plomo

206) Los quiacutemicos pueden estimar la antiguumledad

de una roca determinando las proporciones relati-

vas de uranio 238 y plomo 206 Se ha encontrado

que algunas de las rocas maacutes antiguas de la Tierra

se formaron hace entre 3000 y 4500 millones de

antildeos En las rocas lunares y en meteoritos se ha

determinado una antiguumledad maacutexima de alrededor

de 4500 millones de antildeos Asiacute pues se considera

en general que la Tierra tiene una antiguumledad de

unos 4500 millones de antildeos

FECHADO POR CARBONO 14

En el fechado de artefactos interviene por lo

general un isoacutetopo radiactivo de carbono Se for-

ma carbono 14 en las capas superiores de la at-

moacutesfera por el bombardeo que experimenta el

nitroacutegeno ordinario por parte de los neutrones de

los rayos coacutesmicos

55

N147 + n1

0 C146 + H1

1

Este proceso origina una concentracioacuten cons-

tante de carbono 14 en el CO2 terrestre Las plan-

tas y animales vivos incorporan este isoacutetopo en

sus propias ceacutelulas Sin embargo cuando estos

seres mueren se interrumpe la incorporacioacuten de

carbono 14 y el carbono 14 que hay en el orga-

nismo se desintegra (con una vida media de 5 730

antildeos) a nitroacutegeno 14

Por consiguiente basta con medir la actividad

residual de carbono 14 en un artefacto de origen

vegetal o animal para determinar su antiguumledad

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 antildeos de antiguumle-

dad es decir ha estado muerta durante un tiempo

equivalente a una vida media Anaacutelogamente un

artefacto que muestra el 25 de la actividad de

carbono 14 del material vegetal reciente tiene

56

11460 anos de antiguumledad 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 aquiacute supone que la formacioacuten del isoacutetopo

fue constante a lo largo del tiempo En realidad no

es asiacute Sin embargo aproximadamente para los

uacuteltimos 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

aacuterboles Se han construido curvas de calibracioacuten

que permiten determinar fechas consideradas co-

mo exactas

En teacuterminos generales el meacutetodo de carbono

14 es razonablemente preciso para fechar objetos

de hasta 50000 antildeos de antiguumledad La cantidad

residual del isoacutetopo en los objetos de una antiguumle-

dad mayor que esa es demasiado pequentildea para

hacer una determinacioacuten exacta

El carboacuten de las fogatas de los pueblos anti-

57

guos fechado por determinacioacuten de la actividad

de carbono 14 se usa para estimar la antiguumledad

de otros artefactos encontrados en el mismo em-

plazamiento arqueoloacutegico La teacutecnica de fechado

por carbono 14 se ha usado tambieacuten para detectar

si supuestos artefactos antiguos han sido falsifica-

dos

EL SUDARIO DE TURIacuteN

Probablemente han oiacutedo hablar del sudario de

Turiacuten Se trata de una pieza de tejido de lino muy

antigua de unos 4 metros de largo que muestra la

impresioacuten aproximada de un cuerpo humano

Desde alrededor del antildeo 1350 dC 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-

bricacioacuten del lienzo habiacutea sido cultivado en alguacuten

memento entre los anos de 1260 y 1390 dC Por

58

tanto el lienzo no podriacutea haber existido en tiem-

pos de Cristo A diferencia de los pergaminos del

Mar Muerto para los que el fechado por carbono

14 demostroacute que son registros auteacutenticos de una

civilizacioacuten que existioacute hace unos 2000 antildeos el

sudario de Turiacuten resultoacute ser falso

FECHADO POR TRITIO

El tritio que es el isoacutetopo radiactivo del

hidroacutegeno sirve tambieacuten para fechar Su vida me-

dia de 123 antildeos lo hace uacutetil para fechar objetos de

hasta 100 antildeos de antiguumledad Una aplicacioacuten inte-

resante es el fechado de aguardientes Estas bebi-

das alcohoacutelicas son muy costosas cuando han sido

antildeejadas de 10 a 50 antildeos El fechado por tritio

permite comprobar la veracidad de los anuncios

publicitarios respecto al proceso de antildeejamiento

de las variedades maacutes caras

Hay muchos otros isoacutetopos que permiten es-

timar la antiguumledad de objetos y materiales

59

Isoacutetopo Vida me-

dia

(antildeos)

Periacuteodo de

utilidad Uso

Carbono 14 5730 500 a 50000

antildeos

Carboacuten vege-

tal material

orgaacutenico

Tritio 123 1 a 100 antildeosVinos antildeeja-

dos

Potasio 40 13 x 109 Desde 10000

antildeos

Rocas corteza

terrestre y

lunar

Renio 187 43 x1010 Desde 4 x

107 antildeos Meteoritos

Ranio238 45 x109 Desde 107

antildeos

Rocas corteza

terrestre

60

10 PLANTAS DE ENERGIacuteA NUCLEAR

iquestSabeacutes de doacutende viene esa energiacutea que nosotros usamos tanto Mucha de la energiacutea eleacutectrica es

producida por plantas nucleares de to-do el mundo

La energiacutea nuclear ha dado origen a bombas

muy destructivas y a la nociva precipitacioacuten ra-

diactiva y podriacutea incluso provocar un devastador

invierno nuclear Sin embargo una cantidad mu-

cho mayor de personas han recibido beneficios de

la energiacutea nuclear que las que han sido perjudica-

das por ella El hecho es que existen muchos usos

de la energiacutea nuclear que son sumamente beneacutefi-

61

cos Ya conocemos el uso de isoacutetopos radiactivos

en el diagnoacutestico cliacutenico y en el fechado de obje-

tos de antiguumledad desconocida Otro uso paciacutefico

de la energiacutea nuclear es la generacioacuten de electri-

cidad Una gran parte de la energiacutea eleacutectrica que

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

giacutea nuclear

En la actualidad una quinta parte de toda la

electricidad que se produce en Estados Unidos

proviene de plantas de energiacutea nuclear En Euro-

pa la dependencia respecto a la energiacutea nuclear

para la produccioacuten de electricidad es auacuten mayor

En Francia por ejemplo maacutes del 70 de la ener-

giacutea eleacutectrica del paiacutes proviene de plantas nuclea-

res

No es sorprendente que una reaccioacuten que

desprende tanta energiacutea como lo hace la fisioacuten

nuclear se use como fuente de energiacutea para gene-

rar electricidad En las plantas de energiacutea nuclear

se usa el calor obtenido de una reaccioacuten de fisioacuten

62

en cadena controlada para producir vapor de

agua que mueve las turbinas generadoras de elec-

tricidad El combustible nuclear es normalmente

oacutexido de uranio U3O8 enriquecido hasta alrede-

dor de 3 de uranio 235

La energiacutea nuclear es mucho maacutes limpia que la

que se obtiene quemando combustibles foacutesiles

(carboacuten petroacuteleo y gas) no produce cenizas finas

ni holliacuten no forma dioacutexido de carbono que con-

tribuye al efecto de invernadero y al calentamiento

global y no contamina el aire con oacutexidos de azu-

fre y de nitroacutegeno que dan origen a la lluvia aacutecida

Por otra parte emite grandes cantidades de calor

residual en el ambiente y lo que es mucho maacutes

serio produce muchos residuos radiactivos La

eliminacioacuten de todos estos materiales radiactivos

de desecho es uno de los problemas constantes

que se tienen en relacioacuten con las plantas de energiacutea

nuclear

63

11 BOMBA ATOacuteMICA

Todos sabemos los desastres que pue-

den causar la detonacioacuten de una bomba

nuclear

Aquiacute presentamos la explicacioacuten teoacuterica

y coacutemo se pone en praacutectica

COacuteMO FUNCIONA UNA BOMBA NUCLEAR EN LA

TEORIacuteA

El 16 de Julio de 1945 estalloacute la primera bomba

atoacutemica en el campo de pruebas de Trinity cerca

de aacutelamo Gordo (Nuevo Meacutejico) Desde ese pre-

64

ciso instante la historia de la humanidad ha pasado

a una nueva era la era nuclear

Nunca hasta entonces se habiacutean tenido los cono-

cimientos necesarios como para saber que la masa

puede convertirse en grandes cantidades de ener-

giacutea y coacutemo podiacutea realizarse ese proceso hasta

entonces reservado tan soacutelo a las estrellas

La famosa foacutermula de Einstein E = mc2 ha pasa-

do ya ha formar parte de la cultura popular auacuten sin

que en realidad se llegue a saber que implica

Donde E es energiacutea m masa y c la velocidad de la

luz (constante) En esta ecuacioacuten se expresa la

relacioacuten de equivalencia entre masa y energiacutea Por

ejemplo haciendo algunas cuentas se ve que con

un gramo de uranio si se convirtiese totalmente

en energiacutea se obtendriacutean 25 millones de Kw

Aplicado como una bomba nuclear basta decir

que para asolar Hiroshima soacutelo se convirtioacute un

65

gramo de masa (aunque toda la bomba como me-

canismo pesara cuatro toneladas) su potencia fue

de 125 kilotones es decir para igualar su potencia

seriacutean 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 combustibles

de fisioacuten Cuando en un espacio se reuacutene la sufi-

ciente cantidad de materia (denominada masa criacute-

tica) se produce una reaccioacuten en cadena espontaacute-

nea esto es el nuacutecleo de los aacutetomos del material

se divide liberando energiacutea y varios neutrones

raacutepidos que provocan que otros nuacutecleos tam-

bieacuten se dividan y liberen maacutes energiacutea y neutrones

Este proceso se denomina fisioacuten nuclear Sin em-

bargo si la densidad no es suficiente la energiacutea

liberada hace que el material se expanda y se de-

tenga el proceso Para evitar que se pare la reac-

cioacuten se recurre a una materia muy densa de por siacute

(isoacutetopos del uranio y plutonio) que ademaacutes se

comprime de manera muy raacutepida para lograr una

66

altiacutesima densidad que permite que los neutrones

raacutepidos choquen antes con otros nuacutecleos y se

produzcan antes el mayor nuacutemero 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 maacutes energiacutea Para una

explosioacuten de 100 kilotones son necesarias 58 ge-

neraciones las 7 uacuteltimas generan el 999 de la

energiacutea en periodo cortiacutesimo de tiempo Tambieacuten

puede liberarse energiacutea con la fusioacuten en este pro-

ceso los nuacutecleos se unen en vez de separarse pero

se requieren altiacutesimas temperaturas (del orden de

millones de grados) para que este proceso se lleve

a cabo Para esta reaccioacuten se usan aacutetomos ligeros

(maacutes faacuteciles de unir) generalmente hidroacutegeno o

sus isoacutetopos (deuterio y tritio) Para unir dos aacuteto-

mos basta con hacerlos chocar Los protones de

cada aacutetomo 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

67

fusioacuten deben comprimirse fuertemente los nuacute-

cleos y una vez hecho soacutelo podraacuten continuar uni-

dos si pierden un equivalente de la energiacutea que les

hizo apretarse En el caso de usar deuterio y tritio

se libera violentamente un neutroacuten Esta energiacutea

liberada es la que forma una bomba de fusioacuten

tambieacuten denominada bomba H

COMO FUNCIONA UNA BOMBA ATO-MICA EN LA PRACTICA

Sea cual fuere el sistema de funcionamiento de

una bomba nuclear (fusioacuten o fisioacuten) una cantidad

de masa se convierte en energiacutea la potencia soacutelo

depende de la capacidad de la ingenieriacutea para con-

vertir maacutes masa antes de que la reaccioacuten disperse

las moleacuteculas en teoriacutea la potencia es por tanto

ilimitada

Una bomba nuclear consiste baacutesicamente en una

esfera hueca de plutonio que no es lo suficiente-

68

mente densa como para producir una reaccioacuten 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 explosioacuten se disparan los detonado-

res que hacen que el material explosivo estalle de

la manera lo maacutes regular posible para que enviacutee

una onda de choque esfeacuterica hacia el plutonio

Cuando eacutesta impacta contra eacutel lo comprime y re-

duce su volumen empujaacutendolo hacia el centro de

la esfera hasta que alcanza una densidad suficiente

(supercriacutetica) y se dispara el iniciador de neutrones

para comenzar la reaccioacuten en cadena que da lugar

a la explosioacuten nuclear

Las bombas termonucleares de fusioacuten o H nece-

sitan de una gran temperatura para que se puedan

unir los nuacutecleos esto se consigue en el interior de

una explosioacuten de fisioacuten que es el comienzo de

toda bomba H

69

Una vez acabada la reaccioacuten de fusioacuten nos encon-

traremos con una esfera expandida con una tem-

peratura de millones de grados en la que existen

los productos de la fusioacuten (litio e isoacutetopos del

hidroacutegeno) Tal es su velocidad que pueden fun-

dirse unos con otros dando lugar a la reaccioacuten de

fusioacuten Esta reaccioacuten genera maacutes energiacutea que la

anterior y libera gran cantidad de partiacuteculas nu-

cleares pero no es una reaccioacuten en cadena ya que

el propio calor que genera hace que las partiacuteculas

se separen y se expandan en forma de una esfera

de plasma con una temperatura que tan soacutelo expe-

rimenta el universo de manera natural en las estre-

llas En nuestro sol por ejemplo ocurren la fusioacuten

nuclear de hidroacutegeno y helio Pero antes de que la

reaccioacuten se extinga los neutrones generados por

las detonaciones anteriores provocan de nuevo

una reaccioacuten de fusioacuten sobre una camisa de U-

238 pero esta vez mucho mayor que las anterio-

res La potencia de una bomba termonuclear care-

ce de liacutemite una bomba como la de Hiroshima de

70

125 kilotones (un kilotoacuten equivale a 1000 tonela-

das de TNT) se considera dentro de los arsenales

modernos como pequentildea siendo las de un mega-

toacuten (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 la

Segunda Guerra Mundial

Para la construccioacuten de una bomba nuclear nor-

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

primero no forma parte de la reaccioacuten nuclear

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

nera espontaacutenea emitiendo neutrones que son

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

duzca de manera accidental la reaccioacuten en cadena

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

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

cioacuten 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

71

reactores nucleares a partir del U-238

La desintegracioacuten del uranio en la reaccioacuten en

cadena se produce de manera espontaacutenea para una

masa de 50 Kg si eacuteste elemento es puro El pluto-

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

da reaccioacuten en cadena de modo que se mezcla de

berilo y polonio dando como resultado un pro-

ducto que aunque no es fisionable por si solo una

pequentildea cantidad actuacutea como catalizador para las

grandes reacciones Asiacute bastan 16 Kg de PU-239

para obtener la masa supercriacutetica y 10 Kg si se

mezcla con U-238

El U-235 es muy difiacutecil de extraer por encontrarse

en la naturaleza muy mezclado con otros com-

puestos Asiacute por cada 25000 toneladas de mineral

de uranio bruto soacutelo se obtienen 50 toneladas de

uranio del que el 993 es U-235 y el resto el

rariacutesimo isoacutetopo U-238 ambos soacutelo se pueden

separar de manera mecaacutenica gracias a la leviacutesima

72

diferencia de peso entre ambos Asiacute el uranio se

mezcla en forma gaseosa con fluor (hexafluoriacutedri-

co) que es impulsado a baja presioacuten hacieacutendolo

pasar por unas caacutemaras que aumentan la concen-

tracioacuten de uranio sensiblemente tras cientos de

pasadas Para una central nuclear la pureza ha de

ser del 2 y para una bomba (teoacutericamente) el

95

Para separar el isoacutetopo se recurre a la centrifuga-

cioacuten del gas siendo el maacutes pesado U-238 despedi-

do hacia el exterior con maacutes fuerza Para obtener

otra vez el uranio separado del gas se recurre a la

separacioacuten magneacutetica

MECANISMOS QUE SUELEN COMPONER UNA

BOMBA NUCLEAR

Los mecanismos que suelen componer una bom-

ba nuclear son los siguientes

73

ALTIacuteMETRO No suele usarse el baromeacutetrico

por verse afectado por las condiciones atmosfeacuteri-

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 seguacuten el tiempo transcu-

rrido en el recorrido puede saberse la altura sin

necesidad de complicar maacutes el sistema para dar

una precisioacuten que en realidad no es importante (2

o 3 m de diferencia no son apreciables maacutes que

en minibombas bastante menores que las de

Hiroshima) siendo la altura normal de detonacioacuten

la de 2000 m

En la praacutectica 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 electroacute-

nicamente para obtener la diferencia de ambas

que es proporcional a la altura Los pulsos suelen

emitirse 120 veces por segundo y alcanzan un

74

rango de 3000 m sobre la tierra y 6000 m sobre

el mar (la reflexioacuten es alliacute mejor) siendo su error

de hasta 15 m

CABEZA DETONADORA Como ya se dijo

estaacute compuesta de una carga explosiva muy bien

calibrada que a la orden del altiacutemetro detona

produciendo una onda de choque uniforme sobre

el elemento radioactivo comprimieacutendolo hasta

alcanzar la masa supercriacutetica

Compantildeiacuteas privadas producen camisas explosivas

que modificadas pueden ser usadas para la fabri-

cacioacuten del objeto que nos ocupa La cantidad de

presioacuten necesaria a aplicar es un secreto por razo-

nes de seguridad aunque se sabe que los explosi-

vos plaacutesticos son ideales sobre todo por su malea-

bilidad y facilidad de manejo

El detonador variacutea si es combustible es uranio o

plutonio

75

DETONADOR DE URANIO La masa total se

divide en dos partes una mayor de forma semies-

feacuterica y coacutencava que se acopla perfectamente con

la otra maacutes pequentildea Como es de suponer ambas

se encuentran separadas hasta el momento de la

detonacioacuten en el que una explosioacuten convencional

dispara la parte pequentildea que impacta contra la

mayor para lograr en un instante la masa supercriacute-

tica

DETONADOR DE PLUTONIO Necesita

una precisioacuten de ingenieriacutea mucho mayor que la

anterior ya que estaacute compuesta de 32 secciones de

plutonio-berilio-polonio todas de igual forma y

posicioacuten distribuidas conceacutentricamente El aspecto

final es parecido al de un baloacuten de fuacutetbol Todas

han de cerrarse simeacutetricamente en una diezmillo-

neacutesima de segundo para conseguir la detonacioacuten

DEFLECTOR DE NEUTRONES Suele ser

U-238 Su funcioacuten es la que ya se explicoacute evitar

76

una reaccioacuten accidental ademaacutes refleja las partiacutecu-

las de vuelta cuando se alcanza la masa supercriacuteti-

ca

ESCUDO PROTECTOR Recibe otros nom-

bres pero su funcioacuten es siempre la de proteger de

la radiacioacuten natural tanto al personal que la maneja

como a los circuitos de la bomba que pueden su-

frir cortocircuitos o puestas en funcionamiento

accidentales

SISTEMA DE ARMADO Es otro sistema maacutes

de seguridad consistente en quitar una parte im-

prescindible de la bomba para evitar detonaciones

accidentales de modo que soacutelo cuando estaacute

proacuteximo su lanzamiento se inserta esta parte Una

analogiacutea seriacutea como si al aparcar nuestro coche le

quitaacuteramos el volante o una bujiacutea asiacute estariacuteamos

seguros de que no nos lo roban porque sin estas

partes el coche no funciona

77

12 EFECTOS DE UNA EXPLOSIOacuteN NUCLEAR

Tenemos frescas en nuestra memo-

ria las imaacutegenes que nos mostroacute la

televisioacuten cuando se produjo el ac-

cidente de Chernobyl

Aquiacute explicamos todas las conse-

cuencias de una detonacioacuten 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

78

bull Radiacioacuten nuclear inicial la altiacutesima

temperatura y la elevada presioacuten que se

genera en el interior de la explosioacuten emi-

ten radiacioacuten en todas las direcciones Esta

se compone de rayos alfa beta y gamma

que son una forma de radiacioacuten electro-

magneacutetica de alta energiacutea que puede causar

la muerte sin que el individuo se de cuenta

de que ha sido irradiado Una explosioacuten de

un megatoacuten (de tamantildeo estaacutendar) matariacutea

a todo ser humano en 15 Km a la redonda

que se encontrase al aire libre

Las partiacuteculas alfa son ideacutenticas a un nuacutecleo de

helio son las que mas larga vida tienen unos mil

antildeos pero su poder de penetracioacuten 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 radiacioacuten Con 45 cm de tierra se

consigue reducir la radiacioacuten veinte veces

Las partiacuteculas beta penetran maacutes siendo suficiente

79

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

to la radiacioacuten (una pared moderna ya espesa se

compone de 1 pie de ladrillo maacutes caacutemara maacutes

aislante maacutes ladrillo hueco y yeso que suele que-

darse en los 37 cm)

Los de maacutes poder de penetracioacuten son las gamma

y por tanto los maacutes peligrosos ya son los que se

introducen en los refugios nucleares auacuten con

grandes espesores de hormigoacuten La uacutenica protec-

cioacuten eficaz es la de interponer grandes masas de

material mejor cuanto maacutes denso siendo el ideal

el plomo ya que pasa por los materiales como la

luz por una tela si esta es maacutes densa mayor canti-

dad de chocaraacute con ella y no la traspasaraacute Para

reducir la dosis a un veinteavo se precisan 30 cm

de hormigoacuten armado

bull Pulso electromagneacutetico La intensa acti-

vidad de los rayos gamma genera mediante

induccioacuten una corriente de alto voltaje so-

80

bre antenas viacuteas feacuterreas tuberiacuteas que des-

truye todas las instalaciones eleacutectricas de

una amplia zona si la explosioacuten se efectuacutea

a gran altura Una detonacioacuten de muchos

kilotones a 200 km sobre Omaha (Ne-

brasca) destruiriacutea todos los circuitos eleacutec-

tricos integrados de toda Norteameacuterica y

parte de Meacutejico y Canadaacute Ante el riesgo

de una detonacioacuten nuclear es conveniente

alejarse de liacuteneas eleacutectricas y viacutea feacuterreas ya

que la corriente inducida puede electrocu-

tarnos

bull Pulso teacutermico al expandirse la bola de

fuego el aire circundante absorbe energiacutea

en forma de rayos X y la irradia en forma

de una luz cegadora y un intensiacutesimo ca-

lor Una bomba de 20 Megatones produci-

riacutea una intensa luz durante 20 segundos y

causariacutea quemaduras de segundo grado a

81

cualquier persona expuesta a 45 Km de

distancia

bull Onda de choque La raacutepida expansioacuten de

la bola de fuego genera una onda de cho-

que como cualquier explosioacuten pero de

una potencia muy superior ya que puede

aplastar o barrer edificios dantildeaacutendolos muy

seriamente o destruyeacutendolos por comple-

to ya que maacutes que empujar por su dura-

cioacuten lo que hace es estrujar Una bomba

de 20 megatones no dejariacutea en un radio de

20 Km maacutes que escombros soacutelo se salva-

riacutean las cimentaciones y construcciones

enterradas

bull Primera lluvia radioactiva o lluvia ra-

diactiva local una explosioacuten de 20 mega-

tones aras de suelo produciriacutea un craacuteter de

183 m de profundidad la elevada tempe-

82

ratura vaporiza todo lo que se encuentra

dentro de la bola de fuego todo se funde

con los materiales radiactivos de la fisioacuten o

fusioacuten y se eleva con el hongo para luego

precipitar en forma de finas cenizas Esto

ocurriraacute durante las 24 h siguientes a la

explosioacuten y afectaraacute a una regioacuten maacutes o

menos amplia para una misma potencia

seguacuten la climatologiacutea El fenoacutemeno se am-

pliacutea considerablemente si la detonacioacuten se

produce cerca del suelo La energiacutea 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 maacutes destructivos los deno-

minados secundarios como incendios en masa

que acabariacutean con los pocos supervivientes y ma-

tariacutean a maacutes que el pulso teacutermico y la onda de

choque

83

Ademaacutes en caso de que se lanzaran muchas

bombas nucleares sus efectos secundarios seriacutean

mucho maacutes 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 10000 mega-

tones miacutenimos para considerar un holocausto

como tal

bull El primero de estos efectos es que la ra-

dioactividad liberada en caso de holocaus-

to penetrariacutea en todos y cada uno de los

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

Mientras que en dosis altas (seguacuten la espe-

cie) produciriacutea la muerte en otras maacutes ba-

jas los efectos seriacutean de lo maacutes variados

(mutaciones esterilidad)

bull El segundo seriacutea que los materiales im-

pulsados por las detonaciones se elevariacutean

hasta la troposfera donde ocultariacutean la luz

84

del sol durante meses o antildeos haciendo ba-

jar la temperatura de la tierra y alterando la

fotosiacutentesis de los vegetales y el plancton

marino seriacutea el famoso invierno nuclear

Ademaacutes estos materiales radiactivos iriacutean

cayendo durante meses o antildeos convirtieacuten-

dose en una lluvia radiactiva global que

auacuten con menos dosis radiactiva que una

lluvia provocada por una bomba seriacutea

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

antildeos Ese 5 de energiacutea liberada por la

lluvia radiactividad en una bomba es poco

pero en los 10000 megatones de un holo-

causto suponen ya 500 megatones que iraacuten

estallando durante miles de antildeos des-

pueacutes de la cataacutestrofe

85

bull El tercero seriacutea una reduccioacuten en la capa

de ozono producida por el oacutexido de nitroacute-

geno generado por las bolas de fuego de

modo que la radiacioacuten solar que llegase a

la tierra seriacutea mortal Un 70 del ozono

desapareceriacutea en el hemisferio norte y un

40 en el sur siendo necesarios treinta

antildeos para recuperar su estado normal

86

Ejercicios 12

MODELO DE RESOLUCIOacuteN

La distribucioacuten de los electrones de un aacutetomo

en sus niveles y subniveles se puede representar en

forma abreviada de la siguiente manera

a) Un coeficiente que indica el nuacutemero del nivel

de energiacutea (n)

b) Una letra que corresponde al subnivel

c) Un supraiacutendice que sentildeala el nuacutemero de elec-

trones que hay en el subnivel

1H = 1s1

3Li = 1s2 2s1

En razoacuten del entrecruzamiento de subniveles

el orden en que se van completando los subniveles

por energiacutea creciente es el siguiente

87

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

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

5d 6p 7s 5f 6d

7p

Para visualizar la distribucioacuten de los electrones

en orbitales se puede representar cada orbital por

un pequentildeo cuadrado dividido por una diagonal

y cada electroacuten mediante una flecha

Entonces el orbital puede estar

Vaciacuteo incompleto completo

(1 electroacuten) (2 electrones)

En caso del orbital completo las flechas tienen

sentido contrario para indicar que los electrones

presentan spin contrario

El llenado de los orbitales por los electrones

se realiza a partir de los niveles y subniveles en

88

orden creciente de energiacutea Cada nuevo electroacuten se

incorpora a un orbital vaciacuteo

De ese modo los elementos quedan represen-

tados asiacute

1H =

1s

3Li =

1s 2s

7N =

1s 2s 2p

89

Ejercicios 121

1) Un aacutetomo de foacutesforo tiene 15 protones y 16

neutrones Indicaacute cuaacutel es su

a) nuacutemero atoacutemico (Z) b) nuacutemero

de masa (A)

2) Un aacutetomo de potasio tiene Z =19 y A = 39

Indicaacute su nuacutemero de

a) protones b) electrones

c) neutrones

3) Completaacute los datos que faltan en el siguiente

cuadro

90

ELE-

MEN-

TO

NUacute-

MERO

ATOacute-

MICO

NUacute-

MERO

DE

MASA

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) Sentildealaacute el nombre y siacutembolo de los elementos

cuyas configuraciones electroacutenicas 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) Escribiacute la configuracioacuten electroacutenica de los

siguientes elementos

91

a) Na2311 = c) O16

8 =

b) Cl3517 = d) C12

6 =

6) De acuerdo con la siguiente representacioacuten de

los electrones en orbitales indicaacute a queacute ele-

mentos corresponden

a)

b)

c)

d)

7) Representaacute la distribucioacuten de los electrones en

orbitales de los elementos

a) 7N= c) 18Ar =

b) 15AI = d) 19K =

92

Hoja de respuestas121

1) a) 15 b) 31 2) a) 19 b) 19 c) 20

3)

ELE-

MEN-

TO

NUacuteME-

RO

ATOacute-

MICO

NUacute-

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)Argoacuten Ar

d)Escandio Sc

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

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)middot

94

Ejercicios 1211

Modelo de resolucioacuten

El nuacutemero de oxidacioacuten se asigna seguacuten las si-

guientes reglas

1) El nuacutemero de oxidacioacuten de los elementos en la

sustancia simple es cero

Ejemplo Cu0 02Cl

2) El nuacutemero de oxidacioacuten del oxiacutegeno es 2

excepto en las sustancias como el agua oxige-

nada Ejemplo H2

2Ominus

3) El nuacutemero de oxidacioacuten del hidroacutegeno es +1

excepto en las sustancias donde estaacute combina-

do con los metales Ejemplo 1

H+

2O

4) El nuacutemero de oxidacioacuten de un ion monoatoacute-

mico es igual a la carga del ion Ejemplo Ca2-

Cl-

95

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

braica de los nuacutemeros de oxidacioacuten de todos

los aacutetomos debe ser cero Ejemplo 1

H+

2

2Ominus

there42(+1) + (-2) = 0

6) En los iones que tienen maacutes de un aacutetomo la

suma algebraica de los nuacutemeros de oxidacioacuten

de todos los aacutetomos es igual a la carga del ion

El nuacutemero de oxidacioacuten se escribe colocando primero el signo y luego el nuacutemero

Ejemplo el nuacutemero de oxidacioacuten del aluminio es +3

1) Calculaacute los nuacutemeros de oxidacioacuten en la moleacute-

cula de dioacutexido de azufre (SO2)

Datos SO2 nuacutemero de oxidacioacuten del O2

es 2

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de S

Resolucioacuten Cada aacutetomo de oxiacutegeno tiene

nuacutemero de oxidacioacuten 2 por lo tanto el nuacute-

mero de oxidacioacuten del azufre es +4 porque

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

96

2) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten del azufre en

el aacutecido sulfuacuterico (H2SO4)

Datos H2SO2 nuacutemero de oxidacioacuten del

O2 es 2 nuacutemero de oxidacioacuten de H es -1

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de S

Resolucioacuten Se debe cumplir que la suma al-gebraica de todos los nuacutemeros de oxidacioacuten sea cero

4(-2) + 21 + x = 0

-8 + 2 + x = 0

x = 6

Respuesta el nuacutemero de oxidacioacuten del azufre

en el aacutecido sulfuacuterico es +6

3) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten del nitroacutegeno

en el nitrato de sodio (NaNO3)

Datos NaNO3 nuacutemero de oxidacioacuten del

O2 es 2

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de N

97

Resolucioacuten El nuacutemero de oxidacioacuten del

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

ga eleacutectrica positiva

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

1 6 + x = 0

x = 5

Respuesta el nuacutemero de oxidacioacuten del nitroacute-

geno en el nitrato de sodio es +5

4) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten del azufre en

el ion sulfato (S 24Ominus )

Datos S 24Ominus nuacutemero de oxidacioacuten del O2

es 2

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de S

Resolucioacuten La suma de los nuacutemeros de

oxidacioacuten es igual a 2 porque el ion sulfato

tiene dos cargas negativas (2-)

x + 4(-2) = -2

x 8 = -2

x = 6

98

Respuesta El nuacutemero de oxidacioacuten del azu-

fre en el ion sulfato es +6

99

Ejercicios 1212

1) Dibujaacute los siacutembolos de Lewis para los aacutetomos

de

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

2) iquestCoacutemo adquiere la distribucioacuten electroacutenica del

ineacutertido maacutes cercano cada uno de los siguien-

tes aacutetomos

a) K b)

F c)

S d) Mg e)

Br

3) Escribiacute las ecuaciones ioacutenicas la foacutermula elec-

troacutenica y la foacutermula miacutenima del compuesto

ioacutenico formado por

a) K y Br (bromuro de potasio)

b) Ca y O (oacutexido de calcio)

4) Marcaacute con una X las propiedades correspon-

dientes a las sustancias que presentan uniones

ioacutenicas

100

a) Son soacutelidas y tienen bajo punto de fusioacuten ( )

b) Conducen la corriente eleacutectrica fundidas o di-

sueltas en agua ( )

c) Tienen brillo metaacutelico ( )

d) Forman cristales duros y quebradizos solubles

en agua ( )

e) No conducen la corriente eleacutectrica ( )

5) Explicaacute coacutemo se unen dos aacutetomos de bromo

para formar la moleacutecula Br2 y escribiacute su

foacutermula electroacutenica y su foacutermula desarrollada

6) La foacutermula del monoacutexido de dicloro es Cl2O

a) Indicaacute queacute tipo de unioacuten existe entre el cloro y

el oxiacutegeno

b) Escribiacute su foacutermula electroacutenica y su foacutermula

desarrollada

7) El azufre y el oxiacutegeno forman dos oacutexidos

importantes el dioacutexido de azufre (SO2) y el

101

trioacutexido de azufre (SO3) Para el trioacutexido de

azufre

a) Indicaacute queacute tipo de unioacuten existe entre el azufre

y los tres aacutetomos de oxiacutegeno

b) Escribiacute la foacutermula electroacutenica

c) Escribiacute la foacutermula desarrollada

8) Marcaacute 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

liacutequidas o soacutelidas ( )

c) Son duacutectiles y maleables ( )

d) No forman moleacuteculas son agregados de

iones ( )

e) No son buenas conductoras de la corriente

eleacutectrica ( )

102

9) Coloque en el pareacutentesis UCP si la unioacuten es

covalente polar y UCNP si es covalento no

polar en cada una de las siguientes sustancias

a) cloruro de hidroacutegeno HCl ( )

b) Hidroacutegeno H2 ( )

c) yodo l2 ( )

10) Escribiacute la foacutermula electroacutenica y la foacutermula

desarrollada de cada una de las sustancias

mencionadas en el ejercicio 9

11) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten

a) del azufre (S)en el dioacutexido de azufre (SO2) en

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

sodio (Na2S)

b) del nitroacutegeno (N) en el dioacutexido de nitroacutegeno

(NO2) en el aacutecido niacutetrico (HNO3) y en el ni-

trato de potasio (KNO3)

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

can en el concepto de unioacuten metaacutelica

103

a) Tienen bajo punto de fusioacuten y de

ebullicioacuten ( )

b) Tienen brillo metaacutelico ( )

c) Conducen la corriente eleacutectrica sin

alterarse ( )

d) En estado soacutelido son malos conductores de la

corriente eleacutectrica ( )

e) Forman hilos y laacuteminas delgadas ( )

104

Hoja de respuestas 1212

1) a) He b) Al c)

Si d)

Ar e)

N

2) a) cede un electroacuten d) cede electrones c)

gana dos electrones b) y e) gana un electroacuten

3) a) Ecuaciones ioacutenicas

K K1+ + 1 e

Br + 1 e Br1-

K1+ + Br- KBr

Foacutermula electroacutenica K1+minus

1

Br

Foacutermula miacutenima KBr

b) Ecuaciones ioacutenicas

Ca Ca 2+ + 2 e

O + 2 e O2-

Ca2+ + O2- CaO

Foacutermula electroacutenica Ca2+ minus

2

O

105

Foacutermula miacutenima CaO

4) b y d

5) se unen compartiendo un par de electrones

6) a) unioacuten covalente

b) foacutermula electroacutenica

Cl

O

Cl

foacutermula desarrollada Cl O Cl

7) a) una unioacuten covalente doble entre el azufre y

uno de los aacutetomos de oxiacutegeno dos uniones cova-

lentes coordinadas con los otros dos aacutetomos de

oxiacutegeno

b) Foacutermula electroacutenica

Foacutermula desarrollada

106

8) a b y e

9) a) UCP y c) UCNP

10) Foacutermula electroacutenica Foacutermula desarrollada

a) H

Cl H Cl

b) HH H H

c)

I

I l I

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

12) b c y e

  • RADIACTIVIDAD
    • IacuteNDICE
      • 1 RADIACTIVIDAD NATURAL
      • 2 RELACIOacuteN ENTRE LA LEY DE LAVOISIER Y LA DE EINSTEIN
      • 3 INTERACCIONES ENTRE AacuteTOMOS Y ONDAS
      • 4 PODER DE PENETRACIOacuteN DE LA RADIACIOacuteN
      • 5 VIDA MEDIA
      • 6 RADIACTIVIDAD ARTIFICIAL
      • 7 USOS DE LOS RADIOISOacuteTOPOS
      • 8 MEDICINA NUCLEAR
      • 9 FECHADO POR MEDIO DE RADIOISOacuteTOPOS
      • 10 PLANTAS DE ENERGIacuteA NUCLEAR
      • 11 BOMBA ATOacuteMICA
      • 12 EFECTOS DE UNA EXPLOSIOacuteN NUCLEAR
        • Ejercicios 12
        • Ejercicios 121
        • Hoja de respuestas121
        • Ejercicios 1211
        • Ejercicios 1212
        • Hoja de respuestas 1212

20

INTERACCIOacuteN DE LAS RADIACIONES CON LA

MATERIA

La radiacioacuten al chocar con las moleacuteculas que

encuentra a su paso produce iones esto se debe a

que excita los electrones de los aacutetomos de las mo-

leacuteculas es decir les entrega energiacutea para que pasen

a oacuterbitas superiores

bull Radiaciones alfa (α) compuesta por dos

protones y dos neutrones de bajo poder

de penetracioacuten y alta capacidad de ioniza-

cioacuten Se mueve en liacutenea recta debido a su

gran cantidad de masa

21

bull Radiaciones beta (β) formada por elec-

trones de carga negativa su masa es pe-

quentildea por lo tanto es propensa a cambiar

de trayectoria bajo poder de penetracioacuten y

bajo poder de ionizacioacuten Al acercarse a un

nuacutecleo se frena la energiacutea que pierde en el

frenado la libera como rayos X Si una par-

tiacutecula beta choca con un positroacuten (electroacuten

negativo) se aniquila y emite un rayo

gamma

bull Radiaciones gamma (γ) son las de ma-

yor energiacutea no tiene carga eleacutectrica por lo

22

tanto no desviacutean sus trayectorias frente a

campos eleacutectricos tienen un alto poder de

penetracioacuten y un alto poder de ionizacioacuten

Pueden llegar a extraer electrones de los

aacutetomos los cuales a su vez ionizan otras

moleacuteculas

Neutrones no poseen carga eleacutectrica tienen

un alto poder de penetracioacuten Al chocar contra un

aacutetomo ceden parte de su energiacutea y se frenan Los

neutrones de baja velocidad se denominan neu-

trones teacutermicos los cuales se descomponen en un

electroacuten y un protoacuten o pueden ser absorbidos por

otros nuacutecleos atoacutemicos

23

4 PODER DE PENETRACIOacuteN DE LA RADIACIOacuteN

La radiacioacuten es uno de los efectos

maacutes peligrosos de la energiacutea nuclear

No todas las partiacuteculas emitidas

tienen la misma posibilidad de atrave-

sar los elementos

Los materiales radiactivos pueden ser peligro-

sos porque la radiacioacuten que se emite puede dantildear

los tejidos vivos La capacidad para inflingir dantildeos

depende en parte del poder de la radiacioacuten para

penetrar en los tejidos

24

En condiciones de igualdad por lo demaacutes

cuanto mayor es la masa de una partiacutecula menor

es su poder de penetracioacuten Las partiacuteculas alfa

que son nuacutecleos de helio con una masa de 4 uma

constituyen el menos penetrante de los tres tipos

principales de radiactividadLas partiacuteculas beta

ideacutenticas a los electrones cuya masa es insignifi-

cante son un poco maacutes penetrantes Los rayos

gamma como los rayos X carecen totalmente de

masa su poder de penetracioacuten es mucho mayor

que el de los otros dos tipos

Puede parecer contrario al sentido comuacuten

pensar que las partiacuteculas maacutes grandes se abren

camino con maacutes dificultad Consideraacute sin embar-

go que el poder de penetracioacuten refleja la capaci-

dad de la radiacioacuten para abrirse camino a traveacutes

de una muestra de materia Es como si trataras de

hacer rodar piedras por un campo de grandes ro-

cas La partiacutecula alfa se comporta como si fuese

una roca grande Debido a su tamantildeo no puede

25

avanzar mucho sin chocarse con otras rocas y ser

detenida por ellas La partiacutecula beta se comporta

como una piedra pequentildea que puede introducirse

entre las rocas y quizaacute hasta rebotar en ellas hasta

completar un recorrido maacutes largo El rayo gamma

es comparable a un grano de arena capaz de pasar

por las aberturas maacutes pequentildeas

Al principio de esta explicacioacuten dijimos que si

todo lo demaacutes es igual asiacute es como funcionan las

cosas Pero lo demaacutes no siempre es igual Cuanto

maacutes raacutepido se mueve una partiacutecula o maacutes energiacutea

tiene la radiacioacuten mayor es su poder de penetra-

cioacuten

Si la sustancia radiactiva estaacute afuera del cuer-

po las partiacuteculas alfa de poco poder de penetra-

cioacuten son las menos peligrosas pues las detiene la

capa externa de la piel Tambieacuten las partiacuteculas beta

se detienen normalmente antes de alcanzar oacuterga-

nos vitales Los rayos gamma atraviesan sin difi-

26

cultad los tejidos asiacute que una fuente externa de los

mismos puede ser muy peligrosa En cambio

cuando la fuente radiactiva estaacute adentro del cuerpo

la situacioacuten se invierte Las partiacuteculas alfa que no

penetran pueden causar graves dantildeos Todas estas

partiacuteculas estaacuten atrapadas en el interior del cuerpo

el cual tiene entonces la posibilidad de absorber

toda la energiacutea que libera la partiacutecula Las partiacutecu-

las alfa infligen el dantildeo en un aacuterea muy pequentildea

porque no se desplazan muy lejos Las partiacuteculas

beta distribuyen el dantildeo en un aacuterea algo mayor

porque recorren distancias mayores Los tejidos se

pueden recuperar de un dantildeo limitado disperso en

un aacuterea grande pero es menos probable que so-

brevivan a una lesioacuten concentrada

Las personas que trabajan con materiales ra-

diactivos disponen de diversas formas de prote-

gerse contra ellos La maacutes simple consiste en ale-

jarse de la fuente porque la intensidad de la radia-

cioacuten disminuye con la distancia respecto a la fuen-

27

te Los trabajadores se pueden proteger tambieacuten

por medio de blindajes Una hoja de papel detiene

casi todas las partiacuteculas alfa Un bloque de madera

o una laacutemina delgada de aluminio detiene las par-

tiacuteculas beta

Pero se necesitan varios metros de concreto o

varios centiacutemetros de plomo para detener los ra-

yos gamma

28

5 VIDA MEDIA

Cuando hablamos de aacutetomos individuales

estamos trabajando con elementos que

apenas imaginamos

Para entender lo que pasa con la radia-

cioacuten debemos referirnos a un grupo maacutes

grande de partiacuteculas y trabajar con pro-

medios

Hasta aquiacute hemos estudiado la radiactividad en

relacioacuten con los aacutetomos individuales En el labora-

torio nos ocupamos en general con nuacutemeros muy

grandes de aacutetomos mucho mayores que el nuacuteme-

29

ro de habitantes de la tierra Si pudieacutesemos ver el

nuacutecleo de un aacutetomo individual podriacuteamos ver si

sufre o no desintegracioacuten radiactiva examinando

su composicioacuten Ciertas combinaciones de proto-

nes y neutrones son inestables Sin embargo lo

que no podriacuteamos determinar es cuando el aacutetomo

va a sufrir un cambio La radiactividad es un pro-

ceso aleatorio independiente en general de las

influencias externas

Cuando tenemos un nuacutemero grande de aacuteto-

mos el proceso de desintegracioacuten radiactiva se

hace maacutes predecible Podemos medir la vida me-

dia que es una propiedad caracteriacutestica de cada

radioisoacutetopo La vida media de un isoacutetopo radiac-

tivo es el periacuteodo durante el cual la mitad del nuacute-

mero original de aacutetomos sufre desintegracioacuten ra-

diactiva para formar un nuevo elemento Por

ejemplo supone que tuvieacutesemos 16 billones de

aacutetomos de tritio el isoacutetopo radiactivo de hidroacutege-

no La vida media del tritio es de 123 antildeos Esto

significa que al cabo de 123 antildeos se habraacuten desin-

30

tegrado 8 billones de aacutetomos de tritio y quedaraacuten

8 billones de aacutetomos Al cabo de otros 123 antildeos

se habraacute desintegrado la mitad de los 8 billones de

aacutetomos restantes Por tanto al cabo de dos vidas

medias quedaraacute una cuarta parte del nuacutemero ori-

ginal de aacutetomos de tritio Asiacute pues dos vidas me-

dias no hacen una entera

Podemos calcular la fraccioacuten restante del isoacute-

topo original al cabo de un nuacutemero dado de vidas

medias por medio de la relacioacuten

FRACCIOacuteN RESTANTE N21

=

Donde n es el nuacutemero de vidas medias trans-

curridas

31

6 RADIACTIVIDAD ARTIFICIAL

La radiactividad es un fenoacutemeno na-

tural y en esas condiciones poco

aprovechable

El hombre trabajoacute mucho para con-

trolarlo y hacer de este efecto algo

uacutetil Aunque como es muy habitual

en la humanidad las implementacio-

nes destructivas tambieacuten tuvieron

gran desarrollo

32

TRANSMUTACIOacuteN ARTIFICIAL

Las formas de radiactividad que se presentan

en la Naturaleza Se pueden inducir otras reaccio-

nes nucleares bombardeando nuacutecleos estables con

partiacuteculas alfa neutrones u otras partiacuteculas sub-

atoacutemicas Estas partiacuteculas si tienen suficiente

energiacutea penetran los nuacutecleos que antes eran esta-

bles e inducen alguna forma de emisioacuten radiacti-

va Al igual que la radiactividad natural este tipo

de cambio nuclear produce una transmutacioacuten un

elemento se transforma en otro Debido a que el

cambio no se habriacutea producido de manera natural

el proceso se conoce como transmutacioacuten artifi-

cial

Pocos antildeos despueacutes de su famoso experimen-

to de la laminilla de oro (bombardeo con radiacioacuten

alfa una lamina de oro y detectoacute en una lamina de

sulfuro de zinc la radiacioacuten emergente) Ernest

Rutherford estudioacute el bombardeo de diversos

elementos ligeros con partiacuteculas alfa Un experi-

33

mento de este tipo en el cual Rutherford bom-

bardeoacute nitroacutegeno dio por resultado la produccioacuten

de protones

N147 + He4

2 O178 + H1

1

(Recordaacute que el nuacutecleo de hidroacutegeno es un protoacuten

por eso usamos el siacutembolo alternativo H11 para el pro-

toacuten)

Observaacute que la suma de los nuacutemeros de nu-

cleones de la izquierda es igual a la suma de los

nuacutemeros de nucleones de la derecha Tambieacuten los

nuacutemeros atoacutemicos estaacuten balanceados

Rutherford habiacutea postulado en 1914 la exis-

tencia de protones en los nuacutecleos Un experimen-

to publicado en 1919 proporcionoacute la primera

comprobacioacuten empiacuterica de la existencia de estas

partiacuteculas fundamentales Ya antes Eugen Golds-

tein habiacutea producido protones en sus experimen-

34

tos con tubos de descarga en gas Goldstein obtu-

vo estas partiacuteculas a partir del hidroacutegeno gaseoso

contenido en el tubo por separacioacuten de un elec-

troacuten del aacutetomo de hidroacutegeno La trascendencia del

experimento de Rutherford consistioacute en que ob-

tuvo protones del nuacutecleo de un aacutetomo que no era

de hidroacutegeno con lo cual establecioacute la naturaleza

de los protones como partiacuteculas fundamentales Al

hablar de partiacuteculas fundamentales nos referimos a

las unidades baacutesicas a partir de las cuales se pue-

den formar estructuras maacutes complicadas (como el

nuacutecleo de nitroacutegeno) El experimento de Ruther-

ford constituyoacute la primera reaccioacuten nuclear indu-

cida

Durante la deacutecada de 1920 se llevaron a cabo

muchas transmutaciones artificiales En la deacutecada

de 1930 una de estas reacciones condujo al descu-

brimiento de otra partiacutecula fundamental En 1932

James Chadwick bombardeoacute berilio con partiacuteculas

alfa

35

Be94 + He4

2 C126 + n1

0 Entre los productos se encontraba el neutroacuten

RADIACTIVIDAD INDUCIDA

Las primeras reacciones nucleares produjeron

isoacutetopos que ya se conociacutean por estar presentes en

la Naturaleza Esto fue quizaacute fortuito porque era

inevitable que tarde o temprano se produjese un

nuacutecleo estable Iregravene Curie (hija de los ganadores

del premio Nobel de 1903) y su esposo Freacutedeacuteric

Joliot estudiaban el bombardeo de aluminio con

partiacuteculas alfa Se produciacutean neutrones y quedaba

como residuo un isoacutetopo de foacutesforo

Al2713 + He4

2 P3015 + n1

0

Para sorpresa de los investigadores el blanco

seguiacutea emitiendo partiacuteculas auacuten despueacutes de inte-

rrumpido el bombardeo El isoacutetopo de foacutesforo era

radiactivo y emitiacutea partiacuteculas cuya masa era igual a

36

la del electroacuten pero cuya carga era opuesta Estas

partiacuteculas se llaman positrones La reaccioacuten que

estaban observando era la siguiente

P3015 e0

1+ + Si3014

Asiacute pues surge una vez maacutes la pregunta iquestde doacuten-

de proviene esta partiacutecula si el nuacutecleo contiene

soacutelo protones y neutrones Anteriormente expli-

camos el hecho de que surgiese una partiacutecula beta

(un electroacuten) de un nuacutecleo afirmando que un neu-

troacuten se habiacutea descompuesto en un protoacuten y un

electroacuten Quizaacute un suceso similar puede explicar la

aparicioacuten de un positroacuten Considera que un pro-

toacuten del nuacutecleo se transforma en un neutroacuten y un

positroacuten (un protoacuten es ideacutentico a un nuacutecleo de

hidroacutegeno)

H11 e0

1+ + N10

Todo queda muy bien balanceado en esta

37

ecuacioacuten Al emitirse el positroacuten el nuacutecleo radiac-

tivo original tiene de pronto un protoacuten menos y

un neutroacuten maacutes que antes Por tanto la masa del

nuacutecleo producido es la misma pero su nuacutemero

atoacutemico se ha reducido en una unidad respecto al

nuacutecleo original Por este trabajo la pareja Joliot-

Curie se hizo acreedora al premio Nobel en 1935

(la pareja Joliot-Curie adoptoacute el apellido combina-

do para perpetuar el nombre de Curie Marie y

Pierre Curie tuvieron dos hijas pero ninguacuten hijo

varoacuten

38

7 USOS DE LOS RADIOISOacuteTOPOS

Muchas de las aplicaciones de la energiacutea

de la radiacioacuten se realizan a traveacutes de los

radioisoacutetopos

Gracias a ellos y a los detectores se evitan

grandes perdidas materiales y se ahorra

grandes esfuerzos

Los cientiacuteficos que trabajan en una amplia va-

riedad de campos emplean isoacutetopos radiactivos

(radioisoacutetopos) como rastreadores en sistemas

fiacutesicos quiacutemicos y bioloacutegicos Los isoacutetopos de un

elemento determinado sea radiactivo o no se

39

comportan de manera casi ideacutentica en los proce-

sos quiacutemicos y fiacutesicos En virtud de la facilidad

para detectar los isoacutetopos radiactivos es relativa-

mente faacutecil seguir sus movimientos incluso en un

sistema complicado

Como un ejemplo sencillo consideremos el

flujo de un liacutequido por una tuberiacutea Supongamos

que hay una fuga en una tuberiacutea enterrada bajo un

piso de concreto Podriacuteamos localizar la fuga le-

vantando partes extensas del piso o bien podriacutea-

mos agregar una pequentildea cantidad de material

radiactivo al liacutequido que va hacia el drenaje y ras-

trear el flujo de liacutequido con un contador Geiger

(un instrumento que detecta la radiactividad) Una

vez localizada la fuga soacutelo habriacutea que levantar una

parte pequentildea del piso para reparar la fuga Por lo

general se emplean para este propoacutesito isoacutetopos

de vida corta que desaparecen poco tiempo des-

pueacutes de realizar su funcioacuten

Anaacutelogamente podriacuteamos rastrear la incorpo-

racioacuten de foacutesforo en una planta verde La planta se

40

alimenta con un fertilizante que contiene foacutesforo

radiactivo Un meacutetodo sencillo de deteccioacuten con-

siste en colocar la planta sobre una peliacutecula foto-

graacutefica La radiacioacuten que emiten los isoacutetopos de

foacutesforo expone la peliacutecula en gran medida como

lo hace la luz Este tipo de exposicioacuten llamado

radiografiacutea muestra la distribucioacuten del foacutesforo en

la planta

Tambieacuten se da un buen uso a los rastreadores

radiactivos en la investigacioacuten agriacutecola Estos isoacute-

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 cuaacuteles son los mejores meacutetodos para

regular los insectos La mutacioacuten intencional de

plantas por irradiacioacuten ha producido nuevas y

mejores cepas de plantas de cultivo con valor co-

mercial desde raacutebanos hasta maniacute

Los radioisoacutetopos se emplean tambieacuten para

irradiar alimentos como meacutetodo de conservacioacuten

La radiacioacuten destruye los microorganismos que

41

causan la descomposicioacuten de los alimentos Los

alimentos irradiados muestran poco cambio en

cuanto a su saber o aspecto A muchas personas

les inquietan los posibles efectos dantildeinos de las

sustancias quiacutemicas que produce la radiacioacuten pero

no hay pruebas contundentes de dantildeos causados

por alimentos irradiados en animales de laborato-

rio alimentados con ellos y tampoco se conocen

efectos adversos en seres humanos en los paiacuteses

donde la irradiacioacuten se ha utilizado por muchos

antildeos El proceso de esterilizacioacuten no deja irradia-

cioacuten residual en los alimentos

Los radioisoacutetopos han sido empleados exten-

samente en la investigacioacuten cientiacutefica baacutesica El

mecanismo de la fotosiacutentesis se dilucidoacute en gran

parte utilizando carbono 14 como rastreador Por

ejemplo para determinar coacutemo fabrican las plan-

tas el azuacutecar glucosa a partir de dioacutexido de carbo-

no y agua la planta se expone a dioacutexido de carbo-

no radiactivo El investigador identifica los com-

puestos que se forman a partir de estas materias

42

primas y el orden en el que se sintetizan y despueacutes

determina cuaacuteles compuestos se tornan radiactivos

y en queacute secuencia Con base en los dates obteni-

dos de experimentos con rastreadores los cientiacutefi-

cos determinan las rutas metaboacutelicas de plantas

animales y seres humanos

43

8 MEDICINA NUCLEAR

La medicina nuclear ha generado tra-

tamientos y terapias inimaginables

antes de su descubrimiento

En el diagnostico generoacute meacutetodos no

invasivos que evitan a los paciente

tanto sufrimientos como peacuterdidas de

tiempo

En medicina nuclear se dan dos usos distintos

a los radioisoacutetopos para fines terapeacuteuticos o para

realizar un diagnoacutestico En la terapia con radiacioacuten

se intenta tratar o curar un padecimiento por

44

medio de radiacioacuten El uso de los radioisoacutetopos

con fines de diagnoacutestico busca obtener informa-

cioacuten acerca del estado de salud del paciente

TERAPIA POR RADIACIOacuteN

El caacutencer no es una sola enfermedad sino

muchas Algunas formas de caacutencer son particu-

larmente susceptibles a la terapia por radiacioacuten La

radiacioacuten se dirige cuidadosamente hacia el tejido

canceroso y se reduce al miacutenimo la exposicioacuten de

las ceacutelulas normales Si los efectos destructivos de

la radiacioacuten consiguen matar las ceacutelulas cancero-

sas se detiene el avance del tumor maligno (Pero

los pacientes que se someten a terapia por radia-

cioacuten suelen experimentar malestares a causa del

tratamiento Naacuteusea y voacutemito son los siacutentomas

usuales del malestar por radiacioacuten Asiacute pues el

objetivo de la terapia por radiacioacuten es destruir las

ceacutelulas cancerosas antes de que se cause un dantildeo

excesivo a los tejidos sanos La radiacioacuten tiene

45

efectos maacutes letales para las ceacutelulas que se reprodu-

cen con rapidez y eacutesta es precisamente la caracte-

riacutestica de las ceacutelulas cancerosas que permite que la

terapia por radiacioacuten tenga eacutexito

USOS DIAGNOacuteSTICOS DE LOS RADIOISOacuteTOPOS

Los radioisoacutetopos se usan para fines diagnoacutes-

ticos con el propoacutesito de obtener informacioacuten

acerca del tipo o el alcance de la enfermedad El

yodo 131 radiactivo se emplea para determinar el

tamantildeo la forma y la actividad de la glaacutendula ti-

roides asiacute como para tratar caacutenceres localizados

en esta glaacutendula y para controlar una tiroides hi-

peractiva Primero el paciente toma una solucioacuten

de yoduro de potasio que contiene yodo 131 El

organismo concentra el yodo en la tiroides Se

usan dosis grandes para el tratamiento del caacutencer

de la tiroides la radiacioacuten del isoacutetopo se concentra

en las ceacutelulas cancerosas de esta glaacutendula auacuten

cuando las ceacutelulas cancerosas se hayan extendido a

46

otras partes del cuerpo Sin embargo para fines de

diagnoacutestico soacutelo se necesita una pequentildea cantidad

del radioisoacutetopo Tambieacuten 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-

poracioacuten diferencial del isoacutetopo La imagen que

se obtiene se describe como una fotoexploracioacuten

y permite determinar con precisioacuten la ubicacioacuten de

un tumor en esa regioacuten del cuerpo

El radioisoacutetopo de uso maacutes extendido en medicina

es el gadolinio 153 Este isoacutetopo se emplea para

evaluar la mineralizacioacuten de los huesos Su popu-

laridad es un indicio del gran nuacutemero de personas

principalmente mujeres que sufren de osteoporo-

sis (reduccioacuten de la cantidad de tejido oacuteseo) a me-

dida que envejecen El gadolinio 153 emite dos

radiaciones caracteriacutesticas un rayo gamma y un

rayo X Un dispositivo analizador compara estas

radiacioacuten despueacutes de que atraviesan el hueso La

47

densidad del mismo se determina con base en las

diferencias de absorcioacuten de los rayos

El tecnecio 99m se utiliza en diversos ensayos

diagnoacutesticos La letra m quiere decir metaestable

lo que significa que este isoacutetopo emite cierta ener-

giacutea para convertirse en una versioacuten maacutes estable del

mismo isoacutetopo (mismo nuacutemero atoacutemico y mismo

peso atoacutemico) La energiacutea que desprende es el

rayo gamma que permite detectar el isoacutetopo

Tcm9943 Tc99

43 + y

Observa que la desintegracioacuten del tecnecio

99m no produce partiacuteculas alfa ni beta las cuales

podriacutean causar dantildeos innecesarios al organismo

Ademaacutes el tecnecio 99m tiene una vida media cor-

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

tividad no permanece en el organismo mucho

tiempo despueacutes de que la exploracioacuten se ha com-

pletado Esta vida media tan corta obliga a planifi-

48

car cuidadosamente el uso del radioisoacutetopo De

hecho lo que se adquiere no es el isoacutetopo mismo

El tecnecio 99m se forma por desintegracioacuten del

molibdeno 99

Mo9942 Tcm99

43 + e01minus + y

Se emplea un recipiente que contiene este isoacute-

topo de molibdeno y el producto de desintegra-

cioacuten el tecnecio 99 se extrae del recipiente a

medida que se necesita

Mediante el uso de modernas tecnologiacuteas ba-

sadas en la utilizacioacuten de computadoras la tomo-

grafiacutea por emisioacuten de positrones (PET por sus

siglas en ingleacutes) permite medir los procesos dinaacute-

micos que se llevan a cabo en el organismo como

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

boliza el oxiacutegeno o la glucosa Las exploraciones

de PET se emplean actualmente para identificar

con precisioacuten el aacuterea de dantildeo cerebral que desen-

49

cadena los ataques epileacutepticos graves Antes de la

exploracioacuten se inhalan o se inyectan compuestos

que contienen isoacutetopos emisores de positrones

como el carbono 11 Antes de que el positroacuten

emitido pueda recorrer una distancia apreciable en

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

teria ordinaria abundan los electrones) y se produ-

cen dos rayos gamma

C116 B11

5 + e01+

e01+ + e0

1minus 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 simultaacuteneamente

dos rayos gamma el sistema no toma en cuenta

los rayos gamma de la radiacioacuten natural de fondo

A continuacioacuten se emplea una computadora para

calcular la ubicacioacuten dentro del cuerpo del punto

50

en el cual ocurrioacute una aniquilacioacuten del positroacuten y

el electroacuten y se genera una imagen en esa regioacuten

La tabla contiene una lista de radioisoacutetopos de

uso comuacuten en la medicina La lista es necesaria-

mente incompleta Incluso con esta exposicioacuten tan

breve puedes hacerte una idea de la importancia

que los radioisoacutetopos tienen en la medicina La

aseveracioacuten de que la ciencia nuclear ha salvado

maacutes vidas de las destruidas por las bombas atoacutemi-

cas no carece el fundamento

51

Isoacutetopo Nombre Vida me-

dia Uso

C11 Carbono 11 203m Exploraciones cere-

brales

Cr51 Cromo 51 278d Determinacioacuten

del volumen sanguiacute-

neo

Co57 Cobalto 57 270d Medicioacuten de la

incorporacioacuten de

vitamina v12

Co60 Cobalto 60 526a Terapia de caacutencer

por radiacioacuten

Gd153 Gadolinio

153

242d Determinacioacuten

de la densidad oacutesea

Ga67 Galio 67 781h Exploracioacuten en

busca de tumores

pulmonares

I131 Yodo 131 807d Terapia de la ti-

roides

Ir192 Iridio 192 74d Terapia del caacuten-

cer de mamaacute

Fe59 Hierro 59 45d Deteccioacuten de

anemia

52

P32 Foacutesforo 32 143d Deteccioacuten de

caacutencer de la piel o

tumores oculares

Pu238 Plutonio

238

86a Suministra ener-

giacutea para marcapasos

Ra226 Radio 226 1600a Terapia de caacutencer

por radiacioacuten

Se75 Selenio 75 120d Exploraciones del

paacutencreas

Na24 Sodio 24 150h Localizacioacuten de

obstrucciones en el

flujo sanguiacuteneo

Tc99 Tecnecio 99 60h Obtencioacuten de imaacute-

genes de cerebro hiacutega-

do meacutedula oacutesea rintildeoacuten o

corazoacuten

Tl201 Talio 201 73h Deteccioacuten de pro-

blemas cardiacos con la

prueba de esfuerzo en

rueda de andar

H3 Tritio 123a Determinacioacuten de

agua corporal total

Xe133 Xenoacuten133 527d Obtencioacuten de imaacute-

genes de pulmoacuten

53

9 FECHADO POR MEDIO DE RADIOISOacuteTOPOS

Una de las aplicaciones maacutes in-

creiacutebles de la quiacutemica nuclear es la po-

sibilidad de averiguar la antiguumledad de

los objetos encontrados en las investi-

gaciones arqueoloacutegicas

Se puede usar la vida media de ciertos isoacuteto-

pos para estimar la antiguumledad de rocas y artefac-

tos arqueoloacutegicos El uranio 238 se desintegra con

una vida media de 4500 millones de anos Los

productos iniciales de esta desintegracioacuten tambieacuten

son radiactivos y la descomposicioacuten continuacutea

54

hasta que se forma un isoacutetopo de plomo (plomo

206) Los quiacutemicos pueden estimar la antiguumledad

de una roca determinando las proporciones relati-

vas de uranio 238 y plomo 206 Se ha encontrado

que algunas de las rocas maacutes antiguas de la Tierra

se formaron hace entre 3000 y 4500 millones de

antildeos En las rocas lunares y en meteoritos se ha

determinado una antiguumledad maacutexima de alrededor

de 4500 millones de antildeos Asiacute pues se considera

en general que la Tierra tiene una antiguumledad de

unos 4500 millones de antildeos

FECHADO POR CARBONO 14

En el fechado de artefactos interviene por lo

general un isoacutetopo radiactivo de carbono Se for-

ma carbono 14 en las capas superiores de la at-

moacutesfera por el bombardeo que experimenta el

nitroacutegeno ordinario por parte de los neutrones de

los rayos coacutesmicos

55

N147 + n1

0 C146 + H1

1

Este proceso origina una concentracioacuten cons-

tante de carbono 14 en el CO2 terrestre Las plan-

tas y animales vivos incorporan este isoacutetopo en

sus propias ceacutelulas Sin embargo cuando estos

seres mueren se interrumpe la incorporacioacuten de

carbono 14 y el carbono 14 que hay en el orga-

nismo se desintegra (con una vida media de 5 730

antildeos) a nitroacutegeno 14

Por consiguiente basta con medir la actividad

residual de carbono 14 en un artefacto de origen

vegetal o animal para determinar su antiguumledad

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 antildeos de antiguumle-

dad es decir ha estado muerta durante un tiempo

equivalente a una vida media Anaacutelogamente un

artefacto que muestra el 25 de la actividad de

carbono 14 del material vegetal reciente tiene

56

11460 anos de antiguumledad 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 aquiacute supone que la formacioacuten del isoacutetopo

fue constante a lo largo del tiempo En realidad no

es asiacute Sin embargo aproximadamente para los

uacuteltimos 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

aacuterboles Se han construido curvas de calibracioacuten

que permiten determinar fechas consideradas co-

mo exactas

En teacuterminos generales el meacutetodo de carbono

14 es razonablemente preciso para fechar objetos

de hasta 50000 antildeos de antiguumledad La cantidad

residual del isoacutetopo en los objetos de una antiguumle-

dad mayor que esa es demasiado pequentildea para

hacer una determinacioacuten exacta

El carboacuten de las fogatas de los pueblos anti-

57

guos fechado por determinacioacuten de la actividad

de carbono 14 se usa para estimar la antiguumledad

de otros artefactos encontrados en el mismo em-

plazamiento arqueoloacutegico La teacutecnica de fechado

por carbono 14 se ha usado tambieacuten para detectar

si supuestos artefactos antiguos han sido falsifica-

dos

EL SUDARIO DE TURIacuteN

Probablemente han oiacutedo hablar del sudario de

Turiacuten Se trata de una pieza de tejido de lino muy

antigua de unos 4 metros de largo que muestra la

impresioacuten aproximada de un cuerpo humano

Desde alrededor del antildeo 1350 dC 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-

bricacioacuten del lienzo habiacutea sido cultivado en alguacuten

memento entre los anos de 1260 y 1390 dC Por

58

tanto el lienzo no podriacutea haber existido en tiem-

pos de Cristo A diferencia de los pergaminos del

Mar Muerto para los que el fechado por carbono

14 demostroacute que son registros auteacutenticos de una

civilizacioacuten que existioacute hace unos 2000 antildeos el

sudario de Turiacuten resultoacute ser falso

FECHADO POR TRITIO

El tritio que es el isoacutetopo radiactivo del

hidroacutegeno sirve tambieacuten para fechar Su vida me-

dia de 123 antildeos lo hace uacutetil para fechar objetos de

hasta 100 antildeos de antiguumledad Una aplicacioacuten inte-

resante es el fechado de aguardientes Estas bebi-

das alcohoacutelicas son muy costosas cuando han sido

antildeejadas de 10 a 50 antildeos El fechado por tritio

permite comprobar la veracidad de los anuncios

publicitarios respecto al proceso de antildeejamiento

de las variedades maacutes caras

Hay muchos otros isoacutetopos que permiten es-

timar la antiguumledad de objetos y materiales

59

Isoacutetopo Vida me-

dia

(antildeos)

Periacuteodo de

utilidad Uso

Carbono 14 5730 500 a 50000

antildeos

Carboacuten vege-

tal material

orgaacutenico

Tritio 123 1 a 100 antildeosVinos antildeeja-

dos

Potasio 40 13 x 109 Desde 10000

antildeos

Rocas corteza

terrestre y

lunar

Renio 187 43 x1010 Desde 4 x

107 antildeos Meteoritos

Ranio238 45 x109 Desde 107

antildeos

Rocas corteza

terrestre

60

10 PLANTAS DE ENERGIacuteA NUCLEAR

iquestSabeacutes de doacutende viene esa energiacutea que nosotros usamos tanto Mucha de la energiacutea eleacutectrica es

producida por plantas nucleares de to-do el mundo

La energiacutea nuclear ha dado origen a bombas

muy destructivas y a la nociva precipitacioacuten ra-

diactiva y podriacutea incluso provocar un devastador

invierno nuclear Sin embargo una cantidad mu-

cho mayor de personas han recibido beneficios de

la energiacutea nuclear que las que han sido perjudica-

das por ella El hecho es que existen muchos usos

de la energiacutea nuclear que son sumamente beneacutefi-

61

cos Ya conocemos el uso de isoacutetopos radiactivos

en el diagnoacutestico cliacutenico y en el fechado de obje-

tos de antiguumledad desconocida Otro uso paciacutefico

de la energiacutea nuclear es la generacioacuten de electri-

cidad Una gran parte de la energiacutea eleacutectrica que

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

giacutea nuclear

En la actualidad una quinta parte de toda la

electricidad que se produce en Estados Unidos

proviene de plantas de energiacutea nuclear En Euro-

pa la dependencia respecto a la energiacutea nuclear

para la produccioacuten de electricidad es auacuten mayor

En Francia por ejemplo maacutes del 70 de la ener-

giacutea eleacutectrica del paiacutes proviene de plantas nuclea-

res

No es sorprendente que una reaccioacuten que

desprende tanta energiacutea como lo hace la fisioacuten

nuclear se use como fuente de energiacutea para gene-

rar electricidad En las plantas de energiacutea nuclear

se usa el calor obtenido de una reaccioacuten de fisioacuten

62

en cadena controlada para producir vapor de

agua que mueve las turbinas generadoras de elec-

tricidad El combustible nuclear es normalmente

oacutexido de uranio U3O8 enriquecido hasta alrede-

dor de 3 de uranio 235

La energiacutea nuclear es mucho maacutes limpia que la

que se obtiene quemando combustibles foacutesiles

(carboacuten petroacuteleo y gas) no produce cenizas finas

ni holliacuten no forma dioacutexido de carbono que con-

tribuye al efecto de invernadero y al calentamiento

global y no contamina el aire con oacutexidos de azu-

fre y de nitroacutegeno que dan origen a la lluvia aacutecida

Por otra parte emite grandes cantidades de calor

residual en el ambiente y lo que es mucho maacutes

serio produce muchos residuos radiactivos La

eliminacioacuten de todos estos materiales radiactivos

de desecho es uno de los problemas constantes

que se tienen en relacioacuten con las plantas de energiacutea

nuclear

63

11 BOMBA ATOacuteMICA

Todos sabemos los desastres que pue-

den causar la detonacioacuten de una bomba

nuclear

Aquiacute presentamos la explicacioacuten teoacuterica

y coacutemo se pone en praacutectica

COacuteMO FUNCIONA UNA BOMBA NUCLEAR EN LA

TEORIacuteA

El 16 de Julio de 1945 estalloacute la primera bomba

atoacutemica en el campo de pruebas de Trinity cerca

de aacutelamo Gordo (Nuevo Meacutejico) Desde ese pre-

64

ciso instante la historia de la humanidad ha pasado

a una nueva era la era nuclear

Nunca hasta entonces se habiacutean tenido los cono-

cimientos necesarios como para saber que la masa

puede convertirse en grandes cantidades de ener-

giacutea y coacutemo podiacutea realizarse ese proceso hasta

entonces reservado tan soacutelo a las estrellas

La famosa foacutermula de Einstein E = mc2 ha pasa-

do ya ha formar parte de la cultura popular auacuten sin

que en realidad se llegue a saber que implica

Donde E es energiacutea m masa y c la velocidad de la

luz (constante) En esta ecuacioacuten se expresa la

relacioacuten de equivalencia entre masa y energiacutea Por

ejemplo haciendo algunas cuentas se ve que con

un gramo de uranio si se convirtiese totalmente

en energiacutea se obtendriacutean 25 millones de Kw

Aplicado como una bomba nuclear basta decir

que para asolar Hiroshima soacutelo se convirtioacute un

65

gramo de masa (aunque toda la bomba como me-

canismo pesara cuatro toneladas) su potencia fue

de 125 kilotones es decir para igualar su potencia

seriacutean 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 combustibles

de fisioacuten Cuando en un espacio se reuacutene la sufi-

ciente cantidad de materia (denominada masa criacute-

tica) se produce una reaccioacuten en cadena espontaacute-

nea esto es el nuacutecleo de los aacutetomos del material

se divide liberando energiacutea y varios neutrones

raacutepidos que provocan que otros nuacutecleos tam-

bieacuten se dividan y liberen maacutes energiacutea y neutrones

Este proceso se denomina fisioacuten nuclear Sin em-

bargo si la densidad no es suficiente la energiacutea

liberada hace que el material se expanda y se de-

tenga el proceso Para evitar que se pare la reac-

cioacuten se recurre a una materia muy densa de por siacute

(isoacutetopos del uranio y plutonio) que ademaacutes se

comprime de manera muy raacutepida para lograr una

66

altiacutesima densidad que permite que los neutrones

raacutepidos choquen antes con otros nuacutecleos y se

produzcan antes el mayor nuacutemero 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 maacutes energiacutea Para una

explosioacuten de 100 kilotones son necesarias 58 ge-

neraciones las 7 uacuteltimas generan el 999 de la

energiacutea en periodo cortiacutesimo de tiempo Tambieacuten

puede liberarse energiacutea con la fusioacuten en este pro-

ceso los nuacutecleos se unen en vez de separarse pero

se requieren altiacutesimas temperaturas (del orden de

millones de grados) para que este proceso se lleve

a cabo Para esta reaccioacuten se usan aacutetomos ligeros

(maacutes faacuteciles de unir) generalmente hidroacutegeno o

sus isoacutetopos (deuterio y tritio) Para unir dos aacuteto-

mos basta con hacerlos chocar Los protones de

cada aacutetomo 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

67

fusioacuten deben comprimirse fuertemente los nuacute-

cleos y una vez hecho soacutelo podraacuten continuar uni-

dos si pierden un equivalente de la energiacutea que les

hizo apretarse En el caso de usar deuterio y tritio

se libera violentamente un neutroacuten Esta energiacutea

liberada es la que forma una bomba de fusioacuten

tambieacuten denominada bomba H

COMO FUNCIONA UNA BOMBA ATO-MICA EN LA PRACTICA

Sea cual fuere el sistema de funcionamiento de

una bomba nuclear (fusioacuten o fisioacuten) una cantidad

de masa se convierte en energiacutea la potencia soacutelo

depende de la capacidad de la ingenieriacutea para con-

vertir maacutes masa antes de que la reaccioacuten disperse

las moleacuteculas en teoriacutea la potencia es por tanto

ilimitada

Una bomba nuclear consiste baacutesicamente en una

esfera hueca de plutonio que no es lo suficiente-

68

mente densa como para producir una reaccioacuten 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 explosioacuten se disparan los detonado-

res que hacen que el material explosivo estalle de

la manera lo maacutes regular posible para que enviacutee

una onda de choque esfeacuterica hacia el plutonio

Cuando eacutesta impacta contra eacutel lo comprime y re-

duce su volumen empujaacutendolo hacia el centro de

la esfera hasta que alcanza una densidad suficiente

(supercriacutetica) y se dispara el iniciador de neutrones

para comenzar la reaccioacuten en cadena que da lugar

a la explosioacuten nuclear

Las bombas termonucleares de fusioacuten o H nece-

sitan de una gran temperatura para que se puedan

unir los nuacutecleos esto se consigue en el interior de

una explosioacuten de fisioacuten que es el comienzo de

toda bomba H

69

Una vez acabada la reaccioacuten de fusioacuten nos encon-

traremos con una esfera expandida con una tem-

peratura de millones de grados en la que existen

los productos de la fusioacuten (litio e isoacutetopos del

hidroacutegeno) Tal es su velocidad que pueden fun-

dirse unos con otros dando lugar a la reaccioacuten de

fusioacuten Esta reaccioacuten genera maacutes energiacutea que la

anterior y libera gran cantidad de partiacuteculas nu-

cleares pero no es una reaccioacuten en cadena ya que

el propio calor que genera hace que las partiacuteculas

se separen y se expandan en forma de una esfera

de plasma con una temperatura que tan soacutelo expe-

rimenta el universo de manera natural en las estre-

llas En nuestro sol por ejemplo ocurren la fusioacuten

nuclear de hidroacutegeno y helio Pero antes de que la

reaccioacuten se extinga los neutrones generados por

las detonaciones anteriores provocan de nuevo

una reaccioacuten de fusioacuten sobre una camisa de U-

238 pero esta vez mucho mayor que las anterio-

res La potencia de una bomba termonuclear care-

ce de liacutemite una bomba como la de Hiroshima de

70

125 kilotones (un kilotoacuten equivale a 1000 tonela-

das de TNT) se considera dentro de los arsenales

modernos como pequentildea siendo las de un mega-

toacuten (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 la

Segunda Guerra Mundial

Para la construccioacuten de una bomba nuclear nor-

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

primero no forma parte de la reaccioacuten nuclear

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

nera espontaacutenea emitiendo neutrones que son

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

duzca de manera accidental la reaccioacuten en cadena

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

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

cioacuten 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

71

reactores nucleares a partir del U-238

La desintegracioacuten del uranio en la reaccioacuten en

cadena se produce de manera espontaacutenea para una

masa de 50 Kg si eacuteste elemento es puro El pluto-

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

da reaccioacuten en cadena de modo que se mezcla de

berilo y polonio dando como resultado un pro-

ducto que aunque no es fisionable por si solo una

pequentildea cantidad actuacutea como catalizador para las

grandes reacciones Asiacute bastan 16 Kg de PU-239

para obtener la masa supercriacutetica y 10 Kg si se

mezcla con U-238

El U-235 es muy difiacutecil de extraer por encontrarse

en la naturaleza muy mezclado con otros com-

puestos Asiacute por cada 25000 toneladas de mineral

de uranio bruto soacutelo se obtienen 50 toneladas de

uranio del que el 993 es U-235 y el resto el

rariacutesimo isoacutetopo U-238 ambos soacutelo se pueden

separar de manera mecaacutenica gracias a la leviacutesima

72

diferencia de peso entre ambos Asiacute el uranio se

mezcla en forma gaseosa con fluor (hexafluoriacutedri-

co) que es impulsado a baja presioacuten hacieacutendolo

pasar por unas caacutemaras que aumentan la concen-

tracioacuten de uranio sensiblemente tras cientos de

pasadas Para una central nuclear la pureza ha de

ser del 2 y para una bomba (teoacutericamente) el

95

Para separar el isoacutetopo se recurre a la centrifuga-

cioacuten del gas siendo el maacutes pesado U-238 despedi-

do hacia el exterior con maacutes fuerza Para obtener

otra vez el uranio separado del gas se recurre a la

separacioacuten magneacutetica

MECANISMOS QUE SUELEN COMPONER UNA

BOMBA NUCLEAR

Los mecanismos que suelen componer una bom-

ba nuclear son los siguientes

73

ALTIacuteMETRO No suele usarse el baromeacutetrico

por verse afectado por las condiciones atmosfeacuteri-

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 seguacuten el tiempo transcu-

rrido en el recorrido puede saberse la altura sin

necesidad de complicar maacutes el sistema para dar

una precisioacuten que en realidad no es importante (2

o 3 m de diferencia no son apreciables maacutes que

en minibombas bastante menores que las de

Hiroshima) siendo la altura normal de detonacioacuten

la de 2000 m

En la praacutectica 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 electroacute-

nicamente para obtener la diferencia de ambas

que es proporcional a la altura Los pulsos suelen

emitirse 120 veces por segundo y alcanzan un

74

rango de 3000 m sobre la tierra y 6000 m sobre

el mar (la reflexioacuten es alliacute mejor) siendo su error

de hasta 15 m

CABEZA DETONADORA Como ya se dijo

estaacute compuesta de una carga explosiva muy bien

calibrada que a la orden del altiacutemetro detona

produciendo una onda de choque uniforme sobre

el elemento radioactivo comprimieacutendolo hasta

alcanzar la masa supercriacutetica

Compantildeiacuteas privadas producen camisas explosivas

que modificadas pueden ser usadas para la fabri-

cacioacuten del objeto que nos ocupa La cantidad de

presioacuten necesaria a aplicar es un secreto por razo-

nes de seguridad aunque se sabe que los explosi-

vos plaacutesticos son ideales sobre todo por su malea-

bilidad y facilidad de manejo

El detonador variacutea si es combustible es uranio o

plutonio

75

DETONADOR DE URANIO La masa total se

divide en dos partes una mayor de forma semies-

feacuterica y coacutencava que se acopla perfectamente con

la otra maacutes pequentildea Como es de suponer ambas

se encuentran separadas hasta el momento de la

detonacioacuten en el que una explosioacuten convencional

dispara la parte pequentildea que impacta contra la

mayor para lograr en un instante la masa supercriacute-

tica

DETONADOR DE PLUTONIO Necesita

una precisioacuten de ingenieriacutea mucho mayor que la

anterior ya que estaacute compuesta de 32 secciones de

plutonio-berilio-polonio todas de igual forma y

posicioacuten distribuidas conceacutentricamente El aspecto

final es parecido al de un baloacuten de fuacutetbol Todas

han de cerrarse simeacutetricamente en una diezmillo-

neacutesima de segundo para conseguir la detonacioacuten

DEFLECTOR DE NEUTRONES Suele ser

U-238 Su funcioacuten es la que ya se explicoacute evitar

76

una reaccioacuten accidental ademaacutes refleja las partiacutecu-

las de vuelta cuando se alcanza la masa supercriacuteti-

ca

ESCUDO PROTECTOR Recibe otros nom-

bres pero su funcioacuten es siempre la de proteger de

la radiacioacuten natural tanto al personal que la maneja

como a los circuitos de la bomba que pueden su-

frir cortocircuitos o puestas en funcionamiento

accidentales

SISTEMA DE ARMADO Es otro sistema maacutes

de seguridad consistente en quitar una parte im-

prescindible de la bomba para evitar detonaciones

accidentales de modo que soacutelo cuando estaacute

proacuteximo su lanzamiento se inserta esta parte Una

analogiacutea seriacutea como si al aparcar nuestro coche le

quitaacuteramos el volante o una bujiacutea asiacute estariacuteamos

seguros de que no nos lo roban porque sin estas

partes el coche no funciona

77

12 EFECTOS DE UNA EXPLOSIOacuteN NUCLEAR

Tenemos frescas en nuestra memo-

ria las imaacutegenes que nos mostroacute la

televisioacuten cuando se produjo el ac-

cidente de Chernobyl

Aquiacute explicamos todas las conse-

cuencias de una detonacioacuten 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

78

bull Radiacioacuten nuclear inicial la altiacutesima

temperatura y la elevada presioacuten que se

genera en el interior de la explosioacuten emi-

ten radiacioacuten en todas las direcciones Esta

se compone de rayos alfa beta y gamma

que son una forma de radiacioacuten electro-

magneacutetica de alta energiacutea que puede causar

la muerte sin que el individuo se de cuenta

de que ha sido irradiado Una explosioacuten de

un megatoacuten (de tamantildeo estaacutendar) matariacutea

a todo ser humano en 15 Km a la redonda

que se encontrase al aire libre

Las partiacuteculas alfa son ideacutenticas a un nuacutecleo de

helio son las que mas larga vida tienen unos mil

antildeos pero su poder de penetracioacuten 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 radiacioacuten Con 45 cm de tierra se

consigue reducir la radiacioacuten veinte veces

Las partiacuteculas beta penetran maacutes siendo suficiente

79

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

to la radiacioacuten (una pared moderna ya espesa se

compone de 1 pie de ladrillo maacutes caacutemara maacutes

aislante maacutes ladrillo hueco y yeso que suele que-

darse en los 37 cm)

Los de maacutes poder de penetracioacuten son las gamma

y por tanto los maacutes peligrosos ya son los que se

introducen en los refugios nucleares auacuten con

grandes espesores de hormigoacuten La uacutenica protec-

cioacuten eficaz es la de interponer grandes masas de

material mejor cuanto maacutes denso siendo el ideal

el plomo ya que pasa por los materiales como la

luz por una tela si esta es maacutes densa mayor canti-

dad de chocaraacute con ella y no la traspasaraacute Para

reducir la dosis a un veinteavo se precisan 30 cm

de hormigoacuten armado

bull Pulso electromagneacutetico La intensa acti-

vidad de los rayos gamma genera mediante

induccioacuten una corriente de alto voltaje so-

80

bre antenas viacuteas feacuterreas tuberiacuteas que des-

truye todas las instalaciones eleacutectricas de

una amplia zona si la explosioacuten se efectuacutea

a gran altura Una detonacioacuten de muchos

kilotones a 200 km sobre Omaha (Ne-

brasca) destruiriacutea todos los circuitos eleacutec-

tricos integrados de toda Norteameacuterica y

parte de Meacutejico y Canadaacute Ante el riesgo

de una detonacioacuten nuclear es conveniente

alejarse de liacuteneas eleacutectricas y viacutea feacuterreas ya

que la corriente inducida puede electrocu-

tarnos

bull Pulso teacutermico al expandirse la bola de

fuego el aire circundante absorbe energiacutea

en forma de rayos X y la irradia en forma

de una luz cegadora y un intensiacutesimo ca-

lor Una bomba de 20 Megatones produci-

riacutea una intensa luz durante 20 segundos y

causariacutea quemaduras de segundo grado a

81

cualquier persona expuesta a 45 Km de

distancia

bull Onda de choque La raacutepida expansioacuten de

la bola de fuego genera una onda de cho-

que como cualquier explosioacuten pero de

una potencia muy superior ya que puede

aplastar o barrer edificios dantildeaacutendolos muy

seriamente o destruyeacutendolos por comple-

to ya que maacutes que empujar por su dura-

cioacuten lo que hace es estrujar Una bomba

de 20 megatones no dejariacutea en un radio de

20 Km maacutes que escombros soacutelo se salva-

riacutean las cimentaciones y construcciones

enterradas

bull Primera lluvia radioactiva o lluvia ra-

diactiva local una explosioacuten de 20 mega-

tones aras de suelo produciriacutea un craacuteter de

183 m de profundidad la elevada tempe-

82

ratura vaporiza todo lo que se encuentra

dentro de la bola de fuego todo se funde

con los materiales radiactivos de la fisioacuten o

fusioacuten y se eleva con el hongo para luego

precipitar en forma de finas cenizas Esto

ocurriraacute durante las 24 h siguientes a la

explosioacuten y afectaraacute a una regioacuten maacutes o

menos amplia para una misma potencia

seguacuten la climatologiacutea El fenoacutemeno se am-

pliacutea considerablemente si la detonacioacuten se

produce cerca del suelo La energiacutea 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 maacutes destructivos los deno-

minados secundarios como incendios en masa

que acabariacutean con los pocos supervivientes y ma-

tariacutean a maacutes que el pulso teacutermico y la onda de

choque

83

Ademaacutes en caso de que se lanzaran muchas

bombas nucleares sus efectos secundarios seriacutean

mucho maacutes 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 10000 mega-

tones miacutenimos para considerar un holocausto

como tal

bull El primero de estos efectos es que la ra-

dioactividad liberada en caso de holocaus-

to penetrariacutea en todos y cada uno de los

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

Mientras que en dosis altas (seguacuten la espe-

cie) produciriacutea la muerte en otras maacutes ba-

jas los efectos seriacutean de lo maacutes variados

(mutaciones esterilidad)

bull El segundo seriacutea que los materiales im-

pulsados por las detonaciones se elevariacutean

hasta la troposfera donde ocultariacutean la luz

84

del sol durante meses o antildeos haciendo ba-

jar la temperatura de la tierra y alterando la

fotosiacutentesis de los vegetales y el plancton

marino seriacutea el famoso invierno nuclear

Ademaacutes estos materiales radiactivos iriacutean

cayendo durante meses o antildeos convirtieacuten-

dose en una lluvia radiactiva global que

auacuten con menos dosis radiactiva que una

lluvia provocada por una bomba seriacutea

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

antildeos Ese 5 de energiacutea liberada por la

lluvia radiactividad en una bomba es poco

pero en los 10000 megatones de un holo-

causto suponen ya 500 megatones que iraacuten

estallando durante miles de antildeos des-

pueacutes de la cataacutestrofe

85

bull El tercero seriacutea una reduccioacuten en la capa

de ozono producida por el oacutexido de nitroacute-

geno generado por las bolas de fuego de

modo que la radiacioacuten solar que llegase a

la tierra seriacutea mortal Un 70 del ozono

desapareceriacutea en el hemisferio norte y un

40 en el sur siendo necesarios treinta

antildeos para recuperar su estado normal

86

Ejercicios 12

MODELO DE RESOLUCIOacuteN

La distribucioacuten de los electrones de un aacutetomo

en sus niveles y subniveles se puede representar en

forma abreviada de la siguiente manera

a) Un coeficiente que indica el nuacutemero del nivel

de energiacutea (n)

b) Una letra que corresponde al subnivel

c) Un supraiacutendice que sentildeala el nuacutemero de elec-

trones que hay en el subnivel

1H = 1s1

3Li = 1s2 2s1

En razoacuten del entrecruzamiento de subniveles

el orden en que se van completando los subniveles

por energiacutea creciente es el siguiente

87

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

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

5d 6p 7s 5f 6d

7p

Para visualizar la distribucioacuten de los electrones

en orbitales se puede representar cada orbital por

un pequentildeo cuadrado dividido por una diagonal

y cada electroacuten mediante una flecha

Entonces el orbital puede estar

Vaciacuteo incompleto completo

(1 electroacuten) (2 electrones)

En caso del orbital completo las flechas tienen

sentido contrario para indicar que los electrones

presentan spin contrario

El llenado de los orbitales por los electrones

se realiza a partir de los niveles y subniveles en

88

orden creciente de energiacutea Cada nuevo electroacuten se

incorpora a un orbital vaciacuteo

De ese modo los elementos quedan represen-

tados asiacute

1H =

1s

3Li =

1s 2s

7N =

1s 2s 2p

89

Ejercicios 121

1) Un aacutetomo de foacutesforo tiene 15 protones y 16

neutrones Indicaacute cuaacutel es su

a) nuacutemero atoacutemico (Z) b) nuacutemero

de masa (A)

2) Un aacutetomo de potasio tiene Z =19 y A = 39

Indicaacute su nuacutemero de

a) protones b) electrones

c) neutrones

3) Completaacute los datos que faltan en el siguiente

cuadro

90

ELE-

MEN-

TO

NUacute-

MERO

ATOacute-

MICO

NUacute-

MERO

DE

MASA

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) Sentildealaacute el nombre y siacutembolo de los elementos

cuyas configuraciones electroacutenicas 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) Escribiacute la configuracioacuten electroacutenica de los

siguientes elementos

91

a) Na2311 = c) O16

8 =

b) Cl3517 = d) C12

6 =

6) De acuerdo con la siguiente representacioacuten de

los electrones en orbitales indicaacute a queacute ele-

mentos corresponden

a)

b)

c)

d)

7) Representaacute la distribucioacuten de los electrones en

orbitales de los elementos

a) 7N= c) 18Ar =

b) 15AI = d) 19K =

92

Hoja de respuestas121

1) a) 15 b) 31 2) a) 19 b) 19 c) 20

3)

ELE-

MEN-

TO

NUacuteME-

RO

ATOacute-

MICO

NUacute-

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)Argoacuten Ar

d)Escandio Sc

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

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)middot

94

Ejercicios 1211

Modelo de resolucioacuten

El nuacutemero de oxidacioacuten se asigna seguacuten las si-

guientes reglas

1) El nuacutemero de oxidacioacuten de los elementos en la

sustancia simple es cero

Ejemplo Cu0 02Cl

2) El nuacutemero de oxidacioacuten del oxiacutegeno es 2

excepto en las sustancias como el agua oxige-

nada Ejemplo H2

2Ominus

3) El nuacutemero de oxidacioacuten del hidroacutegeno es +1

excepto en las sustancias donde estaacute combina-

do con los metales Ejemplo 1

H+

2O

4) El nuacutemero de oxidacioacuten de un ion monoatoacute-

mico es igual a la carga del ion Ejemplo Ca2-

Cl-

95

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

braica de los nuacutemeros de oxidacioacuten de todos

los aacutetomos debe ser cero Ejemplo 1

H+

2

2Ominus

there42(+1) + (-2) = 0

6) En los iones que tienen maacutes de un aacutetomo la

suma algebraica de los nuacutemeros de oxidacioacuten

de todos los aacutetomos es igual a la carga del ion

El nuacutemero de oxidacioacuten se escribe colocando primero el signo y luego el nuacutemero

Ejemplo el nuacutemero de oxidacioacuten del aluminio es +3

1) Calculaacute los nuacutemeros de oxidacioacuten en la moleacute-

cula de dioacutexido de azufre (SO2)

Datos SO2 nuacutemero de oxidacioacuten del O2

es 2

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de S

Resolucioacuten Cada aacutetomo de oxiacutegeno tiene

nuacutemero de oxidacioacuten 2 por lo tanto el nuacute-

mero de oxidacioacuten del azufre es +4 porque

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

96

2) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten del azufre en

el aacutecido sulfuacuterico (H2SO4)

Datos H2SO2 nuacutemero de oxidacioacuten del

O2 es 2 nuacutemero de oxidacioacuten de H es -1

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de S

Resolucioacuten Se debe cumplir que la suma al-gebraica de todos los nuacutemeros de oxidacioacuten sea cero

4(-2) + 21 + x = 0

-8 + 2 + x = 0

x = 6

Respuesta el nuacutemero de oxidacioacuten del azufre

en el aacutecido sulfuacuterico es +6

3) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten del nitroacutegeno

en el nitrato de sodio (NaNO3)

Datos NaNO3 nuacutemero de oxidacioacuten del

O2 es 2

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de N

97

Resolucioacuten El nuacutemero de oxidacioacuten del

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

ga eleacutectrica positiva

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

1 6 + x = 0

x = 5

Respuesta el nuacutemero de oxidacioacuten del nitroacute-

geno en el nitrato de sodio es +5

4) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten del azufre en

el ion sulfato (S 24Ominus )

Datos S 24Ominus nuacutemero de oxidacioacuten del O2

es 2

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de S

Resolucioacuten La suma de los nuacutemeros de

oxidacioacuten es igual a 2 porque el ion sulfato

tiene dos cargas negativas (2-)

x + 4(-2) = -2

x 8 = -2

x = 6

98

Respuesta El nuacutemero de oxidacioacuten del azu-

fre en el ion sulfato es +6

99

Ejercicios 1212

1) Dibujaacute los siacutembolos de Lewis para los aacutetomos

de

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

2) iquestCoacutemo adquiere la distribucioacuten electroacutenica del

ineacutertido maacutes cercano cada uno de los siguien-

tes aacutetomos

a) K b)

F c)

S d) Mg e)

Br

3) Escribiacute las ecuaciones ioacutenicas la foacutermula elec-

troacutenica y la foacutermula miacutenima del compuesto

ioacutenico formado por

a) K y Br (bromuro de potasio)

b) Ca y O (oacutexido de calcio)

4) Marcaacute con una X las propiedades correspon-

dientes a las sustancias que presentan uniones

ioacutenicas

100

a) Son soacutelidas y tienen bajo punto de fusioacuten ( )

b) Conducen la corriente eleacutectrica fundidas o di-

sueltas en agua ( )

c) Tienen brillo metaacutelico ( )

d) Forman cristales duros y quebradizos solubles

en agua ( )

e) No conducen la corriente eleacutectrica ( )

5) Explicaacute coacutemo se unen dos aacutetomos de bromo

para formar la moleacutecula Br2 y escribiacute su

foacutermula electroacutenica y su foacutermula desarrollada

6) La foacutermula del monoacutexido de dicloro es Cl2O

a) Indicaacute queacute tipo de unioacuten existe entre el cloro y

el oxiacutegeno

b) Escribiacute su foacutermula electroacutenica y su foacutermula

desarrollada

7) El azufre y el oxiacutegeno forman dos oacutexidos

importantes el dioacutexido de azufre (SO2) y el

101

trioacutexido de azufre (SO3) Para el trioacutexido de

azufre

a) Indicaacute queacute tipo de unioacuten existe entre el azufre

y los tres aacutetomos de oxiacutegeno

b) Escribiacute la foacutermula electroacutenica

c) Escribiacute la foacutermula desarrollada

8) Marcaacute 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

liacutequidas o soacutelidas ( )

c) Son duacutectiles y maleables ( )

d) No forman moleacuteculas son agregados de

iones ( )

e) No son buenas conductoras de la corriente

eleacutectrica ( )

102

9) Coloque en el pareacutentesis UCP si la unioacuten es

covalente polar y UCNP si es covalento no

polar en cada una de las siguientes sustancias

a) cloruro de hidroacutegeno HCl ( )

b) Hidroacutegeno H2 ( )

c) yodo l2 ( )

10) Escribiacute la foacutermula electroacutenica y la foacutermula

desarrollada de cada una de las sustancias

mencionadas en el ejercicio 9

11) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten

a) del azufre (S)en el dioacutexido de azufre (SO2) en

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

sodio (Na2S)

b) del nitroacutegeno (N) en el dioacutexido de nitroacutegeno

(NO2) en el aacutecido niacutetrico (HNO3) y en el ni-

trato de potasio (KNO3)

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

can en el concepto de unioacuten metaacutelica

103

a) Tienen bajo punto de fusioacuten y de

ebullicioacuten ( )

b) Tienen brillo metaacutelico ( )

c) Conducen la corriente eleacutectrica sin

alterarse ( )

d) En estado soacutelido son malos conductores de la

corriente eleacutectrica ( )

e) Forman hilos y laacuteminas delgadas ( )

104

Hoja de respuestas 1212

1) a) He b) Al c)

Si d)

Ar e)

N

2) a) cede un electroacuten d) cede electrones c)

gana dos electrones b) y e) gana un electroacuten

3) a) Ecuaciones ioacutenicas

K K1+ + 1 e

Br + 1 e Br1-

K1+ + Br- KBr

Foacutermula electroacutenica K1+minus

1

Br

Foacutermula miacutenima KBr

b) Ecuaciones ioacutenicas

Ca Ca 2+ + 2 e

O + 2 e O2-

Ca2+ + O2- CaO

Foacutermula electroacutenica Ca2+ minus

2

O

105

Foacutermula miacutenima CaO

4) b y d

5) se unen compartiendo un par de electrones

6) a) unioacuten covalente

b) foacutermula electroacutenica

Cl

O

Cl

foacutermula desarrollada Cl O Cl

7) a) una unioacuten covalente doble entre el azufre y

uno de los aacutetomos de oxiacutegeno dos uniones cova-

lentes coordinadas con los otros dos aacutetomos de

oxiacutegeno

b) Foacutermula electroacutenica

Foacutermula desarrollada

106

8) a b y e

9) a) UCP y c) UCNP

10) Foacutermula electroacutenica Foacutermula desarrollada

a) H

Cl H Cl

b) HH H H

c)

I

I l I

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

12) b c y e

  • RADIACTIVIDAD
    • IacuteNDICE
      • 1 RADIACTIVIDAD NATURAL
      • 2 RELACIOacuteN ENTRE LA LEY DE LAVOISIER Y LA DE EINSTEIN
      • 3 INTERACCIONES ENTRE AacuteTOMOS Y ONDAS
      • 4 PODER DE PENETRACIOacuteN DE LA RADIACIOacuteN
      • 5 VIDA MEDIA
      • 6 RADIACTIVIDAD ARTIFICIAL
      • 7 USOS DE LOS RADIOISOacuteTOPOS
      • 8 MEDICINA NUCLEAR
      • 9 FECHADO POR MEDIO DE RADIOISOacuteTOPOS
      • 10 PLANTAS DE ENERGIacuteA NUCLEAR
      • 11 BOMBA ATOacuteMICA
      • 12 EFECTOS DE UNA EXPLOSIOacuteN NUCLEAR
        • Ejercicios 12
        • Ejercicios 121
        • Hoja de respuestas121
        • Ejercicios 1211
        • Ejercicios 1212
        • Hoja de respuestas 1212

21

bull Radiaciones beta (β) formada por elec-

trones de carga negativa su masa es pe-

quentildea por lo tanto es propensa a cambiar

de trayectoria bajo poder de penetracioacuten y

bajo poder de ionizacioacuten Al acercarse a un

nuacutecleo se frena la energiacutea que pierde en el

frenado la libera como rayos X Si una par-

tiacutecula beta choca con un positroacuten (electroacuten

negativo) se aniquila y emite un rayo

gamma

bull Radiaciones gamma (γ) son las de ma-

yor energiacutea no tiene carga eleacutectrica por lo

22

tanto no desviacutean sus trayectorias frente a

campos eleacutectricos tienen un alto poder de

penetracioacuten y un alto poder de ionizacioacuten

Pueden llegar a extraer electrones de los

aacutetomos los cuales a su vez ionizan otras

moleacuteculas

Neutrones no poseen carga eleacutectrica tienen

un alto poder de penetracioacuten Al chocar contra un

aacutetomo ceden parte de su energiacutea y se frenan Los

neutrones de baja velocidad se denominan neu-

trones teacutermicos los cuales se descomponen en un

electroacuten y un protoacuten o pueden ser absorbidos por

otros nuacutecleos atoacutemicos

23

4 PODER DE PENETRACIOacuteN DE LA RADIACIOacuteN

La radiacioacuten es uno de los efectos

maacutes peligrosos de la energiacutea nuclear

No todas las partiacuteculas emitidas

tienen la misma posibilidad de atrave-

sar los elementos

Los materiales radiactivos pueden ser peligro-

sos porque la radiacioacuten que se emite puede dantildear

los tejidos vivos La capacidad para inflingir dantildeos

depende en parte del poder de la radiacioacuten para

penetrar en los tejidos

24

En condiciones de igualdad por lo demaacutes

cuanto mayor es la masa de una partiacutecula menor

es su poder de penetracioacuten Las partiacuteculas alfa

que son nuacutecleos de helio con una masa de 4 uma

constituyen el menos penetrante de los tres tipos

principales de radiactividadLas partiacuteculas beta

ideacutenticas a los electrones cuya masa es insignifi-

cante son un poco maacutes penetrantes Los rayos

gamma como los rayos X carecen totalmente de

masa su poder de penetracioacuten es mucho mayor

que el de los otros dos tipos

Puede parecer contrario al sentido comuacuten

pensar que las partiacuteculas maacutes grandes se abren

camino con maacutes dificultad Consideraacute sin embar-

go que el poder de penetracioacuten refleja la capaci-

dad de la radiacioacuten para abrirse camino a traveacutes

de una muestra de materia Es como si trataras de

hacer rodar piedras por un campo de grandes ro-

cas La partiacutecula alfa se comporta como si fuese

una roca grande Debido a su tamantildeo no puede

25

avanzar mucho sin chocarse con otras rocas y ser

detenida por ellas La partiacutecula beta se comporta

como una piedra pequentildea que puede introducirse

entre las rocas y quizaacute hasta rebotar en ellas hasta

completar un recorrido maacutes largo El rayo gamma

es comparable a un grano de arena capaz de pasar

por las aberturas maacutes pequentildeas

Al principio de esta explicacioacuten dijimos que si

todo lo demaacutes es igual asiacute es como funcionan las

cosas Pero lo demaacutes no siempre es igual Cuanto

maacutes raacutepido se mueve una partiacutecula o maacutes energiacutea

tiene la radiacioacuten mayor es su poder de penetra-

cioacuten

Si la sustancia radiactiva estaacute afuera del cuer-

po las partiacuteculas alfa de poco poder de penetra-

cioacuten son las menos peligrosas pues las detiene la

capa externa de la piel Tambieacuten las partiacuteculas beta

se detienen normalmente antes de alcanzar oacuterga-

nos vitales Los rayos gamma atraviesan sin difi-

26

cultad los tejidos asiacute que una fuente externa de los

mismos puede ser muy peligrosa En cambio

cuando la fuente radiactiva estaacute adentro del cuerpo

la situacioacuten se invierte Las partiacuteculas alfa que no

penetran pueden causar graves dantildeos Todas estas

partiacuteculas estaacuten atrapadas en el interior del cuerpo

el cual tiene entonces la posibilidad de absorber

toda la energiacutea que libera la partiacutecula Las partiacutecu-

las alfa infligen el dantildeo en un aacuterea muy pequentildea

porque no se desplazan muy lejos Las partiacuteculas

beta distribuyen el dantildeo en un aacuterea algo mayor

porque recorren distancias mayores Los tejidos se

pueden recuperar de un dantildeo limitado disperso en

un aacuterea grande pero es menos probable que so-

brevivan a una lesioacuten concentrada

Las personas que trabajan con materiales ra-

diactivos disponen de diversas formas de prote-

gerse contra ellos La maacutes simple consiste en ale-

jarse de la fuente porque la intensidad de la radia-

cioacuten disminuye con la distancia respecto a la fuen-

27

te Los trabajadores se pueden proteger tambieacuten

por medio de blindajes Una hoja de papel detiene

casi todas las partiacuteculas alfa Un bloque de madera

o una laacutemina delgada de aluminio detiene las par-

tiacuteculas beta

Pero se necesitan varios metros de concreto o

varios centiacutemetros de plomo para detener los ra-

yos gamma

28

5 VIDA MEDIA

Cuando hablamos de aacutetomos individuales

estamos trabajando con elementos que

apenas imaginamos

Para entender lo que pasa con la radia-

cioacuten debemos referirnos a un grupo maacutes

grande de partiacuteculas y trabajar con pro-

medios

Hasta aquiacute hemos estudiado la radiactividad en

relacioacuten con los aacutetomos individuales En el labora-

torio nos ocupamos en general con nuacutemeros muy

grandes de aacutetomos mucho mayores que el nuacuteme-

29

ro de habitantes de la tierra Si pudieacutesemos ver el

nuacutecleo de un aacutetomo individual podriacuteamos ver si

sufre o no desintegracioacuten radiactiva examinando

su composicioacuten Ciertas combinaciones de proto-

nes y neutrones son inestables Sin embargo lo

que no podriacuteamos determinar es cuando el aacutetomo

va a sufrir un cambio La radiactividad es un pro-

ceso aleatorio independiente en general de las

influencias externas

Cuando tenemos un nuacutemero grande de aacuteto-

mos el proceso de desintegracioacuten radiactiva se

hace maacutes predecible Podemos medir la vida me-

dia que es una propiedad caracteriacutestica de cada

radioisoacutetopo La vida media de un isoacutetopo radiac-

tivo es el periacuteodo durante el cual la mitad del nuacute-

mero original de aacutetomos sufre desintegracioacuten ra-

diactiva para formar un nuevo elemento Por

ejemplo supone que tuvieacutesemos 16 billones de

aacutetomos de tritio el isoacutetopo radiactivo de hidroacutege-

no La vida media del tritio es de 123 antildeos Esto

significa que al cabo de 123 antildeos se habraacuten desin-

30

tegrado 8 billones de aacutetomos de tritio y quedaraacuten

8 billones de aacutetomos Al cabo de otros 123 antildeos

se habraacute desintegrado la mitad de los 8 billones de

aacutetomos restantes Por tanto al cabo de dos vidas

medias quedaraacute una cuarta parte del nuacutemero ori-

ginal de aacutetomos de tritio Asiacute pues dos vidas me-

dias no hacen una entera

Podemos calcular la fraccioacuten restante del isoacute-

topo original al cabo de un nuacutemero dado de vidas

medias por medio de la relacioacuten

FRACCIOacuteN RESTANTE N21

=

Donde n es el nuacutemero de vidas medias trans-

curridas

31

6 RADIACTIVIDAD ARTIFICIAL

La radiactividad es un fenoacutemeno na-

tural y en esas condiciones poco

aprovechable

El hombre trabajoacute mucho para con-

trolarlo y hacer de este efecto algo

uacutetil Aunque como es muy habitual

en la humanidad las implementacio-

nes destructivas tambieacuten tuvieron

gran desarrollo

32

TRANSMUTACIOacuteN ARTIFICIAL

Las formas de radiactividad que se presentan

en la Naturaleza Se pueden inducir otras reaccio-

nes nucleares bombardeando nuacutecleos estables con

partiacuteculas alfa neutrones u otras partiacuteculas sub-

atoacutemicas Estas partiacuteculas si tienen suficiente

energiacutea penetran los nuacutecleos que antes eran esta-

bles e inducen alguna forma de emisioacuten radiacti-

va Al igual que la radiactividad natural este tipo

de cambio nuclear produce una transmutacioacuten un

elemento se transforma en otro Debido a que el

cambio no se habriacutea producido de manera natural

el proceso se conoce como transmutacioacuten artifi-

cial

Pocos antildeos despueacutes de su famoso experimen-

to de la laminilla de oro (bombardeo con radiacioacuten

alfa una lamina de oro y detectoacute en una lamina de

sulfuro de zinc la radiacioacuten emergente) Ernest

Rutherford estudioacute el bombardeo de diversos

elementos ligeros con partiacuteculas alfa Un experi-

33

mento de este tipo en el cual Rutherford bom-

bardeoacute nitroacutegeno dio por resultado la produccioacuten

de protones

N147 + He4

2 O178 + H1

1

(Recordaacute que el nuacutecleo de hidroacutegeno es un protoacuten

por eso usamos el siacutembolo alternativo H11 para el pro-

toacuten)

Observaacute que la suma de los nuacutemeros de nu-

cleones de la izquierda es igual a la suma de los

nuacutemeros de nucleones de la derecha Tambieacuten los

nuacutemeros atoacutemicos estaacuten balanceados

Rutherford habiacutea postulado en 1914 la exis-

tencia de protones en los nuacutecleos Un experimen-

to publicado en 1919 proporcionoacute la primera

comprobacioacuten empiacuterica de la existencia de estas

partiacuteculas fundamentales Ya antes Eugen Golds-

tein habiacutea producido protones en sus experimen-

34

tos con tubos de descarga en gas Goldstein obtu-

vo estas partiacuteculas a partir del hidroacutegeno gaseoso

contenido en el tubo por separacioacuten de un elec-

troacuten del aacutetomo de hidroacutegeno La trascendencia del

experimento de Rutherford consistioacute en que ob-

tuvo protones del nuacutecleo de un aacutetomo que no era

de hidroacutegeno con lo cual establecioacute la naturaleza

de los protones como partiacuteculas fundamentales Al

hablar de partiacuteculas fundamentales nos referimos a

las unidades baacutesicas a partir de las cuales se pue-

den formar estructuras maacutes complicadas (como el

nuacutecleo de nitroacutegeno) El experimento de Ruther-

ford constituyoacute la primera reaccioacuten nuclear indu-

cida

Durante la deacutecada de 1920 se llevaron a cabo

muchas transmutaciones artificiales En la deacutecada

de 1930 una de estas reacciones condujo al descu-

brimiento de otra partiacutecula fundamental En 1932

James Chadwick bombardeoacute berilio con partiacuteculas

alfa

35

Be94 + He4

2 C126 + n1

0 Entre los productos se encontraba el neutroacuten

RADIACTIVIDAD INDUCIDA

Las primeras reacciones nucleares produjeron

isoacutetopos que ya se conociacutean por estar presentes en

la Naturaleza Esto fue quizaacute fortuito porque era

inevitable que tarde o temprano se produjese un

nuacutecleo estable Iregravene Curie (hija de los ganadores

del premio Nobel de 1903) y su esposo Freacutedeacuteric

Joliot estudiaban el bombardeo de aluminio con

partiacuteculas alfa Se produciacutean neutrones y quedaba

como residuo un isoacutetopo de foacutesforo

Al2713 + He4

2 P3015 + n1

0

Para sorpresa de los investigadores el blanco

seguiacutea emitiendo partiacuteculas auacuten despueacutes de inte-

rrumpido el bombardeo El isoacutetopo de foacutesforo era

radiactivo y emitiacutea partiacuteculas cuya masa era igual a

36

la del electroacuten pero cuya carga era opuesta Estas

partiacuteculas se llaman positrones La reaccioacuten que

estaban observando era la siguiente

P3015 e0

1+ + Si3014

Asiacute pues surge una vez maacutes la pregunta iquestde doacuten-

de proviene esta partiacutecula si el nuacutecleo contiene

soacutelo protones y neutrones Anteriormente expli-

camos el hecho de que surgiese una partiacutecula beta

(un electroacuten) de un nuacutecleo afirmando que un neu-

troacuten se habiacutea descompuesto en un protoacuten y un

electroacuten Quizaacute un suceso similar puede explicar la

aparicioacuten de un positroacuten Considera que un pro-

toacuten del nuacutecleo se transforma en un neutroacuten y un

positroacuten (un protoacuten es ideacutentico a un nuacutecleo de

hidroacutegeno)

H11 e0

1+ + N10

Todo queda muy bien balanceado en esta

37

ecuacioacuten Al emitirse el positroacuten el nuacutecleo radiac-

tivo original tiene de pronto un protoacuten menos y

un neutroacuten maacutes que antes Por tanto la masa del

nuacutecleo producido es la misma pero su nuacutemero

atoacutemico se ha reducido en una unidad respecto al

nuacutecleo original Por este trabajo la pareja Joliot-

Curie se hizo acreedora al premio Nobel en 1935

(la pareja Joliot-Curie adoptoacute el apellido combina-

do para perpetuar el nombre de Curie Marie y

Pierre Curie tuvieron dos hijas pero ninguacuten hijo

varoacuten

38

7 USOS DE LOS RADIOISOacuteTOPOS

Muchas de las aplicaciones de la energiacutea

de la radiacioacuten se realizan a traveacutes de los

radioisoacutetopos

Gracias a ellos y a los detectores se evitan

grandes perdidas materiales y se ahorra

grandes esfuerzos

Los cientiacuteficos que trabajan en una amplia va-

riedad de campos emplean isoacutetopos radiactivos

(radioisoacutetopos) como rastreadores en sistemas

fiacutesicos quiacutemicos y bioloacutegicos Los isoacutetopos de un

elemento determinado sea radiactivo o no se

39

comportan de manera casi ideacutentica en los proce-

sos quiacutemicos y fiacutesicos En virtud de la facilidad

para detectar los isoacutetopos radiactivos es relativa-

mente faacutecil seguir sus movimientos incluso en un

sistema complicado

Como un ejemplo sencillo consideremos el

flujo de un liacutequido por una tuberiacutea Supongamos

que hay una fuga en una tuberiacutea enterrada bajo un

piso de concreto Podriacuteamos localizar la fuga le-

vantando partes extensas del piso o bien podriacutea-

mos agregar una pequentildea cantidad de material

radiactivo al liacutequido que va hacia el drenaje y ras-

trear el flujo de liacutequido con un contador Geiger

(un instrumento que detecta la radiactividad) Una

vez localizada la fuga soacutelo habriacutea que levantar una

parte pequentildea del piso para reparar la fuga Por lo

general se emplean para este propoacutesito isoacutetopos

de vida corta que desaparecen poco tiempo des-

pueacutes de realizar su funcioacuten

Anaacutelogamente podriacuteamos rastrear la incorpo-

racioacuten de foacutesforo en una planta verde La planta se

40

alimenta con un fertilizante que contiene foacutesforo

radiactivo Un meacutetodo sencillo de deteccioacuten con-

siste en colocar la planta sobre una peliacutecula foto-

graacutefica La radiacioacuten que emiten los isoacutetopos de

foacutesforo expone la peliacutecula en gran medida como

lo hace la luz Este tipo de exposicioacuten llamado

radiografiacutea muestra la distribucioacuten del foacutesforo en

la planta

Tambieacuten se da un buen uso a los rastreadores

radiactivos en la investigacioacuten agriacutecola Estos isoacute-

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 cuaacuteles son los mejores meacutetodos para

regular los insectos La mutacioacuten intencional de

plantas por irradiacioacuten ha producido nuevas y

mejores cepas de plantas de cultivo con valor co-

mercial desde raacutebanos hasta maniacute

Los radioisoacutetopos se emplean tambieacuten para

irradiar alimentos como meacutetodo de conservacioacuten

La radiacioacuten destruye los microorganismos que

41

causan la descomposicioacuten de los alimentos Los

alimentos irradiados muestran poco cambio en

cuanto a su saber o aspecto A muchas personas

les inquietan los posibles efectos dantildeinos de las

sustancias quiacutemicas que produce la radiacioacuten pero

no hay pruebas contundentes de dantildeos causados

por alimentos irradiados en animales de laborato-

rio alimentados con ellos y tampoco se conocen

efectos adversos en seres humanos en los paiacuteses

donde la irradiacioacuten se ha utilizado por muchos

antildeos El proceso de esterilizacioacuten no deja irradia-

cioacuten residual en los alimentos

Los radioisoacutetopos han sido empleados exten-

samente en la investigacioacuten cientiacutefica baacutesica El

mecanismo de la fotosiacutentesis se dilucidoacute en gran

parte utilizando carbono 14 como rastreador Por

ejemplo para determinar coacutemo fabrican las plan-

tas el azuacutecar glucosa a partir de dioacutexido de carbo-

no y agua la planta se expone a dioacutexido de carbo-

no radiactivo El investigador identifica los com-

puestos que se forman a partir de estas materias

42

primas y el orden en el que se sintetizan y despueacutes

determina cuaacuteles compuestos se tornan radiactivos

y en queacute secuencia Con base en los dates obteni-

dos de experimentos con rastreadores los cientiacutefi-

cos determinan las rutas metaboacutelicas de plantas

animales y seres humanos

43

8 MEDICINA NUCLEAR

La medicina nuclear ha generado tra-

tamientos y terapias inimaginables

antes de su descubrimiento

En el diagnostico generoacute meacutetodos no

invasivos que evitan a los paciente

tanto sufrimientos como peacuterdidas de

tiempo

En medicina nuclear se dan dos usos distintos

a los radioisoacutetopos para fines terapeacuteuticos o para

realizar un diagnoacutestico En la terapia con radiacioacuten

se intenta tratar o curar un padecimiento por

44

medio de radiacioacuten El uso de los radioisoacutetopos

con fines de diagnoacutestico busca obtener informa-

cioacuten acerca del estado de salud del paciente

TERAPIA POR RADIACIOacuteN

El caacutencer no es una sola enfermedad sino

muchas Algunas formas de caacutencer son particu-

larmente susceptibles a la terapia por radiacioacuten La

radiacioacuten se dirige cuidadosamente hacia el tejido

canceroso y se reduce al miacutenimo la exposicioacuten de

las ceacutelulas normales Si los efectos destructivos de

la radiacioacuten consiguen matar las ceacutelulas cancero-

sas se detiene el avance del tumor maligno (Pero

los pacientes que se someten a terapia por radia-

cioacuten suelen experimentar malestares a causa del

tratamiento Naacuteusea y voacutemito son los siacutentomas

usuales del malestar por radiacioacuten Asiacute pues el

objetivo de la terapia por radiacioacuten es destruir las

ceacutelulas cancerosas antes de que se cause un dantildeo

excesivo a los tejidos sanos La radiacioacuten tiene

45

efectos maacutes letales para las ceacutelulas que se reprodu-

cen con rapidez y eacutesta es precisamente la caracte-

riacutestica de las ceacutelulas cancerosas que permite que la

terapia por radiacioacuten tenga eacutexito

USOS DIAGNOacuteSTICOS DE LOS RADIOISOacuteTOPOS

Los radioisoacutetopos se usan para fines diagnoacutes-

ticos con el propoacutesito de obtener informacioacuten

acerca del tipo o el alcance de la enfermedad El

yodo 131 radiactivo se emplea para determinar el

tamantildeo la forma y la actividad de la glaacutendula ti-

roides asiacute como para tratar caacutenceres localizados

en esta glaacutendula y para controlar una tiroides hi-

peractiva Primero el paciente toma una solucioacuten

de yoduro de potasio que contiene yodo 131 El

organismo concentra el yodo en la tiroides Se

usan dosis grandes para el tratamiento del caacutencer

de la tiroides la radiacioacuten del isoacutetopo se concentra

en las ceacutelulas cancerosas de esta glaacutendula auacuten

cuando las ceacutelulas cancerosas se hayan extendido a

46

otras partes del cuerpo Sin embargo para fines de

diagnoacutestico soacutelo se necesita una pequentildea cantidad

del radioisoacutetopo Tambieacuten 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-

poracioacuten diferencial del isoacutetopo La imagen que

se obtiene se describe como una fotoexploracioacuten

y permite determinar con precisioacuten la ubicacioacuten de

un tumor en esa regioacuten del cuerpo

El radioisoacutetopo de uso maacutes extendido en medicina

es el gadolinio 153 Este isoacutetopo se emplea para

evaluar la mineralizacioacuten de los huesos Su popu-

laridad es un indicio del gran nuacutemero de personas

principalmente mujeres que sufren de osteoporo-

sis (reduccioacuten de la cantidad de tejido oacuteseo) a me-

dida que envejecen El gadolinio 153 emite dos

radiaciones caracteriacutesticas un rayo gamma y un

rayo X Un dispositivo analizador compara estas

radiacioacuten despueacutes de que atraviesan el hueso La

47

densidad del mismo se determina con base en las

diferencias de absorcioacuten de los rayos

El tecnecio 99m se utiliza en diversos ensayos

diagnoacutesticos La letra m quiere decir metaestable

lo que significa que este isoacutetopo emite cierta ener-

giacutea para convertirse en una versioacuten maacutes estable del

mismo isoacutetopo (mismo nuacutemero atoacutemico y mismo

peso atoacutemico) La energiacutea que desprende es el

rayo gamma que permite detectar el isoacutetopo

Tcm9943 Tc99

43 + y

Observa que la desintegracioacuten del tecnecio

99m no produce partiacuteculas alfa ni beta las cuales

podriacutean causar dantildeos innecesarios al organismo

Ademaacutes el tecnecio 99m tiene una vida media cor-

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

tividad no permanece en el organismo mucho

tiempo despueacutes de que la exploracioacuten se ha com-

pletado Esta vida media tan corta obliga a planifi-

48

car cuidadosamente el uso del radioisoacutetopo De

hecho lo que se adquiere no es el isoacutetopo mismo

El tecnecio 99m se forma por desintegracioacuten del

molibdeno 99

Mo9942 Tcm99

43 + e01minus + y

Se emplea un recipiente que contiene este isoacute-

topo de molibdeno y el producto de desintegra-

cioacuten el tecnecio 99 se extrae del recipiente a

medida que se necesita

Mediante el uso de modernas tecnologiacuteas ba-

sadas en la utilizacioacuten de computadoras la tomo-

grafiacutea por emisioacuten de positrones (PET por sus

siglas en ingleacutes) permite medir los procesos dinaacute-

micos que se llevan a cabo en el organismo como

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

boliza el oxiacutegeno o la glucosa Las exploraciones

de PET se emplean actualmente para identificar

con precisioacuten el aacuterea de dantildeo cerebral que desen-

49

cadena los ataques epileacutepticos graves Antes de la

exploracioacuten se inhalan o se inyectan compuestos

que contienen isoacutetopos emisores de positrones

como el carbono 11 Antes de que el positroacuten

emitido pueda recorrer una distancia apreciable en

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

teria ordinaria abundan los electrones) y se produ-

cen dos rayos gamma

C116 B11

5 + e01+

e01+ + e0

1minus 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 simultaacuteneamente

dos rayos gamma el sistema no toma en cuenta

los rayos gamma de la radiacioacuten natural de fondo

A continuacioacuten se emplea una computadora para

calcular la ubicacioacuten dentro del cuerpo del punto

50

en el cual ocurrioacute una aniquilacioacuten del positroacuten y

el electroacuten y se genera una imagen en esa regioacuten

La tabla contiene una lista de radioisoacutetopos de

uso comuacuten en la medicina La lista es necesaria-

mente incompleta Incluso con esta exposicioacuten tan

breve puedes hacerte una idea de la importancia

que los radioisoacutetopos tienen en la medicina La

aseveracioacuten de que la ciencia nuclear ha salvado

maacutes vidas de las destruidas por las bombas atoacutemi-

cas no carece el fundamento

51

Isoacutetopo Nombre Vida me-

dia Uso

C11 Carbono 11 203m Exploraciones cere-

brales

Cr51 Cromo 51 278d Determinacioacuten

del volumen sanguiacute-

neo

Co57 Cobalto 57 270d Medicioacuten de la

incorporacioacuten de

vitamina v12

Co60 Cobalto 60 526a Terapia de caacutencer

por radiacioacuten

Gd153 Gadolinio

153

242d Determinacioacuten

de la densidad oacutesea

Ga67 Galio 67 781h Exploracioacuten en

busca de tumores

pulmonares

I131 Yodo 131 807d Terapia de la ti-

roides

Ir192 Iridio 192 74d Terapia del caacuten-

cer de mamaacute

Fe59 Hierro 59 45d Deteccioacuten de

anemia

52

P32 Foacutesforo 32 143d Deteccioacuten de

caacutencer de la piel o

tumores oculares

Pu238 Plutonio

238

86a Suministra ener-

giacutea para marcapasos

Ra226 Radio 226 1600a Terapia de caacutencer

por radiacioacuten

Se75 Selenio 75 120d Exploraciones del

paacutencreas

Na24 Sodio 24 150h Localizacioacuten de

obstrucciones en el

flujo sanguiacuteneo

Tc99 Tecnecio 99 60h Obtencioacuten de imaacute-

genes de cerebro hiacutega-

do meacutedula oacutesea rintildeoacuten o

corazoacuten

Tl201 Talio 201 73h Deteccioacuten de pro-

blemas cardiacos con la

prueba de esfuerzo en

rueda de andar

H3 Tritio 123a Determinacioacuten de

agua corporal total

Xe133 Xenoacuten133 527d Obtencioacuten de imaacute-

genes de pulmoacuten

53

9 FECHADO POR MEDIO DE RADIOISOacuteTOPOS

Una de las aplicaciones maacutes in-

creiacutebles de la quiacutemica nuclear es la po-

sibilidad de averiguar la antiguumledad de

los objetos encontrados en las investi-

gaciones arqueoloacutegicas

Se puede usar la vida media de ciertos isoacuteto-

pos para estimar la antiguumledad de rocas y artefac-

tos arqueoloacutegicos El uranio 238 se desintegra con

una vida media de 4500 millones de anos Los

productos iniciales de esta desintegracioacuten tambieacuten

son radiactivos y la descomposicioacuten continuacutea

54

hasta que se forma un isoacutetopo de plomo (plomo

206) Los quiacutemicos pueden estimar la antiguumledad

de una roca determinando las proporciones relati-

vas de uranio 238 y plomo 206 Se ha encontrado

que algunas de las rocas maacutes antiguas de la Tierra

se formaron hace entre 3000 y 4500 millones de

antildeos En las rocas lunares y en meteoritos se ha

determinado una antiguumledad maacutexima de alrededor

de 4500 millones de antildeos Asiacute pues se considera

en general que la Tierra tiene una antiguumledad de

unos 4500 millones de antildeos

FECHADO POR CARBONO 14

En el fechado de artefactos interviene por lo

general un isoacutetopo radiactivo de carbono Se for-

ma carbono 14 en las capas superiores de la at-

moacutesfera por el bombardeo que experimenta el

nitroacutegeno ordinario por parte de los neutrones de

los rayos coacutesmicos

55

N147 + n1

0 C146 + H1

1

Este proceso origina una concentracioacuten cons-

tante de carbono 14 en el CO2 terrestre Las plan-

tas y animales vivos incorporan este isoacutetopo en

sus propias ceacutelulas Sin embargo cuando estos

seres mueren se interrumpe la incorporacioacuten de

carbono 14 y el carbono 14 que hay en el orga-

nismo se desintegra (con una vida media de 5 730

antildeos) a nitroacutegeno 14

Por consiguiente basta con medir la actividad

residual de carbono 14 en un artefacto de origen

vegetal o animal para determinar su antiguumledad

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 antildeos de antiguumle-

dad es decir ha estado muerta durante un tiempo

equivalente a una vida media Anaacutelogamente un

artefacto que muestra el 25 de la actividad de

carbono 14 del material vegetal reciente tiene

56

11460 anos de antiguumledad 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 aquiacute supone que la formacioacuten del isoacutetopo

fue constante a lo largo del tiempo En realidad no

es asiacute Sin embargo aproximadamente para los

uacuteltimos 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

aacuterboles Se han construido curvas de calibracioacuten

que permiten determinar fechas consideradas co-

mo exactas

En teacuterminos generales el meacutetodo de carbono

14 es razonablemente preciso para fechar objetos

de hasta 50000 antildeos de antiguumledad La cantidad

residual del isoacutetopo en los objetos de una antiguumle-

dad mayor que esa es demasiado pequentildea para

hacer una determinacioacuten exacta

El carboacuten de las fogatas de los pueblos anti-

57

guos fechado por determinacioacuten de la actividad

de carbono 14 se usa para estimar la antiguumledad

de otros artefactos encontrados en el mismo em-

plazamiento arqueoloacutegico La teacutecnica de fechado

por carbono 14 se ha usado tambieacuten para detectar

si supuestos artefactos antiguos han sido falsifica-

dos

EL SUDARIO DE TURIacuteN

Probablemente han oiacutedo hablar del sudario de

Turiacuten Se trata de una pieza de tejido de lino muy

antigua de unos 4 metros de largo que muestra la

impresioacuten aproximada de un cuerpo humano

Desde alrededor del antildeo 1350 dC 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-

bricacioacuten del lienzo habiacutea sido cultivado en alguacuten

memento entre los anos de 1260 y 1390 dC Por

58

tanto el lienzo no podriacutea haber existido en tiem-

pos de Cristo A diferencia de los pergaminos del

Mar Muerto para los que el fechado por carbono

14 demostroacute que son registros auteacutenticos de una

civilizacioacuten que existioacute hace unos 2000 antildeos el

sudario de Turiacuten resultoacute ser falso

FECHADO POR TRITIO

El tritio que es el isoacutetopo radiactivo del

hidroacutegeno sirve tambieacuten para fechar Su vida me-

dia de 123 antildeos lo hace uacutetil para fechar objetos de

hasta 100 antildeos de antiguumledad Una aplicacioacuten inte-

resante es el fechado de aguardientes Estas bebi-

das alcohoacutelicas son muy costosas cuando han sido

antildeejadas de 10 a 50 antildeos El fechado por tritio

permite comprobar la veracidad de los anuncios

publicitarios respecto al proceso de antildeejamiento

de las variedades maacutes caras

Hay muchos otros isoacutetopos que permiten es-

timar la antiguumledad de objetos y materiales

59

Isoacutetopo Vida me-

dia

(antildeos)

Periacuteodo de

utilidad Uso

Carbono 14 5730 500 a 50000

antildeos

Carboacuten vege-

tal material

orgaacutenico

Tritio 123 1 a 100 antildeosVinos antildeeja-

dos

Potasio 40 13 x 109 Desde 10000

antildeos

Rocas corteza

terrestre y

lunar

Renio 187 43 x1010 Desde 4 x

107 antildeos Meteoritos

Ranio238 45 x109 Desde 107

antildeos

Rocas corteza

terrestre

60

10 PLANTAS DE ENERGIacuteA NUCLEAR

iquestSabeacutes de doacutende viene esa energiacutea que nosotros usamos tanto Mucha de la energiacutea eleacutectrica es

producida por plantas nucleares de to-do el mundo

La energiacutea nuclear ha dado origen a bombas

muy destructivas y a la nociva precipitacioacuten ra-

diactiva y podriacutea incluso provocar un devastador

invierno nuclear Sin embargo una cantidad mu-

cho mayor de personas han recibido beneficios de

la energiacutea nuclear que las que han sido perjudica-

das por ella El hecho es que existen muchos usos

de la energiacutea nuclear que son sumamente beneacutefi-

61

cos Ya conocemos el uso de isoacutetopos radiactivos

en el diagnoacutestico cliacutenico y en el fechado de obje-

tos de antiguumledad desconocida Otro uso paciacutefico

de la energiacutea nuclear es la generacioacuten de electri-

cidad Una gran parte de la energiacutea eleacutectrica que

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

giacutea nuclear

En la actualidad una quinta parte de toda la

electricidad que se produce en Estados Unidos

proviene de plantas de energiacutea nuclear En Euro-

pa la dependencia respecto a la energiacutea nuclear

para la produccioacuten de electricidad es auacuten mayor

En Francia por ejemplo maacutes del 70 de la ener-

giacutea eleacutectrica del paiacutes proviene de plantas nuclea-

res

No es sorprendente que una reaccioacuten que

desprende tanta energiacutea como lo hace la fisioacuten

nuclear se use como fuente de energiacutea para gene-

rar electricidad En las plantas de energiacutea nuclear

se usa el calor obtenido de una reaccioacuten de fisioacuten

62

en cadena controlada para producir vapor de

agua que mueve las turbinas generadoras de elec-

tricidad El combustible nuclear es normalmente

oacutexido de uranio U3O8 enriquecido hasta alrede-

dor de 3 de uranio 235

La energiacutea nuclear es mucho maacutes limpia que la

que se obtiene quemando combustibles foacutesiles

(carboacuten petroacuteleo y gas) no produce cenizas finas

ni holliacuten no forma dioacutexido de carbono que con-

tribuye al efecto de invernadero y al calentamiento

global y no contamina el aire con oacutexidos de azu-

fre y de nitroacutegeno que dan origen a la lluvia aacutecida

Por otra parte emite grandes cantidades de calor

residual en el ambiente y lo que es mucho maacutes

serio produce muchos residuos radiactivos La

eliminacioacuten de todos estos materiales radiactivos

de desecho es uno de los problemas constantes

que se tienen en relacioacuten con las plantas de energiacutea

nuclear

63

11 BOMBA ATOacuteMICA

Todos sabemos los desastres que pue-

den causar la detonacioacuten de una bomba

nuclear

Aquiacute presentamos la explicacioacuten teoacuterica

y coacutemo se pone en praacutectica

COacuteMO FUNCIONA UNA BOMBA NUCLEAR EN LA

TEORIacuteA

El 16 de Julio de 1945 estalloacute la primera bomba

atoacutemica en el campo de pruebas de Trinity cerca

de aacutelamo Gordo (Nuevo Meacutejico) Desde ese pre-

64

ciso instante la historia de la humanidad ha pasado

a una nueva era la era nuclear

Nunca hasta entonces se habiacutean tenido los cono-

cimientos necesarios como para saber que la masa

puede convertirse en grandes cantidades de ener-

giacutea y coacutemo podiacutea realizarse ese proceso hasta

entonces reservado tan soacutelo a las estrellas

La famosa foacutermula de Einstein E = mc2 ha pasa-

do ya ha formar parte de la cultura popular auacuten sin

que en realidad se llegue a saber que implica

Donde E es energiacutea m masa y c la velocidad de la

luz (constante) En esta ecuacioacuten se expresa la

relacioacuten de equivalencia entre masa y energiacutea Por

ejemplo haciendo algunas cuentas se ve que con

un gramo de uranio si se convirtiese totalmente

en energiacutea se obtendriacutean 25 millones de Kw

Aplicado como una bomba nuclear basta decir

que para asolar Hiroshima soacutelo se convirtioacute un

65

gramo de masa (aunque toda la bomba como me-

canismo pesara cuatro toneladas) su potencia fue

de 125 kilotones es decir para igualar su potencia

seriacutean 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 combustibles

de fisioacuten Cuando en un espacio se reuacutene la sufi-

ciente cantidad de materia (denominada masa criacute-

tica) se produce una reaccioacuten en cadena espontaacute-

nea esto es el nuacutecleo de los aacutetomos del material

se divide liberando energiacutea y varios neutrones

raacutepidos que provocan que otros nuacutecleos tam-

bieacuten se dividan y liberen maacutes energiacutea y neutrones

Este proceso se denomina fisioacuten nuclear Sin em-

bargo si la densidad no es suficiente la energiacutea

liberada hace que el material se expanda y se de-

tenga el proceso Para evitar que se pare la reac-

cioacuten se recurre a una materia muy densa de por siacute

(isoacutetopos del uranio y plutonio) que ademaacutes se

comprime de manera muy raacutepida para lograr una

66

altiacutesima densidad que permite que los neutrones

raacutepidos choquen antes con otros nuacutecleos y se

produzcan antes el mayor nuacutemero 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 maacutes energiacutea Para una

explosioacuten de 100 kilotones son necesarias 58 ge-

neraciones las 7 uacuteltimas generan el 999 de la

energiacutea en periodo cortiacutesimo de tiempo Tambieacuten

puede liberarse energiacutea con la fusioacuten en este pro-

ceso los nuacutecleos se unen en vez de separarse pero

se requieren altiacutesimas temperaturas (del orden de

millones de grados) para que este proceso se lleve

a cabo Para esta reaccioacuten se usan aacutetomos ligeros

(maacutes faacuteciles de unir) generalmente hidroacutegeno o

sus isoacutetopos (deuterio y tritio) Para unir dos aacuteto-

mos basta con hacerlos chocar Los protones de

cada aacutetomo 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

67

fusioacuten deben comprimirse fuertemente los nuacute-

cleos y una vez hecho soacutelo podraacuten continuar uni-

dos si pierden un equivalente de la energiacutea que les

hizo apretarse En el caso de usar deuterio y tritio

se libera violentamente un neutroacuten Esta energiacutea

liberada es la que forma una bomba de fusioacuten

tambieacuten denominada bomba H

COMO FUNCIONA UNA BOMBA ATO-MICA EN LA PRACTICA

Sea cual fuere el sistema de funcionamiento de

una bomba nuclear (fusioacuten o fisioacuten) una cantidad

de masa se convierte en energiacutea la potencia soacutelo

depende de la capacidad de la ingenieriacutea para con-

vertir maacutes masa antes de que la reaccioacuten disperse

las moleacuteculas en teoriacutea la potencia es por tanto

ilimitada

Una bomba nuclear consiste baacutesicamente en una

esfera hueca de plutonio que no es lo suficiente-

68

mente densa como para producir una reaccioacuten 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 explosioacuten se disparan los detonado-

res que hacen que el material explosivo estalle de

la manera lo maacutes regular posible para que enviacutee

una onda de choque esfeacuterica hacia el plutonio

Cuando eacutesta impacta contra eacutel lo comprime y re-

duce su volumen empujaacutendolo hacia el centro de

la esfera hasta que alcanza una densidad suficiente

(supercriacutetica) y se dispara el iniciador de neutrones

para comenzar la reaccioacuten en cadena que da lugar

a la explosioacuten nuclear

Las bombas termonucleares de fusioacuten o H nece-

sitan de una gran temperatura para que se puedan

unir los nuacutecleos esto se consigue en el interior de

una explosioacuten de fisioacuten que es el comienzo de

toda bomba H

69

Una vez acabada la reaccioacuten de fusioacuten nos encon-

traremos con una esfera expandida con una tem-

peratura de millones de grados en la que existen

los productos de la fusioacuten (litio e isoacutetopos del

hidroacutegeno) Tal es su velocidad que pueden fun-

dirse unos con otros dando lugar a la reaccioacuten de

fusioacuten Esta reaccioacuten genera maacutes energiacutea que la

anterior y libera gran cantidad de partiacuteculas nu-

cleares pero no es una reaccioacuten en cadena ya que

el propio calor que genera hace que las partiacuteculas

se separen y se expandan en forma de una esfera

de plasma con una temperatura que tan soacutelo expe-

rimenta el universo de manera natural en las estre-

llas En nuestro sol por ejemplo ocurren la fusioacuten

nuclear de hidroacutegeno y helio Pero antes de que la

reaccioacuten se extinga los neutrones generados por

las detonaciones anteriores provocan de nuevo

una reaccioacuten de fusioacuten sobre una camisa de U-

238 pero esta vez mucho mayor que las anterio-

res La potencia de una bomba termonuclear care-

ce de liacutemite una bomba como la de Hiroshima de

70

125 kilotones (un kilotoacuten equivale a 1000 tonela-

das de TNT) se considera dentro de los arsenales

modernos como pequentildea siendo las de un mega-

toacuten (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 la

Segunda Guerra Mundial

Para la construccioacuten de una bomba nuclear nor-

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

primero no forma parte de la reaccioacuten nuclear

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

nera espontaacutenea emitiendo neutrones que son

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

duzca de manera accidental la reaccioacuten en cadena

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

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

cioacuten 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

71

reactores nucleares a partir del U-238

La desintegracioacuten del uranio en la reaccioacuten en

cadena se produce de manera espontaacutenea para una

masa de 50 Kg si eacuteste elemento es puro El pluto-

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

da reaccioacuten en cadena de modo que se mezcla de

berilo y polonio dando como resultado un pro-

ducto que aunque no es fisionable por si solo una

pequentildea cantidad actuacutea como catalizador para las

grandes reacciones Asiacute bastan 16 Kg de PU-239

para obtener la masa supercriacutetica y 10 Kg si se

mezcla con U-238

El U-235 es muy difiacutecil de extraer por encontrarse

en la naturaleza muy mezclado con otros com-

puestos Asiacute por cada 25000 toneladas de mineral

de uranio bruto soacutelo se obtienen 50 toneladas de

uranio del que el 993 es U-235 y el resto el

rariacutesimo isoacutetopo U-238 ambos soacutelo se pueden

separar de manera mecaacutenica gracias a la leviacutesima

72

diferencia de peso entre ambos Asiacute el uranio se

mezcla en forma gaseosa con fluor (hexafluoriacutedri-

co) que es impulsado a baja presioacuten hacieacutendolo

pasar por unas caacutemaras que aumentan la concen-

tracioacuten de uranio sensiblemente tras cientos de

pasadas Para una central nuclear la pureza ha de

ser del 2 y para una bomba (teoacutericamente) el

95

Para separar el isoacutetopo se recurre a la centrifuga-

cioacuten del gas siendo el maacutes pesado U-238 despedi-

do hacia el exterior con maacutes fuerza Para obtener

otra vez el uranio separado del gas se recurre a la

separacioacuten magneacutetica

MECANISMOS QUE SUELEN COMPONER UNA

BOMBA NUCLEAR

Los mecanismos que suelen componer una bom-

ba nuclear son los siguientes

73

ALTIacuteMETRO No suele usarse el baromeacutetrico

por verse afectado por las condiciones atmosfeacuteri-

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 seguacuten el tiempo transcu-

rrido en el recorrido puede saberse la altura sin

necesidad de complicar maacutes el sistema para dar

una precisioacuten que en realidad no es importante (2

o 3 m de diferencia no son apreciables maacutes que

en minibombas bastante menores que las de

Hiroshima) siendo la altura normal de detonacioacuten

la de 2000 m

En la praacutectica 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 electroacute-

nicamente para obtener la diferencia de ambas

que es proporcional a la altura Los pulsos suelen

emitirse 120 veces por segundo y alcanzan un

74

rango de 3000 m sobre la tierra y 6000 m sobre

el mar (la reflexioacuten es alliacute mejor) siendo su error

de hasta 15 m

CABEZA DETONADORA Como ya se dijo

estaacute compuesta de una carga explosiva muy bien

calibrada que a la orden del altiacutemetro detona

produciendo una onda de choque uniforme sobre

el elemento radioactivo comprimieacutendolo hasta

alcanzar la masa supercriacutetica

Compantildeiacuteas privadas producen camisas explosivas

que modificadas pueden ser usadas para la fabri-

cacioacuten del objeto que nos ocupa La cantidad de

presioacuten necesaria a aplicar es un secreto por razo-

nes de seguridad aunque se sabe que los explosi-

vos plaacutesticos son ideales sobre todo por su malea-

bilidad y facilidad de manejo

El detonador variacutea si es combustible es uranio o

plutonio

75

DETONADOR DE URANIO La masa total se

divide en dos partes una mayor de forma semies-

feacuterica y coacutencava que se acopla perfectamente con

la otra maacutes pequentildea Como es de suponer ambas

se encuentran separadas hasta el momento de la

detonacioacuten en el que una explosioacuten convencional

dispara la parte pequentildea que impacta contra la

mayor para lograr en un instante la masa supercriacute-

tica

DETONADOR DE PLUTONIO Necesita

una precisioacuten de ingenieriacutea mucho mayor que la

anterior ya que estaacute compuesta de 32 secciones de

plutonio-berilio-polonio todas de igual forma y

posicioacuten distribuidas conceacutentricamente El aspecto

final es parecido al de un baloacuten de fuacutetbol Todas

han de cerrarse simeacutetricamente en una diezmillo-

neacutesima de segundo para conseguir la detonacioacuten

DEFLECTOR DE NEUTRONES Suele ser

U-238 Su funcioacuten es la que ya se explicoacute evitar

76

una reaccioacuten accidental ademaacutes refleja las partiacutecu-

las de vuelta cuando se alcanza la masa supercriacuteti-

ca

ESCUDO PROTECTOR Recibe otros nom-

bres pero su funcioacuten es siempre la de proteger de

la radiacioacuten natural tanto al personal que la maneja

como a los circuitos de la bomba que pueden su-

frir cortocircuitos o puestas en funcionamiento

accidentales

SISTEMA DE ARMADO Es otro sistema maacutes

de seguridad consistente en quitar una parte im-

prescindible de la bomba para evitar detonaciones

accidentales de modo que soacutelo cuando estaacute

proacuteximo su lanzamiento se inserta esta parte Una

analogiacutea seriacutea como si al aparcar nuestro coche le

quitaacuteramos el volante o una bujiacutea asiacute estariacuteamos

seguros de que no nos lo roban porque sin estas

partes el coche no funciona

77

12 EFECTOS DE UNA EXPLOSIOacuteN NUCLEAR

Tenemos frescas en nuestra memo-

ria las imaacutegenes que nos mostroacute la

televisioacuten cuando se produjo el ac-

cidente de Chernobyl

Aquiacute explicamos todas las conse-

cuencias de una detonacioacuten 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

78

bull Radiacioacuten nuclear inicial la altiacutesima

temperatura y la elevada presioacuten que se

genera en el interior de la explosioacuten emi-

ten radiacioacuten en todas las direcciones Esta

se compone de rayos alfa beta y gamma

que son una forma de radiacioacuten electro-

magneacutetica de alta energiacutea que puede causar

la muerte sin que el individuo se de cuenta

de que ha sido irradiado Una explosioacuten de

un megatoacuten (de tamantildeo estaacutendar) matariacutea

a todo ser humano en 15 Km a la redonda

que se encontrase al aire libre

Las partiacuteculas alfa son ideacutenticas a un nuacutecleo de

helio son las que mas larga vida tienen unos mil

antildeos pero su poder de penetracioacuten 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 radiacioacuten Con 45 cm de tierra se

consigue reducir la radiacioacuten veinte veces

Las partiacuteculas beta penetran maacutes siendo suficiente

79

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

to la radiacioacuten (una pared moderna ya espesa se

compone de 1 pie de ladrillo maacutes caacutemara maacutes

aislante maacutes ladrillo hueco y yeso que suele que-

darse en los 37 cm)

Los de maacutes poder de penetracioacuten son las gamma

y por tanto los maacutes peligrosos ya son los que se

introducen en los refugios nucleares auacuten con

grandes espesores de hormigoacuten La uacutenica protec-

cioacuten eficaz es la de interponer grandes masas de

material mejor cuanto maacutes denso siendo el ideal

el plomo ya que pasa por los materiales como la

luz por una tela si esta es maacutes densa mayor canti-

dad de chocaraacute con ella y no la traspasaraacute Para

reducir la dosis a un veinteavo se precisan 30 cm

de hormigoacuten armado

bull Pulso electromagneacutetico La intensa acti-

vidad de los rayos gamma genera mediante

induccioacuten una corriente de alto voltaje so-

80

bre antenas viacuteas feacuterreas tuberiacuteas que des-

truye todas las instalaciones eleacutectricas de

una amplia zona si la explosioacuten se efectuacutea

a gran altura Una detonacioacuten de muchos

kilotones a 200 km sobre Omaha (Ne-

brasca) destruiriacutea todos los circuitos eleacutec-

tricos integrados de toda Norteameacuterica y

parte de Meacutejico y Canadaacute Ante el riesgo

de una detonacioacuten nuclear es conveniente

alejarse de liacuteneas eleacutectricas y viacutea feacuterreas ya

que la corriente inducida puede electrocu-

tarnos

bull Pulso teacutermico al expandirse la bola de

fuego el aire circundante absorbe energiacutea

en forma de rayos X y la irradia en forma

de una luz cegadora y un intensiacutesimo ca-

lor Una bomba de 20 Megatones produci-

riacutea una intensa luz durante 20 segundos y

causariacutea quemaduras de segundo grado a

81

cualquier persona expuesta a 45 Km de

distancia

bull Onda de choque La raacutepida expansioacuten de

la bola de fuego genera una onda de cho-

que como cualquier explosioacuten pero de

una potencia muy superior ya que puede

aplastar o barrer edificios dantildeaacutendolos muy

seriamente o destruyeacutendolos por comple-

to ya que maacutes que empujar por su dura-

cioacuten lo que hace es estrujar Una bomba

de 20 megatones no dejariacutea en un radio de

20 Km maacutes que escombros soacutelo se salva-

riacutean las cimentaciones y construcciones

enterradas

bull Primera lluvia radioactiva o lluvia ra-

diactiva local una explosioacuten de 20 mega-

tones aras de suelo produciriacutea un craacuteter de

183 m de profundidad la elevada tempe-

82

ratura vaporiza todo lo que se encuentra

dentro de la bola de fuego todo se funde

con los materiales radiactivos de la fisioacuten o

fusioacuten y se eleva con el hongo para luego

precipitar en forma de finas cenizas Esto

ocurriraacute durante las 24 h siguientes a la

explosioacuten y afectaraacute a una regioacuten maacutes o

menos amplia para una misma potencia

seguacuten la climatologiacutea El fenoacutemeno se am-

pliacutea considerablemente si la detonacioacuten se

produce cerca del suelo La energiacutea 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 maacutes destructivos los deno-

minados secundarios como incendios en masa

que acabariacutean con los pocos supervivientes y ma-

tariacutean a maacutes que el pulso teacutermico y la onda de

choque

83

Ademaacutes en caso de que se lanzaran muchas

bombas nucleares sus efectos secundarios seriacutean

mucho maacutes 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 10000 mega-

tones miacutenimos para considerar un holocausto

como tal

bull El primero de estos efectos es que la ra-

dioactividad liberada en caso de holocaus-

to penetrariacutea en todos y cada uno de los

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

Mientras que en dosis altas (seguacuten la espe-

cie) produciriacutea la muerte en otras maacutes ba-

jas los efectos seriacutean de lo maacutes variados

(mutaciones esterilidad)

bull El segundo seriacutea que los materiales im-

pulsados por las detonaciones se elevariacutean

hasta la troposfera donde ocultariacutean la luz

84

del sol durante meses o antildeos haciendo ba-

jar la temperatura de la tierra y alterando la

fotosiacutentesis de los vegetales y el plancton

marino seriacutea el famoso invierno nuclear

Ademaacutes estos materiales radiactivos iriacutean

cayendo durante meses o antildeos convirtieacuten-

dose en una lluvia radiactiva global que

auacuten con menos dosis radiactiva que una

lluvia provocada por una bomba seriacutea

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

antildeos Ese 5 de energiacutea liberada por la

lluvia radiactividad en una bomba es poco

pero en los 10000 megatones de un holo-

causto suponen ya 500 megatones que iraacuten

estallando durante miles de antildeos des-

pueacutes de la cataacutestrofe

85

bull El tercero seriacutea una reduccioacuten en la capa

de ozono producida por el oacutexido de nitroacute-

geno generado por las bolas de fuego de

modo que la radiacioacuten solar que llegase a

la tierra seriacutea mortal Un 70 del ozono

desapareceriacutea en el hemisferio norte y un

40 en el sur siendo necesarios treinta

antildeos para recuperar su estado normal

86

Ejercicios 12

MODELO DE RESOLUCIOacuteN

La distribucioacuten de los electrones de un aacutetomo

en sus niveles y subniveles se puede representar en

forma abreviada de la siguiente manera

a) Un coeficiente que indica el nuacutemero del nivel

de energiacutea (n)

b) Una letra que corresponde al subnivel

c) Un supraiacutendice que sentildeala el nuacutemero de elec-

trones que hay en el subnivel

1H = 1s1

3Li = 1s2 2s1

En razoacuten del entrecruzamiento de subniveles

el orden en que se van completando los subniveles

por energiacutea creciente es el siguiente

87

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

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

5d 6p 7s 5f 6d

7p

Para visualizar la distribucioacuten de los electrones

en orbitales se puede representar cada orbital por

un pequentildeo cuadrado dividido por una diagonal

y cada electroacuten mediante una flecha

Entonces el orbital puede estar

Vaciacuteo incompleto completo

(1 electroacuten) (2 electrones)

En caso del orbital completo las flechas tienen

sentido contrario para indicar que los electrones

presentan spin contrario

El llenado de los orbitales por los electrones

se realiza a partir de los niveles y subniveles en

88

orden creciente de energiacutea Cada nuevo electroacuten se

incorpora a un orbital vaciacuteo

De ese modo los elementos quedan represen-

tados asiacute

1H =

1s

3Li =

1s 2s

7N =

1s 2s 2p

89

Ejercicios 121

1) Un aacutetomo de foacutesforo tiene 15 protones y 16

neutrones Indicaacute cuaacutel es su

a) nuacutemero atoacutemico (Z) b) nuacutemero

de masa (A)

2) Un aacutetomo de potasio tiene Z =19 y A = 39

Indicaacute su nuacutemero de

a) protones b) electrones

c) neutrones

3) Completaacute los datos que faltan en el siguiente

cuadro

90

ELE-

MEN-

TO

NUacute-

MERO

ATOacute-

MICO

NUacute-

MERO

DE

MASA

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) Sentildealaacute el nombre y siacutembolo de los elementos

cuyas configuraciones electroacutenicas 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) Escribiacute la configuracioacuten electroacutenica de los

siguientes elementos

91

a) Na2311 = c) O16

8 =

b) Cl3517 = d) C12

6 =

6) De acuerdo con la siguiente representacioacuten de

los electrones en orbitales indicaacute a queacute ele-

mentos corresponden

a)

b)

c)

d)

7) Representaacute la distribucioacuten de los electrones en

orbitales de los elementos

a) 7N= c) 18Ar =

b) 15AI = d) 19K =

92

Hoja de respuestas121

1) a) 15 b) 31 2) a) 19 b) 19 c) 20

3)

ELE-

MEN-

TO

NUacuteME-

RO

ATOacute-

MICO

NUacute-

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)Argoacuten Ar

d)Escandio Sc

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

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)middot

94

Ejercicios 1211

Modelo de resolucioacuten

El nuacutemero de oxidacioacuten se asigna seguacuten las si-

guientes reglas

1) El nuacutemero de oxidacioacuten de los elementos en la

sustancia simple es cero

Ejemplo Cu0 02Cl

2) El nuacutemero de oxidacioacuten del oxiacutegeno es 2

excepto en las sustancias como el agua oxige-

nada Ejemplo H2

2Ominus

3) El nuacutemero de oxidacioacuten del hidroacutegeno es +1

excepto en las sustancias donde estaacute combina-

do con los metales Ejemplo 1

H+

2O

4) El nuacutemero de oxidacioacuten de un ion monoatoacute-

mico es igual a la carga del ion Ejemplo Ca2-

Cl-

95

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

braica de los nuacutemeros de oxidacioacuten de todos

los aacutetomos debe ser cero Ejemplo 1

H+

2

2Ominus

there42(+1) + (-2) = 0

6) En los iones que tienen maacutes de un aacutetomo la

suma algebraica de los nuacutemeros de oxidacioacuten

de todos los aacutetomos es igual a la carga del ion

El nuacutemero de oxidacioacuten se escribe colocando primero el signo y luego el nuacutemero

Ejemplo el nuacutemero de oxidacioacuten del aluminio es +3

1) Calculaacute los nuacutemeros de oxidacioacuten en la moleacute-

cula de dioacutexido de azufre (SO2)

Datos SO2 nuacutemero de oxidacioacuten del O2

es 2

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de S

Resolucioacuten Cada aacutetomo de oxiacutegeno tiene

nuacutemero de oxidacioacuten 2 por lo tanto el nuacute-

mero de oxidacioacuten del azufre es +4 porque

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

96

2) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten del azufre en

el aacutecido sulfuacuterico (H2SO4)

Datos H2SO2 nuacutemero de oxidacioacuten del

O2 es 2 nuacutemero de oxidacioacuten de H es -1

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de S

Resolucioacuten Se debe cumplir que la suma al-gebraica de todos los nuacutemeros de oxidacioacuten sea cero

4(-2) + 21 + x = 0

-8 + 2 + x = 0

x = 6

Respuesta el nuacutemero de oxidacioacuten del azufre

en el aacutecido sulfuacuterico es +6

3) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten del nitroacutegeno

en el nitrato de sodio (NaNO3)

Datos NaNO3 nuacutemero de oxidacioacuten del

O2 es 2

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de N

97

Resolucioacuten El nuacutemero de oxidacioacuten del

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

ga eleacutectrica positiva

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

1 6 + x = 0

x = 5

Respuesta el nuacutemero de oxidacioacuten del nitroacute-

geno en el nitrato de sodio es +5

4) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten del azufre en

el ion sulfato (S 24Ominus )

Datos S 24Ominus nuacutemero de oxidacioacuten del O2

es 2

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de S

Resolucioacuten La suma de los nuacutemeros de

oxidacioacuten es igual a 2 porque el ion sulfato

tiene dos cargas negativas (2-)

x + 4(-2) = -2

x 8 = -2

x = 6

98

Respuesta El nuacutemero de oxidacioacuten del azu-

fre en el ion sulfato es +6

99

Ejercicios 1212

1) Dibujaacute los siacutembolos de Lewis para los aacutetomos

de

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

2) iquestCoacutemo adquiere la distribucioacuten electroacutenica del

ineacutertido maacutes cercano cada uno de los siguien-

tes aacutetomos

a) K b)

F c)

S d) Mg e)

Br

3) Escribiacute las ecuaciones ioacutenicas la foacutermula elec-

troacutenica y la foacutermula miacutenima del compuesto

ioacutenico formado por

a) K y Br (bromuro de potasio)

b) Ca y O (oacutexido de calcio)

4) Marcaacute con una X las propiedades correspon-

dientes a las sustancias que presentan uniones

ioacutenicas

100

a) Son soacutelidas y tienen bajo punto de fusioacuten ( )

b) Conducen la corriente eleacutectrica fundidas o di-

sueltas en agua ( )

c) Tienen brillo metaacutelico ( )

d) Forman cristales duros y quebradizos solubles

en agua ( )

e) No conducen la corriente eleacutectrica ( )

5) Explicaacute coacutemo se unen dos aacutetomos de bromo

para formar la moleacutecula Br2 y escribiacute su

foacutermula electroacutenica y su foacutermula desarrollada

6) La foacutermula del monoacutexido de dicloro es Cl2O

a) Indicaacute queacute tipo de unioacuten existe entre el cloro y

el oxiacutegeno

b) Escribiacute su foacutermula electroacutenica y su foacutermula

desarrollada

7) El azufre y el oxiacutegeno forman dos oacutexidos

importantes el dioacutexido de azufre (SO2) y el

101

trioacutexido de azufre (SO3) Para el trioacutexido de

azufre

a) Indicaacute queacute tipo de unioacuten existe entre el azufre

y los tres aacutetomos de oxiacutegeno

b) Escribiacute la foacutermula electroacutenica

c) Escribiacute la foacutermula desarrollada

8) Marcaacute 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

liacutequidas o soacutelidas ( )

c) Son duacutectiles y maleables ( )

d) No forman moleacuteculas son agregados de

iones ( )

e) No son buenas conductoras de la corriente

eleacutectrica ( )

102

9) Coloque en el pareacutentesis UCP si la unioacuten es

covalente polar y UCNP si es covalento no

polar en cada una de las siguientes sustancias

a) cloruro de hidroacutegeno HCl ( )

b) Hidroacutegeno H2 ( )

c) yodo l2 ( )

10) Escribiacute la foacutermula electroacutenica y la foacutermula

desarrollada de cada una de las sustancias

mencionadas en el ejercicio 9

11) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten

a) del azufre (S)en el dioacutexido de azufre (SO2) en

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

sodio (Na2S)

b) del nitroacutegeno (N) en el dioacutexido de nitroacutegeno

(NO2) en el aacutecido niacutetrico (HNO3) y en el ni-

trato de potasio (KNO3)

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

can en el concepto de unioacuten metaacutelica

103

a) Tienen bajo punto de fusioacuten y de

ebullicioacuten ( )

b) Tienen brillo metaacutelico ( )

c) Conducen la corriente eleacutectrica sin

alterarse ( )

d) En estado soacutelido son malos conductores de la

corriente eleacutectrica ( )

e) Forman hilos y laacuteminas delgadas ( )

104

Hoja de respuestas 1212

1) a) He b) Al c)

Si d)

Ar e)

N

2) a) cede un electroacuten d) cede electrones c)

gana dos electrones b) y e) gana un electroacuten

3) a) Ecuaciones ioacutenicas

K K1+ + 1 e

Br + 1 e Br1-

K1+ + Br- KBr

Foacutermula electroacutenica K1+minus

1

Br

Foacutermula miacutenima KBr

b) Ecuaciones ioacutenicas

Ca Ca 2+ + 2 e

O + 2 e O2-

Ca2+ + O2- CaO

Foacutermula electroacutenica Ca2+ minus

2

O

105

Foacutermula miacutenima CaO

4) b y d

5) se unen compartiendo un par de electrones

6) a) unioacuten covalente

b) foacutermula electroacutenica

Cl

O

Cl

foacutermula desarrollada Cl O Cl

7) a) una unioacuten covalente doble entre el azufre y

uno de los aacutetomos de oxiacutegeno dos uniones cova-

lentes coordinadas con los otros dos aacutetomos de

oxiacutegeno

b) Foacutermula electroacutenica

Foacutermula desarrollada

106

8) a b y e

9) a) UCP y c) UCNP

10) Foacutermula electroacutenica Foacutermula desarrollada

a) H

Cl H Cl

b) HH H H

c)

I

I l I

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

12) b c y e

  • RADIACTIVIDAD
    • IacuteNDICE
      • 1 RADIACTIVIDAD NATURAL
      • 2 RELACIOacuteN ENTRE LA LEY DE LAVOISIER Y LA DE EINSTEIN
      • 3 INTERACCIONES ENTRE AacuteTOMOS Y ONDAS
      • 4 PODER DE PENETRACIOacuteN DE LA RADIACIOacuteN
      • 5 VIDA MEDIA
      • 6 RADIACTIVIDAD ARTIFICIAL
      • 7 USOS DE LOS RADIOISOacuteTOPOS
      • 8 MEDICINA NUCLEAR
      • 9 FECHADO POR MEDIO DE RADIOISOacuteTOPOS
      • 10 PLANTAS DE ENERGIacuteA NUCLEAR
      • 11 BOMBA ATOacuteMICA
      • 12 EFECTOS DE UNA EXPLOSIOacuteN NUCLEAR
        • Ejercicios 12
        • Ejercicios 121
        • Hoja de respuestas121
        • Ejercicios 1211
        • Ejercicios 1212
        • Hoja de respuestas 1212

22

tanto no desviacutean sus trayectorias frente a

campos eleacutectricos tienen un alto poder de

penetracioacuten y un alto poder de ionizacioacuten

Pueden llegar a extraer electrones de los

aacutetomos los cuales a su vez ionizan otras

moleacuteculas

Neutrones no poseen carga eleacutectrica tienen

un alto poder de penetracioacuten Al chocar contra un

aacutetomo ceden parte de su energiacutea y se frenan Los

neutrones de baja velocidad se denominan neu-

trones teacutermicos los cuales se descomponen en un

electroacuten y un protoacuten o pueden ser absorbidos por

otros nuacutecleos atoacutemicos

23

4 PODER DE PENETRACIOacuteN DE LA RADIACIOacuteN

La radiacioacuten es uno de los efectos

maacutes peligrosos de la energiacutea nuclear

No todas las partiacuteculas emitidas

tienen la misma posibilidad de atrave-

sar los elementos

Los materiales radiactivos pueden ser peligro-

sos porque la radiacioacuten que se emite puede dantildear

los tejidos vivos La capacidad para inflingir dantildeos

depende en parte del poder de la radiacioacuten para

penetrar en los tejidos

24

En condiciones de igualdad por lo demaacutes

cuanto mayor es la masa de una partiacutecula menor

es su poder de penetracioacuten Las partiacuteculas alfa

que son nuacutecleos de helio con una masa de 4 uma

constituyen el menos penetrante de los tres tipos

principales de radiactividadLas partiacuteculas beta

ideacutenticas a los electrones cuya masa es insignifi-

cante son un poco maacutes penetrantes Los rayos

gamma como los rayos X carecen totalmente de

masa su poder de penetracioacuten es mucho mayor

que el de los otros dos tipos

Puede parecer contrario al sentido comuacuten

pensar que las partiacuteculas maacutes grandes se abren

camino con maacutes dificultad Consideraacute sin embar-

go que el poder de penetracioacuten refleja la capaci-

dad de la radiacioacuten para abrirse camino a traveacutes

de una muestra de materia Es como si trataras de

hacer rodar piedras por un campo de grandes ro-

cas La partiacutecula alfa se comporta como si fuese

una roca grande Debido a su tamantildeo no puede

25

avanzar mucho sin chocarse con otras rocas y ser

detenida por ellas La partiacutecula beta se comporta

como una piedra pequentildea que puede introducirse

entre las rocas y quizaacute hasta rebotar en ellas hasta

completar un recorrido maacutes largo El rayo gamma

es comparable a un grano de arena capaz de pasar

por las aberturas maacutes pequentildeas

Al principio de esta explicacioacuten dijimos que si

todo lo demaacutes es igual asiacute es como funcionan las

cosas Pero lo demaacutes no siempre es igual Cuanto

maacutes raacutepido se mueve una partiacutecula o maacutes energiacutea

tiene la radiacioacuten mayor es su poder de penetra-

cioacuten

Si la sustancia radiactiva estaacute afuera del cuer-

po las partiacuteculas alfa de poco poder de penetra-

cioacuten son las menos peligrosas pues las detiene la

capa externa de la piel Tambieacuten las partiacuteculas beta

se detienen normalmente antes de alcanzar oacuterga-

nos vitales Los rayos gamma atraviesan sin difi-

26

cultad los tejidos asiacute que una fuente externa de los

mismos puede ser muy peligrosa En cambio

cuando la fuente radiactiva estaacute adentro del cuerpo

la situacioacuten se invierte Las partiacuteculas alfa que no

penetran pueden causar graves dantildeos Todas estas

partiacuteculas estaacuten atrapadas en el interior del cuerpo

el cual tiene entonces la posibilidad de absorber

toda la energiacutea que libera la partiacutecula Las partiacutecu-

las alfa infligen el dantildeo en un aacuterea muy pequentildea

porque no se desplazan muy lejos Las partiacuteculas

beta distribuyen el dantildeo en un aacuterea algo mayor

porque recorren distancias mayores Los tejidos se

pueden recuperar de un dantildeo limitado disperso en

un aacuterea grande pero es menos probable que so-

brevivan a una lesioacuten concentrada

Las personas que trabajan con materiales ra-

diactivos disponen de diversas formas de prote-

gerse contra ellos La maacutes simple consiste en ale-

jarse de la fuente porque la intensidad de la radia-

cioacuten disminuye con la distancia respecto a la fuen-

27

te Los trabajadores se pueden proteger tambieacuten

por medio de blindajes Una hoja de papel detiene

casi todas las partiacuteculas alfa Un bloque de madera

o una laacutemina delgada de aluminio detiene las par-

tiacuteculas beta

Pero se necesitan varios metros de concreto o

varios centiacutemetros de plomo para detener los ra-

yos gamma

28

5 VIDA MEDIA

Cuando hablamos de aacutetomos individuales

estamos trabajando con elementos que

apenas imaginamos

Para entender lo que pasa con la radia-

cioacuten debemos referirnos a un grupo maacutes

grande de partiacuteculas y trabajar con pro-

medios

Hasta aquiacute hemos estudiado la radiactividad en

relacioacuten con los aacutetomos individuales En el labora-

torio nos ocupamos en general con nuacutemeros muy

grandes de aacutetomos mucho mayores que el nuacuteme-

29

ro de habitantes de la tierra Si pudieacutesemos ver el

nuacutecleo de un aacutetomo individual podriacuteamos ver si

sufre o no desintegracioacuten radiactiva examinando

su composicioacuten Ciertas combinaciones de proto-

nes y neutrones son inestables Sin embargo lo

que no podriacuteamos determinar es cuando el aacutetomo

va a sufrir un cambio La radiactividad es un pro-

ceso aleatorio independiente en general de las

influencias externas

Cuando tenemos un nuacutemero grande de aacuteto-

mos el proceso de desintegracioacuten radiactiva se

hace maacutes predecible Podemos medir la vida me-

dia que es una propiedad caracteriacutestica de cada

radioisoacutetopo La vida media de un isoacutetopo radiac-

tivo es el periacuteodo durante el cual la mitad del nuacute-

mero original de aacutetomos sufre desintegracioacuten ra-

diactiva para formar un nuevo elemento Por

ejemplo supone que tuvieacutesemos 16 billones de

aacutetomos de tritio el isoacutetopo radiactivo de hidroacutege-

no La vida media del tritio es de 123 antildeos Esto

significa que al cabo de 123 antildeos se habraacuten desin-

30

tegrado 8 billones de aacutetomos de tritio y quedaraacuten

8 billones de aacutetomos Al cabo de otros 123 antildeos

se habraacute desintegrado la mitad de los 8 billones de

aacutetomos restantes Por tanto al cabo de dos vidas

medias quedaraacute una cuarta parte del nuacutemero ori-

ginal de aacutetomos de tritio Asiacute pues dos vidas me-

dias no hacen una entera

Podemos calcular la fraccioacuten restante del isoacute-

topo original al cabo de un nuacutemero dado de vidas

medias por medio de la relacioacuten

FRACCIOacuteN RESTANTE N21

=

Donde n es el nuacutemero de vidas medias trans-

curridas

31

6 RADIACTIVIDAD ARTIFICIAL

La radiactividad es un fenoacutemeno na-

tural y en esas condiciones poco

aprovechable

El hombre trabajoacute mucho para con-

trolarlo y hacer de este efecto algo

uacutetil Aunque como es muy habitual

en la humanidad las implementacio-

nes destructivas tambieacuten tuvieron

gran desarrollo

32

TRANSMUTACIOacuteN ARTIFICIAL

Las formas de radiactividad que se presentan

en la Naturaleza Se pueden inducir otras reaccio-

nes nucleares bombardeando nuacutecleos estables con

partiacuteculas alfa neutrones u otras partiacuteculas sub-

atoacutemicas Estas partiacuteculas si tienen suficiente

energiacutea penetran los nuacutecleos que antes eran esta-

bles e inducen alguna forma de emisioacuten radiacti-

va Al igual que la radiactividad natural este tipo

de cambio nuclear produce una transmutacioacuten un

elemento se transforma en otro Debido a que el

cambio no se habriacutea producido de manera natural

el proceso se conoce como transmutacioacuten artifi-

cial

Pocos antildeos despueacutes de su famoso experimen-

to de la laminilla de oro (bombardeo con radiacioacuten

alfa una lamina de oro y detectoacute en una lamina de

sulfuro de zinc la radiacioacuten emergente) Ernest

Rutherford estudioacute el bombardeo de diversos

elementos ligeros con partiacuteculas alfa Un experi-

33

mento de este tipo en el cual Rutherford bom-

bardeoacute nitroacutegeno dio por resultado la produccioacuten

de protones

N147 + He4

2 O178 + H1

1

(Recordaacute que el nuacutecleo de hidroacutegeno es un protoacuten

por eso usamos el siacutembolo alternativo H11 para el pro-

toacuten)

Observaacute que la suma de los nuacutemeros de nu-

cleones de la izquierda es igual a la suma de los

nuacutemeros de nucleones de la derecha Tambieacuten los

nuacutemeros atoacutemicos estaacuten balanceados

Rutherford habiacutea postulado en 1914 la exis-

tencia de protones en los nuacutecleos Un experimen-

to publicado en 1919 proporcionoacute la primera

comprobacioacuten empiacuterica de la existencia de estas

partiacuteculas fundamentales Ya antes Eugen Golds-

tein habiacutea producido protones en sus experimen-

34

tos con tubos de descarga en gas Goldstein obtu-

vo estas partiacuteculas a partir del hidroacutegeno gaseoso

contenido en el tubo por separacioacuten de un elec-

troacuten del aacutetomo de hidroacutegeno La trascendencia del

experimento de Rutherford consistioacute en que ob-

tuvo protones del nuacutecleo de un aacutetomo que no era

de hidroacutegeno con lo cual establecioacute la naturaleza

de los protones como partiacuteculas fundamentales Al

hablar de partiacuteculas fundamentales nos referimos a

las unidades baacutesicas a partir de las cuales se pue-

den formar estructuras maacutes complicadas (como el

nuacutecleo de nitroacutegeno) El experimento de Ruther-

ford constituyoacute la primera reaccioacuten nuclear indu-

cida

Durante la deacutecada de 1920 se llevaron a cabo

muchas transmutaciones artificiales En la deacutecada

de 1930 una de estas reacciones condujo al descu-

brimiento de otra partiacutecula fundamental En 1932

James Chadwick bombardeoacute berilio con partiacuteculas

alfa

35

Be94 + He4

2 C126 + n1

0 Entre los productos se encontraba el neutroacuten

RADIACTIVIDAD INDUCIDA

Las primeras reacciones nucleares produjeron

isoacutetopos que ya se conociacutean por estar presentes en

la Naturaleza Esto fue quizaacute fortuito porque era

inevitable que tarde o temprano se produjese un

nuacutecleo estable Iregravene Curie (hija de los ganadores

del premio Nobel de 1903) y su esposo Freacutedeacuteric

Joliot estudiaban el bombardeo de aluminio con

partiacuteculas alfa Se produciacutean neutrones y quedaba

como residuo un isoacutetopo de foacutesforo

Al2713 + He4

2 P3015 + n1

0

Para sorpresa de los investigadores el blanco

seguiacutea emitiendo partiacuteculas auacuten despueacutes de inte-

rrumpido el bombardeo El isoacutetopo de foacutesforo era

radiactivo y emitiacutea partiacuteculas cuya masa era igual a

36

la del electroacuten pero cuya carga era opuesta Estas

partiacuteculas se llaman positrones La reaccioacuten que

estaban observando era la siguiente

P3015 e0

1+ + Si3014

Asiacute pues surge una vez maacutes la pregunta iquestde doacuten-

de proviene esta partiacutecula si el nuacutecleo contiene

soacutelo protones y neutrones Anteriormente expli-

camos el hecho de que surgiese una partiacutecula beta

(un electroacuten) de un nuacutecleo afirmando que un neu-

troacuten se habiacutea descompuesto en un protoacuten y un

electroacuten Quizaacute un suceso similar puede explicar la

aparicioacuten de un positroacuten Considera que un pro-

toacuten del nuacutecleo se transforma en un neutroacuten y un

positroacuten (un protoacuten es ideacutentico a un nuacutecleo de

hidroacutegeno)

H11 e0

1+ + N10

Todo queda muy bien balanceado en esta

37

ecuacioacuten Al emitirse el positroacuten el nuacutecleo radiac-

tivo original tiene de pronto un protoacuten menos y

un neutroacuten maacutes que antes Por tanto la masa del

nuacutecleo producido es la misma pero su nuacutemero

atoacutemico se ha reducido en una unidad respecto al

nuacutecleo original Por este trabajo la pareja Joliot-

Curie se hizo acreedora al premio Nobel en 1935

(la pareja Joliot-Curie adoptoacute el apellido combina-

do para perpetuar el nombre de Curie Marie y

Pierre Curie tuvieron dos hijas pero ninguacuten hijo

varoacuten

38

7 USOS DE LOS RADIOISOacuteTOPOS

Muchas de las aplicaciones de la energiacutea

de la radiacioacuten se realizan a traveacutes de los

radioisoacutetopos

Gracias a ellos y a los detectores se evitan

grandes perdidas materiales y se ahorra

grandes esfuerzos

Los cientiacuteficos que trabajan en una amplia va-

riedad de campos emplean isoacutetopos radiactivos

(radioisoacutetopos) como rastreadores en sistemas

fiacutesicos quiacutemicos y bioloacutegicos Los isoacutetopos de un

elemento determinado sea radiactivo o no se

39

comportan de manera casi ideacutentica en los proce-

sos quiacutemicos y fiacutesicos En virtud de la facilidad

para detectar los isoacutetopos radiactivos es relativa-

mente faacutecil seguir sus movimientos incluso en un

sistema complicado

Como un ejemplo sencillo consideremos el

flujo de un liacutequido por una tuberiacutea Supongamos

que hay una fuga en una tuberiacutea enterrada bajo un

piso de concreto Podriacuteamos localizar la fuga le-

vantando partes extensas del piso o bien podriacutea-

mos agregar una pequentildea cantidad de material

radiactivo al liacutequido que va hacia el drenaje y ras-

trear el flujo de liacutequido con un contador Geiger

(un instrumento que detecta la radiactividad) Una

vez localizada la fuga soacutelo habriacutea que levantar una

parte pequentildea del piso para reparar la fuga Por lo

general se emplean para este propoacutesito isoacutetopos

de vida corta que desaparecen poco tiempo des-

pueacutes de realizar su funcioacuten

Anaacutelogamente podriacuteamos rastrear la incorpo-

racioacuten de foacutesforo en una planta verde La planta se

40

alimenta con un fertilizante que contiene foacutesforo

radiactivo Un meacutetodo sencillo de deteccioacuten con-

siste en colocar la planta sobre una peliacutecula foto-

graacutefica La radiacioacuten que emiten los isoacutetopos de

foacutesforo expone la peliacutecula en gran medida como

lo hace la luz Este tipo de exposicioacuten llamado

radiografiacutea muestra la distribucioacuten del foacutesforo en

la planta

Tambieacuten se da un buen uso a los rastreadores

radiactivos en la investigacioacuten agriacutecola Estos isoacute-

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 cuaacuteles son los mejores meacutetodos para

regular los insectos La mutacioacuten intencional de

plantas por irradiacioacuten ha producido nuevas y

mejores cepas de plantas de cultivo con valor co-

mercial desde raacutebanos hasta maniacute

Los radioisoacutetopos se emplean tambieacuten para

irradiar alimentos como meacutetodo de conservacioacuten

La radiacioacuten destruye los microorganismos que

41

causan la descomposicioacuten de los alimentos Los

alimentos irradiados muestran poco cambio en

cuanto a su saber o aspecto A muchas personas

les inquietan los posibles efectos dantildeinos de las

sustancias quiacutemicas que produce la radiacioacuten pero

no hay pruebas contundentes de dantildeos causados

por alimentos irradiados en animales de laborato-

rio alimentados con ellos y tampoco se conocen

efectos adversos en seres humanos en los paiacuteses

donde la irradiacioacuten se ha utilizado por muchos

antildeos El proceso de esterilizacioacuten no deja irradia-

cioacuten residual en los alimentos

Los radioisoacutetopos han sido empleados exten-

samente en la investigacioacuten cientiacutefica baacutesica El

mecanismo de la fotosiacutentesis se dilucidoacute en gran

parte utilizando carbono 14 como rastreador Por

ejemplo para determinar coacutemo fabrican las plan-

tas el azuacutecar glucosa a partir de dioacutexido de carbo-

no y agua la planta se expone a dioacutexido de carbo-

no radiactivo El investigador identifica los com-

puestos que se forman a partir de estas materias

42

primas y el orden en el que se sintetizan y despueacutes

determina cuaacuteles compuestos se tornan radiactivos

y en queacute secuencia Con base en los dates obteni-

dos de experimentos con rastreadores los cientiacutefi-

cos determinan las rutas metaboacutelicas de plantas

animales y seres humanos

43

8 MEDICINA NUCLEAR

La medicina nuclear ha generado tra-

tamientos y terapias inimaginables

antes de su descubrimiento

En el diagnostico generoacute meacutetodos no

invasivos que evitan a los paciente

tanto sufrimientos como peacuterdidas de

tiempo

En medicina nuclear se dan dos usos distintos

a los radioisoacutetopos para fines terapeacuteuticos o para

realizar un diagnoacutestico En la terapia con radiacioacuten

se intenta tratar o curar un padecimiento por

44

medio de radiacioacuten El uso de los radioisoacutetopos

con fines de diagnoacutestico busca obtener informa-

cioacuten acerca del estado de salud del paciente

TERAPIA POR RADIACIOacuteN

El caacutencer no es una sola enfermedad sino

muchas Algunas formas de caacutencer son particu-

larmente susceptibles a la terapia por radiacioacuten La

radiacioacuten se dirige cuidadosamente hacia el tejido

canceroso y se reduce al miacutenimo la exposicioacuten de

las ceacutelulas normales Si los efectos destructivos de

la radiacioacuten consiguen matar las ceacutelulas cancero-

sas se detiene el avance del tumor maligno (Pero

los pacientes que se someten a terapia por radia-

cioacuten suelen experimentar malestares a causa del

tratamiento Naacuteusea y voacutemito son los siacutentomas

usuales del malestar por radiacioacuten Asiacute pues el

objetivo de la terapia por radiacioacuten es destruir las

ceacutelulas cancerosas antes de que se cause un dantildeo

excesivo a los tejidos sanos La radiacioacuten tiene

45

efectos maacutes letales para las ceacutelulas que se reprodu-

cen con rapidez y eacutesta es precisamente la caracte-

riacutestica de las ceacutelulas cancerosas que permite que la

terapia por radiacioacuten tenga eacutexito

USOS DIAGNOacuteSTICOS DE LOS RADIOISOacuteTOPOS

Los radioisoacutetopos se usan para fines diagnoacutes-

ticos con el propoacutesito de obtener informacioacuten

acerca del tipo o el alcance de la enfermedad El

yodo 131 radiactivo se emplea para determinar el

tamantildeo la forma y la actividad de la glaacutendula ti-

roides asiacute como para tratar caacutenceres localizados

en esta glaacutendula y para controlar una tiroides hi-

peractiva Primero el paciente toma una solucioacuten

de yoduro de potasio que contiene yodo 131 El

organismo concentra el yodo en la tiroides Se

usan dosis grandes para el tratamiento del caacutencer

de la tiroides la radiacioacuten del isoacutetopo se concentra

en las ceacutelulas cancerosas de esta glaacutendula auacuten

cuando las ceacutelulas cancerosas se hayan extendido a

46

otras partes del cuerpo Sin embargo para fines de

diagnoacutestico soacutelo se necesita una pequentildea cantidad

del radioisoacutetopo Tambieacuten 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-

poracioacuten diferencial del isoacutetopo La imagen que

se obtiene se describe como una fotoexploracioacuten

y permite determinar con precisioacuten la ubicacioacuten de

un tumor en esa regioacuten del cuerpo

El radioisoacutetopo de uso maacutes extendido en medicina

es el gadolinio 153 Este isoacutetopo se emplea para

evaluar la mineralizacioacuten de los huesos Su popu-

laridad es un indicio del gran nuacutemero de personas

principalmente mujeres que sufren de osteoporo-

sis (reduccioacuten de la cantidad de tejido oacuteseo) a me-

dida que envejecen El gadolinio 153 emite dos

radiaciones caracteriacutesticas un rayo gamma y un

rayo X Un dispositivo analizador compara estas

radiacioacuten despueacutes de que atraviesan el hueso La

47

densidad del mismo se determina con base en las

diferencias de absorcioacuten de los rayos

El tecnecio 99m se utiliza en diversos ensayos

diagnoacutesticos La letra m quiere decir metaestable

lo que significa que este isoacutetopo emite cierta ener-

giacutea para convertirse en una versioacuten maacutes estable del

mismo isoacutetopo (mismo nuacutemero atoacutemico y mismo

peso atoacutemico) La energiacutea que desprende es el

rayo gamma que permite detectar el isoacutetopo

Tcm9943 Tc99

43 + y

Observa que la desintegracioacuten del tecnecio

99m no produce partiacuteculas alfa ni beta las cuales

podriacutean causar dantildeos innecesarios al organismo

Ademaacutes el tecnecio 99m tiene una vida media cor-

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

tividad no permanece en el organismo mucho

tiempo despueacutes de que la exploracioacuten se ha com-

pletado Esta vida media tan corta obliga a planifi-

48

car cuidadosamente el uso del radioisoacutetopo De

hecho lo que se adquiere no es el isoacutetopo mismo

El tecnecio 99m se forma por desintegracioacuten del

molibdeno 99

Mo9942 Tcm99

43 + e01minus + y

Se emplea un recipiente que contiene este isoacute-

topo de molibdeno y el producto de desintegra-

cioacuten el tecnecio 99 se extrae del recipiente a

medida que se necesita

Mediante el uso de modernas tecnologiacuteas ba-

sadas en la utilizacioacuten de computadoras la tomo-

grafiacutea por emisioacuten de positrones (PET por sus

siglas en ingleacutes) permite medir los procesos dinaacute-

micos que se llevan a cabo en el organismo como

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

boliza el oxiacutegeno o la glucosa Las exploraciones

de PET se emplean actualmente para identificar

con precisioacuten el aacuterea de dantildeo cerebral que desen-

49

cadena los ataques epileacutepticos graves Antes de la

exploracioacuten se inhalan o se inyectan compuestos

que contienen isoacutetopos emisores de positrones

como el carbono 11 Antes de que el positroacuten

emitido pueda recorrer una distancia apreciable en

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

teria ordinaria abundan los electrones) y se produ-

cen dos rayos gamma

C116 B11

5 + e01+

e01+ + e0

1minus 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 simultaacuteneamente

dos rayos gamma el sistema no toma en cuenta

los rayos gamma de la radiacioacuten natural de fondo

A continuacioacuten se emplea una computadora para

calcular la ubicacioacuten dentro del cuerpo del punto

50

en el cual ocurrioacute una aniquilacioacuten del positroacuten y

el electroacuten y se genera una imagen en esa regioacuten

La tabla contiene una lista de radioisoacutetopos de

uso comuacuten en la medicina La lista es necesaria-

mente incompleta Incluso con esta exposicioacuten tan

breve puedes hacerte una idea de la importancia

que los radioisoacutetopos tienen en la medicina La

aseveracioacuten de que la ciencia nuclear ha salvado

maacutes vidas de las destruidas por las bombas atoacutemi-

cas no carece el fundamento

51

Isoacutetopo Nombre Vida me-

dia Uso

C11 Carbono 11 203m Exploraciones cere-

brales

Cr51 Cromo 51 278d Determinacioacuten

del volumen sanguiacute-

neo

Co57 Cobalto 57 270d Medicioacuten de la

incorporacioacuten de

vitamina v12

Co60 Cobalto 60 526a Terapia de caacutencer

por radiacioacuten

Gd153 Gadolinio

153

242d Determinacioacuten

de la densidad oacutesea

Ga67 Galio 67 781h Exploracioacuten en

busca de tumores

pulmonares

I131 Yodo 131 807d Terapia de la ti-

roides

Ir192 Iridio 192 74d Terapia del caacuten-

cer de mamaacute

Fe59 Hierro 59 45d Deteccioacuten de

anemia

52

P32 Foacutesforo 32 143d Deteccioacuten de

caacutencer de la piel o

tumores oculares

Pu238 Plutonio

238

86a Suministra ener-

giacutea para marcapasos

Ra226 Radio 226 1600a Terapia de caacutencer

por radiacioacuten

Se75 Selenio 75 120d Exploraciones del

paacutencreas

Na24 Sodio 24 150h Localizacioacuten de

obstrucciones en el

flujo sanguiacuteneo

Tc99 Tecnecio 99 60h Obtencioacuten de imaacute-

genes de cerebro hiacutega-

do meacutedula oacutesea rintildeoacuten o

corazoacuten

Tl201 Talio 201 73h Deteccioacuten de pro-

blemas cardiacos con la

prueba de esfuerzo en

rueda de andar

H3 Tritio 123a Determinacioacuten de

agua corporal total

Xe133 Xenoacuten133 527d Obtencioacuten de imaacute-

genes de pulmoacuten

53

9 FECHADO POR MEDIO DE RADIOISOacuteTOPOS

Una de las aplicaciones maacutes in-

creiacutebles de la quiacutemica nuclear es la po-

sibilidad de averiguar la antiguumledad de

los objetos encontrados en las investi-

gaciones arqueoloacutegicas

Se puede usar la vida media de ciertos isoacuteto-

pos para estimar la antiguumledad de rocas y artefac-

tos arqueoloacutegicos El uranio 238 se desintegra con

una vida media de 4500 millones de anos Los

productos iniciales de esta desintegracioacuten tambieacuten

son radiactivos y la descomposicioacuten continuacutea

54

hasta que se forma un isoacutetopo de plomo (plomo

206) Los quiacutemicos pueden estimar la antiguumledad

de una roca determinando las proporciones relati-

vas de uranio 238 y plomo 206 Se ha encontrado

que algunas de las rocas maacutes antiguas de la Tierra

se formaron hace entre 3000 y 4500 millones de

antildeos En las rocas lunares y en meteoritos se ha

determinado una antiguumledad maacutexima de alrededor

de 4500 millones de antildeos Asiacute pues se considera

en general que la Tierra tiene una antiguumledad de

unos 4500 millones de antildeos

FECHADO POR CARBONO 14

En el fechado de artefactos interviene por lo

general un isoacutetopo radiactivo de carbono Se for-

ma carbono 14 en las capas superiores de la at-

moacutesfera por el bombardeo que experimenta el

nitroacutegeno ordinario por parte de los neutrones de

los rayos coacutesmicos

55

N147 + n1

0 C146 + H1

1

Este proceso origina una concentracioacuten cons-

tante de carbono 14 en el CO2 terrestre Las plan-

tas y animales vivos incorporan este isoacutetopo en

sus propias ceacutelulas Sin embargo cuando estos

seres mueren se interrumpe la incorporacioacuten de

carbono 14 y el carbono 14 que hay en el orga-

nismo se desintegra (con una vida media de 5 730

antildeos) a nitroacutegeno 14

Por consiguiente basta con medir la actividad

residual de carbono 14 en un artefacto de origen

vegetal o animal para determinar su antiguumledad

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 antildeos de antiguumle-

dad es decir ha estado muerta durante un tiempo

equivalente a una vida media Anaacutelogamente un

artefacto que muestra el 25 de la actividad de

carbono 14 del material vegetal reciente tiene

56

11460 anos de antiguumledad 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 aquiacute supone que la formacioacuten del isoacutetopo

fue constante a lo largo del tiempo En realidad no

es asiacute Sin embargo aproximadamente para los

uacuteltimos 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

aacuterboles Se han construido curvas de calibracioacuten

que permiten determinar fechas consideradas co-

mo exactas

En teacuterminos generales el meacutetodo de carbono

14 es razonablemente preciso para fechar objetos

de hasta 50000 antildeos de antiguumledad La cantidad

residual del isoacutetopo en los objetos de una antiguumle-

dad mayor que esa es demasiado pequentildea para

hacer una determinacioacuten exacta

El carboacuten de las fogatas de los pueblos anti-

57

guos fechado por determinacioacuten de la actividad

de carbono 14 se usa para estimar la antiguumledad

de otros artefactos encontrados en el mismo em-

plazamiento arqueoloacutegico La teacutecnica de fechado

por carbono 14 se ha usado tambieacuten para detectar

si supuestos artefactos antiguos han sido falsifica-

dos

EL SUDARIO DE TURIacuteN

Probablemente han oiacutedo hablar del sudario de

Turiacuten Se trata de una pieza de tejido de lino muy

antigua de unos 4 metros de largo que muestra la

impresioacuten aproximada de un cuerpo humano

Desde alrededor del antildeo 1350 dC 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-

bricacioacuten del lienzo habiacutea sido cultivado en alguacuten

memento entre los anos de 1260 y 1390 dC Por

58

tanto el lienzo no podriacutea haber existido en tiem-

pos de Cristo A diferencia de los pergaminos del

Mar Muerto para los que el fechado por carbono

14 demostroacute que son registros auteacutenticos de una

civilizacioacuten que existioacute hace unos 2000 antildeos el

sudario de Turiacuten resultoacute ser falso

FECHADO POR TRITIO

El tritio que es el isoacutetopo radiactivo del

hidroacutegeno sirve tambieacuten para fechar Su vida me-

dia de 123 antildeos lo hace uacutetil para fechar objetos de

hasta 100 antildeos de antiguumledad Una aplicacioacuten inte-

resante es el fechado de aguardientes Estas bebi-

das alcohoacutelicas son muy costosas cuando han sido

antildeejadas de 10 a 50 antildeos El fechado por tritio

permite comprobar la veracidad de los anuncios

publicitarios respecto al proceso de antildeejamiento

de las variedades maacutes caras

Hay muchos otros isoacutetopos que permiten es-

timar la antiguumledad de objetos y materiales

59

Isoacutetopo Vida me-

dia

(antildeos)

Periacuteodo de

utilidad Uso

Carbono 14 5730 500 a 50000

antildeos

Carboacuten vege-

tal material

orgaacutenico

Tritio 123 1 a 100 antildeosVinos antildeeja-

dos

Potasio 40 13 x 109 Desde 10000

antildeos

Rocas corteza

terrestre y

lunar

Renio 187 43 x1010 Desde 4 x

107 antildeos Meteoritos

Ranio238 45 x109 Desde 107

antildeos

Rocas corteza

terrestre

60

10 PLANTAS DE ENERGIacuteA NUCLEAR

iquestSabeacutes de doacutende viene esa energiacutea que nosotros usamos tanto Mucha de la energiacutea eleacutectrica es

producida por plantas nucleares de to-do el mundo

La energiacutea nuclear ha dado origen a bombas

muy destructivas y a la nociva precipitacioacuten ra-

diactiva y podriacutea incluso provocar un devastador

invierno nuclear Sin embargo una cantidad mu-

cho mayor de personas han recibido beneficios de

la energiacutea nuclear que las que han sido perjudica-

das por ella El hecho es que existen muchos usos

de la energiacutea nuclear que son sumamente beneacutefi-

61

cos Ya conocemos el uso de isoacutetopos radiactivos

en el diagnoacutestico cliacutenico y en el fechado de obje-

tos de antiguumledad desconocida Otro uso paciacutefico

de la energiacutea nuclear es la generacioacuten de electri-

cidad Una gran parte de la energiacutea eleacutectrica que

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

giacutea nuclear

En la actualidad una quinta parte de toda la

electricidad que se produce en Estados Unidos

proviene de plantas de energiacutea nuclear En Euro-

pa la dependencia respecto a la energiacutea nuclear

para la produccioacuten de electricidad es auacuten mayor

En Francia por ejemplo maacutes del 70 de la ener-

giacutea eleacutectrica del paiacutes proviene de plantas nuclea-

res

No es sorprendente que una reaccioacuten que

desprende tanta energiacutea como lo hace la fisioacuten

nuclear se use como fuente de energiacutea para gene-

rar electricidad En las plantas de energiacutea nuclear

se usa el calor obtenido de una reaccioacuten de fisioacuten

62

en cadena controlada para producir vapor de

agua que mueve las turbinas generadoras de elec-

tricidad El combustible nuclear es normalmente

oacutexido de uranio U3O8 enriquecido hasta alrede-

dor de 3 de uranio 235

La energiacutea nuclear es mucho maacutes limpia que la

que se obtiene quemando combustibles foacutesiles

(carboacuten petroacuteleo y gas) no produce cenizas finas

ni holliacuten no forma dioacutexido de carbono que con-

tribuye al efecto de invernadero y al calentamiento

global y no contamina el aire con oacutexidos de azu-

fre y de nitroacutegeno que dan origen a la lluvia aacutecida

Por otra parte emite grandes cantidades de calor

residual en el ambiente y lo que es mucho maacutes

serio produce muchos residuos radiactivos La

eliminacioacuten de todos estos materiales radiactivos

de desecho es uno de los problemas constantes

que se tienen en relacioacuten con las plantas de energiacutea

nuclear

63

11 BOMBA ATOacuteMICA

Todos sabemos los desastres que pue-

den causar la detonacioacuten de una bomba

nuclear

Aquiacute presentamos la explicacioacuten teoacuterica

y coacutemo se pone en praacutectica

COacuteMO FUNCIONA UNA BOMBA NUCLEAR EN LA

TEORIacuteA

El 16 de Julio de 1945 estalloacute la primera bomba

atoacutemica en el campo de pruebas de Trinity cerca

de aacutelamo Gordo (Nuevo Meacutejico) Desde ese pre-

64

ciso instante la historia de la humanidad ha pasado

a una nueva era la era nuclear

Nunca hasta entonces se habiacutean tenido los cono-

cimientos necesarios como para saber que la masa

puede convertirse en grandes cantidades de ener-

giacutea y coacutemo podiacutea realizarse ese proceso hasta

entonces reservado tan soacutelo a las estrellas

La famosa foacutermula de Einstein E = mc2 ha pasa-

do ya ha formar parte de la cultura popular auacuten sin

que en realidad se llegue a saber que implica

Donde E es energiacutea m masa y c la velocidad de la

luz (constante) En esta ecuacioacuten se expresa la

relacioacuten de equivalencia entre masa y energiacutea Por

ejemplo haciendo algunas cuentas se ve que con

un gramo de uranio si se convirtiese totalmente

en energiacutea se obtendriacutean 25 millones de Kw

Aplicado como una bomba nuclear basta decir

que para asolar Hiroshima soacutelo se convirtioacute un

65

gramo de masa (aunque toda la bomba como me-

canismo pesara cuatro toneladas) su potencia fue

de 125 kilotones es decir para igualar su potencia

seriacutean 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 combustibles

de fisioacuten Cuando en un espacio se reuacutene la sufi-

ciente cantidad de materia (denominada masa criacute-

tica) se produce una reaccioacuten en cadena espontaacute-

nea esto es el nuacutecleo de los aacutetomos del material

se divide liberando energiacutea y varios neutrones

raacutepidos que provocan que otros nuacutecleos tam-

bieacuten se dividan y liberen maacutes energiacutea y neutrones

Este proceso se denomina fisioacuten nuclear Sin em-

bargo si la densidad no es suficiente la energiacutea

liberada hace que el material se expanda y se de-

tenga el proceso Para evitar que se pare la reac-

cioacuten se recurre a una materia muy densa de por siacute

(isoacutetopos del uranio y plutonio) que ademaacutes se

comprime de manera muy raacutepida para lograr una

66

altiacutesima densidad que permite que los neutrones

raacutepidos choquen antes con otros nuacutecleos y se

produzcan antes el mayor nuacutemero 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 maacutes energiacutea Para una

explosioacuten de 100 kilotones son necesarias 58 ge-

neraciones las 7 uacuteltimas generan el 999 de la

energiacutea en periodo cortiacutesimo de tiempo Tambieacuten

puede liberarse energiacutea con la fusioacuten en este pro-

ceso los nuacutecleos se unen en vez de separarse pero

se requieren altiacutesimas temperaturas (del orden de

millones de grados) para que este proceso se lleve

a cabo Para esta reaccioacuten se usan aacutetomos ligeros

(maacutes faacuteciles de unir) generalmente hidroacutegeno o

sus isoacutetopos (deuterio y tritio) Para unir dos aacuteto-

mos basta con hacerlos chocar Los protones de

cada aacutetomo 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

67

fusioacuten deben comprimirse fuertemente los nuacute-

cleos y una vez hecho soacutelo podraacuten continuar uni-

dos si pierden un equivalente de la energiacutea que les

hizo apretarse En el caso de usar deuterio y tritio

se libera violentamente un neutroacuten Esta energiacutea

liberada es la que forma una bomba de fusioacuten

tambieacuten denominada bomba H

COMO FUNCIONA UNA BOMBA ATO-MICA EN LA PRACTICA

Sea cual fuere el sistema de funcionamiento de

una bomba nuclear (fusioacuten o fisioacuten) una cantidad

de masa se convierte en energiacutea la potencia soacutelo

depende de la capacidad de la ingenieriacutea para con-

vertir maacutes masa antes de que la reaccioacuten disperse

las moleacuteculas en teoriacutea la potencia es por tanto

ilimitada

Una bomba nuclear consiste baacutesicamente en una

esfera hueca de plutonio que no es lo suficiente-

68

mente densa como para producir una reaccioacuten 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 explosioacuten se disparan los detonado-

res que hacen que el material explosivo estalle de

la manera lo maacutes regular posible para que enviacutee

una onda de choque esfeacuterica hacia el plutonio

Cuando eacutesta impacta contra eacutel lo comprime y re-

duce su volumen empujaacutendolo hacia el centro de

la esfera hasta que alcanza una densidad suficiente

(supercriacutetica) y se dispara el iniciador de neutrones

para comenzar la reaccioacuten en cadena que da lugar

a la explosioacuten nuclear

Las bombas termonucleares de fusioacuten o H nece-

sitan de una gran temperatura para que se puedan

unir los nuacutecleos esto se consigue en el interior de

una explosioacuten de fisioacuten que es el comienzo de

toda bomba H

69

Una vez acabada la reaccioacuten de fusioacuten nos encon-

traremos con una esfera expandida con una tem-

peratura de millones de grados en la que existen

los productos de la fusioacuten (litio e isoacutetopos del

hidroacutegeno) Tal es su velocidad que pueden fun-

dirse unos con otros dando lugar a la reaccioacuten de

fusioacuten Esta reaccioacuten genera maacutes energiacutea que la

anterior y libera gran cantidad de partiacuteculas nu-

cleares pero no es una reaccioacuten en cadena ya que

el propio calor que genera hace que las partiacuteculas

se separen y se expandan en forma de una esfera

de plasma con una temperatura que tan soacutelo expe-

rimenta el universo de manera natural en las estre-

llas En nuestro sol por ejemplo ocurren la fusioacuten

nuclear de hidroacutegeno y helio Pero antes de que la

reaccioacuten se extinga los neutrones generados por

las detonaciones anteriores provocan de nuevo

una reaccioacuten de fusioacuten sobre una camisa de U-

238 pero esta vez mucho mayor que las anterio-

res La potencia de una bomba termonuclear care-

ce de liacutemite una bomba como la de Hiroshima de

70

125 kilotones (un kilotoacuten equivale a 1000 tonela-

das de TNT) se considera dentro de los arsenales

modernos como pequentildea siendo las de un mega-

toacuten (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 la

Segunda Guerra Mundial

Para la construccioacuten de una bomba nuclear nor-

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

primero no forma parte de la reaccioacuten nuclear

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

nera espontaacutenea emitiendo neutrones que son

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

duzca de manera accidental la reaccioacuten en cadena

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

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

cioacuten 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

71

reactores nucleares a partir del U-238

La desintegracioacuten del uranio en la reaccioacuten en

cadena se produce de manera espontaacutenea para una

masa de 50 Kg si eacuteste elemento es puro El pluto-

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

da reaccioacuten en cadena de modo que se mezcla de

berilo y polonio dando como resultado un pro-

ducto que aunque no es fisionable por si solo una

pequentildea cantidad actuacutea como catalizador para las

grandes reacciones Asiacute bastan 16 Kg de PU-239

para obtener la masa supercriacutetica y 10 Kg si se

mezcla con U-238

El U-235 es muy difiacutecil de extraer por encontrarse

en la naturaleza muy mezclado con otros com-

puestos Asiacute por cada 25000 toneladas de mineral

de uranio bruto soacutelo se obtienen 50 toneladas de

uranio del que el 993 es U-235 y el resto el

rariacutesimo isoacutetopo U-238 ambos soacutelo se pueden

separar de manera mecaacutenica gracias a la leviacutesima

72

diferencia de peso entre ambos Asiacute el uranio se

mezcla en forma gaseosa con fluor (hexafluoriacutedri-

co) que es impulsado a baja presioacuten hacieacutendolo

pasar por unas caacutemaras que aumentan la concen-

tracioacuten de uranio sensiblemente tras cientos de

pasadas Para una central nuclear la pureza ha de

ser del 2 y para una bomba (teoacutericamente) el

95

Para separar el isoacutetopo se recurre a la centrifuga-

cioacuten del gas siendo el maacutes pesado U-238 despedi-

do hacia el exterior con maacutes fuerza Para obtener

otra vez el uranio separado del gas se recurre a la

separacioacuten magneacutetica

MECANISMOS QUE SUELEN COMPONER UNA

BOMBA NUCLEAR

Los mecanismos que suelen componer una bom-

ba nuclear son los siguientes

73

ALTIacuteMETRO No suele usarse el baromeacutetrico

por verse afectado por las condiciones atmosfeacuteri-

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 seguacuten el tiempo transcu-

rrido en el recorrido puede saberse la altura sin

necesidad de complicar maacutes el sistema para dar

una precisioacuten que en realidad no es importante (2

o 3 m de diferencia no son apreciables maacutes que

en minibombas bastante menores que las de

Hiroshima) siendo la altura normal de detonacioacuten

la de 2000 m

En la praacutectica 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 electroacute-

nicamente para obtener la diferencia de ambas

que es proporcional a la altura Los pulsos suelen

emitirse 120 veces por segundo y alcanzan un

74

rango de 3000 m sobre la tierra y 6000 m sobre

el mar (la reflexioacuten es alliacute mejor) siendo su error

de hasta 15 m

CABEZA DETONADORA Como ya se dijo

estaacute compuesta de una carga explosiva muy bien

calibrada que a la orden del altiacutemetro detona

produciendo una onda de choque uniforme sobre

el elemento radioactivo comprimieacutendolo hasta

alcanzar la masa supercriacutetica

Compantildeiacuteas privadas producen camisas explosivas

que modificadas pueden ser usadas para la fabri-

cacioacuten del objeto que nos ocupa La cantidad de

presioacuten necesaria a aplicar es un secreto por razo-

nes de seguridad aunque se sabe que los explosi-

vos plaacutesticos son ideales sobre todo por su malea-

bilidad y facilidad de manejo

El detonador variacutea si es combustible es uranio o

plutonio

75

DETONADOR DE URANIO La masa total se

divide en dos partes una mayor de forma semies-

feacuterica y coacutencava que se acopla perfectamente con

la otra maacutes pequentildea Como es de suponer ambas

se encuentran separadas hasta el momento de la

detonacioacuten en el que una explosioacuten convencional

dispara la parte pequentildea que impacta contra la

mayor para lograr en un instante la masa supercriacute-

tica

DETONADOR DE PLUTONIO Necesita

una precisioacuten de ingenieriacutea mucho mayor que la

anterior ya que estaacute compuesta de 32 secciones de

plutonio-berilio-polonio todas de igual forma y

posicioacuten distribuidas conceacutentricamente El aspecto

final es parecido al de un baloacuten de fuacutetbol Todas

han de cerrarse simeacutetricamente en una diezmillo-

neacutesima de segundo para conseguir la detonacioacuten

DEFLECTOR DE NEUTRONES Suele ser

U-238 Su funcioacuten es la que ya se explicoacute evitar

76

una reaccioacuten accidental ademaacutes refleja las partiacutecu-

las de vuelta cuando se alcanza la masa supercriacuteti-

ca

ESCUDO PROTECTOR Recibe otros nom-

bres pero su funcioacuten es siempre la de proteger de

la radiacioacuten natural tanto al personal que la maneja

como a los circuitos de la bomba que pueden su-

frir cortocircuitos o puestas en funcionamiento

accidentales

SISTEMA DE ARMADO Es otro sistema maacutes

de seguridad consistente en quitar una parte im-

prescindible de la bomba para evitar detonaciones

accidentales de modo que soacutelo cuando estaacute

proacuteximo su lanzamiento se inserta esta parte Una

analogiacutea seriacutea como si al aparcar nuestro coche le

quitaacuteramos el volante o una bujiacutea asiacute estariacuteamos

seguros de que no nos lo roban porque sin estas

partes el coche no funciona

77

12 EFECTOS DE UNA EXPLOSIOacuteN NUCLEAR

Tenemos frescas en nuestra memo-

ria las imaacutegenes que nos mostroacute la

televisioacuten cuando se produjo el ac-

cidente de Chernobyl

Aquiacute explicamos todas las conse-

cuencias de una detonacioacuten 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

78

bull Radiacioacuten nuclear inicial la altiacutesima

temperatura y la elevada presioacuten que se

genera en el interior de la explosioacuten emi-

ten radiacioacuten en todas las direcciones Esta

se compone de rayos alfa beta y gamma

que son una forma de radiacioacuten electro-

magneacutetica de alta energiacutea que puede causar

la muerte sin que el individuo se de cuenta

de que ha sido irradiado Una explosioacuten de

un megatoacuten (de tamantildeo estaacutendar) matariacutea

a todo ser humano en 15 Km a la redonda

que se encontrase al aire libre

Las partiacuteculas alfa son ideacutenticas a un nuacutecleo de

helio son las que mas larga vida tienen unos mil

antildeos pero su poder de penetracioacuten 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 radiacioacuten Con 45 cm de tierra se

consigue reducir la radiacioacuten veinte veces

Las partiacuteculas beta penetran maacutes siendo suficiente

79

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

to la radiacioacuten (una pared moderna ya espesa se

compone de 1 pie de ladrillo maacutes caacutemara maacutes

aislante maacutes ladrillo hueco y yeso que suele que-

darse en los 37 cm)

Los de maacutes poder de penetracioacuten son las gamma

y por tanto los maacutes peligrosos ya son los que se

introducen en los refugios nucleares auacuten con

grandes espesores de hormigoacuten La uacutenica protec-

cioacuten eficaz es la de interponer grandes masas de

material mejor cuanto maacutes denso siendo el ideal

el plomo ya que pasa por los materiales como la

luz por una tela si esta es maacutes densa mayor canti-

dad de chocaraacute con ella y no la traspasaraacute Para

reducir la dosis a un veinteavo se precisan 30 cm

de hormigoacuten armado

bull Pulso electromagneacutetico La intensa acti-

vidad de los rayos gamma genera mediante

induccioacuten una corriente de alto voltaje so-

80

bre antenas viacuteas feacuterreas tuberiacuteas que des-

truye todas las instalaciones eleacutectricas de

una amplia zona si la explosioacuten se efectuacutea

a gran altura Una detonacioacuten de muchos

kilotones a 200 km sobre Omaha (Ne-

brasca) destruiriacutea todos los circuitos eleacutec-

tricos integrados de toda Norteameacuterica y

parte de Meacutejico y Canadaacute Ante el riesgo

de una detonacioacuten nuclear es conveniente

alejarse de liacuteneas eleacutectricas y viacutea feacuterreas ya

que la corriente inducida puede electrocu-

tarnos

bull Pulso teacutermico al expandirse la bola de

fuego el aire circundante absorbe energiacutea

en forma de rayos X y la irradia en forma

de una luz cegadora y un intensiacutesimo ca-

lor Una bomba de 20 Megatones produci-

riacutea una intensa luz durante 20 segundos y

causariacutea quemaduras de segundo grado a

81

cualquier persona expuesta a 45 Km de

distancia

bull Onda de choque La raacutepida expansioacuten de

la bola de fuego genera una onda de cho-

que como cualquier explosioacuten pero de

una potencia muy superior ya que puede

aplastar o barrer edificios dantildeaacutendolos muy

seriamente o destruyeacutendolos por comple-

to ya que maacutes que empujar por su dura-

cioacuten lo que hace es estrujar Una bomba

de 20 megatones no dejariacutea en un radio de

20 Km maacutes que escombros soacutelo se salva-

riacutean las cimentaciones y construcciones

enterradas

bull Primera lluvia radioactiva o lluvia ra-

diactiva local una explosioacuten de 20 mega-

tones aras de suelo produciriacutea un craacuteter de

183 m de profundidad la elevada tempe-

82

ratura vaporiza todo lo que se encuentra

dentro de la bola de fuego todo se funde

con los materiales radiactivos de la fisioacuten o

fusioacuten y se eleva con el hongo para luego

precipitar en forma de finas cenizas Esto

ocurriraacute durante las 24 h siguientes a la

explosioacuten y afectaraacute a una regioacuten maacutes o

menos amplia para una misma potencia

seguacuten la climatologiacutea El fenoacutemeno se am-

pliacutea considerablemente si la detonacioacuten se

produce cerca del suelo La energiacutea 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 maacutes destructivos los deno-

minados secundarios como incendios en masa

que acabariacutean con los pocos supervivientes y ma-

tariacutean a maacutes que el pulso teacutermico y la onda de

choque

83

Ademaacutes en caso de que se lanzaran muchas

bombas nucleares sus efectos secundarios seriacutean

mucho maacutes 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 10000 mega-

tones miacutenimos para considerar un holocausto

como tal

bull El primero de estos efectos es que la ra-

dioactividad liberada en caso de holocaus-

to penetrariacutea en todos y cada uno de los

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

Mientras que en dosis altas (seguacuten la espe-

cie) produciriacutea la muerte en otras maacutes ba-

jas los efectos seriacutean de lo maacutes variados

(mutaciones esterilidad)

bull El segundo seriacutea que los materiales im-

pulsados por las detonaciones se elevariacutean

hasta la troposfera donde ocultariacutean la luz

84

del sol durante meses o antildeos haciendo ba-

jar la temperatura de la tierra y alterando la

fotosiacutentesis de los vegetales y el plancton

marino seriacutea el famoso invierno nuclear

Ademaacutes estos materiales radiactivos iriacutean

cayendo durante meses o antildeos convirtieacuten-

dose en una lluvia radiactiva global que

auacuten con menos dosis radiactiva que una

lluvia provocada por una bomba seriacutea

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

antildeos Ese 5 de energiacutea liberada por la

lluvia radiactividad en una bomba es poco

pero en los 10000 megatones de un holo-

causto suponen ya 500 megatones que iraacuten

estallando durante miles de antildeos des-

pueacutes de la cataacutestrofe

85

bull El tercero seriacutea una reduccioacuten en la capa

de ozono producida por el oacutexido de nitroacute-

geno generado por las bolas de fuego de

modo que la radiacioacuten solar que llegase a

la tierra seriacutea mortal Un 70 del ozono

desapareceriacutea en el hemisferio norte y un

40 en el sur siendo necesarios treinta

antildeos para recuperar su estado normal

86

Ejercicios 12

MODELO DE RESOLUCIOacuteN

La distribucioacuten de los electrones de un aacutetomo

en sus niveles y subniveles se puede representar en

forma abreviada de la siguiente manera

a) Un coeficiente que indica el nuacutemero del nivel

de energiacutea (n)

b) Una letra que corresponde al subnivel

c) Un supraiacutendice que sentildeala el nuacutemero de elec-

trones que hay en el subnivel

1H = 1s1

3Li = 1s2 2s1

En razoacuten del entrecruzamiento de subniveles

el orden en que se van completando los subniveles

por energiacutea creciente es el siguiente

87

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

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

5d 6p 7s 5f 6d

7p

Para visualizar la distribucioacuten de los electrones

en orbitales se puede representar cada orbital por

un pequentildeo cuadrado dividido por una diagonal

y cada electroacuten mediante una flecha

Entonces el orbital puede estar

Vaciacuteo incompleto completo

(1 electroacuten) (2 electrones)

En caso del orbital completo las flechas tienen

sentido contrario para indicar que los electrones

presentan spin contrario

El llenado de los orbitales por los electrones

se realiza a partir de los niveles y subniveles en

88

orden creciente de energiacutea Cada nuevo electroacuten se

incorpora a un orbital vaciacuteo

De ese modo los elementos quedan represen-

tados asiacute

1H =

1s

3Li =

1s 2s

7N =

1s 2s 2p

89

Ejercicios 121

1) Un aacutetomo de foacutesforo tiene 15 protones y 16

neutrones Indicaacute cuaacutel es su

a) nuacutemero atoacutemico (Z) b) nuacutemero

de masa (A)

2) Un aacutetomo de potasio tiene Z =19 y A = 39

Indicaacute su nuacutemero de

a) protones b) electrones

c) neutrones

3) Completaacute los datos que faltan en el siguiente

cuadro

90

ELE-

MEN-

TO

NUacute-

MERO

ATOacute-

MICO

NUacute-

MERO

DE

MASA

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) Sentildealaacute el nombre y siacutembolo de los elementos

cuyas configuraciones electroacutenicas 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) Escribiacute la configuracioacuten electroacutenica de los

siguientes elementos

91

a) Na2311 = c) O16

8 =

b) Cl3517 = d) C12

6 =

6) De acuerdo con la siguiente representacioacuten de

los electrones en orbitales indicaacute a queacute ele-

mentos corresponden

a)

b)

c)

d)

7) Representaacute la distribucioacuten de los electrones en

orbitales de los elementos

a) 7N= c) 18Ar =

b) 15AI = d) 19K =

92

Hoja de respuestas121

1) a) 15 b) 31 2) a) 19 b) 19 c) 20

3)

ELE-

MEN-

TO

NUacuteME-

RO

ATOacute-

MICO

NUacute-

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)Argoacuten Ar

d)Escandio Sc

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

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)middot

94

Ejercicios 1211

Modelo de resolucioacuten

El nuacutemero de oxidacioacuten se asigna seguacuten las si-

guientes reglas

1) El nuacutemero de oxidacioacuten de los elementos en la

sustancia simple es cero

Ejemplo Cu0 02Cl

2) El nuacutemero de oxidacioacuten del oxiacutegeno es 2

excepto en las sustancias como el agua oxige-

nada Ejemplo H2

2Ominus

3) El nuacutemero de oxidacioacuten del hidroacutegeno es +1

excepto en las sustancias donde estaacute combina-

do con los metales Ejemplo 1

H+

2O

4) El nuacutemero de oxidacioacuten de un ion monoatoacute-

mico es igual a la carga del ion Ejemplo Ca2-

Cl-

95

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

braica de los nuacutemeros de oxidacioacuten de todos

los aacutetomos debe ser cero Ejemplo 1

H+

2

2Ominus

there42(+1) + (-2) = 0

6) En los iones que tienen maacutes de un aacutetomo la

suma algebraica de los nuacutemeros de oxidacioacuten

de todos los aacutetomos es igual a la carga del ion

El nuacutemero de oxidacioacuten se escribe colocando primero el signo y luego el nuacutemero

Ejemplo el nuacutemero de oxidacioacuten del aluminio es +3

1) Calculaacute los nuacutemeros de oxidacioacuten en la moleacute-

cula de dioacutexido de azufre (SO2)

Datos SO2 nuacutemero de oxidacioacuten del O2

es 2

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de S

Resolucioacuten Cada aacutetomo de oxiacutegeno tiene

nuacutemero de oxidacioacuten 2 por lo tanto el nuacute-

mero de oxidacioacuten del azufre es +4 porque

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

96

2) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten del azufre en

el aacutecido sulfuacuterico (H2SO4)

Datos H2SO2 nuacutemero de oxidacioacuten del

O2 es 2 nuacutemero de oxidacioacuten de H es -1

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de S

Resolucioacuten Se debe cumplir que la suma al-gebraica de todos los nuacutemeros de oxidacioacuten sea cero

4(-2) + 21 + x = 0

-8 + 2 + x = 0

x = 6

Respuesta el nuacutemero de oxidacioacuten del azufre

en el aacutecido sulfuacuterico es +6

3) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten del nitroacutegeno

en el nitrato de sodio (NaNO3)

Datos NaNO3 nuacutemero de oxidacioacuten del

O2 es 2

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de N

97

Resolucioacuten El nuacutemero de oxidacioacuten del

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

ga eleacutectrica positiva

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

1 6 + x = 0

x = 5

Respuesta el nuacutemero de oxidacioacuten del nitroacute-

geno en el nitrato de sodio es +5

4) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten del azufre en

el ion sulfato (S 24Ominus )

Datos S 24Ominus nuacutemero de oxidacioacuten del O2

es 2

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de S

Resolucioacuten La suma de los nuacutemeros de

oxidacioacuten es igual a 2 porque el ion sulfato

tiene dos cargas negativas (2-)

x + 4(-2) = -2

x 8 = -2

x = 6

98

Respuesta El nuacutemero de oxidacioacuten del azu-

fre en el ion sulfato es +6

99

Ejercicios 1212

1) Dibujaacute los siacutembolos de Lewis para los aacutetomos

de

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

2) iquestCoacutemo adquiere la distribucioacuten electroacutenica del

ineacutertido maacutes cercano cada uno de los siguien-

tes aacutetomos

a) K b)

F c)

S d) Mg e)

Br

3) Escribiacute las ecuaciones ioacutenicas la foacutermula elec-

troacutenica y la foacutermula miacutenima del compuesto

ioacutenico formado por

a) K y Br (bromuro de potasio)

b) Ca y O (oacutexido de calcio)

4) Marcaacute con una X las propiedades correspon-

dientes a las sustancias que presentan uniones

ioacutenicas

100

a) Son soacutelidas y tienen bajo punto de fusioacuten ( )

b) Conducen la corriente eleacutectrica fundidas o di-

sueltas en agua ( )

c) Tienen brillo metaacutelico ( )

d) Forman cristales duros y quebradizos solubles

en agua ( )

e) No conducen la corriente eleacutectrica ( )

5) Explicaacute coacutemo se unen dos aacutetomos de bromo

para formar la moleacutecula Br2 y escribiacute su

foacutermula electroacutenica y su foacutermula desarrollada

6) La foacutermula del monoacutexido de dicloro es Cl2O

a) Indicaacute queacute tipo de unioacuten existe entre el cloro y

el oxiacutegeno

b) Escribiacute su foacutermula electroacutenica y su foacutermula

desarrollada

7) El azufre y el oxiacutegeno forman dos oacutexidos

importantes el dioacutexido de azufre (SO2) y el

101

trioacutexido de azufre (SO3) Para el trioacutexido de

azufre

a) Indicaacute queacute tipo de unioacuten existe entre el azufre

y los tres aacutetomos de oxiacutegeno

b) Escribiacute la foacutermula electroacutenica

c) Escribiacute la foacutermula desarrollada

8) Marcaacute 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

liacutequidas o soacutelidas ( )

c) Son duacutectiles y maleables ( )

d) No forman moleacuteculas son agregados de

iones ( )

e) No son buenas conductoras de la corriente

eleacutectrica ( )

102

9) Coloque en el pareacutentesis UCP si la unioacuten es

covalente polar y UCNP si es covalento no

polar en cada una de las siguientes sustancias

a) cloruro de hidroacutegeno HCl ( )

b) Hidroacutegeno H2 ( )

c) yodo l2 ( )

10) Escribiacute la foacutermula electroacutenica y la foacutermula

desarrollada de cada una de las sustancias

mencionadas en el ejercicio 9

11) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten

a) del azufre (S)en el dioacutexido de azufre (SO2) en

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

sodio (Na2S)

b) del nitroacutegeno (N) en el dioacutexido de nitroacutegeno

(NO2) en el aacutecido niacutetrico (HNO3) y en el ni-

trato de potasio (KNO3)

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

can en el concepto de unioacuten metaacutelica

103

a) Tienen bajo punto de fusioacuten y de

ebullicioacuten ( )

b) Tienen brillo metaacutelico ( )

c) Conducen la corriente eleacutectrica sin

alterarse ( )

d) En estado soacutelido son malos conductores de la

corriente eleacutectrica ( )

e) Forman hilos y laacuteminas delgadas ( )

104

Hoja de respuestas 1212

1) a) He b) Al c)

Si d)

Ar e)

N

2) a) cede un electroacuten d) cede electrones c)

gana dos electrones b) y e) gana un electroacuten

3) a) Ecuaciones ioacutenicas

K K1+ + 1 e

Br + 1 e Br1-

K1+ + Br- KBr

Foacutermula electroacutenica K1+minus

1

Br

Foacutermula miacutenima KBr

b) Ecuaciones ioacutenicas

Ca Ca 2+ + 2 e

O + 2 e O2-

Ca2+ + O2- CaO

Foacutermula electroacutenica Ca2+ minus

2

O

105

Foacutermula miacutenima CaO

4) b y d

5) se unen compartiendo un par de electrones

6) a) unioacuten covalente

b) foacutermula electroacutenica

Cl

O

Cl

foacutermula desarrollada Cl O Cl

7) a) una unioacuten covalente doble entre el azufre y

uno de los aacutetomos de oxiacutegeno dos uniones cova-

lentes coordinadas con los otros dos aacutetomos de

oxiacutegeno

b) Foacutermula electroacutenica

Foacutermula desarrollada

106

8) a b y e

9) a) UCP y c) UCNP

10) Foacutermula electroacutenica Foacutermula desarrollada

a) H

Cl H Cl

b) HH H H

c)

I

I l I

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

12) b c y e

  • RADIACTIVIDAD
    • IacuteNDICE
      • 1 RADIACTIVIDAD NATURAL
      • 2 RELACIOacuteN ENTRE LA LEY DE LAVOISIER Y LA DE EINSTEIN
      • 3 INTERACCIONES ENTRE AacuteTOMOS Y ONDAS
      • 4 PODER DE PENETRACIOacuteN DE LA RADIACIOacuteN
      • 5 VIDA MEDIA
      • 6 RADIACTIVIDAD ARTIFICIAL
      • 7 USOS DE LOS RADIOISOacuteTOPOS
      • 8 MEDICINA NUCLEAR
      • 9 FECHADO POR MEDIO DE RADIOISOacuteTOPOS
      • 10 PLANTAS DE ENERGIacuteA NUCLEAR
      • 11 BOMBA ATOacuteMICA
      • 12 EFECTOS DE UNA EXPLOSIOacuteN NUCLEAR
        • Ejercicios 12
        • Ejercicios 121
        • Hoja de respuestas121
        • Ejercicios 1211
        • Ejercicios 1212
        • Hoja de respuestas 1212

23

4 PODER DE PENETRACIOacuteN DE LA RADIACIOacuteN

La radiacioacuten es uno de los efectos

maacutes peligrosos de la energiacutea nuclear

No todas las partiacuteculas emitidas

tienen la misma posibilidad de atrave-

sar los elementos

Los materiales radiactivos pueden ser peligro-

sos porque la radiacioacuten que se emite puede dantildear

los tejidos vivos La capacidad para inflingir dantildeos

depende en parte del poder de la radiacioacuten para

penetrar en los tejidos

24

En condiciones de igualdad por lo demaacutes

cuanto mayor es la masa de una partiacutecula menor

es su poder de penetracioacuten Las partiacuteculas alfa

que son nuacutecleos de helio con una masa de 4 uma

constituyen el menos penetrante de los tres tipos

principales de radiactividadLas partiacuteculas beta

ideacutenticas a los electrones cuya masa es insignifi-

cante son un poco maacutes penetrantes Los rayos

gamma como los rayos X carecen totalmente de

masa su poder de penetracioacuten es mucho mayor

que el de los otros dos tipos

Puede parecer contrario al sentido comuacuten

pensar que las partiacuteculas maacutes grandes se abren

camino con maacutes dificultad Consideraacute sin embar-

go que el poder de penetracioacuten refleja la capaci-

dad de la radiacioacuten para abrirse camino a traveacutes

de una muestra de materia Es como si trataras de

hacer rodar piedras por un campo de grandes ro-

cas La partiacutecula alfa se comporta como si fuese

una roca grande Debido a su tamantildeo no puede

25

avanzar mucho sin chocarse con otras rocas y ser

detenida por ellas La partiacutecula beta se comporta

como una piedra pequentildea que puede introducirse

entre las rocas y quizaacute hasta rebotar en ellas hasta

completar un recorrido maacutes largo El rayo gamma

es comparable a un grano de arena capaz de pasar

por las aberturas maacutes pequentildeas

Al principio de esta explicacioacuten dijimos que si

todo lo demaacutes es igual asiacute es como funcionan las

cosas Pero lo demaacutes no siempre es igual Cuanto

maacutes raacutepido se mueve una partiacutecula o maacutes energiacutea

tiene la radiacioacuten mayor es su poder de penetra-

cioacuten

Si la sustancia radiactiva estaacute afuera del cuer-

po las partiacuteculas alfa de poco poder de penetra-

cioacuten son las menos peligrosas pues las detiene la

capa externa de la piel Tambieacuten las partiacuteculas beta

se detienen normalmente antes de alcanzar oacuterga-

nos vitales Los rayos gamma atraviesan sin difi-

26

cultad los tejidos asiacute que una fuente externa de los

mismos puede ser muy peligrosa En cambio

cuando la fuente radiactiva estaacute adentro del cuerpo

la situacioacuten se invierte Las partiacuteculas alfa que no

penetran pueden causar graves dantildeos Todas estas

partiacuteculas estaacuten atrapadas en el interior del cuerpo

el cual tiene entonces la posibilidad de absorber

toda la energiacutea que libera la partiacutecula Las partiacutecu-

las alfa infligen el dantildeo en un aacuterea muy pequentildea

porque no se desplazan muy lejos Las partiacuteculas

beta distribuyen el dantildeo en un aacuterea algo mayor

porque recorren distancias mayores Los tejidos se

pueden recuperar de un dantildeo limitado disperso en

un aacuterea grande pero es menos probable que so-

brevivan a una lesioacuten concentrada

Las personas que trabajan con materiales ra-

diactivos disponen de diversas formas de prote-

gerse contra ellos La maacutes simple consiste en ale-

jarse de la fuente porque la intensidad de la radia-

cioacuten disminuye con la distancia respecto a la fuen-

27

te Los trabajadores se pueden proteger tambieacuten

por medio de blindajes Una hoja de papel detiene

casi todas las partiacuteculas alfa Un bloque de madera

o una laacutemina delgada de aluminio detiene las par-

tiacuteculas beta

Pero se necesitan varios metros de concreto o

varios centiacutemetros de plomo para detener los ra-

yos gamma

28

5 VIDA MEDIA

Cuando hablamos de aacutetomos individuales

estamos trabajando con elementos que

apenas imaginamos

Para entender lo que pasa con la radia-

cioacuten debemos referirnos a un grupo maacutes

grande de partiacuteculas y trabajar con pro-

medios

Hasta aquiacute hemos estudiado la radiactividad en

relacioacuten con los aacutetomos individuales En el labora-

torio nos ocupamos en general con nuacutemeros muy

grandes de aacutetomos mucho mayores que el nuacuteme-

29

ro de habitantes de la tierra Si pudieacutesemos ver el

nuacutecleo de un aacutetomo individual podriacuteamos ver si

sufre o no desintegracioacuten radiactiva examinando

su composicioacuten Ciertas combinaciones de proto-

nes y neutrones son inestables Sin embargo lo

que no podriacuteamos determinar es cuando el aacutetomo

va a sufrir un cambio La radiactividad es un pro-

ceso aleatorio independiente en general de las

influencias externas

Cuando tenemos un nuacutemero grande de aacuteto-

mos el proceso de desintegracioacuten radiactiva se

hace maacutes predecible Podemos medir la vida me-

dia que es una propiedad caracteriacutestica de cada

radioisoacutetopo La vida media de un isoacutetopo radiac-

tivo es el periacuteodo durante el cual la mitad del nuacute-

mero original de aacutetomos sufre desintegracioacuten ra-

diactiva para formar un nuevo elemento Por

ejemplo supone que tuvieacutesemos 16 billones de

aacutetomos de tritio el isoacutetopo radiactivo de hidroacutege-

no La vida media del tritio es de 123 antildeos Esto

significa que al cabo de 123 antildeos se habraacuten desin-

30

tegrado 8 billones de aacutetomos de tritio y quedaraacuten

8 billones de aacutetomos Al cabo de otros 123 antildeos

se habraacute desintegrado la mitad de los 8 billones de

aacutetomos restantes Por tanto al cabo de dos vidas

medias quedaraacute una cuarta parte del nuacutemero ori-

ginal de aacutetomos de tritio Asiacute pues dos vidas me-

dias no hacen una entera

Podemos calcular la fraccioacuten restante del isoacute-

topo original al cabo de un nuacutemero dado de vidas

medias por medio de la relacioacuten

FRACCIOacuteN RESTANTE N21

=

Donde n es el nuacutemero de vidas medias trans-

curridas

31

6 RADIACTIVIDAD ARTIFICIAL

La radiactividad es un fenoacutemeno na-

tural y en esas condiciones poco

aprovechable

El hombre trabajoacute mucho para con-

trolarlo y hacer de este efecto algo

uacutetil Aunque como es muy habitual

en la humanidad las implementacio-

nes destructivas tambieacuten tuvieron

gran desarrollo

32

TRANSMUTACIOacuteN ARTIFICIAL

Las formas de radiactividad que se presentan

en la Naturaleza Se pueden inducir otras reaccio-

nes nucleares bombardeando nuacutecleos estables con

partiacuteculas alfa neutrones u otras partiacuteculas sub-

atoacutemicas Estas partiacuteculas si tienen suficiente

energiacutea penetran los nuacutecleos que antes eran esta-

bles e inducen alguna forma de emisioacuten radiacti-

va Al igual que la radiactividad natural este tipo

de cambio nuclear produce una transmutacioacuten un

elemento se transforma en otro Debido a que el

cambio no se habriacutea producido de manera natural

el proceso se conoce como transmutacioacuten artifi-

cial

Pocos antildeos despueacutes de su famoso experimen-

to de la laminilla de oro (bombardeo con radiacioacuten

alfa una lamina de oro y detectoacute en una lamina de

sulfuro de zinc la radiacioacuten emergente) Ernest

Rutherford estudioacute el bombardeo de diversos

elementos ligeros con partiacuteculas alfa Un experi-

33

mento de este tipo en el cual Rutherford bom-

bardeoacute nitroacutegeno dio por resultado la produccioacuten

de protones

N147 + He4

2 O178 + H1

1

(Recordaacute que el nuacutecleo de hidroacutegeno es un protoacuten

por eso usamos el siacutembolo alternativo H11 para el pro-

toacuten)

Observaacute que la suma de los nuacutemeros de nu-

cleones de la izquierda es igual a la suma de los

nuacutemeros de nucleones de la derecha Tambieacuten los

nuacutemeros atoacutemicos estaacuten balanceados

Rutherford habiacutea postulado en 1914 la exis-

tencia de protones en los nuacutecleos Un experimen-

to publicado en 1919 proporcionoacute la primera

comprobacioacuten empiacuterica de la existencia de estas

partiacuteculas fundamentales Ya antes Eugen Golds-

tein habiacutea producido protones en sus experimen-

34

tos con tubos de descarga en gas Goldstein obtu-

vo estas partiacuteculas a partir del hidroacutegeno gaseoso

contenido en el tubo por separacioacuten de un elec-

troacuten del aacutetomo de hidroacutegeno La trascendencia del

experimento de Rutherford consistioacute en que ob-

tuvo protones del nuacutecleo de un aacutetomo que no era

de hidroacutegeno con lo cual establecioacute la naturaleza

de los protones como partiacuteculas fundamentales Al

hablar de partiacuteculas fundamentales nos referimos a

las unidades baacutesicas a partir de las cuales se pue-

den formar estructuras maacutes complicadas (como el

nuacutecleo de nitroacutegeno) El experimento de Ruther-

ford constituyoacute la primera reaccioacuten nuclear indu-

cida

Durante la deacutecada de 1920 se llevaron a cabo

muchas transmutaciones artificiales En la deacutecada

de 1930 una de estas reacciones condujo al descu-

brimiento de otra partiacutecula fundamental En 1932

James Chadwick bombardeoacute berilio con partiacuteculas

alfa

35

Be94 + He4

2 C126 + n1

0 Entre los productos se encontraba el neutroacuten

RADIACTIVIDAD INDUCIDA

Las primeras reacciones nucleares produjeron

isoacutetopos que ya se conociacutean por estar presentes en

la Naturaleza Esto fue quizaacute fortuito porque era

inevitable que tarde o temprano se produjese un

nuacutecleo estable Iregravene Curie (hija de los ganadores

del premio Nobel de 1903) y su esposo Freacutedeacuteric

Joliot estudiaban el bombardeo de aluminio con

partiacuteculas alfa Se produciacutean neutrones y quedaba

como residuo un isoacutetopo de foacutesforo

Al2713 + He4

2 P3015 + n1

0

Para sorpresa de los investigadores el blanco

seguiacutea emitiendo partiacuteculas auacuten despueacutes de inte-

rrumpido el bombardeo El isoacutetopo de foacutesforo era

radiactivo y emitiacutea partiacuteculas cuya masa era igual a

36

la del electroacuten pero cuya carga era opuesta Estas

partiacuteculas se llaman positrones La reaccioacuten que

estaban observando era la siguiente

P3015 e0

1+ + Si3014

Asiacute pues surge una vez maacutes la pregunta iquestde doacuten-

de proviene esta partiacutecula si el nuacutecleo contiene

soacutelo protones y neutrones Anteriormente expli-

camos el hecho de que surgiese una partiacutecula beta

(un electroacuten) de un nuacutecleo afirmando que un neu-

troacuten se habiacutea descompuesto en un protoacuten y un

electroacuten Quizaacute un suceso similar puede explicar la

aparicioacuten de un positroacuten Considera que un pro-

toacuten del nuacutecleo se transforma en un neutroacuten y un

positroacuten (un protoacuten es ideacutentico a un nuacutecleo de

hidroacutegeno)

H11 e0

1+ + N10

Todo queda muy bien balanceado en esta

37

ecuacioacuten Al emitirse el positroacuten el nuacutecleo radiac-

tivo original tiene de pronto un protoacuten menos y

un neutroacuten maacutes que antes Por tanto la masa del

nuacutecleo producido es la misma pero su nuacutemero

atoacutemico se ha reducido en una unidad respecto al

nuacutecleo original Por este trabajo la pareja Joliot-

Curie se hizo acreedora al premio Nobel en 1935

(la pareja Joliot-Curie adoptoacute el apellido combina-

do para perpetuar el nombre de Curie Marie y

Pierre Curie tuvieron dos hijas pero ninguacuten hijo

varoacuten

38

7 USOS DE LOS RADIOISOacuteTOPOS

Muchas de las aplicaciones de la energiacutea

de la radiacioacuten se realizan a traveacutes de los

radioisoacutetopos

Gracias a ellos y a los detectores se evitan

grandes perdidas materiales y se ahorra

grandes esfuerzos

Los cientiacuteficos que trabajan en una amplia va-

riedad de campos emplean isoacutetopos radiactivos

(radioisoacutetopos) como rastreadores en sistemas

fiacutesicos quiacutemicos y bioloacutegicos Los isoacutetopos de un

elemento determinado sea radiactivo o no se

39

comportan de manera casi ideacutentica en los proce-

sos quiacutemicos y fiacutesicos En virtud de la facilidad

para detectar los isoacutetopos radiactivos es relativa-

mente faacutecil seguir sus movimientos incluso en un

sistema complicado

Como un ejemplo sencillo consideremos el

flujo de un liacutequido por una tuberiacutea Supongamos

que hay una fuga en una tuberiacutea enterrada bajo un

piso de concreto Podriacuteamos localizar la fuga le-

vantando partes extensas del piso o bien podriacutea-

mos agregar una pequentildea cantidad de material

radiactivo al liacutequido que va hacia el drenaje y ras-

trear el flujo de liacutequido con un contador Geiger

(un instrumento que detecta la radiactividad) Una

vez localizada la fuga soacutelo habriacutea que levantar una

parte pequentildea del piso para reparar la fuga Por lo

general se emplean para este propoacutesito isoacutetopos

de vida corta que desaparecen poco tiempo des-

pueacutes de realizar su funcioacuten

Anaacutelogamente podriacuteamos rastrear la incorpo-

racioacuten de foacutesforo en una planta verde La planta se

40

alimenta con un fertilizante que contiene foacutesforo

radiactivo Un meacutetodo sencillo de deteccioacuten con-

siste en colocar la planta sobre una peliacutecula foto-

graacutefica La radiacioacuten que emiten los isoacutetopos de

foacutesforo expone la peliacutecula en gran medida como

lo hace la luz Este tipo de exposicioacuten llamado

radiografiacutea muestra la distribucioacuten del foacutesforo en

la planta

Tambieacuten se da un buen uso a los rastreadores

radiactivos en la investigacioacuten agriacutecola Estos isoacute-

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 cuaacuteles son los mejores meacutetodos para

regular los insectos La mutacioacuten intencional de

plantas por irradiacioacuten ha producido nuevas y

mejores cepas de plantas de cultivo con valor co-

mercial desde raacutebanos hasta maniacute

Los radioisoacutetopos se emplean tambieacuten para

irradiar alimentos como meacutetodo de conservacioacuten

La radiacioacuten destruye los microorganismos que

41

causan la descomposicioacuten de los alimentos Los

alimentos irradiados muestran poco cambio en

cuanto a su saber o aspecto A muchas personas

les inquietan los posibles efectos dantildeinos de las

sustancias quiacutemicas que produce la radiacioacuten pero

no hay pruebas contundentes de dantildeos causados

por alimentos irradiados en animales de laborato-

rio alimentados con ellos y tampoco se conocen

efectos adversos en seres humanos en los paiacuteses

donde la irradiacioacuten se ha utilizado por muchos

antildeos El proceso de esterilizacioacuten no deja irradia-

cioacuten residual en los alimentos

Los radioisoacutetopos han sido empleados exten-

samente en la investigacioacuten cientiacutefica baacutesica El

mecanismo de la fotosiacutentesis se dilucidoacute en gran

parte utilizando carbono 14 como rastreador Por

ejemplo para determinar coacutemo fabrican las plan-

tas el azuacutecar glucosa a partir de dioacutexido de carbo-

no y agua la planta se expone a dioacutexido de carbo-

no radiactivo El investigador identifica los com-

puestos que se forman a partir de estas materias

42

primas y el orden en el que se sintetizan y despueacutes

determina cuaacuteles compuestos se tornan radiactivos

y en queacute secuencia Con base en los dates obteni-

dos de experimentos con rastreadores los cientiacutefi-

cos determinan las rutas metaboacutelicas de plantas

animales y seres humanos

43

8 MEDICINA NUCLEAR

La medicina nuclear ha generado tra-

tamientos y terapias inimaginables

antes de su descubrimiento

En el diagnostico generoacute meacutetodos no

invasivos que evitan a los paciente

tanto sufrimientos como peacuterdidas de

tiempo

En medicina nuclear se dan dos usos distintos

a los radioisoacutetopos para fines terapeacuteuticos o para

realizar un diagnoacutestico En la terapia con radiacioacuten

se intenta tratar o curar un padecimiento por

44

medio de radiacioacuten El uso de los radioisoacutetopos

con fines de diagnoacutestico busca obtener informa-

cioacuten acerca del estado de salud del paciente

TERAPIA POR RADIACIOacuteN

El caacutencer no es una sola enfermedad sino

muchas Algunas formas de caacutencer son particu-

larmente susceptibles a la terapia por radiacioacuten La

radiacioacuten se dirige cuidadosamente hacia el tejido

canceroso y se reduce al miacutenimo la exposicioacuten de

las ceacutelulas normales Si los efectos destructivos de

la radiacioacuten consiguen matar las ceacutelulas cancero-

sas se detiene el avance del tumor maligno (Pero

los pacientes que se someten a terapia por radia-

cioacuten suelen experimentar malestares a causa del

tratamiento Naacuteusea y voacutemito son los siacutentomas

usuales del malestar por radiacioacuten Asiacute pues el

objetivo de la terapia por radiacioacuten es destruir las

ceacutelulas cancerosas antes de que se cause un dantildeo

excesivo a los tejidos sanos La radiacioacuten tiene

45

efectos maacutes letales para las ceacutelulas que se reprodu-

cen con rapidez y eacutesta es precisamente la caracte-

riacutestica de las ceacutelulas cancerosas que permite que la

terapia por radiacioacuten tenga eacutexito

USOS DIAGNOacuteSTICOS DE LOS RADIOISOacuteTOPOS

Los radioisoacutetopos se usan para fines diagnoacutes-

ticos con el propoacutesito de obtener informacioacuten

acerca del tipo o el alcance de la enfermedad El

yodo 131 radiactivo se emplea para determinar el

tamantildeo la forma y la actividad de la glaacutendula ti-

roides asiacute como para tratar caacutenceres localizados

en esta glaacutendula y para controlar una tiroides hi-

peractiva Primero el paciente toma una solucioacuten

de yoduro de potasio que contiene yodo 131 El

organismo concentra el yodo en la tiroides Se

usan dosis grandes para el tratamiento del caacutencer

de la tiroides la radiacioacuten del isoacutetopo se concentra

en las ceacutelulas cancerosas de esta glaacutendula auacuten

cuando las ceacutelulas cancerosas se hayan extendido a

46

otras partes del cuerpo Sin embargo para fines de

diagnoacutestico soacutelo se necesita una pequentildea cantidad

del radioisoacutetopo Tambieacuten 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-

poracioacuten diferencial del isoacutetopo La imagen que

se obtiene se describe como una fotoexploracioacuten

y permite determinar con precisioacuten la ubicacioacuten de

un tumor en esa regioacuten del cuerpo

El radioisoacutetopo de uso maacutes extendido en medicina

es el gadolinio 153 Este isoacutetopo se emplea para

evaluar la mineralizacioacuten de los huesos Su popu-

laridad es un indicio del gran nuacutemero de personas

principalmente mujeres que sufren de osteoporo-

sis (reduccioacuten de la cantidad de tejido oacuteseo) a me-

dida que envejecen El gadolinio 153 emite dos

radiaciones caracteriacutesticas un rayo gamma y un

rayo X Un dispositivo analizador compara estas

radiacioacuten despueacutes de que atraviesan el hueso La

47

densidad del mismo se determina con base en las

diferencias de absorcioacuten de los rayos

El tecnecio 99m se utiliza en diversos ensayos

diagnoacutesticos La letra m quiere decir metaestable

lo que significa que este isoacutetopo emite cierta ener-

giacutea para convertirse en una versioacuten maacutes estable del

mismo isoacutetopo (mismo nuacutemero atoacutemico y mismo

peso atoacutemico) La energiacutea que desprende es el

rayo gamma que permite detectar el isoacutetopo

Tcm9943 Tc99

43 + y

Observa que la desintegracioacuten del tecnecio

99m no produce partiacuteculas alfa ni beta las cuales

podriacutean causar dantildeos innecesarios al organismo

Ademaacutes el tecnecio 99m tiene una vida media cor-

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

tividad no permanece en el organismo mucho

tiempo despueacutes de que la exploracioacuten se ha com-

pletado Esta vida media tan corta obliga a planifi-

48

car cuidadosamente el uso del radioisoacutetopo De

hecho lo que se adquiere no es el isoacutetopo mismo

El tecnecio 99m se forma por desintegracioacuten del

molibdeno 99

Mo9942 Tcm99

43 + e01minus + y

Se emplea un recipiente que contiene este isoacute-

topo de molibdeno y el producto de desintegra-

cioacuten el tecnecio 99 se extrae del recipiente a

medida que se necesita

Mediante el uso de modernas tecnologiacuteas ba-

sadas en la utilizacioacuten de computadoras la tomo-

grafiacutea por emisioacuten de positrones (PET por sus

siglas en ingleacutes) permite medir los procesos dinaacute-

micos que se llevan a cabo en el organismo como

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

boliza el oxiacutegeno o la glucosa Las exploraciones

de PET se emplean actualmente para identificar

con precisioacuten el aacuterea de dantildeo cerebral que desen-

49

cadena los ataques epileacutepticos graves Antes de la

exploracioacuten se inhalan o se inyectan compuestos

que contienen isoacutetopos emisores de positrones

como el carbono 11 Antes de que el positroacuten

emitido pueda recorrer una distancia apreciable en

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

teria ordinaria abundan los electrones) y se produ-

cen dos rayos gamma

C116 B11

5 + e01+

e01+ + e0

1minus 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 simultaacuteneamente

dos rayos gamma el sistema no toma en cuenta

los rayos gamma de la radiacioacuten natural de fondo

A continuacioacuten se emplea una computadora para

calcular la ubicacioacuten dentro del cuerpo del punto

50

en el cual ocurrioacute una aniquilacioacuten del positroacuten y

el electroacuten y se genera una imagen en esa regioacuten

La tabla contiene una lista de radioisoacutetopos de

uso comuacuten en la medicina La lista es necesaria-

mente incompleta Incluso con esta exposicioacuten tan

breve puedes hacerte una idea de la importancia

que los radioisoacutetopos tienen en la medicina La

aseveracioacuten de que la ciencia nuclear ha salvado

maacutes vidas de las destruidas por las bombas atoacutemi-

cas no carece el fundamento

51

Isoacutetopo Nombre Vida me-

dia Uso

C11 Carbono 11 203m Exploraciones cere-

brales

Cr51 Cromo 51 278d Determinacioacuten

del volumen sanguiacute-

neo

Co57 Cobalto 57 270d Medicioacuten de la

incorporacioacuten de

vitamina v12

Co60 Cobalto 60 526a Terapia de caacutencer

por radiacioacuten

Gd153 Gadolinio

153

242d Determinacioacuten

de la densidad oacutesea

Ga67 Galio 67 781h Exploracioacuten en

busca de tumores

pulmonares

I131 Yodo 131 807d Terapia de la ti-

roides

Ir192 Iridio 192 74d Terapia del caacuten-

cer de mamaacute

Fe59 Hierro 59 45d Deteccioacuten de

anemia

52

P32 Foacutesforo 32 143d Deteccioacuten de

caacutencer de la piel o

tumores oculares

Pu238 Plutonio

238

86a Suministra ener-

giacutea para marcapasos

Ra226 Radio 226 1600a Terapia de caacutencer

por radiacioacuten

Se75 Selenio 75 120d Exploraciones del

paacutencreas

Na24 Sodio 24 150h Localizacioacuten de

obstrucciones en el

flujo sanguiacuteneo

Tc99 Tecnecio 99 60h Obtencioacuten de imaacute-

genes de cerebro hiacutega-

do meacutedula oacutesea rintildeoacuten o

corazoacuten

Tl201 Talio 201 73h Deteccioacuten de pro-

blemas cardiacos con la

prueba de esfuerzo en

rueda de andar

H3 Tritio 123a Determinacioacuten de

agua corporal total

Xe133 Xenoacuten133 527d Obtencioacuten de imaacute-

genes de pulmoacuten

53

9 FECHADO POR MEDIO DE RADIOISOacuteTOPOS

Una de las aplicaciones maacutes in-

creiacutebles de la quiacutemica nuclear es la po-

sibilidad de averiguar la antiguumledad de

los objetos encontrados en las investi-

gaciones arqueoloacutegicas

Se puede usar la vida media de ciertos isoacuteto-

pos para estimar la antiguumledad de rocas y artefac-

tos arqueoloacutegicos El uranio 238 se desintegra con

una vida media de 4500 millones de anos Los

productos iniciales de esta desintegracioacuten tambieacuten

son radiactivos y la descomposicioacuten continuacutea

54

hasta que se forma un isoacutetopo de plomo (plomo

206) Los quiacutemicos pueden estimar la antiguumledad

de una roca determinando las proporciones relati-

vas de uranio 238 y plomo 206 Se ha encontrado

que algunas de las rocas maacutes antiguas de la Tierra

se formaron hace entre 3000 y 4500 millones de

antildeos En las rocas lunares y en meteoritos se ha

determinado una antiguumledad maacutexima de alrededor

de 4500 millones de antildeos Asiacute pues se considera

en general que la Tierra tiene una antiguumledad de

unos 4500 millones de antildeos

FECHADO POR CARBONO 14

En el fechado de artefactos interviene por lo

general un isoacutetopo radiactivo de carbono Se for-

ma carbono 14 en las capas superiores de la at-

moacutesfera por el bombardeo que experimenta el

nitroacutegeno ordinario por parte de los neutrones de

los rayos coacutesmicos

55

N147 + n1

0 C146 + H1

1

Este proceso origina una concentracioacuten cons-

tante de carbono 14 en el CO2 terrestre Las plan-

tas y animales vivos incorporan este isoacutetopo en

sus propias ceacutelulas Sin embargo cuando estos

seres mueren se interrumpe la incorporacioacuten de

carbono 14 y el carbono 14 que hay en el orga-

nismo se desintegra (con una vida media de 5 730

antildeos) a nitroacutegeno 14

Por consiguiente basta con medir la actividad

residual de carbono 14 en un artefacto de origen

vegetal o animal para determinar su antiguumledad

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 antildeos de antiguumle-

dad es decir ha estado muerta durante un tiempo

equivalente a una vida media Anaacutelogamente un

artefacto que muestra el 25 de la actividad de

carbono 14 del material vegetal reciente tiene

56

11460 anos de antiguumledad 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 aquiacute supone que la formacioacuten del isoacutetopo

fue constante a lo largo del tiempo En realidad no

es asiacute Sin embargo aproximadamente para los

uacuteltimos 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

aacuterboles Se han construido curvas de calibracioacuten

que permiten determinar fechas consideradas co-

mo exactas

En teacuterminos generales el meacutetodo de carbono

14 es razonablemente preciso para fechar objetos

de hasta 50000 antildeos de antiguumledad La cantidad

residual del isoacutetopo en los objetos de una antiguumle-

dad mayor que esa es demasiado pequentildea para

hacer una determinacioacuten exacta

El carboacuten de las fogatas de los pueblos anti-

57

guos fechado por determinacioacuten de la actividad

de carbono 14 se usa para estimar la antiguumledad

de otros artefactos encontrados en el mismo em-

plazamiento arqueoloacutegico La teacutecnica de fechado

por carbono 14 se ha usado tambieacuten para detectar

si supuestos artefactos antiguos han sido falsifica-

dos

EL SUDARIO DE TURIacuteN

Probablemente han oiacutedo hablar del sudario de

Turiacuten Se trata de una pieza de tejido de lino muy

antigua de unos 4 metros de largo que muestra la

impresioacuten aproximada de un cuerpo humano

Desde alrededor del antildeo 1350 dC 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-

bricacioacuten del lienzo habiacutea sido cultivado en alguacuten

memento entre los anos de 1260 y 1390 dC Por

58

tanto el lienzo no podriacutea haber existido en tiem-

pos de Cristo A diferencia de los pergaminos del

Mar Muerto para los que el fechado por carbono

14 demostroacute que son registros auteacutenticos de una

civilizacioacuten que existioacute hace unos 2000 antildeos el

sudario de Turiacuten resultoacute ser falso

FECHADO POR TRITIO

El tritio que es el isoacutetopo radiactivo del

hidroacutegeno sirve tambieacuten para fechar Su vida me-

dia de 123 antildeos lo hace uacutetil para fechar objetos de

hasta 100 antildeos de antiguumledad Una aplicacioacuten inte-

resante es el fechado de aguardientes Estas bebi-

das alcohoacutelicas son muy costosas cuando han sido

antildeejadas de 10 a 50 antildeos El fechado por tritio

permite comprobar la veracidad de los anuncios

publicitarios respecto al proceso de antildeejamiento

de las variedades maacutes caras

Hay muchos otros isoacutetopos que permiten es-

timar la antiguumledad de objetos y materiales

59

Isoacutetopo Vida me-

dia

(antildeos)

Periacuteodo de

utilidad Uso

Carbono 14 5730 500 a 50000

antildeos

Carboacuten vege-

tal material

orgaacutenico

Tritio 123 1 a 100 antildeosVinos antildeeja-

dos

Potasio 40 13 x 109 Desde 10000

antildeos

Rocas corteza

terrestre y

lunar

Renio 187 43 x1010 Desde 4 x

107 antildeos Meteoritos

Ranio238 45 x109 Desde 107

antildeos

Rocas corteza

terrestre

60

10 PLANTAS DE ENERGIacuteA NUCLEAR

iquestSabeacutes de doacutende viene esa energiacutea que nosotros usamos tanto Mucha de la energiacutea eleacutectrica es

producida por plantas nucleares de to-do el mundo

La energiacutea nuclear ha dado origen a bombas

muy destructivas y a la nociva precipitacioacuten ra-

diactiva y podriacutea incluso provocar un devastador

invierno nuclear Sin embargo una cantidad mu-

cho mayor de personas han recibido beneficios de

la energiacutea nuclear que las que han sido perjudica-

das por ella El hecho es que existen muchos usos

de la energiacutea nuclear que son sumamente beneacutefi-

61

cos Ya conocemos el uso de isoacutetopos radiactivos

en el diagnoacutestico cliacutenico y en el fechado de obje-

tos de antiguumledad desconocida Otro uso paciacutefico

de la energiacutea nuclear es la generacioacuten de electri-

cidad Una gran parte de la energiacutea eleacutectrica que

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

giacutea nuclear

En la actualidad una quinta parte de toda la

electricidad que se produce en Estados Unidos

proviene de plantas de energiacutea nuclear En Euro-

pa la dependencia respecto a la energiacutea nuclear

para la produccioacuten de electricidad es auacuten mayor

En Francia por ejemplo maacutes del 70 de la ener-

giacutea eleacutectrica del paiacutes proviene de plantas nuclea-

res

No es sorprendente que una reaccioacuten que

desprende tanta energiacutea como lo hace la fisioacuten

nuclear se use como fuente de energiacutea para gene-

rar electricidad En las plantas de energiacutea nuclear

se usa el calor obtenido de una reaccioacuten de fisioacuten

62

en cadena controlada para producir vapor de

agua que mueve las turbinas generadoras de elec-

tricidad El combustible nuclear es normalmente

oacutexido de uranio U3O8 enriquecido hasta alrede-

dor de 3 de uranio 235

La energiacutea nuclear es mucho maacutes limpia que la

que se obtiene quemando combustibles foacutesiles

(carboacuten petroacuteleo y gas) no produce cenizas finas

ni holliacuten no forma dioacutexido de carbono que con-

tribuye al efecto de invernadero y al calentamiento

global y no contamina el aire con oacutexidos de azu-

fre y de nitroacutegeno que dan origen a la lluvia aacutecida

Por otra parte emite grandes cantidades de calor

residual en el ambiente y lo que es mucho maacutes

serio produce muchos residuos radiactivos La

eliminacioacuten de todos estos materiales radiactivos

de desecho es uno de los problemas constantes

que se tienen en relacioacuten con las plantas de energiacutea

nuclear

63

11 BOMBA ATOacuteMICA

Todos sabemos los desastres que pue-

den causar la detonacioacuten de una bomba

nuclear

Aquiacute presentamos la explicacioacuten teoacuterica

y coacutemo se pone en praacutectica

COacuteMO FUNCIONA UNA BOMBA NUCLEAR EN LA

TEORIacuteA

El 16 de Julio de 1945 estalloacute la primera bomba

atoacutemica en el campo de pruebas de Trinity cerca

de aacutelamo Gordo (Nuevo Meacutejico) Desde ese pre-

64

ciso instante la historia de la humanidad ha pasado

a una nueva era la era nuclear

Nunca hasta entonces se habiacutean tenido los cono-

cimientos necesarios como para saber que la masa

puede convertirse en grandes cantidades de ener-

giacutea y coacutemo podiacutea realizarse ese proceso hasta

entonces reservado tan soacutelo a las estrellas

La famosa foacutermula de Einstein E = mc2 ha pasa-

do ya ha formar parte de la cultura popular auacuten sin

que en realidad se llegue a saber que implica

Donde E es energiacutea m masa y c la velocidad de la

luz (constante) En esta ecuacioacuten se expresa la

relacioacuten de equivalencia entre masa y energiacutea Por

ejemplo haciendo algunas cuentas se ve que con

un gramo de uranio si se convirtiese totalmente

en energiacutea se obtendriacutean 25 millones de Kw

Aplicado como una bomba nuclear basta decir

que para asolar Hiroshima soacutelo se convirtioacute un

65

gramo de masa (aunque toda la bomba como me-

canismo pesara cuatro toneladas) su potencia fue

de 125 kilotones es decir para igualar su potencia

seriacutean 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 combustibles

de fisioacuten Cuando en un espacio se reuacutene la sufi-

ciente cantidad de materia (denominada masa criacute-

tica) se produce una reaccioacuten en cadena espontaacute-

nea esto es el nuacutecleo de los aacutetomos del material

se divide liberando energiacutea y varios neutrones

raacutepidos que provocan que otros nuacutecleos tam-

bieacuten se dividan y liberen maacutes energiacutea y neutrones

Este proceso se denomina fisioacuten nuclear Sin em-

bargo si la densidad no es suficiente la energiacutea

liberada hace que el material se expanda y se de-

tenga el proceso Para evitar que se pare la reac-

cioacuten se recurre a una materia muy densa de por siacute

(isoacutetopos del uranio y plutonio) que ademaacutes se

comprime de manera muy raacutepida para lograr una

66

altiacutesima densidad que permite que los neutrones

raacutepidos choquen antes con otros nuacutecleos y se

produzcan antes el mayor nuacutemero 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 maacutes energiacutea Para una

explosioacuten de 100 kilotones son necesarias 58 ge-

neraciones las 7 uacuteltimas generan el 999 de la

energiacutea en periodo cortiacutesimo de tiempo Tambieacuten

puede liberarse energiacutea con la fusioacuten en este pro-

ceso los nuacutecleos se unen en vez de separarse pero

se requieren altiacutesimas temperaturas (del orden de

millones de grados) para que este proceso se lleve

a cabo Para esta reaccioacuten se usan aacutetomos ligeros

(maacutes faacuteciles de unir) generalmente hidroacutegeno o

sus isoacutetopos (deuterio y tritio) Para unir dos aacuteto-

mos basta con hacerlos chocar Los protones de

cada aacutetomo 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

67

fusioacuten deben comprimirse fuertemente los nuacute-

cleos y una vez hecho soacutelo podraacuten continuar uni-

dos si pierden un equivalente de la energiacutea que les

hizo apretarse En el caso de usar deuterio y tritio

se libera violentamente un neutroacuten Esta energiacutea

liberada es la que forma una bomba de fusioacuten

tambieacuten denominada bomba H

COMO FUNCIONA UNA BOMBA ATO-MICA EN LA PRACTICA

Sea cual fuere el sistema de funcionamiento de

una bomba nuclear (fusioacuten o fisioacuten) una cantidad

de masa se convierte en energiacutea la potencia soacutelo

depende de la capacidad de la ingenieriacutea para con-

vertir maacutes masa antes de que la reaccioacuten disperse

las moleacuteculas en teoriacutea la potencia es por tanto

ilimitada

Una bomba nuclear consiste baacutesicamente en una

esfera hueca de plutonio que no es lo suficiente-

68

mente densa como para producir una reaccioacuten 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 explosioacuten se disparan los detonado-

res que hacen que el material explosivo estalle de

la manera lo maacutes regular posible para que enviacutee

una onda de choque esfeacuterica hacia el plutonio

Cuando eacutesta impacta contra eacutel lo comprime y re-

duce su volumen empujaacutendolo hacia el centro de

la esfera hasta que alcanza una densidad suficiente

(supercriacutetica) y se dispara el iniciador de neutrones

para comenzar la reaccioacuten en cadena que da lugar

a la explosioacuten nuclear

Las bombas termonucleares de fusioacuten o H nece-

sitan de una gran temperatura para que se puedan

unir los nuacutecleos esto se consigue en el interior de

una explosioacuten de fisioacuten que es el comienzo de

toda bomba H

69

Una vez acabada la reaccioacuten de fusioacuten nos encon-

traremos con una esfera expandida con una tem-

peratura de millones de grados en la que existen

los productos de la fusioacuten (litio e isoacutetopos del

hidroacutegeno) Tal es su velocidad que pueden fun-

dirse unos con otros dando lugar a la reaccioacuten de

fusioacuten Esta reaccioacuten genera maacutes energiacutea que la

anterior y libera gran cantidad de partiacuteculas nu-

cleares pero no es una reaccioacuten en cadena ya que

el propio calor que genera hace que las partiacuteculas

se separen y se expandan en forma de una esfera

de plasma con una temperatura que tan soacutelo expe-

rimenta el universo de manera natural en las estre-

llas En nuestro sol por ejemplo ocurren la fusioacuten

nuclear de hidroacutegeno y helio Pero antes de que la

reaccioacuten se extinga los neutrones generados por

las detonaciones anteriores provocan de nuevo

una reaccioacuten de fusioacuten sobre una camisa de U-

238 pero esta vez mucho mayor que las anterio-

res La potencia de una bomba termonuclear care-

ce de liacutemite una bomba como la de Hiroshima de

70

125 kilotones (un kilotoacuten equivale a 1000 tonela-

das de TNT) se considera dentro de los arsenales

modernos como pequentildea siendo las de un mega-

toacuten (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 la

Segunda Guerra Mundial

Para la construccioacuten de una bomba nuclear nor-

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

primero no forma parte de la reaccioacuten nuclear

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

nera espontaacutenea emitiendo neutrones que son

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

duzca de manera accidental la reaccioacuten en cadena

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

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

cioacuten 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

71

reactores nucleares a partir del U-238

La desintegracioacuten del uranio en la reaccioacuten en

cadena se produce de manera espontaacutenea para una

masa de 50 Kg si eacuteste elemento es puro El pluto-

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

da reaccioacuten en cadena de modo que se mezcla de

berilo y polonio dando como resultado un pro-

ducto que aunque no es fisionable por si solo una

pequentildea cantidad actuacutea como catalizador para las

grandes reacciones Asiacute bastan 16 Kg de PU-239

para obtener la masa supercriacutetica y 10 Kg si se

mezcla con U-238

El U-235 es muy difiacutecil de extraer por encontrarse

en la naturaleza muy mezclado con otros com-

puestos Asiacute por cada 25000 toneladas de mineral

de uranio bruto soacutelo se obtienen 50 toneladas de

uranio del que el 993 es U-235 y el resto el

rariacutesimo isoacutetopo U-238 ambos soacutelo se pueden

separar de manera mecaacutenica gracias a la leviacutesima

72

diferencia de peso entre ambos Asiacute el uranio se

mezcla en forma gaseosa con fluor (hexafluoriacutedri-

co) que es impulsado a baja presioacuten hacieacutendolo

pasar por unas caacutemaras que aumentan la concen-

tracioacuten de uranio sensiblemente tras cientos de

pasadas Para una central nuclear la pureza ha de

ser del 2 y para una bomba (teoacutericamente) el

95

Para separar el isoacutetopo se recurre a la centrifuga-

cioacuten del gas siendo el maacutes pesado U-238 despedi-

do hacia el exterior con maacutes fuerza Para obtener

otra vez el uranio separado del gas se recurre a la

separacioacuten magneacutetica

MECANISMOS QUE SUELEN COMPONER UNA

BOMBA NUCLEAR

Los mecanismos que suelen componer una bom-

ba nuclear son los siguientes

73

ALTIacuteMETRO No suele usarse el baromeacutetrico

por verse afectado por las condiciones atmosfeacuteri-

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 seguacuten el tiempo transcu-

rrido en el recorrido puede saberse la altura sin

necesidad de complicar maacutes el sistema para dar

una precisioacuten que en realidad no es importante (2

o 3 m de diferencia no son apreciables maacutes que

en minibombas bastante menores que las de

Hiroshima) siendo la altura normal de detonacioacuten

la de 2000 m

En la praacutectica 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 electroacute-

nicamente para obtener la diferencia de ambas

que es proporcional a la altura Los pulsos suelen

emitirse 120 veces por segundo y alcanzan un

74

rango de 3000 m sobre la tierra y 6000 m sobre

el mar (la reflexioacuten es alliacute mejor) siendo su error

de hasta 15 m

CABEZA DETONADORA Como ya se dijo

estaacute compuesta de una carga explosiva muy bien

calibrada que a la orden del altiacutemetro detona

produciendo una onda de choque uniforme sobre

el elemento radioactivo comprimieacutendolo hasta

alcanzar la masa supercriacutetica

Compantildeiacuteas privadas producen camisas explosivas

que modificadas pueden ser usadas para la fabri-

cacioacuten del objeto que nos ocupa La cantidad de

presioacuten necesaria a aplicar es un secreto por razo-

nes de seguridad aunque se sabe que los explosi-

vos plaacutesticos son ideales sobre todo por su malea-

bilidad y facilidad de manejo

El detonador variacutea si es combustible es uranio o

plutonio

75

DETONADOR DE URANIO La masa total se

divide en dos partes una mayor de forma semies-

feacuterica y coacutencava que se acopla perfectamente con

la otra maacutes pequentildea Como es de suponer ambas

se encuentran separadas hasta el momento de la

detonacioacuten en el que una explosioacuten convencional

dispara la parte pequentildea que impacta contra la

mayor para lograr en un instante la masa supercriacute-

tica

DETONADOR DE PLUTONIO Necesita

una precisioacuten de ingenieriacutea mucho mayor que la

anterior ya que estaacute compuesta de 32 secciones de

plutonio-berilio-polonio todas de igual forma y

posicioacuten distribuidas conceacutentricamente El aspecto

final es parecido al de un baloacuten de fuacutetbol Todas

han de cerrarse simeacutetricamente en una diezmillo-

neacutesima de segundo para conseguir la detonacioacuten

DEFLECTOR DE NEUTRONES Suele ser

U-238 Su funcioacuten es la que ya se explicoacute evitar

76

una reaccioacuten accidental ademaacutes refleja las partiacutecu-

las de vuelta cuando se alcanza la masa supercriacuteti-

ca

ESCUDO PROTECTOR Recibe otros nom-

bres pero su funcioacuten es siempre la de proteger de

la radiacioacuten natural tanto al personal que la maneja

como a los circuitos de la bomba que pueden su-

frir cortocircuitos o puestas en funcionamiento

accidentales

SISTEMA DE ARMADO Es otro sistema maacutes

de seguridad consistente en quitar una parte im-

prescindible de la bomba para evitar detonaciones

accidentales de modo que soacutelo cuando estaacute

proacuteximo su lanzamiento se inserta esta parte Una

analogiacutea seriacutea como si al aparcar nuestro coche le

quitaacuteramos el volante o una bujiacutea asiacute estariacuteamos

seguros de que no nos lo roban porque sin estas

partes el coche no funciona

77

12 EFECTOS DE UNA EXPLOSIOacuteN NUCLEAR

Tenemos frescas en nuestra memo-

ria las imaacutegenes que nos mostroacute la

televisioacuten cuando se produjo el ac-

cidente de Chernobyl

Aquiacute explicamos todas las conse-

cuencias de una detonacioacuten 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

78

bull Radiacioacuten nuclear inicial la altiacutesima

temperatura y la elevada presioacuten que se

genera en el interior de la explosioacuten emi-

ten radiacioacuten en todas las direcciones Esta

se compone de rayos alfa beta y gamma

que son una forma de radiacioacuten electro-

magneacutetica de alta energiacutea que puede causar

la muerte sin que el individuo se de cuenta

de que ha sido irradiado Una explosioacuten de

un megatoacuten (de tamantildeo estaacutendar) matariacutea

a todo ser humano en 15 Km a la redonda

que se encontrase al aire libre

Las partiacuteculas alfa son ideacutenticas a un nuacutecleo de

helio son las que mas larga vida tienen unos mil

antildeos pero su poder de penetracioacuten 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 radiacioacuten Con 45 cm de tierra se

consigue reducir la radiacioacuten veinte veces

Las partiacuteculas beta penetran maacutes siendo suficiente

79

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

to la radiacioacuten (una pared moderna ya espesa se

compone de 1 pie de ladrillo maacutes caacutemara maacutes

aislante maacutes ladrillo hueco y yeso que suele que-

darse en los 37 cm)

Los de maacutes poder de penetracioacuten son las gamma

y por tanto los maacutes peligrosos ya son los que se

introducen en los refugios nucleares auacuten con

grandes espesores de hormigoacuten La uacutenica protec-

cioacuten eficaz es la de interponer grandes masas de

material mejor cuanto maacutes denso siendo el ideal

el plomo ya que pasa por los materiales como la

luz por una tela si esta es maacutes densa mayor canti-

dad de chocaraacute con ella y no la traspasaraacute Para

reducir la dosis a un veinteavo se precisan 30 cm

de hormigoacuten armado

bull Pulso electromagneacutetico La intensa acti-

vidad de los rayos gamma genera mediante

induccioacuten una corriente de alto voltaje so-

80

bre antenas viacuteas feacuterreas tuberiacuteas que des-

truye todas las instalaciones eleacutectricas de

una amplia zona si la explosioacuten se efectuacutea

a gran altura Una detonacioacuten de muchos

kilotones a 200 km sobre Omaha (Ne-

brasca) destruiriacutea todos los circuitos eleacutec-

tricos integrados de toda Norteameacuterica y

parte de Meacutejico y Canadaacute Ante el riesgo

de una detonacioacuten nuclear es conveniente

alejarse de liacuteneas eleacutectricas y viacutea feacuterreas ya

que la corriente inducida puede electrocu-

tarnos

bull Pulso teacutermico al expandirse la bola de

fuego el aire circundante absorbe energiacutea

en forma de rayos X y la irradia en forma

de una luz cegadora y un intensiacutesimo ca-

lor Una bomba de 20 Megatones produci-

riacutea una intensa luz durante 20 segundos y

causariacutea quemaduras de segundo grado a

81

cualquier persona expuesta a 45 Km de

distancia

bull Onda de choque La raacutepida expansioacuten de

la bola de fuego genera una onda de cho-

que como cualquier explosioacuten pero de

una potencia muy superior ya que puede

aplastar o barrer edificios dantildeaacutendolos muy

seriamente o destruyeacutendolos por comple-

to ya que maacutes que empujar por su dura-

cioacuten lo que hace es estrujar Una bomba

de 20 megatones no dejariacutea en un radio de

20 Km maacutes que escombros soacutelo se salva-

riacutean las cimentaciones y construcciones

enterradas

bull Primera lluvia radioactiva o lluvia ra-

diactiva local una explosioacuten de 20 mega-

tones aras de suelo produciriacutea un craacuteter de

183 m de profundidad la elevada tempe-

82

ratura vaporiza todo lo que se encuentra

dentro de la bola de fuego todo se funde

con los materiales radiactivos de la fisioacuten o

fusioacuten y se eleva con el hongo para luego

precipitar en forma de finas cenizas Esto

ocurriraacute durante las 24 h siguientes a la

explosioacuten y afectaraacute a una regioacuten maacutes o

menos amplia para una misma potencia

seguacuten la climatologiacutea El fenoacutemeno se am-

pliacutea considerablemente si la detonacioacuten se

produce cerca del suelo La energiacutea 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 maacutes destructivos los deno-

minados secundarios como incendios en masa

que acabariacutean con los pocos supervivientes y ma-

tariacutean a maacutes que el pulso teacutermico y la onda de

choque

83

Ademaacutes en caso de que se lanzaran muchas

bombas nucleares sus efectos secundarios seriacutean

mucho maacutes 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 10000 mega-

tones miacutenimos para considerar un holocausto

como tal

bull El primero de estos efectos es que la ra-

dioactividad liberada en caso de holocaus-

to penetrariacutea en todos y cada uno de los

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

Mientras que en dosis altas (seguacuten la espe-

cie) produciriacutea la muerte en otras maacutes ba-

jas los efectos seriacutean de lo maacutes variados

(mutaciones esterilidad)

bull El segundo seriacutea que los materiales im-

pulsados por las detonaciones se elevariacutean

hasta la troposfera donde ocultariacutean la luz

84

del sol durante meses o antildeos haciendo ba-

jar la temperatura de la tierra y alterando la

fotosiacutentesis de los vegetales y el plancton

marino seriacutea el famoso invierno nuclear

Ademaacutes estos materiales radiactivos iriacutean

cayendo durante meses o antildeos convirtieacuten-

dose en una lluvia radiactiva global que

auacuten con menos dosis radiactiva que una

lluvia provocada por una bomba seriacutea

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

antildeos Ese 5 de energiacutea liberada por la

lluvia radiactividad en una bomba es poco

pero en los 10000 megatones de un holo-

causto suponen ya 500 megatones que iraacuten

estallando durante miles de antildeos des-

pueacutes de la cataacutestrofe

85

bull El tercero seriacutea una reduccioacuten en la capa

de ozono producida por el oacutexido de nitroacute-

geno generado por las bolas de fuego de

modo que la radiacioacuten solar que llegase a

la tierra seriacutea mortal Un 70 del ozono

desapareceriacutea en el hemisferio norte y un

40 en el sur siendo necesarios treinta

antildeos para recuperar su estado normal

86

Ejercicios 12

MODELO DE RESOLUCIOacuteN

La distribucioacuten de los electrones de un aacutetomo

en sus niveles y subniveles se puede representar en

forma abreviada de la siguiente manera

a) Un coeficiente que indica el nuacutemero del nivel

de energiacutea (n)

b) Una letra que corresponde al subnivel

c) Un supraiacutendice que sentildeala el nuacutemero de elec-

trones que hay en el subnivel

1H = 1s1

3Li = 1s2 2s1

En razoacuten del entrecruzamiento de subniveles

el orden en que se van completando los subniveles

por energiacutea creciente es el siguiente

87

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

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

5d 6p 7s 5f 6d

7p

Para visualizar la distribucioacuten de los electrones

en orbitales se puede representar cada orbital por

un pequentildeo cuadrado dividido por una diagonal

y cada electroacuten mediante una flecha

Entonces el orbital puede estar

Vaciacuteo incompleto completo

(1 electroacuten) (2 electrones)

En caso del orbital completo las flechas tienen

sentido contrario para indicar que los electrones

presentan spin contrario

El llenado de los orbitales por los electrones

se realiza a partir de los niveles y subniveles en

88

orden creciente de energiacutea Cada nuevo electroacuten se

incorpora a un orbital vaciacuteo

De ese modo los elementos quedan represen-

tados asiacute

1H =

1s

3Li =

1s 2s

7N =

1s 2s 2p

89

Ejercicios 121

1) Un aacutetomo de foacutesforo tiene 15 protones y 16

neutrones Indicaacute cuaacutel es su

a) nuacutemero atoacutemico (Z) b) nuacutemero

de masa (A)

2) Un aacutetomo de potasio tiene Z =19 y A = 39

Indicaacute su nuacutemero de

a) protones b) electrones

c) neutrones

3) Completaacute los datos que faltan en el siguiente

cuadro

90

ELE-

MEN-

TO

NUacute-

MERO

ATOacute-

MICO

NUacute-

MERO

DE

MASA

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) Sentildealaacute el nombre y siacutembolo de los elementos

cuyas configuraciones electroacutenicas 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) Escribiacute la configuracioacuten electroacutenica de los

siguientes elementos

91

a) Na2311 = c) O16

8 =

b) Cl3517 = d) C12

6 =

6) De acuerdo con la siguiente representacioacuten de

los electrones en orbitales indicaacute a queacute ele-

mentos corresponden

a)

b)

c)

d)

7) Representaacute la distribucioacuten de los electrones en

orbitales de los elementos

a) 7N= c) 18Ar =

b) 15AI = d) 19K =

92

Hoja de respuestas121

1) a) 15 b) 31 2) a) 19 b) 19 c) 20

3)

ELE-

MEN-

TO

NUacuteME-

RO

ATOacute-

MICO

NUacute-

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)Argoacuten Ar

d)Escandio Sc

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

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)middot

94

Ejercicios 1211

Modelo de resolucioacuten

El nuacutemero de oxidacioacuten se asigna seguacuten las si-

guientes reglas

1) El nuacutemero de oxidacioacuten de los elementos en la

sustancia simple es cero

Ejemplo Cu0 02Cl

2) El nuacutemero de oxidacioacuten del oxiacutegeno es 2

excepto en las sustancias como el agua oxige-

nada Ejemplo H2

2Ominus

3) El nuacutemero de oxidacioacuten del hidroacutegeno es +1

excepto en las sustancias donde estaacute combina-

do con los metales Ejemplo 1

H+

2O

4) El nuacutemero de oxidacioacuten de un ion monoatoacute-

mico es igual a la carga del ion Ejemplo Ca2-

Cl-

95

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

braica de los nuacutemeros de oxidacioacuten de todos

los aacutetomos debe ser cero Ejemplo 1

H+

2

2Ominus

there42(+1) + (-2) = 0

6) En los iones que tienen maacutes de un aacutetomo la

suma algebraica de los nuacutemeros de oxidacioacuten

de todos los aacutetomos es igual a la carga del ion

El nuacutemero de oxidacioacuten se escribe colocando primero el signo y luego el nuacutemero

Ejemplo el nuacutemero de oxidacioacuten del aluminio es +3

1) Calculaacute los nuacutemeros de oxidacioacuten en la moleacute-

cula de dioacutexido de azufre (SO2)

Datos SO2 nuacutemero de oxidacioacuten del O2

es 2

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de S

Resolucioacuten Cada aacutetomo de oxiacutegeno tiene

nuacutemero de oxidacioacuten 2 por lo tanto el nuacute-

mero de oxidacioacuten del azufre es +4 porque

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

96

2) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten del azufre en

el aacutecido sulfuacuterico (H2SO4)

Datos H2SO2 nuacutemero de oxidacioacuten del

O2 es 2 nuacutemero de oxidacioacuten de H es -1

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de S

Resolucioacuten Se debe cumplir que la suma al-gebraica de todos los nuacutemeros de oxidacioacuten sea cero

4(-2) + 21 + x = 0

-8 + 2 + x = 0

x = 6

Respuesta el nuacutemero de oxidacioacuten del azufre

en el aacutecido sulfuacuterico es +6

3) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten del nitroacutegeno

en el nitrato de sodio (NaNO3)

Datos NaNO3 nuacutemero de oxidacioacuten del

O2 es 2

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de N

97

Resolucioacuten El nuacutemero de oxidacioacuten del

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

ga eleacutectrica positiva

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

1 6 + x = 0

x = 5

Respuesta el nuacutemero de oxidacioacuten del nitroacute-

geno en el nitrato de sodio es +5

4) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten del azufre en

el ion sulfato (S 24Ominus )

Datos S 24Ominus nuacutemero de oxidacioacuten del O2

es 2

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de S

Resolucioacuten La suma de los nuacutemeros de

oxidacioacuten es igual a 2 porque el ion sulfato

tiene dos cargas negativas (2-)

x + 4(-2) = -2

x 8 = -2

x = 6

98

Respuesta El nuacutemero de oxidacioacuten del azu-

fre en el ion sulfato es +6

99

Ejercicios 1212

1) Dibujaacute los siacutembolos de Lewis para los aacutetomos

de

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

2) iquestCoacutemo adquiere la distribucioacuten electroacutenica del

ineacutertido maacutes cercano cada uno de los siguien-

tes aacutetomos

a) K b)

F c)

S d) Mg e)

Br

3) Escribiacute las ecuaciones ioacutenicas la foacutermula elec-

troacutenica y la foacutermula miacutenima del compuesto

ioacutenico formado por

a) K y Br (bromuro de potasio)

b) Ca y O (oacutexido de calcio)

4) Marcaacute con una X las propiedades correspon-

dientes a las sustancias que presentan uniones

ioacutenicas

100

a) Son soacutelidas y tienen bajo punto de fusioacuten ( )

b) Conducen la corriente eleacutectrica fundidas o di-

sueltas en agua ( )

c) Tienen brillo metaacutelico ( )

d) Forman cristales duros y quebradizos solubles

en agua ( )

e) No conducen la corriente eleacutectrica ( )

5) Explicaacute coacutemo se unen dos aacutetomos de bromo

para formar la moleacutecula Br2 y escribiacute su

foacutermula electroacutenica y su foacutermula desarrollada

6) La foacutermula del monoacutexido de dicloro es Cl2O

a) Indicaacute queacute tipo de unioacuten existe entre el cloro y

el oxiacutegeno

b) Escribiacute su foacutermula electroacutenica y su foacutermula

desarrollada

7) El azufre y el oxiacutegeno forman dos oacutexidos

importantes el dioacutexido de azufre (SO2) y el

101

trioacutexido de azufre (SO3) Para el trioacutexido de

azufre

a) Indicaacute queacute tipo de unioacuten existe entre el azufre

y los tres aacutetomos de oxiacutegeno

b) Escribiacute la foacutermula electroacutenica

c) Escribiacute la foacutermula desarrollada

8) Marcaacute 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

liacutequidas o soacutelidas ( )

c) Son duacutectiles y maleables ( )

d) No forman moleacuteculas son agregados de

iones ( )

e) No son buenas conductoras de la corriente

eleacutectrica ( )

102

9) Coloque en el pareacutentesis UCP si la unioacuten es

covalente polar y UCNP si es covalento no

polar en cada una de las siguientes sustancias

a) cloruro de hidroacutegeno HCl ( )

b) Hidroacutegeno H2 ( )

c) yodo l2 ( )

10) Escribiacute la foacutermula electroacutenica y la foacutermula

desarrollada de cada una de las sustancias

mencionadas en el ejercicio 9

11) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten

a) del azufre (S)en el dioacutexido de azufre (SO2) en

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

sodio (Na2S)

b) del nitroacutegeno (N) en el dioacutexido de nitroacutegeno

(NO2) en el aacutecido niacutetrico (HNO3) y en el ni-

trato de potasio (KNO3)

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

can en el concepto de unioacuten metaacutelica

103

a) Tienen bajo punto de fusioacuten y de

ebullicioacuten ( )

b) Tienen brillo metaacutelico ( )

c) Conducen la corriente eleacutectrica sin

alterarse ( )

d) En estado soacutelido son malos conductores de la

corriente eleacutectrica ( )

e) Forman hilos y laacuteminas delgadas ( )

104

Hoja de respuestas 1212

1) a) He b) Al c)

Si d)

Ar e)

N

2) a) cede un electroacuten d) cede electrones c)

gana dos electrones b) y e) gana un electroacuten

3) a) Ecuaciones ioacutenicas

K K1+ + 1 e

Br + 1 e Br1-

K1+ + Br- KBr

Foacutermula electroacutenica K1+minus

1

Br

Foacutermula miacutenima KBr

b) Ecuaciones ioacutenicas

Ca Ca 2+ + 2 e

O + 2 e O2-

Ca2+ + O2- CaO

Foacutermula electroacutenica Ca2+ minus

2

O

105

Foacutermula miacutenima CaO

4) b y d

5) se unen compartiendo un par de electrones

6) a) unioacuten covalente

b) foacutermula electroacutenica

Cl

O

Cl

foacutermula desarrollada Cl O Cl

7) a) una unioacuten covalente doble entre el azufre y

uno de los aacutetomos de oxiacutegeno dos uniones cova-

lentes coordinadas con los otros dos aacutetomos de

oxiacutegeno

b) Foacutermula electroacutenica

Foacutermula desarrollada

106

8) a b y e

9) a) UCP y c) UCNP

10) Foacutermula electroacutenica Foacutermula desarrollada

a) H

Cl H Cl

b) HH H H

c)

I

I l I

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

12) b c y e

  • RADIACTIVIDAD
    • IacuteNDICE
      • 1 RADIACTIVIDAD NATURAL
      • 2 RELACIOacuteN ENTRE LA LEY DE LAVOISIER Y LA DE EINSTEIN
      • 3 INTERACCIONES ENTRE AacuteTOMOS Y ONDAS
      • 4 PODER DE PENETRACIOacuteN DE LA RADIACIOacuteN
      • 5 VIDA MEDIA
      • 6 RADIACTIVIDAD ARTIFICIAL
      • 7 USOS DE LOS RADIOISOacuteTOPOS
      • 8 MEDICINA NUCLEAR
      • 9 FECHADO POR MEDIO DE RADIOISOacuteTOPOS
      • 10 PLANTAS DE ENERGIacuteA NUCLEAR
      • 11 BOMBA ATOacuteMICA
      • 12 EFECTOS DE UNA EXPLOSIOacuteN NUCLEAR
        • Ejercicios 12
        • Ejercicios 121
        • Hoja de respuestas121
        • Ejercicios 1211
        • Ejercicios 1212
        • Hoja de respuestas 1212

24

En condiciones de igualdad por lo demaacutes

cuanto mayor es la masa de una partiacutecula menor

es su poder de penetracioacuten Las partiacuteculas alfa

que son nuacutecleos de helio con una masa de 4 uma

constituyen el menos penetrante de los tres tipos

principales de radiactividadLas partiacuteculas beta

ideacutenticas a los electrones cuya masa es insignifi-

cante son un poco maacutes penetrantes Los rayos

gamma como los rayos X carecen totalmente de

masa su poder de penetracioacuten es mucho mayor

que el de los otros dos tipos

Puede parecer contrario al sentido comuacuten

pensar que las partiacuteculas maacutes grandes se abren

camino con maacutes dificultad Consideraacute sin embar-

go que el poder de penetracioacuten refleja la capaci-

dad de la radiacioacuten para abrirse camino a traveacutes

de una muestra de materia Es como si trataras de

hacer rodar piedras por un campo de grandes ro-

cas La partiacutecula alfa se comporta como si fuese

una roca grande Debido a su tamantildeo no puede

25

avanzar mucho sin chocarse con otras rocas y ser

detenida por ellas La partiacutecula beta se comporta

como una piedra pequentildea que puede introducirse

entre las rocas y quizaacute hasta rebotar en ellas hasta

completar un recorrido maacutes largo El rayo gamma

es comparable a un grano de arena capaz de pasar

por las aberturas maacutes pequentildeas

Al principio de esta explicacioacuten dijimos que si

todo lo demaacutes es igual asiacute es como funcionan las

cosas Pero lo demaacutes no siempre es igual Cuanto

maacutes raacutepido se mueve una partiacutecula o maacutes energiacutea

tiene la radiacioacuten mayor es su poder de penetra-

cioacuten

Si la sustancia radiactiva estaacute afuera del cuer-

po las partiacuteculas alfa de poco poder de penetra-

cioacuten son las menos peligrosas pues las detiene la

capa externa de la piel Tambieacuten las partiacuteculas beta

se detienen normalmente antes de alcanzar oacuterga-

nos vitales Los rayos gamma atraviesan sin difi-

26

cultad los tejidos asiacute que una fuente externa de los

mismos puede ser muy peligrosa En cambio

cuando la fuente radiactiva estaacute adentro del cuerpo

la situacioacuten se invierte Las partiacuteculas alfa que no

penetran pueden causar graves dantildeos Todas estas

partiacuteculas estaacuten atrapadas en el interior del cuerpo

el cual tiene entonces la posibilidad de absorber

toda la energiacutea que libera la partiacutecula Las partiacutecu-

las alfa infligen el dantildeo en un aacuterea muy pequentildea

porque no se desplazan muy lejos Las partiacuteculas

beta distribuyen el dantildeo en un aacuterea algo mayor

porque recorren distancias mayores Los tejidos se

pueden recuperar de un dantildeo limitado disperso en

un aacuterea grande pero es menos probable que so-

brevivan a una lesioacuten concentrada

Las personas que trabajan con materiales ra-

diactivos disponen de diversas formas de prote-

gerse contra ellos La maacutes simple consiste en ale-

jarse de la fuente porque la intensidad de la radia-

cioacuten disminuye con la distancia respecto a la fuen-

27

te Los trabajadores se pueden proteger tambieacuten

por medio de blindajes Una hoja de papel detiene

casi todas las partiacuteculas alfa Un bloque de madera

o una laacutemina delgada de aluminio detiene las par-

tiacuteculas beta

Pero se necesitan varios metros de concreto o

varios centiacutemetros de plomo para detener los ra-

yos gamma

28

5 VIDA MEDIA

Cuando hablamos de aacutetomos individuales

estamos trabajando con elementos que

apenas imaginamos

Para entender lo que pasa con la radia-

cioacuten debemos referirnos a un grupo maacutes

grande de partiacuteculas y trabajar con pro-

medios

Hasta aquiacute hemos estudiado la radiactividad en

relacioacuten con los aacutetomos individuales En el labora-

torio nos ocupamos en general con nuacutemeros muy

grandes de aacutetomos mucho mayores que el nuacuteme-

29

ro de habitantes de la tierra Si pudieacutesemos ver el

nuacutecleo de un aacutetomo individual podriacuteamos ver si

sufre o no desintegracioacuten radiactiva examinando

su composicioacuten Ciertas combinaciones de proto-

nes y neutrones son inestables Sin embargo lo

que no podriacuteamos determinar es cuando el aacutetomo

va a sufrir un cambio La radiactividad es un pro-

ceso aleatorio independiente en general de las

influencias externas

Cuando tenemos un nuacutemero grande de aacuteto-

mos el proceso de desintegracioacuten radiactiva se

hace maacutes predecible Podemos medir la vida me-

dia que es una propiedad caracteriacutestica de cada

radioisoacutetopo La vida media de un isoacutetopo radiac-

tivo es el periacuteodo durante el cual la mitad del nuacute-

mero original de aacutetomos sufre desintegracioacuten ra-

diactiva para formar un nuevo elemento Por

ejemplo supone que tuvieacutesemos 16 billones de

aacutetomos de tritio el isoacutetopo radiactivo de hidroacutege-

no La vida media del tritio es de 123 antildeos Esto

significa que al cabo de 123 antildeos se habraacuten desin-

30

tegrado 8 billones de aacutetomos de tritio y quedaraacuten

8 billones de aacutetomos Al cabo de otros 123 antildeos

se habraacute desintegrado la mitad de los 8 billones de

aacutetomos restantes Por tanto al cabo de dos vidas

medias quedaraacute una cuarta parte del nuacutemero ori-

ginal de aacutetomos de tritio Asiacute pues dos vidas me-

dias no hacen una entera

Podemos calcular la fraccioacuten restante del isoacute-

topo original al cabo de un nuacutemero dado de vidas

medias por medio de la relacioacuten

FRACCIOacuteN RESTANTE N21

=

Donde n es el nuacutemero de vidas medias trans-

curridas

31

6 RADIACTIVIDAD ARTIFICIAL

La radiactividad es un fenoacutemeno na-

tural y en esas condiciones poco

aprovechable

El hombre trabajoacute mucho para con-

trolarlo y hacer de este efecto algo

uacutetil Aunque como es muy habitual

en la humanidad las implementacio-

nes destructivas tambieacuten tuvieron

gran desarrollo

32

TRANSMUTACIOacuteN ARTIFICIAL

Las formas de radiactividad que se presentan

en la Naturaleza Se pueden inducir otras reaccio-

nes nucleares bombardeando nuacutecleos estables con

partiacuteculas alfa neutrones u otras partiacuteculas sub-

atoacutemicas Estas partiacuteculas si tienen suficiente

energiacutea penetran los nuacutecleos que antes eran esta-

bles e inducen alguna forma de emisioacuten radiacti-

va Al igual que la radiactividad natural este tipo

de cambio nuclear produce una transmutacioacuten un

elemento se transforma en otro Debido a que el

cambio no se habriacutea producido de manera natural

el proceso se conoce como transmutacioacuten artifi-

cial

Pocos antildeos despueacutes de su famoso experimen-

to de la laminilla de oro (bombardeo con radiacioacuten

alfa una lamina de oro y detectoacute en una lamina de

sulfuro de zinc la radiacioacuten emergente) Ernest

Rutherford estudioacute el bombardeo de diversos

elementos ligeros con partiacuteculas alfa Un experi-

33

mento de este tipo en el cual Rutherford bom-

bardeoacute nitroacutegeno dio por resultado la produccioacuten

de protones

N147 + He4

2 O178 + H1

1

(Recordaacute que el nuacutecleo de hidroacutegeno es un protoacuten

por eso usamos el siacutembolo alternativo H11 para el pro-

toacuten)

Observaacute que la suma de los nuacutemeros de nu-

cleones de la izquierda es igual a la suma de los

nuacutemeros de nucleones de la derecha Tambieacuten los

nuacutemeros atoacutemicos estaacuten balanceados

Rutherford habiacutea postulado en 1914 la exis-

tencia de protones en los nuacutecleos Un experimen-

to publicado en 1919 proporcionoacute la primera

comprobacioacuten empiacuterica de la existencia de estas

partiacuteculas fundamentales Ya antes Eugen Golds-

tein habiacutea producido protones en sus experimen-

34

tos con tubos de descarga en gas Goldstein obtu-

vo estas partiacuteculas a partir del hidroacutegeno gaseoso

contenido en el tubo por separacioacuten de un elec-

troacuten del aacutetomo de hidroacutegeno La trascendencia del

experimento de Rutherford consistioacute en que ob-

tuvo protones del nuacutecleo de un aacutetomo que no era

de hidroacutegeno con lo cual establecioacute la naturaleza

de los protones como partiacuteculas fundamentales Al

hablar de partiacuteculas fundamentales nos referimos a

las unidades baacutesicas a partir de las cuales se pue-

den formar estructuras maacutes complicadas (como el

nuacutecleo de nitroacutegeno) El experimento de Ruther-

ford constituyoacute la primera reaccioacuten nuclear indu-

cida

Durante la deacutecada de 1920 se llevaron a cabo

muchas transmutaciones artificiales En la deacutecada

de 1930 una de estas reacciones condujo al descu-

brimiento de otra partiacutecula fundamental En 1932

James Chadwick bombardeoacute berilio con partiacuteculas

alfa

35

Be94 + He4

2 C126 + n1

0 Entre los productos se encontraba el neutroacuten

RADIACTIVIDAD INDUCIDA

Las primeras reacciones nucleares produjeron

isoacutetopos que ya se conociacutean por estar presentes en

la Naturaleza Esto fue quizaacute fortuito porque era

inevitable que tarde o temprano se produjese un

nuacutecleo estable Iregravene Curie (hija de los ganadores

del premio Nobel de 1903) y su esposo Freacutedeacuteric

Joliot estudiaban el bombardeo de aluminio con

partiacuteculas alfa Se produciacutean neutrones y quedaba

como residuo un isoacutetopo de foacutesforo

Al2713 + He4

2 P3015 + n1

0

Para sorpresa de los investigadores el blanco

seguiacutea emitiendo partiacuteculas auacuten despueacutes de inte-

rrumpido el bombardeo El isoacutetopo de foacutesforo era

radiactivo y emitiacutea partiacuteculas cuya masa era igual a

36

la del electroacuten pero cuya carga era opuesta Estas

partiacuteculas se llaman positrones La reaccioacuten que

estaban observando era la siguiente

P3015 e0

1+ + Si3014

Asiacute pues surge una vez maacutes la pregunta iquestde doacuten-

de proviene esta partiacutecula si el nuacutecleo contiene

soacutelo protones y neutrones Anteriormente expli-

camos el hecho de que surgiese una partiacutecula beta

(un electroacuten) de un nuacutecleo afirmando que un neu-

troacuten se habiacutea descompuesto en un protoacuten y un

electroacuten Quizaacute un suceso similar puede explicar la

aparicioacuten de un positroacuten Considera que un pro-

toacuten del nuacutecleo se transforma en un neutroacuten y un

positroacuten (un protoacuten es ideacutentico a un nuacutecleo de

hidroacutegeno)

H11 e0

1+ + N10

Todo queda muy bien balanceado en esta

37

ecuacioacuten Al emitirse el positroacuten el nuacutecleo radiac-

tivo original tiene de pronto un protoacuten menos y

un neutroacuten maacutes que antes Por tanto la masa del

nuacutecleo producido es la misma pero su nuacutemero

atoacutemico se ha reducido en una unidad respecto al

nuacutecleo original Por este trabajo la pareja Joliot-

Curie se hizo acreedora al premio Nobel en 1935

(la pareja Joliot-Curie adoptoacute el apellido combina-

do para perpetuar el nombre de Curie Marie y

Pierre Curie tuvieron dos hijas pero ninguacuten hijo

varoacuten

38

7 USOS DE LOS RADIOISOacuteTOPOS

Muchas de las aplicaciones de la energiacutea

de la radiacioacuten se realizan a traveacutes de los

radioisoacutetopos

Gracias a ellos y a los detectores se evitan

grandes perdidas materiales y se ahorra

grandes esfuerzos

Los cientiacuteficos que trabajan en una amplia va-

riedad de campos emplean isoacutetopos radiactivos

(radioisoacutetopos) como rastreadores en sistemas

fiacutesicos quiacutemicos y bioloacutegicos Los isoacutetopos de un

elemento determinado sea radiactivo o no se

39

comportan de manera casi ideacutentica en los proce-

sos quiacutemicos y fiacutesicos En virtud de la facilidad

para detectar los isoacutetopos radiactivos es relativa-

mente faacutecil seguir sus movimientos incluso en un

sistema complicado

Como un ejemplo sencillo consideremos el

flujo de un liacutequido por una tuberiacutea Supongamos

que hay una fuga en una tuberiacutea enterrada bajo un

piso de concreto Podriacuteamos localizar la fuga le-

vantando partes extensas del piso o bien podriacutea-

mos agregar una pequentildea cantidad de material

radiactivo al liacutequido que va hacia el drenaje y ras-

trear el flujo de liacutequido con un contador Geiger

(un instrumento que detecta la radiactividad) Una

vez localizada la fuga soacutelo habriacutea que levantar una

parte pequentildea del piso para reparar la fuga Por lo

general se emplean para este propoacutesito isoacutetopos

de vida corta que desaparecen poco tiempo des-

pueacutes de realizar su funcioacuten

Anaacutelogamente podriacuteamos rastrear la incorpo-

racioacuten de foacutesforo en una planta verde La planta se

40

alimenta con un fertilizante que contiene foacutesforo

radiactivo Un meacutetodo sencillo de deteccioacuten con-

siste en colocar la planta sobre una peliacutecula foto-

graacutefica La radiacioacuten que emiten los isoacutetopos de

foacutesforo expone la peliacutecula en gran medida como

lo hace la luz Este tipo de exposicioacuten llamado

radiografiacutea muestra la distribucioacuten del foacutesforo en

la planta

Tambieacuten se da un buen uso a los rastreadores

radiactivos en la investigacioacuten agriacutecola Estos isoacute-

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 cuaacuteles son los mejores meacutetodos para

regular los insectos La mutacioacuten intencional de

plantas por irradiacioacuten ha producido nuevas y

mejores cepas de plantas de cultivo con valor co-

mercial desde raacutebanos hasta maniacute

Los radioisoacutetopos se emplean tambieacuten para

irradiar alimentos como meacutetodo de conservacioacuten

La radiacioacuten destruye los microorganismos que

41

causan la descomposicioacuten de los alimentos Los

alimentos irradiados muestran poco cambio en

cuanto a su saber o aspecto A muchas personas

les inquietan los posibles efectos dantildeinos de las

sustancias quiacutemicas que produce la radiacioacuten pero

no hay pruebas contundentes de dantildeos causados

por alimentos irradiados en animales de laborato-

rio alimentados con ellos y tampoco se conocen

efectos adversos en seres humanos en los paiacuteses

donde la irradiacioacuten se ha utilizado por muchos

antildeos El proceso de esterilizacioacuten no deja irradia-

cioacuten residual en los alimentos

Los radioisoacutetopos han sido empleados exten-

samente en la investigacioacuten cientiacutefica baacutesica El

mecanismo de la fotosiacutentesis se dilucidoacute en gran

parte utilizando carbono 14 como rastreador Por

ejemplo para determinar coacutemo fabrican las plan-

tas el azuacutecar glucosa a partir de dioacutexido de carbo-

no y agua la planta se expone a dioacutexido de carbo-

no radiactivo El investigador identifica los com-

puestos que se forman a partir de estas materias

42

primas y el orden en el que se sintetizan y despueacutes

determina cuaacuteles compuestos se tornan radiactivos

y en queacute secuencia Con base en los dates obteni-

dos de experimentos con rastreadores los cientiacutefi-

cos determinan las rutas metaboacutelicas de plantas

animales y seres humanos

43

8 MEDICINA NUCLEAR

La medicina nuclear ha generado tra-

tamientos y terapias inimaginables

antes de su descubrimiento

En el diagnostico generoacute meacutetodos no

invasivos que evitan a los paciente

tanto sufrimientos como peacuterdidas de

tiempo

En medicina nuclear se dan dos usos distintos

a los radioisoacutetopos para fines terapeacuteuticos o para

realizar un diagnoacutestico En la terapia con radiacioacuten

se intenta tratar o curar un padecimiento por

44

medio de radiacioacuten El uso de los radioisoacutetopos

con fines de diagnoacutestico busca obtener informa-

cioacuten acerca del estado de salud del paciente

TERAPIA POR RADIACIOacuteN

El caacutencer no es una sola enfermedad sino

muchas Algunas formas de caacutencer son particu-

larmente susceptibles a la terapia por radiacioacuten La

radiacioacuten se dirige cuidadosamente hacia el tejido

canceroso y se reduce al miacutenimo la exposicioacuten de

las ceacutelulas normales Si los efectos destructivos de

la radiacioacuten consiguen matar las ceacutelulas cancero-

sas se detiene el avance del tumor maligno (Pero

los pacientes que se someten a terapia por radia-

cioacuten suelen experimentar malestares a causa del

tratamiento Naacuteusea y voacutemito son los siacutentomas

usuales del malestar por radiacioacuten Asiacute pues el

objetivo de la terapia por radiacioacuten es destruir las

ceacutelulas cancerosas antes de que se cause un dantildeo

excesivo a los tejidos sanos La radiacioacuten tiene

45

efectos maacutes letales para las ceacutelulas que se reprodu-

cen con rapidez y eacutesta es precisamente la caracte-

riacutestica de las ceacutelulas cancerosas que permite que la

terapia por radiacioacuten tenga eacutexito

USOS DIAGNOacuteSTICOS DE LOS RADIOISOacuteTOPOS

Los radioisoacutetopos se usan para fines diagnoacutes-

ticos con el propoacutesito de obtener informacioacuten

acerca del tipo o el alcance de la enfermedad El

yodo 131 radiactivo se emplea para determinar el

tamantildeo la forma y la actividad de la glaacutendula ti-

roides asiacute como para tratar caacutenceres localizados

en esta glaacutendula y para controlar una tiroides hi-

peractiva Primero el paciente toma una solucioacuten

de yoduro de potasio que contiene yodo 131 El

organismo concentra el yodo en la tiroides Se

usan dosis grandes para el tratamiento del caacutencer

de la tiroides la radiacioacuten del isoacutetopo se concentra

en las ceacutelulas cancerosas de esta glaacutendula auacuten

cuando las ceacutelulas cancerosas se hayan extendido a

46

otras partes del cuerpo Sin embargo para fines de

diagnoacutestico soacutelo se necesita una pequentildea cantidad

del radioisoacutetopo Tambieacuten 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-

poracioacuten diferencial del isoacutetopo La imagen que

se obtiene se describe como una fotoexploracioacuten

y permite determinar con precisioacuten la ubicacioacuten de

un tumor en esa regioacuten del cuerpo

El radioisoacutetopo de uso maacutes extendido en medicina

es el gadolinio 153 Este isoacutetopo se emplea para

evaluar la mineralizacioacuten de los huesos Su popu-

laridad es un indicio del gran nuacutemero de personas

principalmente mujeres que sufren de osteoporo-

sis (reduccioacuten de la cantidad de tejido oacuteseo) a me-

dida que envejecen El gadolinio 153 emite dos

radiaciones caracteriacutesticas un rayo gamma y un

rayo X Un dispositivo analizador compara estas

radiacioacuten despueacutes de que atraviesan el hueso La

47

densidad del mismo se determina con base en las

diferencias de absorcioacuten de los rayos

El tecnecio 99m se utiliza en diversos ensayos

diagnoacutesticos La letra m quiere decir metaestable

lo que significa que este isoacutetopo emite cierta ener-

giacutea para convertirse en una versioacuten maacutes estable del

mismo isoacutetopo (mismo nuacutemero atoacutemico y mismo

peso atoacutemico) La energiacutea que desprende es el

rayo gamma que permite detectar el isoacutetopo

Tcm9943 Tc99

43 + y

Observa que la desintegracioacuten del tecnecio

99m no produce partiacuteculas alfa ni beta las cuales

podriacutean causar dantildeos innecesarios al organismo

Ademaacutes el tecnecio 99m tiene una vida media cor-

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

tividad no permanece en el organismo mucho

tiempo despueacutes de que la exploracioacuten se ha com-

pletado Esta vida media tan corta obliga a planifi-

48

car cuidadosamente el uso del radioisoacutetopo De

hecho lo que se adquiere no es el isoacutetopo mismo

El tecnecio 99m se forma por desintegracioacuten del

molibdeno 99

Mo9942 Tcm99

43 + e01minus + y

Se emplea un recipiente que contiene este isoacute-

topo de molibdeno y el producto de desintegra-

cioacuten el tecnecio 99 se extrae del recipiente a

medida que se necesita

Mediante el uso de modernas tecnologiacuteas ba-

sadas en la utilizacioacuten de computadoras la tomo-

grafiacutea por emisioacuten de positrones (PET por sus

siglas en ingleacutes) permite medir los procesos dinaacute-

micos que se llevan a cabo en el organismo como

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

boliza el oxiacutegeno o la glucosa Las exploraciones

de PET se emplean actualmente para identificar

con precisioacuten el aacuterea de dantildeo cerebral que desen-

49

cadena los ataques epileacutepticos graves Antes de la

exploracioacuten se inhalan o se inyectan compuestos

que contienen isoacutetopos emisores de positrones

como el carbono 11 Antes de que el positroacuten

emitido pueda recorrer una distancia apreciable en

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

teria ordinaria abundan los electrones) y se produ-

cen dos rayos gamma

C116 B11

5 + e01+

e01+ + e0

1minus 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 simultaacuteneamente

dos rayos gamma el sistema no toma en cuenta

los rayos gamma de la radiacioacuten natural de fondo

A continuacioacuten se emplea una computadora para

calcular la ubicacioacuten dentro del cuerpo del punto

50

en el cual ocurrioacute una aniquilacioacuten del positroacuten y

el electroacuten y se genera una imagen en esa regioacuten

La tabla contiene una lista de radioisoacutetopos de

uso comuacuten en la medicina La lista es necesaria-

mente incompleta Incluso con esta exposicioacuten tan

breve puedes hacerte una idea de la importancia

que los radioisoacutetopos tienen en la medicina La

aseveracioacuten de que la ciencia nuclear ha salvado

maacutes vidas de las destruidas por las bombas atoacutemi-

cas no carece el fundamento

51

Isoacutetopo Nombre Vida me-

dia Uso

C11 Carbono 11 203m Exploraciones cere-

brales

Cr51 Cromo 51 278d Determinacioacuten

del volumen sanguiacute-

neo

Co57 Cobalto 57 270d Medicioacuten de la

incorporacioacuten de

vitamina v12

Co60 Cobalto 60 526a Terapia de caacutencer

por radiacioacuten

Gd153 Gadolinio

153

242d Determinacioacuten

de la densidad oacutesea

Ga67 Galio 67 781h Exploracioacuten en

busca de tumores

pulmonares

I131 Yodo 131 807d Terapia de la ti-

roides

Ir192 Iridio 192 74d Terapia del caacuten-

cer de mamaacute

Fe59 Hierro 59 45d Deteccioacuten de

anemia

52

P32 Foacutesforo 32 143d Deteccioacuten de

caacutencer de la piel o

tumores oculares

Pu238 Plutonio

238

86a Suministra ener-

giacutea para marcapasos

Ra226 Radio 226 1600a Terapia de caacutencer

por radiacioacuten

Se75 Selenio 75 120d Exploraciones del

paacutencreas

Na24 Sodio 24 150h Localizacioacuten de

obstrucciones en el

flujo sanguiacuteneo

Tc99 Tecnecio 99 60h Obtencioacuten de imaacute-

genes de cerebro hiacutega-

do meacutedula oacutesea rintildeoacuten o

corazoacuten

Tl201 Talio 201 73h Deteccioacuten de pro-

blemas cardiacos con la

prueba de esfuerzo en

rueda de andar

H3 Tritio 123a Determinacioacuten de

agua corporal total

Xe133 Xenoacuten133 527d Obtencioacuten de imaacute-

genes de pulmoacuten

53

9 FECHADO POR MEDIO DE RADIOISOacuteTOPOS

Una de las aplicaciones maacutes in-

creiacutebles de la quiacutemica nuclear es la po-

sibilidad de averiguar la antiguumledad de

los objetos encontrados en las investi-

gaciones arqueoloacutegicas

Se puede usar la vida media de ciertos isoacuteto-

pos para estimar la antiguumledad de rocas y artefac-

tos arqueoloacutegicos El uranio 238 se desintegra con

una vida media de 4500 millones de anos Los

productos iniciales de esta desintegracioacuten tambieacuten

son radiactivos y la descomposicioacuten continuacutea

54

hasta que se forma un isoacutetopo de plomo (plomo

206) Los quiacutemicos pueden estimar la antiguumledad

de una roca determinando las proporciones relati-

vas de uranio 238 y plomo 206 Se ha encontrado

que algunas de las rocas maacutes antiguas de la Tierra

se formaron hace entre 3000 y 4500 millones de

antildeos En las rocas lunares y en meteoritos se ha

determinado una antiguumledad maacutexima de alrededor

de 4500 millones de antildeos Asiacute pues se considera

en general que la Tierra tiene una antiguumledad de

unos 4500 millones de antildeos

FECHADO POR CARBONO 14

En el fechado de artefactos interviene por lo

general un isoacutetopo radiactivo de carbono Se for-

ma carbono 14 en las capas superiores de la at-

moacutesfera por el bombardeo que experimenta el

nitroacutegeno ordinario por parte de los neutrones de

los rayos coacutesmicos

55

N147 + n1

0 C146 + H1

1

Este proceso origina una concentracioacuten cons-

tante de carbono 14 en el CO2 terrestre Las plan-

tas y animales vivos incorporan este isoacutetopo en

sus propias ceacutelulas Sin embargo cuando estos

seres mueren se interrumpe la incorporacioacuten de

carbono 14 y el carbono 14 que hay en el orga-

nismo se desintegra (con una vida media de 5 730

antildeos) a nitroacutegeno 14

Por consiguiente basta con medir la actividad

residual de carbono 14 en un artefacto de origen

vegetal o animal para determinar su antiguumledad

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 antildeos de antiguumle-

dad es decir ha estado muerta durante un tiempo

equivalente a una vida media Anaacutelogamente un

artefacto que muestra el 25 de la actividad de

carbono 14 del material vegetal reciente tiene

56

11460 anos de antiguumledad 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 aquiacute supone que la formacioacuten del isoacutetopo

fue constante a lo largo del tiempo En realidad no

es asiacute Sin embargo aproximadamente para los

uacuteltimos 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

aacuterboles Se han construido curvas de calibracioacuten

que permiten determinar fechas consideradas co-

mo exactas

En teacuterminos generales el meacutetodo de carbono

14 es razonablemente preciso para fechar objetos

de hasta 50000 antildeos de antiguumledad La cantidad

residual del isoacutetopo en los objetos de una antiguumle-

dad mayor que esa es demasiado pequentildea para

hacer una determinacioacuten exacta

El carboacuten de las fogatas de los pueblos anti-

57

guos fechado por determinacioacuten de la actividad

de carbono 14 se usa para estimar la antiguumledad

de otros artefactos encontrados en el mismo em-

plazamiento arqueoloacutegico La teacutecnica de fechado

por carbono 14 se ha usado tambieacuten para detectar

si supuestos artefactos antiguos han sido falsifica-

dos

EL SUDARIO DE TURIacuteN

Probablemente han oiacutedo hablar del sudario de

Turiacuten Se trata de una pieza de tejido de lino muy

antigua de unos 4 metros de largo que muestra la

impresioacuten aproximada de un cuerpo humano

Desde alrededor del antildeo 1350 dC 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-

bricacioacuten del lienzo habiacutea sido cultivado en alguacuten

memento entre los anos de 1260 y 1390 dC Por

58

tanto el lienzo no podriacutea haber existido en tiem-

pos de Cristo A diferencia de los pergaminos del

Mar Muerto para los que el fechado por carbono

14 demostroacute que son registros auteacutenticos de una

civilizacioacuten que existioacute hace unos 2000 antildeos el

sudario de Turiacuten resultoacute ser falso

FECHADO POR TRITIO

El tritio que es el isoacutetopo radiactivo del

hidroacutegeno sirve tambieacuten para fechar Su vida me-

dia de 123 antildeos lo hace uacutetil para fechar objetos de

hasta 100 antildeos de antiguumledad Una aplicacioacuten inte-

resante es el fechado de aguardientes Estas bebi-

das alcohoacutelicas son muy costosas cuando han sido

antildeejadas de 10 a 50 antildeos El fechado por tritio

permite comprobar la veracidad de los anuncios

publicitarios respecto al proceso de antildeejamiento

de las variedades maacutes caras

Hay muchos otros isoacutetopos que permiten es-

timar la antiguumledad de objetos y materiales

59

Isoacutetopo Vida me-

dia

(antildeos)

Periacuteodo de

utilidad Uso

Carbono 14 5730 500 a 50000

antildeos

Carboacuten vege-

tal material

orgaacutenico

Tritio 123 1 a 100 antildeosVinos antildeeja-

dos

Potasio 40 13 x 109 Desde 10000

antildeos

Rocas corteza

terrestre y

lunar

Renio 187 43 x1010 Desde 4 x

107 antildeos Meteoritos

Ranio238 45 x109 Desde 107

antildeos

Rocas corteza

terrestre

60

10 PLANTAS DE ENERGIacuteA NUCLEAR

iquestSabeacutes de doacutende viene esa energiacutea que nosotros usamos tanto Mucha de la energiacutea eleacutectrica es

producida por plantas nucleares de to-do el mundo

La energiacutea nuclear ha dado origen a bombas

muy destructivas y a la nociva precipitacioacuten ra-

diactiva y podriacutea incluso provocar un devastador

invierno nuclear Sin embargo una cantidad mu-

cho mayor de personas han recibido beneficios de

la energiacutea nuclear que las que han sido perjudica-

das por ella El hecho es que existen muchos usos

de la energiacutea nuclear que son sumamente beneacutefi-

61

cos Ya conocemos el uso de isoacutetopos radiactivos

en el diagnoacutestico cliacutenico y en el fechado de obje-

tos de antiguumledad desconocida Otro uso paciacutefico

de la energiacutea nuclear es la generacioacuten de electri-

cidad Una gran parte de la energiacutea eleacutectrica que

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

giacutea nuclear

En la actualidad una quinta parte de toda la

electricidad que se produce en Estados Unidos

proviene de plantas de energiacutea nuclear En Euro-

pa la dependencia respecto a la energiacutea nuclear

para la produccioacuten de electricidad es auacuten mayor

En Francia por ejemplo maacutes del 70 de la ener-

giacutea eleacutectrica del paiacutes proviene de plantas nuclea-

res

No es sorprendente que una reaccioacuten que

desprende tanta energiacutea como lo hace la fisioacuten

nuclear se use como fuente de energiacutea para gene-

rar electricidad En las plantas de energiacutea nuclear

se usa el calor obtenido de una reaccioacuten de fisioacuten

62

en cadena controlada para producir vapor de

agua que mueve las turbinas generadoras de elec-

tricidad El combustible nuclear es normalmente

oacutexido de uranio U3O8 enriquecido hasta alrede-

dor de 3 de uranio 235

La energiacutea nuclear es mucho maacutes limpia que la

que se obtiene quemando combustibles foacutesiles

(carboacuten petroacuteleo y gas) no produce cenizas finas

ni holliacuten no forma dioacutexido de carbono que con-

tribuye al efecto de invernadero y al calentamiento

global y no contamina el aire con oacutexidos de azu-

fre y de nitroacutegeno que dan origen a la lluvia aacutecida

Por otra parte emite grandes cantidades de calor

residual en el ambiente y lo que es mucho maacutes

serio produce muchos residuos radiactivos La

eliminacioacuten de todos estos materiales radiactivos

de desecho es uno de los problemas constantes

que se tienen en relacioacuten con las plantas de energiacutea

nuclear

63

11 BOMBA ATOacuteMICA

Todos sabemos los desastres que pue-

den causar la detonacioacuten de una bomba

nuclear

Aquiacute presentamos la explicacioacuten teoacuterica

y coacutemo se pone en praacutectica

COacuteMO FUNCIONA UNA BOMBA NUCLEAR EN LA

TEORIacuteA

El 16 de Julio de 1945 estalloacute la primera bomba

atoacutemica en el campo de pruebas de Trinity cerca

de aacutelamo Gordo (Nuevo Meacutejico) Desde ese pre-

64

ciso instante la historia de la humanidad ha pasado

a una nueva era la era nuclear

Nunca hasta entonces se habiacutean tenido los cono-

cimientos necesarios como para saber que la masa

puede convertirse en grandes cantidades de ener-

giacutea y coacutemo podiacutea realizarse ese proceso hasta

entonces reservado tan soacutelo a las estrellas

La famosa foacutermula de Einstein E = mc2 ha pasa-

do ya ha formar parte de la cultura popular auacuten sin

que en realidad se llegue a saber que implica

Donde E es energiacutea m masa y c la velocidad de la

luz (constante) En esta ecuacioacuten se expresa la

relacioacuten de equivalencia entre masa y energiacutea Por

ejemplo haciendo algunas cuentas se ve que con

un gramo de uranio si se convirtiese totalmente

en energiacutea se obtendriacutean 25 millones de Kw

Aplicado como una bomba nuclear basta decir

que para asolar Hiroshima soacutelo se convirtioacute un

65

gramo de masa (aunque toda la bomba como me-

canismo pesara cuatro toneladas) su potencia fue

de 125 kilotones es decir para igualar su potencia

seriacutean 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 combustibles

de fisioacuten Cuando en un espacio se reuacutene la sufi-

ciente cantidad de materia (denominada masa criacute-

tica) se produce una reaccioacuten en cadena espontaacute-

nea esto es el nuacutecleo de los aacutetomos del material

se divide liberando energiacutea y varios neutrones

raacutepidos que provocan que otros nuacutecleos tam-

bieacuten se dividan y liberen maacutes energiacutea y neutrones

Este proceso se denomina fisioacuten nuclear Sin em-

bargo si la densidad no es suficiente la energiacutea

liberada hace que el material se expanda y se de-

tenga el proceso Para evitar que se pare la reac-

cioacuten se recurre a una materia muy densa de por siacute

(isoacutetopos del uranio y plutonio) que ademaacutes se

comprime de manera muy raacutepida para lograr una

66

altiacutesima densidad que permite que los neutrones

raacutepidos choquen antes con otros nuacutecleos y se

produzcan antes el mayor nuacutemero 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 maacutes energiacutea Para una

explosioacuten de 100 kilotones son necesarias 58 ge-

neraciones las 7 uacuteltimas generan el 999 de la

energiacutea en periodo cortiacutesimo de tiempo Tambieacuten

puede liberarse energiacutea con la fusioacuten en este pro-

ceso los nuacutecleos se unen en vez de separarse pero

se requieren altiacutesimas temperaturas (del orden de

millones de grados) para que este proceso se lleve

a cabo Para esta reaccioacuten se usan aacutetomos ligeros

(maacutes faacuteciles de unir) generalmente hidroacutegeno o

sus isoacutetopos (deuterio y tritio) Para unir dos aacuteto-

mos basta con hacerlos chocar Los protones de

cada aacutetomo 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

67

fusioacuten deben comprimirse fuertemente los nuacute-

cleos y una vez hecho soacutelo podraacuten continuar uni-

dos si pierden un equivalente de la energiacutea que les

hizo apretarse En el caso de usar deuterio y tritio

se libera violentamente un neutroacuten Esta energiacutea

liberada es la que forma una bomba de fusioacuten

tambieacuten denominada bomba H

COMO FUNCIONA UNA BOMBA ATO-MICA EN LA PRACTICA

Sea cual fuere el sistema de funcionamiento de

una bomba nuclear (fusioacuten o fisioacuten) una cantidad

de masa se convierte en energiacutea la potencia soacutelo

depende de la capacidad de la ingenieriacutea para con-

vertir maacutes masa antes de que la reaccioacuten disperse

las moleacuteculas en teoriacutea la potencia es por tanto

ilimitada

Una bomba nuclear consiste baacutesicamente en una

esfera hueca de plutonio que no es lo suficiente-

68

mente densa como para producir una reaccioacuten 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 explosioacuten se disparan los detonado-

res que hacen que el material explosivo estalle de

la manera lo maacutes regular posible para que enviacutee

una onda de choque esfeacuterica hacia el plutonio

Cuando eacutesta impacta contra eacutel lo comprime y re-

duce su volumen empujaacutendolo hacia el centro de

la esfera hasta que alcanza una densidad suficiente

(supercriacutetica) y se dispara el iniciador de neutrones

para comenzar la reaccioacuten en cadena que da lugar

a la explosioacuten nuclear

Las bombas termonucleares de fusioacuten o H nece-

sitan de una gran temperatura para que se puedan

unir los nuacutecleos esto se consigue en el interior de

una explosioacuten de fisioacuten que es el comienzo de

toda bomba H

69

Una vez acabada la reaccioacuten de fusioacuten nos encon-

traremos con una esfera expandida con una tem-

peratura de millones de grados en la que existen

los productos de la fusioacuten (litio e isoacutetopos del

hidroacutegeno) Tal es su velocidad que pueden fun-

dirse unos con otros dando lugar a la reaccioacuten de

fusioacuten Esta reaccioacuten genera maacutes energiacutea que la

anterior y libera gran cantidad de partiacuteculas nu-

cleares pero no es una reaccioacuten en cadena ya que

el propio calor que genera hace que las partiacuteculas

se separen y se expandan en forma de una esfera

de plasma con una temperatura que tan soacutelo expe-

rimenta el universo de manera natural en las estre-

llas En nuestro sol por ejemplo ocurren la fusioacuten

nuclear de hidroacutegeno y helio Pero antes de que la

reaccioacuten se extinga los neutrones generados por

las detonaciones anteriores provocan de nuevo

una reaccioacuten de fusioacuten sobre una camisa de U-

238 pero esta vez mucho mayor que las anterio-

res La potencia de una bomba termonuclear care-

ce de liacutemite una bomba como la de Hiroshima de

70

125 kilotones (un kilotoacuten equivale a 1000 tonela-

das de TNT) se considera dentro de los arsenales

modernos como pequentildea siendo las de un mega-

toacuten (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 la

Segunda Guerra Mundial

Para la construccioacuten de una bomba nuclear nor-

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

primero no forma parte de la reaccioacuten nuclear

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

nera espontaacutenea emitiendo neutrones que son

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

duzca de manera accidental la reaccioacuten en cadena

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

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

cioacuten 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

71

reactores nucleares a partir del U-238

La desintegracioacuten del uranio en la reaccioacuten en

cadena se produce de manera espontaacutenea para una

masa de 50 Kg si eacuteste elemento es puro El pluto-

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

da reaccioacuten en cadena de modo que se mezcla de

berilo y polonio dando como resultado un pro-

ducto que aunque no es fisionable por si solo una

pequentildea cantidad actuacutea como catalizador para las

grandes reacciones Asiacute bastan 16 Kg de PU-239

para obtener la masa supercriacutetica y 10 Kg si se

mezcla con U-238

El U-235 es muy difiacutecil de extraer por encontrarse

en la naturaleza muy mezclado con otros com-

puestos Asiacute por cada 25000 toneladas de mineral

de uranio bruto soacutelo se obtienen 50 toneladas de

uranio del que el 993 es U-235 y el resto el

rariacutesimo isoacutetopo U-238 ambos soacutelo se pueden

separar de manera mecaacutenica gracias a la leviacutesima

72

diferencia de peso entre ambos Asiacute el uranio se

mezcla en forma gaseosa con fluor (hexafluoriacutedri-

co) que es impulsado a baja presioacuten hacieacutendolo

pasar por unas caacutemaras que aumentan la concen-

tracioacuten de uranio sensiblemente tras cientos de

pasadas Para una central nuclear la pureza ha de

ser del 2 y para una bomba (teoacutericamente) el

95

Para separar el isoacutetopo se recurre a la centrifuga-

cioacuten del gas siendo el maacutes pesado U-238 despedi-

do hacia el exterior con maacutes fuerza Para obtener

otra vez el uranio separado del gas se recurre a la

separacioacuten magneacutetica

MECANISMOS QUE SUELEN COMPONER UNA

BOMBA NUCLEAR

Los mecanismos que suelen componer una bom-

ba nuclear son los siguientes

73

ALTIacuteMETRO No suele usarse el baromeacutetrico

por verse afectado por las condiciones atmosfeacuteri-

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 seguacuten el tiempo transcu-

rrido en el recorrido puede saberse la altura sin

necesidad de complicar maacutes el sistema para dar

una precisioacuten que en realidad no es importante (2

o 3 m de diferencia no son apreciables maacutes que

en minibombas bastante menores que las de

Hiroshima) siendo la altura normal de detonacioacuten

la de 2000 m

En la praacutectica 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 electroacute-

nicamente para obtener la diferencia de ambas

que es proporcional a la altura Los pulsos suelen

emitirse 120 veces por segundo y alcanzan un

74

rango de 3000 m sobre la tierra y 6000 m sobre

el mar (la reflexioacuten es alliacute mejor) siendo su error

de hasta 15 m

CABEZA DETONADORA Como ya se dijo

estaacute compuesta de una carga explosiva muy bien

calibrada que a la orden del altiacutemetro detona

produciendo una onda de choque uniforme sobre

el elemento radioactivo comprimieacutendolo hasta

alcanzar la masa supercriacutetica

Compantildeiacuteas privadas producen camisas explosivas

que modificadas pueden ser usadas para la fabri-

cacioacuten del objeto que nos ocupa La cantidad de

presioacuten necesaria a aplicar es un secreto por razo-

nes de seguridad aunque se sabe que los explosi-

vos plaacutesticos son ideales sobre todo por su malea-

bilidad y facilidad de manejo

El detonador variacutea si es combustible es uranio o

plutonio

75

DETONADOR DE URANIO La masa total se

divide en dos partes una mayor de forma semies-

feacuterica y coacutencava que se acopla perfectamente con

la otra maacutes pequentildea Como es de suponer ambas

se encuentran separadas hasta el momento de la

detonacioacuten en el que una explosioacuten convencional

dispara la parte pequentildea que impacta contra la

mayor para lograr en un instante la masa supercriacute-

tica

DETONADOR DE PLUTONIO Necesita

una precisioacuten de ingenieriacutea mucho mayor que la

anterior ya que estaacute compuesta de 32 secciones de

plutonio-berilio-polonio todas de igual forma y

posicioacuten distribuidas conceacutentricamente El aspecto

final es parecido al de un baloacuten de fuacutetbol Todas

han de cerrarse simeacutetricamente en una diezmillo-

neacutesima de segundo para conseguir la detonacioacuten

DEFLECTOR DE NEUTRONES Suele ser

U-238 Su funcioacuten es la que ya se explicoacute evitar

76

una reaccioacuten accidental ademaacutes refleja las partiacutecu-

las de vuelta cuando se alcanza la masa supercriacuteti-

ca

ESCUDO PROTECTOR Recibe otros nom-

bres pero su funcioacuten es siempre la de proteger de

la radiacioacuten natural tanto al personal que la maneja

como a los circuitos de la bomba que pueden su-

frir cortocircuitos o puestas en funcionamiento

accidentales

SISTEMA DE ARMADO Es otro sistema maacutes

de seguridad consistente en quitar una parte im-

prescindible de la bomba para evitar detonaciones

accidentales de modo que soacutelo cuando estaacute

proacuteximo su lanzamiento se inserta esta parte Una

analogiacutea seriacutea como si al aparcar nuestro coche le

quitaacuteramos el volante o una bujiacutea asiacute estariacuteamos

seguros de que no nos lo roban porque sin estas

partes el coche no funciona

77

12 EFECTOS DE UNA EXPLOSIOacuteN NUCLEAR

Tenemos frescas en nuestra memo-

ria las imaacutegenes que nos mostroacute la

televisioacuten cuando se produjo el ac-

cidente de Chernobyl

Aquiacute explicamos todas las conse-

cuencias de una detonacioacuten 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

78

bull Radiacioacuten nuclear inicial la altiacutesima

temperatura y la elevada presioacuten que se

genera en el interior de la explosioacuten emi-

ten radiacioacuten en todas las direcciones Esta

se compone de rayos alfa beta y gamma

que son una forma de radiacioacuten electro-

magneacutetica de alta energiacutea que puede causar

la muerte sin que el individuo se de cuenta

de que ha sido irradiado Una explosioacuten de

un megatoacuten (de tamantildeo estaacutendar) matariacutea

a todo ser humano en 15 Km a la redonda

que se encontrase al aire libre

Las partiacuteculas alfa son ideacutenticas a un nuacutecleo de

helio son las que mas larga vida tienen unos mil

antildeos pero su poder de penetracioacuten 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 radiacioacuten Con 45 cm de tierra se

consigue reducir la radiacioacuten veinte veces

Las partiacuteculas beta penetran maacutes siendo suficiente

79

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

to la radiacioacuten (una pared moderna ya espesa se

compone de 1 pie de ladrillo maacutes caacutemara maacutes

aislante maacutes ladrillo hueco y yeso que suele que-

darse en los 37 cm)

Los de maacutes poder de penetracioacuten son las gamma

y por tanto los maacutes peligrosos ya son los que se

introducen en los refugios nucleares auacuten con

grandes espesores de hormigoacuten La uacutenica protec-

cioacuten eficaz es la de interponer grandes masas de

material mejor cuanto maacutes denso siendo el ideal

el plomo ya que pasa por los materiales como la

luz por una tela si esta es maacutes densa mayor canti-

dad de chocaraacute con ella y no la traspasaraacute Para

reducir la dosis a un veinteavo se precisan 30 cm

de hormigoacuten armado

bull Pulso electromagneacutetico La intensa acti-

vidad de los rayos gamma genera mediante

induccioacuten una corriente de alto voltaje so-

80

bre antenas viacuteas feacuterreas tuberiacuteas que des-

truye todas las instalaciones eleacutectricas de

una amplia zona si la explosioacuten se efectuacutea

a gran altura Una detonacioacuten de muchos

kilotones a 200 km sobre Omaha (Ne-

brasca) destruiriacutea todos los circuitos eleacutec-

tricos integrados de toda Norteameacuterica y

parte de Meacutejico y Canadaacute Ante el riesgo

de una detonacioacuten nuclear es conveniente

alejarse de liacuteneas eleacutectricas y viacutea feacuterreas ya

que la corriente inducida puede electrocu-

tarnos

bull Pulso teacutermico al expandirse la bola de

fuego el aire circundante absorbe energiacutea

en forma de rayos X y la irradia en forma

de una luz cegadora y un intensiacutesimo ca-

lor Una bomba de 20 Megatones produci-

riacutea una intensa luz durante 20 segundos y

causariacutea quemaduras de segundo grado a

81

cualquier persona expuesta a 45 Km de

distancia

bull Onda de choque La raacutepida expansioacuten de

la bola de fuego genera una onda de cho-

que como cualquier explosioacuten pero de

una potencia muy superior ya que puede

aplastar o barrer edificios dantildeaacutendolos muy

seriamente o destruyeacutendolos por comple-

to ya que maacutes que empujar por su dura-

cioacuten lo que hace es estrujar Una bomba

de 20 megatones no dejariacutea en un radio de

20 Km maacutes que escombros soacutelo se salva-

riacutean las cimentaciones y construcciones

enterradas

bull Primera lluvia radioactiva o lluvia ra-

diactiva local una explosioacuten de 20 mega-

tones aras de suelo produciriacutea un craacuteter de

183 m de profundidad la elevada tempe-

82

ratura vaporiza todo lo que se encuentra

dentro de la bola de fuego todo se funde

con los materiales radiactivos de la fisioacuten o

fusioacuten y se eleva con el hongo para luego

precipitar en forma de finas cenizas Esto

ocurriraacute durante las 24 h siguientes a la

explosioacuten y afectaraacute a una regioacuten maacutes o

menos amplia para una misma potencia

seguacuten la climatologiacutea El fenoacutemeno se am-

pliacutea considerablemente si la detonacioacuten se

produce cerca del suelo La energiacutea 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 maacutes destructivos los deno-

minados secundarios como incendios en masa

que acabariacutean con los pocos supervivientes y ma-

tariacutean a maacutes que el pulso teacutermico y la onda de

choque

83

Ademaacutes en caso de que se lanzaran muchas

bombas nucleares sus efectos secundarios seriacutean

mucho maacutes 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 10000 mega-

tones miacutenimos para considerar un holocausto

como tal

bull El primero de estos efectos es que la ra-

dioactividad liberada en caso de holocaus-

to penetrariacutea en todos y cada uno de los

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

Mientras que en dosis altas (seguacuten la espe-

cie) produciriacutea la muerte en otras maacutes ba-

jas los efectos seriacutean de lo maacutes variados

(mutaciones esterilidad)

bull El segundo seriacutea que los materiales im-

pulsados por las detonaciones se elevariacutean

hasta la troposfera donde ocultariacutean la luz

84

del sol durante meses o antildeos haciendo ba-

jar la temperatura de la tierra y alterando la

fotosiacutentesis de los vegetales y el plancton

marino seriacutea el famoso invierno nuclear

Ademaacutes estos materiales radiactivos iriacutean

cayendo durante meses o antildeos convirtieacuten-

dose en una lluvia radiactiva global que

auacuten con menos dosis radiactiva que una

lluvia provocada por una bomba seriacutea

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

antildeos Ese 5 de energiacutea liberada por la

lluvia radiactividad en una bomba es poco

pero en los 10000 megatones de un holo-

causto suponen ya 500 megatones que iraacuten

estallando durante miles de antildeos des-

pueacutes de la cataacutestrofe

85

bull El tercero seriacutea una reduccioacuten en la capa

de ozono producida por el oacutexido de nitroacute-

geno generado por las bolas de fuego de

modo que la radiacioacuten solar que llegase a

la tierra seriacutea mortal Un 70 del ozono

desapareceriacutea en el hemisferio norte y un

40 en el sur siendo necesarios treinta

antildeos para recuperar su estado normal

86

Ejercicios 12

MODELO DE RESOLUCIOacuteN

La distribucioacuten de los electrones de un aacutetomo

en sus niveles y subniveles se puede representar en

forma abreviada de la siguiente manera

a) Un coeficiente que indica el nuacutemero del nivel

de energiacutea (n)

b) Una letra que corresponde al subnivel

c) Un supraiacutendice que sentildeala el nuacutemero de elec-

trones que hay en el subnivel

1H = 1s1

3Li = 1s2 2s1

En razoacuten del entrecruzamiento de subniveles

el orden en que se van completando los subniveles

por energiacutea creciente es el siguiente

87

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

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

5d 6p 7s 5f 6d

7p

Para visualizar la distribucioacuten de los electrones

en orbitales se puede representar cada orbital por

un pequentildeo cuadrado dividido por una diagonal

y cada electroacuten mediante una flecha

Entonces el orbital puede estar

Vaciacuteo incompleto completo

(1 electroacuten) (2 electrones)

En caso del orbital completo las flechas tienen

sentido contrario para indicar que los electrones

presentan spin contrario

El llenado de los orbitales por los electrones

se realiza a partir de los niveles y subniveles en

88

orden creciente de energiacutea Cada nuevo electroacuten se

incorpora a un orbital vaciacuteo

De ese modo los elementos quedan represen-

tados asiacute

1H =

1s

3Li =

1s 2s

7N =

1s 2s 2p

89

Ejercicios 121

1) Un aacutetomo de foacutesforo tiene 15 protones y 16

neutrones Indicaacute cuaacutel es su

a) nuacutemero atoacutemico (Z) b) nuacutemero

de masa (A)

2) Un aacutetomo de potasio tiene Z =19 y A = 39

Indicaacute su nuacutemero de

a) protones b) electrones

c) neutrones

3) Completaacute los datos que faltan en el siguiente

cuadro

90

ELE-

MEN-

TO

NUacute-

MERO

ATOacute-

MICO

NUacute-

MERO

DE

MASA

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) Sentildealaacute el nombre y siacutembolo de los elementos

cuyas configuraciones electroacutenicas 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) Escribiacute la configuracioacuten electroacutenica de los

siguientes elementos

91

a) Na2311 = c) O16

8 =

b) Cl3517 = d) C12

6 =

6) De acuerdo con la siguiente representacioacuten de

los electrones en orbitales indicaacute a queacute ele-

mentos corresponden

a)

b)

c)

d)

7) Representaacute la distribucioacuten de los electrones en

orbitales de los elementos

a) 7N= c) 18Ar =

b) 15AI = d) 19K =

92

Hoja de respuestas121

1) a) 15 b) 31 2) a) 19 b) 19 c) 20

3)

ELE-

MEN-

TO

NUacuteME-

RO

ATOacute-

MICO

NUacute-

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)Argoacuten Ar

d)Escandio Sc

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

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)middot

94

Ejercicios 1211

Modelo de resolucioacuten

El nuacutemero de oxidacioacuten se asigna seguacuten las si-

guientes reglas

1) El nuacutemero de oxidacioacuten de los elementos en la

sustancia simple es cero

Ejemplo Cu0 02Cl

2) El nuacutemero de oxidacioacuten del oxiacutegeno es 2

excepto en las sustancias como el agua oxige-

nada Ejemplo H2

2Ominus

3) El nuacutemero de oxidacioacuten del hidroacutegeno es +1

excepto en las sustancias donde estaacute combina-

do con los metales Ejemplo 1

H+

2O

4) El nuacutemero de oxidacioacuten de un ion monoatoacute-

mico es igual a la carga del ion Ejemplo Ca2-

Cl-

95

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

braica de los nuacutemeros de oxidacioacuten de todos

los aacutetomos debe ser cero Ejemplo 1

H+

2

2Ominus

there42(+1) + (-2) = 0

6) En los iones que tienen maacutes de un aacutetomo la

suma algebraica de los nuacutemeros de oxidacioacuten

de todos los aacutetomos es igual a la carga del ion

El nuacutemero de oxidacioacuten se escribe colocando primero el signo y luego el nuacutemero

Ejemplo el nuacutemero de oxidacioacuten del aluminio es +3

1) Calculaacute los nuacutemeros de oxidacioacuten en la moleacute-

cula de dioacutexido de azufre (SO2)

Datos SO2 nuacutemero de oxidacioacuten del O2

es 2

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de S

Resolucioacuten Cada aacutetomo de oxiacutegeno tiene

nuacutemero de oxidacioacuten 2 por lo tanto el nuacute-

mero de oxidacioacuten del azufre es +4 porque

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

96

2) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten del azufre en

el aacutecido sulfuacuterico (H2SO4)

Datos H2SO2 nuacutemero de oxidacioacuten del

O2 es 2 nuacutemero de oxidacioacuten de H es -1

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de S

Resolucioacuten Se debe cumplir que la suma al-gebraica de todos los nuacutemeros de oxidacioacuten sea cero

4(-2) + 21 + x = 0

-8 + 2 + x = 0

x = 6

Respuesta el nuacutemero de oxidacioacuten del azufre

en el aacutecido sulfuacuterico es +6

3) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten del nitroacutegeno

en el nitrato de sodio (NaNO3)

Datos NaNO3 nuacutemero de oxidacioacuten del

O2 es 2

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de N

97

Resolucioacuten El nuacutemero de oxidacioacuten del

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

ga eleacutectrica positiva

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

1 6 + x = 0

x = 5

Respuesta el nuacutemero de oxidacioacuten del nitroacute-

geno en el nitrato de sodio es +5

4) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten del azufre en

el ion sulfato (S 24Ominus )

Datos S 24Ominus nuacutemero de oxidacioacuten del O2

es 2

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de S

Resolucioacuten La suma de los nuacutemeros de

oxidacioacuten es igual a 2 porque el ion sulfato

tiene dos cargas negativas (2-)

x + 4(-2) = -2

x 8 = -2

x = 6

98

Respuesta El nuacutemero de oxidacioacuten del azu-

fre en el ion sulfato es +6

99

Ejercicios 1212

1) Dibujaacute los siacutembolos de Lewis para los aacutetomos

de

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

2) iquestCoacutemo adquiere la distribucioacuten electroacutenica del

ineacutertido maacutes cercano cada uno de los siguien-

tes aacutetomos

a) K b)

F c)

S d) Mg e)

Br

3) Escribiacute las ecuaciones ioacutenicas la foacutermula elec-

troacutenica y la foacutermula miacutenima del compuesto

ioacutenico formado por

a) K y Br (bromuro de potasio)

b) Ca y O (oacutexido de calcio)

4) Marcaacute con una X las propiedades correspon-

dientes a las sustancias que presentan uniones

ioacutenicas

100

a) Son soacutelidas y tienen bajo punto de fusioacuten ( )

b) Conducen la corriente eleacutectrica fundidas o di-

sueltas en agua ( )

c) Tienen brillo metaacutelico ( )

d) Forman cristales duros y quebradizos solubles

en agua ( )

e) No conducen la corriente eleacutectrica ( )

5) Explicaacute coacutemo se unen dos aacutetomos de bromo

para formar la moleacutecula Br2 y escribiacute su

foacutermula electroacutenica y su foacutermula desarrollada

6) La foacutermula del monoacutexido de dicloro es Cl2O

a) Indicaacute queacute tipo de unioacuten existe entre el cloro y

el oxiacutegeno

b) Escribiacute su foacutermula electroacutenica y su foacutermula

desarrollada

7) El azufre y el oxiacutegeno forman dos oacutexidos

importantes el dioacutexido de azufre (SO2) y el

101

trioacutexido de azufre (SO3) Para el trioacutexido de

azufre

a) Indicaacute queacute tipo de unioacuten existe entre el azufre

y los tres aacutetomos de oxiacutegeno

b) Escribiacute la foacutermula electroacutenica

c) Escribiacute la foacutermula desarrollada

8) Marcaacute 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

liacutequidas o soacutelidas ( )

c) Son duacutectiles y maleables ( )

d) No forman moleacuteculas son agregados de

iones ( )

e) No son buenas conductoras de la corriente

eleacutectrica ( )

102

9) Coloque en el pareacutentesis UCP si la unioacuten es

covalente polar y UCNP si es covalento no

polar en cada una de las siguientes sustancias

a) cloruro de hidroacutegeno HCl ( )

b) Hidroacutegeno H2 ( )

c) yodo l2 ( )

10) Escribiacute la foacutermula electroacutenica y la foacutermula

desarrollada de cada una de las sustancias

mencionadas en el ejercicio 9

11) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten

a) del azufre (S)en el dioacutexido de azufre (SO2) en

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

sodio (Na2S)

b) del nitroacutegeno (N) en el dioacutexido de nitroacutegeno

(NO2) en el aacutecido niacutetrico (HNO3) y en el ni-

trato de potasio (KNO3)

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

can en el concepto de unioacuten metaacutelica

103

a) Tienen bajo punto de fusioacuten y de

ebullicioacuten ( )

b) Tienen brillo metaacutelico ( )

c) Conducen la corriente eleacutectrica sin

alterarse ( )

d) En estado soacutelido son malos conductores de la

corriente eleacutectrica ( )

e) Forman hilos y laacuteminas delgadas ( )

104

Hoja de respuestas 1212

1) a) He b) Al c)

Si d)

Ar e)

N

2) a) cede un electroacuten d) cede electrones c)

gana dos electrones b) y e) gana un electroacuten

3) a) Ecuaciones ioacutenicas

K K1+ + 1 e

Br + 1 e Br1-

K1+ + Br- KBr

Foacutermula electroacutenica K1+minus

1

Br

Foacutermula miacutenima KBr

b) Ecuaciones ioacutenicas

Ca Ca 2+ + 2 e

O + 2 e O2-

Ca2+ + O2- CaO

Foacutermula electroacutenica Ca2+ minus

2

O

105

Foacutermula miacutenima CaO

4) b y d

5) se unen compartiendo un par de electrones

6) a) unioacuten covalente

b) foacutermula electroacutenica

Cl

O

Cl

foacutermula desarrollada Cl O Cl

7) a) una unioacuten covalente doble entre el azufre y

uno de los aacutetomos de oxiacutegeno dos uniones cova-

lentes coordinadas con los otros dos aacutetomos de

oxiacutegeno

b) Foacutermula electroacutenica

Foacutermula desarrollada

106

8) a b y e

9) a) UCP y c) UCNP

10) Foacutermula electroacutenica Foacutermula desarrollada

a) H

Cl H Cl

b) HH H H

c)

I

I l I

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

12) b c y e

  • RADIACTIVIDAD
    • IacuteNDICE
      • 1 RADIACTIVIDAD NATURAL
      • 2 RELACIOacuteN ENTRE LA LEY DE LAVOISIER Y LA DE EINSTEIN
      • 3 INTERACCIONES ENTRE AacuteTOMOS Y ONDAS
      • 4 PODER DE PENETRACIOacuteN DE LA RADIACIOacuteN
      • 5 VIDA MEDIA
      • 6 RADIACTIVIDAD ARTIFICIAL
      • 7 USOS DE LOS RADIOISOacuteTOPOS
      • 8 MEDICINA NUCLEAR
      • 9 FECHADO POR MEDIO DE RADIOISOacuteTOPOS
      • 10 PLANTAS DE ENERGIacuteA NUCLEAR
      • 11 BOMBA ATOacuteMICA
      • 12 EFECTOS DE UNA EXPLOSIOacuteN NUCLEAR
        • Ejercicios 12
        • Ejercicios 121
        • Hoja de respuestas121
        • Ejercicios 1211
        • Ejercicios 1212
        • Hoja de respuestas 1212

25

avanzar mucho sin chocarse con otras rocas y ser

detenida por ellas La partiacutecula beta se comporta

como una piedra pequentildea que puede introducirse

entre las rocas y quizaacute hasta rebotar en ellas hasta

completar un recorrido maacutes largo El rayo gamma

es comparable a un grano de arena capaz de pasar

por las aberturas maacutes pequentildeas

Al principio de esta explicacioacuten dijimos que si

todo lo demaacutes es igual asiacute es como funcionan las

cosas Pero lo demaacutes no siempre es igual Cuanto

maacutes raacutepido se mueve una partiacutecula o maacutes energiacutea

tiene la radiacioacuten mayor es su poder de penetra-

cioacuten

Si la sustancia radiactiva estaacute afuera del cuer-

po las partiacuteculas alfa de poco poder de penetra-

cioacuten son las menos peligrosas pues las detiene la

capa externa de la piel Tambieacuten las partiacuteculas beta

se detienen normalmente antes de alcanzar oacuterga-

nos vitales Los rayos gamma atraviesan sin difi-

26

cultad los tejidos asiacute que una fuente externa de los

mismos puede ser muy peligrosa En cambio

cuando la fuente radiactiva estaacute adentro del cuerpo

la situacioacuten se invierte Las partiacuteculas alfa que no

penetran pueden causar graves dantildeos Todas estas

partiacuteculas estaacuten atrapadas en el interior del cuerpo

el cual tiene entonces la posibilidad de absorber

toda la energiacutea que libera la partiacutecula Las partiacutecu-

las alfa infligen el dantildeo en un aacuterea muy pequentildea

porque no se desplazan muy lejos Las partiacuteculas

beta distribuyen el dantildeo en un aacuterea algo mayor

porque recorren distancias mayores Los tejidos se

pueden recuperar de un dantildeo limitado disperso en

un aacuterea grande pero es menos probable que so-

brevivan a una lesioacuten concentrada

Las personas que trabajan con materiales ra-

diactivos disponen de diversas formas de prote-

gerse contra ellos La maacutes simple consiste en ale-

jarse de la fuente porque la intensidad de la radia-

cioacuten disminuye con la distancia respecto a la fuen-

27

te Los trabajadores se pueden proteger tambieacuten

por medio de blindajes Una hoja de papel detiene

casi todas las partiacuteculas alfa Un bloque de madera

o una laacutemina delgada de aluminio detiene las par-

tiacuteculas beta

Pero se necesitan varios metros de concreto o

varios centiacutemetros de plomo para detener los ra-

yos gamma

28

5 VIDA MEDIA

Cuando hablamos de aacutetomos individuales

estamos trabajando con elementos que

apenas imaginamos

Para entender lo que pasa con la radia-

cioacuten debemos referirnos a un grupo maacutes

grande de partiacuteculas y trabajar con pro-

medios

Hasta aquiacute hemos estudiado la radiactividad en

relacioacuten con los aacutetomos individuales En el labora-

torio nos ocupamos en general con nuacutemeros muy

grandes de aacutetomos mucho mayores que el nuacuteme-

29

ro de habitantes de la tierra Si pudieacutesemos ver el

nuacutecleo de un aacutetomo individual podriacuteamos ver si

sufre o no desintegracioacuten radiactiva examinando

su composicioacuten Ciertas combinaciones de proto-

nes y neutrones son inestables Sin embargo lo

que no podriacuteamos determinar es cuando el aacutetomo

va a sufrir un cambio La radiactividad es un pro-

ceso aleatorio independiente en general de las

influencias externas

Cuando tenemos un nuacutemero grande de aacuteto-

mos el proceso de desintegracioacuten radiactiva se

hace maacutes predecible Podemos medir la vida me-

dia que es una propiedad caracteriacutestica de cada

radioisoacutetopo La vida media de un isoacutetopo radiac-

tivo es el periacuteodo durante el cual la mitad del nuacute-

mero original de aacutetomos sufre desintegracioacuten ra-

diactiva para formar un nuevo elemento Por

ejemplo supone que tuvieacutesemos 16 billones de

aacutetomos de tritio el isoacutetopo radiactivo de hidroacutege-

no La vida media del tritio es de 123 antildeos Esto

significa que al cabo de 123 antildeos se habraacuten desin-

30

tegrado 8 billones de aacutetomos de tritio y quedaraacuten

8 billones de aacutetomos Al cabo de otros 123 antildeos

se habraacute desintegrado la mitad de los 8 billones de

aacutetomos restantes Por tanto al cabo de dos vidas

medias quedaraacute una cuarta parte del nuacutemero ori-

ginal de aacutetomos de tritio Asiacute pues dos vidas me-

dias no hacen una entera

Podemos calcular la fraccioacuten restante del isoacute-

topo original al cabo de un nuacutemero dado de vidas

medias por medio de la relacioacuten

FRACCIOacuteN RESTANTE N21

=

Donde n es el nuacutemero de vidas medias trans-

curridas

31

6 RADIACTIVIDAD ARTIFICIAL

La radiactividad es un fenoacutemeno na-

tural y en esas condiciones poco

aprovechable

El hombre trabajoacute mucho para con-

trolarlo y hacer de este efecto algo

uacutetil Aunque como es muy habitual

en la humanidad las implementacio-

nes destructivas tambieacuten tuvieron

gran desarrollo

32

TRANSMUTACIOacuteN ARTIFICIAL

Las formas de radiactividad que se presentan

en la Naturaleza Se pueden inducir otras reaccio-

nes nucleares bombardeando nuacutecleos estables con

partiacuteculas alfa neutrones u otras partiacuteculas sub-

atoacutemicas Estas partiacuteculas si tienen suficiente

energiacutea penetran los nuacutecleos que antes eran esta-

bles e inducen alguna forma de emisioacuten radiacti-

va Al igual que la radiactividad natural este tipo

de cambio nuclear produce una transmutacioacuten un

elemento se transforma en otro Debido a que el

cambio no se habriacutea producido de manera natural

el proceso se conoce como transmutacioacuten artifi-

cial

Pocos antildeos despueacutes de su famoso experimen-

to de la laminilla de oro (bombardeo con radiacioacuten

alfa una lamina de oro y detectoacute en una lamina de

sulfuro de zinc la radiacioacuten emergente) Ernest

Rutherford estudioacute el bombardeo de diversos

elementos ligeros con partiacuteculas alfa Un experi-

33

mento de este tipo en el cual Rutherford bom-

bardeoacute nitroacutegeno dio por resultado la produccioacuten

de protones

N147 + He4

2 O178 + H1

1

(Recordaacute que el nuacutecleo de hidroacutegeno es un protoacuten

por eso usamos el siacutembolo alternativo H11 para el pro-

toacuten)

Observaacute que la suma de los nuacutemeros de nu-

cleones de la izquierda es igual a la suma de los

nuacutemeros de nucleones de la derecha Tambieacuten los

nuacutemeros atoacutemicos estaacuten balanceados

Rutherford habiacutea postulado en 1914 la exis-

tencia de protones en los nuacutecleos Un experimen-

to publicado en 1919 proporcionoacute la primera

comprobacioacuten empiacuterica de la existencia de estas

partiacuteculas fundamentales Ya antes Eugen Golds-

tein habiacutea producido protones en sus experimen-

34

tos con tubos de descarga en gas Goldstein obtu-

vo estas partiacuteculas a partir del hidroacutegeno gaseoso

contenido en el tubo por separacioacuten de un elec-

troacuten del aacutetomo de hidroacutegeno La trascendencia del

experimento de Rutherford consistioacute en que ob-

tuvo protones del nuacutecleo de un aacutetomo que no era

de hidroacutegeno con lo cual establecioacute la naturaleza

de los protones como partiacuteculas fundamentales Al

hablar de partiacuteculas fundamentales nos referimos a

las unidades baacutesicas a partir de las cuales se pue-

den formar estructuras maacutes complicadas (como el

nuacutecleo de nitroacutegeno) El experimento de Ruther-

ford constituyoacute la primera reaccioacuten nuclear indu-

cida

Durante la deacutecada de 1920 se llevaron a cabo

muchas transmutaciones artificiales En la deacutecada

de 1930 una de estas reacciones condujo al descu-

brimiento de otra partiacutecula fundamental En 1932

James Chadwick bombardeoacute berilio con partiacuteculas

alfa

35

Be94 + He4

2 C126 + n1

0 Entre los productos se encontraba el neutroacuten

RADIACTIVIDAD INDUCIDA

Las primeras reacciones nucleares produjeron

isoacutetopos que ya se conociacutean por estar presentes en

la Naturaleza Esto fue quizaacute fortuito porque era

inevitable que tarde o temprano se produjese un

nuacutecleo estable Iregravene Curie (hija de los ganadores

del premio Nobel de 1903) y su esposo Freacutedeacuteric

Joliot estudiaban el bombardeo de aluminio con

partiacuteculas alfa Se produciacutean neutrones y quedaba

como residuo un isoacutetopo de foacutesforo

Al2713 + He4

2 P3015 + n1

0

Para sorpresa de los investigadores el blanco

seguiacutea emitiendo partiacuteculas auacuten despueacutes de inte-

rrumpido el bombardeo El isoacutetopo de foacutesforo era

radiactivo y emitiacutea partiacuteculas cuya masa era igual a

36

la del electroacuten pero cuya carga era opuesta Estas

partiacuteculas se llaman positrones La reaccioacuten que

estaban observando era la siguiente

P3015 e0

1+ + Si3014

Asiacute pues surge una vez maacutes la pregunta iquestde doacuten-

de proviene esta partiacutecula si el nuacutecleo contiene

soacutelo protones y neutrones Anteriormente expli-

camos el hecho de que surgiese una partiacutecula beta

(un electroacuten) de un nuacutecleo afirmando que un neu-

troacuten se habiacutea descompuesto en un protoacuten y un

electroacuten Quizaacute un suceso similar puede explicar la

aparicioacuten de un positroacuten Considera que un pro-

toacuten del nuacutecleo se transforma en un neutroacuten y un

positroacuten (un protoacuten es ideacutentico a un nuacutecleo de

hidroacutegeno)

H11 e0

1+ + N10

Todo queda muy bien balanceado en esta

37

ecuacioacuten Al emitirse el positroacuten el nuacutecleo radiac-

tivo original tiene de pronto un protoacuten menos y

un neutroacuten maacutes que antes Por tanto la masa del

nuacutecleo producido es la misma pero su nuacutemero

atoacutemico se ha reducido en una unidad respecto al

nuacutecleo original Por este trabajo la pareja Joliot-

Curie se hizo acreedora al premio Nobel en 1935

(la pareja Joliot-Curie adoptoacute el apellido combina-

do para perpetuar el nombre de Curie Marie y

Pierre Curie tuvieron dos hijas pero ninguacuten hijo

varoacuten

38

7 USOS DE LOS RADIOISOacuteTOPOS

Muchas de las aplicaciones de la energiacutea

de la radiacioacuten se realizan a traveacutes de los

radioisoacutetopos

Gracias a ellos y a los detectores se evitan

grandes perdidas materiales y se ahorra

grandes esfuerzos

Los cientiacuteficos que trabajan en una amplia va-

riedad de campos emplean isoacutetopos radiactivos

(radioisoacutetopos) como rastreadores en sistemas

fiacutesicos quiacutemicos y bioloacutegicos Los isoacutetopos de un

elemento determinado sea radiactivo o no se

39

comportan de manera casi ideacutentica en los proce-

sos quiacutemicos y fiacutesicos En virtud de la facilidad

para detectar los isoacutetopos radiactivos es relativa-

mente faacutecil seguir sus movimientos incluso en un

sistema complicado

Como un ejemplo sencillo consideremos el

flujo de un liacutequido por una tuberiacutea Supongamos

que hay una fuga en una tuberiacutea enterrada bajo un

piso de concreto Podriacuteamos localizar la fuga le-

vantando partes extensas del piso o bien podriacutea-

mos agregar una pequentildea cantidad de material

radiactivo al liacutequido que va hacia el drenaje y ras-

trear el flujo de liacutequido con un contador Geiger

(un instrumento que detecta la radiactividad) Una

vez localizada la fuga soacutelo habriacutea que levantar una

parte pequentildea del piso para reparar la fuga Por lo

general se emplean para este propoacutesito isoacutetopos

de vida corta que desaparecen poco tiempo des-

pueacutes de realizar su funcioacuten

Anaacutelogamente podriacuteamos rastrear la incorpo-

racioacuten de foacutesforo en una planta verde La planta se

40

alimenta con un fertilizante que contiene foacutesforo

radiactivo Un meacutetodo sencillo de deteccioacuten con-

siste en colocar la planta sobre una peliacutecula foto-

graacutefica La radiacioacuten que emiten los isoacutetopos de

foacutesforo expone la peliacutecula en gran medida como

lo hace la luz Este tipo de exposicioacuten llamado

radiografiacutea muestra la distribucioacuten del foacutesforo en

la planta

Tambieacuten se da un buen uso a los rastreadores

radiactivos en la investigacioacuten agriacutecola Estos isoacute-

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 cuaacuteles son los mejores meacutetodos para

regular los insectos La mutacioacuten intencional de

plantas por irradiacioacuten ha producido nuevas y

mejores cepas de plantas de cultivo con valor co-

mercial desde raacutebanos hasta maniacute

Los radioisoacutetopos se emplean tambieacuten para

irradiar alimentos como meacutetodo de conservacioacuten

La radiacioacuten destruye los microorganismos que

41

causan la descomposicioacuten de los alimentos Los

alimentos irradiados muestran poco cambio en

cuanto a su saber o aspecto A muchas personas

les inquietan los posibles efectos dantildeinos de las

sustancias quiacutemicas que produce la radiacioacuten pero

no hay pruebas contundentes de dantildeos causados

por alimentos irradiados en animales de laborato-

rio alimentados con ellos y tampoco se conocen

efectos adversos en seres humanos en los paiacuteses

donde la irradiacioacuten se ha utilizado por muchos

antildeos El proceso de esterilizacioacuten no deja irradia-

cioacuten residual en los alimentos

Los radioisoacutetopos han sido empleados exten-

samente en la investigacioacuten cientiacutefica baacutesica El

mecanismo de la fotosiacutentesis se dilucidoacute en gran

parte utilizando carbono 14 como rastreador Por

ejemplo para determinar coacutemo fabrican las plan-

tas el azuacutecar glucosa a partir de dioacutexido de carbo-

no y agua la planta se expone a dioacutexido de carbo-

no radiactivo El investigador identifica los com-

puestos que se forman a partir de estas materias

42

primas y el orden en el que se sintetizan y despueacutes

determina cuaacuteles compuestos se tornan radiactivos

y en queacute secuencia Con base en los dates obteni-

dos de experimentos con rastreadores los cientiacutefi-

cos determinan las rutas metaboacutelicas de plantas

animales y seres humanos

43

8 MEDICINA NUCLEAR

La medicina nuclear ha generado tra-

tamientos y terapias inimaginables

antes de su descubrimiento

En el diagnostico generoacute meacutetodos no

invasivos que evitan a los paciente

tanto sufrimientos como peacuterdidas de

tiempo

En medicina nuclear se dan dos usos distintos

a los radioisoacutetopos para fines terapeacuteuticos o para

realizar un diagnoacutestico En la terapia con radiacioacuten

se intenta tratar o curar un padecimiento por

44

medio de radiacioacuten El uso de los radioisoacutetopos

con fines de diagnoacutestico busca obtener informa-

cioacuten acerca del estado de salud del paciente

TERAPIA POR RADIACIOacuteN

El caacutencer no es una sola enfermedad sino

muchas Algunas formas de caacutencer son particu-

larmente susceptibles a la terapia por radiacioacuten La

radiacioacuten se dirige cuidadosamente hacia el tejido

canceroso y se reduce al miacutenimo la exposicioacuten de

las ceacutelulas normales Si los efectos destructivos de

la radiacioacuten consiguen matar las ceacutelulas cancero-

sas se detiene el avance del tumor maligno (Pero

los pacientes que se someten a terapia por radia-

cioacuten suelen experimentar malestares a causa del

tratamiento Naacuteusea y voacutemito son los siacutentomas

usuales del malestar por radiacioacuten Asiacute pues el

objetivo de la terapia por radiacioacuten es destruir las

ceacutelulas cancerosas antes de que se cause un dantildeo

excesivo a los tejidos sanos La radiacioacuten tiene

45

efectos maacutes letales para las ceacutelulas que se reprodu-

cen con rapidez y eacutesta es precisamente la caracte-

riacutestica de las ceacutelulas cancerosas que permite que la

terapia por radiacioacuten tenga eacutexito

USOS DIAGNOacuteSTICOS DE LOS RADIOISOacuteTOPOS

Los radioisoacutetopos se usan para fines diagnoacutes-

ticos con el propoacutesito de obtener informacioacuten

acerca del tipo o el alcance de la enfermedad El

yodo 131 radiactivo se emplea para determinar el

tamantildeo la forma y la actividad de la glaacutendula ti-

roides asiacute como para tratar caacutenceres localizados

en esta glaacutendula y para controlar una tiroides hi-

peractiva Primero el paciente toma una solucioacuten

de yoduro de potasio que contiene yodo 131 El

organismo concentra el yodo en la tiroides Se

usan dosis grandes para el tratamiento del caacutencer

de la tiroides la radiacioacuten del isoacutetopo se concentra

en las ceacutelulas cancerosas de esta glaacutendula auacuten

cuando las ceacutelulas cancerosas se hayan extendido a

46

otras partes del cuerpo Sin embargo para fines de

diagnoacutestico soacutelo se necesita una pequentildea cantidad

del radioisoacutetopo Tambieacuten 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-

poracioacuten diferencial del isoacutetopo La imagen que

se obtiene se describe como una fotoexploracioacuten

y permite determinar con precisioacuten la ubicacioacuten de

un tumor en esa regioacuten del cuerpo

El radioisoacutetopo de uso maacutes extendido en medicina

es el gadolinio 153 Este isoacutetopo se emplea para

evaluar la mineralizacioacuten de los huesos Su popu-

laridad es un indicio del gran nuacutemero de personas

principalmente mujeres que sufren de osteoporo-

sis (reduccioacuten de la cantidad de tejido oacuteseo) a me-

dida que envejecen El gadolinio 153 emite dos

radiaciones caracteriacutesticas un rayo gamma y un

rayo X Un dispositivo analizador compara estas

radiacioacuten despueacutes de que atraviesan el hueso La

47

densidad del mismo se determina con base en las

diferencias de absorcioacuten de los rayos

El tecnecio 99m se utiliza en diversos ensayos

diagnoacutesticos La letra m quiere decir metaestable

lo que significa que este isoacutetopo emite cierta ener-

giacutea para convertirse en una versioacuten maacutes estable del

mismo isoacutetopo (mismo nuacutemero atoacutemico y mismo

peso atoacutemico) La energiacutea que desprende es el

rayo gamma que permite detectar el isoacutetopo

Tcm9943 Tc99

43 + y

Observa que la desintegracioacuten del tecnecio

99m no produce partiacuteculas alfa ni beta las cuales

podriacutean causar dantildeos innecesarios al organismo

Ademaacutes el tecnecio 99m tiene una vida media cor-

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

tividad no permanece en el organismo mucho

tiempo despueacutes de que la exploracioacuten se ha com-

pletado Esta vida media tan corta obliga a planifi-

48

car cuidadosamente el uso del radioisoacutetopo De

hecho lo que se adquiere no es el isoacutetopo mismo

El tecnecio 99m se forma por desintegracioacuten del

molibdeno 99

Mo9942 Tcm99

43 + e01minus + y

Se emplea un recipiente que contiene este isoacute-

topo de molibdeno y el producto de desintegra-

cioacuten el tecnecio 99 se extrae del recipiente a

medida que se necesita

Mediante el uso de modernas tecnologiacuteas ba-

sadas en la utilizacioacuten de computadoras la tomo-

grafiacutea por emisioacuten de positrones (PET por sus

siglas en ingleacutes) permite medir los procesos dinaacute-

micos que se llevan a cabo en el organismo como

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

boliza el oxiacutegeno o la glucosa Las exploraciones

de PET se emplean actualmente para identificar

con precisioacuten el aacuterea de dantildeo cerebral que desen-

49

cadena los ataques epileacutepticos graves Antes de la

exploracioacuten se inhalan o se inyectan compuestos

que contienen isoacutetopos emisores de positrones

como el carbono 11 Antes de que el positroacuten

emitido pueda recorrer una distancia apreciable en

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

teria ordinaria abundan los electrones) y se produ-

cen dos rayos gamma

C116 B11

5 + e01+

e01+ + e0

1minus 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 simultaacuteneamente

dos rayos gamma el sistema no toma en cuenta

los rayos gamma de la radiacioacuten natural de fondo

A continuacioacuten se emplea una computadora para

calcular la ubicacioacuten dentro del cuerpo del punto

50

en el cual ocurrioacute una aniquilacioacuten del positroacuten y

el electroacuten y se genera una imagen en esa regioacuten

La tabla contiene una lista de radioisoacutetopos de

uso comuacuten en la medicina La lista es necesaria-

mente incompleta Incluso con esta exposicioacuten tan

breve puedes hacerte una idea de la importancia

que los radioisoacutetopos tienen en la medicina La

aseveracioacuten de que la ciencia nuclear ha salvado

maacutes vidas de las destruidas por las bombas atoacutemi-

cas no carece el fundamento

51

Isoacutetopo Nombre Vida me-

dia Uso

C11 Carbono 11 203m Exploraciones cere-

brales

Cr51 Cromo 51 278d Determinacioacuten

del volumen sanguiacute-

neo

Co57 Cobalto 57 270d Medicioacuten de la

incorporacioacuten de

vitamina v12

Co60 Cobalto 60 526a Terapia de caacutencer

por radiacioacuten

Gd153 Gadolinio

153

242d Determinacioacuten

de la densidad oacutesea

Ga67 Galio 67 781h Exploracioacuten en

busca de tumores

pulmonares

I131 Yodo 131 807d Terapia de la ti-

roides

Ir192 Iridio 192 74d Terapia del caacuten-

cer de mamaacute

Fe59 Hierro 59 45d Deteccioacuten de

anemia

52

P32 Foacutesforo 32 143d Deteccioacuten de

caacutencer de la piel o

tumores oculares

Pu238 Plutonio

238

86a Suministra ener-

giacutea para marcapasos

Ra226 Radio 226 1600a Terapia de caacutencer

por radiacioacuten

Se75 Selenio 75 120d Exploraciones del

paacutencreas

Na24 Sodio 24 150h Localizacioacuten de

obstrucciones en el

flujo sanguiacuteneo

Tc99 Tecnecio 99 60h Obtencioacuten de imaacute-

genes de cerebro hiacutega-

do meacutedula oacutesea rintildeoacuten o

corazoacuten

Tl201 Talio 201 73h Deteccioacuten de pro-

blemas cardiacos con la

prueba de esfuerzo en

rueda de andar

H3 Tritio 123a Determinacioacuten de

agua corporal total

Xe133 Xenoacuten133 527d Obtencioacuten de imaacute-

genes de pulmoacuten

53

9 FECHADO POR MEDIO DE RADIOISOacuteTOPOS

Una de las aplicaciones maacutes in-

creiacutebles de la quiacutemica nuclear es la po-

sibilidad de averiguar la antiguumledad de

los objetos encontrados en las investi-

gaciones arqueoloacutegicas

Se puede usar la vida media de ciertos isoacuteto-

pos para estimar la antiguumledad de rocas y artefac-

tos arqueoloacutegicos El uranio 238 se desintegra con

una vida media de 4500 millones de anos Los

productos iniciales de esta desintegracioacuten tambieacuten

son radiactivos y la descomposicioacuten continuacutea

54

hasta que se forma un isoacutetopo de plomo (plomo

206) Los quiacutemicos pueden estimar la antiguumledad

de una roca determinando las proporciones relati-

vas de uranio 238 y plomo 206 Se ha encontrado

que algunas de las rocas maacutes antiguas de la Tierra

se formaron hace entre 3000 y 4500 millones de

antildeos En las rocas lunares y en meteoritos se ha

determinado una antiguumledad maacutexima de alrededor

de 4500 millones de antildeos Asiacute pues se considera

en general que la Tierra tiene una antiguumledad de

unos 4500 millones de antildeos

FECHADO POR CARBONO 14

En el fechado de artefactos interviene por lo

general un isoacutetopo radiactivo de carbono Se for-

ma carbono 14 en las capas superiores de la at-

moacutesfera por el bombardeo que experimenta el

nitroacutegeno ordinario por parte de los neutrones de

los rayos coacutesmicos

55

N147 + n1

0 C146 + H1

1

Este proceso origina una concentracioacuten cons-

tante de carbono 14 en el CO2 terrestre Las plan-

tas y animales vivos incorporan este isoacutetopo en

sus propias ceacutelulas Sin embargo cuando estos

seres mueren se interrumpe la incorporacioacuten de

carbono 14 y el carbono 14 que hay en el orga-

nismo se desintegra (con una vida media de 5 730

antildeos) a nitroacutegeno 14

Por consiguiente basta con medir la actividad

residual de carbono 14 en un artefacto de origen

vegetal o animal para determinar su antiguumledad

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 antildeos de antiguumle-

dad es decir ha estado muerta durante un tiempo

equivalente a una vida media Anaacutelogamente un

artefacto que muestra el 25 de la actividad de

carbono 14 del material vegetal reciente tiene

56

11460 anos de antiguumledad 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 aquiacute supone que la formacioacuten del isoacutetopo

fue constante a lo largo del tiempo En realidad no

es asiacute Sin embargo aproximadamente para los

uacuteltimos 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

aacuterboles Se han construido curvas de calibracioacuten

que permiten determinar fechas consideradas co-

mo exactas

En teacuterminos generales el meacutetodo de carbono

14 es razonablemente preciso para fechar objetos

de hasta 50000 antildeos de antiguumledad La cantidad

residual del isoacutetopo en los objetos de una antiguumle-

dad mayor que esa es demasiado pequentildea para

hacer una determinacioacuten exacta

El carboacuten de las fogatas de los pueblos anti-

57

guos fechado por determinacioacuten de la actividad

de carbono 14 se usa para estimar la antiguumledad

de otros artefactos encontrados en el mismo em-

plazamiento arqueoloacutegico La teacutecnica de fechado

por carbono 14 se ha usado tambieacuten para detectar

si supuestos artefactos antiguos han sido falsifica-

dos

EL SUDARIO DE TURIacuteN

Probablemente han oiacutedo hablar del sudario de

Turiacuten Se trata de una pieza de tejido de lino muy

antigua de unos 4 metros de largo que muestra la

impresioacuten aproximada de un cuerpo humano

Desde alrededor del antildeo 1350 dC 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-

bricacioacuten del lienzo habiacutea sido cultivado en alguacuten

memento entre los anos de 1260 y 1390 dC Por

58

tanto el lienzo no podriacutea haber existido en tiem-

pos de Cristo A diferencia de los pergaminos del

Mar Muerto para los que el fechado por carbono

14 demostroacute que son registros auteacutenticos de una

civilizacioacuten que existioacute hace unos 2000 antildeos el

sudario de Turiacuten resultoacute ser falso

FECHADO POR TRITIO

El tritio que es el isoacutetopo radiactivo del

hidroacutegeno sirve tambieacuten para fechar Su vida me-

dia de 123 antildeos lo hace uacutetil para fechar objetos de

hasta 100 antildeos de antiguumledad Una aplicacioacuten inte-

resante es el fechado de aguardientes Estas bebi-

das alcohoacutelicas son muy costosas cuando han sido

antildeejadas de 10 a 50 antildeos El fechado por tritio

permite comprobar la veracidad de los anuncios

publicitarios respecto al proceso de antildeejamiento

de las variedades maacutes caras

Hay muchos otros isoacutetopos que permiten es-

timar la antiguumledad de objetos y materiales

59

Isoacutetopo Vida me-

dia

(antildeos)

Periacuteodo de

utilidad Uso

Carbono 14 5730 500 a 50000

antildeos

Carboacuten vege-

tal material

orgaacutenico

Tritio 123 1 a 100 antildeosVinos antildeeja-

dos

Potasio 40 13 x 109 Desde 10000

antildeos

Rocas corteza

terrestre y

lunar

Renio 187 43 x1010 Desde 4 x

107 antildeos Meteoritos

Ranio238 45 x109 Desde 107

antildeos

Rocas corteza

terrestre

60

10 PLANTAS DE ENERGIacuteA NUCLEAR

iquestSabeacutes de doacutende viene esa energiacutea que nosotros usamos tanto Mucha de la energiacutea eleacutectrica es

producida por plantas nucleares de to-do el mundo

La energiacutea nuclear ha dado origen a bombas

muy destructivas y a la nociva precipitacioacuten ra-

diactiva y podriacutea incluso provocar un devastador

invierno nuclear Sin embargo una cantidad mu-

cho mayor de personas han recibido beneficios de

la energiacutea nuclear que las que han sido perjudica-

das por ella El hecho es que existen muchos usos

de la energiacutea nuclear que son sumamente beneacutefi-

61

cos Ya conocemos el uso de isoacutetopos radiactivos

en el diagnoacutestico cliacutenico y en el fechado de obje-

tos de antiguumledad desconocida Otro uso paciacutefico

de la energiacutea nuclear es la generacioacuten de electri-

cidad Una gran parte de la energiacutea eleacutectrica que

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

giacutea nuclear

En la actualidad una quinta parte de toda la

electricidad que se produce en Estados Unidos

proviene de plantas de energiacutea nuclear En Euro-

pa la dependencia respecto a la energiacutea nuclear

para la produccioacuten de electricidad es auacuten mayor

En Francia por ejemplo maacutes del 70 de la ener-

giacutea eleacutectrica del paiacutes proviene de plantas nuclea-

res

No es sorprendente que una reaccioacuten que

desprende tanta energiacutea como lo hace la fisioacuten

nuclear se use como fuente de energiacutea para gene-

rar electricidad En las plantas de energiacutea nuclear

se usa el calor obtenido de una reaccioacuten de fisioacuten

62

en cadena controlada para producir vapor de

agua que mueve las turbinas generadoras de elec-

tricidad El combustible nuclear es normalmente

oacutexido de uranio U3O8 enriquecido hasta alrede-

dor de 3 de uranio 235

La energiacutea nuclear es mucho maacutes limpia que la

que se obtiene quemando combustibles foacutesiles

(carboacuten petroacuteleo y gas) no produce cenizas finas

ni holliacuten no forma dioacutexido de carbono que con-

tribuye al efecto de invernadero y al calentamiento

global y no contamina el aire con oacutexidos de azu-

fre y de nitroacutegeno que dan origen a la lluvia aacutecida

Por otra parte emite grandes cantidades de calor

residual en el ambiente y lo que es mucho maacutes

serio produce muchos residuos radiactivos La

eliminacioacuten de todos estos materiales radiactivos

de desecho es uno de los problemas constantes

que se tienen en relacioacuten con las plantas de energiacutea

nuclear

63

11 BOMBA ATOacuteMICA

Todos sabemos los desastres que pue-

den causar la detonacioacuten de una bomba

nuclear

Aquiacute presentamos la explicacioacuten teoacuterica

y coacutemo se pone en praacutectica

COacuteMO FUNCIONA UNA BOMBA NUCLEAR EN LA

TEORIacuteA

El 16 de Julio de 1945 estalloacute la primera bomba

atoacutemica en el campo de pruebas de Trinity cerca

de aacutelamo Gordo (Nuevo Meacutejico) Desde ese pre-

64

ciso instante la historia de la humanidad ha pasado

a una nueva era la era nuclear

Nunca hasta entonces se habiacutean tenido los cono-

cimientos necesarios como para saber que la masa

puede convertirse en grandes cantidades de ener-

giacutea y coacutemo podiacutea realizarse ese proceso hasta

entonces reservado tan soacutelo a las estrellas

La famosa foacutermula de Einstein E = mc2 ha pasa-

do ya ha formar parte de la cultura popular auacuten sin

que en realidad se llegue a saber que implica

Donde E es energiacutea m masa y c la velocidad de la

luz (constante) En esta ecuacioacuten se expresa la

relacioacuten de equivalencia entre masa y energiacutea Por

ejemplo haciendo algunas cuentas se ve que con

un gramo de uranio si se convirtiese totalmente

en energiacutea se obtendriacutean 25 millones de Kw

Aplicado como una bomba nuclear basta decir

que para asolar Hiroshima soacutelo se convirtioacute un

65

gramo de masa (aunque toda la bomba como me-

canismo pesara cuatro toneladas) su potencia fue

de 125 kilotones es decir para igualar su potencia

seriacutean 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 combustibles

de fisioacuten Cuando en un espacio se reuacutene la sufi-

ciente cantidad de materia (denominada masa criacute-

tica) se produce una reaccioacuten en cadena espontaacute-

nea esto es el nuacutecleo de los aacutetomos del material

se divide liberando energiacutea y varios neutrones

raacutepidos que provocan que otros nuacutecleos tam-

bieacuten se dividan y liberen maacutes energiacutea y neutrones

Este proceso se denomina fisioacuten nuclear Sin em-

bargo si la densidad no es suficiente la energiacutea

liberada hace que el material se expanda y se de-

tenga el proceso Para evitar que se pare la reac-

cioacuten se recurre a una materia muy densa de por siacute

(isoacutetopos del uranio y plutonio) que ademaacutes se

comprime de manera muy raacutepida para lograr una

66

altiacutesima densidad que permite que los neutrones

raacutepidos choquen antes con otros nuacutecleos y se

produzcan antes el mayor nuacutemero 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 maacutes energiacutea Para una

explosioacuten de 100 kilotones son necesarias 58 ge-

neraciones las 7 uacuteltimas generan el 999 de la

energiacutea en periodo cortiacutesimo de tiempo Tambieacuten

puede liberarse energiacutea con la fusioacuten en este pro-

ceso los nuacutecleos se unen en vez de separarse pero

se requieren altiacutesimas temperaturas (del orden de

millones de grados) para que este proceso se lleve

a cabo Para esta reaccioacuten se usan aacutetomos ligeros

(maacutes faacuteciles de unir) generalmente hidroacutegeno o

sus isoacutetopos (deuterio y tritio) Para unir dos aacuteto-

mos basta con hacerlos chocar Los protones de

cada aacutetomo 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

67

fusioacuten deben comprimirse fuertemente los nuacute-

cleos y una vez hecho soacutelo podraacuten continuar uni-

dos si pierden un equivalente de la energiacutea que les

hizo apretarse En el caso de usar deuterio y tritio

se libera violentamente un neutroacuten Esta energiacutea

liberada es la que forma una bomba de fusioacuten

tambieacuten denominada bomba H

COMO FUNCIONA UNA BOMBA ATO-MICA EN LA PRACTICA

Sea cual fuere el sistema de funcionamiento de

una bomba nuclear (fusioacuten o fisioacuten) una cantidad

de masa se convierte en energiacutea la potencia soacutelo

depende de la capacidad de la ingenieriacutea para con-

vertir maacutes masa antes de que la reaccioacuten disperse

las moleacuteculas en teoriacutea la potencia es por tanto

ilimitada

Una bomba nuclear consiste baacutesicamente en una

esfera hueca de plutonio que no es lo suficiente-

68

mente densa como para producir una reaccioacuten 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 explosioacuten se disparan los detonado-

res que hacen que el material explosivo estalle de

la manera lo maacutes regular posible para que enviacutee

una onda de choque esfeacuterica hacia el plutonio

Cuando eacutesta impacta contra eacutel lo comprime y re-

duce su volumen empujaacutendolo hacia el centro de

la esfera hasta que alcanza una densidad suficiente

(supercriacutetica) y se dispara el iniciador de neutrones

para comenzar la reaccioacuten en cadena que da lugar

a la explosioacuten nuclear

Las bombas termonucleares de fusioacuten o H nece-

sitan de una gran temperatura para que se puedan

unir los nuacutecleos esto se consigue en el interior de

una explosioacuten de fisioacuten que es el comienzo de

toda bomba H

69

Una vez acabada la reaccioacuten de fusioacuten nos encon-

traremos con una esfera expandida con una tem-

peratura de millones de grados en la que existen

los productos de la fusioacuten (litio e isoacutetopos del

hidroacutegeno) Tal es su velocidad que pueden fun-

dirse unos con otros dando lugar a la reaccioacuten de

fusioacuten Esta reaccioacuten genera maacutes energiacutea que la

anterior y libera gran cantidad de partiacuteculas nu-

cleares pero no es una reaccioacuten en cadena ya que

el propio calor que genera hace que las partiacuteculas

se separen y se expandan en forma de una esfera

de plasma con una temperatura que tan soacutelo expe-

rimenta el universo de manera natural en las estre-

llas En nuestro sol por ejemplo ocurren la fusioacuten

nuclear de hidroacutegeno y helio Pero antes de que la

reaccioacuten se extinga los neutrones generados por

las detonaciones anteriores provocan de nuevo

una reaccioacuten de fusioacuten sobre una camisa de U-

238 pero esta vez mucho mayor que las anterio-

res La potencia de una bomba termonuclear care-

ce de liacutemite una bomba como la de Hiroshima de

70

125 kilotones (un kilotoacuten equivale a 1000 tonela-

das de TNT) se considera dentro de los arsenales

modernos como pequentildea siendo las de un mega-

toacuten (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 la

Segunda Guerra Mundial

Para la construccioacuten de una bomba nuclear nor-

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

primero no forma parte de la reaccioacuten nuclear

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

nera espontaacutenea emitiendo neutrones que son

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

duzca de manera accidental la reaccioacuten en cadena

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

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

cioacuten 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

71

reactores nucleares a partir del U-238

La desintegracioacuten del uranio en la reaccioacuten en

cadena se produce de manera espontaacutenea para una

masa de 50 Kg si eacuteste elemento es puro El pluto-

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

da reaccioacuten en cadena de modo que se mezcla de

berilo y polonio dando como resultado un pro-

ducto que aunque no es fisionable por si solo una

pequentildea cantidad actuacutea como catalizador para las

grandes reacciones Asiacute bastan 16 Kg de PU-239

para obtener la masa supercriacutetica y 10 Kg si se

mezcla con U-238

El U-235 es muy difiacutecil de extraer por encontrarse

en la naturaleza muy mezclado con otros com-

puestos Asiacute por cada 25000 toneladas de mineral

de uranio bruto soacutelo se obtienen 50 toneladas de

uranio del que el 993 es U-235 y el resto el

rariacutesimo isoacutetopo U-238 ambos soacutelo se pueden

separar de manera mecaacutenica gracias a la leviacutesima

72

diferencia de peso entre ambos Asiacute el uranio se

mezcla en forma gaseosa con fluor (hexafluoriacutedri-

co) que es impulsado a baja presioacuten hacieacutendolo

pasar por unas caacutemaras que aumentan la concen-

tracioacuten de uranio sensiblemente tras cientos de

pasadas Para una central nuclear la pureza ha de

ser del 2 y para una bomba (teoacutericamente) el

95

Para separar el isoacutetopo se recurre a la centrifuga-

cioacuten del gas siendo el maacutes pesado U-238 despedi-

do hacia el exterior con maacutes fuerza Para obtener

otra vez el uranio separado del gas se recurre a la

separacioacuten magneacutetica

MECANISMOS QUE SUELEN COMPONER UNA

BOMBA NUCLEAR

Los mecanismos que suelen componer una bom-

ba nuclear son los siguientes

73

ALTIacuteMETRO No suele usarse el baromeacutetrico

por verse afectado por las condiciones atmosfeacuteri-

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 seguacuten el tiempo transcu-

rrido en el recorrido puede saberse la altura sin

necesidad de complicar maacutes el sistema para dar

una precisioacuten que en realidad no es importante (2

o 3 m de diferencia no son apreciables maacutes que

en minibombas bastante menores que las de

Hiroshima) siendo la altura normal de detonacioacuten

la de 2000 m

En la praacutectica 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 electroacute-

nicamente para obtener la diferencia de ambas

que es proporcional a la altura Los pulsos suelen

emitirse 120 veces por segundo y alcanzan un

74

rango de 3000 m sobre la tierra y 6000 m sobre

el mar (la reflexioacuten es alliacute mejor) siendo su error

de hasta 15 m

CABEZA DETONADORA Como ya se dijo

estaacute compuesta de una carga explosiva muy bien

calibrada que a la orden del altiacutemetro detona

produciendo una onda de choque uniforme sobre

el elemento radioactivo comprimieacutendolo hasta

alcanzar la masa supercriacutetica

Compantildeiacuteas privadas producen camisas explosivas

que modificadas pueden ser usadas para la fabri-

cacioacuten del objeto que nos ocupa La cantidad de

presioacuten necesaria a aplicar es un secreto por razo-

nes de seguridad aunque se sabe que los explosi-

vos plaacutesticos son ideales sobre todo por su malea-

bilidad y facilidad de manejo

El detonador variacutea si es combustible es uranio o

plutonio

75

DETONADOR DE URANIO La masa total se

divide en dos partes una mayor de forma semies-

feacuterica y coacutencava que se acopla perfectamente con

la otra maacutes pequentildea Como es de suponer ambas

se encuentran separadas hasta el momento de la

detonacioacuten en el que una explosioacuten convencional

dispara la parte pequentildea que impacta contra la

mayor para lograr en un instante la masa supercriacute-

tica

DETONADOR DE PLUTONIO Necesita

una precisioacuten de ingenieriacutea mucho mayor que la

anterior ya que estaacute compuesta de 32 secciones de

plutonio-berilio-polonio todas de igual forma y

posicioacuten distribuidas conceacutentricamente El aspecto

final es parecido al de un baloacuten de fuacutetbol Todas

han de cerrarse simeacutetricamente en una diezmillo-

neacutesima de segundo para conseguir la detonacioacuten

DEFLECTOR DE NEUTRONES Suele ser

U-238 Su funcioacuten es la que ya se explicoacute evitar

76

una reaccioacuten accidental ademaacutes refleja las partiacutecu-

las de vuelta cuando se alcanza la masa supercriacuteti-

ca

ESCUDO PROTECTOR Recibe otros nom-

bres pero su funcioacuten es siempre la de proteger de

la radiacioacuten natural tanto al personal que la maneja

como a los circuitos de la bomba que pueden su-

frir cortocircuitos o puestas en funcionamiento

accidentales

SISTEMA DE ARMADO Es otro sistema maacutes

de seguridad consistente en quitar una parte im-

prescindible de la bomba para evitar detonaciones

accidentales de modo que soacutelo cuando estaacute

proacuteximo su lanzamiento se inserta esta parte Una

analogiacutea seriacutea como si al aparcar nuestro coche le

quitaacuteramos el volante o una bujiacutea asiacute estariacuteamos

seguros de que no nos lo roban porque sin estas

partes el coche no funciona

77

12 EFECTOS DE UNA EXPLOSIOacuteN NUCLEAR

Tenemos frescas en nuestra memo-

ria las imaacutegenes que nos mostroacute la

televisioacuten cuando se produjo el ac-

cidente de Chernobyl

Aquiacute explicamos todas las conse-

cuencias de una detonacioacuten 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

78

bull Radiacioacuten nuclear inicial la altiacutesima

temperatura y la elevada presioacuten que se

genera en el interior de la explosioacuten emi-

ten radiacioacuten en todas las direcciones Esta

se compone de rayos alfa beta y gamma

que son una forma de radiacioacuten electro-

magneacutetica de alta energiacutea que puede causar

la muerte sin que el individuo se de cuenta

de que ha sido irradiado Una explosioacuten de

un megatoacuten (de tamantildeo estaacutendar) matariacutea

a todo ser humano en 15 Km a la redonda

que se encontrase al aire libre

Las partiacuteculas alfa son ideacutenticas a un nuacutecleo de

helio son las que mas larga vida tienen unos mil

antildeos pero su poder de penetracioacuten 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 radiacioacuten Con 45 cm de tierra se

consigue reducir la radiacioacuten veinte veces

Las partiacuteculas beta penetran maacutes siendo suficiente

79

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

to la radiacioacuten (una pared moderna ya espesa se

compone de 1 pie de ladrillo maacutes caacutemara maacutes

aislante maacutes ladrillo hueco y yeso que suele que-

darse en los 37 cm)

Los de maacutes poder de penetracioacuten son las gamma

y por tanto los maacutes peligrosos ya son los que se

introducen en los refugios nucleares auacuten con

grandes espesores de hormigoacuten La uacutenica protec-

cioacuten eficaz es la de interponer grandes masas de

material mejor cuanto maacutes denso siendo el ideal

el plomo ya que pasa por los materiales como la

luz por una tela si esta es maacutes densa mayor canti-

dad de chocaraacute con ella y no la traspasaraacute Para

reducir la dosis a un veinteavo se precisan 30 cm

de hormigoacuten armado

bull Pulso electromagneacutetico La intensa acti-

vidad de los rayos gamma genera mediante

induccioacuten una corriente de alto voltaje so-

80

bre antenas viacuteas feacuterreas tuberiacuteas que des-

truye todas las instalaciones eleacutectricas de

una amplia zona si la explosioacuten se efectuacutea

a gran altura Una detonacioacuten de muchos

kilotones a 200 km sobre Omaha (Ne-

brasca) destruiriacutea todos los circuitos eleacutec-

tricos integrados de toda Norteameacuterica y

parte de Meacutejico y Canadaacute Ante el riesgo

de una detonacioacuten nuclear es conveniente

alejarse de liacuteneas eleacutectricas y viacutea feacuterreas ya

que la corriente inducida puede electrocu-

tarnos

bull Pulso teacutermico al expandirse la bola de

fuego el aire circundante absorbe energiacutea

en forma de rayos X y la irradia en forma

de una luz cegadora y un intensiacutesimo ca-

lor Una bomba de 20 Megatones produci-

riacutea una intensa luz durante 20 segundos y

causariacutea quemaduras de segundo grado a

81

cualquier persona expuesta a 45 Km de

distancia

bull Onda de choque La raacutepida expansioacuten de

la bola de fuego genera una onda de cho-

que como cualquier explosioacuten pero de

una potencia muy superior ya que puede

aplastar o barrer edificios dantildeaacutendolos muy

seriamente o destruyeacutendolos por comple-

to ya que maacutes que empujar por su dura-

cioacuten lo que hace es estrujar Una bomba

de 20 megatones no dejariacutea en un radio de

20 Km maacutes que escombros soacutelo se salva-

riacutean las cimentaciones y construcciones

enterradas

bull Primera lluvia radioactiva o lluvia ra-

diactiva local una explosioacuten de 20 mega-

tones aras de suelo produciriacutea un craacuteter de

183 m de profundidad la elevada tempe-

82

ratura vaporiza todo lo que se encuentra

dentro de la bola de fuego todo se funde

con los materiales radiactivos de la fisioacuten o

fusioacuten y se eleva con el hongo para luego

precipitar en forma de finas cenizas Esto

ocurriraacute durante las 24 h siguientes a la

explosioacuten y afectaraacute a una regioacuten maacutes o

menos amplia para una misma potencia

seguacuten la climatologiacutea El fenoacutemeno se am-

pliacutea considerablemente si la detonacioacuten se

produce cerca del suelo La energiacutea 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 maacutes destructivos los deno-

minados secundarios como incendios en masa

que acabariacutean con los pocos supervivientes y ma-

tariacutean a maacutes que el pulso teacutermico y la onda de

choque

83

Ademaacutes en caso de que se lanzaran muchas

bombas nucleares sus efectos secundarios seriacutean

mucho maacutes 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 10000 mega-

tones miacutenimos para considerar un holocausto

como tal

bull El primero de estos efectos es que la ra-

dioactividad liberada en caso de holocaus-

to penetrariacutea en todos y cada uno de los

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

Mientras que en dosis altas (seguacuten la espe-

cie) produciriacutea la muerte en otras maacutes ba-

jas los efectos seriacutean de lo maacutes variados

(mutaciones esterilidad)

bull El segundo seriacutea que los materiales im-

pulsados por las detonaciones se elevariacutean

hasta la troposfera donde ocultariacutean la luz

84

del sol durante meses o antildeos haciendo ba-

jar la temperatura de la tierra y alterando la

fotosiacutentesis de los vegetales y el plancton

marino seriacutea el famoso invierno nuclear

Ademaacutes estos materiales radiactivos iriacutean

cayendo durante meses o antildeos convirtieacuten-

dose en una lluvia radiactiva global que

auacuten con menos dosis radiactiva que una

lluvia provocada por una bomba seriacutea

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

antildeos Ese 5 de energiacutea liberada por la

lluvia radiactividad en una bomba es poco

pero en los 10000 megatones de un holo-

causto suponen ya 500 megatones que iraacuten

estallando durante miles de antildeos des-

pueacutes de la cataacutestrofe

85

bull El tercero seriacutea una reduccioacuten en la capa

de ozono producida por el oacutexido de nitroacute-

geno generado por las bolas de fuego de

modo que la radiacioacuten solar que llegase a

la tierra seriacutea mortal Un 70 del ozono

desapareceriacutea en el hemisferio norte y un

40 en el sur siendo necesarios treinta

antildeos para recuperar su estado normal

86

Ejercicios 12

MODELO DE RESOLUCIOacuteN

La distribucioacuten de los electrones de un aacutetomo

en sus niveles y subniveles se puede representar en

forma abreviada de la siguiente manera

a) Un coeficiente que indica el nuacutemero del nivel

de energiacutea (n)

b) Una letra que corresponde al subnivel

c) Un supraiacutendice que sentildeala el nuacutemero de elec-

trones que hay en el subnivel

1H = 1s1

3Li = 1s2 2s1

En razoacuten del entrecruzamiento de subniveles

el orden en que se van completando los subniveles

por energiacutea creciente es el siguiente

87

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

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

5d 6p 7s 5f 6d

7p

Para visualizar la distribucioacuten de los electrones

en orbitales se puede representar cada orbital por

un pequentildeo cuadrado dividido por una diagonal

y cada electroacuten mediante una flecha

Entonces el orbital puede estar

Vaciacuteo incompleto completo

(1 electroacuten) (2 electrones)

En caso del orbital completo las flechas tienen

sentido contrario para indicar que los electrones

presentan spin contrario

El llenado de los orbitales por los electrones

se realiza a partir de los niveles y subniveles en

88

orden creciente de energiacutea Cada nuevo electroacuten se

incorpora a un orbital vaciacuteo

De ese modo los elementos quedan represen-

tados asiacute

1H =

1s

3Li =

1s 2s

7N =

1s 2s 2p

89

Ejercicios 121

1) Un aacutetomo de foacutesforo tiene 15 protones y 16

neutrones Indicaacute cuaacutel es su

a) nuacutemero atoacutemico (Z) b) nuacutemero

de masa (A)

2) Un aacutetomo de potasio tiene Z =19 y A = 39

Indicaacute su nuacutemero de

a) protones b) electrones

c) neutrones

3) Completaacute los datos que faltan en el siguiente

cuadro

90

ELE-

MEN-

TO

NUacute-

MERO

ATOacute-

MICO

NUacute-

MERO

DE

MASA

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) Sentildealaacute el nombre y siacutembolo de los elementos

cuyas configuraciones electroacutenicas 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) Escribiacute la configuracioacuten electroacutenica de los

siguientes elementos

91

a) Na2311 = c) O16

8 =

b) Cl3517 = d) C12

6 =

6) De acuerdo con la siguiente representacioacuten de

los electrones en orbitales indicaacute a queacute ele-

mentos corresponden

a)

b)

c)

d)

7) Representaacute la distribucioacuten de los electrones en

orbitales de los elementos

a) 7N= c) 18Ar =

b) 15AI = d) 19K =

92

Hoja de respuestas121

1) a) 15 b) 31 2) a) 19 b) 19 c) 20

3)

ELE-

MEN-

TO

NUacuteME-

RO

ATOacute-

MICO

NUacute-

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)Argoacuten Ar

d)Escandio Sc

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

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)middot

94

Ejercicios 1211

Modelo de resolucioacuten

El nuacutemero de oxidacioacuten se asigna seguacuten las si-

guientes reglas

1) El nuacutemero de oxidacioacuten de los elementos en la

sustancia simple es cero

Ejemplo Cu0 02Cl

2) El nuacutemero de oxidacioacuten del oxiacutegeno es 2

excepto en las sustancias como el agua oxige-

nada Ejemplo H2

2Ominus

3) El nuacutemero de oxidacioacuten del hidroacutegeno es +1

excepto en las sustancias donde estaacute combina-

do con los metales Ejemplo 1

H+

2O

4) El nuacutemero de oxidacioacuten de un ion monoatoacute-

mico es igual a la carga del ion Ejemplo Ca2-

Cl-

95

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

braica de los nuacutemeros de oxidacioacuten de todos

los aacutetomos debe ser cero Ejemplo 1

H+

2

2Ominus

there42(+1) + (-2) = 0

6) En los iones que tienen maacutes de un aacutetomo la

suma algebraica de los nuacutemeros de oxidacioacuten

de todos los aacutetomos es igual a la carga del ion

El nuacutemero de oxidacioacuten se escribe colocando primero el signo y luego el nuacutemero

Ejemplo el nuacutemero de oxidacioacuten del aluminio es +3

1) Calculaacute los nuacutemeros de oxidacioacuten en la moleacute-

cula de dioacutexido de azufre (SO2)

Datos SO2 nuacutemero de oxidacioacuten del O2

es 2

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de S

Resolucioacuten Cada aacutetomo de oxiacutegeno tiene

nuacutemero de oxidacioacuten 2 por lo tanto el nuacute-

mero de oxidacioacuten del azufre es +4 porque

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

96

2) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten del azufre en

el aacutecido sulfuacuterico (H2SO4)

Datos H2SO2 nuacutemero de oxidacioacuten del

O2 es 2 nuacutemero de oxidacioacuten de H es -1

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de S

Resolucioacuten Se debe cumplir que la suma al-gebraica de todos los nuacutemeros de oxidacioacuten sea cero

4(-2) + 21 + x = 0

-8 + 2 + x = 0

x = 6

Respuesta el nuacutemero de oxidacioacuten del azufre

en el aacutecido sulfuacuterico es +6

3) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten del nitroacutegeno

en el nitrato de sodio (NaNO3)

Datos NaNO3 nuacutemero de oxidacioacuten del

O2 es 2

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de N

97

Resolucioacuten El nuacutemero de oxidacioacuten del

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

ga eleacutectrica positiva

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

1 6 + x = 0

x = 5

Respuesta el nuacutemero de oxidacioacuten del nitroacute-

geno en el nitrato de sodio es +5

4) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten del azufre en

el ion sulfato (S 24Ominus )

Datos S 24Ominus nuacutemero de oxidacioacuten del O2

es 2

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de S

Resolucioacuten La suma de los nuacutemeros de

oxidacioacuten es igual a 2 porque el ion sulfato

tiene dos cargas negativas (2-)

x + 4(-2) = -2

x 8 = -2

x = 6

98

Respuesta El nuacutemero de oxidacioacuten del azu-

fre en el ion sulfato es +6

99

Ejercicios 1212

1) Dibujaacute los siacutembolos de Lewis para los aacutetomos

de

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

2) iquestCoacutemo adquiere la distribucioacuten electroacutenica del

ineacutertido maacutes cercano cada uno de los siguien-

tes aacutetomos

a) K b)

F c)

S d) Mg e)

Br

3) Escribiacute las ecuaciones ioacutenicas la foacutermula elec-

troacutenica y la foacutermula miacutenima del compuesto

ioacutenico formado por

a) K y Br (bromuro de potasio)

b) Ca y O (oacutexido de calcio)

4) Marcaacute con una X las propiedades correspon-

dientes a las sustancias que presentan uniones

ioacutenicas

100

a) Son soacutelidas y tienen bajo punto de fusioacuten ( )

b) Conducen la corriente eleacutectrica fundidas o di-

sueltas en agua ( )

c) Tienen brillo metaacutelico ( )

d) Forman cristales duros y quebradizos solubles

en agua ( )

e) No conducen la corriente eleacutectrica ( )

5) Explicaacute coacutemo se unen dos aacutetomos de bromo

para formar la moleacutecula Br2 y escribiacute su

foacutermula electroacutenica y su foacutermula desarrollada

6) La foacutermula del monoacutexido de dicloro es Cl2O

a) Indicaacute queacute tipo de unioacuten existe entre el cloro y

el oxiacutegeno

b) Escribiacute su foacutermula electroacutenica y su foacutermula

desarrollada

7) El azufre y el oxiacutegeno forman dos oacutexidos

importantes el dioacutexido de azufre (SO2) y el

101

trioacutexido de azufre (SO3) Para el trioacutexido de

azufre

a) Indicaacute queacute tipo de unioacuten existe entre el azufre

y los tres aacutetomos de oxiacutegeno

b) Escribiacute la foacutermula electroacutenica

c) Escribiacute la foacutermula desarrollada

8) Marcaacute 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

liacutequidas o soacutelidas ( )

c) Son duacutectiles y maleables ( )

d) No forman moleacuteculas son agregados de

iones ( )

e) No son buenas conductoras de la corriente

eleacutectrica ( )

102

9) Coloque en el pareacutentesis UCP si la unioacuten es

covalente polar y UCNP si es covalento no

polar en cada una de las siguientes sustancias

a) cloruro de hidroacutegeno HCl ( )

b) Hidroacutegeno H2 ( )

c) yodo l2 ( )

10) Escribiacute la foacutermula electroacutenica y la foacutermula

desarrollada de cada una de las sustancias

mencionadas en el ejercicio 9

11) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten

a) del azufre (S)en el dioacutexido de azufre (SO2) en

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

sodio (Na2S)

b) del nitroacutegeno (N) en el dioacutexido de nitroacutegeno

(NO2) en el aacutecido niacutetrico (HNO3) y en el ni-

trato de potasio (KNO3)

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

can en el concepto de unioacuten metaacutelica

103

a) Tienen bajo punto de fusioacuten y de

ebullicioacuten ( )

b) Tienen brillo metaacutelico ( )

c) Conducen la corriente eleacutectrica sin

alterarse ( )

d) En estado soacutelido son malos conductores de la

corriente eleacutectrica ( )

e) Forman hilos y laacuteminas delgadas ( )

104

Hoja de respuestas 1212

1) a) He b) Al c)

Si d)

Ar e)

N

2) a) cede un electroacuten d) cede electrones c)

gana dos electrones b) y e) gana un electroacuten

3) a) Ecuaciones ioacutenicas

K K1+ + 1 e

Br + 1 e Br1-

K1+ + Br- KBr

Foacutermula electroacutenica K1+minus

1

Br

Foacutermula miacutenima KBr

b) Ecuaciones ioacutenicas

Ca Ca 2+ + 2 e

O + 2 e O2-

Ca2+ + O2- CaO

Foacutermula electroacutenica Ca2+ minus

2

O

105

Foacutermula miacutenima CaO

4) b y d

5) se unen compartiendo un par de electrones

6) a) unioacuten covalente

b) foacutermula electroacutenica

Cl

O

Cl

foacutermula desarrollada Cl O Cl

7) a) una unioacuten covalente doble entre el azufre y

uno de los aacutetomos de oxiacutegeno dos uniones cova-

lentes coordinadas con los otros dos aacutetomos de

oxiacutegeno

b) Foacutermula electroacutenica

Foacutermula desarrollada

106

8) a b y e

9) a) UCP y c) UCNP

10) Foacutermula electroacutenica Foacutermula desarrollada

a) H

Cl H Cl

b) HH H H

c)

I

I l I

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

12) b c y e

  • RADIACTIVIDAD
    • IacuteNDICE
      • 1 RADIACTIVIDAD NATURAL
      • 2 RELACIOacuteN ENTRE LA LEY DE LAVOISIER Y LA DE EINSTEIN
      • 3 INTERACCIONES ENTRE AacuteTOMOS Y ONDAS
      • 4 PODER DE PENETRACIOacuteN DE LA RADIACIOacuteN
      • 5 VIDA MEDIA
      • 6 RADIACTIVIDAD ARTIFICIAL
      • 7 USOS DE LOS RADIOISOacuteTOPOS
      • 8 MEDICINA NUCLEAR
      • 9 FECHADO POR MEDIO DE RADIOISOacuteTOPOS
      • 10 PLANTAS DE ENERGIacuteA NUCLEAR
      • 11 BOMBA ATOacuteMICA
      • 12 EFECTOS DE UNA EXPLOSIOacuteN NUCLEAR
        • Ejercicios 12
        • Ejercicios 121
        • Hoja de respuestas121
        • Ejercicios 1211
        • Ejercicios 1212
        • Hoja de respuestas 1212

26

cultad los tejidos asiacute que una fuente externa de los

mismos puede ser muy peligrosa En cambio

cuando la fuente radiactiva estaacute adentro del cuerpo

la situacioacuten se invierte Las partiacuteculas alfa que no

penetran pueden causar graves dantildeos Todas estas

partiacuteculas estaacuten atrapadas en el interior del cuerpo

el cual tiene entonces la posibilidad de absorber

toda la energiacutea que libera la partiacutecula Las partiacutecu-

las alfa infligen el dantildeo en un aacuterea muy pequentildea

porque no se desplazan muy lejos Las partiacuteculas

beta distribuyen el dantildeo en un aacuterea algo mayor

porque recorren distancias mayores Los tejidos se

pueden recuperar de un dantildeo limitado disperso en

un aacuterea grande pero es menos probable que so-

brevivan a una lesioacuten concentrada

Las personas que trabajan con materiales ra-

diactivos disponen de diversas formas de prote-

gerse contra ellos La maacutes simple consiste en ale-

jarse de la fuente porque la intensidad de la radia-

cioacuten disminuye con la distancia respecto a la fuen-

27

te Los trabajadores se pueden proteger tambieacuten

por medio de blindajes Una hoja de papel detiene

casi todas las partiacuteculas alfa Un bloque de madera

o una laacutemina delgada de aluminio detiene las par-

tiacuteculas beta

Pero se necesitan varios metros de concreto o

varios centiacutemetros de plomo para detener los ra-

yos gamma

28

5 VIDA MEDIA

Cuando hablamos de aacutetomos individuales

estamos trabajando con elementos que

apenas imaginamos

Para entender lo que pasa con la radia-

cioacuten debemos referirnos a un grupo maacutes

grande de partiacuteculas y trabajar con pro-

medios

Hasta aquiacute hemos estudiado la radiactividad en

relacioacuten con los aacutetomos individuales En el labora-

torio nos ocupamos en general con nuacutemeros muy

grandes de aacutetomos mucho mayores que el nuacuteme-

29

ro de habitantes de la tierra Si pudieacutesemos ver el

nuacutecleo de un aacutetomo individual podriacuteamos ver si

sufre o no desintegracioacuten radiactiva examinando

su composicioacuten Ciertas combinaciones de proto-

nes y neutrones son inestables Sin embargo lo

que no podriacuteamos determinar es cuando el aacutetomo

va a sufrir un cambio La radiactividad es un pro-

ceso aleatorio independiente en general de las

influencias externas

Cuando tenemos un nuacutemero grande de aacuteto-

mos el proceso de desintegracioacuten radiactiva se

hace maacutes predecible Podemos medir la vida me-

dia que es una propiedad caracteriacutestica de cada

radioisoacutetopo La vida media de un isoacutetopo radiac-

tivo es el periacuteodo durante el cual la mitad del nuacute-

mero original de aacutetomos sufre desintegracioacuten ra-

diactiva para formar un nuevo elemento Por

ejemplo supone que tuvieacutesemos 16 billones de

aacutetomos de tritio el isoacutetopo radiactivo de hidroacutege-

no La vida media del tritio es de 123 antildeos Esto

significa que al cabo de 123 antildeos se habraacuten desin-

30

tegrado 8 billones de aacutetomos de tritio y quedaraacuten

8 billones de aacutetomos Al cabo de otros 123 antildeos

se habraacute desintegrado la mitad de los 8 billones de

aacutetomos restantes Por tanto al cabo de dos vidas

medias quedaraacute una cuarta parte del nuacutemero ori-

ginal de aacutetomos de tritio Asiacute pues dos vidas me-

dias no hacen una entera

Podemos calcular la fraccioacuten restante del isoacute-

topo original al cabo de un nuacutemero dado de vidas

medias por medio de la relacioacuten

FRACCIOacuteN RESTANTE N21

=

Donde n es el nuacutemero de vidas medias trans-

curridas

31

6 RADIACTIVIDAD ARTIFICIAL

La radiactividad es un fenoacutemeno na-

tural y en esas condiciones poco

aprovechable

El hombre trabajoacute mucho para con-

trolarlo y hacer de este efecto algo

uacutetil Aunque como es muy habitual

en la humanidad las implementacio-

nes destructivas tambieacuten tuvieron

gran desarrollo

32

TRANSMUTACIOacuteN ARTIFICIAL

Las formas de radiactividad que se presentan

en la Naturaleza Se pueden inducir otras reaccio-

nes nucleares bombardeando nuacutecleos estables con

partiacuteculas alfa neutrones u otras partiacuteculas sub-

atoacutemicas Estas partiacuteculas si tienen suficiente

energiacutea penetran los nuacutecleos que antes eran esta-

bles e inducen alguna forma de emisioacuten radiacti-

va Al igual que la radiactividad natural este tipo

de cambio nuclear produce una transmutacioacuten un

elemento se transforma en otro Debido a que el

cambio no se habriacutea producido de manera natural

el proceso se conoce como transmutacioacuten artifi-

cial

Pocos antildeos despueacutes de su famoso experimen-

to de la laminilla de oro (bombardeo con radiacioacuten

alfa una lamina de oro y detectoacute en una lamina de

sulfuro de zinc la radiacioacuten emergente) Ernest

Rutherford estudioacute el bombardeo de diversos

elementos ligeros con partiacuteculas alfa Un experi-

33

mento de este tipo en el cual Rutherford bom-

bardeoacute nitroacutegeno dio por resultado la produccioacuten

de protones

N147 + He4

2 O178 + H1

1

(Recordaacute que el nuacutecleo de hidroacutegeno es un protoacuten

por eso usamos el siacutembolo alternativo H11 para el pro-

toacuten)

Observaacute que la suma de los nuacutemeros de nu-

cleones de la izquierda es igual a la suma de los

nuacutemeros de nucleones de la derecha Tambieacuten los

nuacutemeros atoacutemicos estaacuten balanceados

Rutherford habiacutea postulado en 1914 la exis-

tencia de protones en los nuacutecleos Un experimen-

to publicado en 1919 proporcionoacute la primera

comprobacioacuten empiacuterica de la existencia de estas

partiacuteculas fundamentales Ya antes Eugen Golds-

tein habiacutea producido protones en sus experimen-

34

tos con tubos de descarga en gas Goldstein obtu-

vo estas partiacuteculas a partir del hidroacutegeno gaseoso

contenido en el tubo por separacioacuten de un elec-

troacuten del aacutetomo de hidroacutegeno La trascendencia del

experimento de Rutherford consistioacute en que ob-

tuvo protones del nuacutecleo de un aacutetomo que no era

de hidroacutegeno con lo cual establecioacute la naturaleza

de los protones como partiacuteculas fundamentales Al

hablar de partiacuteculas fundamentales nos referimos a

las unidades baacutesicas a partir de las cuales se pue-

den formar estructuras maacutes complicadas (como el

nuacutecleo de nitroacutegeno) El experimento de Ruther-

ford constituyoacute la primera reaccioacuten nuclear indu-

cida

Durante la deacutecada de 1920 se llevaron a cabo

muchas transmutaciones artificiales En la deacutecada

de 1930 una de estas reacciones condujo al descu-

brimiento de otra partiacutecula fundamental En 1932

James Chadwick bombardeoacute berilio con partiacuteculas

alfa

35

Be94 + He4

2 C126 + n1

0 Entre los productos se encontraba el neutroacuten

RADIACTIVIDAD INDUCIDA

Las primeras reacciones nucleares produjeron

isoacutetopos que ya se conociacutean por estar presentes en

la Naturaleza Esto fue quizaacute fortuito porque era

inevitable que tarde o temprano se produjese un

nuacutecleo estable Iregravene Curie (hija de los ganadores

del premio Nobel de 1903) y su esposo Freacutedeacuteric

Joliot estudiaban el bombardeo de aluminio con

partiacuteculas alfa Se produciacutean neutrones y quedaba

como residuo un isoacutetopo de foacutesforo

Al2713 + He4

2 P3015 + n1

0

Para sorpresa de los investigadores el blanco

seguiacutea emitiendo partiacuteculas auacuten despueacutes de inte-

rrumpido el bombardeo El isoacutetopo de foacutesforo era

radiactivo y emitiacutea partiacuteculas cuya masa era igual a

36

la del electroacuten pero cuya carga era opuesta Estas

partiacuteculas se llaman positrones La reaccioacuten que

estaban observando era la siguiente

P3015 e0

1+ + Si3014

Asiacute pues surge una vez maacutes la pregunta iquestde doacuten-

de proviene esta partiacutecula si el nuacutecleo contiene

soacutelo protones y neutrones Anteriormente expli-

camos el hecho de que surgiese una partiacutecula beta

(un electroacuten) de un nuacutecleo afirmando que un neu-

troacuten se habiacutea descompuesto en un protoacuten y un

electroacuten Quizaacute un suceso similar puede explicar la

aparicioacuten de un positroacuten Considera que un pro-

toacuten del nuacutecleo se transforma en un neutroacuten y un

positroacuten (un protoacuten es ideacutentico a un nuacutecleo de

hidroacutegeno)

H11 e0

1+ + N10

Todo queda muy bien balanceado en esta

37

ecuacioacuten Al emitirse el positroacuten el nuacutecleo radiac-

tivo original tiene de pronto un protoacuten menos y

un neutroacuten maacutes que antes Por tanto la masa del

nuacutecleo producido es la misma pero su nuacutemero

atoacutemico se ha reducido en una unidad respecto al

nuacutecleo original Por este trabajo la pareja Joliot-

Curie se hizo acreedora al premio Nobel en 1935

(la pareja Joliot-Curie adoptoacute el apellido combina-

do para perpetuar el nombre de Curie Marie y

Pierre Curie tuvieron dos hijas pero ninguacuten hijo

varoacuten

38

7 USOS DE LOS RADIOISOacuteTOPOS

Muchas de las aplicaciones de la energiacutea

de la radiacioacuten se realizan a traveacutes de los

radioisoacutetopos

Gracias a ellos y a los detectores se evitan

grandes perdidas materiales y se ahorra

grandes esfuerzos

Los cientiacuteficos que trabajan en una amplia va-

riedad de campos emplean isoacutetopos radiactivos

(radioisoacutetopos) como rastreadores en sistemas

fiacutesicos quiacutemicos y bioloacutegicos Los isoacutetopos de un

elemento determinado sea radiactivo o no se

39

comportan de manera casi ideacutentica en los proce-

sos quiacutemicos y fiacutesicos En virtud de la facilidad

para detectar los isoacutetopos radiactivos es relativa-

mente faacutecil seguir sus movimientos incluso en un

sistema complicado

Como un ejemplo sencillo consideremos el

flujo de un liacutequido por una tuberiacutea Supongamos

que hay una fuga en una tuberiacutea enterrada bajo un

piso de concreto Podriacuteamos localizar la fuga le-

vantando partes extensas del piso o bien podriacutea-

mos agregar una pequentildea cantidad de material

radiactivo al liacutequido que va hacia el drenaje y ras-

trear el flujo de liacutequido con un contador Geiger

(un instrumento que detecta la radiactividad) Una

vez localizada la fuga soacutelo habriacutea que levantar una

parte pequentildea del piso para reparar la fuga Por lo

general se emplean para este propoacutesito isoacutetopos

de vida corta que desaparecen poco tiempo des-

pueacutes de realizar su funcioacuten

Anaacutelogamente podriacuteamos rastrear la incorpo-

racioacuten de foacutesforo en una planta verde La planta se

40

alimenta con un fertilizante que contiene foacutesforo

radiactivo Un meacutetodo sencillo de deteccioacuten con-

siste en colocar la planta sobre una peliacutecula foto-

graacutefica La radiacioacuten que emiten los isoacutetopos de

foacutesforo expone la peliacutecula en gran medida como

lo hace la luz Este tipo de exposicioacuten llamado

radiografiacutea muestra la distribucioacuten del foacutesforo en

la planta

Tambieacuten se da un buen uso a los rastreadores

radiactivos en la investigacioacuten agriacutecola Estos isoacute-

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 cuaacuteles son los mejores meacutetodos para

regular los insectos La mutacioacuten intencional de

plantas por irradiacioacuten ha producido nuevas y

mejores cepas de plantas de cultivo con valor co-

mercial desde raacutebanos hasta maniacute

Los radioisoacutetopos se emplean tambieacuten para

irradiar alimentos como meacutetodo de conservacioacuten

La radiacioacuten destruye los microorganismos que

41

causan la descomposicioacuten de los alimentos Los

alimentos irradiados muestran poco cambio en

cuanto a su saber o aspecto A muchas personas

les inquietan los posibles efectos dantildeinos de las

sustancias quiacutemicas que produce la radiacioacuten pero

no hay pruebas contundentes de dantildeos causados

por alimentos irradiados en animales de laborato-

rio alimentados con ellos y tampoco se conocen

efectos adversos en seres humanos en los paiacuteses

donde la irradiacioacuten se ha utilizado por muchos

antildeos El proceso de esterilizacioacuten no deja irradia-

cioacuten residual en los alimentos

Los radioisoacutetopos han sido empleados exten-

samente en la investigacioacuten cientiacutefica baacutesica El

mecanismo de la fotosiacutentesis se dilucidoacute en gran

parte utilizando carbono 14 como rastreador Por

ejemplo para determinar coacutemo fabrican las plan-

tas el azuacutecar glucosa a partir de dioacutexido de carbo-

no y agua la planta se expone a dioacutexido de carbo-

no radiactivo El investigador identifica los com-

puestos que se forman a partir de estas materias

42

primas y el orden en el que se sintetizan y despueacutes

determina cuaacuteles compuestos se tornan radiactivos

y en queacute secuencia Con base en los dates obteni-

dos de experimentos con rastreadores los cientiacutefi-

cos determinan las rutas metaboacutelicas de plantas

animales y seres humanos

43

8 MEDICINA NUCLEAR

La medicina nuclear ha generado tra-

tamientos y terapias inimaginables

antes de su descubrimiento

En el diagnostico generoacute meacutetodos no

invasivos que evitan a los paciente

tanto sufrimientos como peacuterdidas de

tiempo

En medicina nuclear se dan dos usos distintos

a los radioisoacutetopos para fines terapeacuteuticos o para

realizar un diagnoacutestico En la terapia con radiacioacuten

se intenta tratar o curar un padecimiento por

44

medio de radiacioacuten El uso de los radioisoacutetopos

con fines de diagnoacutestico busca obtener informa-

cioacuten acerca del estado de salud del paciente

TERAPIA POR RADIACIOacuteN

El caacutencer no es una sola enfermedad sino

muchas Algunas formas de caacutencer son particu-

larmente susceptibles a la terapia por radiacioacuten La

radiacioacuten se dirige cuidadosamente hacia el tejido

canceroso y se reduce al miacutenimo la exposicioacuten de

las ceacutelulas normales Si los efectos destructivos de

la radiacioacuten consiguen matar las ceacutelulas cancero-

sas se detiene el avance del tumor maligno (Pero

los pacientes que se someten a terapia por radia-

cioacuten suelen experimentar malestares a causa del

tratamiento Naacuteusea y voacutemito son los siacutentomas

usuales del malestar por radiacioacuten Asiacute pues el

objetivo de la terapia por radiacioacuten es destruir las

ceacutelulas cancerosas antes de que se cause un dantildeo

excesivo a los tejidos sanos La radiacioacuten tiene

45

efectos maacutes letales para las ceacutelulas que se reprodu-

cen con rapidez y eacutesta es precisamente la caracte-

riacutestica de las ceacutelulas cancerosas que permite que la

terapia por radiacioacuten tenga eacutexito

USOS DIAGNOacuteSTICOS DE LOS RADIOISOacuteTOPOS

Los radioisoacutetopos se usan para fines diagnoacutes-

ticos con el propoacutesito de obtener informacioacuten

acerca del tipo o el alcance de la enfermedad El

yodo 131 radiactivo se emplea para determinar el

tamantildeo la forma y la actividad de la glaacutendula ti-

roides asiacute como para tratar caacutenceres localizados

en esta glaacutendula y para controlar una tiroides hi-

peractiva Primero el paciente toma una solucioacuten

de yoduro de potasio que contiene yodo 131 El

organismo concentra el yodo en la tiroides Se

usan dosis grandes para el tratamiento del caacutencer

de la tiroides la radiacioacuten del isoacutetopo se concentra

en las ceacutelulas cancerosas de esta glaacutendula auacuten

cuando las ceacutelulas cancerosas se hayan extendido a

46

otras partes del cuerpo Sin embargo para fines de

diagnoacutestico soacutelo se necesita una pequentildea cantidad

del radioisoacutetopo Tambieacuten 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-

poracioacuten diferencial del isoacutetopo La imagen que

se obtiene se describe como una fotoexploracioacuten

y permite determinar con precisioacuten la ubicacioacuten de

un tumor en esa regioacuten del cuerpo

El radioisoacutetopo de uso maacutes extendido en medicina

es el gadolinio 153 Este isoacutetopo se emplea para

evaluar la mineralizacioacuten de los huesos Su popu-

laridad es un indicio del gran nuacutemero de personas

principalmente mujeres que sufren de osteoporo-

sis (reduccioacuten de la cantidad de tejido oacuteseo) a me-

dida que envejecen El gadolinio 153 emite dos

radiaciones caracteriacutesticas un rayo gamma y un

rayo X Un dispositivo analizador compara estas

radiacioacuten despueacutes de que atraviesan el hueso La

47

densidad del mismo se determina con base en las

diferencias de absorcioacuten de los rayos

El tecnecio 99m se utiliza en diversos ensayos

diagnoacutesticos La letra m quiere decir metaestable

lo que significa que este isoacutetopo emite cierta ener-

giacutea para convertirse en una versioacuten maacutes estable del

mismo isoacutetopo (mismo nuacutemero atoacutemico y mismo

peso atoacutemico) La energiacutea que desprende es el

rayo gamma que permite detectar el isoacutetopo

Tcm9943 Tc99

43 + y

Observa que la desintegracioacuten del tecnecio

99m no produce partiacuteculas alfa ni beta las cuales

podriacutean causar dantildeos innecesarios al organismo

Ademaacutes el tecnecio 99m tiene una vida media cor-

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

tividad no permanece en el organismo mucho

tiempo despueacutes de que la exploracioacuten se ha com-

pletado Esta vida media tan corta obliga a planifi-

48

car cuidadosamente el uso del radioisoacutetopo De

hecho lo que se adquiere no es el isoacutetopo mismo

El tecnecio 99m se forma por desintegracioacuten del

molibdeno 99

Mo9942 Tcm99

43 + e01minus + y

Se emplea un recipiente que contiene este isoacute-

topo de molibdeno y el producto de desintegra-

cioacuten el tecnecio 99 se extrae del recipiente a

medida que se necesita

Mediante el uso de modernas tecnologiacuteas ba-

sadas en la utilizacioacuten de computadoras la tomo-

grafiacutea por emisioacuten de positrones (PET por sus

siglas en ingleacutes) permite medir los procesos dinaacute-

micos que se llevan a cabo en el organismo como

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

boliza el oxiacutegeno o la glucosa Las exploraciones

de PET se emplean actualmente para identificar

con precisioacuten el aacuterea de dantildeo cerebral que desen-

49

cadena los ataques epileacutepticos graves Antes de la

exploracioacuten se inhalan o se inyectan compuestos

que contienen isoacutetopos emisores de positrones

como el carbono 11 Antes de que el positroacuten

emitido pueda recorrer una distancia apreciable en

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

teria ordinaria abundan los electrones) y se produ-

cen dos rayos gamma

C116 B11

5 + e01+

e01+ + e0

1minus 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 simultaacuteneamente

dos rayos gamma el sistema no toma en cuenta

los rayos gamma de la radiacioacuten natural de fondo

A continuacioacuten se emplea una computadora para

calcular la ubicacioacuten dentro del cuerpo del punto

50

en el cual ocurrioacute una aniquilacioacuten del positroacuten y

el electroacuten y se genera una imagen en esa regioacuten

La tabla contiene una lista de radioisoacutetopos de

uso comuacuten en la medicina La lista es necesaria-

mente incompleta Incluso con esta exposicioacuten tan

breve puedes hacerte una idea de la importancia

que los radioisoacutetopos tienen en la medicina La

aseveracioacuten de que la ciencia nuclear ha salvado

maacutes vidas de las destruidas por las bombas atoacutemi-

cas no carece el fundamento

51

Isoacutetopo Nombre Vida me-

dia Uso

C11 Carbono 11 203m Exploraciones cere-

brales

Cr51 Cromo 51 278d Determinacioacuten

del volumen sanguiacute-

neo

Co57 Cobalto 57 270d Medicioacuten de la

incorporacioacuten de

vitamina v12

Co60 Cobalto 60 526a Terapia de caacutencer

por radiacioacuten

Gd153 Gadolinio

153

242d Determinacioacuten

de la densidad oacutesea

Ga67 Galio 67 781h Exploracioacuten en

busca de tumores

pulmonares

I131 Yodo 131 807d Terapia de la ti-

roides

Ir192 Iridio 192 74d Terapia del caacuten-

cer de mamaacute

Fe59 Hierro 59 45d Deteccioacuten de

anemia

52

P32 Foacutesforo 32 143d Deteccioacuten de

caacutencer de la piel o

tumores oculares

Pu238 Plutonio

238

86a Suministra ener-

giacutea para marcapasos

Ra226 Radio 226 1600a Terapia de caacutencer

por radiacioacuten

Se75 Selenio 75 120d Exploraciones del

paacutencreas

Na24 Sodio 24 150h Localizacioacuten de

obstrucciones en el

flujo sanguiacuteneo

Tc99 Tecnecio 99 60h Obtencioacuten de imaacute-

genes de cerebro hiacutega-

do meacutedula oacutesea rintildeoacuten o

corazoacuten

Tl201 Talio 201 73h Deteccioacuten de pro-

blemas cardiacos con la

prueba de esfuerzo en

rueda de andar

H3 Tritio 123a Determinacioacuten de

agua corporal total

Xe133 Xenoacuten133 527d Obtencioacuten de imaacute-

genes de pulmoacuten

53

9 FECHADO POR MEDIO DE RADIOISOacuteTOPOS

Una de las aplicaciones maacutes in-

creiacutebles de la quiacutemica nuclear es la po-

sibilidad de averiguar la antiguumledad de

los objetos encontrados en las investi-

gaciones arqueoloacutegicas

Se puede usar la vida media de ciertos isoacuteto-

pos para estimar la antiguumledad de rocas y artefac-

tos arqueoloacutegicos El uranio 238 se desintegra con

una vida media de 4500 millones de anos Los

productos iniciales de esta desintegracioacuten tambieacuten

son radiactivos y la descomposicioacuten continuacutea

54

hasta que se forma un isoacutetopo de plomo (plomo

206) Los quiacutemicos pueden estimar la antiguumledad

de una roca determinando las proporciones relati-

vas de uranio 238 y plomo 206 Se ha encontrado

que algunas de las rocas maacutes antiguas de la Tierra

se formaron hace entre 3000 y 4500 millones de

antildeos En las rocas lunares y en meteoritos se ha

determinado una antiguumledad maacutexima de alrededor

de 4500 millones de antildeos Asiacute pues se considera

en general que la Tierra tiene una antiguumledad de

unos 4500 millones de antildeos

FECHADO POR CARBONO 14

En el fechado de artefactos interviene por lo

general un isoacutetopo radiactivo de carbono Se for-

ma carbono 14 en las capas superiores de la at-

moacutesfera por el bombardeo que experimenta el

nitroacutegeno ordinario por parte de los neutrones de

los rayos coacutesmicos

55

N147 + n1

0 C146 + H1

1

Este proceso origina una concentracioacuten cons-

tante de carbono 14 en el CO2 terrestre Las plan-

tas y animales vivos incorporan este isoacutetopo en

sus propias ceacutelulas Sin embargo cuando estos

seres mueren se interrumpe la incorporacioacuten de

carbono 14 y el carbono 14 que hay en el orga-

nismo se desintegra (con una vida media de 5 730

antildeos) a nitroacutegeno 14

Por consiguiente basta con medir la actividad

residual de carbono 14 en un artefacto de origen

vegetal o animal para determinar su antiguumledad

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 antildeos de antiguumle-

dad es decir ha estado muerta durante un tiempo

equivalente a una vida media Anaacutelogamente un

artefacto que muestra el 25 de la actividad de

carbono 14 del material vegetal reciente tiene

56

11460 anos de antiguumledad 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 aquiacute supone que la formacioacuten del isoacutetopo

fue constante a lo largo del tiempo En realidad no

es asiacute Sin embargo aproximadamente para los

uacuteltimos 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

aacuterboles Se han construido curvas de calibracioacuten

que permiten determinar fechas consideradas co-

mo exactas

En teacuterminos generales el meacutetodo de carbono

14 es razonablemente preciso para fechar objetos

de hasta 50000 antildeos de antiguumledad La cantidad

residual del isoacutetopo en los objetos de una antiguumle-

dad mayor que esa es demasiado pequentildea para

hacer una determinacioacuten exacta

El carboacuten de las fogatas de los pueblos anti-

57

guos fechado por determinacioacuten de la actividad

de carbono 14 se usa para estimar la antiguumledad

de otros artefactos encontrados en el mismo em-

plazamiento arqueoloacutegico La teacutecnica de fechado

por carbono 14 se ha usado tambieacuten para detectar

si supuestos artefactos antiguos han sido falsifica-

dos

EL SUDARIO DE TURIacuteN

Probablemente han oiacutedo hablar del sudario de

Turiacuten Se trata de una pieza de tejido de lino muy

antigua de unos 4 metros de largo que muestra la

impresioacuten aproximada de un cuerpo humano

Desde alrededor del antildeo 1350 dC 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-

bricacioacuten del lienzo habiacutea sido cultivado en alguacuten

memento entre los anos de 1260 y 1390 dC Por

58

tanto el lienzo no podriacutea haber existido en tiem-

pos de Cristo A diferencia de los pergaminos del

Mar Muerto para los que el fechado por carbono

14 demostroacute que son registros auteacutenticos de una

civilizacioacuten que existioacute hace unos 2000 antildeos el

sudario de Turiacuten resultoacute ser falso

FECHADO POR TRITIO

El tritio que es el isoacutetopo radiactivo del

hidroacutegeno sirve tambieacuten para fechar Su vida me-

dia de 123 antildeos lo hace uacutetil para fechar objetos de

hasta 100 antildeos de antiguumledad Una aplicacioacuten inte-

resante es el fechado de aguardientes Estas bebi-

das alcohoacutelicas son muy costosas cuando han sido

antildeejadas de 10 a 50 antildeos El fechado por tritio

permite comprobar la veracidad de los anuncios

publicitarios respecto al proceso de antildeejamiento

de las variedades maacutes caras

Hay muchos otros isoacutetopos que permiten es-

timar la antiguumledad de objetos y materiales

59

Isoacutetopo Vida me-

dia

(antildeos)

Periacuteodo de

utilidad Uso

Carbono 14 5730 500 a 50000

antildeos

Carboacuten vege-

tal material

orgaacutenico

Tritio 123 1 a 100 antildeosVinos antildeeja-

dos

Potasio 40 13 x 109 Desde 10000

antildeos

Rocas corteza

terrestre y

lunar

Renio 187 43 x1010 Desde 4 x

107 antildeos Meteoritos

Ranio238 45 x109 Desde 107

antildeos

Rocas corteza

terrestre

60

10 PLANTAS DE ENERGIacuteA NUCLEAR

iquestSabeacutes de doacutende viene esa energiacutea que nosotros usamos tanto Mucha de la energiacutea eleacutectrica es

producida por plantas nucleares de to-do el mundo

La energiacutea nuclear ha dado origen a bombas

muy destructivas y a la nociva precipitacioacuten ra-

diactiva y podriacutea incluso provocar un devastador

invierno nuclear Sin embargo una cantidad mu-

cho mayor de personas han recibido beneficios de

la energiacutea nuclear que las que han sido perjudica-

das por ella El hecho es que existen muchos usos

de la energiacutea nuclear que son sumamente beneacutefi-

61

cos Ya conocemos el uso de isoacutetopos radiactivos

en el diagnoacutestico cliacutenico y en el fechado de obje-

tos de antiguumledad desconocida Otro uso paciacutefico

de la energiacutea nuclear es la generacioacuten de electri-

cidad Una gran parte de la energiacutea eleacutectrica que

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

giacutea nuclear

En la actualidad una quinta parte de toda la

electricidad que se produce en Estados Unidos

proviene de plantas de energiacutea nuclear En Euro-

pa la dependencia respecto a la energiacutea nuclear

para la produccioacuten de electricidad es auacuten mayor

En Francia por ejemplo maacutes del 70 de la ener-

giacutea eleacutectrica del paiacutes proviene de plantas nuclea-

res

No es sorprendente que una reaccioacuten que

desprende tanta energiacutea como lo hace la fisioacuten

nuclear se use como fuente de energiacutea para gene-

rar electricidad En las plantas de energiacutea nuclear

se usa el calor obtenido de una reaccioacuten de fisioacuten

62

en cadena controlada para producir vapor de

agua que mueve las turbinas generadoras de elec-

tricidad El combustible nuclear es normalmente

oacutexido de uranio U3O8 enriquecido hasta alrede-

dor de 3 de uranio 235

La energiacutea nuclear es mucho maacutes limpia que la

que se obtiene quemando combustibles foacutesiles

(carboacuten petroacuteleo y gas) no produce cenizas finas

ni holliacuten no forma dioacutexido de carbono que con-

tribuye al efecto de invernadero y al calentamiento

global y no contamina el aire con oacutexidos de azu-

fre y de nitroacutegeno que dan origen a la lluvia aacutecida

Por otra parte emite grandes cantidades de calor

residual en el ambiente y lo que es mucho maacutes

serio produce muchos residuos radiactivos La

eliminacioacuten de todos estos materiales radiactivos

de desecho es uno de los problemas constantes

que se tienen en relacioacuten con las plantas de energiacutea

nuclear

63

11 BOMBA ATOacuteMICA

Todos sabemos los desastres que pue-

den causar la detonacioacuten de una bomba

nuclear

Aquiacute presentamos la explicacioacuten teoacuterica

y coacutemo se pone en praacutectica

COacuteMO FUNCIONA UNA BOMBA NUCLEAR EN LA

TEORIacuteA

El 16 de Julio de 1945 estalloacute la primera bomba

atoacutemica en el campo de pruebas de Trinity cerca

de aacutelamo Gordo (Nuevo Meacutejico) Desde ese pre-

64

ciso instante la historia de la humanidad ha pasado

a una nueva era la era nuclear

Nunca hasta entonces se habiacutean tenido los cono-

cimientos necesarios como para saber que la masa

puede convertirse en grandes cantidades de ener-

giacutea y coacutemo podiacutea realizarse ese proceso hasta

entonces reservado tan soacutelo a las estrellas

La famosa foacutermula de Einstein E = mc2 ha pasa-

do ya ha formar parte de la cultura popular auacuten sin

que en realidad se llegue a saber que implica

Donde E es energiacutea m masa y c la velocidad de la

luz (constante) En esta ecuacioacuten se expresa la

relacioacuten de equivalencia entre masa y energiacutea Por

ejemplo haciendo algunas cuentas se ve que con

un gramo de uranio si se convirtiese totalmente

en energiacutea se obtendriacutean 25 millones de Kw

Aplicado como una bomba nuclear basta decir

que para asolar Hiroshima soacutelo se convirtioacute un

65

gramo de masa (aunque toda la bomba como me-

canismo pesara cuatro toneladas) su potencia fue

de 125 kilotones es decir para igualar su potencia

seriacutean 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 combustibles

de fisioacuten Cuando en un espacio se reuacutene la sufi-

ciente cantidad de materia (denominada masa criacute-

tica) se produce una reaccioacuten en cadena espontaacute-

nea esto es el nuacutecleo de los aacutetomos del material

se divide liberando energiacutea y varios neutrones

raacutepidos que provocan que otros nuacutecleos tam-

bieacuten se dividan y liberen maacutes energiacutea y neutrones

Este proceso se denomina fisioacuten nuclear Sin em-

bargo si la densidad no es suficiente la energiacutea

liberada hace que el material se expanda y se de-

tenga el proceso Para evitar que se pare la reac-

cioacuten se recurre a una materia muy densa de por siacute

(isoacutetopos del uranio y plutonio) que ademaacutes se

comprime de manera muy raacutepida para lograr una

66

altiacutesima densidad que permite que los neutrones

raacutepidos choquen antes con otros nuacutecleos y se

produzcan antes el mayor nuacutemero 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 maacutes energiacutea Para una

explosioacuten de 100 kilotones son necesarias 58 ge-

neraciones las 7 uacuteltimas generan el 999 de la

energiacutea en periodo cortiacutesimo de tiempo Tambieacuten

puede liberarse energiacutea con la fusioacuten en este pro-

ceso los nuacutecleos se unen en vez de separarse pero

se requieren altiacutesimas temperaturas (del orden de

millones de grados) para que este proceso se lleve

a cabo Para esta reaccioacuten se usan aacutetomos ligeros

(maacutes faacuteciles de unir) generalmente hidroacutegeno o

sus isoacutetopos (deuterio y tritio) Para unir dos aacuteto-

mos basta con hacerlos chocar Los protones de

cada aacutetomo 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

67

fusioacuten deben comprimirse fuertemente los nuacute-

cleos y una vez hecho soacutelo podraacuten continuar uni-

dos si pierden un equivalente de la energiacutea que les

hizo apretarse En el caso de usar deuterio y tritio

se libera violentamente un neutroacuten Esta energiacutea

liberada es la que forma una bomba de fusioacuten

tambieacuten denominada bomba H

COMO FUNCIONA UNA BOMBA ATO-MICA EN LA PRACTICA

Sea cual fuere el sistema de funcionamiento de

una bomba nuclear (fusioacuten o fisioacuten) una cantidad

de masa se convierte en energiacutea la potencia soacutelo

depende de la capacidad de la ingenieriacutea para con-

vertir maacutes masa antes de que la reaccioacuten disperse

las moleacuteculas en teoriacutea la potencia es por tanto

ilimitada

Una bomba nuclear consiste baacutesicamente en una

esfera hueca de plutonio que no es lo suficiente-

68

mente densa como para producir una reaccioacuten 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 explosioacuten se disparan los detonado-

res que hacen que el material explosivo estalle de

la manera lo maacutes regular posible para que enviacutee

una onda de choque esfeacuterica hacia el plutonio

Cuando eacutesta impacta contra eacutel lo comprime y re-

duce su volumen empujaacutendolo hacia el centro de

la esfera hasta que alcanza una densidad suficiente

(supercriacutetica) y se dispara el iniciador de neutrones

para comenzar la reaccioacuten en cadena que da lugar

a la explosioacuten nuclear

Las bombas termonucleares de fusioacuten o H nece-

sitan de una gran temperatura para que se puedan

unir los nuacutecleos esto se consigue en el interior de

una explosioacuten de fisioacuten que es el comienzo de

toda bomba H

69

Una vez acabada la reaccioacuten de fusioacuten nos encon-

traremos con una esfera expandida con una tem-

peratura de millones de grados en la que existen

los productos de la fusioacuten (litio e isoacutetopos del

hidroacutegeno) Tal es su velocidad que pueden fun-

dirse unos con otros dando lugar a la reaccioacuten de

fusioacuten Esta reaccioacuten genera maacutes energiacutea que la

anterior y libera gran cantidad de partiacuteculas nu-

cleares pero no es una reaccioacuten en cadena ya que

el propio calor que genera hace que las partiacuteculas

se separen y se expandan en forma de una esfera

de plasma con una temperatura que tan soacutelo expe-

rimenta el universo de manera natural en las estre-

llas En nuestro sol por ejemplo ocurren la fusioacuten

nuclear de hidroacutegeno y helio Pero antes de que la

reaccioacuten se extinga los neutrones generados por

las detonaciones anteriores provocan de nuevo

una reaccioacuten de fusioacuten sobre una camisa de U-

238 pero esta vez mucho mayor que las anterio-

res La potencia de una bomba termonuclear care-

ce de liacutemite una bomba como la de Hiroshima de

70

125 kilotones (un kilotoacuten equivale a 1000 tonela-

das de TNT) se considera dentro de los arsenales

modernos como pequentildea siendo las de un mega-

toacuten (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 la

Segunda Guerra Mundial

Para la construccioacuten de una bomba nuclear nor-

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

primero no forma parte de la reaccioacuten nuclear

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

nera espontaacutenea emitiendo neutrones que son

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

duzca de manera accidental la reaccioacuten en cadena

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

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

cioacuten 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

71

reactores nucleares a partir del U-238

La desintegracioacuten del uranio en la reaccioacuten en

cadena se produce de manera espontaacutenea para una

masa de 50 Kg si eacuteste elemento es puro El pluto-

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

da reaccioacuten en cadena de modo que se mezcla de

berilo y polonio dando como resultado un pro-

ducto que aunque no es fisionable por si solo una

pequentildea cantidad actuacutea como catalizador para las

grandes reacciones Asiacute bastan 16 Kg de PU-239

para obtener la masa supercriacutetica y 10 Kg si se

mezcla con U-238

El U-235 es muy difiacutecil de extraer por encontrarse

en la naturaleza muy mezclado con otros com-

puestos Asiacute por cada 25000 toneladas de mineral

de uranio bruto soacutelo se obtienen 50 toneladas de

uranio del que el 993 es U-235 y el resto el

rariacutesimo isoacutetopo U-238 ambos soacutelo se pueden

separar de manera mecaacutenica gracias a la leviacutesima

72

diferencia de peso entre ambos Asiacute el uranio se

mezcla en forma gaseosa con fluor (hexafluoriacutedri-

co) que es impulsado a baja presioacuten hacieacutendolo

pasar por unas caacutemaras que aumentan la concen-

tracioacuten de uranio sensiblemente tras cientos de

pasadas Para una central nuclear la pureza ha de

ser del 2 y para una bomba (teoacutericamente) el

95

Para separar el isoacutetopo se recurre a la centrifuga-

cioacuten del gas siendo el maacutes pesado U-238 despedi-

do hacia el exterior con maacutes fuerza Para obtener

otra vez el uranio separado del gas se recurre a la

separacioacuten magneacutetica

MECANISMOS QUE SUELEN COMPONER UNA

BOMBA NUCLEAR

Los mecanismos que suelen componer una bom-

ba nuclear son los siguientes

73

ALTIacuteMETRO No suele usarse el baromeacutetrico

por verse afectado por las condiciones atmosfeacuteri-

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 seguacuten el tiempo transcu-

rrido en el recorrido puede saberse la altura sin

necesidad de complicar maacutes el sistema para dar

una precisioacuten que en realidad no es importante (2

o 3 m de diferencia no son apreciables maacutes que

en minibombas bastante menores que las de

Hiroshima) siendo la altura normal de detonacioacuten

la de 2000 m

En la praacutectica 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 electroacute-

nicamente para obtener la diferencia de ambas

que es proporcional a la altura Los pulsos suelen

emitirse 120 veces por segundo y alcanzan un

74

rango de 3000 m sobre la tierra y 6000 m sobre

el mar (la reflexioacuten es alliacute mejor) siendo su error

de hasta 15 m

CABEZA DETONADORA Como ya se dijo

estaacute compuesta de una carga explosiva muy bien

calibrada que a la orden del altiacutemetro detona

produciendo una onda de choque uniforme sobre

el elemento radioactivo comprimieacutendolo hasta

alcanzar la masa supercriacutetica

Compantildeiacuteas privadas producen camisas explosivas

que modificadas pueden ser usadas para la fabri-

cacioacuten del objeto que nos ocupa La cantidad de

presioacuten necesaria a aplicar es un secreto por razo-

nes de seguridad aunque se sabe que los explosi-

vos plaacutesticos son ideales sobre todo por su malea-

bilidad y facilidad de manejo

El detonador variacutea si es combustible es uranio o

plutonio

75

DETONADOR DE URANIO La masa total se

divide en dos partes una mayor de forma semies-

feacuterica y coacutencava que se acopla perfectamente con

la otra maacutes pequentildea Como es de suponer ambas

se encuentran separadas hasta el momento de la

detonacioacuten en el que una explosioacuten convencional

dispara la parte pequentildea que impacta contra la

mayor para lograr en un instante la masa supercriacute-

tica

DETONADOR DE PLUTONIO Necesita

una precisioacuten de ingenieriacutea mucho mayor que la

anterior ya que estaacute compuesta de 32 secciones de

plutonio-berilio-polonio todas de igual forma y

posicioacuten distribuidas conceacutentricamente El aspecto

final es parecido al de un baloacuten de fuacutetbol Todas

han de cerrarse simeacutetricamente en una diezmillo-

neacutesima de segundo para conseguir la detonacioacuten

DEFLECTOR DE NEUTRONES Suele ser

U-238 Su funcioacuten es la que ya se explicoacute evitar

76

una reaccioacuten accidental ademaacutes refleja las partiacutecu-

las de vuelta cuando se alcanza la masa supercriacuteti-

ca

ESCUDO PROTECTOR Recibe otros nom-

bres pero su funcioacuten es siempre la de proteger de

la radiacioacuten natural tanto al personal que la maneja

como a los circuitos de la bomba que pueden su-

frir cortocircuitos o puestas en funcionamiento

accidentales

SISTEMA DE ARMADO Es otro sistema maacutes

de seguridad consistente en quitar una parte im-

prescindible de la bomba para evitar detonaciones

accidentales de modo que soacutelo cuando estaacute

proacuteximo su lanzamiento se inserta esta parte Una

analogiacutea seriacutea como si al aparcar nuestro coche le

quitaacuteramos el volante o una bujiacutea asiacute estariacuteamos

seguros de que no nos lo roban porque sin estas

partes el coche no funciona

77

12 EFECTOS DE UNA EXPLOSIOacuteN NUCLEAR

Tenemos frescas en nuestra memo-

ria las imaacutegenes que nos mostroacute la

televisioacuten cuando se produjo el ac-

cidente de Chernobyl

Aquiacute explicamos todas las conse-

cuencias de una detonacioacuten 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

78

bull Radiacioacuten nuclear inicial la altiacutesima

temperatura y la elevada presioacuten que se

genera en el interior de la explosioacuten emi-

ten radiacioacuten en todas las direcciones Esta

se compone de rayos alfa beta y gamma

que son una forma de radiacioacuten electro-

magneacutetica de alta energiacutea que puede causar

la muerte sin que el individuo se de cuenta

de que ha sido irradiado Una explosioacuten de

un megatoacuten (de tamantildeo estaacutendar) matariacutea

a todo ser humano en 15 Km a la redonda

que se encontrase al aire libre

Las partiacuteculas alfa son ideacutenticas a un nuacutecleo de

helio son las que mas larga vida tienen unos mil

antildeos pero su poder de penetracioacuten 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 radiacioacuten Con 45 cm de tierra se

consigue reducir la radiacioacuten veinte veces

Las partiacuteculas beta penetran maacutes siendo suficiente

79

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

to la radiacioacuten (una pared moderna ya espesa se

compone de 1 pie de ladrillo maacutes caacutemara maacutes

aislante maacutes ladrillo hueco y yeso que suele que-

darse en los 37 cm)

Los de maacutes poder de penetracioacuten son las gamma

y por tanto los maacutes peligrosos ya son los que se

introducen en los refugios nucleares auacuten con

grandes espesores de hormigoacuten La uacutenica protec-

cioacuten eficaz es la de interponer grandes masas de

material mejor cuanto maacutes denso siendo el ideal

el plomo ya que pasa por los materiales como la

luz por una tela si esta es maacutes densa mayor canti-

dad de chocaraacute con ella y no la traspasaraacute Para

reducir la dosis a un veinteavo se precisan 30 cm

de hormigoacuten armado

bull Pulso electromagneacutetico La intensa acti-

vidad de los rayos gamma genera mediante

induccioacuten una corriente de alto voltaje so-

80

bre antenas viacuteas feacuterreas tuberiacuteas que des-

truye todas las instalaciones eleacutectricas de

una amplia zona si la explosioacuten se efectuacutea

a gran altura Una detonacioacuten de muchos

kilotones a 200 km sobre Omaha (Ne-

brasca) destruiriacutea todos los circuitos eleacutec-

tricos integrados de toda Norteameacuterica y

parte de Meacutejico y Canadaacute Ante el riesgo

de una detonacioacuten nuclear es conveniente

alejarse de liacuteneas eleacutectricas y viacutea feacuterreas ya

que la corriente inducida puede electrocu-

tarnos

bull Pulso teacutermico al expandirse la bola de

fuego el aire circundante absorbe energiacutea

en forma de rayos X y la irradia en forma

de una luz cegadora y un intensiacutesimo ca-

lor Una bomba de 20 Megatones produci-

riacutea una intensa luz durante 20 segundos y

causariacutea quemaduras de segundo grado a

81

cualquier persona expuesta a 45 Km de

distancia

bull Onda de choque La raacutepida expansioacuten de

la bola de fuego genera una onda de cho-

que como cualquier explosioacuten pero de

una potencia muy superior ya que puede

aplastar o barrer edificios dantildeaacutendolos muy

seriamente o destruyeacutendolos por comple-

to ya que maacutes que empujar por su dura-

cioacuten lo que hace es estrujar Una bomba

de 20 megatones no dejariacutea en un radio de

20 Km maacutes que escombros soacutelo se salva-

riacutean las cimentaciones y construcciones

enterradas

bull Primera lluvia radioactiva o lluvia ra-

diactiva local una explosioacuten de 20 mega-

tones aras de suelo produciriacutea un craacuteter de

183 m de profundidad la elevada tempe-

82

ratura vaporiza todo lo que se encuentra

dentro de la bola de fuego todo se funde

con los materiales radiactivos de la fisioacuten o

fusioacuten y se eleva con el hongo para luego

precipitar en forma de finas cenizas Esto

ocurriraacute durante las 24 h siguientes a la

explosioacuten y afectaraacute a una regioacuten maacutes o

menos amplia para una misma potencia

seguacuten la climatologiacutea El fenoacutemeno se am-

pliacutea considerablemente si la detonacioacuten se

produce cerca del suelo La energiacutea 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 maacutes destructivos los deno-

minados secundarios como incendios en masa

que acabariacutean con los pocos supervivientes y ma-

tariacutean a maacutes que el pulso teacutermico y la onda de

choque

83

Ademaacutes en caso de que se lanzaran muchas

bombas nucleares sus efectos secundarios seriacutean

mucho maacutes 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 10000 mega-

tones miacutenimos para considerar un holocausto

como tal

bull El primero de estos efectos es que la ra-

dioactividad liberada en caso de holocaus-

to penetrariacutea en todos y cada uno de los

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

Mientras que en dosis altas (seguacuten la espe-

cie) produciriacutea la muerte en otras maacutes ba-

jas los efectos seriacutean de lo maacutes variados

(mutaciones esterilidad)

bull El segundo seriacutea que los materiales im-

pulsados por las detonaciones se elevariacutean

hasta la troposfera donde ocultariacutean la luz

84

del sol durante meses o antildeos haciendo ba-

jar la temperatura de la tierra y alterando la

fotosiacutentesis de los vegetales y el plancton

marino seriacutea el famoso invierno nuclear

Ademaacutes estos materiales radiactivos iriacutean

cayendo durante meses o antildeos convirtieacuten-

dose en una lluvia radiactiva global que

auacuten con menos dosis radiactiva que una

lluvia provocada por una bomba seriacutea

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

antildeos Ese 5 de energiacutea liberada por la

lluvia radiactividad en una bomba es poco

pero en los 10000 megatones de un holo-

causto suponen ya 500 megatones que iraacuten

estallando durante miles de antildeos des-

pueacutes de la cataacutestrofe

85

bull El tercero seriacutea una reduccioacuten en la capa

de ozono producida por el oacutexido de nitroacute-

geno generado por las bolas de fuego de

modo que la radiacioacuten solar que llegase a

la tierra seriacutea mortal Un 70 del ozono

desapareceriacutea en el hemisferio norte y un

40 en el sur siendo necesarios treinta

antildeos para recuperar su estado normal

86

Ejercicios 12

MODELO DE RESOLUCIOacuteN

La distribucioacuten de los electrones de un aacutetomo

en sus niveles y subniveles se puede representar en

forma abreviada de la siguiente manera

a) Un coeficiente que indica el nuacutemero del nivel

de energiacutea (n)

b) Una letra que corresponde al subnivel

c) Un supraiacutendice que sentildeala el nuacutemero de elec-

trones que hay en el subnivel

1H = 1s1

3Li = 1s2 2s1

En razoacuten del entrecruzamiento de subniveles

el orden en que se van completando los subniveles

por energiacutea creciente es el siguiente

87

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

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

5d 6p 7s 5f 6d

7p

Para visualizar la distribucioacuten de los electrones

en orbitales se puede representar cada orbital por

un pequentildeo cuadrado dividido por una diagonal

y cada electroacuten mediante una flecha

Entonces el orbital puede estar

Vaciacuteo incompleto completo

(1 electroacuten) (2 electrones)

En caso del orbital completo las flechas tienen

sentido contrario para indicar que los electrones

presentan spin contrario

El llenado de los orbitales por los electrones

se realiza a partir de los niveles y subniveles en

88

orden creciente de energiacutea Cada nuevo electroacuten se

incorpora a un orbital vaciacuteo

De ese modo los elementos quedan represen-

tados asiacute

1H =

1s

3Li =

1s 2s

7N =

1s 2s 2p

89

Ejercicios 121

1) Un aacutetomo de foacutesforo tiene 15 protones y 16

neutrones Indicaacute cuaacutel es su

a) nuacutemero atoacutemico (Z) b) nuacutemero

de masa (A)

2) Un aacutetomo de potasio tiene Z =19 y A = 39

Indicaacute su nuacutemero de

a) protones b) electrones

c) neutrones

3) Completaacute los datos que faltan en el siguiente

cuadro

90

ELE-

MEN-

TO

NUacute-

MERO

ATOacute-

MICO

NUacute-

MERO

DE

MASA

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) Sentildealaacute el nombre y siacutembolo de los elementos

cuyas configuraciones electroacutenicas 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) Escribiacute la configuracioacuten electroacutenica de los

siguientes elementos

91

a) Na2311 = c) O16

8 =

b) Cl3517 = d) C12

6 =

6) De acuerdo con la siguiente representacioacuten de

los electrones en orbitales indicaacute a queacute ele-

mentos corresponden

a)

b)

c)

d)

7) Representaacute la distribucioacuten de los electrones en

orbitales de los elementos

a) 7N= c) 18Ar =

b) 15AI = d) 19K =

92

Hoja de respuestas121

1) a) 15 b) 31 2) a) 19 b) 19 c) 20

3)

ELE-

MEN-

TO

NUacuteME-

RO

ATOacute-

MICO

NUacute-

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)Argoacuten Ar

d)Escandio Sc

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

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)middot

94

Ejercicios 1211

Modelo de resolucioacuten

El nuacutemero de oxidacioacuten se asigna seguacuten las si-

guientes reglas

1) El nuacutemero de oxidacioacuten de los elementos en la

sustancia simple es cero

Ejemplo Cu0 02Cl

2) El nuacutemero de oxidacioacuten del oxiacutegeno es 2

excepto en las sustancias como el agua oxige-

nada Ejemplo H2

2Ominus

3) El nuacutemero de oxidacioacuten del hidroacutegeno es +1

excepto en las sustancias donde estaacute combina-

do con los metales Ejemplo 1

H+

2O

4) El nuacutemero de oxidacioacuten de un ion monoatoacute-

mico es igual a la carga del ion Ejemplo Ca2-

Cl-

95

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

braica de los nuacutemeros de oxidacioacuten de todos

los aacutetomos debe ser cero Ejemplo 1

H+

2

2Ominus

there42(+1) + (-2) = 0

6) En los iones que tienen maacutes de un aacutetomo la

suma algebraica de los nuacutemeros de oxidacioacuten

de todos los aacutetomos es igual a la carga del ion

El nuacutemero de oxidacioacuten se escribe colocando primero el signo y luego el nuacutemero

Ejemplo el nuacutemero de oxidacioacuten del aluminio es +3

1) Calculaacute los nuacutemeros de oxidacioacuten en la moleacute-

cula de dioacutexido de azufre (SO2)

Datos SO2 nuacutemero de oxidacioacuten del O2

es 2

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de S

Resolucioacuten Cada aacutetomo de oxiacutegeno tiene

nuacutemero de oxidacioacuten 2 por lo tanto el nuacute-

mero de oxidacioacuten del azufre es +4 porque

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

96

2) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten del azufre en

el aacutecido sulfuacuterico (H2SO4)

Datos H2SO2 nuacutemero de oxidacioacuten del

O2 es 2 nuacutemero de oxidacioacuten de H es -1

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de S

Resolucioacuten Se debe cumplir que la suma al-gebraica de todos los nuacutemeros de oxidacioacuten sea cero

4(-2) + 21 + x = 0

-8 + 2 + x = 0

x = 6

Respuesta el nuacutemero de oxidacioacuten del azufre

en el aacutecido sulfuacuterico es +6

3) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten del nitroacutegeno

en el nitrato de sodio (NaNO3)

Datos NaNO3 nuacutemero de oxidacioacuten del

O2 es 2

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de N

97

Resolucioacuten El nuacutemero de oxidacioacuten del

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

ga eleacutectrica positiva

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

1 6 + x = 0

x = 5

Respuesta el nuacutemero de oxidacioacuten del nitroacute-

geno en el nitrato de sodio es +5

4) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten del azufre en

el ion sulfato (S 24Ominus )

Datos S 24Ominus nuacutemero de oxidacioacuten del O2

es 2

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de S

Resolucioacuten La suma de los nuacutemeros de

oxidacioacuten es igual a 2 porque el ion sulfato

tiene dos cargas negativas (2-)

x + 4(-2) = -2

x 8 = -2

x = 6

98

Respuesta El nuacutemero de oxidacioacuten del azu-

fre en el ion sulfato es +6

99

Ejercicios 1212

1) Dibujaacute los siacutembolos de Lewis para los aacutetomos

de

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

2) iquestCoacutemo adquiere la distribucioacuten electroacutenica del

ineacutertido maacutes cercano cada uno de los siguien-

tes aacutetomos

a) K b)

F c)

S d) Mg e)

Br

3) Escribiacute las ecuaciones ioacutenicas la foacutermula elec-

troacutenica y la foacutermula miacutenima del compuesto

ioacutenico formado por

a) K y Br (bromuro de potasio)

b) Ca y O (oacutexido de calcio)

4) Marcaacute con una X las propiedades correspon-

dientes a las sustancias que presentan uniones

ioacutenicas

100

a) Son soacutelidas y tienen bajo punto de fusioacuten ( )

b) Conducen la corriente eleacutectrica fundidas o di-

sueltas en agua ( )

c) Tienen brillo metaacutelico ( )

d) Forman cristales duros y quebradizos solubles

en agua ( )

e) No conducen la corriente eleacutectrica ( )

5) Explicaacute coacutemo se unen dos aacutetomos de bromo

para formar la moleacutecula Br2 y escribiacute su

foacutermula electroacutenica y su foacutermula desarrollada

6) La foacutermula del monoacutexido de dicloro es Cl2O

a) Indicaacute queacute tipo de unioacuten existe entre el cloro y

el oxiacutegeno

b) Escribiacute su foacutermula electroacutenica y su foacutermula

desarrollada

7) El azufre y el oxiacutegeno forman dos oacutexidos

importantes el dioacutexido de azufre (SO2) y el

101

trioacutexido de azufre (SO3) Para el trioacutexido de

azufre

a) Indicaacute queacute tipo de unioacuten existe entre el azufre

y los tres aacutetomos de oxiacutegeno

b) Escribiacute la foacutermula electroacutenica

c) Escribiacute la foacutermula desarrollada

8) Marcaacute 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

liacutequidas o soacutelidas ( )

c) Son duacutectiles y maleables ( )

d) No forman moleacuteculas son agregados de

iones ( )

e) No son buenas conductoras de la corriente

eleacutectrica ( )

102

9) Coloque en el pareacutentesis UCP si la unioacuten es

covalente polar y UCNP si es covalento no

polar en cada una de las siguientes sustancias

a) cloruro de hidroacutegeno HCl ( )

b) Hidroacutegeno H2 ( )

c) yodo l2 ( )

10) Escribiacute la foacutermula electroacutenica y la foacutermula

desarrollada de cada una de las sustancias

mencionadas en el ejercicio 9

11) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten

a) del azufre (S)en el dioacutexido de azufre (SO2) en

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

sodio (Na2S)

b) del nitroacutegeno (N) en el dioacutexido de nitroacutegeno

(NO2) en el aacutecido niacutetrico (HNO3) y en el ni-

trato de potasio (KNO3)

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

can en el concepto de unioacuten metaacutelica

103

a) Tienen bajo punto de fusioacuten y de

ebullicioacuten ( )

b) Tienen brillo metaacutelico ( )

c) Conducen la corriente eleacutectrica sin

alterarse ( )

d) En estado soacutelido son malos conductores de la

corriente eleacutectrica ( )

e) Forman hilos y laacuteminas delgadas ( )

104

Hoja de respuestas 1212

1) a) He b) Al c)

Si d)

Ar e)

N

2) a) cede un electroacuten d) cede electrones c)

gana dos electrones b) y e) gana un electroacuten

3) a) Ecuaciones ioacutenicas

K K1+ + 1 e

Br + 1 e Br1-

K1+ + Br- KBr

Foacutermula electroacutenica K1+minus

1

Br

Foacutermula miacutenima KBr

b) Ecuaciones ioacutenicas

Ca Ca 2+ + 2 e

O + 2 e O2-

Ca2+ + O2- CaO

Foacutermula electroacutenica Ca2+ minus

2

O

105

Foacutermula miacutenima CaO

4) b y d

5) se unen compartiendo un par de electrones

6) a) unioacuten covalente

b) foacutermula electroacutenica

Cl

O

Cl

foacutermula desarrollada Cl O Cl

7) a) una unioacuten covalente doble entre el azufre y

uno de los aacutetomos de oxiacutegeno dos uniones cova-

lentes coordinadas con los otros dos aacutetomos de

oxiacutegeno

b) Foacutermula electroacutenica

Foacutermula desarrollada

106

8) a b y e

9) a) UCP y c) UCNP

10) Foacutermula electroacutenica Foacutermula desarrollada

a) H

Cl H Cl

b) HH H H

c)

I

I l I

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

12) b c y e

  • RADIACTIVIDAD
    • IacuteNDICE
      • 1 RADIACTIVIDAD NATURAL
      • 2 RELACIOacuteN ENTRE LA LEY DE LAVOISIER Y LA DE EINSTEIN
      • 3 INTERACCIONES ENTRE AacuteTOMOS Y ONDAS
      • 4 PODER DE PENETRACIOacuteN DE LA RADIACIOacuteN
      • 5 VIDA MEDIA
      • 6 RADIACTIVIDAD ARTIFICIAL
      • 7 USOS DE LOS RADIOISOacuteTOPOS
      • 8 MEDICINA NUCLEAR
      • 9 FECHADO POR MEDIO DE RADIOISOacuteTOPOS
      • 10 PLANTAS DE ENERGIacuteA NUCLEAR
      • 11 BOMBA ATOacuteMICA
      • 12 EFECTOS DE UNA EXPLOSIOacuteN NUCLEAR
        • Ejercicios 12
        • Ejercicios 121
        • Hoja de respuestas121
        • Ejercicios 1211
        • Ejercicios 1212
        • Hoja de respuestas 1212

27

te Los trabajadores se pueden proteger tambieacuten

por medio de blindajes Una hoja de papel detiene

casi todas las partiacuteculas alfa Un bloque de madera

o una laacutemina delgada de aluminio detiene las par-

tiacuteculas beta

Pero se necesitan varios metros de concreto o

varios centiacutemetros de plomo para detener los ra-

yos gamma

28

5 VIDA MEDIA

Cuando hablamos de aacutetomos individuales

estamos trabajando con elementos que

apenas imaginamos

Para entender lo que pasa con la radia-

cioacuten debemos referirnos a un grupo maacutes

grande de partiacuteculas y trabajar con pro-

medios

Hasta aquiacute hemos estudiado la radiactividad en

relacioacuten con los aacutetomos individuales En el labora-

torio nos ocupamos en general con nuacutemeros muy

grandes de aacutetomos mucho mayores que el nuacuteme-

29

ro de habitantes de la tierra Si pudieacutesemos ver el

nuacutecleo de un aacutetomo individual podriacuteamos ver si

sufre o no desintegracioacuten radiactiva examinando

su composicioacuten Ciertas combinaciones de proto-

nes y neutrones son inestables Sin embargo lo

que no podriacuteamos determinar es cuando el aacutetomo

va a sufrir un cambio La radiactividad es un pro-

ceso aleatorio independiente en general de las

influencias externas

Cuando tenemos un nuacutemero grande de aacuteto-

mos el proceso de desintegracioacuten radiactiva se

hace maacutes predecible Podemos medir la vida me-

dia que es una propiedad caracteriacutestica de cada

radioisoacutetopo La vida media de un isoacutetopo radiac-

tivo es el periacuteodo durante el cual la mitad del nuacute-

mero original de aacutetomos sufre desintegracioacuten ra-

diactiva para formar un nuevo elemento Por

ejemplo supone que tuvieacutesemos 16 billones de

aacutetomos de tritio el isoacutetopo radiactivo de hidroacutege-

no La vida media del tritio es de 123 antildeos Esto

significa que al cabo de 123 antildeos se habraacuten desin-

30

tegrado 8 billones de aacutetomos de tritio y quedaraacuten

8 billones de aacutetomos Al cabo de otros 123 antildeos

se habraacute desintegrado la mitad de los 8 billones de

aacutetomos restantes Por tanto al cabo de dos vidas

medias quedaraacute una cuarta parte del nuacutemero ori-

ginal de aacutetomos de tritio Asiacute pues dos vidas me-

dias no hacen una entera

Podemos calcular la fraccioacuten restante del isoacute-

topo original al cabo de un nuacutemero dado de vidas

medias por medio de la relacioacuten

FRACCIOacuteN RESTANTE N21

=

Donde n es el nuacutemero de vidas medias trans-

curridas

31

6 RADIACTIVIDAD ARTIFICIAL

La radiactividad es un fenoacutemeno na-

tural y en esas condiciones poco

aprovechable

El hombre trabajoacute mucho para con-

trolarlo y hacer de este efecto algo

uacutetil Aunque como es muy habitual

en la humanidad las implementacio-

nes destructivas tambieacuten tuvieron

gran desarrollo

32

TRANSMUTACIOacuteN ARTIFICIAL

Las formas de radiactividad que se presentan

en la Naturaleza Se pueden inducir otras reaccio-

nes nucleares bombardeando nuacutecleos estables con

partiacuteculas alfa neutrones u otras partiacuteculas sub-

atoacutemicas Estas partiacuteculas si tienen suficiente

energiacutea penetran los nuacutecleos que antes eran esta-

bles e inducen alguna forma de emisioacuten radiacti-

va Al igual que la radiactividad natural este tipo

de cambio nuclear produce una transmutacioacuten un

elemento se transforma en otro Debido a que el

cambio no se habriacutea producido de manera natural

el proceso se conoce como transmutacioacuten artifi-

cial

Pocos antildeos despueacutes de su famoso experimen-

to de la laminilla de oro (bombardeo con radiacioacuten

alfa una lamina de oro y detectoacute en una lamina de

sulfuro de zinc la radiacioacuten emergente) Ernest

Rutherford estudioacute el bombardeo de diversos

elementos ligeros con partiacuteculas alfa Un experi-

33

mento de este tipo en el cual Rutherford bom-

bardeoacute nitroacutegeno dio por resultado la produccioacuten

de protones

N147 + He4

2 O178 + H1

1

(Recordaacute que el nuacutecleo de hidroacutegeno es un protoacuten

por eso usamos el siacutembolo alternativo H11 para el pro-

toacuten)

Observaacute que la suma de los nuacutemeros de nu-

cleones de la izquierda es igual a la suma de los

nuacutemeros de nucleones de la derecha Tambieacuten los

nuacutemeros atoacutemicos estaacuten balanceados

Rutherford habiacutea postulado en 1914 la exis-

tencia de protones en los nuacutecleos Un experimen-

to publicado en 1919 proporcionoacute la primera

comprobacioacuten empiacuterica de la existencia de estas

partiacuteculas fundamentales Ya antes Eugen Golds-

tein habiacutea producido protones en sus experimen-

34

tos con tubos de descarga en gas Goldstein obtu-

vo estas partiacuteculas a partir del hidroacutegeno gaseoso

contenido en el tubo por separacioacuten de un elec-

troacuten del aacutetomo de hidroacutegeno La trascendencia del

experimento de Rutherford consistioacute en que ob-

tuvo protones del nuacutecleo de un aacutetomo que no era

de hidroacutegeno con lo cual establecioacute la naturaleza

de los protones como partiacuteculas fundamentales Al

hablar de partiacuteculas fundamentales nos referimos a

las unidades baacutesicas a partir de las cuales se pue-

den formar estructuras maacutes complicadas (como el

nuacutecleo de nitroacutegeno) El experimento de Ruther-

ford constituyoacute la primera reaccioacuten nuclear indu-

cida

Durante la deacutecada de 1920 se llevaron a cabo

muchas transmutaciones artificiales En la deacutecada

de 1930 una de estas reacciones condujo al descu-

brimiento de otra partiacutecula fundamental En 1932

James Chadwick bombardeoacute berilio con partiacuteculas

alfa

35

Be94 + He4

2 C126 + n1

0 Entre los productos se encontraba el neutroacuten

RADIACTIVIDAD INDUCIDA

Las primeras reacciones nucleares produjeron

isoacutetopos que ya se conociacutean por estar presentes en

la Naturaleza Esto fue quizaacute fortuito porque era

inevitable que tarde o temprano se produjese un

nuacutecleo estable Iregravene Curie (hija de los ganadores

del premio Nobel de 1903) y su esposo Freacutedeacuteric

Joliot estudiaban el bombardeo de aluminio con

partiacuteculas alfa Se produciacutean neutrones y quedaba

como residuo un isoacutetopo de foacutesforo

Al2713 + He4

2 P3015 + n1

0

Para sorpresa de los investigadores el blanco

seguiacutea emitiendo partiacuteculas auacuten despueacutes de inte-

rrumpido el bombardeo El isoacutetopo de foacutesforo era

radiactivo y emitiacutea partiacuteculas cuya masa era igual a

36

la del electroacuten pero cuya carga era opuesta Estas

partiacuteculas se llaman positrones La reaccioacuten que

estaban observando era la siguiente

P3015 e0

1+ + Si3014

Asiacute pues surge una vez maacutes la pregunta iquestde doacuten-

de proviene esta partiacutecula si el nuacutecleo contiene

soacutelo protones y neutrones Anteriormente expli-

camos el hecho de que surgiese una partiacutecula beta

(un electroacuten) de un nuacutecleo afirmando que un neu-

troacuten se habiacutea descompuesto en un protoacuten y un

electroacuten Quizaacute un suceso similar puede explicar la

aparicioacuten de un positroacuten Considera que un pro-

toacuten del nuacutecleo se transforma en un neutroacuten y un

positroacuten (un protoacuten es ideacutentico a un nuacutecleo de

hidroacutegeno)

H11 e0

1+ + N10

Todo queda muy bien balanceado en esta

37

ecuacioacuten Al emitirse el positroacuten el nuacutecleo radiac-

tivo original tiene de pronto un protoacuten menos y

un neutroacuten maacutes que antes Por tanto la masa del

nuacutecleo producido es la misma pero su nuacutemero

atoacutemico se ha reducido en una unidad respecto al

nuacutecleo original Por este trabajo la pareja Joliot-

Curie se hizo acreedora al premio Nobel en 1935

(la pareja Joliot-Curie adoptoacute el apellido combina-

do para perpetuar el nombre de Curie Marie y

Pierre Curie tuvieron dos hijas pero ninguacuten hijo

varoacuten

38

7 USOS DE LOS RADIOISOacuteTOPOS

Muchas de las aplicaciones de la energiacutea

de la radiacioacuten se realizan a traveacutes de los

radioisoacutetopos

Gracias a ellos y a los detectores se evitan

grandes perdidas materiales y se ahorra

grandes esfuerzos

Los cientiacuteficos que trabajan en una amplia va-

riedad de campos emplean isoacutetopos radiactivos

(radioisoacutetopos) como rastreadores en sistemas

fiacutesicos quiacutemicos y bioloacutegicos Los isoacutetopos de un

elemento determinado sea radiactivo o no se

39

comportan de manera casi ideacutentica en los proce-

sos quiacutemicos y fiacutesicos En virtud de la facilidad

para detectar los isoacutetopos radiactivos es relativa-

mente faacutecil seguir sus movimientos incluso en un

sistema complicado

Como un ejemplo sencillo consideremos el

flujo de un liacutequido por una tuberiacutea Supongamos

que hay una fuga en una tuberiacutea enterrada bajo un

piso de concreto Podriacuteamos localizar la fuga le-

vantando partes extensas del piso o bien podriacutea-

mos agregar una pequentildea cantidad de material

radiactivo al liacutequido que va hacia el drenaje y ras-

trear el flujo de liacutequido con un contador Geiger

(un instrumento que detecta la radiactividad) Una

vez localizada la fuga soacutelo habriacutea que levantar una

parte pequentildea del piso para reparar la fuga Por lo

general se emplean para este propoacutesito isoacutetopos

de vida corta que desaparecen poco tiempo des-

pueacutes de realizar su funcioacuten

Anaacutelogamente podriacuteamos rastrear la incorpo-

racioacuten de foacutesforo en una planta verde La planta se

40

alimenta con un fertilizante que contiene foacutesforo

radiactivo Un meacutetodo sencillo de deteccioacuten con-

siste en colocar la planta sobre una peliacutecula foto-

graacutefica La radiacioacuten que emiten los isoacutetopos de

foacutesforo expone la peliacutecula en gran medida como

lo hace la luz Este tipo de exposicioacuten llamado

radiografiacutea muestra la distribucioacuten del foacutesforo en

la planta

Tambieacuten se da un buen uso a los rastreadores

radiactivos en la investigacioacuten agriacutecola Estos isoacute-

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 cuaacuteles son los mejores meacutetodos para

regular los insectos La mutacioacuten intencional de

plantas por irradiacioacuten ha producido nuevas y

mejores cepas de plantas de cultivo con valor co-

mercial desde raacutebanos hasta maniacute

Los radioisoacutetopos se emplean tambieacuten para

irradiar alimentos como meacutetodo de conservacioacuten

La radiacioacuten destruye los microorganismos que

41

causan la descomposicioacuten de los alimentos Los

alimentos irradiados muestran poco cambio en

cuanto a su saber o aspecto A muchas personas

les inquietan los posibles efectos dantildeinos de las

sustancias quiacutemicas que produce la radiacioacuten pero

no hay pruebas contundentes de dantildeos causados

por alimentos irradiados en animales de laborato-

rio alimentados con ellos y tampoco se conocen

efectos adversos en seres humanos en los paiacuteses

donde la irradiacioacuten se ha utilizado por muchos

antildeos El proceso de esterilizacioacuten no deja irradia-

cioacuten residual en los alimentos

Los radioisoacutetopos han sido empleados exten-

samente en la investigacioacuten cientiacutefica baacutesica El

mecanismo de la fotosiacutentesis se dilucidoacute en gran

parte utilizando carbono 14 como rastreador Por

ejemplo para determinar coacutemo fabrican las plan-

tas el azuacutecar glucosa a partir de dioacutexido de carbo-

no y agua la planta se expone a dioacutexido de carbo-

no radiactivo El investigador identifica los com-

puestos que se forman a partir de estas materias

42

primas y el orden en el que se sintetizan y despueacutes

determina cuaacuteles compuestos se tornan radiactivos

y en queacute secuencia Con base en los dates obteni-

dos de experimentos con rastreadores los cientiacutefi-

cos determinan las rutas metaboacutelicas de plantas

animales y seres humanos

43

8 MEDICINA NUCLEAR

La medicina nuclear ha generado tra-

tamientos y terapias inimaginables

antes de su descubrimiento

En el diagnostico generoacute meacutetodos no

invasivos que evitan a los paciente

tanto sufrimientos como peacuterdidas de

tiempo

En medicina nuclear se dan dos usos distintos

a los radioisoacutetopos para fines terapeacuteuticos o para

realizar un diagnoacutestico En la terapia con radiacioacuten

se intenta tratar o curar un padecimiento por

44

medio de radiacioacuten El uso de los radioisoacutetopos

con fines de diagnoacutestico busca obtener informa-

cioacuten acerca del estado de salud del paciente

TERAPIA POR RADIACIOacuteN

El caacutencer no es una sola enfermedad sino

muchas Algunas formas de caacutencer son particu-

larmente susceptibles a la terapia por radiacioacuten La

radiacioacuten se dirige cuidadosamente hacia el tejido

canceroso y se reduce al miacutenimo la exposicioacuten de

las ceacutelulas normales Si los efectos destructivos de

la radiacioacuten consiguen matar las ceacutelulas cancero-

sas se detiene el avance del tumor maligno (Pero

los pacientes que se someten a terapia por radia-

cioacuten suelen experimentar malestares a causa del

tratamiento Naacuteusea y voacutemito son los siacutentomas

usuales del malestar por radiacioacuten Asiacute pues el

objetivo de la terapia por radiacioacuten es destruir las

ceacutelulas cancerosas antes de que se cause un dantildeo

excesivo a los tejidos sanos La radiacioacuten tiene

45

efectos maacutes letales para las ceacutelulas que se reprodu-

cen con rapidez y eacutesta es precisamente la caracte-

riacutestica de las ceacutelulas cancerosas que permite que la

terapia por radiacioacuten tenga eacutexito

USOS DIAGNOacuteSTICOS DE LOS RADIOISOacuteTOPOS

Los radioisoacutetopos se usan para fines diagnoacutes-

ticos con el propoacutesito de obtener informacioacuten

acerca del tipo o el alcance de la enfermedad El

yodo 131 radiactivo se emplea para determinar el

tamantildeo la forma y la actividad de la glaacutendula ti-

roides asiacute como para tratar caacutenceres localizados

en esta glaacutendula y para controlar una tiroides hi-

peractiva Primero el paciente toma una solucioacuten

de yoduro de potasio que contiene yodo 131 El

organismo concentra el yodo en la tiroides Se

usan dosis grandes para el tratamiento del caacutencer

de la tiroides la radiacioacuten del isoacutetopo se concentra

en las ceacutelulas cancerosas de esta glaacutendula auacuten

cuando las ceacutelulas cancerosas se hayan extendido a

46

otras partes del cuerpo Sin embargo para fines de

diagnoacutestico soacutelo se necesita una pequentildea cantidad

del radioisoacutetopo Tambieacuten 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-

poracioacuten diferencial del isoacutetopo La imagen que

se obtiene se describe como una fotoexploracioacuten

y permite determinar con precisioacuten la ubicacioacuten de

un tumor en esa regioacuten del cuerpo

El radioisoacutetopo de uso maacutes extendido en medicina

es el gadolinio 153 Este isoacutetopo se emplea para

evaluar la mineralizacioacuten de los huesos Su popu-

laridad es un indicio del gran nuacutemero de personas

principalmente mujeres que sufren de osteoporo-

sis (reduccioacuten de la cantidad de tejido oacuteseo) a me-

dida que envejecen El gadolinio 153 emite dos

radiaciones caracteriacutesticas un rayo gamma y un

rayo X Un dispositivo analizador compara estas

radiacioacuten despueacutes de que atraviesan el hueso La

47

densidad del mismo se determina con base en las

diferencias de absorcioacuten de los rayos

El tecnecio 99m se utiliza en diversos ensayos

diagnoacutesticos La letra m quiere decir metaestable

lo que significa que este isoacutetopo emite cierta ener-

giacutea para convertirse en una versioacuten maacutes estable del

mismo isoacutetopo (mismo nuacutemero atoacutemico y mismo

peso atoacutemico) La energiacutea que desprende es el

rayo gamma que permite detectar el isoacutetopo

Tcm9943 Tc99

43 + y

Observa que la desintegracioacuten del tecnecio

99m no produce partiacuteculas alfa ni beta las cuales

podriacutean causar dantildeos innecesarios al organismo

Ademaacutes el tecnecio 99m tiene una vida media cor-

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

tividad no permanece en el organismo mucho

tiempo despueacutes de que la exploracioacuten se ha com-

pletado Esta vida media tan corta obliga a planifi-

48

car cuidadosamente el uso del radioisoacutetopo De

hecho lo que se adquiere no es el isoacutetopo mismo

El tecnecio 99m se forma por desintegracioacuten del

molibdeno 99

Mo9942 Tcm99

43 + e01minus + y

Se emplea un recipiente que contiene este isoacute-

topo de molibdeno y el producto de desintegra-

cioacuten el tecnecio 99 se extrae del recipiente a

medida que se necesita

Mediante el uso de modernas tecnologiacuteas ba-

sadas en la utilizacioacuten de computadoras la tomo-

grafiacutea por emisioacuten de positrones (PET por sus

siglas en ingleacutes) permite medir los procesos dinaacute-

micos que se llevan a cabo en el organismo como

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

boliza el oxiacutegeno o la glucosa Las exploraciones

de PET se emplean actualmente para identificar

con precisioacuten el aacuterea de dantildeo cerebral que desen-

49

cadena los ataques epileacutepticos graves Antes de la

exploracioacuten se inhalan o se inyectan compuestos

que contienen isoacutetopos emisores de positrones

como el carbono 11 Antes de que el positroacuten

emitido pueda recorrer una distancia apreciable en

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

teria ordinaria abundan los electrones) y se produ-

cen dos rayos gamma

C116 B11

5 + e01+

e01+ + e0

1minus 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 simultaacuteneamente

dos rayos gamma el sistema no toma en cuenta

los rayos gamma de la radiacioacuten natural de fondo

A continuacioacuten se emplea una computadora para

calcular la ubicacioacuten dentro del cuerpo del punto

50

en el cual ocurrioacute una aniquilacioacuten del positroacuten y

el electroacuten y se genera una imagen en esa regioacuten

La tabla contiene una lista de radioisoacutetopos de

uso comuacuten en la medicina La lista es necesaria-

mente incompleta Incluso con esta exposicioacuten tan

breve puedes hacerte una idea de la importancia

que los radioisoacutetopos tienen en la medicina La

aseveracioacuten de que la ciencia nuclear ha salvado

maacutes vidas de las destruidas por las bombas atoacutemi-

cas no carece el fundamento

51

Isoacutetopo Nombre Vida me-

dia Uso

C11 Carbono 11 203m Exploraciones cere-

brales

Cr51 Cromo 51 278d Determinacioacuten

del volumen sanguiacute-

neo

Co57 Cobalto 57 270d Medicioacuten de la

incorporacioacuten de

vitamina v12

Co60 Cobalto 60 526a Terapia de caacutencer

por radiacioacuten

Gd153 Gadolinio

153

242d Determinacioacuten

de la densidad oacutesea

Ga67 Galio 67 781h Exploracioacuten en

busca de tumores

pulmonares

I131 Yodo 131 807d Terapia de la ti-

roides

Ir192 Iridio 192 74d Terapia del caacuten-

cer de mamaacute

Fe59 Hierro 59 45d Deteccioacuten de

anemia

52

P32 Foacutesforo 32 143d Deteccioacuten de

caacutencer de la piel o

tumores oculares

Pu238 Plutonio

238

86a Suministra ener-

giacutea para marcapasos

Ra226 Radio 226 1600a Terapia de caacutencer

por radiacioacuten

Se75 Selenio 75 120d Exploraciones del

paacutencreas

Na24 Sodio 24 150h Localizacioacuten de

obstrucciones en el

flujo sanguiacuteneo

Tc99 Tecnecio 99 60h Obtencioacuten de imaacute-

genes de cerebro hiacutega-

do meacutedula oacutesea rintildeoacuten o

corazoacuten

Tl201 Talio 201 73h Deteccioacuten de pro-

blemas cardiacos con la

prueba de esfuerzo en

rueda de andar

H3 Tritio 123a Determinacioacuten de

agua corporal total

Xe133 Xenoacuten133 527d Obtencioacuten de imaacute-

genes de pulmoacuten

53

9 FECHADO POR MEDIO DE RADIOISOacuteTOPOS

Una de las aplicaciones maacutes in-

creiacutebles de la quiacutemica nuclear es la po-

sibilidad de averiguar la antiguumledad de

los objetos encontrados en las investi-

gaciones arqueoloacutegicas

Se puede usar la vida media de ciertos isoacuteto-

pos para estimar la antiguumledad de rocas y artefac-

tos arqueoloacutegicos El uranio 238 se desintegra con

una vida media de 4500 millones de anos Los

productos iniciales de esta desintegracioacuten tambieacuten

son radiactivos y la descomposicioacuten continuacutea

54

hasta que se forma un isoacutetopo de plomo (plomo

206) Los quiacutemicos pueden estimar la antiguumledad

de una roca determinando las proporciones relati-

vas de uranio 238 y plomo 206 Se ha encontrado

que algunas de las rocas maacutes antiguas de la Tierra

se formaron hace entre 3000 y 4500 millones de

antildeos En las rocas lunares y en meteoritos se ha

determinado una antiguumledad maacutexima de alrededor

de 4500 millones de antildeos Asiacute pues se considera

en general que la Tierra tiene una antiguumledad de

unos 4500 millones de antildeos

FECHADO POR CARBONO 14

En el fechado de artefactos interviene por lo

general un isoacutetopo radiactivo de carbono Se for-

ma carbono 14 en las capas superiores de la at-

moacutesfera por el bombardeo que experimenta el

nitroacutegeno ordinario por parte de los neutrones de

los rayos coacutesmicos

55

N147 + n1

0 C146 + H1

1

Este proceso origina una concentracioacuten cons-

tante de carbono 14 en el CO2 terrestre Las plan-

tas y animales vivos incorporan este isoacutetopo en

sus propias ceacutelulas Sin embargo cuando estos

seres mueren se interrumpe la incorporacioacuten de

carbono 14 y el carbono 14 que hay en el orga-

nismo se desintegra (con una vida media de 5 730

antildeos) a nitroacutegeno 14

Por consiguiente basta con medir la actividad

residual de carbono 14 en un artefacto de origen

vegetal o animal para determinar su antiguumledad

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 antildeos de antiguumle-

dad es decir ha estado muerta durante un tiempo

equivalente a una vida media Anaacutelogamente un

artefacto que muestra el 25 de la actividad de

carbono 14 del material vegetal reciente tiene

56

11460 anos de antiguumledad 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 aquiacute supone que la formacioacuten del isoacutetopo

fue constante a lo largo del tiempo En realidad no

es asiacute Sin embargo aproximadamente para los

uacuteltimos 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

aacuterboles Se han construido curvas de calibracioacuten

que permiten determinar fechas consideradas co-

mo exactas

En teacuterminos generales el meacutetodo de carbono

14 es razonablemente preciso para fechar objetos

de hasta 50000 antildeos de antiguumledad La cantidad

residual del isoacutetopo en los objetos de una antiguumle-

dad mayor que esa es demasiado pequentildea para

hacer una determinacioacuten exacta

El carboacuten de las fogatas de los pueblos anti-

57

guos fechado por determinacioacuten de la actividad

de carbono 14 se usa para estimar la antiguumledad

de otros artefactos encontrados en el mismo em-

plazamiento arqueoloacutegico La teacutecnica de fechado

por carbono 14 se ha usado tambieacuten para detectar

si supuestos artefactos antiguos han sido falsifica-

dos

EL SUDARIO DE TURIacuteN

Probablemente han oiacutedo hablar del sudario de

Turiacuten Se trata de una pieza de tejido de lino muy

antigua de unos 4 metros de largo que muestra la

impresioacuten aproximada de un cuerpo humano

Desde alrededor del antildeo 1350 dC 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-

bricacioacuten del lienzo habiacutea sido cultivado en alguacuten

memento entre los anos de 1260 y 1390 dC Por

58

tanto el lienzo no podriacutea haber existido en tiem-

pos de Cristo A diferencia de los pergaminos del

Mar Muerto para los que el fechado por carbono

14 demostroacute que son registros auteacutenticos de una

civilizacioacuten que existioacute hace unos 2000 antildeos el

sudario de Turiacuten resultoacute ser falso

FECHADO POR TRITIO

El tritio que es el isoacutetopo radiactivo del

hidroacutegeno sirve tambieacuten para fechar Su vida me-

dia de 123 antildeos lo hace uacutetil para fechar objetos de

hasta 100 antildeos de antiguumledad Una aplicacioacuten inte-

resante es el fechado de aguardientes Estas bebi-

das alcohoacutelicas son muy costosas cuando han sido

antildeejadas de 10 a 50 antildeos El fechado por tritio

permite comprobar la veracidad de los anuncios

publicitarios respecto al proceso de antildeejamiento

de las variedades maacutes caras

Hay muchos otros isoacutetopos que permiten es-

timar la antiguumledad de objetos y materiales

59

Isoacutetopo Vida me-

dia

(antildeos)

Periacuteodo de

utilidad Uso

Carbono 14 5730 500 a 50000

antildeos

Carboacuten vege-

tal material

orgaacutenico

Tritio 123 1 a 100 antildeosVinos antildeeja-

dos

Potasio 40 13 x 109 Desde 10000

antildeos

Rocas corteza

terrestre y

lunar

Renio 187 43 x1010 Desde 4 x

107 antildeos Meteoritos

Ranio238 45 x109 Desde 107

antildeos

Rocas corteza

terrestre

60

10 PLANTAS DE ENERGIacuteA NUCLEAR

iquestSabeacutes de doacutende viene esa energiacutea que nosotros usamos tanto Mucha de la energiacutea eleacutectrica es

producida por plantas nucleares de to-do el mundo

La energiacutea nuclear ha dado origen a bombas

muy destructivas y a la nociva precipitacioacuten ra-

diactiva y podriacutea incluso provocar un devastador

invierno nuclear Sin embargo una cantidad mu-

cho mayor de personas han recibido beneficios de

la energiacutea nuclear que las que han sido perjudica-

das por ella El hecho es que existen muchos usos

de la energiacutea nuclear que son sumamente beneacutefi-

61

cos Ya conocemos el uso de isoacutetopos radiactivos

en el diagnoacutestico cliacutenico y en el fechado de obje-

tos de antiguumledad desconocida Otro uso paciacutefico

de la energiacutea nuclear es la generacioacuten de electri-

cidad Una gran parte de la energiacutea eleacutectrica que

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

giacutea nuclear

En la actualidad una quinta parte de toda la

electricidad que se produce en Estados Unidos

proviene de plantas de energiacutea nuclear En Euro-

pa la dependencia respecto a la energiacutea nuclear

para la produccioacuten de electricidad es auacuten mayor

En Francia por ejemplo maacutes del 70 de la ener-

giacutea eleacutectrica del paiacutes proviene de plantas nuclea-

res

No es sorprendente que una reaccioacuten que

desprende tanta energiacutea como lo hace la fisioacuten

nuclear se use como fuente de energiacutea para gene-

rar electricidad En las plantas de energiacutea nuclear

se usa el calor obtenido de una reaccioacuten de fisioacuten

62

en cadena controlada para producir vapor de

agua que mueve las turbinas generadoras de elec-

tricidad El combustible nuclear es normalmente

oacutexido de uranio U3O8 enriquecido hasta alrede-

dor de 3 de uranio 235

La energiacutea nuclear es mucho maacutes limpia que la

que se obtiene quemando combustibles foacutesiles

(carboacuten petroacuteleo y gas) no produce cenizas finas

ni holliacuten no forma dioacutexido de carbono que con-

tribuye al efecto de invernadero y al calentamiento

global y no contamina el aire con oacutexidos de azu-

fre y de nitroacutegeno que dan origen a la lluvia aacutecida

Por otra parte emite grandes cantidades de calor

residual en el ambiente y lo que es mucho maacutes

serio produce muchos residuos radiactivos La

eliminacioacuten de todos estos materiales radiactivos

de desecho es uno de los problemas constantes

que se tienen en relacioacuten con las plantas de energiacutea

nuclear

63

11 BOMBA ATOacuteMICA

Todos sabemos los desastres que pue-

den causar la detonacioacuten de una bomba

nuclear

Aquiacute presentamos la explicacioacuten teoacuterica

y coacutemo se pone en praacutectica

COacuteMO FUNCIONA UNA BOMBA NUCLEAR EN LA

TEORIacuteA

El 16 de Julio de 1945 estalloacute la primera bomba

atoacutemica en el campo de pruebas de Trinity cerca

de aacutelamo Gordo (Nuevo Meacutejico) Desde ese pre-

64

ciso instante la historia de la humanidad ha pasado

a una nueva era la era nuclear

Nunca hasta entonces se habiacutean tenido los cono-

cimientos necesarios como para saber que la masa

puede convertirse en grandes cantidades de ener-

giacutea y coacutemo podiacutea realizarse ese proceso hasta

entonces reservado tan soacutelo a las estrellas

La famosa foacutermula de Einstein E = mc2 ha pasa-

do ya ha formar parte de la cultura popular auacuten sin

que en realidad se llegue a saber que implica

Donde E es energiacutea m masa y c la velocidad de la

luz (constante) En esta ecuacioacuten se expresa la

relacioacuten de equivalencia entre masa y energiacutea Por

ejemplo haciendo algunas cuentas se ve que con

un gramo de uranio si se convirtiese totalmente

en energiacutea se obtendriacutean 25 millones de Kw

Aplicado como una bomba nuclear basta decir

que para asolar Hiroshima soacutelo se convirtioacute un

65

gramo de masa (aunque toda la bomba como me-

canismo pesara cuatro toneladas) su potencia fue

de 125 kilotones es decir para igualar su potencia

seriacutean 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 combustibles

de fisioacuten Cuando en un espacio se reuacutene la sufi-

ciente cantidad de materia (denominada masa criacute-

tica) se produce una reaccioacuten en cadena espontaacute-

nea esto es el nuacutecleo de los aacutetomos del material

se divide liberando energiacutea y varios neutrones

raacutepidos que provocan que otros nuacutecleos tam-

bieacuten se dividan y liberen maacutes energiacutea y neutrones

Este proceso se denomina fisioacuten nuclear Sin em-

bargo si la densidad no es suficiente la energiacutea

liberada hace que el material se expanda y se de-

tenga el proceso Para evitar que se pare la reac-

cioacuten se recurre a una materia muy densa de por siacute

(isoacutetopos del uranio y plutonio) que ademaacutes se

comprime de manera muy raacutepida para lograr una

66

altiacutesima densidad que permite que los neutrones

raacutepidos choquen antes con otros nuacutecleos y se

produzcan antes el mayor nuacutemero 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 maacutes energiacutea Para una

explosioacuten de 100 kilotones son necesarias 58 ge-

neraciones las 7 uacuteltimas generan el 999 de la

energiacutea en periodo cortiacutesimo de tiempo Tambieacuten

puede liberarse energiacutea con la fusioacuten en este pro-

ceso los nuacutecleos se unen en vez de separarse pero

se requieren altiacutesimas temperaturas (del orden de

millones de grados) para que este proceso se lleve

a cabo Para esta reaccioacuten se usan aacutetomos ligeros

(maacutes faacuteciles de unir) generalmente hidroacutegeno o

sus isoacutetopos (deuterio y tritio) Para unir dos aacuteto-

mos basta con hacerlos chocar Los protones de

cada aacutetomo 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

67

fusioacuten deben comprimirse fuertemente los nuacute-

cleos y una vez hecho soacutelo podraacuten continuar uni-

dos si pierden un equivalente de la energiacutea que les

hizo apretarse En el caso de usar deuterio y tritio

se libera violentamente un neutroacuten Esta energiacutea

liberada es la que forma una bomba de fusioacuten

tambieacuten denominada bomba H

COMO FUNCIONA UNA BOMBA ATO-MICA EN LA PRACTICA

Sea cual fuere el sistema de funcionamiento de

una bomba nuclear (fusioacuten o fisioacuten) una cantidad

de masa se convierte en energiacutea la potencia soacutelo

depende de la capacidad de la ingenieriacutea para con-

vertir maacutes masa antes de que la reaccioacuten disperse

las moleacuteculas en teoriacutea la potencia es por tanto

ilimitada

Una bomba nuclear consiste baacutesicamente en una

esfera hueca de plutonio que no es lo suficiente-

68

mente densa como para producir una reaccioacuten 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 explosioacuten se disparan los detonado-

res que hacen que el material explosivo estalle de

la manera lo maacutes regular posible para que enviacutee

una onda de choque esfeacuterica hacia el plutonio

Cuando eacutesta impacta contra eacutel lo comprime y re-

duce su volumen empujaacutendolo hacia el centro de

la esfera hasta que alcanza una densidad suficiente

(supercriacutetica) y se dispara el iniciador de neutrones

para comenzar la reaccioacuten en cadena que da lugar

a la explosioacuten nuclear

Las bombas termonucleares de fusioacuten o H nece-

sitan de una gran temperatura para que se puedan

unir los nuacutecleos esto se consigue en el interior de

una explosioacuten de fisioacuten que es el comienzo de

toda bomba H

69

Una vez acabada la reaccioacuten de fusioacuten nos encon-

traremos con una esfera expandida con una tem-

peratura de millones de grados en la que existen

los productos de la fusioacuten (litio e isoacutetopos del

hidroacutegeno) Tal es su velocidad que pueden fun-

dirse unos con otros dando lugar a la reaccioacuten de

fusioacuten Esta reaccioacuten genera maacutes energiacutea que la

anterior y libera gran cantidad de partiacuteculas nu-

cleares pero no es una reaccioacuten en cadena ya que

el propio calor que genera hace que las partiacuteculas

se separen y se expandan en forma de una esfera

de plasma con una temperatura que tan soacutelo expe-

rimenta el universo de manera natural en las estre-

llas En nuestro sol por ejemplo ocurren la fusioacuten

nuclear de hidroacutegeno y helio Pero antes de que la

reaccioacuten se extinga los neutrones generados por

las detonaciones anteriores provocan de nuevo

una reaccioacuten de fusioacuten sobre una camisa de U-

238 pero esta vez mucho mayor que las anterio-

res La potencia de una bomba termonuclear care-

ce de liacutemite una bomba como la de Hiroshima de

70

125 kilotones (un kilotoacuten equivale a 1000 tonela-

das de TNT) se considera dentro de los arsenales

modernos como pequentildea siendo las de un mega-

toacuten (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 la

Segunda Guerra Mundial

Para la construccioacuten de una bomba nuclear nor-

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

primero no forma parte de la reaccioacuten nuclear

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

nera espontaacutenea emitiendo neutrones que son

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

duzca de manera accidental la reaccioacuten en cadena

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

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

cioacuten 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

71

reactores nucleares a partir del U-238

La desintegracioacuten del uranio en la reaccioacuten en

cadena se produce de manera espontaacutenea para una

masa de 50 Kg si eacuteste elemento es puro El pluto-

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

da reaccioacuten en cadena de modo que se mezcla de

berilo y polonio dando como resultado un pro-

ducto que aunque no es fisionable por si solo una

pequentildea cantidad actuacutea como catalizador para las

grandes reacciones Asiacute bastan 16 Kg de PU-239

para obtener la masa supercriacutetica y 10 Kg si se

mezcla con U-238

El U-235 es muy difiacutecil de extraer por encontrarse

en la naturaleza muy mezclado con otros com-

puestos Asiacute por cada 25000 toneladas de mineral

de uranio bruto soacutelo se obtienen 50 toneladas de

uranio del que el 993 es U-235 y el resto el

rariacutesimo isoacutetopo U-238 ambos soacutelo se pueden

separar de manera mecaacutenica gracias a la leviacutesima

72

diferencia de peso entre ambos Asiacute el uranio se

mezcla en forma gaseosa con fluor (hexafluoriacutedri-

co) que es impulsado a baja presioacuten hacieacutendolo

pasar por unas caacutemaras que aumentan la concen-

tracioacuten de uranio sensiblemente tras cientos de

pasadas Para una central nuclear la pureza ha de

ser del 2 y para una bomba (teoacutericamente) el

95

Para separar el isoacutetopo se recurre a la centrifuga-

cioacuten del gas siendo el maacutes pesado U-238 despedi-

do hacia el exterior con maacutes fuerza Para obtener

otra vez el uranio separado del gas se recurre a la

separacioacuten magneacutetica

MECANISMOS QUE SUELEN COMPONER UNA

BOMBA NUCLEAR

Los mecanismos que suelen componer una bom-

ba nuclear son los siguientes

73

ALTIacuteMETRO No suele usarse el baromeacutetrico

por verse afectado por las condiciones atmosfeacuteri-

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 seguacuten el tiempo transcu-

rrido en el recorrido puede saberse la altura sin

necesidad de complicar maacutes el sistema para dar

una precisioacuten que en realidad no es importante (2

o 3 m de diferencia no son apreciables maacutes que

en minibombas bastante menores que las de

Hiroshima) siendo la altura normal de detonacioacuten

la de 2000 m

En la praacutectica 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 electroacute-

nicamente para obtener la diferencia de ambas

que es proporcional a la altura Los pulsos suelen

emitirse 120 veces por segundo y alcanzan un

74

rango de 3000 m sobre la tierra y 6000 m sobre

el mar (la reflexioacuten es alliacute mejor) siendo su error

de hasta 15 m

CABEZA DETONADORA Como ya se dijo

estaacute compuesta de una carga explosiva muy bien

calibrada que a la orden del altiacutemetro detona

produciendo una onda de choque uniforme sobre

el elemento radioactivo comprimieacutendolo hasta

alcanzar la masa supercriacutetica

Compantildeiacuteas privadas producen camisas explosivas

que modificadas pueden ser usadas para la fabri-

cacioacuten del objeto que nos ocupa La cantidad de

presioacuten necesaria a aplicar es un secreto por razo-

nes de seguridad aunque se sabe que los explosi-

vos plaacutesticos son ideales sobre todo por su malea-

bilidad y facilidad de manejo

El detonador variacutea si es combustible es uranio o

plutonio

75

DETONADOR DE URANIO La masa total se

divide en dos partes una mayor de forma semies-

feacuterica y coacutencava que se acopla perfectamente con

la otra maacutes pequentildea Como es de suponer ambas

se encuentran separadas hasta el momento de la

detonacioacuten en el que una explosioacuten convencional

dispara la parte pequentildea que impacta contra la

mayor para lograr en un instante la masa supercriacute-

tica

DETONADOR DE PLUTONIO Necesita

una precisioacuten de ingenieriacutea mucho mayor que la

anterior ya que estaacute compuesta de 32 secciones de

plutonio-berilio-polonio todas de igual forma y

posicioacuten distribuidas conceacutentricamente El aspecto

final es parecido al de un baloacuten de fuacutetbol Todas

han de cerrarse simeacutetricamente en una diezmillo-

neacutesima de segundo para conseguir la detonacioacuten

DEFLECTOR DE NEUTRONES Suele ser

U-238 Su funcioacuten es la que ya se explicoacute evitar

76

una reaccioacuten accidental ademaacutes refleja las partiacutecu-

las de vuelta cuando se alcanza la masa supercriacuteti-

ca

ESCUDO PROTECTOR Recibe otros nom-

bres pero su funcioacuten es siempre la de proteger de

la radiacioacuten natural tanto al personal que la maneja

como a los circuitos de la bomba que pueden su-

frir cortocircuitos o puestas en funcionamiento

accidentales

SISTEMA DE ARMADO Es otro sistema maacutes

de seguridad consistente en quitar una parte im-

prescindible de la bomba para evitar detonaciones

accidentales de modo que soacutelo cuando estaacute

proacuteximo su lanzamiento se inserta esta parte Una

analogiacutea seriacutea como si al aparcar nuestro coche le

quitaacuteramos el volante o una bujiacutea asiacute estariacuteamos

seguros de que no nos lo roban porque sin estas

partes el coche no funciona

77

12 EFECTOS DE UNA EXPLOSIOacuteN NUCLEAR

Tenemos frescas en nuestra memo-

ria las imaacutegenes que nos mostroacute la

televisioacuten cuando se produjo el ac-

cidente de Chernobyl

Aquiacute explicamos todas las conse-

cuencias de una detonacioacuten 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

78

bull Radiacioacuten nuclear inicial la altiacutesima

temperatura y la elevada presioacuten que se

genera en el interior de la explosioacuten emi-

ten radiacioacuten en todas las direcciones Esta

se compone de rayos alfa beta y gamma

que son una forma de radiacioacuten electro-

magneacutetica de alta energiacutea que puede causar

la muerte sin que el individuo se de cuenta

de que ha sido irradiado Una explosioacuten de

un megatoacuten (de tamantildeo estaacutendar) matariacutea

a todo ser humano en 15 Km a la redonda

que se encontrase al aire libre

Las partiacuteculas alfa son ideacutenticas a un nuacutecleo de

helio son las que mas larga vida tienen unos mil

antildeos pero su poder de penetracioacuten 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 radiacioacuten Con 45 cm de tierra se

consigue reducir la radiacioacuten veinte veces

Las partiacuteculas beta penetran maacutes siendo suficiente

79

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

to la radiacioacuten (una pared moderna ya espesa se

compone de 1 pie de ladrillo maacutes caacutemara maacutes

aislante maacutes ladrillo hueco y yeso que suele que-

darse en los 37 cm)

Los de maacutes poder de penetracioacuten son las gamma

y por tanto los maacutes peligrosos ya son los que se

introducen en los refugios nucleares auacuten con

grandes espesores de hormigoacuten La uacutenica protec-

cioacuten eficaz es la de interponer grandes masas de

material mejor cuanto maacutes denso siendo el ideal

el plomo ya que pasa por los materiales como la

luz por una tela si esta es maacutes densa mayor canti-

dad de chocaraacute con ella y no la traspasaraacute Para

reducir la dosis a un veinteavo se precisan 30 cm

de hormigoacuten armado

bull Pulso electromagneacutetico La intensa acti-

vidad de los rayos gamma genera mediante

induccioacuten una corriente de alto voltaje so-

80

bre antenas viacuteas feacuterreas tuberiacuteas que des-

truye todas las instalaciones eleacutectricas de

una amplia zona si la explosioacuten se efectuacutea

a gran altura Una detonacioacuten de muchos

kilotones a 200 km sobre Omaha (Ne-

brasca) destruiriacutea todos los circuitos eleacutec-

tricos integrados de toda Norteameacuterica y

parte de Meacutejico y Canadaacute Ante el riesgo

de una detonacioacuten nuclear es conveniente

alejarse de liacuteneas eleacutectricas y viacutea feacuterreas ya

que la corriente inducida puede electrocu-

tarnos

bull Pulso teacutermico al expandirse la bola de

fuego el aire circundante absorbe energiacutea

en forma de rayos X y la irradia en forma

de una luz cegadora y un intensiacutesimo ca-

lor Una bomba de 20 Megatones produci-

riacutea una intensa luz durante 20 segundos y

causariacutea quemaduras de segundo grado a

81

cualquier persona expuesta a 45 Km de

distancia

bull Onda de choque La raacutepida expansioacuten de

la bola de fuego genera una onda de cho-

que como cualquier explosioacuten pero de

una potencia muy superior ya que puede

aplastar o barrer edificios dantildeaacutendolos muy

seriamente o destruyeacutendolos por comple-

to ya que maacutes que empujar por su dura-

cioacuten lo que hace es estrujar Una bomba

de 20 megatones no dejariacutea en un radio de

20 Km maacutes que escombros soacutelo se salva-

riacutean las cimentaciones y construcciones

enterradas

bull Primera lluvia radioactiva o lluvia ra-

diactiva local una explosioacuten de 20 mega-

tones aras de suelo produciriacutea un craacuteter de

183 m de profundidad la elevada tempe-

82

ratura vaporiza todo lo que se encuentra

dentro de la bola de fuego todo se funde

con los materiales radiactivos de la fisioacuten o

fusioacuten y se eleva con el hongo para luego

precipitar en forma de finas cenizas Esto

ocurriraacute durante las 24 h siguientes a la

explosioacuten y afectaraacute a una regioacuten maacutes o

menos amplia para una misma potencia

seguacuten la climatologiacutea El fenoacutemeno se am-

pliacutea considerablemente si la detonacioacuten se

produce cerca del suelo La energiacutea 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 maacutes destructivos los deno-

minados secundarios como incendios en masa

que acabariacutean con los pocos supervivientes y ma-

tariacutean a maacutes que el pulso teacutermico y la onda de

choque

83

Ademaacutes en caso de que se lanzaran muchas

bombas nucleares sus efectos secundarios seriacutean

mucho maacutes 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 10000 mega-

tones miacutenimos para considerar un holocausto

como tal

bull El primero de estos efectos es que la ra-

dioactividad liberada en caso de holocaus-

to penetrariacutea en todos y cada uno de los

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

Mientras que en dosis altas (seguacuten la espe-

cie) produciriacutea la muerte en otras maacutes ba-

jas los efectos seriacutean de lo maacutes variados

(mutaciones esterilidad)

bull El segundo seriacutea que los materiales im-

pulsados por las detonaciones se elevariacutean

hasta la troposfera donde ocultariacutean la luz

84

del sol durante meses o antildeos haciendo ba-

jar la temperatura de la tierra y alterando la

fotosiacutentesis de los vegetales y el plancton

marino seriacutea el famoso invierno nuclear

Ademaacutes estos materiales radiactivos iriacutean

cayendo durante meses o antildeos convirtieacuten-

dose en una lluvia radiactiva global que

auacuten con menos dosis radiactiva que una

lluvia provocada por una bomba seriacutea

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

antildeos Ese 5 de energiacutea liberada por la

lluvia radiactividad en una bomba es poco

pero en los 10000 megatones de un holo-

causto suponen ya 500 megatones que iraacuten

estallando durante miles de antildeos des-

pueacutes de la cataacutestrofe

85

bull El tercero seriacutea una reduccioacuten en la capa

de ozono producida por el oacutexido de nitroacute-

geno generado por las bolas de fuego de

modo que la radiacioacuten solar que llegase a

la tierra seriacutea mortal Un 70 del ozono

desapareceriacutea en el hemisferio norte y un

40 en el sur siendo necesarios treinta

antildeos para recuperar su estado normal

86

Ejercicios 12

MODELO DE RESOLUCIOacuteN

La distribucioacuten de los electrones de un aacutetomo

en sus niveles y subniveles se puede representar en

forma abreviada de la siguiente manera

a) Un coeficiente que indica el nuacutemero del nivel

de energiacutea (n)

b) Una letra que corresponde al subnivel

c) Un supraiacutendice que sentildeala el nuacutemero de elec-

trones que hay en el subnivel

1H = 1s1

3Li = 1s2 2s1

En razoacuten del entrecruzamiento de subniveles

el orden en que se van completando los subniveles

por energiacutea creciente es el siguiente

87

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

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

5d 6p 7s 5f 6d

7p

Para visualizar la distribucioacuten de los electrones

en orbitales se puede representar cada orbital por

un pequentildeo cuadrado dividido por una diagonal

y cada electroacuten mediante una flecha

Entonces el orbital puede estar

Vaciacuteo incompleto completo

(1 electroacuten) (2 electrones)

En caso del orbital completo las flechas tienen

sentido contrario para indicar que los electrones

presentan spin contrario

El llenado de los orbitales por los electrones

se realiza a partir de los niveles y subniveles en

88

orden creciente de energiacutea Cada nuevo electroacuten se

incorpora a un orbital vaciacuteo

De ese modo los elementos quedan represen-

tados asiacute

1H =

1s

3Li =

1s 2s

7N =

1s 2s 2p

89

Ejercicios 121

1) Un aacutetomo de foacutesforo tiene 15 protones y 16

neutrones Indicaacute cuaacutel es su

a) nuacutemero atoacutemico (Z) b) nuacutemero

de masa (A)

2) Un aacutetomo de potasio tiene Z =19 y A = 39

Indicaacute su nuacutemero de

a) protones b) electrones

c) neutrones

3) Completaacute los datos que faltan en el siguiente

cuadro

90

ELE-

MEN-

TO

NUacute-

MERO

ATOacute-

MICO

NUacute-

MERO

DE

MASA

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) Sentildealaacute el nombre y siacutembolo de los elementos

cuyas configuraciones electroacutenicas 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) Escribiacute la configuracioacuten electroacutenica de los

siguientes elementos

91

a) Na2311 = c) O16

8 =

b) Cl3517 = d) C12

6 =

6) De acuerdo con la siguiente representacioacuten de

los electrones en orbitales indicaacute a queacute ele-

mentos corresponden

a)

b)

c)

d)

7) Representaacute la distribucioacuten de los electrones en

orbitales de los elementos

a) 7N= c) 18Ar =

b) 15AI = d) 19K =

92

Hoja de respuestas121

1) a) 15 b) 31 2) a) 19 b) 19 c) 20

3)

ELE-

MEN-

TO

NUacuteME-

RO

ATOacute-

MICO

NUacute-

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)Argoacuten Ar

d)Escandio Sc

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

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)middot

94

Ejercicios 1211

Modelo de resolucioacuten

El nuacutemero de oxidacioacuten se asigna seguacuten las si-

guientes reglas

1) El nuacutemero de oxidacioacuten de los elementos en la

sustancia simple es cero

Ejemplo Cu0 02Cl

2) El nuacutemero de oxidacioacuten del oxiacutegeno es 2

excepto en las sustancias como el agua oxige-

nada Ejemplo H2

2Ominus

3) El nuacutemero de oxidacioacuten del hidroacutegeno es +1

excepto en las sustancias donde estaacute combina-

do con los metales Ejemplo 1

H+

2O

4) El nuacutemero de oxidacioacuten de un ion monoatoacute-

mico es igual a la carga del ion Ejemplo Ca2-

Cl-

95

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

braica de los nuacutemeros de oxidacioacuten de todos

los aacutetomos debe ser cero Ejemplo 1

H+

2

2Ominus

there42(+1) + (-2) = 0

6) En los iones que tienen maacutes de un aacutetomo la

suma algebraica de los nuacutemeros de oxidacioacuten

de todos los aacutetomos es igual a la carga del ion

El nuacutemero de oxidacioacuten se escribe colocando primero el signo y luego el nuacutemero

Ejemplo el nuacutemero de oxidacioacuten del aluminio es +3

1) Calculaacute los nuacutemeros de oxidacioacuten en la moleacute-

cula de dioacutexido de azufre (SO2)

Datos SO2 nuacutemero de oxidacioacuten del O2

es 2

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de S

Resolucioacuten Cada aacutetomo de oxiacutegeno tiene

nuacutemero de oxidacioacuten 2 por lo tanto el nuacute-

mero de oxidacioacuten del azufre es +4 porque

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

96

2) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten del azufre en

el aacutecido sulfuacuterico (H2SO4)

Datos H2SO2 nuacutemero de oxidacioacuten del

O2 es 2 nuacutemero de oxidacioacuten de H es -1

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de S

Resolucioacuten Se debe cumplir que la suma al-gebraica de todos los nuacutemeros de oxidacioacuten sea cero

4(-2) + 21 + x = 0

-8 + 2 + x = 0

x = 6

Respuesta el nuacutemero de oxidacioacuten del azufre

en el aacutecido sulfuacuterico es +6

3) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten del nitroacutegeno

en el nitrato de sodio (NaNO3)

Datos NaNO3 nuacutemero de oxidacioacuten del

O2 es 2

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de N

97

Resolucioacuten El nuacutemero de oxidacioacuten del

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

ga eleacutectrica positiva

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

1 6 + x = 0

x = 5

Respuesta el nuacutemero de oxidacioacuten del nitroacute-

geno en el nitrato de sodio es +5

4) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten del azufre en

el ion sulfato (S 24Ominus )

Datos S 24Ominus nuacutemero de oxidacioacuten del O2

es 2

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de S

Resolucioacuten La suma de los nuacutemeros de

oxidacioacuten es igual a 2 porque el ion sulfato

tiene dos cargas negativas (2-)

x + 4(-2) = -2

x 8 = -2

x = 6

98

Respuesta El nuacutemero de oxidacioacuten del azu-

fre en el ion sulfato es +6

99

Ejercicios 1212

1) Dibujaacute los siacutembolos de Lewis para los aacutetomos

de

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

2) iquestCoacutemo adquiere la distribucioacuten electroacutenica del

ineacutertido maacutes cercano cada uno de los siguien-

tes aacutetomos

a) K b)

F c)

S d) Mg e)

Br

3) Escribiacute las ecuaciones ioacutenicas la foacutermula elec-

troacutenica y la foacutermula miacutenima del compuesto

ioacutenico formado por

a) K y Br (bromuro de potasio)

b) Ca y O (oacutexido de calcio)

4) Marcaacute con una X las propiedades correspon-

dientes a las sustancias que presentan uniones

ioacutenicas

100

a) Son soacutelidas y tienen bajo punto de fusioacuten ( )

b) Conducen la corriente eleacutectrica fundidas o di-

sueltas en agua ( )

c) Tienen brillo metaacutelico ( )

d) Forman cristales duros y quebradizos solubles

en agua ( )

e) No conducen la corriente eleacutectrica ( )

5) Explicaacute coacutemo se unen dos aacutetomos de bromo

para formar la moleacutecula Br2 y escribiacute su

foacutermula electroacutenica y su foacutermula desarrollada

6) La foacutermula del monoacutexido de dicloro es Cl2O

a) Indicaacute queacute tipo de unioacuten existe entre el cloro y

el oxiacutegeno

b) Escribiacute su foacutermula electroacutenica y su foacutermula

desarrollada

7) El azufre y el oxiacutegeno forman dos oacutexidos

importantes el dioacutexido de azufre (SO2) y el

101

trioacutexido de azufre (SO3) Para el trioacutexido de

azufre

a) Indicaacute queacute tipo de unioacuten existe entre el azufre

y los tres aacutetomos de oxiacutegeno

b) Escribiacute la foacutermula electroacutenica

c) Escribiacute la foacutermula desarrollada

8) Marcaacute 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

liacutequidas o soacutelidas ( )

c) Son duacutectiles y maleables ( )

d) No forman moleacuteculas son agregados de

iones ( )

e) No son buenas conductoras de la corriente

eleacutectrica ( )

102

9) Coloque en el pareacutentesis UCP si la unioacuten es

covalente polar y UCNP si es covalento no

polar en cada una de las siguientes sustancias

a) cloruro de hidroacutegeno HCl ( )

b) Hidroacutegeno H2 ( )

c) yodo l2 ( )

10) Escribiacute la foacutermula electroacutenica y la foacutermula

desarrollada de cada una de las sustancias

mencionadas en el ejercicio 9

11) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten

a) del azufre (S)en el dioacutexido de azufre (SO2) en

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

sodio (Na2S)

b) del nitroacutegeno (N) en el dioacutexido de nitroacutegeno

(NO2) en el aacutecido niacutetrico (HNO3) y en el ni-

trato de potasio (KNO3)

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

can en el concepto de unioacuten metaacutelica

103

a) Tienen bajo punto de fusioacuten y de

ebullicioacuten ( )

b) Tienen brillo metaacutelico ( )

c) Conducen la corriente eleacutectrica sin

alterarse ( )

d) En estado soacutelido son malos conductores de la

corriente eleacutectrica ( )

e) Forman hilos y laacuteminas delgadas ( )

104

Hoja de respuestas 1212

1) a) He b) Al c)

Si d)

Ar e)

N

2) a) cede un electroacuten d) cede electrones c)

gana dos electrones b) y e) gana un electroacuten

3) a) Ecuaciones ioacutenicas

K K1+ + 1 e

Br + 1 e Br1-

K1+ + Br- KBr

Foacutermula electroacutenica K1+minus

1

Br

Foacutermula miacutenima KBr

b) Ecuaciones ioacutenicas

Ca Ca 2+ + 2 e

O + 2 e O2-

Ca2+ + O2- CaO

Foacutermula electroacutenica Ca2+ minus

2

O

105

Foacutermula miacutenima CaO

4) b y d

5) se unen compartiendo un par de electrones

6) a) unioacuten covalente

b) foacutermula electroacutenica

Cl

O

Cl

foacutermula desarrollada Cl O Cl

7) a) una unioacuten covalente doble entre el azufre y

uno de los aacutetomos de oxiacutegeno dos uniones cova-

lentes coordinadas con los otros dos aacutetomos de

oxiacutegeno

b) Foacutermula electroacutenica

Foacutermula desarrollada

106

8) a b y e

9) a) UCP y c) UCNP

10) Foacutermula electroacutenica Foacutermula desarrollada

a) H

Cl H Cl

b) HH H H

c)

I

I l I

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

12) b c y e

  • RADIACTIVIDAD
    • IacuteNDICE
      • 1 RADIACTIVIDAD NATURAL
      • 2 RELACIOacuteN ENTRE LA LEY DE LAVOISIER Y LA DE EINSTEIN
      • 3 INTERACCIONES ENTRE AacuteTOMOS Y ONDAS
      • 4 PODER DE PENETRACIOacuteN DE LA RADIACIOacuteN
      • 5 VIDA MEDIA
      • 6 RADIACTIVIDAD ARTIFICIAL
      • 7 USOS DE LOS RADIOISOacuteTOPOS
      • 8 MEDICINA NUCLEAR
      • 9 FECHADO POR MEDIO DE RADIOISOacuteTOPOS
      • 10 PLANTAS DE ENERGIacuteA NUCLEAR
      • 11 BOMBA ATOacuteMICA
      • 12 EFECTOS DE UNA EXPLOSIOacuteN NUCLEAR
        • Ejercicios 12
        • Ejercicios 121
        • Hoja de respuestas121
        • Ejercicios 1211
        • Ejercicios 1212
        • Hoja de respuestas 1212

28

5 VIDA MEDIA

Cuando hablamos de aacutetomos individuales

estamos trabajando con elementos que

apenas imaginamos

Para entender lo que pasa con la radia-

cioacuten debemos referirnos a un grupo maacutes

grande de partiacuteculas y trabajar con pro-

medios

Hasta aquiacute hemos estudiado la radiactividad en

relacioacuten con los aacutetomos individuales En el labora-

torio nos ocupamos en general con nuacutemeros muy

grandes de aacutetomos mucho mayores que el nuacuteme-

29

ro de habitantes de la tierra Si pudieacutesemos ver el

nuacutecleo de un aacutetomo individual podriacuteamos ver si

sufre o no desintegracioacuten radiactiva examinando

su composicioacuten Ciertas combinaciones de proto-

nes y neutrones son inestables Sin embargo lo

que no podriacuteamos determinar es cuando el aacutetomo

va a sufrir un cambio La radiactividad es un pro-

ceso aleatorio independiente en general de las

influencias externas

Cuando tenemos un nuacutemero grande de aacuteto-

mos el proceso de desintegracioacuten radiactiva se

hace maacutes predecible Podemos medir la vida me-

dia que es una propiedad caracteriacutestica de cada

radioisoacutetopo La vida media de un isoacutetopo radiac-

tivo es el periacuteodo durante el cual la mitad del nuacute-

mero original de aacutetomos sufre desintegracioacuten ra-

diactiva para formar un nuevo elemento Por

ejemplo supone que tuvieacutesemos 16 billones de

aacutetomos de tritio el isoacutetopo radiactivo de hidroacutege-

no La vida media del tritio es de 123 antildeos Esto

significa que al cabo de 123 antildeos se habraacuten desin-

30

tegrado 8 billones de aacutetomos de tritio y quedaraacuten

8 billones de aacutetomos Al cabo de otros 123 antildeos

se habraacute desintegrado la mitad de los 8 billones de

aacutetomos restantes Por tanto al cabo de dos vidas

medias quedaraacute una cuarta parte del nuacutemero ori-

ginal de aacutetomos de tritio Asiacute pues dos vidas me-

dias no hacen una entera

Podemos calcular la fraccioacuten restante del isoacute-

topo original al cabo de un nuacutemero dado de vidas

medias por medio de la relacioacuten

FRACCIOacuteN RESTANTE N21

=

Donde n es el nuacutemero de vidas medias trans-

curridas

31

6 RADIACTIVIDAD ARTIFICIAL

La radiactividad es un fenoacutemeno na-

tural y en esas condiciones poco

aprovechable

El hombre trabajoacute mucho para con-

trolarlo y hacer de este efecto algo

uacutetil Aunque como es muy habitual

en la humanidad las implementacio-

nes destructivas tambieacuten tuvieron

gran desarrollo

32

TRANSMUTACIOacuteN ARTIFICIAL

Las formas de radiactividad que se presentan

en la Naturaleza Se pueden inducir otras reaccio-

nes nucleares bombardeando nuacutecleos estables con

partiacuteculas alfa neutrones u otras partiacuteculas sub-

atoacutemicas Estas partiacuteculas si tienen suficiente

energiacutea penetran los nuacutecleos que antes eran esta-

bles e inducen alguna forma de emisioacuten radiacti-

va Al igual que la radiactividad natural este tipo

de cambio nuclear produce una transmutacioacuten un

elemento se transforma en otro Debido a que el

cambio no se habriacutea producido de manera natural

el proceso se conoce como transmutacioacuten artifi-

cial

Pocos antildeos despueacutes de su famoso experimen-

to de la laminilla de oro (bombardeo con radiacioacuten

alfa una lamina de oro y detectoacute en una lamina de

sulfuro de zinc la radiacioacuten emergente) Ernest

Rutherford estudioacute el bombardeo de diversos

elementos ligeros con partiacuteculas alfa Un experi-

33

mento de este tipo en el cual Rutherford bom-

bardeoacute nitroacutegeno dio por resultado la produccioacuten

de protones

N147 + He4

2 O178 + H1

1

(Recordaacute que el nuacutecleo de hidroacutegeno es un protoacuten

por eso usamos el siacutembolo alternativo H11 para el pro-

toacuten)

Observaacute que la suma de los nuacutemeros de nu-

cleones de la izquierda es igual a la suma de los

nuacutemeros de nucleones de la derecha Tambieacuten los

nuacutemeros atoacutemicos estaacuten balanceados

Rutherford habiacutea postulado en 1914 la exis-

tencia de protones en los nuacutecleos Un experimen-

to publicado en 1919 proporcionoacute la primera

comprobacioacuten empiacuterica de la existencia de estas

partiacuteculas fundamentales Ya antes Eugen Golds-

tein habiacutea producido protones en sus experimen-

34

tos con tubos de descarga en gas Goldstein obtu-

vo estas partiacuteculas a partir del hidroacutegeno gaseoso

contenido en el tubo por separacioacuten de un elec-

troacuten del aacutetomo de hidroacutegeno La trascendencia del

experimento de Rutherford consistioacute en que ob-

tuvo protones del nuacutecleo de un aacutetomo que no era

de hidroacutegeno con lo cual establecioacute la naturaleza

de los protones como partiacuteculas fundamentales Al

hablar de partiacuteculas fundamentales nos referimos a

las unidades baacutesicas a partir de las cuales se pue-

den formar estructuras maacutes complicadas (como el

nuacutecleo de nitroacutegeno) El experimento de Ruther-

ford constituyoacute la primera reaccioacuten nuclear indu-

cida

Durante la deacutecada de 1920 se llevaron a cabo

muchas transmutaciones artificiales En la deacutecada

de 1930 una de estas reacciones condujo al descu-

brimiento de otra partiacutecula fundamental En 1932

James Chadwick bombardeoacute berilio con partiacuteculas

alfa

35

Be94 + He4

2 C126 + n1

0 Entre los productos se encontraba el neutroacuten

RADIACTIVIDAD INDUCIDA

Las primeras reacciones nucleares produjeron

isoacutetopos que ya se conociacutean por estar presentes en

la Naturaleza Esto fue quizaacute fortuito porque era

inevitable que tarde o temprano se produjese un

nuacutecleo estable Iregravene Curie (hija de los ganadores

del premio Nobel de 1903) y su esposo Freacutedeacuteric

Joliot estudiaban el bombardeo de aluminio con

partiacuteculas alfa Se produciacutean neutrones y quedaba

como residuo un isoacutetopo de foacutesforo

Al2713 + He4

2 P3015 + n1

0

Para sorpresa de los investigadores el blanco

seguiacutea emitiendo partiacuteculas auacuten despueacutes de inte-

rrumpido el bombardeo El isoacutetopo de foacutesforo era

radiactivo y emitiacutea partiacuteculas cuya masa era igual a

36

la del electroacuten pero cuya carga era opuesta Estas

partiacuteculas se llaman positrones La reaccioacuten que

estaban observando era la siguiente

P3015 e0

1+ + Si3014

Asiacute pues surge una vez maacutes la pregunta iquestde doacuten-

de proviene esta partiacutecula si el nuacutecleo contiene

soacutelo protones y neutrones Anteriormente expli-

camos el hecho de que surgiese una partiacutecula beta

(un electroacuten) de un nuacutecleo afirmando que un neu-

troacuten se habiacutea descompuesto en un protoacuten y un

electroacuten Quizaacute un suceso similar puede explicar la

aparicioacuten de un positroacuten Considera que un pro-

toacuten del nuacutecleo se transforma en un neutroacuten y un

positroacuten (un protoacuten es ideacutentico a un nuacutecleo de

hidroacutegeno)

H11 e0

1+ + N10

Todo queda muy bien balanceado en esta

37

ecuacioacuten Al emitirse el positroacuten el nuacutecleo radiac-

tivo original tiene de pronto un protoacuten menos y

un neutroacuten maacutes que antes Por tanto la masa del

nuacutecleo producido es la misma pero su nuacutemero

atoacutemico se ha reducido en una unidad respecto al

nuacutecleo original Por este trabajo la pareja Joliot-

Curie se hizo acreedora al premio Nobel en 1935

(la pareja Joliot-Curie adoptoacute el apellido combina-

do para perpetuar el nombre de Curie Marie y

Pierre Curie tuvieron dos hijas pero ninguacuten hijo

varoacuten

38

7 USOS DE LOS RADIOISOacuteTOPOS

Muchas de las aplicaciones de la energiacutea

de la radiacioacuten se realizan a traveacutes de los

radioisoacutetopos

Gracias a ellos y a los detectores se evitan

grandes perdidas materiales y se ahorra

grandes esfuerzos

Los cientiacuteficos que trabajan en una amplia va-

riedad de campos emplean isoacutetopos radiactivos

(radioisoacutetopos) como rastreadores en sistemas

fiacutesicos quiacutemicos y bioloacutegicos Los isoacutetopos de un

elemento determinado sea radiactivo o no se

39

comportan de manera casi ideacutentica en los proce-

sos quiacutemicos y fiacutesicos En virtud de la facilidad

para detectar los isoacutetopos radiactivos es relativa-

mente faacutecil seguir sus movimientos incluso en un

sistema complicado

Como un ejemplo sencillo consideremos el

flujo de un liacutequido por una tuberiacutea Supongamos

que hay una fuga en una tuberiacutea enterrada bajo un

piso de concreto Podriacuteamos localizar la fuga le-

vantando partes extensas del piso o bien podriacutea-

mos agregar una pequentildea cantidad de material

radiactivo al liacutequido que va hacia el drenaje y ras-

trear el flujo de liacutequido con un contador Geiger

(un instrumento que detecta la radiactividad) Una

vez localizada la fuga soacutelo habriacutea que levantar una

parte pequentildea del piso para reparar la fuga Por lo

general se emplean para este propoacutesito isoacutetopos

de vida corta que desaparecen poco tiempo des-

pueacutes de realizar su funcioacuten

Anaacutelogamente podriacuteamos rastrear la incorpo-

racioacuten de foacutesforo en una planta verde La planta se

40

alimenta con un fertilizante que contiene foacutesforo

radiactivo Un meacutetodo sencillo de deteccioacuten con-

siste en colocar la planta sobre una peliacutecula foto-

graacutefica La radiacioacuten que emiten los isoacutetopos de

foacutesforo expone la peliacutecula en gran medida como

lo hace la luz Este tipo de exposicioacuten llamado

radiografiacutea muestra la distribucioacuten del foacutesforo en

la planta

Tambieacuten se da un buen uso a los rastreadores

radiactivos en la investigacioacuten agriacutecola Estos isoacute-

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 cuaacuteles son los mejores meacutetodos para

regular los insectos La mutacioacuten intencional de

plantas por irradiacioacuten ha producido nuevas y

mejores cepas de plantas de cultivo con valor co-

mercial desde raacutebanos hasta maniacute

Los radioisoacutetopos se emplean tambieacuten para

irradiar alimentos como meacutetodo de conservacioacuten

La radiacioacuten destruye los microorganismos que

41

causan la descomposicioacuten de los alimentos Los

alimentos irradiados muestran poco cambio en

cuanto a su saber o aspecto A muchas personas

les inquietan los posibles efectos dantildeinos de las

sustancias quiacutemicas que produce la radiacioacuten pero

no hay pruebas contundentes de dantildeos causados

por alimentos irradiados en animales de laborato-

rio alimentados con ellos y tampoco se conocen

efectos adversos en seres humanos en los paiacuteses

donde la irradiacioacuten se ha utilizado por muchos

antildeos El proceso de esterilizacioacuten no deja irradia-

cioacuten residual en los alimentos

Los radioisoacutetopos han sido empleados exten-

samente en la investigacioacuten cientiacutefica baacutesica El

mecanismo de la fotosiacutentesis se dilucidoacute en gran

parte utilizando carbono 14 como rastreador Por

ejemplo para determinar coacutemo fabrican las plan-

tas el azuacutecar glucosa a partir de dioacutexido de carbo-

no y agua la planta se expone a dioacutexido de carbo-

no radiactivo El investigador identifica los com-

puestos que se forman a partir de estas materias

42

primas y el orden en el que se sintetizan y despueacutes

determina cuaacuteles compuestos se tornan radiactivos

y en queacute secuencia Con base en los dates obteni-

dos de experimentos con rastreadores los cientiacutefi-

cos determinan las rutas metaboacutelicas de plantas

animales y seres humanos

43

8 MEDICINA NUCLEAR

La medicina nuclear ha generado tra-

tamientos y terapias inimaginables

antes de su descubrimiento

En el diagnostico generoacute meacutetodos no

invasivos que evitan a los paciente

tanto sufrimientos como peacuterdidas de

tiempo

En medicina nuclear se dan dos usos distintos

a los radioisoacutetopos para fines terapeacuteuticos o para

realizar un diagnoacutestico En la terapia con radiacioacuten

se intenta tratar o curar un padecimiento por

44

medio de radiacioacuten El uso de los radioisoacutetopos

con fines de diagnoacutestico busca obtener informa-

cioacuten acerca del estado de salud del paciente

TERAPIA POR RADIACIOacuteN

El caacutencer no es una sola enfermedad sino

muchas Algunas formas de caacutencer son particu-

larmente susceptibles a la terapia por radiacioacuten La

radiacioacuten se dirige cuidadosamente hacia el tejido

canceroso y se reduce al miacutenimo la exposicioacuten de

las ceacutelulas normales Si los efectos destructivos de

la radiacioacuten consiguen matar las ceacutelulas cancero-

sas se detiene el avance del tumor maligno (Pero

los pacientes que se someten a terapia por radia-

cioacuten suelen experimentar malestares a causa del

tratamiento Naacuteusea y voacutemito son los siacutentomas

usuales del malestar por radiacioacuten Asiacute pues el

objetivo de la terapia por radiacioacuten es destruir las

ceacutelulas cancerosas antes de que se cause un dantildeo

excesivo a los tejidos sanos La radiacioacuten tiene

45

efectos maacutes letales para las ceacutelulas que se reprodu-

cen con rapidez y eacutesta es precisamente la caracte-

riacutestica de las ceacutelulas cancerosas que permite que la

terapia por radiacioacuten tenga eacutexito

USOS DIAGNOacuteSTICOS DE LOS RADIOISOacuteTOPOS

Los radioisoacutetopos se usan para fines diagnoacutes-

ticos con el propoacutesito de obtener informacioacuten

acerca del tipo o el alcance de la enfermedad El

yodo 131 radiactivo se emplea para determinar el

tamantildeo la forma y la actividad de la glaacutendula ti-

roides asiacute como para tratar caacutenceres localizados

en esta glaacutendula y para controlar una tiroides hi-

peractiva Primero el paciente toma una solucioacuten

de yoduro de potasio que contiene yodo 131 El

organismo concentra el yodo en la tiroides Se

usan dosis grandes para el tratamiento del caacutencer

de la tiroides la radiacioacuten del isoacutetopo se concentra

en las ceacutelulas cancerosas de esta glaacutendula auacuten

cuando las ceacutelulas cancerosas se hayan extendido a

46

otras partes del cuerpo Sin embargo para fines de

diagnoacutestico soacutelo se necesita una pequentildea cantidad

del radioisoacutetopo Tambieacuten 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-

poracioacuten diferencial del isoacutetopo La imagen que

se obtiene se describe como una fotoexploracioacuten

y permite determinar con precisioacuten la ubicacioacuten de

un tumor en esa regioacuten del cuerpo

El radioisoacutetopo de uso maacutes extendido en medicina

es el gadolinio 153 Este isoacutetopo se emplea para

evaluar la mineralizacioacuten de los huesos Su popu-

laridad es un indicio del gran nuacutemero de personas

principalmente mujeres que sufren de osteoporo-

sis (reduccioacuten de la cantidad de tejido oacuteseo) a me-

dida que envejecen El gadolinio 153 emite dos

radiaciones caracteriacutesticas un rayo gamma y un

rayo X Un dispositivo analizador compara estas

radiacioacuten despueacutes de que atraviesan el hueso La

47

densidad del mismo se determina con base en las

diferencias de absorcioacuten de los rayos

El tecnecio 99m se utiliza en diversos ensayos

diagnoacutesticos La letra m quiere decir metaestable

lo que significa que este isoacutetopo emite cierta ener-

giacutea para convertirse en una versioacuten maacutes estable del

mismo isoacutetopo (mismo nuacutemero atoacutemico y mismo

peso atoacutemico) La energiacutea que desprende es el

rayo gamma que permite detectar el isoacutetopo

Tcm9943 Tc99

43 + y

Observa que la desintegracioacuten del tecnecio

99m no produce partiacuteculas alfa ni beta las cuales

podriacutean causar dantildeos innecesarios al organismo

Ademaacutes el tecnecio 99m tiene una vida media cor-

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

tividad no permanece en el organismo mucho

tiempo despueacutes de que la exploracioacuten se ha com-

pletado Esta vida media tan corta obliga a planifi-

48

car cuidadosamente el uso del radioisoacutetopo De

hecho lo que se adquiere no es el isoacutetopo mismo

El tecnecio 99m se forma por desintegracioacuten del

molibdeno 99

Mo9942 Tcm99

43 + e01minus + y

Se emplea un recipiente que contiene este isoacute-

topo de molibdeno y el producto de desintegra-

cioacuten el tecnecio 99 se extrae del recipiente a

medida que se necesita

Mediante el uso de modernas tecnologiacuteas ba-

sadas en la utilizacioacuten de computadoras la tomo-

grafiacutea por emisioacuten de positrones (PET por sus

siglas en ingleacutes) permite medir los procesos dinaacute-

micos que se llevan a cabo en el organismo como

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

boliza el oxiacutegeno o la glucosa Las exploraciones

de PET se emplean actualmente para identificar

con precisioacuten el aacuterea de dantildeo cerebral que desen-

49

cadena los ataques epileacutepticos graves Antes de la

exploracioacuten se inhalan o se inyectan compuestos

que contienen isoacutetopos emisores de positrones

como el carbono 11 Antes de que el positroacuten

emitido pueda recorrer una distancia apreciable en

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

teria ordinaria abundan los electrones) y se produ-

cen dos rayos gamma

C116 B11

5 + e01+

e01+ + e0

1minus 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 simultaacuteneamente

dos rayos gamma el sistema no toma en cuenta

los rayos gamma de la radiacioacuten natural de fondo

A continuacioacuten se emplea una computadora para

calcular la ubicacioacuten dentro del cuerpo del punto

50

en el cual ocurrioacute una aniquilacioacuten del positroacuten y

el electroacuten y se genera una imagen en esa regioacuten

La tabla contiene una lista de radioisoacutetopos de

uso comuacuten en la medicina La lista es necesaria-

mente incompleta Incluso con esta exposicioacuten tan

breve puedes hacerte una idea de la importancia

que los radioisoacutetopos tienen en la medicina La

aseveracioacuten de que la ciencia nuclear ha salvado

maacutes vidas de las destruidas por las bombas atoacutemi-

cas no carece el fundamento

51

Isoacutetopo Nombre Vida me-

dia Uso

C11 Carbono 11 203m Exploraciones cere-

brales

Cr51 Cromo 51 278d Determinacioacuten

del volumen sanguiacute-

neo

Co57 Cobalto 57 270d Medicioacuten de la

incorporacioacuten de

vitamina v12

Co60 Cobalto 60 526a Terapia de caacutencer

por radiacioacuten

Gd153 Gadolinio

153

242d Determinacioacuten

de la densidad oacutesea

Ga67 Galio 67 781h Exploracioacuten en

busca de tumores

pulmonares

I131 Yodo 131 807d Terapia de la ti-

roides

Ir192 Iridio 192 74d Terapia del caacuten-

cer de mamaacute

Fe59 Hierro 59 45d Deteccioacuten de

anemia

52

P32 Foacutesforo 32 143d Deteccioacuten de

caacutencer de la piel o

tumores oculares

Pu238 Plutonio

238

86a Suministra ener-

giacutea para marcapasos

Ra226 Radio 226 1600a Terapia de caacutencer

por radiacioacuten

Se75 Selenio 75 120d Exploraciones del

paacutencreas

Na24 Sodio 24 150h Localizacioacuten de

obstrucciones en el

flujo sanguiacuteneo

Tc99 Tecnecio 99 60h Obtencioacuten de imaacute-

genes de cerebro hiacutega-

do meacutedula oacutesea rintildeoacuten o

corazoacuten

Tl201 Talio 201 73h Deteccioacuten de pro-

blemas cardiacos con la

prueba de esfuerzo en

rueda de andar

H3 Tritio 123a Determinacioacuten de

agua corporal total

Xe133 Xenoacuten133 527d Obtencioacuten de imaacute-

genes de pulmoacuten

53

9 FECHADO POR MEDIO DE RADIOISOacuteTOPOS

Una de las aplicaciones maacutes in-

creiacutebles de la quiacutemica nuclear es la po-

sibilidad de averiguar la antiguumledad de

los objetos encontrados en las investi-

gaciones arqueoloacutegicas

Se puede usar la vida media de ciertos isoacuteto-

pos para estimar la antiguumledad de rocas y artefac-

tos arqueoloacutegicos El uranio 238 se desintegra con

una vida media de 4500 millones de anos Los

productos iniciales de esta desintegracioacuten tambieacuten

son radiactivos y la descomposicioacuten continuacutea

54

hasta que se forma un isoacutetopo de plomo (plomo

206) Los quiacutemicos pueden estimar la antiguumledad

de una roca determinando las proporciones relati-

vas de uranio 238 y plomo 206 Se ha encontrado

que algunas de las rocas maacutes antiguas de la Tierra

se formaron hace entre 3000 y 4500 millones de

antildeos En las rocas lunares y en meteoritos se ha

determinado una antiguumledad maacutexima de alrededor

de 4500 millones de antildeos Asiacute pues se considera

en general que la Tierra tiene una antiguumledad de

unos 4500 millones de antildeos

FECHADO POR CARBONO 14

En el fechado de artefactos interviene por lo

general un isoacutetopo radiactivo de carbono Se for-

ma carbono 14 en las capas superiores de la at-

moacutesfera por el bombardeo que experimenta el

nitroacutegeno ordinario por parte de los neutrones de

los rayos coacutesmicos

55

N147 + n1

0 C146 + H1

1

Este proceso origina una concentracioacuten cons-

tante de carbono 14 en el CO2 terrestre Las plan-

tas y animales vivos incorporan este isoacutetopo en

sus propias ceacutelulas Sin embargo cuando estos

seres mueren se interrumpe la incorporacioacuten de

carbono 14 y el carbono 14 que hay en el orga-

nismo se desintegra (con una vida media de 5 730

antildeos) a nitroacutegeno 14

Por consiguiente basta con medir la actividad

residual de carbono 14 en un artefacto de origen

vegetal o animal para determinar su antiguumledad

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 antildeos de antiguumle-

dad es decir ha estado muerta durante un tiempo

equivalente a una vida media Anaacutelogamente un

artefacto que muestra el 25 de la actividad de

carbono 14 del material vegetal reciente tiene

56

11460 anos de antiguumledad 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 aquiacute supone que la formacioacuten del isoacutetopo

fue constante a lo largo del tiempo En realidad no

es asiacute Sin embargo aproximadamente para los

uacuteltimos 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

aacuterboles Se han construido curvas de calibracioacuten

que permiten determinar fechas consideradas co-

mo exactas

En teacuterminos generales el meacutetodo de carbono

14 es razonablemente preciso para fechar objetos

de hasta 50000 antildeos de antiguumledad La cantidad

residual del isoacutetopo en los objetos de una antiguumle-

dad mayor que esa es demasiado pequentildea para

hacer una determinacioacuten exacta

El carboacuten de las fogatas de los pueblos anti-

57

guos fechado por determinacioacuten de la actividad

de carbono 14 se usa para estimar la antiguumledad

de otros artefactos encontrados en el mismo em-

plazamiento arqueoloacutegico La teacutecnica de fechado

por carbono 14 se ha usado tambieacuten para detectar

si supuestos artefactos antiguos han sido falsifica-

dos

EL SUDARIO DE TURIacuteN

Probablemente han oiacutedo hablar del sudario de

Turiacuten Se trata de una pieza de tejido de lino muy

antigua de unos 4 metros de largo que muestra la

impresioacuten aproximada de un cuerpo humano

Desde alrededor del antildeo 1350 dC 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-

bricacioacuten del lienzo habiacutea sido cultivado en alguacuten

memento entre los anos de 1260 y 1390 dC Por

58

tanto el lienzo no podriacutea haber existido en tiem-

pos de Cristo A diferencia de los pergaminos del

Mar Muerto para los que el fechado por carbono

14 demostroacute que son registros auteacutenticos de una

civilizacioacuten que existioacute hace unos 2000 antildeos el

sudario de Turiacuten resultoacute ser falso

FECHADO POR TRITIO

El tritio que es el isoacutetopo radiactivo del

hidroacutegeno sirve tambieacuten para fechar Su vida me-

dia de 123 antildeos lo hace uacutetil para fechar objetos de

hasta 100 antildeos de antiguumledad Una aplicacioacuten inte-

resante es el fechado de aguardientes Estas bebi-

das alcohoacutelicas son muy costosas cuando han sido

antildeejadas de 10 a 50 antildeos El fechado por tritio

permite comprobar la veracidad de los anuncios

publicitarios respecto al proceso de antildeejamiento

de las variedades maacutes caras

Hay muchos otros isoacutetopos que permiten es-

timar la antiguumledad de objetos y materiales

59

Isoacutetopo Vida me-

dia

(antildeos)

Periacuteodo de

utilidad Uso

Carbono 14 5730 500 a 50000

antildeos

Carboacuten vege-

tal material

orgaacutenico

Tritio 123 1 a 100 antildeosVinos antildeeja-

dos

Potasio 40 13 x 109 Desde 10000

antildeos

Rocas corteza

terrestre y

lunar

Renio 187 43 x1010 Desde 4 x

107 antildeos Meteoritos

Ranio238 45 x109 Desde 107

antildeos

Rocas corteza

terrestre

60

10 PLANTAS DE ENERGIacuteA NUCLEAR

iquestSabeacutes de doacutende viene esa energiacutea que nosotros usamos tanto Mucha de la energiacutea eleacutectrica es

producida por plantas nucleares de to-do el mundo

La energiacutea nuclear ha dado origen a bombas

muy destructivas y a la nociva precipitacioacuten ra-

diactiva y podriacutea incluso provocar un devastador

invierno nuclear Sin embargo una cantidad mu-

cho mayor de personas han recibido beneficios de

la energiacutea nuclear que las que han sido perjudica-

das por ella El hecho es que existen muchos usos

de la energiacutea nuclear que son sumamente beneacutefi-

61

cos Ya conocemos el uso de isoacutetopos radiactivos

en el diagnoacutestico cliacutenico y en el fechado de obje-

tos de antiguumledad desconocida Otro uso paciacutefico

de la energiacutea nuclear es la generacioacuten de electri-

cidad Una gran parte de la energiacutea eleacutectrica que

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

giacutea nuclear

En la actualidad una quinta parte de toda la

electricidad que se produce en Estados Unidos

proviene de plantas de energiacutea nuclear En Euro-

pa la dependencia respecto a la energiacutea nuclear

para la produccioacuten de electricidad es auacuten mayor

En Francia por ejemplo maacutes del 70 de la ener-

giacutea eleacutectrica del paiacutes proviene de plantas nuclea-

res

No es sorprendente que una reaccioacuten que

desprende tanta energiacutea como lo hace la fisioacuten

nuclear se use como fuente de energiacutea para gene-

rar electricidad En las plantas de energiacutea nuclear

se usa el calor obtenido de una reaccioacuten de fisioacuten

62

en cadena controlada para producir vapor de

agua que mueve las turbinas generadoras de elec-

tricidad El combustible nuclear es normalmente

oacutexido de uranio U3O8 enriquecido hasta alrede-

dor de 3 de uranio 235

La energiacutea nuclear es mucho maacutes limpia que la

que se obtiene quemando combustibles foacutesiles

(carboacuten petroacuteleo y gas) no produce cenizas finas

ni holliacuten no forma dioacutexido de carbono que con-

tribuye al efecto de invernadero y al calentamiento

global y no contamina el aire con oacutexidos de azu-

fre y de nitroacutegeno que dan origen a la lluvia aacutecida

Por otra parte emite grandes cantidades de calor

residual en el ambiente y lo que es mucho maacutes

serio produce muchos residuos radiactivos La

eliminacioacuten de todos estos materiales radiactivos

de desecho es uno de los problemas constantes

que se tienen en relacioacuten con las plantas de energiacutea

nuclear

63

11 BOMBA ATOacuteMICA

Todos sabemos los desastres que pue-

den causar la detonacioacuten de una bomba

nuclear

Aquiacute presentamos la explicacioacuten teoacuterica

y coacutemo se pone en praacutectica

COacuteMO FUNCIONA UNA BOMBA NUCLEAR EN LA

TEORIacuteA

El 16 de Julio de 1945 estalloacute la primera bomba

atoacutemica en el campo de pruebas de Trinity cerca

de aacutelamo Gordo (Nuevo Meacutejico) Desde ese pre-

64

ciso instante la historia de la humanidad ha pasado

a una nueva era la era nuclear

Nunca hasta entonces se habiacutean tenido los cono-

cimientos necesarios como para saber que la masa

puede convertirse en grandes cantidades de ener-

giacutea y coacutemo podiacutea realizarse ese proceso hasta

entonces reservado tan soacutelo a las estrellas

La famosa foacutermula de Einstein E = mc2 ha pasa-

do ya ha formar parte de la cultura popular auacuten sin

que en realidad se llegue a saber que implica

Donde E es energiacutea m masa y c la velocidad de la

luz (constante) En esta ecuacioacuten se expresa la

relacioacuten de equivalencia entre masa y energiacutea Por

ejemplo haciendo algunas cuentas se ve que con

un gramo de uranio si se convirtiese totalmente

en energiacutea se obtendriacutean 25 millones de Kw

Aplicado como una bomba nuclear basta decir

que para asolar Hiroshima soacutelo se convirtioacute un

65

gramo de masa (aunque toda la bomba como me-

canismo pesara cuatro toneladas) su potencia fue

de 125 kilotones es decir para igualar su potencia

seriacutean 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 combustibles

de fisioacuten Cuando en un espacio se reuacutene la sufi-

ciente cantidad de materia (denominada masa criacute-

tica) se produce una reaccioacuten en cadena espontaacute-

nea esto es el nuacutecleo de los aacutetomos del material

se divide liberando energiacutea y varios neutrones

raacutepidos que provocan que otros nuacutecleos tam-

bieacuten se dividan y liberen maacutes energiacutea y neutrones

Este proceso se denomina fisioacuten nuclear Sin em-

bargo si la densidad no es suficiente la energiacutea

liberada hace que el material se expanda y se de-

tenga el proceso Para evitar que se pare la reac-

cioacuten se recurre a una materia muy densa de por siacute

(isoacutetopos del uranio y plutonio) que ademaacutes se

comprime de manera muy raacutepida para lograr una

66

altiacutesima densidad que permite que los neutrones

raacutepidos choquen antes con otros nuacutecleos y se

produzcan antes el mayor nuacutemero 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 maacutes energiacutea Para una

explosioacuten de 100 kilotones son necesarias 58 ge-

neraciones las 7 uacuteltimas generan el 999 de la

energiacutea en periodo cortiacutesimo de tiempo Tambieacuten

puede liberarse energiacutea con la fusioacuten en este pro-

ceso los nuacutecleos se unen en vez de separarse pero

se requieren altiacutesimas temperaturas (del orden de

millones de grados) para que este proceso se lleve

a cabo Para esta reaccioacuten se usan aacutetomos ligeros

(maacutes faacuteciles de unir) generalmente hidroacutegeno o

sus isoacutetopos (deuterio y tritio) Para unir dos aacuteto-

mos basta con hacerlos chocar Los protones de

cada aacutetomo 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

67

fusioacuten deben comprimirse fuertemente los nuacute-

cleos y una vez hecho soacutelo podraacuten continuar uni-

dos si pierden un equivalente de la energiacutea que les

hizo apretarse En el caso de usar deuterio y tritio

se libera violentamente un neutroacuten Esta energiacutea

liberada es la que forma una bomba de fusioacuten

tambieacuten denominada bomba H

COMO FUNCIONA UNA BOMBA ATO-MICA EN LA PRACTICA

Sea cual fuere el sistema de funcionamiento de

una bomba nuclear (fusioacuten o fisioacuten) una cantidad

de masa se convierte en energiacutea la potencia soacutelo

depende de la capacidad de la ingenieriacutea para con-

vertir maacutes masa antes de que la reaccioacuten disperse

las moleacuteculas en teoriacutea la potencia es por tanto

ilimitada

Una bomba nuclear consiste baacutesicamente en una

esfera hueca de plutonio que no es lo suficiente-

68

mente densa como para producir una reaccioacuten 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 explosioacuten se disparan los detonado-

res que hacen que el material explosivo estalle de

la manera lo maacutes regular posible para que enviacutee

una onda de choque esfeacuterica hacia el plutonio

Cuando eacutesta impacta contra eacutel lo comprime y re-

duce su volumen empujaacutendolo hacia el centro de

la esfera hasta que alcanza una densidad suficiente

(supercriacutetica) y se dispara el iniciador de neutrones

para comenzar la reaccioacuten en cadena que da lugar

a la explosioacuten nuclear

Las bombas termonucleares de fusioacuten o H nece-

sitan de una gran temperatura para que se puedan

unir los nuacutecleos esto se consigue en el interior de

una explosioacuten de fisioacuten que es el comienzo de

toda bomba H

69

Una vez acabada la reaccioacuten de fusioacuten nos encon-

traremos con una esfera expandida con una tem-

peratura de millones de grados en la que existen

los productos de la fusioacuten (litio e isoacutetopos del

hidroacutegeno) Tal es su velocidad que pueden fun-

dirse unos con otros dando lugar a la reaccioacuten de

fusioacuten Esta reaccioacuten genera maacutes energiacutea que la

anterior y libera gran cantidad de partiacuteculas nu-

cleares pero no es una reaccioacuten en cadena ya que

el propio calor que genera hace que las partiacuteculas

se separen y se expandan en forma de una esfera

de plasma con una temperatura que tan soacutelo expe-

rimenta el universo de manera natural en las estre-

llas En nuestro sol por ejemplo ocurren la fusioacuten

nuclear de hidroacutegeno y helio Pero antes de que la

reaccioacuten se extinga los neutrones generados por

las detonaciones anteriores provocan de nuevo

una reaccioacuten de fusioacuten sobre una camisa de U-

238 pero esta vez mucho mayor que las anterio-

res La potencia de una bomba termonuclear care-

ce de liacutemite una bomba como la de Hiroshima de

70

125 kilotones (un kilotoacuten equivale a 1000 tonela-

das de TNT) se considera dentro de los arsenales

modernos como pequentildea siendo las de un mega-

toacuten (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 la

Segunda Guerra Mundial

Para la construccioacuten de una bomba nuclear nor-

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

primero no forma parte de la reaccioacuten nuclear

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

nera espontaacutenea emitiendo neutrones que son

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

duzca de manera accidental la reaccioacuten en cadena

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

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

cioacuten 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

71

reactores nucleares a partir del U-238

La desintegracioacuten del uranio en la reaccioacuten en

cadena se produce de manera espontaacutenea para una

masa de 50 Kg si eacuteste elemento es puro El pluto-

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

da reaccioacuten en cadena de modo que se mezcla de

berilo y polonio dando como resultado un pro-

ducto que aunque no es fisionable por si solo una

pequentildea cantidad actuacutea como catalizador para las

grandes reacciones Asiacute bastan 16 Kg de PU-239

para obtener la masa supercriacutetica y 10 Kg si se

mezcla con U-238

El U-235 es muy difiacutecil de extraer por encontrarse

en la naturaleza muy mezclado con otros com-

puestos Asiacute por cada 25000 toneladas de mineral

de uranio bruto soacutelo se obtienen 50 toneladas de

uranio del que el 993 es U-235 y el resto el

rariacutesimo isoacutetopo U-238 ambos soacutelo se pueden

separar de manera mecaacutenica gracias a la leviacutesima

72

diferencia de peso entre ambos Asiacute el uranio se

mezcla en forma gaseosa con fluor (hexafluoriacutedri-

co) que es impulsado a baja presioacuten hacieacutendolo

pasar por unas caacutemaras que aumentan la concen-

tracioacuten de uranio sensiblemente tras cientos de

pasadas Para una central nuclear la pureza ha de

ser del 2 y para una bomba (teoacutericamente) el

95

Para separar el isoacutetopo se recurre a la centrifuga-

cioacuten del gas siendo el maacutes pesado U-238 despedi-

do hacia el exterior con maacutes fuerza Para obtener

otra vez el uranio separado del gas se recurre a la

separacioacuten magneacutetica

MECANISMOS QUE SUELEN COMPONER UNA

BOMBA NUCLEAR

Los mecanismos que suelen componer una bom-

ba nuclear son los siguientes

73

ALTIacuteMETRO No suele usarse el baromeacutetrico

por verse afectado por las condiciones atmosfeacuteri-

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 seguacuten el tiempo transcu-

rrido en el recorrido puede saberse la altura sin

necesidad de complicar maacutes el sistema para dar

una precisioacuten que en realidad no es importante (2

o 3 m de diferencia no son apreciables maacutes que

en minibombas bastante menores que las de

Hiroshima) siendo la altura normal de detonacioacuten

la de 2000 m

En la praacutectica 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 electroacute-

nicamente para obtener la diferencia de ambas

que es proporcional a la altura Los pulsos suelen

emitirse 120 veces por segundo y alcanzan un

74

rango de 3000 m sobre la tierra y 6000 m sobre

el mar (la reflexioacuten es alliacute mejor) siendo su error

de hasta 15 m

CABEZA DETONADORA Como ya se dijo

estaacute compuesta de una carga explosiva muy bien

calibrada que a la orden del altiacutemetro detona

produciendo una onda de choque uniforme sobre

el elemento radioactivo comprimieacutendolo hasta

alcanzar la masa supercriacutetica

Compantildeiacuteas privadas producen camisas explosivas

que modificadas pueden ser usadas para la fabri-

cacioacuten del objeto que nos ocupa La cantidad de

presioacuten necesaria a aplicar es un secreto por razo-

nes de seguridad aunque se sabe que los explosi-

vos plaacutesticos son ideales sobre todo por su malea-

bilidad y facilidad de manejo

El detonador variacutea si es combustible es uranio o

plutonio

75

DETONADOR DE URANIO La masa total se

divide en dos partes una mayor de forma semies-

feacuterica y coacutencava que se acopla perfectamente con

la otra maacutes pequentildea Como es de suponer ambas

se encuentran separadas hasta el momento de la

detonacioacuten en el que una explosioacuten convencional

dispara la parte pequentildea que impacta contra la

mayor para lograr en un instante la masa supercriacute-

tica

DETONADOR DE PLUTONIO Necesita

una precisioacuten de ingenieriacutea mucho mayor que la

anterior ya que estaacute compuesta de 32 secciones de

plutonio-berilio-polonio todas de igual forma y

posicioacuten distribuidas conceacutentricamente El aspecto

final es parecido al de un baloacuten de fuacutetbol Todas

han de cerrarse simeacutetricamente en una diezmillo-

neacutesima de segundo para conseguir la detonacioacuten

DEFLECTOR DE NEUTRONES Suele ser

U-238 Su funcioacuten es la que ya se explicoacute evitar

76

una reaccioacuten accidental ademaacutes refleja las partiacutecu-

las de vuelta cuando se alcanza la masa supercriacuteti-

ca

ESCUDO PROTECTOR Recibe otros nom-

bres pero su funcioacuten es siempre la de proteger de

la radiacioacuten natural tanto al personal que la maneja

como a los circuitos de la bomba que pueden su-

frir cortocircuitos o puestas en funcionamiento

accidentales

SISTEMA DE ARMADO Es otro sistema maacutes

de seguridad consistente en quitar una parte im-

prescindible de la bomba para evitar detonaciones

accidentales de modo que soacutelo cuando estaacute

proacuteximo su lanzamiento se inserta esta parte Una

analogiacutea seriacutea como si al aparcar nuestro coche le

quitaacuteramos el volante o una bujiacutea asiacute estariacuteamos

seguros de que no nos lo roban porque sin estas

partes el coche no funciona

77

12 EFECTOS DE UNA EXPLOSIOacuteN NUCLEAR

Tenemos frescas en nuestra memo-

ria las imaacutegenes que nos mostroacute la

televisioacuten cuando se produjo el ac-

cidente de Chernobyl

Aquiacute explicamos todas las conse-

cuencias de una detonacioacuten 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

78

bull Radiacioacuten nuclear inicial la altiacutesima

temperatura y la elevada presioacuten que se

genera en el interior de la explosioacuten emi-

ten radiacioacuten en todas las direcciones Esta

se compone de rayos alfa beta y gamma

que son una forma de radiacioacuten electro-

magneacutetica de alta energiacutea que puede causar

la muerte sin que el individuo se de cuenta

de que ha sido irradiado Una explosioacuten de

un megatoacuten (de tamantildeo estaacutendar) matariacutea

a todo ser humano en 15 Km a la redonda

que se encontrase al aire libre

Las partiacuteculas alfa son ideacutenticas a un nuacutecleo de

helio son las que mas larga vida tienen unos mil

antildeos pero su poder de penetracioacuten 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 radiacioacuten Con 45 cm de tierra se

consigue reducir la radiacioacuten veinte veces

Las partiacuteculas beta penetran maacutes siendo suficiente

79

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

to la radiacioacuten (una pared moderna ya espesa se

compone de 1 pie de ladrillo maacutes caacutemara maacutes

aislante maacutes ladrillo hueco y yeso que suele que-

darse en los 37 cm)

Los de maacutes poder de penetracioacuten son las gamma

y por tanto los maacutes peligrosos ya son los que se

introducen en los refugios nucleares auacuten con

grandes espesores de hormigoacuten La uacutenica protec-

cioacuten eficaz es la de interponer grandes masas de

material mejor cuanto maacutes denso siendo el ideal

el plomo ya que pasa por los materiales como la

luz por una tela si esta es maacutes densa mayor canti-

dad de chocaraacute con ella y no la traspasaraacute Para

reducir la dosis a un veinteavo se precisan 30 cm

de hormigoacuten armado

bull Pulso electromagneacutetico La intensa acti-

vidad de los rayos gamma genera mediante

induccioacuten una corriente de alto voltaje so-

80

bre antenas viacuteas feacuterreas tuberiacuteas que des-

truye todas las instalaciones eleacutectricas de

una amplia zona si la explosioacuten se efectuacutea

a gran altura Una detonacioacuten de muchos

kilotones a 200 km sobre Omaha (Ne-

brasca) destruiriacutea todos los circuitos eleacutec-

tricos integrados de toda Norteameacuterica y

parte de Meacutejico y Canadaacute Ante el riesgo

de una detonacioacuten nuclear es conveniente

alejarse de liacuteneas eleacutectricas y viacutea feacuterreas ya

que la corriente inducida puede electrocu-

tarnos

bull Pulso teacutermico al expandirse la bola de

fuego el aire circundante absorbe energiacutea

en forma de rayos X y la irradia en forma

de una luz cegadora y un intensiacutesimo ca-

lor Una bomba de 20 Megatones produci-

riacutea una intensa luz durante 20 segundos y

causariacutea quemaduras de segundo grado a

81

cualquier persona expuesta a 45 Km de

distancia

bull Onda de choque La raacutepida expansioacuten de

la bola de fuego genera una onda de cho-

que como cualquier explosioacuten pero de

una potencia muy superior ya que puede

aplastar o barrer edificios dantildeaacutendolos muy

seriamente o destruyeacutendolos por comple-

to ya que maacutes que empujar por su dura-

cioacuten lo que hace es estrujar Una bomba

de 20 megatones no dejariacutea en un radio de

20 Km maacutes que escombros soacutelo se salva-

riacutean las cimentaciones y construcciones

enterradas

bull Primera lluvia radioactiva o lluvia ra-

diactiva local una explosioacuten de 20 mega-

tones aras de suelo produciriacutea un craacuteter de

183 m de profundidad la elevada tempe-

82

ratura vaporiza todo lo que se encuentra

dentro de la bola de fuego todo se funde

con los materiales radiactivos de la fisioacuten o

fusioacuten y se eleva con el hongo para luego

precipitar en forma de finas cenizas Esto

ocurriraacute durante las 24 h siguientes a la

explosioacuten y afectaraacute a una regioacuten maacutes o

menos amplia para una misma potencia

seguacuten la climatologiacutea El fenoacutemeno se am-

pliacutea considerablemente si la detonacioacuten se

produce cerca del suelo La energiacutea 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 maacutes destructivos los deno-

minados secundarios como incendios en masa

que acabariacutean con los pocos supervivientes y ma-

tariacutean a maacutes que el pulso teacutermico y la onda de

choque

83

Ademaacutes en caso de que se lanzaran muchas

bombas nucleares sus efectos secundarios seriacutean

mucho maacutes 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 10000 mega-

tones miacutenimos para considerar un holocausto

como tal

bull El primero de estos efectos es que la ra-

dioactividad liberada en caso de holocaus-

to penetrariacutea en todos y cada uno de los

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

Mientras que en dosis altas (seguacuten la espe-

cie) produciriacutea la muerte en otras maacutes ba-

jas los efectos seriacutean de lo maacutes variados

(mutaciones esterilidad)

bull El segundo seriacutea que los materiales im-

pulsados por las detonaciones se elevariacutean

hasta la troposfera donde ocultariacutean la luz

84

del sol durante meses o antildeos haciendo ba-

jar la temperatura de la tierra y alterando la

fotosiacutentesis de los vegetales y el plancton

marino seriacutea el famoso invierno nuclear

Ademaacutes estos materiales radiactivos iriacutean

cayendo durante meses o antildeos convirtieacuten-

dose en una lluvia radiactiva global que

auacuten con menos dosis radiactiva que una

lluvia provocada por una bomba seriacutea

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

antildeos Ese 5 de energiacutea liberada por la

lluvia radiactividad en una bomba es poco

pero en los 10000 megatones de un holo-

causto suponen ya 500 megatones que iraacuten

estallando durante miles de antildeos des-

pueacutes de la cataacutestrofe

85

bull El tercero seriacutea una reduccioacuten en la capa

de ozono producida por el oacutexido de nitroacute-

geno generado por las bolas de fuego de

modo que la radiacioacuten solar que llegase a

la tierra seriacutea mortal Un 70 del ozono

desapareceriacutea en el hemisferio norte y un

40 en el sur siendo necesarios treinta

antildeos para recuperar su estado normal

86

Ejercicios 12

MODELO DE RESOLUCIOacuteN

La distribucioacuten de los electrones de un aacutetomo

en sus niveles y subniveles se puede representar en

forma abreviada de la siguiente manera

a) Un coeficiente que indica el nuacutemero del nivel

de energiacutea (n)

b) Una letra que corresponde al subnivel

c) Un supraiacutendice que sentildeala el nuacutemero de elec-

trones que hay en el subnivel

1H = 1s1

3Li = 1s2 2s1

En razoacuten del entrecruzamiento de subniveles

el orden en que se van completando los subniveles

por energiacutea creciente es el siguiente

87

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

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

5d 6p 7s 5f 6d

7p

Para visualizar la distribucioacuten de los electrones

en orbitales se puede representar cada orbital por

un pequentildeo cuadrado dividido por una diagonal

y cada electroacuten mediante una flecha

Entonces el orbital puede estar

Vaciacuteo incompleto completo

(1 electroacuten) (2 electrones)

En caso del orbital completo las flechas tienen

sentido contrario para indicar que los electrones

presentan spin contrario

El llenado de los orbitales por los electrones

se realiza a partir de los niveles y subniveles en

88

orden creciente de energiacutea Cada nuevo electroacuten se

incorpora a un orbital vaciacuteo

De ese modo los elementos quedan represen-

tados asiacute

1H =

1s

3Li =

1s 2s

7N =

1s 2s 2p

89

Ejercicios 121

1) Un aacutetomo de foacutesforo tiene 15 protones y 16

neutrones Indicaacute cuaacutel es su

a) nuacutemero atoacutemico (Z) b) nuacutemero

de masa (A)

2) Un aacutetomo de potasio tiene Z =19 y A = 39

Indicaacute su nuacutemero de

a) protones b) electrones

c) neutrones

3) Completaacute los datos que faltan en el siguiente

cuadro

90

ELE-

MEN-

TO

NUacute-

MERO

ATOacute-

MICO

NUacute-

MERO

DE

MASA

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) Sentildealaacute el nombre y siacutembolo de los elementos

cuyas configuraciones electroacutenicas 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) Escribiacute la configuracioacuten electroacutenica de los

siguientes elementos

91

a) Na2311 = c) O16

8 =

b) Cl3517 = d) C12

6 =

6) De acuerdo con la siguiente representacioacuten de

los electrones en orbitales indicaacute a queacute ele-

mentos corresponden

a)

b)

c)

d)

7) Representaacute la distribucioacuten de los electrones en

orbitales de los elementos

a) 7N= c) 18Ar =

b) 15AI = d) 19K =

92

Hoja de respuestas121

1) a) 15 b) 31 2) a) 19 b) 19 c) 20

3)

ELE-

MEN-

TO

NUacuteME-

RO

ATOacute-

MICO

NUacute-

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)Argoacuten Ar

d)Escandio Sc

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

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)middot

94

Ejercicios 1211

Modelo de resolucioacuten

El nuacutemero de oxidacioacuten se asigna seguacuten las si-

guientes reglas

1) El nuacutemero de oxidacioacuten de los elementos en la

sustancia simple es cero

Ejemplo Cu0 02Cl

2) El nuacutemero de oxidacioacuten del oxiacutegeno es 2

excepto en las sustancias como el agua oxige-

nada Ejemplo H2

2Ominus

3) El nuacutemero de oxidacioacuten del hidroacutegeno es +1

excepto en las sustancias donde estaacute combina-

do con los metales Ejemplo 1

H+

2O

4) El nuacutemero de oxidacioacuten de un ion monoatoacute-

mico es igual a la carga del ion Ejemplo Ca2-

Cl-

95

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

braica de los nuacutemeros de oxidacioacuten de todos

los aacutetomos debe ser cero Ejemplo 1

H+

2

2Ominus

there42(+1) + (-2) = 0

6) En los iones que tienen maacutes de un aacutetomo la

suma algebraica de los nuacutemeros de oxidacioacuten

de todos los aacutetomos es igual a la carga del ion

El nuacutemero de oxidacioacuten se escribe colocando primero el signo y luego el nuacutemero

Ejemplo el nuacutemero de oxidacioacuten del aluminio es +3

1) Calculaacute los nuacutemeros de oxidacioacuten en la moleacute-

cula de dioacutexido de azufre (SO2)

Datos SO2 nuacutemero de oxidacioacuten del O2

es 2

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de S

Resolucioacuten Cada aacutetomo de oxiacutegeno tiene

nuacutemero de oxidacioacuten 2 por lo tanto el nuacute-

mero de oxidacioacuten del azufre es +4 porque

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

96

2) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten del azufre en

el aacutecido sulfuacuterico (H2SO4)

Datos H2SO2 nuacutemero de oxidacioacuten del

O2 es 2 nuacutemero de oxidacioacuten de H es -1

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de S

Resolucioacuten Se debe cumplir que la suma al-gebraica de todos los nuacutemeros de oxidacioacuten sea cero

4(-2) + 21 + x = 0

-8 + 2 + x = 0

x = 6

Respuesta el nuacutemero de oxidacioacuten del azufre

en el aacutecido sulfuacuterico es +6

3) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten del nitroacutegeno

en el nitrato de sodio (NaNO3)

Datos NaNO3 nuacutemero de oxidacioacuten del

O2 es 2

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de N

97

Resolucioacuten El nuacutemero de oxidacioacuten del

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

ga eleacutectrica positiva

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

1 6 + x = 0

x = 5

Respuesta el nuacutemero de oxidacioacuten del nitroacute-

geno en el nitrato de sodio es +5

4) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten del azufre en

el ion sulfato (S 24Ominus )

Datos S 24Ominus nuacutemero de oxidacioacuten del O2

es 2

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de S

Resolucioacuten La suma de los nuacutemeros de

oxidacioacuten es igual a 2 porque el ion sulfato

tiene dos cargas negativas (2-)

x + 4(-2) = -2

x 8 = -2

x = 6

98

Respuesta El nuacutemero de oxidacioacuten del azu-

fre en el ion sulfato es +6

99

Ejercicios 1212

1) Dibujaacute los siacutembolos de Lewis para los aacutetomos

de

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

2) iquestCoacutemo adquiere la distribucioacuten electroacutenica del

ineacutertido maacutes cercano cada uno de los siguien-

tes aacutetomos

a) K b)

F c)

S d) Mg e)

Br

3) Escribiacute las ecuaciones ioacutenicas la foacutermula elec-

troacutenica y la foacutermula miacutenima del compuesto

ioacutenico formado por

a) K y Br (bromuro de potasio)

b) Ca y O (oacutexido de calcio)

4) Marcaacute con una X las propiedades correspon-

dientes a las sustancias que presentan uniones

ioacutenicas

100

a) Son soacutelidas y tienen bajo punto de fusioacuten ( )

b) Conducen la corriente eleacutectrica fundidas o di-

sueltas en agua ( )

c) Tienen brillo metaacutelico ( )

d) Forman cristales duros y quebradizos solubles

en agua ( )

e) No conducen la corriente eleacutectrica ( )

5) Explicaacute coacutemo se unen dos aacutetomos de bromo

para formar la moleacutecula Br2 y escribiacute su

foacutermula electroacutenica y su foacutermula desarrollada

6) La foacutermula del monoacutexido de dicloro es Cl2O

a) Indicaacute queacute tipo de unioacuten existe entre el cloro y

el oxiacutegeno

b) Escribiacute su foacutermula electroacutenica y su foacutermula

desarrollada

7) El azufre y el oxiacutegeno forman dos oacutexidos

importantes el dioacutexido de azufre (SO2) y el

101

trioacutexido de azufre (SO3) Para el trioacutexido de

azufre

a) Indicaacute queacute tipo de unioacuten existe entre el azufre

y los tres aacutetomos de oxiacutegeno

b) Escribiacute la foacutermula electroacutenica

c) Escribiacute la foacutermula desarrollada

8) Marcaacute 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

liacutequidas o soacutelidas ( )

c) Son duacutectiles y maleables ( )

d) No forman moleacuteculas son agregados de

iones ( )

e) No son buenas conductoras de la corriente

eleacutectrica ( )

102

9) Coloque en el pareacutentesis UCP si la unioacuten es

covalente polar y UCNP si es covalento no

polar en cada una de las siguientes sustancias

a) cloruro de hidroacutegeno HCl ( )

b) Hidroacutegeno H2 ( )

c) yodo l2 ( )

10) Escribiacute la foacutermula electroacutenica y la foacutermula

desarrollada de cada una de las sustancias

mencionadas en el ejercicio 9

11) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten

a) del azufre (S)en el dioacutexido de azufre (SO2) en

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

sodio (Na2S)

b) del nitroacutegeno (N) en el dioacutexido de nitroacutegeno

(NO2) en el aacutecido niacutetrico (HNO3) y en el ni-

trato de potasio (KNO3)

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

can en el concepto de unioacuten metaacutelica

103

a) Tienen bajo punto de fusioacuten y de

ebullicioacuten ( )

b) Tienen brillo metaacutelico ( )

c) Conducen la corriente eleacutectrica sin

alterarse ( )

d) En estado soacutelido son malos conductores de la

corriente eleacutectrica ( )

e) Forman hilos y laacuteminas delgadas ( )

104

Hoja de respuestas 1212

1) a) He b) Al c)

Si d)

Ar e)

N

2) a) cede un electroacuten d) cede electrones c)

gana dos electrones b) y e) gana un electroacuten

3) a) Ecuaciones ioacutenicas

K K1+ + 1 e

Br + 1 e Br1-

K1+ + Br- KBr

Foacutermula electroacutenica K1+minus

1

Br

Foacutermula miacutenima KBr

b) Ecuaciones ioacutenicas

Ca Ca 2+ + 2 e

O + 2 e O2-

Ca2+ + O2- CaO

Foacutermula electroacutenica Ca2+ minus

2

O

105

Foacutermula miacutenima CaO

4) b y d

5) se unen compartiendo un par de electrones

6) a) unioacuten covalente

b) foacutermula electroacutenica

Cl

O

Cl

foacutermula desarrollada Cl O Cl

7) a) una unioacuten covalente doble entre el azufre y

uno de los aacutetomos de oxiacutegeno dos uniones cova-

lentes coordinadas con los otros dos aacutetomos de

oxiacutegeno

b) Foacutermula electroacutenica

Foacutermula desarrollada

106

8) a b y e

9) a) UCP y c) UCNP

10) Foacutermula electroacutenica Foacutermula desarrollada

a) H

Cl H Cl

b) HH H H

c)

I

I l I

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

12) b c y e

  • RADIACTIVIDAD
    • IacuteNDICE
      • 1 RADIACTIVIDAD NATURAL
      • 2 RELACIOacuteN ENTRE LA LEY DE LAVOISIER Y LA DE EINSTEIN
      • 3 INTERACCIONES ENTRE AacuteTOMOS Y ONDAS
      • 4 PODER DE PENETRACIOacuteN DE LA RADIACIOacuteN
      • 5 VIDA MEDIA
      • 6 RADIACTIVIDAD ARTIFICIAL
      • 7 USOS DE LOS RADIOISOacuteTOPOS
      • 8 MEDICINA NUCLEAR
      • 9 FECHADO POR MEDIO DE RADIOISOacuteTOPOS
      • 10 PLANTAS DE ENERGIacuteA NUCLEAR
      • 11 BOMBA ATOacuteMICA
      • 12 EFECTOS DE UNA EXPLOSIOacuteN NUCLEAR
        • Ejercicios 12
        • Ejercicios 121
        • Hoja de respuestas121
        • Ejercicios 1211
        • Ejercicios 1212
        • Hoja de respuestas 1212

29

ro de habitantes de la tierra Si pudieacutesemos ver el

nuacutecleo de un aacutetomo individual podriacuteamos ver si

sufre o no desintegracioacuten radiactiva examinando

su composicioacuten Ciertas combinaciones de proto-

nes y neutrones son inestables Sin embargo lo

que no podriacuteamos determinar es cuando el aacutetomo

va a sufrir un cambio La radiactividad es un pro-

ceso aleatorio independiente en general de las

influencias externas

Cuando tenemos un nuacutemero grande de aacuteto-

mos el proceso de desintegracioacuten radiactiva se

hace maacutes predecible Podemos medir la vida me-

dia que es una propiedad caracteriacutestica de cada

radioisoacutetopo La vida media de un isoacutetopo radiac-

tivo es el periacuteodo durante el cual la mitad del nuacute-

mero original de aacutetomos sufre desintegracioacuten ra-

diactiva para formar un nuevo elemento Por

ejemplo supone que tuvieacutesemos 16 billones de

aacutetomos de tritio el isoacutetopo radiactivo de hidroacutege-

no La vida media del tritio es de 123 antildeos Esto

significa que al cabo de 123 antildeos se habraacuten desin-

30

tegrado 8 billones de aacutetomos de tritio y quedaraacuten

8 billones de aacutetomos Al cabo de otros 123 antildeos

se habraacute desintegrado la mitad de los 8 billones de

aacutetomos restantes Por tanto al cabo de dos vidas

medias quedaraacute una cuarta parte del nuacutemero ori-

ginal de aacutetomos de tritio Asiacute pues dos vidas me-

dias no hacen una entera

Podemos calcular la fraccioacuten restante del isoacute-

topo original al cabo de un nuacutemero dado de vidas

medias por medio de la relacioacuten

FRACCIOacuteN RESTANTE N21

=

Donde n es el nuacutemero de vidas medias trans-

curridas

31

6 RADIACTIVIDAD ARTIFICIAL

La radiactividad es un fenoacutemeno na-

tural y en esas condiciones poco

aprovechable

El hombre trabajoacute mucho para con-

trolarlo y hacer de este efecto algo

uacutetil Aunque como es muy habitual

en la humanidad las implementacio-

nes destructivas tambieacuten tuvieron

gran desarrollo

32

TRANSMUTACIOacuteN ARTIFICIAL

Las formas de radiactividad que se presentan

en la Naturaleza Se pueden inducir otras reaccio-

nes nucleares bombardeando nuacutecleos estables con

partiacuteculas alfa neutrones u otras partiacuteculas sub-

atoacutemicas Estas partiacuteculas si tienen suficiente

energiacutea penetran los nuacutecleos que antes eran esta-

bles e inducen alguna forma de emisioacuten radiacti-

va Al igual que la radiactividad natural este tipo

de cambio nuclear produce una transmutacioacuten un

elemento se transforma en otro Debido a que el

cambio no se habriacutea producido de manera natural

el proceso se conoce como transmutacioacuten artifi-

cial

Pocos antildeos despueacutes de su famoso experimen-

to de la laminilla de oro (bombardeo con radiacioacuten

alfa una lamina de oro y detectoacute en una lamina de

sulfuro de zinc la radiacioacuten emergente) Ernest

Rutherford estudioacute el bombardeo de diversos

elementos ligeros con partiacuteculas alfa Un experi-

33

mento de este tipo en el cual Rutherford bom-

bardeoacute nitroacutegeno dio por resultado la produccioacuten

de protones

N147 + He4

2 O178 + H1

1

(Recordaacute que el nuacutecleo de hidroacutegeno es un protoacuten

por eso usamos el siacutembolo alternativo H11 para el pro-

toacuten)

Observaacute que la suma de los nuacutemeros de nu-

cleones de la izquierda es igual a la suma de los

nuacutemeros de nucleones de la derecha Tambieacuten los

nuacutemeros atoacutemicos estaacuten balanceados

Rutherford habiacutea postulado en 1914 la exis-

tencia de protones en los nuacutecleos Un experimen-

to publicado en 1919 proporcionoacute la primera

comprobacioacuten empiacuterica de la existencia de estas

partiacuteculas fundamentales Ya antes Eugen Golds-

tein habiacutea producido protones en sus experimen-

34

tos con tubos de descarga en gas Goldstein obtu-

vo estas partiacuteculas a partir del hidroacutegeno gaseoso

contenido en el tubo por separacioacuten de un elec-

troacuten del aacutetomo de hidroacutegeno La trascendencia del

experimento de Rutherford consistioacute en que ob-

tuvo protones del nuacutecleo de un aacutetomo que no era

de hidroacutegeno con lo cual establecioacute la naturaleza

de los protones como partiacuteculas fundamentales Al

hablar de partiacuteculas fundamentales nos referimos a

las unidades baacutesicas a partir de las cuales se pue-

den formar estructuras maacutes complicadas (como el

nuacutecleo de nitroacutegeno) El experimento de Ruther-

ford constituyoacute la primera reaccioacuten nuclear indu-

cida

Durante la deacutecada de 1920 se llevaron a cabo

muchas transmutaciones artificiales En la deacutecada

de 1930 una de estas reacciones condujo al descu-

brimiento de otra partiacutecula fundamental En 1932

James Chadwick bombardeoacute berilio con partiacuteculas

alfa

35

Be94 + He4

2 C126 + n1

0 Entre los productos se encontraba el neutroacuten

RADIACTIVIDAD INDUCIDA

Las primeras reacciones nucleares produjeron

isoacutetopos que ya se conociacutean por estar presentes en

la Naturaleza Esto fue quizaacute fortuito porque era

inevitable que tarde o temprano se produjese un

nuacutecleo estable Iregravene Curie (hija de los ganadores

del premio Nobel de 1903) y su esposo Freacutedeacuteric

Joliot estudiaban el bombardeo de aluminio con

partiacuteculas alfa Se produciacutean neutrones y quedaba

como residuo un isoacutetopo de foacutesforo

Al2713 + He4

2 P3015 + n1

0

Para sorpresa de los investigadores el blanco

seguiacutea emitiendo partiacuteculas auacuten despueacutes de inte-

rrumpido el bombardeo El isoacutetopo de foacutesforo era

radiactivo y emitiacutea partiacuteculas cuya masa era igual a

36

la del electroacuten pero cuya carga era opuesta Estas

partiacuteculas se llaman positrones La reaccioacuten que

estaban observando era la siguiente

P3015 e0

1+ + Si3014

Asiacute pues surge una vez maacutes la pregunta iquestde doacuten-

de proviene esta partiacutecula si el nuacutecleo contiene

soacutelo protones y neutrones Anteriormente expli-

camos el hecho de que surgiese una partiacutecula beta

(un electroacuten) de un nuacutecleo afirmando que un neu-

troacuten se habiacutea descompuesto en un protoacuten y un

electroacuten Quizaacute un suceso similar puede explicar la

aparicioacuten de un positroacuten Considera que un pro-

toacuten del nuacutecleo se transforma en un neutroacuten y un

positroacuten (un protoacuten es ideacutentico a un nuacutecleo de

hidroacutegeno)

H11 e0

1+ + N10

Todo queda muy bien balanceado en esta

37

ecuacioacuten Al emitirse el positroacuten el nuacutecleo radiac-

tivo original tiene de pronto un protoacuten menos y

un neutroacuten maacutes que antes Por tanto la masa del

nuacutecleo producido es la misma pero su nuacutemero

atoacutemico se ha reducido en una unidad respecto al

nuacutecleo original Por este trabajo la pareja Joliot-

Curie se hizo acreedora al premio Nobel en 1935

(la pareja Joliot-Curie adoptoacute el apellido combina-

do para perpetuar el nombre de Curie Marie y

Pierre Curie tuvieron dos hijas pero ninguacuten hijo

varoacuten

38

7 USOS DE LOS RADIOISOacuteTOPOS

Muchas de las aplicaciones de la energiacutea

de la radiacioacuten se realizan a traveacutes de los

radioisoacutetopos

Gracias a ellos y a los detectores se evitan

grandes perdidas materiales y se ahorra

grandes esfuerzos

Los cientiacuteficos que trabajan en una amplia va-

riedad de campos emplean isoacutetopos radiactivos

(radioisoacutetopos) como rastreadores en sistemas

fiacutesicos quiacutemicos y bioloacutegicos Los isoacutetopos de un

elemento determinado sea radiactivo o no se

39

comportan de manera casi ideacutentica en los proce-

sos quiacutemicos y fiacutesicos En virtud de la facilidad

para detectar los isoacutetopos radiactivos es relativa-

mente faacutecil seguir sus movimientos incluso en un

sistema complicado

Como un ejemplo sencillo consideremos el

flujo de un liacutequido por una tuberiacutea Supongamos

que hay una fuga en una tuberiacutea enterrada bajo un

piso de concreto Podriacuteamos localizar la fuga le-

vantando partes extensas del piso o bien podriacutea-

mos agregar una pequentildea cantidad de material

radiactivo al liacutequido que va hacia el drenaje y ras-

trear el flujo de liacutequido con un contador Geiger

(un instrumento que detecta la radiactividad) Una

vez localizada la fuga soacutelo habriacutea que levantar una

parte pequentildea del piso para reparar la fuga Por lo

general se emplean para este propoacutesito isoacutetopos

de vida corta que desaparecen poco tiempo des-

pueacutes de realizar su funcioacuten

Anaacutelogamente podriacuteamos rastrear la incorpo-

racioacuten de foacutesforo en una planta verde La planta se

40

alimenta con un fertilizante que contiene foacutesforo

radiactivo Un meacutetodo sencillo de deteccioacuten con-

siste en colocar la planta sobre una peliacutecula foto-

graacutefica La radiacioacuten que emiten los isoacutetopos de

foacutesforo expone la peliacutecula en gran medida como

lo hace la luz Este tipo de exposicioacuten llamado

radiografiacutea muestra la distribucioacuten del foacutesforo en

la planta

Tambieacuten se da un buen uso a los rastreadores

radiactivos en la investigacioacuten agriacutecola Estos isoacute-

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 cuaacuteles son los mejores meacutetodos para

regular los insectos La mutacioacuten intencional de

plantas por irradiacioacuten ha producido nuevas y

mejores cepas de plantas de cultivo con valor co-

mercial desde raacutebanos hasta maniacute

Los radioisoacutetopos se emplean tambieacuten para

irradiar alimentos como meacutetodo de conservacioacuten

La radiacioacuten destruye los microorganismos que

41

causan la descomposicioacuten de los alimentos Los

alimentos irradiados muestran poco cambio en

cuanto a su saber o aspecto A muchas personas

les inquietan los posibles efectos dantildeinos de las

sustancias quiacutemicas que produce la radiacioacuten pero

no hay pruebas contundentes de dantildeos causados

por alimentos irradiados en animales de laborato-

rio alimentados con ellos y tampoco se conocen

efectos adversos en seres humanos en los paiacuteses

donde la irradiacioacuten se ha utilizado por muchos

antildeos El proceso de esterilizacioacuten no deja irradia-

cioacuten residual en los alimentos

Los radioisoacutetopos han sido empleados exten-

samente en la investigacioacuten cientiacutefica baacutesica El

mecanismo de la fotosiacutentesis se dilucidoacute en gran

parte utilizando carbono 14 como rastreador Por

ejemplo para determinar coacutemo fabrican las plan-

tas el azuacutecar glucosa a partir de dioacutexido de carbo-

no y agua la planta se expone a dioacutexido de carbo-

no radiactivo El investigador identifica los com-

puestos que se forman a partir de estas materias

42

primas y el orden en el que se sintetizan y despueacutes

determina cuaacuteles compuestos se tornan radiactivos

y en queacute secuencia Con base en los dates obteni-

dos de experimentos con rastreadores los cientiacutefi-

cos determinan las rutas metaboacutelicas de plantas

animales y seres humanos

43

8 MEDICINA NUCLEAR

La medicina nuclear ha generado tra-

tamientos y terapias inimaginables

antes de su descubrimiento

En el diagnostico generoacute meacutetodos no

invasivos que evitan a los paciente

tanto sufrimientos como peacuterdidas de

tiempo

En medicina nuclear se dan dos usos distintos

a los radioisoacutetopos para fines terapeacuteuticos o para

realizar un diagnoacutestico En la terapia con radiacioacuten

se intenta tratar o curar un padecimiento por

44

medio de radiacioacuten El uso de los radioisoacutetopos

con fines de diagnoacutestico busca obtener informa-

cioacuten acerca del estado de salud del paciente

TERAPIA POR RADIACIOacuteN

El caacutencer no es una sola enfermedad sino

muchas Algunas formas de caacutencer son particu-

larmente susceptibles a la terapia por radiacioacuten La

radiacioacuten se dirige cuidadosamente hacia el tejido

canceroso y se reduce al miacutenimo la exposicioacuten de

las ceacutelulas normales Si los efectos destructivos de

la radiacioacuten consiguen matar las ceacutelulas cancero-

sas se detiene el avance del tumor maligno (Pero

los pacientes que se someten a terapia por radia-

cioacuten suelen experimentar malestares a causa del

tratamiento Naacuteusea y voacutemito son los siacutentomas

usuales del malestar por radiacioacuten Asiacute pues el

objetivo de la terapia por radiacioacuten es destruir las

ceacutelulas cancerosas antes de que se cause un dantildeo

excesivo a los tejidos sanos La radiacioacuten tiene

45

efectos maacutes letales para las ceacutelulas que se reprodu-

cen con rapidez y eacutesta es precisamente la caracte-

riacutestica de las ceacutelulas cancerosas que permite que la

terapia por radiacioacuten tenga eacutexito

USOS DIAGNOacuteSTICOS DE LOS RADIOISOacuteTOPOS

Los radioisoacutetopos se usan para fines diagnoacutes-

ticos con el propoacutesito de obtener informacioacuten

acerca del tipo o el alcance de la enfermedad El

yodo 131 radiactivo se emplea para determinar el

tamantildeo la forma y la actividad de la glaacutendula ti-

roides asiacute como para tratar caacutenceres localizados

en esta glaacutendula y para controlar una tiroides hi-

peractiva Primero el paciente toma una solucioacuten

de yoduro de potasio que contiene yodo 131 El

organismo concentra el yodo en la tiroides Se

usan dosis grandes para el tratamiento del caacutencer

de la tiroides la radiacioacuten del isoacutetopo se concentra

en las ceacutelulas cancerosas de esta glaacutendula auacuten

cuando las ceacutelulas cancerosas se hayan extendido a

46

otras partes del cuerpo Sin embargo para fines de

diagnoacutestico soacutelo se necesita una pequentildea cantidad

del radioisoacutetopo Tambieacuten 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-

poracioacuten diferencial del isoacutetopo La imagen que

se obtiene se describe como una fotoexploracioacuten

y permite determinar con precisioacuten la ubicacioacuten de

un tumor en esa regioacuten del cuerpo

El radioisoacutetopo de uso maacutes extendido en medicina

es el gadolinio 153 Este isoacutetopo se emplea para

evaluar la mineralizacioacuten de los huesos Su popu-

laridad es un indicio del gran nuacutemero de personas

principalmente mujeres que sufren de osteoporo-

sis (reduccioacuten de la cantidad de tejido oacuteseo) a me-

dida que envejecen El gadolinio 153 emite dos

radiaciones caracteriacutesticas un rayo gamma y un

rayo X Un dispositivo analizador compara estas

radiacioacuten despueacutes de que atraviesan el hueso La

47

densidad del mismo se determina con base en las

diferencias de absorcioacuten de los rayos

El tecnecio 99m se utiliza en diversos ensayos

diagnoacutesticos La letra m quiere decir metaestable

lo que significa que este isoacutetopo emite cierta ener-

giacutea para convertirse en una versioacuten maacutes estable del

mismo isoacutetopo (mismo nuacutemero atoacutemico y mismo

peso atoacutemico) La energiacutea que desprende es el

rayo gamma que permite detectar el isoacutetopo

Tcm9943 Tc99

43 + y

Observa que la desintegracioacuten del tecnecio

99m no produce partiacuteculas alfa ni beta las cuales

podriacutean causar dantildeos innecesarios al organismo

Ademaacutes el tecnecio 99m tiene una vida media cor-

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

tividad no permanece en el organismo mucho

tiempo despueacutes de que la exploracioacuten se ha com-

pletado Esta vida media tan corta obliga a planifi-

48

car cuidadosamente el uso del radioisoacutetopo De

hecho lo que se adquiere no es el isoacutetopo mismo

El tecnecio 99m se forma por desintegracioacuten del

molibdeno 99

Mo9942 Tcm99

43 + e01minus + y

Se emplea un recipiente que contiene este isoacute-

topo de molibdeno y el producto de desintegra-

cioacuten el tecnecio 99 se extrae del recipiente a

medida que se necesita

Mediante el uso de modernas tecnologiacuteas ba-

sadas en la utilizacioacuten de computadoras la tomo-

grafiacutea por emisioacuten de positrones (PET por sus

siglas en ingleacutes) permite medir los procesos dinaacute-

micos que se llevan a cabo en el organismo como

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

boliza el oxiacutegeno o la glucosa Las exploraciones

de PET se emplean actualmente para identificar

con precisioacuten el aacuterea de dantildeo cerebral que desen-

49

cadena los ataques epileacutepticos graves Antes de la

exploracioacuten se inhalan o se inyectan compuestos

que contienen isoacutetopos emisores de positrones

como el carbono 11 Antes de que el positroacuten

emitido pueda recorrer una distancia apreciable en

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

teria ordinaria abundan los electrones) y se produ-

cen dos rayos gamma

C116 B11

5 + e01+

e01+ + e0

1minus 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 simultaacuteneamente

dos rayos gamma el sistema no toma en cuenta

los rayos gamma de la radiacioacuten natural de fondo

A continuacioacuten se emplea una computadora para

calcular la ubicacioacuten dentro del cuerpo del punto

50

en el cual ocurrioacute una aniquilacioacuten del positroacuten y

el electroacuten y se genera una imagen en esa regioacuten

La tabla contiene una lista de radioisoacutetopos de

uso comuacuten en la medicina La lista es necesaria-

mente incompleta Incluso con esta exposicioacuten tan

breve puedes hacerte una idea de la importancia

que los radioisoacutetopos tienen en la medicina La

aseveracioacuten de que la ciencia nuclear ha salvado

maacutes vidas de las destruidas por las bombas atoacutemi-

cas no carece el fundamento

51

Isoacutetopo Nombre Vida me-

dia Uso

C11 Carbono 11 203m Exploraciones cere-

brales

Cr51 Cromo 51 278d Determinacioacuten

del volumen sanguiacute-

neo

Co57 Cobalto 57 270d Medicioacuten de la

incorporacioacuten de

vitamina v12

Co60 Cobalto 60 526a Terapia de caacutencer

por radiacioacuten

Gd153 Gadolinio

153

242d Determinacioacuten

de la densidad oacutesea

Ga67 Galio 67 781h Exploracioacuten en

busca de tumores

pulmonares

I131 Yodo 131 807d Terapia de la ti-

roides

Ir192 Iridio 192 74d Terapia del caacuten-

cer de mamaacute

Fe59 Hierro 59 45d Deteccioacuten de

anemia

52

P32 Foacutesforo 32 143d Deteccioacuten de

caacutencer de la piel o

tumores oculares

Pu238 Plutonio

238

86a Suministra ener-

giacutea para marcapasos

Ra226 Radio 226 1600a Terapia de caacutencer

por radiacioacuten

Se75 Selenio 75 120d Exploraciones del

paacutencreas

Na24 Sodio 24 150h Localizacioacuten de

obstrucciones en el

flujo sanguiacuteneo

Tc99 Tecnecio 99 60h Obtencioacuten de imaacute-

genes de cerebro hiacutega-

do meacutedula oacutesea rintildeoacuten o

corazoacuten

Tl201 Talio 201 73h Deteccioacuten de pro-

blemas cardiacos con la

prueba de esfuerzo en

rueda de andar

H3 Tritio 123a Determinacioacuten de

agua corporal total

Xe133 Xenoacuten133 527d Obtencioacuten de imaacute-

genes de pulmoacuten

53

9 FECHADO POR MEDIO DE RADIOISOacuteTOPOS

Una de las aplicaciones maacutes in-

creiacutebles de la quiacutemica nuclear es la po-

sibilidad de averiguar la antiguumledad de

los objetos encontrados en las investi-

gaciones arqueoloacutegicas

Se puede usar la vida media de ciertos isoacuteto-

pos para estimar la antiguumledad de rocas y artefac-

tos arqueoloacutegicos El uranio 238 se desintegra con

una vida media de 4500 millones de anos Los

productos iniciales de esta desintegracioacuten tambieacuten

son radiactivos y la descomposicioacuten continuacutea

54

hasta que se forma un isoacutetopo de plomo (plomo

206) Los quiacutemicos pueden estimar la antiguumledad

de una roca determinando las proporciones relati-

vas de uranio 238 y plomo 206 Se ha encontrado

que algunas de las rocas maacutes antiguas de la Tierra

se formaron hace entre 3000 y 4500 millones de

antildeos En las rocas lunares y en meteoritos se ha

determinado una antiguumledad maacutexima de alrededor

de 4500 millones de antildeos Asiacute pues se considera

en general que la Tierra tiene una antiguumledad de

unos 4500 millones de antildeos

FECHADO POR CARBONO 14

En el fechado de artefactos interviene por lo

general un isoacutetopo radiactivo de carbono Se for-

ma carbono 14 en las capas superiores de la at-

moacutesfera por el bombardeo que experimenta el

nitroacutegeno ordinario por parte de los neutrones de

los rayos coacutesmicos

55

N147 + n1

0 C146 + H1

1

Este proceso origina una concentracioacuten cons-

tante de carbono 14 en el CO2 terrestre Las plan-

tas y animales vivos incorporan este isoacutetopo en

sus propias ceacutelulas Sin embargo cuando estos

seres mueren se interrumpe la incorporacioacuten de

carbono 14 y el carbono 14 que hay en el orga-

nismo se desintegra (con una vida media de 5 730

antildeos) a nitroacutegeno 14

Por consiguiente basta con medir la actividad

residual de carbono 14 en un artefacto de origen

vegetal o animal para determinar su antiguumledad

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 antildeos de antiguumle-

dad es decir ha estado muerta durante un tiempo

equivalente a una vida media Anaacutelogamente un

artefacto que muestra el 25 de la actividad de

carbono 14 del material vegetal reciente tiene

56

11460 anos de antiguumledad 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 aquiacute supone que la formacioacuten del isoacutetopo

fue constante a lo largo del tiempo En realidad no

es asiacute Sin embargo aproximadamente para los

uacuteltimos 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

aacuterboles Se han construido curvas de calibracioacuten

que permiten determinar fechas consideradas co-

mo exactas

En teacuterminos generales el meacutetodo de carbono

14 es razonablemente preciso para fechar objetos

de hasta 50000 antildeos de antiguumledad La cantidad

residual del isoacutetopo en los objetos de una antiguumle-

dad mayor que esa es demasiado pequentildea para

hacer una determinacioacuten exacta

El carboacuten de las fogatas de los pueblos anti-

57

guos fechado por determinacioacuten de la actividad

de carbono 14 se usa para estimar la antiguumledad

de otros artefactos encontrados en el mismo em-

plazamiento arqueoloacutegico La teacutecnica de fechado

por carbono 14 se ha usado tambieacuten para detectar

si supuestos artefactos antiguos han sido falsifica-

dos

EL SUDARIO DE TURIacuteN

Probablemente han oiacutedo hablar del sudario de

Turiacuten Se trata de una pieza de tejido de lino muy

antigua de unos 4 metros de largo que muestra la

impresioacuten aproximada de un cuerpo humano

Desde alrededor del antildeo 1350 dC 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-

bricacioacuten del lienzo habiacutea sido cultivado en alguacuten

memento entre los anos de 1260 y 1390 dC Por

58

tanto el lienzo no podriacutea haber existido en tiem-

pos de Cristo A diferencia de los pergaminos del

Mar Muerto para los que el fechado por carbono

14 demostroacute que son registros auteacutenticos de una

civilizacioacuten que existioacute hace unos 2000 antildeos el

sudario de Turiacuten resultoacute ser falso

FECHADO POR TRITIO

El tritio que es el isoacutetopo radiactivo del

hidroacutegeno sirve tambieacuten para fechar Su vida me-

dia de 123 antildeos lo hace uacutetil para fechar objetos de

hasta 100 antildeos de antiguumledad Una aplicacioacuten inte-

resante es el fechado de aguardientes Estas bebi-

das alcohoacutelicas son muy costosas cuando han sido

antildeejadas de 10 a 50 antildeos El fechado por tritio

permite comprobar la veracidad de los anuncios

publicitarios respecto al proceso de antildeejamiento

de las variedades maacutes caras

Hay muchos otros isoacutetopos que permiten es-

timar la antiguumledad de objetos y materiales

59

Isoacutetopo Vida me-

dia

(antildeos)

Periacuteodo de

utilidad Uso

Carbono 14 5730 500 a 50000

antildeos

Carboacuten vege-

tal material

orgaacutenico

Tritio 123 1 a 100 antildeosVinos antildeeja-

dos

Potasio 40 13 x 109 Desde 10000

antildeos

Rocas corteza

terrestre y

lunar

Renio 187 43 x1010 Desde 4 x

107 antildeos Meteoritos

Ranio238 45 x109 Desde 107

antildeos

Rocas corteza

terrestre

60

10 PLANTAS DE ENERGIacuteA NUCLEAR

iquestSabeacutes de doacutende viene esa energiacutea que nosotros usamos tanto Mucha de la energiacutea eleacutectrica es

producida por plantas nucleares de to-do el mundo

La energiacutea nuclear ha dado origen a bombas

muy destructivas y a la nociva precipitacioacuten ra-

diactiva y podriacutea incluso provocar un devastador

invierno nuclear Sin embargo una cantidad mu-

cho mayor de personas han recibido beneficios de

la energiacutea nuclear que las que han sido perjudica-

das por ella El hecho es que existen muchos usos

de la energiacutea nuclear que son sumamente beneacutefi-

61

cos Ya conocemos el uso de isoacutetopos radiactivos

en el diagnoacutestico cliacutenico y en el fechado de obje-

tos de antiguumledad desconocida Otro uso paciacutefico

de la energiacutea nuclear es la generacioacuten de electri-

cidad Una gran parte de la energiacutea eleacutectrica que

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

giacutea nuclear

En la actualidad una quinta parte de toda la

electricidad que se produce en Estados Unidos

proviene de plantas de energiacutea nuclear En Euro-

pa la dependencia respecto a la energiacutea nuclear

para la produccioacuten de electricidad es auacuten mayor

En Francia por ejemplo maacutes del 70 de la ener-

giacutea eleacutectrica del paiacutes proviene de plantas nuclea-

res

No es sorprendente que una reaccioacuten que

desprende tanta energiacutea como lo hace la fisioacuten

nuclear se use como fuente de energiacutea para gene-

rar electricidad En las plantas de energiacutea nuclear

se usa el calor obtenido de una reaccioacuten de fisioacuten

62

en cadena controlada para producir vapor de

agua que mueve las turbinas generadoras de elec-

tricidad El combustible nuclear es normalmente

oacutexido de uranio U3O8 enriquecido hasta alrede-

dor de 3 de uranio 235

La energiacutea nuclear es mucho maacutes limpia que la

que se obtiene quemando combustibles foacutesiles

(carboacuten petroacuteleo y gas) no produce cenizas finas

ni holliacuten no forma dioacutexido de carbono que con-

tribuye al efecto de invernadero y al calentamiento

global y no contamina el aire con oacutexidos de azu-

fre y de nitroacutegeno que dan origen a la lluvia aacutecida

Por otra parte emite grandes cantidades de calor

residual en el ambiente y lo que es mucho maacutes

serio produce muchos residuos radiactivos La

eliminacioacuten de todos estos materiales radiactivos

de desecho es uno de los problemas constantes

que se tienen en relacioacuten con las plantas de energiacutea

nuclear

63

11 BOMBA ATOacuteMICA

Todos sabemos los desastres que pue-

den causar la detonacioacuten de una bomba

nuclear

Aquiacute presentamos la explicacioacuten teoacuterica

y coacutemo se pone en praacutectica

COacuteMO FUNCIONA UNA BOMBA NUCLEAR EN LA

TEORIacuteA

El 16 de Julio de 1945 estalloacute la primera bomba

atoacutemica en el campo de pruebas de Trinity cerca

de aacutelamo Gordo (Nuevo Meacutejico) Desde ese pre-

64

ciso instante la historia de la humanidad ha pasado

a una nueva era la era nuclear

Nunca hasta entonces se habiacutean tenido los cono-

cimientos necesarios como para saber que la masa

puede convertirse en grandes cantidades de ener-

giacutea y coacutemo podiacutea realizarse ese proceso hasta

entonces reservado tan soacutelo a las estrellas

La famosa foacutermula de Einstein E = mc2 ha pasa-

do ya ha formar parte de la cultura popular auacuten sin

que en realidad se llegue a saber que implica

Donde E es energiacutea m masa y c la velocidad de la

luz (constante) En esta ecuacioacuten se expresa la

relacioacuten de equivalencia entre masa y energiacutea Por

ejemplo haciendo algunas cuentas se ve que con

un gramo de uranio si se convirtiese totalmente

en energiacutea se obtendriacutean 25 millones de Kw

Aplicado como una bomba nuclear basta decir

que para asolar Hiroshima soacutelo se convirtioacute un

65

gramo de masa (aunque toda la bomba como me-

canismo pesara cuatro toneladas) su potencia fue

de 125 kilotones es decir para igualar su potencia

seriacutean 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 combustibles

de fisioacuten Cuando en un espacio se reuacutene la sufi-

ciente cantidad de materia (denominada masa criacute-

tica) se produce una reaccioacuten en cadena espontaacute-

nea esto es el nuacutecleo de los aacutetomos del material

se divide liberando energiacutea y varios neutrones

raacutepidos que provocan que otros nuacutecleos tam-

bieacuten se dividan y liberen maacutes energiacutea y neutrones

Este proceso se denomina fisioacuten nuclear Sin em-

bargo si la densidad no es suficiente la energiacutea

liberada hace que el material se expanda y se de-

tenga el proceso Para evitar que se pare la reac-

cioacuten se recurre a una materia muy densa de por siacute

(isoacutetopos del uranio y plutonio) que ademaacutes se

comprime de manera muy raacutepida para lograr una

66

altiacutesima densidad que permite que los neutrones

raacutepidos choquen antes con otros nuacutecleos y se

produzcan antes el mayor nuacutemero 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 maacutes energiacutea Para una

explosioacuten de 100 kilotones son necesarias 58 ge-

neraciones las 7 uacuteltimas generan el 999 de la

energiacutea en periodo cortiacutesimo de tiempo Tambieacuten

puede liberarse energiacutea con la fusioacuten en este pro-

ceso los nuacutecleos se unen en vez de separarse pero

se requieren altiacutesimas temperaturas (del orden de

millones de grados) para que este proceso se lleve

a cabo Para esta reaccioacuten se usan aacutetomos ligeros

(maacutes faacuteciles de unir) generalmente hidroacutegeno o

sus isoacutetopos (deuterio y tritio) Para unir dos aacuteto-

mos basta con hacerlos chocar Los protones de

cada aacutetomo 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

67

fusioacuten deben comprimirse fuertemente los nuacute-

cleos y una vez hecho soacutelo podraacuten continuar uni-

dos si pierden un equivalente de la energiacutea que les

hizo apretarse En el caso de usar deuterio y tritio

se libera violentamente un neutroacuten Esta energiacutea

liberada es la que forma una bomba de fusioacuten

tambieacuten denominada bomba H

COMO FUNCIONA UNA BOMBA ATO-MICA EN LA PRACTICA

Sea cual fuere el sistema de funcionamiento de

una bomba nuclear (fusioacuten o fisioacuten) una cantidad

de masa se convierte en energiacutea la potencia soacutelo

depende de la capacidad de la ingenieriacutea para con-

vertir maacutes masa antes de que la reaccioacuten disperse

las moleacuteculas en teoriacutea la potencia es por tanto

ilimitada

Una bomba nuclear consiste baacutesicamente en una

esfera hueca de plutonio que no es lo suficiente-

68

mente densa como para producir una reaccioacuten 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 explosioacuten se disparan los detonado-

res que hacen que el material explosivo estalle de

la manera lo maacutes regular posible para que enviacutee

una onda de choque esfeacuterica hacia el plutonio

Cuando eacutesta impacta contra eacutel lo comprime y re-

duce su volumen empujaacutendolo hacia el centro de

la esfera hasta que alcanza una densidad suficiente

(supercriacutetica) y se dispara el iniciador de neutrones

para comenzar la reaccioacuten en cadena que da lugar

a la explosioacuten nuclear

Las bombas termonucleares de fusioacuten o H nece-

sitan de una gran temperatura para que se puedan

unir los nuacutecleos esto se consigue en el interior de

una explosioacuten de fisioacuten que es el comienzo de

toda bomba H

69

Una vez acabada la reaccioacuten de fusioacuten nos encon-

traremos con una esfera expandida con una tem-

peratura de millones de grados en la que existen

los productos de la fusioacuten (litio e isoacutetopos del

hidroacutegeno) Tal es su velocidad que pueden fun-

dirse unos con otros dando lugar a la reaccioacuten de

fusioacuten Esta reaccioacuten genera maacutes energiacutea que la

anterior y libera gran cantidad de partiacuteculas nu-

cleares pero no es una reaccioacuten en cadena ya que

el propio calor que genera hace que las partiacuteculas

se separen y se expandan en forma de una esfera

de plasma con una temperatura que tan soacutelo expe-

rimenta el universo de manera natural en las estre-

llas En nuestro sol por ejemplo ocurren la fusioacuten

nuclear de hidroacutegeno y helio Pero antes de que la

reaccioacuten se extinga los neutrones generados por

las detonaciones anteriores provocan de nuevo

una reaccioacuten de fusioacuten sobre una camisa de U-

238 pero esta vez mucho mayor que las anterio-

res La potencia de una bomba termonuclear care-

ce de liacutemite una bomba como la de Hiroshima de

70

125 kilotones (un kilotoacuten equivale a 1000 tonela-

das de TNT) se considera dentro de los arsenales

modernos como pequentildea siendo las de un mega-

toacuten (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 la

Segunda Guerra Mundial

Para la construccioacuten de una bomba nuclear nor-

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

primero no forma parte de la reaccioacuten nuclear

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

nera espontaacutenea emitiendo neutrones que son

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

duzca de manera accidental la reaccioacuten en cadena

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

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

cioacuten 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

71

reactores nucleares a partir del U-238

La desintegracioacuten del uranio en la reaccioacuten en

cadena se produce de manera espontaacutenea para una

masa de 50 Kg si eacuteste elemento es puro El pluto-

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

da reaccioacuten en cadena de modo que se mezcla de

berilo y polonio dando como resultado un pro-

ducto que aunque no es fisionable por si solo una

pequentildea cantidad actuacutea como catalizador para las

grandes reacciones Asiacute bastan 16 Kg de PU-239

para obtener la masa supercriacutetica y 10 Kg si se

mezcla con U-238

El U-235 es muy difiacutecil de extraer por encontrarse

en la naturaleza muy mezclado con otros com-

puestos Asiacute por cada 25000 toneladas de mineral

de uranio bruto soacutelo se obtienen 50 toneladas de

uranio del que el 993 es U-235 y el resto el

rariacutesimo isoacutetopo U-238 ambos soacutelo se pueden

separar de manera mecaacutenica gracias a la leviacutesima

72

diferencia de peso entre ambos Asiacute el uranio se

mezcla en forma gaseosa con fluor (hexafluoriacutedri-

co) que es impulsado a baja presioacuten hacieacutendolo

pasar por unas caacutemaras que aumentan la concen-

tracioacuten de uranio sensiblemente tras cientos de

pasadas Para una central nuclear la pureza ha de

ser del 2 y para una bomba (teoacutericamente) el

95

Para separar el isoacutetopo se recurre a la centrifuga-

cioacuten del gas siendo el maacutes pesado U-238 despedi-

do hacia el exterior con maacutes fuerza Para obtener

otra vez el uranio separado del gas se recurre a la

separacioacuten magneacutetica

MECANISMOS QUE SUELEN COMPONER UNA

BOMBA NUCLEAR

Los mecanismos que suelen componer una bom-

ba nuclear son los siguientes

73

ALTIacuteMETRO No suele usarse el baromeacutetrico

por verse afectado por las condiciones atmosfeacuteri-

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 seguacuten el tiempo transcu-

rrido en el recorrido puede saberse la altura sin

necesidad de complicar maacutes el sistema para dar

una precisioacuten que en realidad no es importante (2

o 3 m de diferencia no son apreciables maacutes que

en minibombas bastante menores que las de

Hiroshima) siendo la altura normal de detonacioacuten

la de 2000 m

En la praacutectica 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 electroacute-

nicamente para obtener la diferencia de ambas

que es proporcional a la altura Los pulsos suelen

emitirse 120 veces por segundo y alcanzan un

74

rango de 3000 m sobre la tierra y 6000 m sobre

el mar (la reflexioacuten es alliacute mejor) siendo su error

de hasta 15 m

CABEZA DETONADORA Como ya se dijo

estaacute compuesta de una carga explosiva muy bien

calibrada que a la orden del altiacutemetro detona

produciendo una onda de choque uniforme sobre

el elemento radioactivo comprimieacutendolo hasta

alcanzar la masa supercriacutetica

Compantildeiacuteas privadas producen camisas explosivas

que modificadas pueden ser usadas para la fabri-

cacioacuten del objeto que nos ocupa La cantidad de

presioacuten necesaria a aplicar es un secreto por razo-

nes de seguridad aunque se sabe que los explosi-

vos plaacutesticos son ideales sobre todo por su malea-

bilidad y facilidad de manejo

El detonador variacutea si es combustible es uranio o

plutonio

75

DETONADOR DE URANIO La masa total se

divide en dos partes una mayor de forma semies-

feacuterica y coacutencava que se acopla perfectamente con

la otra maacutes pequentildea Como es de suponer ambas

se encuentran separadas hasta el momento de la

detonacioacuten en el que una explosioacuten convencional

dispara la parte pequentildea que impacta contra la

mayor para lograr en un instante la masa supercriacute-

tica

DETONADOR DE PLUTONIO Necesita

una precisioacuten de ingenieriacutea mucho mayor que la

anterior ya que estaacute compuesta de 32 secciones de

plutonio-berilio-polonio todas de igual forma y

posicioacuten distribuidas conceacutentricamente El aspecto

final es parecido al de un baloacuten de fuacutetbol Todas

han de cerrarse simeacutetricamente en una diezmillo-

neacutesima de segundo para conseguir la detonacioacuten

DEFLECTOR DE NEUTRONES Suele ser

U-238 Su funcioacuten es la que ya se explicoacute evitar

76

una reaccioacuten accidental ademaacutes refleja las partiacutecu-

las de vuelta cuando se alcanza la masa supercriacuteti-

ca

ESCUDO PROTECTOR Recibe otros nom-

bres pero su funcioacuten es siempre la de proteger de

la radiacioacuten natural tanto al personal que la maneja

como a los circuitos de la bomba que pueden su-

frir cortocircuitos o puestas en funcionamiento

accidentales

SISTEMA DE ARMADO Es otro sistema maacutes

de seguridad consistente en quitar una parte im-

prescindible de la bomba para evitar detonaciones

accidentales de modo que soacutelo cuando estaacute

proacuteximo su lanzamiento se inserta esta parte Una

analogiacutea seriacutea como si al aparcar nuestro coche le

quitaacuteramos el volante o una bujiacutea asiacute estariacuteamos

seguros de que no nos lo roban porque sin estas

partes el coche no funciona

77

12 EFECTOS DE UNA EXPLOSIOacuteN NUCLEAR

Tenemos frescas en nuestra memo-

ria las imaacutegenes que nos mostroacute la

televisioacuten cuando se produjo el ac-

cidente de Chernobyl

Aquiacute explicamos todas las conse-

cuencias de una detonacioacuten 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

78

bull Radiacioacuten nuclear inicial la altiacutesima

temperatura y la elevada presioacuten que se

genera en el interior de la explosioacuten emi-

ten radiacioacuten en todas las direcciones Esta

se compone de rayos alfa beta y gamma

que son una forma de radiacioacuten electro-

magneacutetica de alta energiacutea que puede causar

la muerte sin que el individuo se de cuenta

de que ha sido irradiado Una explosioacuten de

un megatoacuten (de tamantildeo estaacutendar) matariacutea

a todo ser humano en 15 Km a la redonda

que se encontrase al aire libre

Las partiacuteculas alfa son ideacutenticas a un nuacutecleo de

helio son las que mas larga vida tienen unos mil

antildeos pero su poder de penetracioacuten 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 radiacioacuten Con 45 cm de tierra se

consigue reducir la radiacioacuten veinte veces

Las partiacuteculas beta penetran maacutes siendo suficiente

79

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

to la radiacioacuten (una pared moderna ya espesa se

compone de 1 pie de ladrillo maacutes caacutemara maacutes

aislante maacutes ladrillo hueco y yeso que suele que-

darse en los 37 cm)

Los de maacutes poder de penetracioacuten son las gamma

y por tanto los maacutes peligrosos ya son los que se

introducen en los refugios nucleares auacuten con

grandes espesores de hormigoacuten La uacutenica protec-

cioacuten eficaz es la de interponer grandes masas de

material mejor cuanto maacutes denso siendo el ideal

el plomo ya que pasa por los materiales como la

luz por una tela si esta es maacutes densa mayor canti-

dad de chocaraacute con ella y no la traspasaraacute Para

reducir la dosis a un veinteavo se precisan 30 cm

de hormigoacuten armado

bull Pulso electromagneacutetico La intensa acti-

vidad de los rayos gamma genera mediante

induccioacuten una corriente de alto voltaje so-

80

bre antenas viacuteas feacuterreas tuberiacuteas que des-

truye todas las instalaciones eleacutectricas de

una amplia zona si la explosioacuten se efectuacutea

a gran altura Una detonacioacuten de muchos

kilotones a 200 km sobre Omaha (Ne-

brasca) destruiriacutea todos los circuitos eleacutec-

tricos integrados de toda Norteameacuterica y

parte de Meacutejico y Canadaacute Ante el riesgo

de una detonacioacuten nuclear es conveniente

alejarse de liacuteneas eleacutectricas y viacutea feacuterreas ya

que la corriente inducida puede electrocu-

tarnos

bull Pulso teacutermico al expandirse la bola de

fuego el aire circundante absorbe energiacutea

en forma de rayos X y la irradia en forma

de una luz cegadora y un intensiacutesimo ca-

lor Una bomba de 20 Megatones produci-

riacutea una intensa luz durante 20 segundos y

causariacutea quemaduras de segundo grado a

81

cualquier persona expuesta a 45 Km de

distancia

bull Onda de choque La raacutepida expansioacuten de

la bola de fuego genera una onda de cho-

que como cualquier explosioacuten pero de

una potencia muy superior ya que puede

aplastar o barrer edificios dantildeaacutendolos muy

seriamente o destruyeacutendolos por comple-

to ya que maacutes que empujar por su dura-

cioacuten lo que hace es estrujar Una bomba

de 20 megatones no dejariacutea en un radio de

20 Km maacutes que escombros soacutelo se salva-

riacutean las cimentaciones y construcciones

enterradas

bull Primera lluvia radioactiva o lluvia ra-

diactiva local una explosioacuten de 20 mega-

tones aras de suelo produciriacutea un craacuteter de

183 m de profundidad la elevada tempe-

82

ratura vaporiza todo lo que se encuentra

dentro de la bola de fuego todo se funde

con los materiales radiactivos de la fisioacuten o

fusioacuten y se eleva con el hongo para luego

precipitar en forma de finas cenizas Esto

ocurriraacute durante las 24 h siguientes a la

explosioacuten y afectaraacute a una regioacuten maacutes o

menos amplia para una misma potencia

seguacuten la climatologiacutea El fenoacutemeno se am-

pliacutea considerablemente si la detonacioacuten se

produce cerca del suelo La energiacutea 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 maacutes destructivos los deno-

minados secundarios como incendios en masa

que acabariacutean con los pocos supervivientes y ma-

tariacutean a maacutes que el pulso teacutermico y la onda de

choque

83

Ademaacutes en caso de que se lanzaran muchas

bombas nucleares sus efectos secundarios seriacutean

mucho maacutes 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 10000 mega-

tones miacutenimos para considerar un holocausto

como tal

bull El primero de estos efectos es que la ra-

dioactividad liberada en caso de holocaus-

to penetrariacutea en todos y cada uno de los

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

Mientras que en dosis altas (seguacuten la espe-

cie) produciriacutea la muerte en otras maacutes ba-

jas los efectos seriacutean de lo maacutes variados

(mutaciones esterilidad)

bull El segundo seriacutea que los materiales im-

pulsados por las detonaciones se elevariacutean

hasta la troposfera donde ocultariacutean la luz

84

del sol durante meses o antildeos haciendo ba-

jar la temperatura de la tierra y alterando la

fotosiacutentesis de los vegetales y el plancton

marino seriacutea el famoso invierno nuclear

Ademaacutes estos materiales radiactivos iriacutean

cayendo durante meses o antildeos convirtieacuten-

dose en una lluvia radiactiva global que

auacuten con menos dosis radiactiva que una

lluvia provocada por una bomba seriacutea

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

antildeos Ese 5 de energiacutea liberada por la

lluvia radiactividad en una bomba es poco

pero en los 10000 megatones de un holo-

causto suponen ya 500 megatones que iraacuten

estallando durante miles de antildeos des-

pueacutes de la cataacutestrofe

85

bull El tercero seriacutea una reduccioacuten en la capa

de ozono producida por el oacutexido de nitroacute-

geno generado por las bolas de fuego de

modo que la radiacioacuten solar que llegase a

la tierra seriacutea mortal Un 70 del ozono

desapareceriacutea en el hemisferio norte y un

40 en el sur siendo necesarios treinta

antildeos para recuperar su estado normal

86

Ejercicios 12

MODELO DE RESOLUCIOacuteN

La distribucioacuten de los electrones de un aacutetomo

en sus niveles y subniveles se puede representar en

forma abreviada de la siguiente manera

a) Un coeficiente que indica el nuacutemero del nivel

de energiacutea (n)

b) Una letra que corresponde al subnivel

c) Un supraiacutendice que sentildeala el nuacutemero de elec-

trones que hay en el subnivel

1H = 1s1

3Li = 1s2 2s1

En razoacuten del entrecruzamiento de subniveles

el orden en que se van completando los subniveles

por energiacutea creciente es el siguiente

87

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

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

5d 6p 7s 5f 6d

7p

Para visualizar la distribucioacuten de los electrones

en orbitales se puede representar cada orbital por

un pequentildeo cuadrado dividido por una diagonal

y cada electroacuten mediante una flecha

Entonces el orbital puede estar

Vaciacuteo incompleto completo

(1 electroacuten) (2 electrones)

En caso del orbital completo las flechas tienen

sentido contrario para indicar que los electrones

presentan spin contrario

El llenado de los orbitales por los electrones

se realiza a partir de los niveles y subniveles en

88

orden creciente de energiacutea Cada nuevo electroacuten se

incorpora a un orbital vaciacuteo

De ese modo los elementos quedan represen-

tados asiacute

1H =

1s

3Li =

1s 2s

7N =

1s 2s 2p

89

Ejercicios 121

1) Un aacutetomo de foacutesforo tiene 15 protones y 16

neutrones Indicaacute cuaacutel es su

a) nuacutemero atoacutemico (Z) b) nuacutemero

de masa (A)

2) Un aacutetomo de potasio tiene Z =19 y A = 39

Indicaacute su nuacutemero de

a) protones b) electrones

c) neutrones

3) Completaacute los datos que faltan en el siguiente

cuadro

90

ELE-

MEN-

TO

NUacute-

MERO

ATOacute-

MICO

NUacute-

MERO

DE

MASA

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) Sentildealaacute el nombre y siacutembolo de los elementos

cuyas configuraciones electroacutenicas 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) Escribiacute la configuracioacuten electroacutenica de los

siguientes elementos

91

a) Na2311 = c) O16

8 =

b) Cl3517 = d) C12

6 =

6) De acuerdo con la siguiente representacioacuten de

los electrones en orbitales indicaacute a queacute ele-

mentos corresponden

a)

b)

c)

d)

7) Representaacute la distribucioacuten de los electrones en

orbitales de los elementos

a) 7N= c) 18Ar =

b) 15AI = d) 19K =

92

Hoja de respuestas121

1) a) 15 b) 31 2) a) 19 b) 19 c) 20

3)

ELE-

MEN-

TO

NUacuteME-

RO

ATOacute-

MICO

NUacute-

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)Argoacuten Ar

d)Escandio Sc

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

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)middot

94

Ejercicios 1211

Modelo de resolucioacuten

El nuacutemero de oxidacioacuten se asigna seguacuten las si-

guientes reglas

1) El nuacutemero de oxidacioacuten de los elementos en la

sustancia simple es cero

Ejemplo Cu0 02Cl

2) El nuacutemero de oxidacioacuten del oxiacutegeno es 2

excepto en las sustancias como el agua oxige-

nada Ejemplo H2

2Ominus

3) El nuacutemero de oxidacioacuten del hidroacutegeno es +1

excepto en las sustancias donde estaacute combina-

do con los metales Ejemplo 1

H+

2O

4) El nuacutemero de oxidacioacuten de un ion monoatoacute-

mico es igual a la carga del ion Ejemplo Ca2-

Cl-

95

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

braica de los nuacutemeros de oxidacioacuten de todos

los aacutetomos debe ser cero Ejemplo 1

H+

2

2Ominus

there42(+1) + (-2) = 0

6) En los iones que tienen maacutes de un aacutetomo la

suma algebraica de los nuacutemeros de oxidacioacuten

de todos los aacutetomos es igual a la carga del ion

El nuacutemero de oxidacioacuten se escribe colocando primero el signo y luego el nuacutemero

Ejemplo el nuacutemero de oxidacioacuten del aluminio es +3

1) Calculaacute los nuacutemeros de oxidacioacuten en la moleacute-

cula de dioacutexido de azufre (SO2)

Datos SO2 nuacutemero de oxidacioacuten del O2

es 2

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de S

Resolucioacuten Cada aacutetomo de oxiacutegeno tiene

nuacutemero de oxidacioacuten 2 por lo tanto el nuacute-

mero de oxidacioacuten del azufre es +4 porque

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

96

2) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten del azufre en

el aacutecido sulfuacuterico (H2SO4)

Datos H2SO2 nuacutemero de oxidacioacuten del

O2 es 2 nuacutemero de oxidacioacuten de H es -1

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de S

Resolucioacuten Se debe cumplir que la suma al-gebraica de todos los nuacutemeros de oxidacioacuten sea cero

4(-2) + 21 + x = 0

-8 + 2 + x = 0

x = 6

Respuesta el nuacutemero de oxidacioacuten del azufre

en el aacutecido sulfuacuterico es +6

3) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten del nitroacutegeno

en el nitrato de sodio (NaNO3)

Datos NaNO3 nuacutemero de oxidacioacuten del

O2 es 2

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de N

97

Resolucioacuten El nuacutemero de oxidacioacuten del

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

ga eleacutectrica positiva

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

1 6 + x = 0

x = 5

Respuesta el nuacutemero de oxidacioacuten del nitroacute-

geno en el nitrato de sodio es +5

4) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten del azufre en

el ion sulfato (S 24Ominus )

Datos S 24Ominus nuacutemero de oxidacioacuten del O2

es 2

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de S

Resolucioacuten La suma de los nuacutemeros de

oxidacioacuten es igual a 2 porque el ion sulfato

tiene dos cargas negativas (2-)

x + 4(-2) = -2

x 8 = -2

x = 6

98

Respuesta El nuacutemero de oxidacioacuten del azu-

fre en el ion sulfato es +6

99

Ejercicios 1212

1) Dibujaacute los siacutembolos de Lewis para los aacutetomos

de

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

2) iquestCoacutemo adquiere la distribucioacuten electroacutenica del

ineacutertido maacutes cercano cada uno de los siguien-

tes aacutetomos

a) K b)

F c)

S d) Mg e)

Br

3) Escribiacute las ecuaciones ioacutenicas la foacutermula elec-

troacutenica y la foacutermula miacutenima del compuesto

ioacutenico formado por

a) K y Br (bromuro de potasio)

b) Ca y O (oacutexido de calcio)

4) Marcaacute con una X las propiedades correspon-

dientes a las sustancias que presentan uniones

ioacutenicas

100

a) Son soacutelidas y tienen bajo punto de fusioacuten ( )

b) Conducen la corriente eleacutectrica fundidas o di-

sueltas en agua ( )

c) Tienen brillo metaacutelico ( )

d) Forman cristales duros y quebradizos solubles

en agua ( )

e) No conducen la corriente eleacutectrica ( )

5) Explicaacute coacutemo se unen dos aacutetomos de bromo

para formar la moleacutecula Br2 y escribiacute su

foacutermula electroacutenica y su foacutermula desarrollada

6) La foacutermula del monoacutexido de dicloro es Cl2O

a) Indicaacute queacute tipo de unioacuten existe entre el cloro y

el oxiacutegeno

b) Escribiacute su foacutermula electroacutenica y su foacutermula

desarrollada

7) El azufre y el oxiacutegeno forman dos oacutexidos

importantes el dioacutexido de azufre (SO2) y el

101

trioacutexido de azufre (SO3) Para el trioacutexido de

azufre

a) Indicaacute queacute tipo de unioacuten existe entre el azufre

y los tres aacutetomos de oxiacutegeno

b) Escribiacute la foacutermula electroacutenica

c) Escribiacute la foacutermula desarrollada

8) Marcaacute 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

liacutequidas o soacutelidas ( )

c) Son duacutectiles y maleables ( )

d) No forman moleacuteculas son agregados de

iones ( )

e) No son buenas conductoras de la corriente

eleacutectrica ( )

102

9) Coloque en el pareacutentesis UCP si la unioacuten es

covalente polar y UCNP si es covalento no

polar en cada una de las siguientes sustancias

a) cloruro de hidroacutegeno HCl ( )

b) Hidroacutegeno H2 ( )

c) yodo l2 ( )

10) Escribiacute la foacutermula electroacutenica y la foacutermula

desarrollada de cada una de las sustancias

mencionadas en el ejercicio 9

11) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten

a) del azufre (S)en el dioacutexido de azufre (SO2) en

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

sodio (Na2S)

b) del nitroacutegeno (N) en el dioacutexido de nitroacutegeno

(NO2) en el aacutecido niacutetrico (HNO3) y en el ni-

trato de potasio (KNO3)

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

can en el concepto de unioacuten metaacutelica

103

a) Tienen bajo punto de fusioacuten y de

ebullicioacuten ( )

b) Tienen brillo metaacutelico ( )

c) Conducen la corriente eleacutectrica sin

alterarse ( )

d) En estado soacutelido son malos conductores de la

corriente eleacutectrica ( )

e) Forman hilos y laacuteminas delgadas ( )

104

Hoja de respuestas 1212

1) a) He b) Al c)

Si d)

Ar e)

N

2) a) cede un electroacuten d) cede electrones c)

gana dos electrones b) y e) gana un electroacuten

3) a) Ecuaciones ioacutenicas

K K1+ + 1 e

Br + 1 e Br1-

K1+ + Br- KBr

Foacutermula electroacutenica K1+minus

1

Br

Foacutermula miacutenima KBr

b) Ecuaciones ioacutenicas

Ca Ca 2+ + 2 e

O + 2 e O2-

Ca2+ + O2- CaO

Foacutermula electroacutenica Ca2+ minus

2

O

105

Foacutermula miacutenima CaO

4) b y d

5) se unen compartiendo un par de electrones

6) a) unioacuten covalente

b) foacutermula electroacutenica

Cl

O

Cl

foacutermula desarrollada Cl O Cl

7) a) una unioacuten covalente doble entre el azufre y

uno de los aacutetomos de oxiacutegeno dos uniones cova-

lentes coordinadas con los otros dos aacutetomos de

oxiacutegeno

b) Foacutermula electroacutenica

Foacutermula desarrollada

106

8) a b y e

9) a) UCP y c) UCNP

10) Foacutermula electroacutenica Foacutermula desarrollada

a) H

Cl H Cl

b) HH H H

c)

I

I l I

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

12) b c y e

  • RADIACTIVIDAD
    • IacuteNDICE
      • 1 RADIACTIVIDAD NATURAL
      • 2 RELACIOacuteN ENTRE LA LEY DE LAVOISIER Y LA DE EINSTEIN
      • 3 INTERACCIONES ENTRE AacuteTOMOS Y ONDAS
      • 4 PODER DE PENETRACIOacuteN DE LA RADIACIOacuteN
      • 5 VIDA MEDIA
      • 6 RADIACTIVIDAD ARTIFICIAL
      • 7 USOS DE LOS RADIOISOacuteTOPOS
      • 8 MEDICINA NUCLEAR
      • 9 FECHADO POR MEDIO DE RADIOISOacuteTOPOS
      • 10 PLANTAS DE ENERGIacuteA NUCLEAR
      • 11 BOMBA ATOacuteMICA
      • 12 EFECTOS DE UNA EXPLOSIOacuteN NUCLEAR
        • Ejercicios 12
        • Ejercicios 121
        • Hoja de respuestas121
        • Ejercicios 1211
        • Ejercicios 1212
        • Hoja de respuestas 1212

30

tegrado 8 billones de aacutetomos de tritio y quedaraacuten

8 billones de aacutetomos Al cabo de otros 123 antildeos

se habraacute desintegrado la mitad de los 8 billones de

aacutetomos restantes Por tanto al cabo de dos vidas

medias quedaraacute una cuarta parte del nuacutemero ori-

ginal de aacutetomos de tritio Asiacute pues dos vidas me-

dias no hacen una entera

Podemos calcular la fraccioacuten restante del isoacute-

topo original al cabo de un nuacutemero dado de vidas

medias por medio de la relacioacuten

FRACCIOacuteN RESTANTE N21

=

Donde n es el nuacutemero de vidas medias trans-

curridas

31

6 RADIACTIVIDAD ARTIFICIAL

La radiactividad es un fenoacutemeno na-

tural y en esas condiciones poco

aprovechable

El hombre trabajoacute mucho para con-

trolarlo y hacer de este efecto algo

uacutetil Aunque como es muy habitual

en la humanidad las implementacio-

nes destructivas tambieacuten tuvieron

gran desarrollo

32

TRANSMUTACIOacuteN ARTIFICIAL

Las formas de radiactividad que se presentan

en la Naturaleza Se pueden inducir otras reaccio-

nes nucleares bombardeando nuacutecleos estables con

partiacuteculas alfa neutrones u otras partiacuteculas sub-

atoacutemicas Estas partiacuteculas si tienen suficiente

energiacutea penetran los nuacutecleos que antes eran esta-

bles e inducen alguna forma de emisioacuten radiacti-

va Al igual que la radiactividad natural este tipo

de cambio nuclear produce una transmutacioacuten un

elemento se transforma en otro Debido a que el

cambio no se habriacutea producido de manera natural

el proceso se conoce como transmutacioacuten artifi-

cial

Pocos antildeos despueacutes de su famoso experimen-

to de la laminilla de oro (bombardeo con radiacioacuten

alfa una lamina de oro y detectoacute en una lamina de

sulfuro de zinc la radiacioacuten emergente) Ernest

Rutherford estudioacute el bombardeo de diversos

elementos ligeros con partiacuteculas alfa Un experi-

33

mento de este tipo en el cual Rutherford bom-

bardeoacute nitroacutegeno dio por resultado la produccioacuten

de protones

N147 + He4

2 O178 + H1

1

(Recordaacute que el nuacutecleo de hidroacutegeno es un protoacuten

por eso usamos el siacutembolo alternativo H11 para el pro-

toacuten)

Observaacute que la suma de los nuacutemeros de nu-

cleones de la izquierda es igual a la suma de los

nuacutemeros de nucleones de la derecha Tambieacuten los

nuacutemeros atoacutemicos estaacuten balanceados

Rutherford habiacutea postulado en 1914 la exis-

tencia de protones en los nuacutecleos Un experimen-

to publicado en 1919 proporcionoacute la primera

comprobacioacuten empiacuterica de la existencia de estas

partiacuteculas fundamentales Ya antes Eugen Golds-

tein habiacutea producido protones en sus experimen-

34

tos con tubos de descarga en gas Goldstein obtu-

vo estas partiacuteculas a partir del hidroacutegeno gaseoso

contenido en el tubo por separacioacuten de un elec-

troacuten del aacutetomo de hidroacutegeno La trascendencia del

experimento de Rutherford consistioacute en que ob-

tuvo protones del nuacutecleo de un aacutetomo que no era

de hidroacutegeno con lo cual establecioacute la naturaleza

de los protones como partiacuteculas fundamentales Al

hablar de partiacuteculas fundamentales nos referimos a

las unidades baacutesicas a partir de las cuales se pue-

den formar estructuras maacutes complicadas (como el

nuacutecleo de nitroacutegeno) El experimento de Ruther-

ford constituyoacute la primera reaccioacuten nuclear indu-

cida

Durante la deacutecada de 1920 se llevaron a cabo

muchas transmutaciones artificiales En la deacutecada

de 1930 una de estas reacciones condujo al descu-

brimiento de otra partiacutecula fundamental En 1932

James Chadwick bombardeoacute berilio con partiacuteculas

alfa

35

Be94 + He4

2 C126 + n1

0 Entre los productos se encontraba el neutroacuten

RADIACTIVIDAD INDUCIDA

Las primeras reacciones nucleares produjeron

isoacutetopos que ya se conociacutean por estar presentes en

la Naturaleza Esto fue quizaacute fortuito porque era

inevitable que tarde o temprano se produjese un

nuacutecleo estable Iregravene Curie (hija de los ganadores

del premio Nobel de 1903) y su esposo Freacutedeacuteric

Joliot estudiaban el bombardeo de aluminio con

partiacuteculas alfa Se produciacutean neutrones y quedaba

como residuo un isoacutetopo de foacutesforo

Al2713 + He4

2 P3015 + n1

0

Para sorpresa de los investigadores el blanco

seguiacutea emitiendo partiacuteculas auacuten despueacutes de inte-

rrumpido el bombardeo El isoacutetopo de foacutesforo era

radiactivo y emitiacutea partiacuteculas cuya masa era igual a

36

la del electroacuten pero cuya carga era opuesta Estas

partiacuteculas se llaman positrones La reaccioacuten que

estaban observando era la siguiente

P3015 e0

1+ + Si3014

Asiacute pues surge una vez maacutes la pregunta iquestde doacuten-

de proviene esta partiacutecula si el nuacutecleo contiene

soacutelo protones y neutrones Anteriormente expli-

camos el hecho de que surgiese una partiacutecula beta

(un electroacuten) de un nuacutecleo afirmando que un neu-

troacuten se habiacutea descompuesto en un protoacuten y un

electroacuten Quizaacute un suceso similar puede explicar la

aparicioacuten de un positroacuten Considera que un pro-

toacuten del nuacutecleo se transforma en un neutroacuten y un

positroacuten (un protoacuten es ideacutentico a un nuacutecleo de

hidroacutegeno)

H11 e0

1+ + N10

Todo queda muy bien balanceado en esta

37

ecuacioacuten Al emitirse el positroacuten el nuacutecleo radiac-

tivo original tiene de pronto un protoacuten menos y

un neutroacuten maacutes que antes Por tanto la masa del

nuacutecleo producido es la misma pero su nuacutemero

atoacutemico se ha reducido en una unidad respecto al

nuacutecleo original Por este trabajo la pareja Joliot-

Curie se hizo acreedora al premio Nobel en 1935

(la pareja Joliot-Curie adoptoacute el apellido combina-

do para perpetuar el nombre de Curie Marie y

Pierre Curie tuvieron dos hijas pero ninguacuten hijo

varoacuten

38

7 USOS DE LOS RADIOISOacuteTOPOS

Muchas de las aplicaciones de la energiacutea

de la radiacioacuten se realizan a traveacutes de los

radioisoacutetopos

Gracias a ellos y a los detectores se evitan

grandes perdidas materiales y se ahorra

grandes esfuerzos

Los cientiacuteficos que trabajan en una amplia va-

riedad de campos emplean isoacutetopos radiactivos

(radioisoacutetopos) como rastreadores en sistemas

fiacutesicos quiacutemicos y bioloacutegicos Los isoacutetopos de un

elemento determinado sea radiactivo o no se

39

comportan de manera casi ideacutentica en los proce-

sos quiacutemicos y fiacutesicos En virtud de la facilidad

para detectar los isoacutetopos radiactivos es relativa-

mente faacutecil seguir sus movimientos incluso en un

sistema complicado

Como un ejemplo sencillo consideremos el

flujo de un liacutequido por una tuberiacutea Supongamos

que hay una fuga en una tuberiacutea enterrada bajo un

piso de concreto Podriacuteamos localizar la fuga le-

vantando partes extensas del piso o bien podriacutea-

mos agregar una pequentildea cantidad de material

radiactivo al liacutequido que va hacia el drenaje y ras-

trear el flujo de liacutequido con un contador Geiger

(un instrumento que detecta la radiactividad) Una

vez localizada la fuga soacutelo habriacutea que levantar una

parte pequentildea del piso para reparar la fuga Por lo

general se emplean para este propoacutesito isoacutetopos

de vida corta que desaparecen poco tiempo des-

pueacutes de realizar su funcioacuten

Anaacutelogamente podriacuteamos rastrear la incorpo-

racioacuten de foacutesforo en una planta verde La planta se

40

alimenta con un fertilizante que contiene foacutesforo

radiactivo Un meacutetodo sencillo de deteccioacuten con-

siste en colocar la planta sobre una peliacutecula foto-

graacutefica La radiacioacuten que emiten los isoacutetopos de

foacutesforo expone la peliacutecula en gran medida como

lo hace la luz Este tipo de exposicioacuten llamado

radiografiacutea muestra la distribucioacuten del foacutesforo en

la planta

Tambieacuten se da un buen uso a los rastreadores

radiactivos en la investigacioacuten agriacutecola Estos isoacute-

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 cuaacuteles son los mejores meacutetodos para

regular los insectos La mutacioacuten intencional de

plantas por irradiacioacuten ha producido nuevas y

mejores cepas de plantas de cultivo con valor co-

mercial desde raacutebanos hasta maniacute

Los radioisoacutetopos se emplean tambieacuten para

irradiar alimentos como meacutetodo de conservacioacuten

La radiacioacuten destruye los microorganismos que

41

causan la descomposicioacuten de los alimentos Los

alimentos irradiados muestran poco cambio en

cuanto a su saber o aspecto A muchas personas

les inquietan los posibles efectos dantildeinos de las

sustancias quiacutemicas que produce la radiacioacuten pero

no hay pruebas contundentes de dantildeos causados

por alimentos irradiados en animales de laborato-

rio alimentados con ellos y tampoco se conocen

efectos adversos en seres humanos en los paiacuteses

donde la irradiacioacuten se ha utilizado por muchos

antildeos El proceso de esterilizacioacuten no deja irradia-

cioacuten residual en los alimentos

Los radioisoacutetopos han sido empleados exten-

samente en la investigacioacuten cientiacutefica baacutesica El

mecanismo de la fotosiacutentesis se dilucidoacute en gran

parte utilizando carbono 14 como rastreador Por

ejemplo para determinar coacutemo fabrican las plan-

tas el azuacutecar glucosa a partir de dioacutexido de carbo-

no y agua la planta se expone a dioacutexido de carbo-

no radiactivo El investigador identifica los com-

puestos que se forman a partir de estas materias

42

primas y el orden en el que se sintetizan y despueacutes

determina cuaacuteles compuestos se tornan radiactivos

y en queacute secuencia Con base en los dates obteni-

dos de experimentos con rastreadores los cientiacutefi-

cos determinan las rutas metaboacutelicas de plantas

animales y seres humanos

43

8 MEDICINA NUCLEAR

La medicina nuclear ha generado tra-

tamientos y terapias inimaginables

antes de su descubrimiento

En el diagnostico generoacute meacutetodos no

invasivos que evitan a los paciente

tanto sufrimientos como peacuterdidas de

tiempo

En medicina nuclear se dan dos usos distintos

a los radioisoacutetopos para fines terapeacuteuticos o para

realizar un diagnoacutestico En la terapia con radiacioacuten

se intenta tratar o curar un padecimiento por

44

medio de radiacioacuten El uso de los radioisoacutetopos

con fines de diagnoacutestico busca obtener informa-

cioacuten acerca del estado de salud del paciente

TERAPIA POR RADIACIOacuteN

El caacutencer no es una sola enfermedad sino

muchas Algunas formas de caacutencer son particu-

larmente susceptibles a la terapia por radiacioacuten La

radiacioacuten se dirige cuidadosamente hacia el tejido

canceroso y se reduce al miacutenimo la exposicioacuten de

las ceacutelulas normales Si los efectos destructivos de

la radiacioacuten consiguen matar las ceacutelulas cancero-

sas se detiene el avance del tumor maligno (Pero

los pacientes que se someten a terapia por radia-

cioacuten suelen experimentar malestares a causa del

tratamiento Naacuteusea y voacutemito son los siacutentomas

usuales del malestar por radiacioacuten Asiacute pues el

objetivo de la terapia por radiacioacuten es destruir las

ceacutelulas cancerosas antes de que se cause un dantildeo

excesivo a los tejidos sanos La radiacioacuten tiene

45

efectos maacutes letales para las ceacutelulas que se reprodu-

cen con rapidez y eacutesta es precisamente la caracte-

riacutestica de las ceacutelulas cancerosas que permite que la

terapia por radiacioacuten tenga eacutexito

USOS DIAGNOacuteSTICOS DE LOS RADIOISOacuteTOPOS

Los radioisoacutetopos se usan para fines diagnoacutes-

ticos con el propoacutesito de obtener informacioacuten

acerca del tipo o el alcance de la enfermedad El

yodo 131 radiactivo se emplea para determinar el

tamantildeo la forma y la actividad de la glaacutendula ti-

roides asiacute como para tratar caacutenceres localizados

en esta glaacutendula y para controlar una tiroides hi-

peractiva Primero el paciente toma una solucioacuten

de yoduro de potasio que contiene yodo 131 El

organismo concentra el yodo en la tiroides Se

usan dosis grandes para el tratamiento del caacutencer

de la tiroides la radiacioacuten del isoacutetopo se concentra

en las ceacutelulas cancerosas de esta glaacutendula auacuten

cuando las ceacutelulas cancerosas se hayan extendido a

46

otras partes del cuerpo Sin embargo para fines de

diagnoacutestico soacutelo se necesita una pequentildea cantidad

del radioisoacutetopo Tambieacuten 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-

poracioacuten diferencial del isoacutetopo La imagen que

se obtiene se describe como una fotoexploracioacuten

y permite determinar con precisioacuten la ubicacioacuten de

un tumor en esa regioacuten del cuerpo

El radioisoacutetopo de uso maacutes extendido en medicina

es el gadolinio 153 Este isoacutetopo se emplea para

evaluar la mineralizacioacuten de los huesos Su popu-

laridad es un indicio del gran nuacutemero de personas

principalmente mujeres que sufren de osteoporo-

sis (reduccioacuten de la cantidad de tejido oacuteseo) a me-

dida que envejecen El gadolinio 153 emite dos

radiaciones caracteriacutesticas un rayo gamma y un

rayo X Un dispositivo analizador compara estas

radiacioacuten despueacutes de que atraviesan el hueso La

47

densidad del mismo se determina con base en las

diferencias de absorcioacuten de los rayos

El tecnecio 99m se utiliza en diversos ensayos

diagnoacutesticos La letra m quiere decir metaestable

lo que significa que este isoacutetopo emite cierta ener-

giacutea para convertirse en una versioacuten maacutes estable del

mismo isoacutetopo (mismo nuacutemero atoacutemico y mismo

peso atoacutemico) La energiacutea que desprende es el

rayo gamma que permite detectar el isoacutetopo

Tcm9943 Tc99

43 + y

Observa que la desintegracioacuten del tecnecio

99m no produce partiacuteculas alfa ni beta las cuales

podriacutean causar dantildeos innecesarios al organismo

Ademaacutes el tecnecio 99m tiene una vida media cor-

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

tividad no permanece en el organismo mucho

tiempo despueacutes de que la exploracioacuten se ha com-

pletado Esta vida media tan corta obliga a planifi-

48

car cuidadosamente el uso del radioisoacutetopo De

hecho lo que se adquiere no es el isoacutetopo mismo

El tecnecio 99m se forma por desintegracioacuten del

molibdeno 99

Mo9942 Tcm99

43 + e01minus + y

Se emplea un recipiente que contiene este isoacute-

topo de molibdeno y el producto de desintegra-

cioacuten el tecnecio 99 se extrae del recipiente a

medida que se necesita

Mediante el uso de modernas tecnologiacuteas ba-

sadas en la utilizacioacuten de computadoras la tomo-

grafiacutea por emisioacuten de positrones (PET por sus

siglas en ingleacutes) permite medir los procesos dinaacute-

micos que se llevan a cabo en el organismo como

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

boliza el oxiacutegeno o la glucosa Las exploraciones

de PET se emplean actualmente para identificar

con precisioacuten el aacuterea de dantildeo cerebral que desen-

49

cadena los ataques epileacutepticos graves Antes de la

exploracioacuten se inhalan o se inyectan compuestos

que contienen isoacutetopos emisores de positrones

como el carbono 11 Antes de que el positroacuten

emitido pueda recorrer una distancia apreciable en

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

teria ordinaria abundan los electrones) y se produ-

cen dos rayos gamma

C116 B11

5 + e01+

e01+ + e0

1minus 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 simultaacuteneamente

dos rayos gamma el sistema no toma en cuenta

los rayos gamma de la radiacioacuten natural de fondo

A continuacioacuten se emplea una computadora para

calcular la ubicacioacuten dentro del cuerpo del punto

50

en el cual ocurrioacute una aniquilacioacuten del positroacuten y

el electroacuten y se genera una imagen en esa regioacuten

La tabla contiene una lista de radioisoacutetopos de

uso comuacuten en la medicina La lista es necesaria-

mente incompleta Incluso con esta exposicioacuten tan

breve puedes hacerte una idea de la importancia

que los radioisoacutetopos tienen en la medicina La

aseveracioacuten de que la ciencia nuclear ha salvado

maacutes vidas de las destruidas por las bombas atoacutemi-

cas no carece el fundamento

51

Isoacutetopo Nombre Vida me-

dia Uso

C11 Carbono 11 203m Exploraciones cere-

brales

Cr51 Cromo 51 278d Determinacioacuten

del volumen sanguiacute-

neo

Co57 Cobalto 57 270d Medicioacuten de la

incorporacioacuten de

vitamina v12

Co60 Cobalto 60 526a Terapia de caacutencer

por radiacioacuten

Gd153 Gadolinio

153

242d Determinacioacuten

de la densidad oacutesea

Ga67 Galio 67 781h Exploracioacuten en

busca de tumores

pulmonares

I131 Yodo 131 807d Terapia de la ti-

roides

Ir192 Iridio 192 74d Terapia del caacuten-

cer de mamaacute

Fe59 Hierro 59 45d Deteccioacuten de

anemia

52

P32 Foacutesforo 32 143d Deteccioacuten de

caacutencer de la piel o

tumores oculares

Pu238 Plutonio

238

86a Suministra ener-

giacutea para marcapasos

Ra226 Radio 226 1600a Terapia de caacutencer

por radiacioacuten

Se75 Selenio 75 120d Exploraciones del

paacutencreas

Na24 Sodio 24 150h Localizacioacuten de

obstrucciones en el

flujo sanguiacuteneo

Tc99 Tecnecio 99 60h Obtencioacuten de imaacute-

genes de cerebro hiacutega-

do meacutedula oacutesea rintildeoacuten o

corazoacuten

Tl201 Talio 201 73h Deteccioacuten de pro-

blemas cardiacos con la

prueba de esfuerzo en

rueda de andar

H3 Tritio 123a Determinacioacuten de

agua corporal total

Xe133 Xenoacuten133 527d Obtencioacuten de imaacute-

genes de pulmoacuten

53

9 FECHADO POR MEDIO DE RADIOISOacuteTOPOS

Una de las aplicaciones maacutes in-

creiacutebles de la quiacutemica nuclear es la po-

sibilidad de averiguar la antiguumledad de

los objetos encontrados en las investi-

gaciones arqueoloacutegicas

Se puede usar la vida media de ciertos isoacuteto-

pos para estimar la antiguumledad de rocas y artefac-

tos arqueoloacutegicos El uranio 238 se desintegra con

una vida media de 4500 millones de anos Los

productos iniciales de esta desintegracioacuten tambieacuten

son radiactivos y la descomposicioacuten continuacutea

54

hasta que se forma un isoacutetopo de plomo (plomo

206) Los quiacutemicos pueden estimar la antiguumledad

de una roca determinando las proporciones relati-

vas de uranio 238 y plomo 206 Se ha encontrado

que algunas de las rocas maacutes antiguas de la Tierra

se formaron hace entre 3000 y 4500 millones de

antildeos En las rocas lunares y en meteoritos se ha

determinado una antiguumledad maacutexima de alrededor

de 4500 millones de antildeos Asiacute pues se considera

en general que la Tierra tiene una antiguumledad de

unos 4500 millones de antildeos

FECHADO POR CARBONO 14

En el fechado de artefactos interviene por lo

general un isoacutetopo radiactivo de carbono Se for-

ma carbono 14 en las capas superiores de la at-

moacutesfera por el bombardeo que experimenta el

nitroacutegeno ordinario por parte de los neutrones de

los rayos coacutesmicos

55

N147 + n1

0 C146 + H1

1

Este proceso origina una concentracioacuten cons-

tante de carbono 14 en el CO2 terrestre Las plan-

tas y animales vivos incorporan este isoacutetopo en

sus propias ceacutelulas Sin embargo cuando estos

seres mueren se interrumpe la incorporacioacuten de

carbono 14 y el carbono 14 que hay en el orga-

nismo se desintegra (con una vida media de 5 730

antildeos) a nitroacutegeno 14

Por consiguiente basta con medir la actividad

residual de carbono 14 en un artefacto de origen

vegetal o animal para determinar su antiguumledad

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 antildeos de antiguumle-

dad es decir ha estado muerta durante un tiempo

equivalente a una vida media Anaacutelogamente un

artefacto que muestra el 25 de la actividad de

carbono 14 del material vegetal reciente tiene

56

11460 anos de antiguumledad 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 aquiacute supone que la formacioacuten del isoacutetopo

fue constante a lo largo del tiempo En realidad no

es asiacute Sin embargo aproximadamente para los

uacuteltimos 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

aacuterboles Se han construido curvas de calibracioacuten

que permiten determinar fechas consideradas co-

mo exactas

En teacuterminos generales el meacutetodo de carbono

14 es razonablemente preciso para fechar objetos

de hasta 50000 antildeos de antiguumledad La cantidad

residual del isoacutetopo en los objetos de una antiguumle-

dad mayor que esa es demasiado pequentildea para

hacer una determinacioacuten exacta

El carboacuten de las fogatas de los pueblos anti-

57

guos fechado por determinacioacuten de la actividad

de carbono 14 se usa para estimar la antiguumledad

de otros artefactos encontrados en el mismo em-

plazamiento arqueoloacutegico La teacutecnica de fechado

por carbono 14 se ha usado tambieacuten para detectar

si supuestos artefactos antiguos han sido falsifica-

dos

EL SUDARIO DE TURIacuteN

Probablemente han oiacutedo hablar del sudario de

Turiacuten Se trata de una pieza de tejido de lino muy

antigua de unos 4 metros de largo que muestra la

impresioacuten aproximada de un cuerpo humano

Desde alrededor del antildeo 1350 dC 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-

bricacioacuten del lienzo habiacutea sido cultivado en alguacuten

memento entre los anos de 1260 y 1390 dC Por

58

tanto el lienzo no podriacutea haber existido en tiem-

pos de Cristo A diferencia de los pergaminos del

Mar Muerto para los que el fechado por carbono

14 demostroacute que son registros auteacutenticos de una

civilizacioacuten que existioacute hace unos 2000 antildeos el

sudario de Turiacuten resultoacute ser falso

FECHADO POR TRITIO

El tritio que es el isoacutetopo radiactivo del

hidroacutegeno sirve tambieacuten para fechar Su vida me-

dia de 123 antildeos lo hace uacutetil para fechar objetos de

hasta 100 antildeos de antiguumledad Una aplicacioacuten inte-

resante es el fechado de aguardientes Estas bebi-

das alcohoacutelicas son muy costosas cuando han sido

antildeejadas de 10 a 50 antildeos El fechado por tritio

permite comprobar la veracidad de los anuncios

publicitarios respecto al proceso de antildeejamiento

de las variedades maacutes caras

Hay muchos otros isoacutetopos que permiten es-

timar la antiguumledad de objetos y materiales

59

Isoacutetopo Vida me-

dia

(antildeos)

Periacuteodo de

utilidad Uso

Carbono 14 5730 500 a 50000

antildeos

Carboacuten vege-

tal material

orgaacutenico

Tritio 123 1 a 100 antildeosVinos antildeeja-

dos

Potasio 40 13 x 109 Desde 10000

antildeos

Rocas corteza

terrestre y

lunar

Renio 187 43 x1010 Desde 4 x

107 antildeos Meteoritos

Ranio238 45 x109 Desde 107

antildeos

Rocas corteza

terrestre

60

10 PLANTAS DE ENERGIacuteA NUCLEAR

iquestSabeacutes de doacutende viene esa energiacutea que nosotros usamos tanto Mucha de la energiacutea eleacutectrica es

producida por plantas nucleares de to-do el mundo

La energiacutea nuclear ha dado origen a bombas

muy destructivas y a la nociva precipitacioacuten ra-

diactiva y podriacutea incluso provocar un devastador

invierno nuclear Sin embargo una cantidad mu-

cho mayor de personas han recibido beneficios de

la energiacutea nuclear que las que han sido perjudica-

das por ella El hecho es que existen muchos usos

de la energiacutea nuclear que son sumamente beneacutefi-

61

cos Ya conocemos el uso de isoacutetopos radiactivos

en el diagnoacutestico cliacutenico y en el fechado de obje-

tos de antiguumledad desconocida Otro uso paciacutefico

de la energiacutea nuclear es la generacioacuten de electri-

cidad Una gran parte de la energiacutea eleacutectrica que

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

giacutea nuclear

En la actualidad una quinta parte de toda la

electricidad que se produce en Estados Unidos

proviene de plantas de energiacutea nuclear En Euro-

pa la dependencia respecto a la energiacutea nuclear

para la produccioacuten de electricidad es auacuten mayor

En Francia por ejemplo maacutes del 70 de la ener-

giacutea eleacutectrica del paiacutes proviene de plantas nuclea-

res

No es sorprendente que una reaccioacuten que

desprende tanta energiacutea como lo hace la fisioacuten

nuclear se use como fuente de energiacutea para gene-

rar electricidad En las plantas de energiacutea nuclear

se usa el calor obtenido de una reaccioacuten de fisioacuten

62

en cadena controlada para producir vapor de

agua que mueve las turbinas generadoras de elec-

tricidad El combustible nuclear es normalmente

oacutexido de uranio U3O8 enriquecido hasta alrede-

dor de 3 de uranio 235

La energiacutea nuclear es mucho maacutes limpia que la

que se obtiene quemando combustibles foacutesiles

(carboacuten petroacuteleo y gas) no produce cenizas finas

ni holliacuten no forma dioacutexido de carbono que con-

tribuye al efecto de invernadero y al calentamiento

global y no contamina el aire con oacutexidos de azu-

fre y de nitroacutegeno que dan origen a la lluvia aacutecida

Por otra parte emite grandes cantidades de calor

residual en el ambiente y lo que es mucho maacutes

serio produce muchos residuos radiactivos La

eliminacioacuten de todos estos materiales radiactivos

de desecho es uno de los problemas constantes

que se tienen en relacioacuten con las plantas de energiacutea

nuclear

63

11 BOMBA ATOacuteMICA

Todos sabemos los desastres que pue-

den causar la detonacioacuten de una bomba

nuclear

Aquiacute presentamos la explicacioacuten teoacuterica

y coacutemo se pone en praacutectica

COacuteMO FUNCIONA UNA BOMBA NUCLEAR EN LA

TEORIacuteA

El 16 de Julio de 1945 estalloacute la primera bomba

atoacutemica en el campo de pruebas de Trinity cerca

de aacutelamo Gordo (Nuevo Meacutejico) Desde ese pre-

64

ciso instante la historia de la humanidad ha pasado

a una nueva era la era nuclear

Nunca hasta entonces se habiacutean tenido los cono-

cimientos necesarios como para saber que la masa

puede convertirse en grandes cantidades de ener-

giacutea y coacutemo podiacutea realizarse ese proceso hasta

entonces reservado tan soacutelo a las estrellas

La famosa foacutermula de Einstein E = mc2 ha pasa-

do ya ha formar parte de la cultura popular auacuten sin

que en realidad se llegue a saber que implica

Donde E es energiacutea m masa y c la velocidad de la

luz (constante) En esta ecuacioacuten se expresa la

relacioacuten de equivalencia entre masa y energiacutea Por

ejemplo haciendo algunas cuentas se ve que con

un gramo de uranio si se convirtiese totalmente

en energiacutea se obtendriacutean 25 millones de Kw

Aplicado como una bomba nuclear basta decir

que para asolar Hiroshima soacutelo se convirtioacute un

65

gramo de masa (aunque toda la bomba como me-

canismo pesara cuatro toneladas) su potencia fue

de 125 kilotones es decir para igualar su potencia

seriacutean 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 combustibles

de fisioacuten Cuando en un espacio se reuacutene la sufi-

ciente cantidad de materia (denominada masa criacute-

tica) se produce una reaccioacuten en cadena espontaacute-

nea esto es el nuacutecleo de los aacutetomos del material

se divide liberando energiacutea y varios neutrones

raacutepidos que provocan que otros nuacutecleos tam-

bieacuten se dividan y liberen maacutes energiacutea y neutrones

Este proceso se denomina fisioacuten nuclear Sin em-

bargo si la densidad no es suficiente la energiacutea

liberada hace que el material se expanda y se de-

tenga el proceso Para evitar que se pare la reac-

cioacuten se recurre a una materia muy densa de por siacute

(isoacutetopos del uranio y plutonio) que ademaacutes se

comprime de manera muy raacutepida para lograr una

66

altiacutesima densidad que permite que los neutrones

raacutepidos choquen antes con otros nuacutecleos y se

produzcan antes el mayor nuacutemero 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 maacutes energiacutea Para una

explosioacuten de 100 kilotones son necesarias 58 ge-

neraciones las 7 uacuteltimas generan el 999 de la

energiacutea en periodo cortiacutesimo de tiempo Tambieacuten

puede liberarse energiacutea con la fusioacuten en este pro-

ceso los nuacutecleos se unen en vez de separarse pero

se requieren altiacutesimas temperaturas (del orden de

millones de grados) para que este proceso se lleve

a cabo Para esta reaccioacuten se usan aacutetomos ligeros

(maacutes faacuteciles de unir) generalmente hidroacutegeno o

sus isoacutetopos (deuterio y tritio) Para unir dos aacuteto-

mos basta con hacerlos chocar Los protones de

cada aacutetomo 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

67

fusioacuten deben comprimirse fuertemente los nuacute-

cleos y una vez hecho soacutelo podraacuten continuar uni-

dos si pierden un equivalente de la energiacutea que les

hizo apretarse En el caso de usar deuterio y tritio

se libera violentamente un neutroacuten Esta energiacutea

liberada es la que forma una bomba de fusioacuten

tambieacuten denominada bomba H

COMO FUNCIONA UNA BOMBA ATO-MICA EN LA PRACTICA

Sea cual fuere el sistema de funcionamiento de

una bomba nuclear (fusioacuten o fisioacuten) una cantidad

de masa se convierte en energiacutea la potencia soacutelo

depende de la capacidad de la ingenieriacutea para con-

vertir maacutes masa antes de que la reaccioacuten disperse

las moleacuteculas en teoriacutea la potencia es por tanto

ilimitada

Una bomba nuclear consiste baacutesicamente en una

esfera hueca de plutonio que no es lo suficiente-

68

mente densa como para producir una reaccioacuten 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 explosioacuten se disparan los detonado-

res que hacen que el material explosivo estalle de

la manera lo maacutes regular posible para que enviacutee

una onda de choque esfeacuterica hacia el plutonio

Cuando eacutesta impacta contra eacutel lo comprime y re-

duce su volumen empujaacutendolo hacia el centro de

la esfera hasta que alcanza una densidad suficiente

(supercriacutetica) y se dispara el iniciador de neutrones

para comenzar la reaccioacuten en cadena que da lugar

a la explosioacuten nuclear

Las bombas termonucleares de fusioacuten o H nece-

sitan de una gran temperatura para que se puedan

unir los nuacutecleos esto se consigue en el interior de

una explosioacuten de fisioacuten que es el comienzo de

toda bomba H

69

Una vez acabada la reaccioacuten de fusioacuten nos encon-

traremos con una esfera expandida con una tem-

peratura de millones de grados en la que existen

los productos de la fusioacuten (litio e isoacutetopos del

hidroacutegeno) Tal es su velocidad que pueden fun-

dirse unos con otros dando lugar a la reaccioacuten de

fusioacuten Esta reaccioacuten genera maacutes energiacutea que la

anterior y libera gran cantidad de partiacuteculas nu-

cleares pero no es una reaccioacuten en cadena ya que

el propio calor que genera hace que las partiacuteculas

se separen y se expandan en forma de una esfera

de plasma con una temperatura que tan soacutelo expe-

rimenta el universo de manera natural en las estre-

llas En nuestro sol por ejemplo ocurren la fusioacuten

nuclear de hidroacutegeno y helio Pero antes de que la

reaccioacuten se extinga los neutrones generados por

las detonaciones anteriores provocan de nuevo

una reaccioacuten de fusioacuten sobre una camisa de U-

238 pero esta vez mucho mayor que las anterio-

res La potencia de una bomba termonuclear care-

ce de liacutemite una bomba como la de Hiroshima de

70

125 kilotones (un kilotoacuten equivale a 1000 tonela-

das de TNT) se considera dentro de los arsenales

modernos como pequentildea siendo las de un mega-

toacuten (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 la

Segunda Guerra Mundial

Para la construccioacuten de una bomba nuclear nor-

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

primero no forma parte de la reaccioacuten nuclear

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

nera espontaacutenea emitiendo neutrones que son

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

duzca de manera accidental la reaccioacuten en cadena

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

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

cioacuten 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

71

reactores nucleares a partir del U-238

La desintegracioacuten del uranio en la reaccioacuten en

cadena se produce de manera espontaacutenea para una

masa de 50 Kg si eacuteste elemento es puro El pluto-

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

da reaccioacuten en cadena de modo que se mezcla de

berilo y polonio dando como resultado un pro-

ducto que aunque no es fisionable por si solo una

pequentildea cantidad actuacutea como catalizador para las

grandes reacciones Asiacute bastan 16 Kg de PU-239

para obtener la masa supercriacutetica y 10 Kg si se

mezcla con U-238

El U-235 es muy difiacutecil de extraer por encontrarse

en la naturaleza muy mezclado con otros com-

puestos Asiacute por cada 25000 toneladas de mineral

de uranio bruto soacutelo se obtienen 50 toneladas de

uranio del que el 993 es U-235 y el resto el

rariacutesimo isoacutetopo U-238 ambos soacutelo se pueden

separar de manera mecaacutenica gracias a la leviacutesima

72

diferencia de peso entre ambos Asiacute el uranio se

mezcla en forma gaseosa con fluor (hexafluoriacutedri-

co) que es impulsado a baja presioacuten hacieacutendolo

pasar por unas caacutemaras que aumentan la concen-

tracioacuten de uranio sensiblemente tras cientos de

pasadas Para una central nuclear la pureza ha de

ser del 2 y para una bomba (teoacutericamente) el

95

Para separar el isoacutetopo se recurre a la centrifuga-

cioacuten del gas siendo el maacutes pesado U-238 despedi-

do hacia el exterior con maacutes fuerza Para obtener

otra vez el uranio separado del gas se recurre a la

separacioacuten magneacutetica

MECANISMOS QUE SUELEN COMPONER UNA

BOMBA NUCLEAR

Los mecanismos que suelen componer una bom-

ba nuclear son los siguientes

73

ALTIacuteMETRO No suele usarse el baromeacutetrico

por verse afectado por las condiciones atmosfeacuteri-

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 seguacuten el tiempo transcu-

rrido en el recorrido puede saberse la altura sin

necesidad de complicar maacutes el sistema para dar

una precisioacuten que en realidad no es importante (2

o 3 m de diferencia no son apreciables maacutes que

en minibombas bastante menores que las de

Hiroshima) siendo la altura normal de detonacioacuten

la de 2000 m

En la praacutectica 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 electroacute-

nicamente para obtener la diferencia de ambas

que es proporcional a la altura Los pulsos suelen

emitirse 120 veces por segundo y alcanzan un

74

rango de 3000 m sobre la tierra y 6000 m sobre

el mar (la reflexioacuten es alliacute mejor) siendo su error

de hasta 15 m

CABEZA DETONADORA Como ya se dijo

estaacute compuesta de una carga explosiva muy bien

calibrada que a la orden del altiacutemetro detona

produciendo una onda de choque uniforme sobre

el elemento radioactivo comprimieacutendolo hasta

alcanzar la masa supercriacutetica

Compantildeiacuteas privadas producen camisas explosivas

que modificadas pueden ser usadas para la fabri-

cacioacuten del objeto que nos ocupa La cantidad de

presioacuten necesaria a aplicar es un secreto por razo-

nes de seguridad aunque se sabe que los explosi-

vos plaacutesticos son ideales sobre todo por su malea-

bilidad y facilidad de manejo

El detonador variacutea si es combustible es uranio o

plutonio

75

DETONADOR DE URANIO La masa total se

divide en dos partes una mayor de forma semies-

feacuterica y coacutencava que se acopla perfectamente con

la otra maacutes pequentildea Como es de suponer ambas

se encuentran separadas hasta el momento de la

detonacioacuten en el que una explosioacuten convencional

dispara la parte pequentildea que impacta contra la

mayor para lograr en un instante la masa supercriacute-

tica

DETONADOR DE PLUTONIO Necesita

una precisioacuten de ingenieriacutea mucho mayor que la

anterior ya que estaacute compuesta de 32 secciones de

plutonio-berilio-polonio todas de igual forma y

posicioacuten distribuidas conceacutentricamente El aspecto

final es parecido al de un baloacuten de fuacutetbol Todas

han de cerrarse simeacutetricamente en una diezmillo-

neacutesima de segundo para conseguir la detonacioacuten

DEFLECTOR DE NEUTRONES Suele ser

U-238 Su funcioacuten es la que ya se explicoacute evitar

76

una reaccioacuten accidental ademaacutes refleja las partiacutecu-

las de vuelta cuando se alcanza la masa supercriacuteti-

ca

ESCUDO PROTECTOR Recibe otros nom-

bres pero su funcioacuten es siempre la de proteger de

la radiacioacuten natural tanto al personal que la maneja

como a los circuitos de la bomba que pueden su-

frir cortocircuitos o puestas en funcionamiento

accidentales

SISTEMA DE ARMADO Es otro sistema maacutes

de seguridad consistente en quitar una parte im-

prescindible de la bomba para evitar detonaciones

accidentales de modo que soacutelo cuando estaacute

proacuteximo su lanzamiento se inserta esta parte Una

analogiacutea seriacutea como si al aparcar nuestro coche le

quitaacuteramos el volante o una bujiacutea asiacute estariacuteamos

seguros de que no nos lo roban porque sin estas

partes el coche no funciona

77

12 EFECTOS DE UNA EXPLOSIOacuteN NUCLEAR

Tenemos frescas en nuestra memo-

ria las imaacutegenes que nos mostroacute la

televisioacuten cuando se produjo el ac-

cidente de Chernobyl

Aquiacute explicamos todas las conse-

cuencias de una detonacioacuten 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

78

bull Radiacioacuten nuclear inicial la altiacutesima

temperatura y la elevada presioacuten que se

genera en el interior de la explosioacuten emi-

ten radiacioacuten en todas las direcciones Esta

se compone de rayos alfa beta y gamma

que son una forma de radiacioacuten electro-

magneacutetica de alta energiacutea que puede causar

la muerte sin que el individuo se de cuenta

de que ha sido irradiado Una explosioacuten de

un megatoacuten (de tamantildeo estaacutendar) matariacutea

a todo ser humano en 15 Km a la redonda

que se encontrase al aire libre

Las partiacuteculas alfa son ideacutenticas a un nuacutecleo de

helio son las que mas larga vida tienen unos mil

antildeos pero su poder de penetracioacuten 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 radiacioacuten Con 45 cm de tierra se

consigue reducir la radiacioacuten veinte veces

Las partiacuteculas beta penetran maacutes siendo suficiente

79

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

to la radiacioacuten (una pared moderna ya espesa se

compone de 1 pie de ladrillo maacutes caacutemara maacutes

aislante maacutes ladrillo hueco y yeso que suele que-

darse en los 37 cm)

Los de maacutes poder de penetracioacuten son las gamma

y por tanto los maacutes peligrosos ya son los que se

introducen en los refugios nucleares auacuten con

grandes espesores de hormigoacuten La uacutenica protec-

cioacuten eficaz es la de interponer grandes masas de

material mejor cuanto maacutes denso siendo el ideal

el plomo ya que pasa por los materiales como la

luz por una tela si esta es maacutes densa mayor canti-

dad de chocaraacute con ella y no la traspasaraacute Para

reducir la dosis a un veinteavo se precisan 30 cm

de hormigoacuten armado

bull Pulso electromagneacutetico La intensa acti-

vidad de los rayos gamma genera mediante

induccioacuten una corriente de alto voltaje so-

80

bre antenas viacuteas feacuterreas tuberiacuteas que des-

truye todas las instalaciones eleacutectricas de

una amplia zona si la explosioacuten se efectuacutea

a gran altura Una detonacioacuten de muchos

kilotones a 200 km sobre Omaha (Ne-

brasca) destruiriacutea todos los circuitos eleacutec-

tricos integrados de toda Norteameacuterica y

parte de Meacutejico y Canadaacute Ante el riesgo

de una detonacioacuten nuclear es conveniente

alejarse de liacuteneas eleacutectricas y viacutea feacuterreas ya

que la corriente inducida puede electrocu-

tarnos

bull Pulso teacutermico al expandirse la bola de

fuego el aire circundante absorbe energiacutea

en forma de rayos X y la irradia en forma

de una luz cegadora y un intensiacutesimo ca-

lor Una bomba de 20 Megatones produci-

riacutea una intensa luz durante 20 segundos y

causariacutea quemaduras de segundo grado a

81

cualquier persona expuesta a 45 Km de

distancia

bull Onda de choque La raacutepida expansioacuten de

la bola de fuego genera una onda de cho-

que como cualquier explosioacuten pero de

una potencia muy superior ya que puede

aplastar o barrer edificios dantildeaacutendolos muy

seriamente o destruyeacutendolos por comple-

to ya que maacutes que empujar por su dura-

cioacuten lo que hace es estrujar Una bomba

de 20 megatones no dejariacutea en un radio de

20 Km maacutes que escombros soacutelo se salva-

riacutean las cimentaciones y construcciones

enterradas

bull Primera lluvia radioactiva o lluvia ra-

diactiva local una explosioacuten de 20 mega-

tones aras de suelo produciriacutea un craacuteter de

183 m de profundidad la elevada tempe-

82

ratura vaporiza todo lo que se encuentra

dentro de la bola de fuego todo se funde

con los materiales radiactivos de la fisioacuten o

fusioacuten y se eleva con el hongo para luego

precipitar en forma de finas cenizas Esto

ocurriraacute durante las 24 h siguientes a la

explosioacuten y afectaraacute a una regioacuten maacutes o

menos amplia para una misma potencia

seguacuten la climatologiacutea El fenoacutemeno se am-

pliacutea considerablemente si la detonacioacuten se

produce cerca del suelo La energiacutea 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 maacutes destructivos los deno-

minados secundarios como incendios en masa

que acabariacutean con los pocos supervivientes y ma-

tariacutean a maacutes que el pulso teacutermico y la onda de

choque

83

Ademaacutes en caso de que se lanzaran muchas

bombas nucleares sus efectos secundarios seriacutean

mucho maacutes 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 10000 mega-

tones miacutenimos para considerar un holocausto

como tal

bull El primero de estos efectos es que la ra-

dioactividad liberada en caso de holocaus-

to penetrariacutea en todos y cada uno de los

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

Mientras que en dosis altas (seguacuten la espe-

cie) produciriacutea la muerte en otras maacutes ba-

jas los efectos seriacutean de lo maacutes variados

(mutaciones esterilidad)

bull El segundo seriacutea que los materiales im-

pulsados por las detonaciones se elevariacutean

hasta la troposfera donde ocultariacutean la luz

84

del sol durante meses o antildeos haciendo ba-

jar la temperatura de la tierra y alterando la

fotosiacutentesis de los vegetales y el plancton

marino seriacutea el famoso invierno nuclear

Ademaacutes estos materiales radiactivos iriacutean

cayendo durante meses o antildeos convirtieacuten-

dose en una lluvia radiactiva global que

auacuten con menos dosis radiactiva que una

lluvia provocada por una bomba seriacutea

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

antildeos Ese 5 de energiacutea liberada por la

lluvia radiactividad en una bomba es poco

pero en los 10000 megatones de un holo-

causto suponen ya 500 megatones que iraacuten

estallando durante miles de antildeos des-

pueacutes de la cataacutestrofe

85

bull El tercero seriacutea una reduccioacuten en la capa

de ozono producida por el oacutexido de nitroacute-

geno generado por las bolas de fuego de

modo que la radiacioacuten solar que llegase a

la tierra seriacutea mortal Un 70 del ozono

desapareceriacutea en el hemisferio norte y un

40 en el sur siendo necesarios treinta

antildeos para recuperar su estado normal

86

Ejercicios 12

MODELO DE RESOLUCIOacuteN

La distribucioacuten de los electrones de un aacutetomo

en sus niveles y subniveles se puede representar en

forma abreviada de la siguiente manera

a) Un coeficiente que indica el nuacutemero del nivel

de energiacutea (n)

b) Una letra que corresponde al subnivel

c) Un supraiacutendice que sentildeala el nuacutemero de elec-

trones que hay en el subnivel

1H = 1s1

3Li = 1s2 2s1

En razoacuten del entrecruzamiento de subniveles

el orden en que se van completando los subniveles

por energiacutea creciente es el siguiente

87

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

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

5d 6p 7s 5f 6d

7p

Para visualizar la distribucioacuten de los electrones

en orbitales se puede representar cada orbital por

un pequentildeo cuadrado dividido por una diagonal

y cada electroacuten mediante una flecha

Entonces el orbital puede estar

Vaciacuteo incompleto completo

(1 electroacuten) (2 electrones)

En caso del orbital completo las flechas tienen

sentido contrario para indicar que los electrones

presentan spin contrario

El llenado de los orbitales por los electrones

se realiza a partir de los niveles y subniveles en

88

orden creciente de energiacutea Cada nuevo electroacuten se

incorpora a un orbital vaciacuteo

De ese modo los elementos quedan represen-

tados asiacute

1H =

1s

3Li =

1s 2s

7N =

1s 2s 2p

89

Ejercicios 121

1) Un aacutetomo de foacutesforo tiene 15 protones y 16

neutrones Indicaacute cuaacutel es su

a) nuacutemero atoacutemico (Z) b) nuacutemero

de masa (A)

2) Un aacutetomo de potasio tiene Z =19 y A = 39

Indicaacute su nuacutemero de

a) protones b) electrones

c) neutrones

3) Completaacute los datos que faltan en el siguiente

cuadro

90

ELE-

MEN-

TO

NUacute-

MERO

ATOacute-

MICO

NUacute-

MERO

DE

MASA

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) Sentildealaacute el nombre y siacutembolo de los elementos

cuyas configuraciones electroacutenicas 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) Escribiacute la configuracioacuten electroacutenica de los

siguientes elementos

91

a) Na2311 = c) O16

8 =

b) Cl3517 = d) C12

6 =

6) De acuerdo con la siguiente representacioacuten de

los electrones en orbitales indicaacute a queacute ele-

mentos corresponden

a)

b)

c)

d)

7) Representaacute la distribucioacuten de los electrones en

orbitales de los elementos

a) 7N= c) 18Ar =

b) 15AI = d) 19K =

92

Hoja de respuestas121

1) a) 15 b) 31 2) a) 19 b) 19 c) 20

3)

ELE-

MEN-

TO

NUacuteME-

RO

ATOacute-

MICO

NUacute-

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)Argoacuten Ar

d)Escandio Sc

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

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)middot

94

Ejercicios 1211

Modelo de resolucioacuten

El nuacutemero de oxidacioacuten se asigna seguacuten las si-

guientes reglas

1) El nuacutemero de oxidacioacuten de los elementos en la

sustancia simple es cero

Ejemplo Cu0 02Cl

2) El nuacutemero de oxidacioacuten del oxiacutegeno es 2

excepto en las sustancias como el agua oxige-

nada Ejemplo H2

2Ominus

3) El nuacutemero de oxidacioacuten del hidroacutegeno es +1

excepto en las sustancias donde estaacute combina-

do con los metales Ejemplo 1

H+

2O

4) El nuacutemero de oxidacioacuten de un ion monoatoacute-

mico es igual a la carga del ion Ejemplo Ca2-

Cl-

95

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

braica de los nuacutemeros de oxidacioacuten de todos

los aacutetomos debe ser cero Ejemplo 1

H+

2

2Ominus

there42(+1) + (-2) = 0

6) En los iones que tienen maacutes de un aacutetomo la

suma algebraica de los nuacutemeros de oxidacioacuten

de todos los aacutetomos es igual a la carga del ion

El nuacutemero de oxidacioacuten se escribe colocando primero el signo y luego el nuacutemero

Ejemplo el nuacutemero de oxidacioacuten del aluminio es +3

1) Calculaacute los nuacutemeros de oxidacioacuten en la moleacute-

cula de dioacutexido de azufre (SO2)

Datos SO2 nuacutemero de oxidacioacuten del O2

es 2

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de S

Resolucioacuten Cada aacutetomo de oxiacutegeno tiene

nuacutemero de oxidacioacuten 2 por lo tanto el nuacute-

mero de oxidacioacuten del azufre es +4 porque

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

96

2) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten del azufre en

el aacutecido sulfuacuterico (H2SO4)

Datos H2SO2 nuacutemero de oxidacioacuten del

O2 es 2 nuacutemero de oxidacioacuten de H es -1

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de S

Resolucioacuten Se debe cumplir que la suma al-gebraica de todos los nuacutemeros de oxidacioacuten sea cero

4(-2) + 21 + x = 0

-8 + 2 + x = 0

x = 6

Respuesta el nuacutemero de oxidacioacuten del azufre

en el aacutecido sulfuacuterico es +6

3) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten del nitroacutegeno

en el nitrato de sodio (NaNO3)

Datos NaNO3 nuacutemero de oxidacioacuten del

O2 es 2

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de N

97

Resolucioacuten El nuacutemero de oxidacioacuten del

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

ga eleacutectrica positiva

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

1 6 + x = 0

x = 5

Respuesta el nuacutemero de oxidacioacuten del nitroacute-

geno en el nitrato de sodio es +5

4) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten del azufre en

el ion sulfato (S 24Ominus )

Datos S 24Ominus nuacutemero de oxidacioacuten del O2

es 2

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de S

Resolucioacuten La suma de los nuacutemeros de

oxidacioacuten es igual a 2 porque el ion sulfato

tiene dos cargas negativas (2-)

x + 4(-2) = -2

x 8 = -2

x = 6

98

Respuesta El nuacutemero de oxidacioacuten del azu-

fre en el ion sulfato es +6

99

Ejercicios 1212

1) Dibujaacute los siacutembolos de Lewis para los aacutetomos

de

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

2) iquestCoacutemo adquiere la distribucioacuten electroacutenica del

ineacutertido maacutes cercano cada uno de los siguien-

tes aacutetomos

a) K b)

F c)

S d) Mg e)

Br

3) Escribiacute las ecuaciones ioacutenicas la foacutermula elec-

troacutenica y la foacutermula miacutenima del compuesto

ioacutenico formado por

a) K y Br (bromuro de potasio)

b) Ca y O (oacutexido de calcio)

4) Marcaacute con una X las propiedades correspon-

dientes a las sustancias que presentan uniones

ioacutenicas

100

a) Son soacutelidas y tienen bajo punto de fusioacuten ( )

b) Conducen la corriente eleacutectrica fundidas o di-

sueltas en agua ( )

c) Tienen brillo metaacutelico ( )

d) Forman cristales duros y quebradizos solubles

en agua ( )

e) No conducen la corriente eleacutectrica ( )

5) Explicaacute coacutemo se unen dos aacutetomos de bromo

para formar la moleacutecula Br2 y escribiacute su

foacutermula electroacutenica y su foacutermula desarrollada

6) La foacutermula del monoacutexido de dicloro es Cl2O

a) Indicaacute queacute tipo de unioacuten existe entre el cloro y

el oxiacutegeno

b) Escribiacute su foacutermula electroacutenica y su foacutermula

desarrollada

7) El azufre y el oxiacutegeno forman dos oacutexidos

importantes el dioacutexido de azufre (SO2) y el

101

trioacutexido de azufre (SO3) Para el trioacutexido de

azufre

a) Indicaacute queacute tipo de unioacuten existe entre el azufre

y los tres aacutetomos de oxiacutegeno

b) Escribiacute la foacutermula electroacutenica

c) Escribiacute la foacutermula desarrollada

8) Marcaacute 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

liacutequidas o soacutelidas ( )

c) Son duacutectiles y maleables ( )

d) No forman moleacuteculas son agregados de

iones ( )

e) No son buenas conductoras de la corriente

eleacutectrica ( )

102

9) Coloque en el pareacutentesis UCP si la unioacuten es

covalente polar y UCNP si es covalento no

polar en cada una de las siguientes sustancias

a) cloruro de hidroacutegeno HCl ( )

b) Hidroacutegeno H2 ( )

c) yodo l2 ( )

10) Escribiacute la foacutermula electroacutenica y la foacutermula

desarrollada de cada una de las sustancias

mencionadas en el ejercicio 9

11) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten

a) del azufre (S)en el dioacutexido de azufre (SO2) en

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

sodio (Na2S)

b) del nitroacutegeno (N) en el dioacutexido de nitroacutegeno

(NO2) en el aacutecido niacutetrico (HNO3) y en el ni-

trato de potasio (KNO3)

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

can en el concepto de unioacuten metaacutelica

103

a) Tienen bajo punto de fusioacuten y de

ebullicioacuten ( )

b) Tienen brillo metaacutelico ( )

c) Conducen la corriente eleacutectrica sin

alterarse ( )

d) En estado soacutelido son malos conductores de la

corriente eleacutectrica ( )

e) Forman hilos y laacuteminas delgadas ( )

104

Hoja de respuestas 1212

1) a) He b) Al c)

Si d)

Ar e)

N

2) a) cede un electroacuten d) cede electrones c)

gana dos electrones b) y e) gana un electroacuten

3) a) Ecuaciones ioacutenicas

K K1+ + 1 e

Br + 1 e Br1-

K1+ + Br- KBr

Foacutermula electroacutenica K1+minus

1

Br

Foacutermula miacutenima KBr

b) Ecuaciones ioacutenicas

Ca Ca 2+ + 2 e

O + 2 e O2-

Ca2+ + O2- CaO

Foacutermula electroacutenica Ca2+ minus

2

O

105

Foacutermula miacutenima CaO

4) b y d

5) se unen compartiendo un par de electrones

6) a) unioacuten covalente

b) foacutermula electroacutenica

Cl

O

Cl

foacutermula desarrollada Cl O Cl

7) a) una unioacuten covalente doble entre el azufre y

uno de los aacutetomos de oxiacutegeno dos uniones cova-

lentes coordinadas con los otros dos aacutetomos de

oxiacutegeno

b) Foacutermula electroacutenica

Foacutermula desarrollada

106

8) a b y e

9) a) UCP y c) UCNP

10) Foacutermula electroacutenica Foacutermula desarrollada

a) H

Cl H Cl

b) HH H H

c)

I

I l I

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

12) b c y e

  • RADIACTIVIDAD
    • IacuteNDICE
      • 1 RADIACTIVIDAD NATURAL
      • 2 RELACIOacuteN ENTRE LA LEY DE LAVOISIER Y LA DE EINSTEIN
      • 3 INTERACCIONES ENTRE AacuteTOMOS Y ONDAS
      • 4 PODER DE PENETRACIOacuteN DE LA RADIACIOacuteN
      • 5 VIDA MEDIA
      • 6 RADIACTIVIDAD ARTIFICIAL
      • 7 USOS DE LOS RADIOISOacuteTOPOS
      • 8 MEDICINA NUCLEAR
      • 9 FECHADO POR MEDIO DE RADIOISOacuteTOPOS
      • 10 PLANTAS DE ENERGIacuteA NUCLEAR
      • 11 BOMBA ATOacuteMICA
      • 12 EFECTOS DE UNA EXPLOSIOacuteN NUCLEAR
        • Ejercicios 12
        • Ejercicios 121
        • Hoja de respuestas121
        • Ejercicios 1211
        • Ejercicios 1212
        • Hoja de respuestas 1212

31

6 RADIACTIVIDAD ARTIFICIAL

La radiactividad es un fenoacutemeno na-

tural y en esas condiciones poco

aprovechable

El hombre trabajoacute mucho para con-

trolarlo y hacer de este efecto algo

uacutetil Aunque como es muy habitual

en la humanidad las implementacio-

nes destructivas tambieacuten tuvieron

gran desarrollo

32

TRANSMUTACIOacuteN ARTIFICIAL

Las formas de radiactividad que se presentan

en la Naturaleza Se pueden inducir otras reaccio-

nes nucleares bombardeando nuacutecleos estables con

partiacuteculas alfa neutrones u otras partiacuteculas sub-

atoacutemicas Estas partiacuteculas si tienen suficiente

energiacutea penetran los nuacutecleos que antes eran esta-

bles e inducen alguna forma de emisioacuten radiacti-

va Al igual que la radiactividad natural este tipo

de cambio nuclear produce una transmutacioacuten un

elemento se transforma en otro Debido a que el

cambio no se habriacutea producido de manera natural

el proceso se conoce como transmutacioacuten artifi-

cial

Pocos antildeos despueacutes de su famoso experimen-

to de la laminilla de oro (bombardeo con radiacioacuten

alfa una lamina de oro y detectoacute en una lamina de

sulfuro de zinc la radiacioacuten emergente) Ernest

Rutherford estudioacute el bombardeo de diversos

elementos ligeros con partiacuteculas alfa Un experi-

33

mento de este tipo en el cual Rutherford bom-

bardeoacute nitroacutegeno dio por resultado la produccioacuten

de protones

N147 + He4

2 O178 + H1

1

(Recordaacute que el nuacutecleo de hidroacutegeno es un protoacuten

por eso usamos el siacutembolo alternativo H11 para el pro-

toacuten)

Observaacute que la suma de los nuacutemeros de nu-

cleones de la izquierda es igual a la suma de los

nuacutemeros de nucleones de la derecha Tambieacuten los

nuacutemeros atoacutemicos estaacuten balanceados

Rutherford habiacutea postulado en 1914 la exis-

tencia de protones en los nuacutecleos Un experimen-

to publicado en 1919 proporcionoacute la primera

comprobacioacuten empiacuterica de la existencia de estas

partiacuteculas fundamentales Ya antes Eugen Golds-

tein habiacutea producido protones en sus experimen-

34

tos con tubos de descarga en gas Goldstein obtu-

vo estas partiacuteculas a partir del hidroacutegeno gaseoso

contenido en el tubo por separacioacuten de un elec-

troacuten del aacutetomo de hidroacutegeno La trascendencia del

experimento de Rutherford consistioacute en que ob-

tuvo protones del nuacutecleo de un aacutetomo que no era

de hidroacutegeno con lo cual establecioacute la naturaleza

de los protones como partiacuteculas fundamentales Al

hablar de partiacuteculas fundamentales nos referimos a

las unidades baacutesicas a partir de las cuales se pue-

den formar estructuras maacutes complicadas (como el

nuacutecleo de nitroacutegeno) El experimento de Ruther-

ford constituyoacute la primera reaccioacuten nuclear indu-

cida

Durante la deacutecada de 1920 se llevaron a cabo

muchas transmutaciones artificiales En la deacutecada

de 1930 una de estas reacciones condujo al descu-

brimiento de otra partiacutecula fundamental En 1932

James Chadwick bombardeoacute berilio con partiacuteculas

alfa

35

Be94 + He4

2 C126 + n1

0 Entre los productos se encontraba el neutroacuten

RADIACTIVIDAD INDUCIDA

Las primeras reacciones nucleares produjeron

isoacutetopos que ya se conociacutean por estar presentes en

la Naturaleza Esto fue quizaacute fortuito porque era

inevitable que tarde o temprano se produjese un

nuacutecleo estable Iregravene Curie (hija de los ganadores

del premio Nobel de 1903) y su esposo Freacutedeacuteric

Joliot estudiaban el bombardeo de aluminio con

partiacuteculas alfa Se produciacutean neutrones y quedaba

como residuo un isoacutetopo de foacutesforo

Al2713 + He4

2 P3015 + n1

0

Para sorpresa de los investigadores el blanco

seguiacutea emitiendo partiacuteculas auacuten despueacutes de inte-

rrumpido el bombardeo El isoacutetopo de foacutesforo era

radiactivo y emitiacutea partiacuteculas cuya masa era igual a

36

la del electroacuten pero cuya carga era opuesta Estas

partiacuteculas se llaman positrones La reaccioacuten que

estaban observando era la siguiente

P3015 e0

1+ + Si3014

Asiacute pues surge una vez maacutes la pregunta iquestde doacuten-

de proviene esta partiacutecula si el nuacutecleo contiene

soacutelo protones y neutrones Anteriormente expli-

camos el hecho de que surgiese una partiacutecula beta

(un electroacuten) de un nuacutecleo afirmando que un neu-

troacuten se habiacutea descompuesto en un protoacuten y un

electroacuten Quizaacute un suceso similar puede explicar la

aparicioacuten de un positroacuten Considera que un pro-

toacuten del nuacutecleo se transforma en un neutroacuten y un

positroacuten (un protoacuten es ideacutentico a un nuacutecleo de

hidroacutegeno)

H11 e0

1+ + N10

Todo queda muy bien balanceado en esta

37

ecuacioacuten Al emitirse el positroacuten el nuacutecleo radiac-

tivo original tiene de pronto un protoacuten menos y

un neutroacuten maacutes que antes Por tanto la masa del

nuacutecleo producido es la misma pero su nuacutemero

atoacutemico se ha reducido en una unidad respecto al

nuacutecleo original Por este trabajo la pareja Joliot-

Curie se hizo acreedora al premio Nobel en 1935

(la pareja Joliot-Curie adoptoacute el apellido combina-

do para perpetuar el nombre de Curie Marie y

Pierre Curie tuvieron dos hijas pero ninguacuten hijo

varoacuten

38

7 USOS DE LOS RADIOISOacuteTOPOS

Muchas de las aplicaciones de la energiacutea

de la radiacioacuten se realizan a traveacutes de los

radioisoacutetopos

Gracias a ellos y a los detectores se evitan

grandes perdidas materiales y se ahorra

grandes esfuerzos

Los cientiacuteficos que trabajan en una amplia va-

riedad de campos emplean isoacutetopos radiactivos

(radioisoacutetopos) como rastreadores en sistemas

fiacutesicos quiacutemicos y bioloacutegicos Los isoacutetopos de un

elemento determinado sea radiactivo o no se

39

comportan de manera casi ideacutentica en los proce-

sos quiacutemicos y fiacutesicos En virtud de la facilidad

para detectar los isoacutetopos radiactivos es relativa-

mente faacutecil seguir sus movimientos incluso en un

sistema complicado

Como un ejemplo sencillo consideremos el

flujo de un liacutequido por una tuberiacutea Supongamos

que hay una fuga en una tuberiacutea enterrada bajo un

piso de concreto Podriacuteamos localizar la fuga le-

vantando partes extensas del piso o bien podriacutea-

mos agregar una pequentildea cantidad de material

radiactivo al liacutequido que va hacia el drenaje y ras-

trear el flujo de liacutequido con un contador Geiger

(un instrumento que detecta la radiactividad) Una

vez localizada la fuga soacutelo habriacutea que levantar una

parte pequentildea del piso para reparar la fuga Por lo

general se emplean para este propoacutesito isoacutetopos

de vida corta que desaparecen poco tiempo des-

pueacutes de realizar su funcioacuten

Anaacutelogamente podriacuteamos rastrear la incorpo-

racioacuten de foacutesforo en una planta verde La planta se

40

alimenta con un fertilizante que contiene foacutesforo

radiactivo Un meacutetodo sencillo de deteccioacuten con-

siste en colocar la planta sobre una peliacutecula foto-

graacutefica La radiacioacuten que emiten los isoacutetopos de

foacutesforo expone la peliacutecula en gran medida como

lo hace la luz Este tipo de exposicioacuten llamado

radiografiacutea muestra la distribucioacuten del foacutesforo en

la planta

Tambieacuten se da un buen uso a los rastreadores

radiactivos en la investigacioacuten agriacutecola Estos isoacute-

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 cuaacuteles son los mejores meacutetodos para

regular los insectos La mutacioacuten intencional de

plantas por irradiacioacuten ha producido nuevas y

mejores cepas de plantas de cultivo con valor co-

mercial desde raacutebanos hasta maniacute

Los radioisoacutetopos se emplean tambieacuten para

irradiar alimentos como meacutetodo de conservacioacuten

La radiacioacuten destruye los microorganismos que

41

causan la descomposicioacuten de los alimentos Los

alimentos irradiados muestran poco cambio en

cuanto a su saber o aspecto A muchas personas

les inquietan los posibles efectos dantildeinos de las

sustancias quiacutemicas que produce la radiacioacuten pero

no hay pruebas contundentes de dantildeos causados

por alimentos irradiados en animales de laborato-

rio alimentados con ellos y tampoco se conocen

efectos adversos en seres humanos en los paiacuteses

donde la irradiacioacuten se ha utilizado por muchos

antildeos El proceso de esterilizacioacuten no deja irradia-

cioacuten residual en los alimentos

Los radioisoacutetopos han sido empleados exten-

samente en la investigacioacuten cientiacutefica baacutesica El

mecanismo de la fotosiacutentesis se dilucidoacute en gran

parte utilizando carbono 14 como rastreador Por

ejemplo para determinar coacutemo fabrican las plan-

tas el azuacutecar glucosa a partir de dioacutexido de carbo-

no y agua la planta se expone a dioacutexido de carbo-

no radiactivo El investigador identifica los com-

puestos que se forman a partir de estas materias

42

primas y el orden en el que se sintetizan y despueacutes

determina cuaacuteles compuestos se tornan radiactivos

y en queacute secuencia Con base en los dates obteni-

dos de experimentos con rastreadores los cientiacutefi-

cos determinan las rutas metaboacutelicas de plantas

animales y seres humanos

43

8 MEDICINA NUCLEAR

La medicina nuclear ha generado tra-

tamientos y terapias inimaginables

antes de su descubrimiento

En el diagnostico generoacute meacutetodos no

invasivos que evitan a los paciente

tanto sufrimientos como peacuterdidas de

tiempo

En medicina nuclear se dan dos usos distintos

a los radioisoacutetopos para fines terapeacuteuticos o para

realizar un diagnoacutestico En la terapia con radiacioacuten

se intenta tratar o curar un padecimiento por

44

medio de radiacioacuten El uso de los radioisoacutetopos

con fines de diagnoacutestico busca obtener informa-

cioacuten acerca del estado de salud del paciente

TERAPIA POR RADIACIOacuteN

El caacutencer no es una sola enfermedad sino

muchas Algunas formas de caacutencer son particu-

larmente susceptibles a la terapia por radiacioacuten La

radiacioacuten se dirige cuidadosamente hacia el tejido

canceroso y se reduce al miacutenimo la exposicioacuten de

las ceacutelulas normales Si los efectos destructivos de

la radiacioacuten consiguen matar las ceacutelulas cancero-

sas se detiene el avance del tumor maligno (Pero

los pacientes que se someten a terapia por radia-

cioacuten suelen experimentar malestares a causa del

tratamiento Naacuteusea y voacutemito son los siacutentomas

usuales del malestar por radiacioacuten Asiacute pues el

objetivo de la terapia por radiacioacuten es destruir las

ceacutelulas cancerosas antes de que se cause un dantildeo

excesivo a los tejidos sanos La radiacioacuten tiene

45

efectos maacutes letales para las ceacutelulas que se reprodu-

cen con rapidez y eacutesta es precisamente la caracte-

riacutestica de las ceacutelulas cancerosas que permite que la

terapia por radiacioacuten tenga eacutexito

USOS DIAGNOacuteSTICOS DE LOS RADIOISOacuteTOPOS

Los radioisoacutetopos se usan para fines diagnoacutes-

ticos con el propoacutesito de obtener informacioacuten

acerca del tipo o el alcance de la enfermedad El

yodo 131 radiactivo se emplea para determinar el

tamantildeo la forma y la actividad de la glaacutendula ti-

roides asiacute como para tratar caacutenceres localizados

en esta glaacutendula y para controlar una tiroides hi-

peractiva Primero el paciente toma una solucioacuten

de yoduro de potasio que contiene yodo 131 El

organismo concentra el yodo en la tiroides Se

usan dosis grandes para el tratamiento del caacutencer

de la tiroides la radiacioacuten del isoacutetopo se concentra

en las ceacutelulas cancerosas de esta glaacutendula auacuten

cuando las ceacutelulas cancerosas se hayan extendido a

46

otras partes del cuerpo Sin embargo para fines de

diagnoacutestico soacutelo se necesita una pequentildea cantidad

del radioisoacutetopo Tambieacuten 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-

poracioacuten diferencial del isoacutetopo La imagen que

se obtiene se describe como una fotoexploracioacuten

y permite determinar con precisioacuten la ubicacioacuten de

un tumor en esa regioacuten del cuerpo

El radioisoacutetopo de uso maacutes extendido en medicina

es el gadolinio 153 Este isoacutetopo se emplea para

evaluar la mineralizacioacuten de los huesos Su popu-

laridad es un indicio del gran nuacutemero de personas

principalmente mujeres que sufren de osteoporo-

sis (reduccioacuten de la cantidad de tejido oacuteseo) a me-

dida que envejecen El gadolinio 153 emite dos

radiaciones caracteriacutesticas un rayo gamma y un

rayo X Un dispositivo analizador compara estas

radiacioacuten despueacutes de que atraviesan el hueso La

47

densidad del mismo se determina con base en las

diferencias de absorcioacuten de los rayos

El tecnecio 99m se utiliza en diversos ensayos

diagnoacutesticos La letra m quiere decir metaestable

lo que significa que este isoacutetopo emite cierta ener-

giacutea para convertirse en una versioacuten maacutes estable del

mismo isoacutetopo (mismo nuacutemero atoacutemico y mismo

peso atoacutemico) La energiacutea que desprende es el

rayo gamma que permite detectar el isoacutetopo

Tcm9943 Tc99

43 + y

Observa que la desintegracioacuten del tecnecio

99m no produce partiacuteculas alfa ni beta las cuales

podriacutean causar dantildeos innecesarios al organismo

Ademaacutes el tecnecio 99m tiene una vida media cor-

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

tividad no permanece en el organismo mucho

tiempo despueacutes de que la exploracioacuten se ha com-

pletado Esta vida media tan corta obliga a planifi-

48

car cuidadosamente el uso del radioisoacutetopo De

hecho lo que se adquiere no es el isoacutetopo mismo

El tecnecio 99m se forma por desintegracioacuten del

molibdeno 99

Mo9942 Tcm99

43 + e01minus + y

Se emplea un recipiente que contiene este isoacute-

topo de molibdeno y el producto de desintegra-

cioacuten el tecnecio 99 se extrae del recipiente a

medida que se necesita

Mediante el uso de modernas tecnologiacuteas ba-

sadas en la utilizacioacuten de computadoras la tomo-

grafiacutea por emisioacuten de positrones (PET por sus

siglas en ingleacutes) permite medir los procesos dinaacute-

micos que se llevan a cabo en el organismo como

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

boliza el oxiacutegeno o la glucosa Las exploraciones

de PET se emplean actualmente para identificar

con precisioacuten el aacuterea de dantildeo cerebral que desen-

49

cadena los ataques epileacutepticos graves Antes de la

exploracioacuten se inhalan o se inyectan compuestos

que contienen isoacutetopos emisores de positrones

como el carbono 11 Antes de que el positroacuten

emitido pueda recorrer una distancia apreciable en

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

teria ordinaria abundan los electrones) y se produ-

cen dos rayos gamma

C116 B11

5 + e01+

e01+ + e0

1minus 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 simultaacuteneamente

dos rayos gamma el sistema no toma en cuenta

los rayos gamma de la radiacioacuten natural de fondo

A continuacioacuten se emplea una computadora para

calcular la ubicacioacuten dentro del cuerpo del punto

50

en el cual ocurrioacute una aniquilacioacuten del positroacuten y

el electroacuten y se genera una imagen en esa regioacuten

La tabla contiene una lista de radioisoacutetopos de

uso comuacuten en la medicina La lista es necesaria-

mente incompleta Incluso con esta exposicioacuten tan

breve puedes hacerte una idea de la importancia

que los radioisoacutetopos tienen en la medicina La

aseveracioacuten de que la ciencia nuclear ha salvado

maacutes vidas de las destruidas por las bombas atoacutemi-

cas no carece el fundamento

51

Isoacutetopo Nombre Vida me-

dia Uso

C11 Carbono 11 203m Exploraciones cere-

brales

Cr51 Cromo 51 278d Determinacioacuten

del volumen sanguiacute-

neo

Co57 Cobalto 57 270d Medicioacuten de la

incorporacioacuten de

vitamina v12

Co60 Cobalto 60 526a Terapia de caacutencer

por radiacioacuten

Gd153 Gadolinio

153

242d Determinacioacuten

de la densidad oacutesea

Ga67 Galio 67 781h Exploracioacuten en

busca de tumores

pulmonares

I131 Yodo 131 807d Terapia de la ti-

roides

Ir192 Iridio 192 74d Terapia del caacuten-

cer de mamaacute

Fe59 Hierro 59 45d Deteccioacuten de

anemia

52

P32 Foacutesforo 32 143d Deteccioacuten de

caacutencer de la piel o

tumores oculares

Pu238 Plutonio

238

86a Suministra ener-

giacutea para marcapasos

Ra226 Radio 226 1600a Terapia de caacutencer

por radiacioacuten

Se75 Selenio 75 120d Exploraciones del

paacutencreas

Na24 Sodio 24 150h Localizacioacuten de

obstrucciones en el

flujo sanguiacuteneo

Tc99 Tecnecio 99 60h Obtencioacuten de imaacute-

genes de cerebro hiacutega-

do meacutedula oacutesea rintildeoacuten o

corazoacuten

Tl201 Talio 201 73h Deteccioacuten de pro-

blemas cardiacos con la

prueba de esfuerzo en

rueda de andar

H3 Tritio 123a Determinacioacuten de

agua corporal total

Xe133 Xenoacuten133 527d Obtencioacuten de imaacute-

genes de pulmoacuten

53

9 FECHADO POR MEDIO DE RADIOISOacuteTOPOS

Una de las aplicaciones maacutes in-

creiacutebles de la quiacutemica nuclear es la po-

sibilidad de averiguar la antiguumledad de

los objetos encontrados en las investi-

gaciones arqueoloacutegicas

Se puede usar la vida media de ciertos isoacuteto-

pos para estimar la antiguumledad de rocas y artefac-

tos arqueoloacutegicos El uranio 238 se desintegra con

una vida media de 4500 millones de anos Los

productos iniciales de esta desintegracioacuten tambieacuten

son radiactivos y la descomposicioacuten continuacutea

54

hasta que se forma un isoacutetopo de plomo (plomo

206) Los quiacutemicos pueden estimar la antiguumledad

de una roca determinando las proporciones relati-

vas de uranio 238 y plomo 206 Se ha encontrado

que algunas de las rocas maacutes antiguas de la Tierra

se formaron hace entre 3000 y 4500 millones de

antildeos En las rocas lunares y en meteoritos se ha

determinado una antiguumledad maacutexima de alrededor

de 4500 millones de antildeos Asiacute pues se considera

en general que la Tierra tiene una antiguumledad de

unos 4500 millones de antildeos

FECHADO POR CARBONO 14

En el fechado de artefactos interviene por lo

general un isoacutetopo radiactivo de carbono Se for-

ma carbono 14 en las capas superiores de la at-

moacutesfera por el bombardeo que experimenta el

nitroacutegeno ordinario por parte de los neutrones de

los rayos coacutesmicos

55

N147 + n1

0 C146 + H1

1

Este proceso origina una concentracioacuten cons-

tante de carbono 14 en el CO2 terrestre Las plan-

tas y animales vivos incorporan este isoacutetopo en

sus propias ceacutelulas Sin embargo cuando estos

seres mueren se interrumpe la incorporacioacuten de

carbono 14 y el carbono 14 que hay en el orga-

nismo se desintegra (con una vida media de 5 730

antildeos) a nitroacutegeno 14

Por consiguiente basta con medir la actividad

residual de carbono 14 en un artefacto de origen

vegetal o animal para determinar su antiguumledad

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 antildeos de antiguumle-

dad es decir ha estado muerta durante un tiempo

equivalente a una vida media Anaacutelogamente un

artefacto que muestra el 25 de la actividad de

carbono 14 del material vegetal reciente tiene

56

11460 anos de antiguumledad 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 aquiacute supone que la formacioacuten del isoacutetopo

fue constante a lo largo del tiempo En realidad no

es asiacute Sin embargo aproximadamente para los

uacuteltimos 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

aacuterboles Se han construido curvas de calibracioacuten

que permiten determinar fechas consideradas co-

mo exactas

En teacuterminos generales el meacutetodo de carbono

14 es razonablemente preciso para fechar objetos

de hasta 50000 antildeos de antiguumledad La cantidad

residual del isoacutetopo en los objetos de una antiguumle-

dad mayor que esa es demasiado pequentildea para

hacer una determinacioacuten exacta

El carboacuten de las fogatas de los pueblos anti-

57

guos fechado por determinacioacuten de la actividad

de carbono 14 se usa para estimar la antiguumledad

de otros artefactos encontrados en el mismo em-

plazamiento arqueoloacutegico La teacutecnica de fechado

por carbono 14 se ha usado tambieacuten para detectar

si supuestos artefactos antiguos han sido falsifica-

dos

EL SUDARIO DE TURIacuteN

Probablemente han oiacutedo hablar del sudario de

Turiacuten Se trata de una pieza de tejido de lino muy

antigua de unos 4 metros de largo que muestra la

impresioacuten aproximada de un cuerpo humano

Desde alrededor del antildeo 1350 dC 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-

bricacioacuten del lienzo habiacutea sido cultivado en alguacuten

memento entre los anos de 1260 y 1390 dC Por

58

tanto el lienzo no podriacutea haber existido en tiem-

pos de Cristo A diferencia de los pergaminos del

Mar Muerto para los que el fechado por carbono

14 demostroacute que son registros auteacutenticos de una

civilizacioacuten que existioacute hace unos 2000 antildeos el

sudario de Turiacuten resultoacute ser falso

FECHADO POR TRITIO

El tritio que es el isoacutetopo radiactivo del

hidroacutegeno sirve tambieacuten para fechar Su vida me-

dia de 123 antildeos lo hace uacutetil para fechar objetos de

hasta 100 antildeos de antiguumledad Una aplicacioacuten inte-

resante es el fechado de aguardientes Estas bebi-

das alcohoacutelicas son muy costosas cuando han sido

antildeejadas de 10 a 50 antildeos El fechado por tritio

permite comprobar la veracidad de los anuncios

publicitarios respecto al proceso de antildeejamiento

de las variedades maacutes caras

Hay muchos otros isoacutetopos que permiten es-

timar la antiguumledad de objetos y materiales

59

Isoacutetopo Vida me-

dia

(antildeos)

Periacuteodo de

utilidad Uso

Carbono 14 5730 500 a 50000

antildeos

Carboacuten vege-

tal material

orgaacutenico

Tritio 123 1 a 100 antildeosVinos antildeeja-

dos

Potasio 40 13 x 109 Desde 10000

antildeos

Rocas corteza

terrestre y

lunar

Renio 187 43 x1010 Desde 4 x

107 antildeos Meteoritos

Ranio238 45 x109 Desde 107

antildeos

Rocas corteza

terrestre

60

10 PLANTAS DE ENERGIacuteA NUCLEAR

iquestSabeacutes de doacutende viene esa energiacutea que nosotros usamos tanto Mucha de la energiacutea eleacutectrica es

producida por plantas nucleares de to-do el mundo

La energiacutea nuclear ha dado origen a bombas

muy destructivas y a la nociva precipitacioacuten ra-

diactiva y podriacutea incluso provocar un devastador

invierno nuclear Sin embargo una cantidad mu-

cho mayor de personas han recibido beneficios de

la energiacutea nuclear que las que han sido perjudica-

das por ella El hecho es que existen muchos usos

de la energiacutea nuclear que son sumamente beneacutefi-

61

cos Ya conocemos el uso de isoacutetopos radiactivos

en el diagnoacutestico cliacutenico y en el fechado de obje-

tos de antiguumledad desconocida Otro uso paciacutefico

de la energiacutea nuclear es la generacioacuten de electri-

cidad Una gran parte de la energiacutea eleacutectrica que

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

giacutea nuclear

En la actualidad una quinta parte de toda la

electricidad que se produce en Estados Unidos

proviene de plantas de energiacutea nuclear En Euro-

pa la dependencia respecto a la energiacutea nuclear

para la produccioacuten de electricidad es auacuten mayor

En Francia por ejemplo maacutes del 70 de la ener-

giacutea eleacutectrica del paiacutes proviene de plantas nuclea-

res

No es sorprendente que una reaccioacuten que

desprende tanta energiacutea como lo hace la fisioacuten

nuclear se use como fuente de energiacutea para gene-

rar electricidad En las plantas de energiacutea nuclear

se usa el calor obtenido de una reaccioacuten de fisioacuten

62

en cadena controlada para producir vapor de

agua que mueve las turbinas generadoras de elec-

tricidad El combustible nuclear es normalmente

oacutexido de uranio U3O8 enriquecido hasta alrede-

dor de 3 de uranio 235

La energiacutea nuclear es mucho maacutes limpia que la

que se obtiene quemando combustibles foacutesiles

(carboacuten petroacuteleo y gas) no produce cenizas finas

ni holliacuten no forma dioacutexido de carbono que con-

tribuye al efecto de invernadero y al calentamiento

global y no contamina el aire con oacutexidos de azu-

fre y de nitroacutegeno que dan origen a la lluvia aacutecida

Por otra parte emite grandes cantidades de calor

residual en el ambiente y lo que es mucho maacutes

serio produce muchos residuos radiactivos La

eliminacioacuten de todos estos materiales radiactivos

de desecho es uno de los problemas constantes

que se tienen en relacioacuten con las plantas de energiacutea

nuclear

63

11 BOMBA ATOacuteMICA

Todos sabemos los desastres que pue-

den causar la detonacioacuten de una bomba

nuclear

Aquiacute presentamos la explicacioacuten teoacuterica

y coacutemo se pone en praacutectica

COacuteMO FUNCIONA UNA BOMBA NUCLEAR EN LA

TEORIacuteA

El 16 de Julio de 1945 estalloacute la primera bomba

atoacutemica en el campo de pruebas de Trinity cerca

de aacutelamo Gordo (Nuevo Meacutejico) Desde ese pre-

64

ciso instante la historia de la humanidad ha pasado

a una nueva era la era nuclear

Nunca hasta entonces se habiacutean tenido los cono-

cimientos necesarios como para saber que la masa

puede convertirse en grandes cantidades de ener-

giacutea y coacutemo podiacutea realizarse ese proceso hasta

entonces reservado tan soacutelo a las estrellas

La famosa foacutermula de Einstein E = mc2 ha pasa-

do ya ha formar parte de la cultura popular auacuten sin

que en realidad se llegue a saber que implica

Donde E es energiacutea m masa y c la velocidad de la

luz (constante) En esta ecuacioacuten se expresa la

relacioacuten de equivalencia entre masa y energiacutea Por

ejemplo haciendo algunas cuentas se ve que con

un gramo de uranio si se convirtiese totalmente

en energiacutea se obtendriacutean 25 millones de Kw

Aplicado como una bomba nuclear basta decir

que para asolar Hiroshima soacutelo se convirtioacute un

65

gramo de masa (aunque toda la bomba como me-

canismo pesara cuatro toneladas) su potencia fue

de 125 kilotones es decir para igualar su potencia

seriacutean 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 combustibles

de fisioacuten Cuando en un espacio se reuacutene la sufi-

ciente cantidad de materia (denominada masa criacute-

tica) se produce una reaccioacuten en cadena espontaacute-

nea esto es el nuacutecleo de los aacutetomos del material

se divide liberando energiacutea y varios neutrones

raacutepidos que provocan que otros nuacutecleos tam-

bieacuten se dividan y liberen maacutes energiacutea y neutrones

Este proceso se denomina fisioacuten nuclear Sin em-

bargo si la densidad no es suficiente la energiacutea

liberada hace que el material se expanda y se de-

tenga el proceso Para evitar que se pare la reac-

cioacuten se recurre a una materia muy densa de por siacute

(isoacutetopos del uranio y plutonio) que ademaacutes se

comprime de manera muy raacutepida para lograr una

66

altiacutesima densidad que permite que los neutrones

raacutepidos choquen antes con otros nuacutecleos y se

produzcan antes el mayor nuacutemero 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 maacutes energiacutea Para una

explosioacuten de 100 kilotones son necesarias 58 ge-

neraciones las 7 uacuteltimas generan el 999 de la

energiacutea en periodo cortiacutesimo de tiempo Tambieacuten

puede liberarse energiacutea con la fusioacuten en este pro-

ceso los nuacutecleos se unen en vez de separarse pero

se requieren altiacutesimas temperaturas (del orden de

millones de grados) para que este proceso se lleve

a cabo Para esta reaccioacuten se usan aacutetomos ligeros

(maacutes faacuteciles de unir) generalmente hidroacutegeno o

sus isoacutetopos (deuterio y tritio) Para unir dos aacuteto-

mos basta con hacerlos chocar Los protones de

cada aacutetomo 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

67

fusioacuten deben comprimirse fuertemente los nuacute-

cleos y una vez hecho soacutelo podraacuten continuar uni-

dos si pierden un equivalente de la energiacutea que les

hizo apretarse En el caso de usar deuterio y tritio

se libera violentamente un neutroacuten Esta energiacutea

liberada es la que forma una bomba de fusioacuten

tambieacuten denominada bomba H

COMO FUNCIONA UNA BOMBA ATO-MICA EN LA PRACTICA

Sea cual fuere el sistema de funcionamiento de

una bomba nuclear (fusioacuten o fisioacuten) una cantidad

de masa se convierte en energiacutea la potencia soacutelo

depende de la capacidad de la ingenieriacutea para con-

vertir maacutes masa antes de que la reaccioacuten disperse

las moleacuteculas en teoriacutea la potencia es por tanto

ilimitada

Una bomba nuclear consiste baacutesicamente en una

esfera hueca de plutonio que no es lo suficiente-

68

mente densa como para producir una reaccioacuten 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 explosioacuten se disparan los detonado-

res que hacen que el material explosivo estalle de

la manera lo maacutes regular posible para que enviacutee

una onda de choque esfeacuterica hacia el plutonio

Cuando eacutesta impacta contra eacutel lo comprime y re-

duce su volumen empujaacutendolo hacia el centro de

la esfera hasta que alcanza una densidad suficiente

(supercriacutetica) y se dispara el iniciador de neutrones

para comenzar la reaccioacuten en cadena que da lugar

a la explosioacuten nuclear

Las bombas termonucleares de fusioacuten o H nece-

sitan de una gran temperatura para que se puedan

unir los nuacutecleos esto se consigue en el interior de

una explosioacuten de fisioacuten que es el comienzo de

toda bomba H

69

Una vez acabada la reaccioacuten de fusioacuten nos encon-

traremos con una esfera expandida con una tem-

peratura de millones de grados en la que existen

los productos de la fusioacuten (litio e isoacutetopos del

hidroacutegeno) Tal es su velocidad que pueden fun-

dirse unos con otros dando lugar a la reaccioacuten de

fusioacuten Esta reaccioacuten genera maacutes energiacutea que la

anterior y libera gran cantidad de partiacuteculas nu-

cleares pero no es una reaccioacuten en cadena ya que

el propio calor que genera hace que las partiacuteculas

se separen y se expandan en forma de una esfera

de plasma con una temperatura que tan soacutelo expe-

rimenta el universo de manera natural en las estre-

llas En nuestro sol por ejemplo ocurren la fusioacuten

nuclear de hidroacutegeno y helio Pero antes de que la

reaccioacuten se extinga los neutrones generados por

las detonaciones anteriores provocan de nuevo

una reaccioacuten de fusioacuten sobre una camisa de U-

238 pero esta vez mucho mayor que las anterio-

res La potencia de una bomba termonuclear care-

ce de liacutemite una bomba como la de Hiroshima de

70

125 kilotones (un kilotoacuten equivale a 1000 tonela-

das de TNT) se considera dentro de los arsenales

modernos como pequentildea siendo las de un mega-

toacuten (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 la

Segunda Guerra Mundial

Para la construccioacuten de una bomba nuclear nor-

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

primero no forma parte de la reaccioacuten nuclear

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

nera espontaacutenea emitiendo neutrones que son

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

duzca de manera accidental la reaccioacuten en cadena

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

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

cioacuten 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

71

reactores nucleares a partir del U-238

La desintegracioacuten del uranio en la reaccioacuten en

cadena se produce de manera espontaacutenea para una

masa de 50 Kg si eacuteste elemento es puro El pluto-

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

da reaccioacuten en cadena de modo que se mezcla de

berilo y polonio dando como resultado un pro-

ducto que aunque no es fisionable por si solo una

pequentildea cantidad actuacutea como catalizador para las

grandes reacciones Asiacute bastan 16 Kg de PU-239

para obtener la masa supercriacutetica y 10 Kg si se

mezcla con U-238

El U-235 es muy difiacutecil de extraer por encontrarse

en la naturaleza muy mezclado con otros com-

puestos Asiacute por cada 25000 toneladas de mineral

de uranio bruto soacutelo se obtienen 50 toneladas de

uranio del que el 993 es U-235 y el resto el

rariacutesimo isoacutetopo U-238 ambos soacutelo se pueden

separar de manera mecaacutenica gracias a la leviacutesima

72

diferencia de peso entre ambos Asiacute el uranio se

mezcla en forma gaseosa con fluor (hexafluoriacutedri-

co) que es impulsado a baja presioacuten hacieacutendolo

pasar por unas caacutemaras que aumentan la concen-

tracioacuten de uranio sensiblemente tras cientos de

pasadas Para una central nuclear la pureza ha de

ser del 2 y para una bomba (teoacutericamente) el

95

Para separar el isoacutetopo se recurre a la centrifuga-

cioacuten del gas siendo el maacutes pesado U-238 despedi-

do hacia el exterior con maacutes fuerza Para obtener

otra vez el uranio separado del gas se recurre a la

separacioacuten magneacutetica

MECANISMOS QUE SUELEN COMPONER UNA

BOMBA NUCLEAR

Los mecanismos que suelen componer una bom-

ba nuclear son los siguientes

73

ALTIacuteMETRO No suele usarse el baromeacutetrico

por verse afectado por las condiciones atmosfeacuteri-

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 seguacuten el tiempo transcu-

rrido en el recorrido puede saberse la altura sin

necesidad de complicar maacutes el sistema para dar

una precisioacuten que en realidad no es importante (2

o 3 m de diferencia no son apreciables maacutes que

en minibombas bastante menores que las de

Hiroshima) siendo la altura normal de detonacioacuten

la de 2000 m

En la praacutectica 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 electroacute-

nicamente para obtener la diferencia de ambas

que es proporcional a la altura Los pulsos suelen

emitirse 120 veces por segundo y alcanzan un

74

rango de 3000 m sobre la tierra y 6000 m sobre

el mar (la reflexioacuten es alliacute mejor) siendo su error

de hasta 15 m

CABEZA DETONADORA Como ya se dijo

estaacute compuesta de una carga explosiva muy bien

calibrada que a la orden del altiacutemetro detona

produciendo una onda de choque uniforme sobre

el elemento radioactivo comprimieacutendolo hasta

alcanzar la masa supercriacutetica

Compantildeiacuteas privadas producen camisas explosivas

que modificadas pueden ser usadas para la fabri-

cacioacuten del objeto que nos ocupa La cantidad de

presioacuten necesaria a aplicar es un secreto por razo-

nes de seguridad aunque se sabe que los explosi-

vos plaacutesticos son ideales sobre todo por su malea-

bilidad y facilidad de manejo

El detonador variacutea si es combustible es uranio o

plutonio

75

DETONADOR DE URANIO La masa total se

divide en dos partes una mayor de forma semies-

feacuterica y coacutencava que se acopla perfectamente con

la otra maacutes pequentildea Como es de suponer ambas

se encuentran separadas hasta el momento de la

detonacioacuten en el que una explosioacuten convencional

dispara la parte pequentildea que impacta contra la

mayor para lograr en un instante la masa supercriacute-

tica

DETONADOR DE PLUTONIO Necesita

una precisioacuten de ingenieriacutea mucho mayor que la

anterior ya que estaacute compuesta de 32 secciones de

plutonio-berilio-polonio todas de igual forma y

posicioacuten distribuidas conceacutentricamente El aspecto

final es parecido al de un baloacuten de fuacutetbol Todas

han de cerrarse simeacutetricamente en una diezmillo-

neacutesima de segundo para conseguir la detonacioacuten

DEFLECTOR DE NEUTRONES Suele ser

U-238 Su funcioacuten es la que ya se explicoacute evitar

76

una reaccioacuten accidental ademaacutes refleja las partiacutecu-

las de vuelta cuando se alcanza la masa supercriacuteti-

ca

ESCUDO PROTECTOR Recibe otros nom-

bres pero su funcioacuten es siempre la de proteger de

la radiacioacuten natural tanto al personal que la maneja

como a los circuitos de la bomba que pueden su-

frir cortocircuitos o puestas en funcionamiento

accidentales

SISTEMA DE ARMADO Es otro sistema maacutes

de seguridad consistente en quitar una parte im-

prescindible de la bomba para evitar detonaciones

accidentales de modo que soacutelo cuando estaacute

proacuteximo su lanzamiento se inserta esta parte Una

analogiacutea seriacutea como si al aparcar nuestro coche le

quitaacuteramos el volante o una bujiacutea asiacute estariacuteamos

seguros de que no nos lo roban porque sin estas

partes el coche no funciona

77

12 EFECTOS DE UNA EXPLOSIOacuteN NUCLEAR

Tenemos frescas en nuestra memo-

ria las imaacutegenes que nos mostroacute la

televisioacuten cuando se produjo el ac-

cidente de Chernobyl

Aquiacute explicamos todas las conse-

cuencias de una detonacioacuten 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

78

bull Radiacioacuten nuclear inicial la altiacutesima

temperatura y la elevada presioacuten que se

genera en el interior de la explosioacuten emi-

ten radiacioacuten en todas las direcciones Esta

se compone de rayos alfa beta y gamma

que son una forma de radiacioacuten electro-

magneacutetica de alta energiacutea que puede causar

la muerte sin que el individuo se de cuenta

de que ha sido irradiado Una explosioacuten de

un megatoacuten (de tamantildeo estaacutendar) matariacutea

a todo ser humano en 15 Km a la redonda

que se encontrase al aire libre

Las partiacuteculas alfa son ideacutenticas a un nuacutecleo de

helio son las que mas larga vida tienen unos mil

antildeos pero su poder de penetracioacuten 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 radiacioacuten Con 45 cm de tierra se

consigue reducir la radiacioacuten veinte veces

Las partiacuteculas beta penetran maacutes siendo suficiente

79

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

to la radiacioacuten (una pared moderna ya espesa se

compone de 1 pie de ladrillo maacutes caacutemara maacutes

aislante maacutes ladrillo hueco y yeso que suele que-

darse en los 37 cm)

Los de maacutes poder de penetracioacuten son las gamma

y por tanto los maacutes peligrosos ya son los que se

introducen en los refugios nucleares auacuten con

grandes espesores de hormigoacuten La uacutenica protec-

cioacuten eficaz es la de interponer grandes masas de

material mejor cuanto maacutes denso siendo el ideal

el plomo ya que pasa por los materiales como la

luz por una tela si esta es maacutes densa mayor canti-

dad de chocaraacute con ella y no la traspasaraacute Para

reducir la dosis a un veinteavo se precisan 30 cm

de hormigoacuten armado

bull Pulso electromagneacutetico La intensa acti-

vidad de los rayos gamma genera mediante

induccioacuten una corriente de alto voltaje so-

80

bre antenas viacuteas feacuterreas tuberiacuteas que des-

truye todas las instalaciones eleacutectricas de

una amplia zona si la explosioacuten se efectuacutea

a gran altura Una detonacioacuten de muchos

kilotones a 200 km sobre Omaha (Ne-

brasca) destruiriacutea todos los circuitos eleacutec-

tricos integrados de toda Norteameacuterica y

parte de Meacutejico y Canadaacute Ante el riesgo

de una detonacioacuten nuclear es conveniente

alejarse de liacuteneas eleacutectricas y viacutea feacuterreas ya

que la corriente inducida puede electrocu-

tarnos

bull Pulso teacutermico al expandirse la bola de

fuego el aire circundante absorbe energiacutea

en forma de rayos X y la irradia en forma

de una luz cegadora y un intensiacutesimo ca-

lor Una bomba de 20 Megatones produci-

riacutea una intensa luz durante 20 segundos y

causariacutea quemaduras de segundo grado a

81

cualquier persona expuesta a 45 Km de

distancia

bull Onda de choque La raacutepida expansioacuten de

la bola de fuego genera una onda de cho-

que como cualquier explosioacuten pero de

una potencia muy superior ya que puede

aplastar o barrer edificios dantildeaacutendolos muy

seriamente o destruyeacutendolos por comple-

to ya que maacutes que empujar por su dura-

cioacuten lo que hace es estrujar Una bomba

de 20 megatones no dejariacutea en un radio de

20 Km maacutes que escombros soacutelo se salva-

riacutean las cimentaciones y construcciones

enterradas

bull Primera lluvia radioactiva o lluvia ra-

diactiva local una explosioacuten de 20 mega-

tones aras de suelo produciriacutea un craacuteter de

183 m de profundidad la elevada tempe-

82

ratura vaporiza todo lo que se encuentra

dentro de la bola de fuego todo se funde

con los materiales radiactivos de la fisioacuten o

fusioacuten y se eleva con el hongo para luego

precipitar en forma de finas cenizas Esto

ocurriraacute durante las 24 h siguientes a la

explosioacuten y afectaraacute a una regioacuten maacutes o

menos amplia para una misma potencia

seguacuten la climatologiacutea El fenoacutemeno se am-

pliacutea considerablemente si la detonacioacuten se

produce cerca del suelo La energiacutea 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 maacutes destructivos los deno-

minados secundarios como incendios en masa

que acabariacutean con los pocos supervivientes y ma-

tariacutean a maacutes que el pulso teacutermico y la onda de

choque

83

Ademaacutes en caso de que se lanzaran muchas

bombas nucleares sus efectos secundarios seriacutean

mucho maacutes 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 10000 mega-

tones miacutenimos para considerar un holocausto

como tal

bull El primero de estos efectos es que la ra-

dioactividad liberada en caso de holocaus-

to penetrariacutea en todos y cada uno de los

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

Mientras que en dosis altas (seguacuten la espe-

cie) produciriacutea la muerte en otras maacutes ba-

jas los efectos seriacutean de lo maacutes variados

(mutaciones esterilidad)

bull El segundo seriacutea que los materiales im-

pulsados por las detonaciones se elevariacutean

hasta la troposfera donde ocultariacutean la luz

84

del sol durante meses o antildeos haciendo ba-

jar la temperatura de la tierra y alterando la

fotosiacutentesis de los vegetales y el plancton

marino seriacutea el famoso invierno nuclear

Ademaacutes estos materiales radiactivos iriacutean

cayendo durante meses o antildeos convirtieacuten-

dose en una lluvia radiactiva global que

auacuten con menos dosis radiactiva que una

lluvia provocada por una bomba seriacutea

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

antildeos Ese 5 de energiacutea liberada por la

lluvia radiactividad en una bomba es poco

pero en los 10000 megatones de un holo-

causto suponen ya 500 megatones que iraacuten

estallando durante miles de antildeos des-

pueacutes de la cataacutestrofe

85

bull El tercero seriacutea una reduccioacuten en la capa

de ozono producida por el oacutexido de nitroacute-

geno generado por las bolas de fuego de

modo que la radiacioacuten solar que llegase a

la tierra seriacutea mortal Un 70 del ozono

desapareceriacutea en el hemisferio norte y un

40 en el sur siendo necesarios treinta

antildeos para recuperar su estado normal

86

Ejercicios 12

MODELO DE RESOLUCIOacuteN

La distribucioacuten de los electrones de un aacutetomo

en sus niveles y subniveles se puede representar en

forma abreviada de la siguiente manera

a) Un coeficiente que indica el nuacutemero del nivel

de energiacutea (n)

b) Una letra que corresponde al subnivel

c) Un supraiacutendice que sentildeala el nuacutemero de elec-

trones que hay en el subnivel

1H = 1s1

3Li = 1s2 2s1

En razoacuten del entrecruzamiento de subniveles

el orden en que se van completando los subniveles

por energiacutea creciente es el siguiente

87

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

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

5d 6p 7s 5f 6d

7p

Para visualizar la distribucioacuten de los electrones

en orbitales se puede representar cada orbital por

un pequentildeo cuadrado dividido por una diagonal

y cada electroacuten mediante una flecha

Entonces el orbital puede estar

Vaciacuteo incompleto completo

(1 electroacuten) (2 electrones)

En caso del orbital completo las flechas tienen

sentido contrario para indicar que los electrones

presentan spin contrario

El llenado de los orbitales por los electrones

se realiza a partir de los niveles y subniveles en

88

orden creciente de energiacutea Cada nuevo electroacuten se

incorpora a un orbital vaciacuteo

De ese modo los elementos quedan represen-

tados asiacute

1H =

1s

3Li =

1s 2s

7N =

1s 2s 2p

89

Ejercicios 121

1) Un aacutetomo de foacutesforo tiene 15 protones y 16

neutrones Indicaacute cuaacutel es su

a) nuacutemero atoacutemico (Z) b) nuacutemero

de masa (A)

2) Un aacutetomo de potasio tiene Z =19 y A = 39

Indicaacute su nuacutemero de

a) protones b) electrones

c) neutrones

3) Completaacute los datos que faltan en el siguiente

cuadro

90

ELE-

MEN-

TO

NUacute-

MERO

ATOacute-

MICO

NUacute-

MERO

DE

MASA

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) Sentildealaacute el nombre y siacutembolo de los elementos

cuyas configuraciones electroacutenicas 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) Escribiacute la configuracioacuten electroacutenica de los

siguientes elementos

91

a) Na2311 = c) O16

8 =

b) Cl3517 = d) C12

6 =

6) De acuerdo con la siguiente representacioacuten de

los electrones en orbitales indicaacute a queacute ele-

mentos corresponden

a)

b)

c)

d)

7) Representaacute la distribucioacuten de los electrones en

orbitales de los elementos

a) 7N= c) 18Ar =

b) 15AI = d) 19K =

92

Hoja de respuestas121

1) a) 15 b) 31 2) a) 19 b) 19 c) 20

3)

ELE-

MEN-

TO

NUacuteME-

RO

ATOacute-

MICO

NUacute-

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)Argoacuten Ar

d)Escandio Sc

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

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)middot

94

Ejercicios 1211

Modelo de resolucioacuten

El nuacutemero de oxidacioacuten se asigna seguacuten las si-

guientes reglas

1) El nuacutemero de oxidacioacuten de los elementos en la

sustancia simple es cero

Ejemplo Cu0 02Cl

2) El nuacutemero de oxidacioacuten del oxiacutegeno es 2

excepto en las sustancias como el agua oxige-

nada Ejemplo H2

2Ominus

3) El nuacutemero de oxidacioacuten del hidroacutegeno es +1

excepto en las sustancias donde estaacute combina-

do con los metales Ejemplo 1

H+

2O

4) El nuacutemero de oxidacioacuten de un ion monoatoacute-

mico es igual a la carga del ion Ejemplo Ca2-

Cl-

95

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

braica de los nuacutemeros de oxidacioacuten de todos

los aacutetomos debe ser cero Ejemplo 1

H+

2

2Ominus

there42(+1) + (-2) = 0

6) En los iones que tienen maacutes de un aacutetomo la

suma algebraica de los nuacutemeros de oxidacioacuten

de todos los aacutetomos es igual a la carga del ion

El nuacutemero de oxidacioacuten se escribe colocando primero el signo y luego el nuacutemero

Ejemplo el nuacutemero de oxidacioacuten del aluminio es +3

1) Calculaacute los nuacutemeros de oxidacioacuten en la moleacute-

cula de dioacutexido de azufre (SO2)

Datos SO2 nuacutemero de oxidacioacuten del O2

es 2

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de S

Resolucioacuten Cada aacutetomo de oxiacutegeno tiene

nuacutemero de oxidacioacuten 2 por lo tanto el nuacute-

mero de oxidacioacuten del azufre es +4 porque

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

96

2) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten del azufre en

el aacutecido sulfuacuterico (H2SO4)

Datos H2SO2 nuacutemero de oxidacioacuten del

O2 es 2 nuacutemero de oxidacioacuten de H es -1

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de S

Resolucioacuten Se debe cumplir que la suma al-gebraica de todos los nuacutemeros de oxidacioacuten sea cero

4(-2) + 21 + x = 0

-8 + 2 + x = 0

x = 6

Respuesta el nuacutemero de oxidacioacuten del azufre

en el aacutecido sulfuacuterico es +6

3) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten del nitroacutegeno

en el nitrato de sodio (NaNO3)

Datos NaNO3 nuacutemero de oxidacioacuten del

O2 es 2

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de N

97

Resolucioacuten El nuacutemero de oxidacioacuten del

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

ga eleacutectrica positiva

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

1 6 + x = 0

x = 5

Respuesta el nuacutemero de oxidacioacuten del nitroacute-

geno en el nitrato de sodio es +5

4) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten del azufre en

el ion sulfato (S 24Ominus )

Datos S 24Ominus nuacutemero de oxidacioacuten del O2

es 2

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de S

Resolucioacuten La suma de los nuacutemeros de

oxidacioacuten es igual a 2 porque el ion sulfato

tiene dos cargas negativas (2-)

x + 4(-2) = -2

x 8 = -2

x = 6

98

Respuesta El nuacutemero de oxidacioacuten del azu-

fre en el ion sulfato es +6

99

Ejercicios 1212

1) Dibujaacute los siacutembolos de Lewis para los aacutetomos

de

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

2) iquestCoacutemo adquiere la distribucioacuten electroacutenica del

ineacutertido maacutes cercano cada uno de los siguien-

tes aacutetomos

a) K b)

F c)

S d) Mg e)

Br

3) Escribiacute las ecuaciones ioacutenicas la foacutermula elec-

troacutenica y la foacutermula miacutenima del compuesto

ioacutenico formado por

a) K y Br (bromuro de potasio)

b) Ca y O (oacutexido de calcio)

4) Marcaacute con una X las propiedades correspon-

dientes a las sustancias que presentan uniones

ioacutenicas

100

a) Son soacutelidas y tienen bajo punto de fusioacuten ( )

b) Conducen la corriente eleacutectrica fundidas o di-

sueltas en agua ( )

c) Tienen brillo metaacutelico ( )

d) Forman cristales duros y quebradizos solubles

en agua ( )

e) No conducen la corriente eleacutectrica ( )

5) Explicaacute coacutemo se unen dos aacutetomos de bromo

para formar la moleacutecula Br2 y escribiacute su

foacutermula electroacutenica y su foacutermula desarrollada

6) La foacutermula del monoacutexido de dicloro es Cl2O

a) Indicaacute queacute tipo de unioacuten existe entre el cloro y

el oxiacutegeno

b) Escribiacute su foacutermula electroacutenica y su foacutermula

desarrollada

7) El azufre y el oxiacutegeno forman dos oacutexidos

importantes el dioacutexido de azufre (SO2) y el

101

trioacutexido de azufre (SO3) Para el trioacutexido de

azufre

a) Indicaacute queacute tipo de unioacuten existe entre el azufre

y los tres aacutetomos de oxiacutegeno

b) Escribiacute la foacutermula electroacutenica

c) Escribiacute la foacutermula desarrollada

8) Marcaacute 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

liacutequidas o soacutelidas ( )

c) Son duacutectiles y maleables ( )

d) No forman moleacuteculas son agregados de

iones ( )

e) No son buenas conductoras de la corriente

eleacutectrica ( )

102

9) Coloque en el pareacutentesis UCP si la unioacuten es

covalente polar y UCNP si es covalento no

polar en cada una de las siguientes sustancias

a) cloruro de hidroacutegeno HCl ( )

b) Hidroacutegeno H2 ( )

c) yodo l2 ( )

10) Escribiacute la foacutermula electroacutenica y la foacutermula

desarrollada de cada una de las sustancias

mencionadas en el ejercicio 9

11) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten

a) del azufre (S)en el dioacutexido de azufre (SO2) en

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

sodio (Na2S)

b) del nitroacutegeno (N) en el dioacutexido de nitroacutegeno

(NO2) en el aacutecido niacutetrico (HNO3) y en el ni-

trato de potasio (KNO3)

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

can en el concepto de unioacuten metaacutelica

103

a) Tienen bajo punto de fusioacuten y de

ebullicioacuten ( )

b) Tienen brillo metaacutelico ( )

c) Conducen la corriente eleacutectrica sin

alterarse ( )

d) En estado soacutelido son malos conductores de la

corriente eleacutectrica ( )

e) Forman hilos y laacuteminas delgadas ( )

104

Hoja de respuestas 1212

1) a) He b) Al c)

Si d)

Ar e)

N

2) a) cede un electroacuten d) cede electrones c)

gana dos electrones b) y e) gana un electroacuten

3) a) Ecuaciones ioacutenicas

K K1+ + 1 e

Br + 1 e Br1-

K1+ + Br- KBr

Foacutermula electroacutenica K1+minus

1

Br

Foacutermula miacutenima KBr

b) Ecuaciones ioacutenicas

Ca Ca 2+ + 2 e

O + 2 e O2-

Ca2+ + O2- CaO

Foacutermula electroacutenica Ca2+ minus

2

O

105

Foacutermula miacutenima CaO

4) b y d

5) se unen compartiendo un par de electrones

6) a) unioacuten covalente

b) foacutermula electroacutenica

Cl

O

Cl

foacutermula desarrollada Cl O Cl

7) a) una unioacuten covalente doble entre el azufre y

uno de los aacutetomos de oxiacutegeno dos uniones cova-

lentes coordinadas con los otros dos aacutetomos de

oxiacutegeno

b) Foacutermula electroacutenica

Foacutermula desarrollada

106

8) a b y e

9) a) UCP y c) UCNP

10) Foacutermula electroacutenica Foacutermula desarrollada

a) H

Cl H Cl

b) HH H H

c)

I

I l I

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

12) b c y e

  • RADIACTIVIDAD
    • IacuteNDICE
      • 1 RADIACTIVIDAD NATURAL
      • 2 RELACIOacuteN ENTRE LA LEY DE LAVOISIER Y LA DE EINSTEIN
      • 3 INTERACCIONES ENTRE AacuteTOMOS Y ONDAS
      • 4 PODER DE PENETRACIOacuteN DE LA RADIACIOacuteN
      • 5 VIDA MEDIA
      • 6 RADIACTIVIDAD ARTIFICIAL
      • 7 USOS DE LOS RADIOISOacuteTOPOS
      • 8 MEDICINA NUCLEAR
      • 9 FECHADO POR MEDIO DE RADIOISOacuteTOPOS
      • 10 PLANTAS DE ENERGIacuteA NUCLEAR
      • 11 BOMBA ATOacuteMICA
      • 12 EFECTOS DE UNA EXPLOSIOacuteN NUCLEAR
        • Ejercicios 12
        • Ejercicios 121
        • Hoja de respuestas121
        • Ejercicios 1211
        • Ejercicios 1212
        • Hoja de respuestas 1212

32

TRANSMUTACIOacuteN ARTIFICIAL

Las formas de radiactividad que se presentan

en la Naturaleza Se pueden inducir otras reaccio-

nes nucleares bombardeando nuacutecleos estables con

partiacuteculas alfa neutrones u otras partiacuteculas sub-

atoacutemicas Estas partiacuteculas si tienen suficiente

energiacutea penetran los nuacutecleos que antes eran esta-

bles e inducen alguna forma de emisioacuten radiacti-

va Al igual que la radiactividad natural este tipo

de cambio nuclear produce una transmutacioacuten un

elemento se transforma en otro Debido a que el

cambio no se habriacutea producido de manera natural

el proceso se conoce como transmutacioacuten artifi-

cial

Pocos antildeos despueacutes de su famoso experimen-

to de la laminilla de oro (bombardeo con radiacioacuten

alfa una lamina de oro y detectoacute en una lamina de

sulfuro de zinc la radiacioacuten emergente) Ernest

Rutherford estudioacute el bombardeo de diversos

elementos ligeros con partiacuteculas alfa Un experi-

33

mento de este tipo en el cual Rutherford bom-

bardeoacute nitroacutegeno dio por resultado la produccioacuten

de protones

N147 + He4

2 O178 + H1

1

(Recordaacute que el nuacutecleo de hidroacutegeno es un protoacuten

por eso usamos el siacutembolo alternativo H11 para el pro-

toacuten)

Observaacute que la suma de los nuacutemeros de nu-

cleones de la izquierda es igual a la suma de los

nuacutemeros de nucleones de la derecha Tambieacuten los

nuacutemeros atoacutemicos estaacuten balanceados

Rutherford habiacutea postulado en 1914 la exis-

tencia de protones en los nuacutecleos Un experimen-

to publicado en 1919 proporcionoacute la primera

comprobacioacuten empiacuterica de la existencia de estas

partiacuteculas fundamentales Ya antes Eugen Golds-

tein habiacutea producido protones en sus experimen-

34

tos con tubos de descarga en gas Goldstein obtu-

vo estas partiacuteculas a partir del hidroacutegeno gaseoso

contenido en el tubo por separacioacuten de un elec-

troacuten del aacutetomo de hidroacutegeno La trascendencia del

experimento de Rutherford consistioacute en que ob-

tuvo protones del nuacutecleo de un aacutetomo que no era

de hidroacutegeno con lo cual establecioacute la naturaleza

de los protones como partiacuteculas fundamentales Al

hablar de partiacuteculas fundamentales nos referimos a

las unidades baacutesicas a partir de las cuales se pue-

den formar estructuras maacutes complicadas (como el

nuacutecleo de nitroacutegeno) El experimento de Ruther-

ford constituyoacute la primera reaccioacuten nuclear indu-

cida

Durante la deacutecada de 1920 se llevaron a cabo

muchas transmutaciones artificiales En la deacutecada

de 1930 una de estas reacciones condujo al descu-

brimiento de otra partiacutecula fundamental En 1932

James Chadwick bombardeoacute berilio con partiacuteculas

alfa

35

Be94 + He4

2 C126 + n1

0 Entre los productos se encontraba el neutroacuten

RADIACTIVIDAD INDUCIDA

Las primeras reacciones nucleares produjeron

isoacutetopos que ya se conociacutean por estar presentes en

la Naturaleza Esto fue quizaacute fortuito porque era

inevitable que tarde o temprano se produjese un

nuacutecleo estable Iregravene Curie (hija de los ganadores

del premio Nobel de 1903) y su esposo Freacutedeacuteric

Joliot estudiaban el bombardeo de aluminio con

partiacuteculas alfa Se produciacutean neutrones y quedaba

como residuo un isoacutetopo de foacutesforo

Al2713 + He4

2 P3015 + n1

0

Para sorpresa de los investigadores el blanco

seguiacutea emitiendo partiacuteculas auacuten despueacutes de inte-

rrumpido el bombardeo El isoacutetopo de foacutesforo era

radiactivo y emitiacutea partiacuteculas cuya masa era igual a

36

la del electroacuten pero cuya carga era opuesta Estas

partiacuteculas se llaman positrones La reaccioacuten que

estaban observando era la siguiente

P3015 e0

1+ + Si3014

Asiacute pues surge una vez maacutes la pregunta iquestde doacuten-

de proviene esta partiacutecula si el nuacutecleo contiene

soacutelo protones y neutrones Anteriormente expli-

camos el hecho de que surgiese una partiacutecula beta

(un electroacuten) de un nuacutecleo afirmando que un neu-

troacuten se habiacutea descompuesto en un protoacuten y un

electroacuten Quizaacute un suceso similar puede explicar la

aparicioacuten de un positroacuten Considera que un pro-

toacuten del nuacutecleo se transforma en un neutroacuten y un

positroacuten (un protoacuten es ideacutentico a un nuacutecleo de

hidroacutegeno)

H11 e0

1+ + N10

Todo queda muy bien balanceado en esta

37

ecuacioacuten Al emitirse el positroacuten el nuacutecleo radiac-

tivo original tiene de pronto un protoacuten menos y

un neutroacuten maacutes que antes Por tanto la masa del

nuacutecleo producido es la misma pero su nuacutemero

atoacutemico se ha reducido en una unidad respecto al

nuacutecleo original Por este trabajo la pareja Joliot-

Curie se hizo acreedora al premio Nobel en 1935

(la pareja Joliot-Curie adoptoacute el apellido combina-

do para perpetuar el nombre de Curie Marie y

Pierre Curie tuvieron dos hijas pero ninguacuten hijo

varoacuten

38

7 USOS DE LOS RADIOISOacuteTOPOS

Muchas de las aplicaciones de la energiacutea

de la radiacioacuten se realizan a traveacutes de los

radioisoacutetopos

Gracias a ellos y a los detectores se evitan

grandes perdidas materiales y se ahorra

grandes esfuerzos

Los cientiacuteficos que trabajan en una amplia va-

riedad de campos emplean isoacutetopos radiactivos

(radioisoacutetopos) como rastreadores en sistemas

fiacutesicos quiacutemicos y bioloacutegicos Los isoacutetopos de un

elemento determinado sea radiactivo o no se

39

comportan de manera casi ideacutentica en los proce-

sos quiacutemicos y fiacutesicos En virtud de la facilidad

para detectar los isoacutetopos radiactivos es relativa-

mente faacutecil seguir sus movimientos incluso en un

sistema complicado

Como un ejemplo sencillo consideremos el

flujo de un liacutequido por una tuberiacutea Supongamos

que hay una fuga en una tuberiacutea enterrada bajo un

piso de concreto Podriacuteamos localizar la fuga le-

vantando partes extensas del piso o bien podriacutea-

mos agregar una pequentildea cantidad de material

radiactivo al liacutequido que va hacia el drenaje y ras-

trear el flujo de liacutequido con un contador Geiger

(un instrumento que detecta la radiactividad) Una

vez localizada la fuga soacutelo habriacutea que levantar una

parte pequentildea del piso para reparar la fuga Por lo

general se emplean para este propoacutesito isoacutetopos

de vida corta que desaparecen poco tiempo des-

pueacutes de realizar su funcioacuten

Anaacutelogamente podriacuteamos rastrear la incorpo-

racioacuten de foacutesforo en una planta verde La planta se

40

alimenta con un fertilizante que contiene foacutesforo

radiactivo Un meacutetodo sencillo de deteccioacuten con-

siste en colocar la planta sobre una peliacutecula foto-

graacutefica La radiacioacuten que emiten los isoacutetopos de

foacutesforo expone la peliacutecula en gran medida como

lo hace la luz Este tipo de exposicioacuten llamado

radiografiacutea muestra la distribucioacuten del foacutesforo en

la planta

Tambieacuten se da un buen uso a los rastreadores

radiactivos en la investigacioacuten agriacutecola Estos isoacute-

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 cuaacuteles son los mejores meacutetodos para

regular los insectos La mutacioacuten intencional de

plantas por irradiacioacuten ha producido nuevas y

mejores cepas de plantas de cultivo con valor co-

mercial desde raacutebanos hasta maniacute

Los radioisoacutetopos se emplean tambieacuten para

irradiar alimentos como meacutetodo de conservacioacuten

La radiacioacuten destruye los microorganismos que

41

causan la descomposicioacuten de los alimentos Los

alimentos irradiados muestran poco cambio en

cuanto a su saber o aspecto A muchas personas

les inquietan los posibles efectos dantildeinos de las

sustancias quiacutemicas que produce la radiacioacuten pero

no hay pruebas contundentes de dantildeos causados

por alimentos irradiados en animales de laborato-

rio alimentados con ellos y tampoco se conocen

efectos adversos en seres humanos en los paiacuteses

donde la irradiacioacuten se ha utilizado por muchos

antildeos El proceso de esterilizacioacuten no deja irradia-

cioacuten residual en los alimentos

Los radioisoacutetopos han sido empleados exten-

samente en la investigacioacuten cientiacutefica baacutesica El

mecanismo de la fotosiacutentesis se dilucidoacute en gran

parte utilizando carbono 14 como rastreador Por

ejemplo para determinar coacutemo fabrican las plan-

tas el azuacutecar glucosa a partir de dioacutexido de carbo-

no y agua la planta se expone a dioacutexido de carbo-

no radiactivo El investigador identifica los com-

puestos que se forman a partir de estas materias

42

primas y el orden en el que se sintetizan y despueacutes

determina cuaacuteles compuestos se tornan radiactivos

y en queacute secuencia Con base en los dates obteni-

dos de experimentos con rastreadores los cientiacutefi-

cos determinan las rutas metaboacutelicas de plantas

animales y seres humanos

43

8 MEDICINA NUCLEAR

La medicina nuclear ha generado tra-

tamientos y terapias inimaginables

antes de su descubrimiento

En el diagnostico generoacute meacutetodos no

invasivos que evitan a los paciente

tanto sufrimientos como peacuterdidas de

tiempo

En medicina nuclear se dan dos usos distintos

a los radioisoacutetopos para fines terapeacuteuticos o para

realizar un diagnoacutestico En la terapia con radiacioacuten

se intenta tratar o curar un padecimiento por

44

medio de radiacioacuten El uso de los radioisoacutetopos

con fines de diagnoacutestico busca obtener informa-

cioacuten acerca del estado de salud del paciente

TERAPIA POR RADIACIOacuteN

El caacutencer no es una sola enfermedad sino

muchas Algunas formas de caacutencer son particu-

larmente susceptibles a la terapia por radiacioacuten La

radiacioacuten se dirige cuidadosamente hacia el tejido

canceroso y se reduce al miacutenimo la exposicioacuten de

las ceacutelulas normales Si los efectos destructivos de

la radiacioacuten consiguen matar las ceacutelulas cancero-

sas se detiene el avance del tumor maligno (Pero

los pacientes que se someten a terapia por radia-

cioacuten suelen experimentar malestares a causa del

tratamiento Naacuteusea y voacutemito son los siacutentomas

usuales del malestar por radiacioacuten Asiacute pues el

objetivo de la terapia por radiacioacuten es destruir las

ceacutelulas cancerosas antes de que se cause un dantildeo

excesivo a los tejidos sanos La radiacioacuten tiene

45

efectos maacutes letales para las ceacutelulas que se reprodu-

cen con rapidez y eacutesta es precisamente la caracte-

riacutestica de las ceacutelulas cancerosas que permite que la

terapia por radiacioacuten tenga eacutexito

USOS DIAGNOacuteSTICOS DE LOS RADIOISOacuteTOPOS

Los radioisoacutetopos se usan para fines diagnoacutes-

ticos con el propoacutesito de obtener informacioacuten

acerca del tipo o el alcance de la enfermedad El

yodo 131 radiactivo se emplea para determinar el

tamantildeo la forma y la actividad de la glaacutendula ti-

roides asiacute como para tratar caacutenceres localizados

en esta glaacutendula y para controlar una tiroides hi-

peractiva Primero el paciente toma una solucioacuten

de yoduro de potasio que contiene yodo 131 El

organismo concentra el yodo en la tiroides Se

usan dosis grandes para el tratamiento del caacutencer

de la tiroides la radiacioacuten del isoacutetopo se concentra

en las ceacutelulas cancerosas de esta glaacutendula auacuten

cuando las ceacutelulas cancerosas se hayan extendido a

46

otras partes del cuerpo Sin embargo para fines de

diagnoacutestico soacutelo se necesita una pequentildea cantidad

del radioisoacutetopo Tambieacuten 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-

poracioacuten diferencial del isoacutetopo La imagen que

se obtiene se describe como una fotoexploracioacuten

y permite determinar con precisioacuten la ubicacioacuten de

un tumor en esa regioacuten del cuerpo

El radioisoacutetopo de uso maacutes extendido en medicina

es el gadolinio 153 Este isoacutetopo se emplea para

evaluar la mineralizacioacuten de los huesos Su popu-

laridad es un indicio del gran nuacutemero de personas

principalmente mujeres que sufren de osteoporo-

sis (reduccioacuten de la cantidad de tejido oacuteseo) a me-

dida que envejecen El gadolinio 153 emite dos

radiaciones caracteriacutesticas un rayo gamma y un

rayo X Un dispositivo analizador compara estas

radiacioacuten despueacutes de que atraviesan el hueso La

47

densidad del mismo se determina con base en las

diferencias de absorcioacuten de los rayos

El tecnecio 99m se utiliza en diversos ensayos

diagnoacutesticos La letra m quiere decir metaestable

lo que significa que este isoacutetopo emite cierta ener-

giacutea para convertirse en una versioacuten maacutes estable del

mismo isoacutetopo (mismo nuacutemero atoacutemico y mismo

peso atoacutemico) La energiacutea que desprende es el

rayo gamma que permite detectar el isoacutetopo

Tcm9943 Tc99

43 + y

Observa que la desintegracioacuten del tecnecio

99m no produce partiacuteculas alfa ni beta las cuales

podriacutean causar dantildeos innecesarios al organismo

Ademaacutes el tecnecio 99m tiene una vida media cor-

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

tividad no permanece en el organismo mucho

tiempo despueacutes de que la exploracioacuten se ha com-

pletado Esta vida media tan corta obliga a planifi-

48

car cuidadosamente el uso del radioisoacutetopo De

hecho lo que se adquiere no es el isoacutetopo mismo

El tecnecio 99m se forma por desintegracioacuten del

molibdeno 99

Mo9942 Tcm99

43 + e01minus + y

Se emplea un recipiente que contiene este isoacute-

topo de molibdeno y el producto de desintegra-

cioacuten el tecnecio 99 se extrae del recipiente a

medida que se necesita

Mediante el uso de modernas tecnologiacuteas ba-

sadas en la utilizacioacuten de computadoras la tomo-

grafiacutea por emisioacuten de positrones (PET por sus

siglas en ingleacutes) permite medir los procesos dinaacute-

micos que se llevan a cabo en el organismo como

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

boliza el oxiacutegeno o la glucosa Las exploraciones

de PET se emplean actualmente para identificar

con precisioacuten el aacuterea de dantildeo cerebral que desen-

49

cadena los ataques epileacutepticos graves Antes de la

exploracioacuten se inhalan o se inyectan compuestos

que contienen isoacutetopos emisores de positrones

como el carbono 11 Antes de que el positroacuten

emitido pueda recorrer una distancia apreciable en

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

teria ordinaria abundan los electrones) y se produ-

cen dos rayos gamma

C116 B11

5 + e01+

e01+ + e0

1minus 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 simultaacuteneamente

dos rayos gamma el sistema no toma en cuenta

los rayos gamma de la radiacioacuten natural de fondo

A continuacioacuten se emplea una computadora para

calcular la ubicacioacuten dentro del cuerpo del punto

50

en el cual ocurrioacute una aniquilacioacuten del positroacuten y

el electroacuten y se genera una imagen en esa regioacuten

La tabla contiene una lista de radioisoacutetopos de

uso comuacuten en la medicina La lista es necesaria-

mente incompleta Incluso con esta exposicioacuten tan

breve puedes hacerte una idea de la importancia

que los radioisoacutetopos tienen en la medicina La

aseveracioacuten de que la ciencia nuclear ha salvado

maacutes vidas de las destruidas por las bombas atoacutemi-

cas no carece el fundamento

51

Isoacutetopo Nombre Vida me-

dia Uso

C11 Carbono 11 203m Exploraciones cere-

brales

Cr51 Cromo 51 278d Determinacioacuten

del volumen sanguiacute-

neo

Co57 Cobalto 57 270d Medicioacuten de la

incorporacioacuten de

vitamina v12

Co60 Cobalto 60 526a Terapia de caacutencer

por radiacioacuten

Gd153 Gadolinio

153

242d Determinacioacuten

de la densidad oacutesea

Ga67 Galio 67 781h Exploracioacuten en

busca de tumores

pulmonares

I131 Yodo 131 807d Terapia de la ti-

roides

Ir192 Iridio 192 74d Terapia del caacuten-

cer de mamaacute

Fe59 Hierro 59 45d Deteccioacuten de

anemia

52

P32 Foacutesforo 32 143d Deteccioacuten de

caacutencer de la piel o

tumores oculares

Pu238 Plutonio

238

86a Suministra ener-

giacutea para marcapasos

Ra226 Radio 226 1600a Terapia de caacutencer

por radiacioacuten

Se75 Selenio 75 120d Exploraciones del

paacutencreas

Na24 Sodio 24 150h Localizacioacuten de

obstrucciones en el

flujo sanguiacuteneo

Tc99 Tecnecio 99 60h Obtencioacuten de imaacute-

genes de cerebro hiacutega-

do meacutedula oacutesea rintildeoacuten o

corazoacuten

Tl201 Talio 201 73h Deteccioacuten de pro-

blemas cardiacos con la

prueba de esfuerzo en

rueda de andar

H3 Tritio 123a Determinacioacuten de

agua corporal total

Xe133 Xenoacuten133 527d Obtencioacuten de imaacute-

genes de pulmoacuten

53

9 FECHADO POR MEDIO DE RADIOISOacuteTOPOS

Una de las aplicaciones maacutes in-

creiacutebles de la quiacutemica nuclear es la po-

sibilidad de averiguar la antiguumledad de

los objetos encontrados en las investi-

gaciones arqueoloacutegicas

Se puede usar la vida media de ciertos isoacuteto-

pos para estimar la antiguumledad de rocas y artefac-

tos arqueoloacutegicos El uranio 238 se desintegra con

una vida media de 4500 millones de anos Los

productos iniciales de esta desintegracioacuten tambieacuten

son radiactivos y la descomposicioacuten continuacutea

54

hasta que se forma un isoacutetopo de plomo (plomo

206) Los quiacutemicos pueden estimar la antiguumledad

de una roca determinando las proporciones relati-

vas de uranio 238 y plomo 206 Se ha encontrado

que algunas de las rocas maacutes antiguas de la Tierra

se formaron hace entre 3000 y 4500 millones de

antildeos En las rocas lunares y en meteoritos se ha

determinado una antiguumledad maacutexima de alrededor

de 4500 millones de antildeos Asiacute pues se considera

en general que la Tierra tiene una antiguumledad de

unos 4500 millones de antildeos

FECHADO POR CARBONO 14

En el fechado de artefactos interviene por lo

general un isoacutetopo radiactivo de carbono Se for-

ma carbono 14 en las capas superiores de la at-

moacutesfera por el bombardeo que experimenta el

nitroacutegeno ordinario por parte de los neutrones de

los rayos coacutesmicos

55

N147 + n1

0 C146 + H1

1

Este proceso origina una concentracioacuten cons-

tante de carbono 14 en el CO2 terrestre Las plan-

tas y animales vivos incorporan este isoacutetopo en

sus propias ceacutelulas Sin embargo cuando estos

seres mueren se interrumpe la incorporacioacuten de

carbono 14 y el carbono 14 que hay en el orga-

nismo se desintegra (con una vida media de 5 730

antildeos) a nitroacutegeno 14

Por consiguiente basta con medir la actividad

residual de carbono 14 en un artefacto de origen

vegetal o animal para determinar su antiguumledad

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 antildeos de antiguumle-

dad es decir ha estado muerta durante un tiempo

equivalente a una vida media Anaacutelogamente un

artefacto que muestra el 25 de la actividad de

carbono 14 del material vegetal reciente tiene

56

11460 anos de antiguumledad 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 aquiacute supone que la formacioacuten del isoacutetopo

fue constante a lo largo del tiempo En realidad no

es asiacute Sin embargo aproximadamente para los

uacuteltimos 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

aacuterboles Se han construido curvas de calibracioacuten

que permiten determinar fechas consideradas co-

mo exactas

En teacuterminos generales el meacutetodo de carbono

14 es razonablemente preciso para fechar objetos

de hasta 50000 antildeos de antiguumledad La cantidad

residual del isoacutetopo en los objetos de una antiguumle-

dad mayor que esa es demasiado pequentildea para

hacer una determinacioacuten exacta

El carboacuten de las fogatas de los pueblos anti-

57

guos fechado por determinacioacuten de la actividad

de carbono 14 se usa para estimar la antiguumledad

de otros artefactos encontrados en el mismo em-

plazamiento arqueoloacutegico La teacutecnica de fechado

por carbono 14 se ha usado tambieacuten para detectar

si supuestos artefactos antiguos han sido falsifica-

dos

EL SUDARIO DE TURIacuteN

Probablemente han oiacutedo hablar del sudario de

Turiacuten Se trata de una pieza de tejido de lino muy

antigua de unos 4 metros de largo que muestra la

impresioacuten aproximada de un cuerpo humano

Desde alrededor del antildeo 1350 dC 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-

bricacioacuten del lienzo habiacutea sido cultivado en alguacuten

memento entre los anos de 1260 y 1390 dC Por

58

tanto el lienzo no podriacutea haber existido en tiem-

pos de Cristo A diferencia de los pergaminos del

Mar Muerto para los que el fechado por carbono

14 demostroacute que son registros auteacutenticos de una

civilizacioacuten que existioacute hace unos 2000 antildeos el

sudario de Turiacuten resultoacute ser falso

FECHADO POR TRITIO

El tritio que es el isoacutetopo radiactivo del

hidroacutegeno sirve tambieacuten para fechar Su vida me-

dia de 123 antildeos lo hace uacutetil para fechar objetos de

hasta 100 antildeos de antiguumledad Una aplicacioacuten inte-

resante es el fechado de aguardientes Estas bebi-

das alcohoacutelicas son muy costosas cuando han sido

antildeejadas de 10 a 50 antildeos El fechado por tritio

permite comprobar la veracidad de los anuncios

publicitarios respecto al proceso de antildeejamiento

de las variedades maacutes caras

Hay muchos otros isoacutetopos que permiten es-

timar la antiguumledad de objetos y materiales

59

Isoacutetopo Vida me-

dia

(antildeos)

Periacuteodo de

utilidad Uso

Carbono 14 5730 500 a 50000

antildeos

Carboacuten vege-

tal material

orgaacutenico

Tritio 123 1 a 100 antildeosVinos antildeeja-

dos

Potasio 40 13 x 109 Desde 10000

antildeos

Rocas corteza

terrestre y

lunar

Renio 187 43 x1010 Desde 4 x

107 antildeos Meteoritos

Ranio238 45 x109 Desde 107

antildeos

Rocas corteza

terrestre

60

10 PLANTAS DE ENERGIacuteA NUCLEAR

iquestSabeacutes de doacutende viene esa energiacutea que nosotros usamos tanto Mucha de la energiacutea eleacutectrica es

producida por plantas nucleares de to-do el mundo

La energiacutea nuclear ha dado origen a bombas

muy destructivas y a la nociva precipitacioacuten ra-

diactiva y podriacutea incluso provocar un devastador

invierno nuclear Sin embargo una cantidad mu-

cho mayor de personas han recibido beneficios de

la energiacutea nuclear que las que han sido perjudica-

das por ella El hecho es que existen muchos usos

de la energiacutea nuclear que son sumamente beneacutefi-

61

cos Ya conocemos el uso de isoacutetopos radiactivos

en el diagnoacutestico cliacutenico y en el fechado de obje-

tos de antiguumledad desconocida Otro uso paciacutefico

de la energiacutea nuclear es la generacioacuten de electri-

cidad Una gran parte de la energiacutea eleacutectrica que

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

giacutea nuclear

En la actualidad una quinta parte de toda la

electricidad que se produce en Estados Unidos

proviene de plantas de energiacutea nuclear En Euro-

pa la dependencia respecto a la energiacutea nuclear

para la produccioacuten de electricidad es auacuten mayor

En Francia por ejemplo maacutes del 70 de la ener-

giacutea eleacutectrica del paiacutes proviene de plantas nuclea-

res

No es sorprendente que una reaccioacuten que

desprende tanta energiacutea como lo hace la fisioacuten

nuclear se use como fuente de energiacutea para gene-

rar electricidad En las plantas de energiacutea nuclear

se usa el calor obtenido de una reaccioacuten de fisioacuten

62

en cadena controlada para producir vapor de

agua que mueve las turbinas generadoras de elec-

tricidad El combustible nuclear es normalmente

oacutexido de uranio U3O8 enriquecido hasta alrede-

dor de 3 de uranio 235

La energiacutea nuclear es mucho maacutes limpia que la

que se obtiene quemando combustibles foacutesiles

(carboacuten petroacuteleo y gas) no produce cenizas finas

ni holliacuten no forma dioacutexido de carbono que con-

tribuye al efecto de invernadero y al calentamiento

global y no contamina el aire con oacutexidos de azu-

fre y de nitroacutegeno que dan origen a la lluvia aacutecida

Por otra parte emite grandes cantidades de calor

residual en el ambiente y lo que es mucho maacutes

serio produce muchos residuos radiactivos La

eliminacioacuten de todos estos materiales radiactivos

de desecho es uno de los problemas constantes

que se tienen en relacioacuten con las plantas de energiacutea

nuclear

63

11 BOMBA ATOacuteMICA

Todos sabemos los desastres que pue-

den causar la detonacioacuten de una bomba

nuclear

Aquiacute presentamos la explicacioacuten teoacuterica

y coacutemo se pone en praacutectica

COacuteMO FUNCIONA UNA BOMBA NUCLEAR EN LA

TEORIacuteA

El 16 de Julio de 1945 estalloacute la primera bomba

atoacutemica en el campo de pruebas de Trinity cerca

de aacutelamo Gordo (Nuevo Meacutejico) Desde ese pre-

64

ciso instante la historia de la humanidad ha pasado

a una nueva era la era nuclear

Nunca hasta entonces se habiacutean tenido los cono-

cimientos necesarios como para saber que la masa

puede convertirse en grandes cantidades de ener-

giacutea y coacutemo podiacutea realizarse ese proceso hasta

entonces reservado tan soacutelo a las estrellas

La famosa foacutermula de Einstein E = mc2 ha pasa-

do ya ha formar parte de la cultura popular auacuten sin

que en realidad se llegue a saber que implica

Donde E es energiacutea m masa y c la velocidad de la

luz (constante) En esta ecuacioacuten se expresa la

relacioacuten de equivalencia entre masa y energiacutea Por

ejemplo haciendo algunas cuentas se ve que con

un gramo de uranio si se convirtiese totalmente

en energiacutea se obtendriacutean 25 millones de Kw

Aplicado como una bomba nuclear basta decir

que para asolar Hiroshima soacutelo se convirtioacute un

65

gramo de masa (aunque toda la bomba como me-

canismo pesara cuatro toneladas) su potencia fue

de 125 kilotones es decir para igualar su potencia

seriacutean 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 combustibles

de fisioacuten Cuando en un espacio se reuacutene la sufi-

ciente cantidad de materia (denominada masa criacute-

tica) se produce una reaccioacuten en cadena espontaacute-

nea esto es el nuacutecleo de los aacutetomos del material

se divide liberando energiacutea y varios neutrones

raacutepidos que provocan que otros nuacutecleos tam-

bieacuten se dividan y liberen maacutes energiacutea y neutrones

Este proceso se denomina fisioacuten nuclear Sin em-

bargo si la densidad no es suficiente la energiacutea

liberada hace que el material se expanda y se de-

tenga el proceso Para evitar que se pare la reac-

cioacuten se recurre a una materia muy densa de por siacute

(isoacutetopos del uranio y plutonio) que ademaacutes se

comprime de manera muy raacutepida para lograr una

66

altiacutesima densidad que permite que los neutrones

raacutepidos choquen antes con otros nuacutecleos y se

produzcan antes el mayor nuacutemero 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 maacutes energiacutea Para una

explosioacuten de 100 kilotones son necesarias 58 ge-

neraciones las 7 uacuteltimas generan el 999 de la

energiacutea en periodo cortiacutesimo de tiempo Tambieacuten

puede liberarse energiacutea con la fusioacuten en este pro-

ceso los nuacutecleos se unen en vez de separarse pero

se requieren altiacutesimas temperaturas (del orden de

millones de grados) para que este proceso se lleve

a cabo Para esta reaccioacuten se usan aacutetomos ligeros

(maacutes faacuteciles de unir) generalmente hidroacutegeno o

sus isoacutetopos (deuterio y tritio) Para unir dos aacuteto-

mos basta con hacerlos chocar Los protones de

cada aacutetomo 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

67

fusioacuten deben comprimirse fuertemente los nuacute-

cleos y una vez hecho soacutelo podraacuten continuar uni-

dos si pierden un equivalente de la energiacutea que les

hizo apretarse En el caso de usar deuterio y tritio

se libera violentamente un neutroacuten Esta energiacutea

liberada es la que forma una bomba de fusioacuten

tambieacuten denominada bomba H

COMO FUNCIONA UNA BOMBA ATO-MICA EN LA PRACTICA

Sea cual fuere el sistema de funcionamiento de

una bomba nuclear (fusioacuten o fisioacuten) una cantidad

de masa se convierte en energiacutea la potencia soacutelo

depende de la capacidad de la ingenieriacutea para con-

vertir maacutes masa antes de que la reaccioacuten disperse

las moleacuteculas en teoriacutea la potencia es por tanto

ilimitada

Una bomba nuclear consiste baacutesicamente en una

esfera hueca de plutonio que no es lo suficiente-

68

mente densa como para producir una reaccioacuten 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 explosioacuten se disparan los detonado-

res que hacen que el material explosivo estalle de

la manera lo maacutes regular posible para que enviacutee

una onda de choque esfeacuterica hacia el plutonio

Cuando eacutesta impacta contra eacutel lo comprime y re-

duce su volumen empujaacutendolo hacia el centro de

la esfera hasta que alcanza una densidad suficiente

(supercriacutetica) y se dispara el iniciador de neutrones

para comenzar la reaccioacuten en cadena que da lugar

a la explosioacuten nuclear

Las bombas termonucleares de fusioacuten o H nece-

sitan de una gran temperatura para que se puedan

unir los nuacutecleos esto se consigue en el interior de

una explosioacuten de fisioacuten que es el comienzo de

toda bomba H

69

Una vez acabada la reaccioacuten de fusioacuten nos encon-

traremos con una esfera expandida con una tem-

peratura de millones de grados en la que existen

los productos de la fusioacuten (litio e isoacutetopos del

hidroacutegeno) Tal es su velocidad que pueden fun-

dirse unos con otros dando lugar a la reaccioacuten de

fusioacuten Esta reaccioacuten genera maacutes energiacutea que la

anterior y libera gran cantidad de partiacuteculas nu-

cleares pero no es una reaccioacuten en cadena ya que

el propio calor que genera hace que las partiacuteculas

se separen y se expandan en forma de una esfera

de plasma con una temperatura que tan soacutelo expe-

rimenta el universo de manera natural en las estre-

llas En nuestro sol por ejemplo ocurren la fusioacuten

nuclear de hidroacutegeno y helio Pero antes de que la

reaccioacuten se extinga los neutrones generados por

las detonaciones anteriores provocan de nuevo

una reaccioacuten de fusioacuten sobre una camisa de U-

238 pero esta vez mucho mayor que las anterio-

res La potencia de una bomba termonuclear care-

ce de liacutemite una bomba como la de Hiroshima de

70

125 kilotones (un kilotoacuten equivale a 1000 tonela-

das de TNT) se considera dentro de los arsenales

modernos como pequentildea siendo las de un mega-

toacuten (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 la

Segunda Guerra Mundial

Para la construccioacuten de una bomba nuclear nor-

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

primero no forma parte de la reaccioacuten nuclear

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

nera espontaacutenea emitiendo neutrones que son

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

duzca de manera accidental la reaccioacuten en cadena

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

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

cioacuten 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

71

reactores nucleares a partir del U-238

La desintegracioacuten del uranio en la reaccioacuten en

cadena se produce de manera espontaacutenea para una

masa de 50 Kg si eacuteste elemento es puro El pluto-

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

da reaccioacuten en cadena de modo que se mezcla de

berilo y polonio dando como resultado un pro-

ducto que aunque no es fisionable por si solo una

pequentildea cantidad actuacutea como catalizador para las

grandes reacciones Asiacute bastan 16 Kg de PU-239

para obtener la masa supercriacutetica y 10 Kg si se

mezcla con U-238

El U-235 es muy difiacutecil de extraer por encontrarse

en la naturaleza muy mezclado con otros com-

puestos Asiacute por cada 25000 toneladas de mineral

de uranio bruto soacutelo se obtienen 50 toneladas de

uranio del que el 993 es U-235 y el resto el

rariacutesimo isoacutetopo U-238 ambos soacutelo se pueden

separar de manera mecaacutenica gracias a la leviacutesima

72

diferencia de peso entre ambos Asiacute el uranio se

mezcla en forma gaseosa con fluor (hexafluoriacutedri-

co) que es impulsado a baja presioacuten hacieacutendolo

pasar por unas caacutemaras que aumentan la concen-

tracioacuten de uranio sensiblemente tras cientos de

pasadas Para una central nuclear la pureza ha de

ser del 2 y para una bomba (teoacutericamente) el

95

Para separar el isoacutetopo se recurre a la centrifuga-

cioacuten del gas siendo el maacutes pesado U-238 despedi-

do hacia el exterior con maacutes fuerza Para obtener

otra vez el uranio separado del gas se recurre a la

separacioacuten magneacutetica

MECANISMOS QUE SUELEN COMPONER UNA

BOMBA NUCLEAR

Los mecanismos que suelen componer una bom-

ba nuclear son los siguientes

73

ALTIacuteMETRO No suele usarse el baromeacutetrico

por verse afectado por las condiciones atmosfeacuteri-

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 seguacuten el tiempo transcu-

rrido en el recorrido puede saberse la altura sin

necesidad de complicar maacutes el sistema para dar

una precisioacuten que en realidad no es importante (2

o 3 m de diferencia no son apreciables maacutes que

en minibombas bastante menores que las de

Hiroshima) siendo la altura normal de detonacioacuten

la de 2000 m

En la praacutectica 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 electroacute-

nicamente para obtener la diferencia de ambas

que es proporcional a la altura Los pulsos suelen

emitirse 120 veces por segundo y alcanzan un

74

rango de 3000 m sobre la tierra y 6000 m sobre

el mar (la reflexioacuten es alliacute mejor) siendo su error

de hasta 15 m

CABEZA DETONADORA Como ya se dijo

estaacute compuesta de una carga explosiva muy bien

calibrada que a la orden del altiacutemetro detona

produciendo una onda de choque uniforme sobre

el elemento radioactivo comprimieacutendolo hasta

alcanzar la masa supercriacutetica

Compantildeiacuteas privadas producen camisas explosivas

que modificadas pueden ser usadas para la fabri-

cacioacuten del objeto que nos ocupa La cantidad de

presioacuten necesaria a aplicar es un secreto por razo-

nes de seguridad aunque se sabe que los explosi-

vos plaacutesticos son ideales sobre todo por su malea-

bilidad y facilidad de manejo

El detonador variacutea si es combustible es uranio o

plutonio

75

DETONADOR DE URANIO La masa total se

divide en dos partes una mayor de forma semies-

feacuterica y coacutencava que se acopla perfectamente con

la otra maacutes pequentildea Como es de suponer ambas

se encuentran separadas hasta el momento de la

detonacioacuten en el que una explosioacuten convencional

dispara la parte pequentildea que impacta contra la

mayor para lograr en un instante la masa supercriacute-

tica

DETONADOR DE PLUTONIO Necesita

una precisioacuten de ingenieriacutea mucho mayor que la

anterior ya que estaacute compuesta de 32 secciones de

plutonio-berilio-polonio todas de igual forma y

posicioacuten distribuidas conceacutentricamente El aspecto

final es parecido al de un baloacuten de fuacutetbol Todas

han de cerrarse simeacutetricamente en una diezmillo-

neacutesima de segundo para conseguir la detonacioacuten

DEFLECTOR DE NEUTRONES Suele ser

U-238 Su funcioacuten es la que ya se explicoacute evitar

76

una reaccioacuten accidental ademaacutes refleja las partiacutecu-

las de vuelta cuando se alcanza la masa supercriacuteti-

ca

ESCUDO PROTECTOR Recibe otros nom-

bres pero su funcioacuten es siempre la de proteger de

la radiacioacuten natural tanto al personal que la maneja

como a los circuitos de la bomba que pueden su-

frir cortocircuitos o puestas en funcionamiento

accidentales

SISTEMA DE ARMADO Es otro sistema maacutes

de seguridad consistente en quitar una parte im-

prescindible de la bomba para evitar detonaciones

accidentales de modo que soacutelo cuando estaacute

proacuteximo su lanzamiento se inserta esta parte Una

analogiacutea seriacutea como si al aparcar nuestro coche le

quitaacuteramos el volante o una bujiacutea asiacute estariacuteamos

seguros de que no nos lo roban porque sin estas

partes el coche no funciona

77

12 EFECTOS DE UNA EXPLOSIOacuteN NUCLEAR

Tenemos frescas en nuestra memo-

ria las imaacutegenes que nos mostroacute la

televisioacuten cuando se produjo el ac-

cidente de Chernobyl

Aquiacute explicamos todas las conse-

cuencias de una detonacioacuten 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

78

bull Radiacioacuten nuclear inicial la altiacutesima

temperatura y la elevada presioacuten que se

genera en el interior de la explosioacuten emi-

ten radiacioacuten en todas las direcciones Esta

se compone de rayos alfa beta y gamma

que son una forma de radiacioacuten electro-

magneacutetica de alta energiacutea que puede causar

la muerte sin que el individuo se de cuenta

de que ha sido irradiado Una explosioacuten de

un megatoacuten (de tamantildeo estaacutendar) matariacutea

a todo ser humano en 15 Km a la redonda

que se encontrase al aire libre

Las partiacuteculas alfa son ideacutenticas a un nuacutecleo de

helio son las que mas larga vida tienen unos mil

antildeos pero su poder de penetracioacuten 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 radiacioacuten Con 45 cm de tierra se

consigue reducir la radiacioacuten veinte veces

Las partiacuteculas beta penetran maacutes siendo suficiente

79

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

to la radiacioacuten (una pared moderna ya espesa se

compone de 1 pie de ladrillo maacutes caacutemara maacutes

aislante maacutes ladrillo hueco y yeso que suele que-

darse en los 37 cm)

Los de maacutes poder de penetracioacuten son las gamma

y por tanto los maacutes peligrosos ya son los que se

introducen en los refugios nucleares auacuten con

grandes espesores de hormigoacuten La uacutenica protec-

cioacuten eficaz es la de interponer grandes masas de

material mejor cuanto maacutes denso siendo el ideal

el plomo ya que pasa por los materiales como la

luz por una tela si esta es maacutes densa mayor canti-

dad de chocaraacute con ella y no la traspasaraacute Para

reducir la dosis a un veinteavo se precisan 30 cm

de hormigoacuten armado

bull Pulso electromagneacutetico La intensa acti-

vidad de los rayos gamma genera mediante

induccioacuten una corriente de alto voltaje so-

80

bre antenas viacuteas feacuterreas tuberiacuteas que des-

truye todas las instalaciones eleacutectricas de

una amplia zona si la explosioacuten se efectuacutea

a gran altura Una detonacioacuten de muchos

kilotones a 200 km sobre Omaha (Ne-

brasca) destruiriacutea todos los circuitos eleacutec-

tricos integrados de toda Norteameacuterica y

parte de Meacutejico y Canadaacute Ante el riesgo

de una detonacioacuten nuclear es conveniente

alejarse de liacuteneas eleacutectricas y viacutea feacuterreas ya

que la corriente inducida puede electrocu-

tarnos

bull Pulso teacutermico al expandirse la bola de

fuego el aire circundante absorbe energiacutea

en forma de rayos X y la irradia en forma

de una luz cegadora y un intensiacutesimo ca-

lor Una bomba de 20 Megatones produci-

riacutea una intensa luz durante 20 segundos y

causariacutea quemaduras de segundo grado a

81

cualquier persona expuesta a 45 Km de

distancia

bull Onda de choque La raacutepida expansioacuten de

la bola de fuego genera una onda de cho-

que como cualquier explosioacuten pero de

una potencia muy superior ya que puede

aplastar o barrer edificios dantildeaacutendolos muy

seriamente o destruyeacutendolos por comple-

to ya que maacutes que empujar por su dura-

cioacuten lo que hace es estrujar Una bomba

de 20 megatones no dejariacutea en un radio de

20 Km maacutes que escombros soacutelo se salva-

riacutean las cimentaciones y construcciones

enterradas

bull Primera lluvia radioactiva o lluvia ra-

diactiva local una explosioacuten de 20 mega-

tones aras de suelo produciriacutea un craacuteter de

183 m de profundidad la elevada tempe-

82

ratura vaporiza todo lo que se encuentra

dentro de la bola de fuego todo se funde

con los materiales radiactivos de la fisioacuten o

fusioacuten y se eleva con el hongo para luego

precipitar en forma de finas cenizas Esto

ocurriraacute durante las 24 h siguientes a la

explosioacuten y afectaraacute a una regioacuten maacutes o

menos amplia para una misma potencia

seguacuten la climatologiacutea El fenoacutemeno se am-

pliacutea considerablemente si la detonacioacuten se

produce cerca del suelo La energiacutea 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 maacutes destructivos los deno-

minados secundarios como incendios en masa

que acabariacutean con los pocos supervivientes y ma-

tariacutean a maacutes que el pulso teacutermico y la onda de

choque

83

Ademaacutes en caso de que se lanzaran muchas

bombas nucleares sus efectos secundarios seriacutean

mucho maacutes 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 10000 mega-

tones miacutenimos para considerar un holocausto

como tal

bull El primero de estos efectos es que la ra-

dioactividad liberada en caso de holocaus-

to penetrariacutea en todos y cada uno de los

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

Mientras que en dosis altas (seguacuten la espe-

cie) produciriacutea la muerte en otras maacutes ba-

jas los efectos seriacutean de lo maacutes variados

(mutaciones esterilidad)

bull El segundo seriacutea que los materiales im-

pulsados por las detonaciones se elevariacutean

hasta la troposfera donde ocultariacutean la luz

84

del sol durante meses o antildeos haciendo ba-

jar la temperatura de la tierra y alterando la

fotosiacutentesis de los vegetales y el plancton

marino seriacutea el famoso invierno nuclear

Ademaacutes estos materiales radiactivos iriacutean

cayendo durante meses o antildeos convirtieacuten-

dose en una lluvia radiactiva global que

auacuten con menos dosis radiactiva que una

lluvia provocada por una bomba seriacutea

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

antildeos Ese 5 de energiacutea liberada por la

lluvia radiactividad en una bomba es poco

pero en los 10000 megatones de un holo-

causto suponen ya 500 megatones que iraacuten

estallando durante miles de antildeos des-

pueacutes de la cataacutestrofe

85

bull El tercero seriacutea una reduccioacuten en la capa

de ozono producida por el oacutexido de nitroacute-

geno generado por las bolas de fuego de

modo que la radiacioacuten solar que llegase a

la tierra seriacutea mortal Un 70 del ozono

desapareceriacutea en el hemisferio norte y un

40 en el sur siendo necesarios treinta

antildeos para recuperar su estado normal

86

Ejercicios 12

MODELO DE RESOLUCIOacuteN

La distribucioacuten de los electrones de un aacutetomo

en sus niveles y subniveles se puede representar en

forma abreviada de la siguiente manera

a) Un coeficiente que indica el nuacutemero del nivel

de energiacutea (n)

b) Una letra que corresponde al subnivel

c) Un supraiacutendice que sentildeala el nuacutemero de elec-

trones que hay en el subnivel

1H = 1s1

3Li = 1s2 2s1

En razoacuten del entrecruzamiento de subniveles

el orden en que se van completando los subniveles

por energiacutea creciente es el siguiente

87

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

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

5d 6p 7s 5f 6d

7p

Para visualizar la distribucioacuten de los electrones

en orbitales se puede representar cada orbital por

un pequentildeo cuadrado dividido por una diagonal

y cada electroacuten mediante una flecha

Entonces el orbital puede estar

Vaciacuteo incompleto completo

(1 electroacuten) (2 electrones)

En caso del orbital completo las flechas tienen

sentido contrario para indicar que los electrones

presentan spin contrario

El llenado de los orbitales por los electrones

se realiza a partir de los niveles y subniveles en

88

orden creciente de energiacutea Cada nuevo electroacuten se

incorpora a un orbital vaciacuteo

De ese modo los elementos quedan represen-

tados asiacute

1H =

1s

3Li =

1s 2s

7N =

1s 2s 2p

89

Ejercicios 121

1) Un aacutetomo de foacutesforo tiene 15 protones y 16

neutrones Indicaacute cuaacutel es su

a) nuacutemero atoacutemico (Z) b) nuacutemero

de masa (A)

2) Un aacutetomo de potasio tiene Z =19 y A = 39

Indicaacute su nuacutemero de

a) protones b) electrones

c) neutrones

3) Completaacute los datos que faltan en el siguiente

cuadro

90

ELE-

MEN-

TO

NUacute-

MERO

ATOacute-

MICO

NUacute-

MERO

DE

MASA

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) Sentildealaacute el nombre y siacutembolo de los elementos

cuyas configuraciones electroacutenicas 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) Escribiacute la configuracioacuten electroacutenica de los

siguientes elementos

91

a) Na2311 = c) O16

8 =

b) Cl3517 = d) C12

6 =

6) De acuerdo con la siguiente representacioacuten de

los electrones en orbitales indicaacute a queacute ele-

mentos corresponden

a)

b)

c)

d)

7) Representaacute la distribucioacuten de los electrones en

orbitales de los elementos

a) 7N= c) 18Ar =

b) 15AI = d) 19K =

92

Hoja de respuestas121

1) a) 15 b) 31 2) a) 19 b) 19 c) 20

3)

ELE-

MEN-

TO

NUacuteME-

RO

ATOacute-

MICO

NUacute-

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)Argoacuten Ar

d)Escandio Sc

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

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)middot

94

Ejercicios 1211

Modelo de resolucioacuten

El nuacutemero de oxidacioacuten se asigna seguacuten las si-

guientes reglas

1) El nuacutemero de oxidacioacuten de los elementos en la

sustancia simple es cero

Ejemplo Cu0 02Cl

2) El nuacutemero de oxidacioacuten del oxiacutegeno es 2

excepto en las sustancias como el agua oxige-

nada Ejemplo H2

2Ominus

3) El nuacutemero de oxidacioacuten del hidroacutegeno es +1

excepto en las sustancias donde estaacute combina-

do con los metales Ejemplo 1

H+

2O

4) El nuacutemero de oxidacioacuten de un ion monoatoacute-

mico es igual a la carga del ion Ejemplo Ca2-

Cl-

95

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

braica de los nuacutemeros de oxidacioacuten de todos

los aacutetomos debe ser cero Ejemplo 1

H+

2

2Ominus

there42(+1) + (-2) = 0

6) En los iones que tienen maacutes de un aacutetomo la

suma algebraica de los nuacutemeros de oxidacioacuten

de todos los aacutetomos es igual a la carga del ion

El nuacutemero de oxidacioacuten se escribe colocando primero el signo y luego el nuacutemero

Ejemplo el nuacutemero de oxidacioacuten del aluminio es +3

1) Calculaacute los nuacutemeros de oxidacioacuten en la moleacute-

cula de dioacutexido de azufre (SO2)

Datos SO2 nuacutemero de oxidacioacuten del O2

es 2

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de S

Resolucioacuten Cada aacutetomo de oxiacutegeno tiene

nuacutemero de oxidacioacuten 2 por lo tanto el nuacute-

mero de oxidacioacuten del azufre es +4 porque

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

96

2) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten del azufre en

el aacutecido sulfuacuterico (H2SO4)

Datos H2SO2 nuacutemero de oxidacioacuten del

O2 es 2 nuacutemero de oxidacioacuten de H es -1

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de S

Resolucioacuten Se debe cumplir que la suma al-gebraica de todos los nuacutemeros de oxidacioacuten sea cero

4(-2) + 21 + x = 0

-8 + 2 + x = 0

x = 6

Respuesta el nuacutemero de oxidacioacuten del azufre

en el aacutecido sulfuacuterico es +6

3) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten del nitroacutegeno

en el nitrato de sodio (NaNO3)

Datos NaNO3 nuacutemero de oxidacioacuten del

O2 es 2

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de N

97

Resolucioacuten El nuacutemero de oxidacioacuten del

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

ga eleacutectrica positiva

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

1 6 + x = 0

x = 5

Respuesta el nuacutemero de oxidacioacuten del nitroacute-

geno en el nitrato de sodio es +5

4) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten del azufre en

el ion sulfato (S 24Ominus )

Datos S 24Ominus nuacutemero de oxidacioacuten del O2

es 2

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de S

Resolucioacuten La suma de los nuacutemeros de

oxidacioacuten es igual a 2 porque el ion sulfato

tiene dos cargas negativas (2-)

x + 4(-2) = -2

x 8 = -2

x = 6

98

Respuesta El nuacutemero de oxidacioacuten del azu-

fre en el ion sulfato es +6

99

Ejercicios 1212

1) Dibujaacute los siacutembolos de Lewis para los aacutetomos

de

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

2) iquestCoacutemo adquiere la distribucioacuten electroacutenica del

ineacutertido maacutes cercano cada uno de los siguien-

tes aacutetomos

a) K b)

F c)

S d) Mg e)

Br

3) Escribiacute las ecuaciones ioacutenicas la foacutermula elec-

troacutenica y la foacutermula miacutenima del compuesto

ioacutenico formado por

a) K y Br (bromuro de potasio)

b) Ca y O (oacutexido de calcio)

4) Marcaacute con una X las propiedades correspon-

dientes a las sustancias que presentan uniones

ioacutenicas

100

a) Son soacutelidas y tienen bajo punto de fusioacuten ( )

b) Conducen la corriente eleacutectrica fundidas o di-

sueltas en agua ( )

c) Tienen brillo metaacutelico ( )

d) Forman cristales duros y quebradizos solubles

en agua ( )

e) No conducen la corriente eleacutectrica ( )

5) Explicaacute coacutemo se unen dos aacutetomos de bromo

para formar la moleacutecula Br2 y escribiacute su

foacutermula electroacutenica y su foacutermula desarrollada

6) La foacutermula del monoacutexido de dicloro es Cl2O

a) Indicaacute queacute tipo de unioacuten existe entre el cloro y

el oxiacutegeno

b) Escribiacute su foacutermula electroacutenica y su foacutermula

desarrollada

7) El azufre y el oxiacutegeno forman dos oacutexidos

importantes el dioacutexido de azufre (SO2) y el

101

trioacutexido de azufre (SO3) Para el trioacutexido de

azufre

a) Indicaacute queacute tipo de unioacuten existe entre el azufre

y los tres aacutetomos de oxiacutegeno

b) Escribiacute la foacutermula electroacutenica

c) Escribiacute la foacutermula desarrollada

8) Marcaacute 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

liacutequidas o soacutelidas ( )

c) Son duacutectiles y maleables ( )

d) No forman moleacuteculas son agregados de

iones ( )

e) No son buenas conductoras de la corriente

eleacutectrica ( )

102

9) Coloque en el pareacutentesis UCP si la unioacuten es

covalente polar y UCNP si es covalento no

polar en cada una de las siguientes sustancias

a) cloruro de hidroacutegeno HCl ( )

b) Hidroacutegeno H2 ( )

c) yodo l2 ( )

10) Escribiacute la foacutermula electroacutenica y la foacutermula

desarrollada de cada una de las sustancias

mencionadas en el ejercicio 9

11) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten

a) del azufre (S)en el dioacutexido de azufre (SO2) en

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

sodio (Na2S)

b) del nitroacutegeno (N) en el dioacutexido de nitroacutegeno

(NO2) en el aacutecido niacutetrico (HNO3) y en el ni-

trato de potasio (KNO3)

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

can en el concepto de unioacuten metaacutelica

103

a) Tienen bajo punto de fusioacuten y de

ebullicioacuten ( )

b) Tienen brillo metaacutelico ( )

c) Conducen la corriente eleacutectrica sin

alterarse ( )

d) En estado soacutelido son malos conductores de la

corriente eleacutectrica ( )

e) Forman hilos y laacuteminas delgadas ( )

104

Hoja de respuestas 1212

1) a) He b) Al c)

Si d)

Ar e)

N

2) a) cede un electroacuten d) cede electrones c)

gana dos electrones b) y e) gana un electroacuten

3) a) Ecuaciones ioacutenicas

K K1+ + 1 e

Br + 1 e Br1-

K1+ + Br- KBr

Foacutermula electroacutenica K1+minus

1

Br

Foacutermula miacutenima KBr

b) Ecuaciones ioacutenicas

Ca Ca 2+ + 2 e

O + 2 e O2-

Ca2+ + O2- CaO

Foacutermula electroacutenica Ca2+ minus

2

O

105

Foacutermula miacutenima CaO

4) b y d

5) se unen compartiendo un par de electrones

6) a) unioacuten covalente

b) foacutermula electroacutenica

Cl

O

Cl

foacutermula desarrollada Cl O Cl

7) a) una unioacuten covalente doble entre el azufre y

uno de los aacutetomos de oxiacutegeno dos uniones cova-

lentes coordinadas con los otros dos aacutetomos de

oxiacutegeno

b) Foacutermula electroacutenica

Foacutermula desarrollada

106

8) a b y e

9) a) UCP y c) UCNP

10) Foacutermula electroacutenica Foacutermula desarrollada

a) H

Cl H Cl

b) HH H H

c)

I

I l I

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

12) b c y e

  • RADIACTIVIDAD
    • IacuteNDICE
      • 1 RADIACTIVIDAD NATURAL
      • 2 RELACIOacuteN ENTRE LA LEY DE LAVOISIER Y LA DE EINSTEIN
      • 3 INTERACCIONES ENTRE AacuteTOMOS Y ONDAS
      • 4 PODER DE PENETRACIOacuteN DE LA RADIACIOacuteN
      • 5 VIDA MEDIA
      • 6 RADIACTIVIDAD ARTIFICIAL
      • 7 USOS DE LOS RADIOISOacuteTOPOS
      • 8 MEDICINA NUCLEAR
      • 9 FECHADO POR MEDIO DE RADIOISOacuteTOPOS
      • 10 PLANTAS DE ENERGIacuteA NUCLEAR
      • 11 BOMBA ATOacuteMICA
      • 12 EFECTOS DE UNA EXPLOSIOacuteN NUCLEAR
        • Ejercicios 12
        • Ejercicios 121
        • Hoja de respuestas121
        • Ejercicios 1211
        • Ejercicios 1212
        • Hoja de respuestas 1212

33

mento de este tipo en el cual Rutherford bom-

bardeoacute nitroacutegeno dio por resultado la produccioacuten

de protones

N147 + He4

2 O178 + H1

1

(Recordaacute que el nuacutecleo de hidroacutegeno es un protoacuten

por eso usamos el siacutembolo alternativo H11 para el pro-

toacuten)

Observaacute que la suma de los nuacutemeros de nu-

cleones de la izquierda es igual a la suma de los

nuacutemeros de nucleones de la derecha Tambieacuten los

nuacutemeros atoacutemicos estaacuten balanceados

Rutherford habiacutea postulado en 1914 la exis-

tencia de protones en los nuacutecleos Un experimen-

to publicado en 1919 proporcionoacute la primera

comprobacioacuten empiacuterica de la existencia de estas

partiacuteculas fundamentales Ya antes Eugen Golds-

tein habiacutea producido protones en sus experimen-

34

tos con tubos de descarga en gas Goldstein obtu-

vo estas partiacuteculas a partir del hidroacutegeno gaseoso

contenido en el tubo por separacioacuten de un elec-

troacuten del aacutetomo de hidroacutegeno La trascendencia del

experimento de Rutherford consistioacute en que ob-

tuvo protones del nuacutecleo de un aacutetomo que no era

de hidroacutegeno con lo cual establecioacute la naturaleza

de los protones como partiacuteculas fundamentales Al

hablar de partiacuteculas fundamentales nos referimos a

las unidades baacutesicas a partir de las cuales se pue-

den formar estructuras maacutes complicadas (como el

nuacutecleo de nitroacutegeno) El experimento de Ruther-

ford constituyoacute la primera reaccioacuten nuclear indu-

cida

Durante la deacutecada de 1920 se llevaron a cabo

muchas transmutaciones artificiales En la deacutecada

de 1930 una de estas reacciones condujo al descu-

brimiento de otra partiacutecula fundamental En 1932

James Chadwick bombardeoacute berilio con partiacuteculas

alfa

35

Be94 + He4

2 C126 + n1

0 Entre los productos se encontraba el neutroacuten

RADIACTIVIDAD INDUCIDA

Las primeras reacciones nucleares produjeron

isoacutetopos que ya se conociacutean por estar presentes en

la Naturaleza Esto fue quizaacute fortuito porque era

inevitable que tarde o temprano se produjese un

nuacutecleo estable Iregravene Curie (hija de los ganadores

del premio Nobel de 1903) y su esposo Freacutedeacuteric

Joliot estudiaban el bombardeo de aluminio con

partiacuteculas alfa Se produciacutean neutrones y quedaba

como residuo un isoacutetopo de foacutesforo

Al2713 + He4

2 P3015 + n1

0

Para sorpresa de los investigadores el blanco

seguiacutea emitiendo partiacuteculas auacuten despueacutes de inte-

rrumpido el bombardeo El isoacutetopo de foacutesforo era

radiactivo y emitiacutea partiacuteculas cuya masa era igual a

36

la del electroacuten pero cuya carga era opuesta Estas

partiacuteculas se llaman positrones La reaccioacuten que

estaban observando era la siguiente

P3015 e0

1+ + Si3014

Asiacute pues surge una vez maacutes la pregunta iquestde doacuten-

de proviene esta partiacutecula si el nuacutecleo contiene

soacutelo protones y neutrones Anteriormente expli-

camos el hecho de que surgiese una partiacutecula beta

(un electroacuten) de un nuacutecleo afirmando que un neu-

troacuten se habiacutea descompuesto en un protoacuten y un

electroacuten Quizaacute un suceso similar puede explicar la

aparicioacuten de un positroacuten Considera que un pro-

toacuten del nuacutecleo se transforma en un neutroacuten y un

positroacuten (un protoacuten es ideacutentico a un nuacutecleo de

hidroacutegeno)

H11 e0

1+ + N10

Todo queda muy bien balanceado en esta

37

ecuacioacuten Al emitirse el positroacuten el nuacutecleo radiac-

tivo original tiene de pronto un protoacuten menos y

un neutroacuten maacutes que antes Por tanto la masa del

nuacutecleo producido es la misma pero su nuacutemero

atoacutemico se ha reducido en una unidad respecto al

nuacutecleo original Por este trabajo la pareja Joliot-

Curie se hizo acreedora al premio Nobel en 1935

(la pareja Joliot-Curie adoptoacute el apellido combina-

do para perpetuar el nombre de Curie Marie y

Pierre Curie tuvieron dos hijas pero ninguacuten hijo

varoacuten

38

7 USOS DE LOS RADIOISOacuteTOPOS

Muchas de las aplicaciones de la energiacutea

de la radiacioacuten se realizan a traveacutes de los

radioisoacutetopos

Gracias a ellos y a los detectores se evitan

grandes perdidas materiales y se ahorra

grandes esfuerzos

Los cientiacuteficos que trabajan en una amplia va-

riedad de campos emplean isoacutetopos radiactivos

(radioisoacutetopos) como rastreadores en sistemas

fiacutesicos quiacutemicos y bioloacutegicos Los isoacutetopos de un

elemento determinado sea radiactivo o no se

39

comportan de manera casi ideacutentica en los proce-

sos quiacutemicos y fiacutesicos En virtud de la facilidad

para detectar los isoacutetopos radiactivos es relativa-

mente faacutecil seguir sus movimientos incluso en un

sistema complicado

Como un ejemplo sencillo consideremos el

flujo de un liacutequido por una tuberiacutea Supongamos

que hay una fuga en una tuberiacutea enterrada bajo un

piso de concreto Podriacuteamos localizar la fuga le-

vantando partes extensas del piso o bien podriacutea-

mos agregar una pequentildea cantidad de material

radiactivo al liacutequido que va hacia el drenaje y ras-

trear el flujo de liacutequido con un contador Geiger

(un instrumento que detecta la radiactividad) Una

vez localizada la fuga soacutelo habriacutea que levantar una

parte pequentildea del piso para reparar la fuga Por lo

general se emplean para este propoacutesito isoacutetopos

de vida corta que desaparecen poco tiempo des-

pueacutes de realizar su funcioacuten

Anaacutelogamente podriacuteamos rastrear la incorpo-

racioacuten de foacutesforo en una planta verde La planta se

40

alimenta con un fertilizante que contiene foacutesforo

radiactivo Un meacutetodo sencillo de deteccioacuten con-

siste en colocar la planta sobre una peliacutecula foto-

graacutefica La radiacioacuten que emiten los isoacutetopos de

foacutesforo expone la peliacutecula en gran medida como

lo hace la luz Este tipo de exposicioacuten llamado

radiografiacutea muestra la distribucioacuten del foacutesforo en

la planta

Tambieacuten se da un buen uso a los rastreadores

radiactivos en la investigacioacuten agriacutecola Estos isoacute-

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 cuaacuteles son los mejores meacutetodos para

regular los insectos La mutacioacuten intencional de

plantas por irradiacioacuten ha producido nuevas y

mejores cepas de plantas de cultivo con valor co-

mercial desde raacutebanos hasta maniacute

Los radioisoacutetopos se emplean tambieacuten para

irradiar alimentos como meacutetodo de conservacioacuten

La radiacioacuten destruye los microorganismos que

41

causan la descomposicioacuten de los alimentos Los

alimentos irradiados muestran poco cambio en

cuanto a su saber o aspecto A muchas personas

les inquietan los posibles efectos dantildeinos de las

sustancias quiacutemicas que produce la radiacioacuten pero

no hay pruebas contundentes de dantildeos causados

por alimentos irradiados en animales de laborato-

rio alimentados con ellos y tampoco se conocen

efectos adversos en seres humanos en los paiacuteses

donde la irradiacioacuten se ha utilizado por muchos

antildeos El proceso de esterilizacioacuten no deja irradia-

cioacuten residual en los alimentos

Los radioisoacutetopos han sido empleados exten-

samente en la investigacioacuten cientiacutefica baacutesica El

mecanismo de la fotosiacutentesis se dilucidoacute en gran

parte utilizando carbono 14 como rastreador Por

ejemplo para determinar coacutemo fabrican las plan-

tas el azuacutecar glucosa a partir de dioacutexido de carbo-

no y agua la planta se expone a dioacutexido de carbo-

no radiactivo El investigador identifica los com-

puestos que se forman a partir de estas materias

42

primas y el orden en el que se sintetizan y despueacutes

determina cuaacuteles compuestos se tornan radiactivos

y en queacute secuencia Con base en los dates obteni-

dos de experimentos con rastreadores los cientiacutefi-

cos determinan las rutas metaboacutelicas de plantas

animales y seres humanos

43

8 MEDICINA NUCLEAR

La medicina nuclear ha generado tra-

tamientos y terapias inimaginables

antes de su descubrimiento

En el diagnostico generoacute meacutetodos no

invasivos que evitan a los paciente

tanto sufrimientos como peacuterdidas de

tiempo

En medicina nuclear se dan dos usos distintos

a los radioisoacutetopos para fines terapeacuteuticos o para

realizar un diagnoacutestico En la terapia con radiacioacuten

se intenta tratar o curar un padecimiento por

44

medio de radiacioacuten El uso de los radioisoacutetopos

con fines de diagnoacutestico busca obtener informa-

cioacuten acerca del estado de salud del paciente

TERAPIA POR RADIACIOacuteN

El caacutencer no es una sola enfermedad sino

muchas Algunas formas de caacutencer son particu-

larmente susceptibles a la terapia por radiacioacuten La

radiacioacuten se dirige cuidadosamente hacia el tejido

canceroso y se reduce al miacutenimo la exposicioacuten de

las ceacutelulas normales Si los efectos destructivos de

la radiacioacuten consiguen matar las ceacutelulas cancero-

sas se detiene el avance del tumor maligno (Pero

los pacientes que se someten a terapia por radia-

cioacuten suelen experimentar malestares a causa del

tratamiento Naacuteusea y voacutemito son los siacutentomas

usuales del malestar por radiacioacuten Asiacute pues el

objetivo de la terapia por radiacioacuten es destruir las

ceacutelulas cancerosas antes de que se cause un dantildeo

excesivo a los tejidos sanos La radiacioacuten tiene

45

efectos maacutes letales para las ceacutelulas que se reprodu-

cen con rapidez y eacutesta es precisamente la caracte-

riacutestica de las ceacutelulas cancerosas que permite que la

terapia por radiacioacuten tenga eacutexito

USOS DIAGNOacuteSTICOS DE LOS RADIOISOacuteTOPOS

Los radioisoacutetopos se usan para fines diagnoacutes-

ticos con el propoacutesito de obtener informacioacuten

acerca del tipo o el alcance de la enfermedad El

yodo 131 radiactivo se emplea para determinar el

tamantildeo la forma y la actividad de la glaacutendula ti-

roides asiacute como para tratar caacutenceres localizados

en esta glaacutendula y para controlar una tiroides hi-

peractiva Primero el paciente toma una solucioacuten

de yoduro de potasio que contiene yodo 131 El

organismo concentra el yodo en la tiroides Se

usan dosis grandes para el tratamiento del caacutencer

de la tiroides la radiacioacuten del isoacutetopo se concentra

en las ceacutelulas cancerosas de esta glaacutendula auacuten

cuando las ceacutelulas cancerosas se hayan extendido a

46

otras partes del cuerpo Sin embargo para fines de

diagnoacutestico soacutelo se necesita una pequentildea cantidad

del radioisoacutetopo Tambieacuten 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-

poracioacuten diferencial del isoacutetopo La imagen que

se obtiene se describe como una fotoexploracioacuten

y permite determinar con precisioacuten la ubicacioacuten de

un tumor en esa regioacuten del cuerpo

El radioisoacutetopo de uso maacutes extendido en medicina

es el gadolinio 153 Este isoacutetopo se emplea para

evaluar la mineralizacioacuten de los huesos Su popu-

laridad es un indicio del gran nuacutemero de personas

principalmente mujeres que sufren de osteoporo-

sis (reduccioacuten de la cantidad de tejido oacuteseo) a me-

dida que envejecen El gadolinio 153 emite dos

radiaciones caracteriacutesticas un rayo gamma y un

rayo X Un dispositivo analizador compara estas

radiacioacuten despueacutes de que atraviesan el hueso La

47

densidad del mismo se determina con base en las

diferencias de absorcioacuten de los rayos

El tecnecio 99m se utiliza en diversos ensayos

diagnoacutesticos La letra m quiere decir metaestable

lo que significa que este isoacutetopo emite cierta ener-

giacutea para convertirse en una versioacuten maacutes estable del

mismo isoacutetopo (mismo nuacutemero atoacutemico y mismo

peso atoacutemico) La energiacutea que desprende es el

rayo gamma que permite detectar el isoacutetopo

Tcm9943 Tc99

43 + y

Observa que la desintegracioacuten del tecnecio

99m no produce partiacuteculas alfa ni beta las cuales

podriacutean causar dantildeos innecesarios al organismo

Ademaacutes el tecnecio 99m tiene una vida media cor-

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

tividad no permanece en el organismo mucho

tiempo despueacutes de que la exploracioacuten se ha com-

pletado Esta vida media tan corta obliga a planifi-

48

car cuidadosamente el uso del radioisoacutetopo De

hecho lo que se adquiere no es el isoacutetopo mismo

El tecnecio 99m se forma por desintegracioacuten del

molibdeno 99

Mo9942 Tcm99

43 + e01minus + y

Se emplea un recipiente que contiene este isoacute-

topo de molibdeno y el producto de desintegra-

cioacuten el tecnecio 99 se extrae del recipiente a

medida que se necesita

Mediante el uso de modernas tecnologiacuteas ba-

sadas en la utilizacioacuten de computadoras la tomo-

grafiacutea por emisioacuten de positrones (PET por sus

siglas en ingleacutes) permite medir los procesos dinaacute-

micos que se llevan a cabo en el organismo como

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

boliza el oxiacutegeno o la glucosa Las exploraciones

de PET se emplean actualmente para identificar

con precisioacuten el aacuterea de dantildeo cerebral que desen-

49

cadena los ataques epileacutepticos graves Antes de la

exploracioacuten se inhalan o se inyectan compuestos

que contienen isoacutetopos emisores de positrones

como el carbono 11 Antes de que el positroacuten

emitido pueda recorrer una distancia apreciable en

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

teria ordinaria abundan los electrones) y se produ-

cen dos rayos gamma

C116 B11

5 + e01+

e01+ + e0

1minus 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 simultaacuteneamente

dos rayos gamma el sistema no toma en cuenta

los rayos gamma de la radiacioacuten natural de fondo

A continuacioacuten se emplea una computadora para

calcular la ubicacioacuten dentro del cuerpo del punto

50

en el cual ocurrioacute una aniquilacioacuten del positroacuten y

el electroacuten y se genera una imagen en esa regioacuten

La tabla contiene una lista de radioisoacutetopos de

uso comuacuten en la medicina La lista es necesaria-

mente incompleta Incluso con esta exposicioacuten tan

breve puedes hacerte una idea de la importancia

que los radioisoacutetopos tienen en la medicina La

aseveracioacuten de que la ciencia nuclear ha salvado

maacutes vidas de las destruidas por las bombas atoacutemi-

cas no carece el fundamento

51

Isoacutetopo Nombre Vida me-

dia Uso

C11 Carbono 11 203m Exploraciones cere-

brales

Cr51 Cromo 51 278d Determinacioacuten

del volumen sanguiacute-

neo

Co57 Cobalto 57 270d Medicioacuten de la

incorporacioacuten de

vitamina v12

Co60 Cobalto 60 526a Terapia de caacutencer

por radiacioacuten

Gd153 Gadolinio

153

242d Determinacioacuten

de la densidad oacutesea

Ga67 Galio 67 781h Exploracioacuten en

busca de tumores

pulmonares

I131 Yodo 131 807d Terapia de la ti-

roides

Ir192 Iridio 192 74d Terapia del caacuten-

cer de mamaacute

Fe59 Hierro 59 45d Deteccioacuten de

anemia

52

P32 Foacutesforo 32 143d Deteccioacuten de

caacutencer de la piel o

tumores oculares

Pu238 Plutonio

238

86a Suministra ener-

giacutea para marcapasos

Ra226 Radio 226 1600a Terapia de caacutencer

por radiacioacuten

Se75 Selenio 75 120d Exploraciones del

paacutencreas

Na24 Sodio 24 150h Localizacioacuten de

obstrucciones en el

flujo sanguiacuteneo

Tc99 Tecnecio 99 60h Obtencioacuten de imaacute-

genes de cerebro hiacutega-

do meacutedula oacutesea rintildeoacuten o

corazoacuten

Tl201 Talio 201 73h Deteccioacuten de pro-

blemas cardiacos con la

prueba de esfuerzo en

rueda de andar

H3 Tritio 123a Determinacioacuten de

agua corporal total

Xe133 Xenoacuten133 527d Obtencioacuten de imaacute-

genes de pulmoacuten

53

9 FECHADO POR MEDIO DE RADIOISOacuteTOPOS

Una de las aplicaciones maacutes in-

creiacutebles de la quiacutemica nuclear es la po-

sibilidad de averiguar la antiguumledad de

los objetos encontrados en las investi-

gaciones arqueoloacutegicas

Se puede usar la vida media de ciertos isoacuteto-

pos para estimar la antiguumledad de rocas y artefac-

tos arqueoloacutegicos El uranio 238 se desintegra con

una vida media de 4500 millones de anos Los

productos iniciales de esta desintegracioacuten tambieacuten

son radiactivos y la descomposicioacuten continuacutea

54

hasta que se forma un isoacutetopo de plomo (plomo

206) Los quiacutemicos pueden estimar la antiguumledad

de una roca determinando las proporciones relati-

vas de uranio 238 y plomo 206 Se ha encontrado

que algunas de las rocas maacutes antiguas de la Tierra

se formaron hace entre 3000 y 4500 millones de

antildeos En las rocas lunares y en meteoritos se ha

determinado una antiguumledad maacutexima de alrededor

de 4500 millones de antildeos Asiacute pues se considera

en general que la Tierra tiene una antiguumledad de

unos 4500 millones de antildeos

FECHADO POR CARBONO 14

En el fechado de artefactos interviene por lo

general un isoacutetopo radiactivo de carbono Se for-

ma carbono 14 en las capas superiores de la at-

moacutesfera por el bombardeo que experimenta el

nitroacutegeno ordinario por parte de los neutrones de

los rayos coacutesmicos

55

N147 + n1

0 C146 + H1

1

Este proceso origina una concentracioacuten cons-

tante de carbono 14 en el CO2 terrestre Las plan-

tas y animales vivos incorporan este isoacutetopo en

sus propias ceacutelulas Sin embargo cuando estos

seres mueren se interrumpe la incorporacioacuten de

carbono 14 y el carbono 14 que hay en el orga-

nismo se desintegra (con una vida media de 5 730

antildeos) a nitroacutegeno 14

Por consiguiente basta con medir la actividad

residual de carbono 14 en un artefacto de origen

vegetal o animal para determinar su antiguumledad

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 antildeos de antiguumle-

dad es decir ha estado muerta durante un tiempo

equivalente a una vida media Anaacutelogamente un

artefacto que muestra el 25 de la actividad de

carbono 14 del material vegetal reciente tiene

56

11460 anos de antiguumledad 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 aquiacute supone que la formacioacuten del isoacutetopo

fue constante a lo largo del tiempo En realidad no

es asiacute Sin embargo aproximadamente para los

uacuteltimos 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

aacuterboles Se han construido curvas de calibracioacuten

que permiten determinar fechas consideradas co-

mo exactas

En teacuterminos generales el meacutetodo de carbono

14 es razonablemente preciso para fechar objetos

de hasta 50000 antildeos de antiguumledad La cantidad

residual del isoacutetopo en los objetos de una antiguumle-

dad mayor que esa es demasiado pequentildea para

hacer una determinacioacuten exacta

El carboacuten de las fogatas de los pueblos anti-

57

guos fechado por determinacioacuten de la actividad

de carbono 14 se usa para estimar la antiguumledad

de otros artefactos encontrados en el mismo em-

plazamiento arqueoloacutegico La teacutecnica de fechado

por carbono 14 se ha usado tambieacuten para detectar

si supuestos artefactos antiguos han sido falsifica-

dos

EL SUDARIO DE TURIacuteN

Probablemente han oiacutedo hablar del sudario de

Turiacuten Se trata de una pieza de tejido de lino muy

antigua de unos 4 metros de largo que muestra la

impresioacuten aproximada de un cuerpo humano

Desde alrededor del antildeo 1350 dC 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-

bricacioacuten del lienzo habiacutea sido cultivado en alguacuten

memento entre los anos de 1260 y 1390 dC Por

58

tanto el lienzo no podriacutea haber existido en tiem-

pos de Cristo A diferencia de los pergaminos del

Mar Muerto para los que el fechado por carbono

14 demostroacute que son registros auteacutenticos de una

civilizacioacuten que existioacute hace unos 2000 antildeos el

sudario de Turiacuten resultoacute ser falso

FECHADO POR TRITIO

El tritio que es el isoacutetopo radiactivo del

hidroacutegeno sirve tambieacuten para fechar Su vida me-

dia de 123 antildeos lo hace uacutetil para fechar objetos de

hasta 100 antildeos de antiguumledad Una aplicacioacuten inte-

resante es el fechado de aguardientes Estas bebi-

das alcohoacutelicas son muy costosas cuando han sido

antildeejadas de 10 a 50 antildeos El fechado por tritio

permite comprobar la veracidad de los anuncios

publicitarios respecto al proceso de antildeejamiento

de las variedades maacutes caras

Hay muchos otros isoacutetopos que permiten es-

timar la antiguumledad de objetos y materiales

59

Isoacutetopo Vida me-

dia

(antildeos)

Periacuteodo de

utilidad Uso

Carbono 14 5730 500 a 50000

antildeos

Carboacuten vege-

tal material

orgaacutenico

Tritio 123 1 a 100 antildeosVinos antildeeja-

dos

Potasio 40 13 x 109 Desde 10000

antildeos

Rocas corteza

terrestre y

lunar

Renio 187 43 x1010 Desde 4 x

107 antildeos Meteoritos

Ranio238 45 x109 Desde 107

antildeos

Rocas corteza

terrestre

60

10 PLANTAS DE ENERGIacuteA NUCLEAR

iquestSabeacutes de doacutende viene esa energiacutea que nosotros usamos tanto Mucha de la energiacutea eleacutectrica es

producida por plantas nucleares de to-do el mundo

La energiacutea nuclear ha dado origen a bombas

muy destructivas y a la nociva precipitacioacuten ra-

diactiva y podriacutea incluso provocar un devastador

invierno nuclear Sin embargo una cantidad mu-

cho mayor de personas han recibido beneficios de

la energiacutea nuclear que las que han sido perjudica-

das por ella El hecho es que existen muchos usos

de la energiacutea nuclear que son sumamente beneacutefi-

61

cos Ya conocemos el uso de isoacutetopos radiactivos

en el diagnoacutestico cliacutenico y en el fechado de obje-

tos de antiguumledad desconocida Otro uso paciacutefico

de la energiacutea nuclear es la generacioacuten de electri-

cidad Una gran parte de la energiacutea eleacutectrica que

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

giacutea nuclear

En la actualidad una quinta parte de toda la

electricidad que se produce en Estados Unidos

proviene de plantas de energiacutea nuclear En Euro-

pa la dependencia respecto a la energiacutea nuclear

para la produccioacuten de electricidad es auacuten mayor

En Francia por ejemplo maacutes del 70 de la ener-

giacutea eleacutectrica del paiacutes proviene de plantas nuclea-

res

No es sorprendente que una reaccioacuten que

desprende tanta energiacutea como lo hace la fisioacuten

nuclear se use como fuente de energiacutea para gene-

rar electricidad En las plantas de energiacutea nuclear

se usa el calor obtenido de una reaccioacuten de fisioacuten

62

en cadena controlada para producir vapor de

agua que mueve las turbinas generadoras de elec-

tricidad El combustible nuclear es normalmente

oacutexido de uranio U3O8 enriquecido hasta alrede-

dor de 3 de uranio 235

La energiacutea nuclear es mucho maacutes limpia que la

que se obtiene quemando combustibles foacutesiles

(carboacuten petroacuteleo y gas) no produce cenizas finas

ni holliacuten no forma dioacutexido de carbono que con-

tribuye al efecto de invernadero y al calentamiento

global y no contamina el aire con oacutexidos de azu-

fre y de nitroacutegeno que dan origen a la lluvia aacutecida

Por otra parte emite grandes cantidades de calor

residual en el ambiente y lo que es mucho maacutes

serio produce muchos residuos radiactivos La

eliminacioacuten de todos estos materiales radiactivos

de desecho es uno de los problemas constantes

que se tienen en relacioacuten con las plantas de energiacutea

nuclear

63

11 BOMBA ATOacuteMICA

Todos sabemos los desastres que pue-

den causar la detonacioacuten de una bomba

nuclear

Aquiacute presentamos la explicacioacuten teoacuterica

y coacutemo se pone en praacutectica

COacuteMO FUNCIONA UNA BOMBA NUCLEAR EN LA

TEORIacuteA

El 16 de Julio de 1945 estalloacute la primera bomba

atoacutemica en el campo de pruebas de Trinity cerca

de aacutelamo Gordo (Nuevo Meacutejico) Desde ese pre-

64

ciso instante la historia de la humanidad ha pasado

a una nueva era la era nuclear

Nunca hasta entonces se habiacutean tenido los cono-

cimientos necesarios como para saber que la masa

puede convertirse en grandes cantidades de ener-

giacutea y coacutemo podiacutea realizarse ese proceso hasta

entonces reservado tan soacutelo a las estrellas

La famosa foacutermula de Einstein E = mc2 ha pasa-

do ya ha formar parte de la cultura popular auacuten sin

que en realidad se llegue a saber que implica

Donde E es energiacutea m masa y c la velocidad de la

luz (constante) En esta ecuacioacuten se expresa la

relacioacuten de equivalencia entre masa y energiacutea Por

ejemplo haciendo algunas cuentas se ve que con

un gramo de uranio si se convirtiese totalmente

en energiacutea se obtendriacutean 25 millones de Kw

Aplicado como una bomba nuclear basta decir

que para asolar Hiroshima soacutelo se convirtioacute un

65

gramo de masa (aunque toda la bomba como me-

canismo pesara cuatro toneladas) su potencia fue

de 125 kilotones es decir para igualar su potencia

seriacutean 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 combustibles

de fisioacuten Cuando en un espacio se reuacutene la sufi-

ciente cantidad de materia (denominada masa criacute-

tica) se produce una reaccioacuten en cadena espontaacute-

nea esto es el nuacutecleo de los aacutetomos del material

se divide liberando energiacutea y varios neutrones

raacutepidos que provocan que otros nuacutecleos tam-

bieacuten se dividan y liberen maacutes energiacutea y neutrones

Este proceso se denomina fisioacuten nuclear Sin em-

bargo si la densidad no es suficiente la energiacutea

liberada hace que el material se expanda y se de-

tenga el proceso Para evitar que se pare la reac-

cioacuten se recurre a una materia muy densa de por siacute

(isoacutetopos del uranio y plutonio) que ademaacutes se

comprime de manera muy raacutepida para lograr una

66

altiacutesima densidad que permite que los neutrones

raacutepidos choquen antes con otros nuacutecleos y se

produzcan antes el mayor nuacutemero 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 maacutes energiacutea Para una

explosioacuten de 100 kilotones son necesarias 58 ge-

neraciones las 7 uacuteltimas generan el 999 de la

energiacutea en periodo cortiacutesimo de tiempo Tambieacuten

puede liberarse energiacutea con la fusioacuten en este pro-

ceso los nuacutecleos se unen en vez de separarse pero

se requieren altiacutesimas temperaturas (del orden de

millones de grados) para que este proceso se lleve

a cabo Para esta reaccioacuten se usan aacutetomos ligeros

(maacutes faacuteciles de unir) generalmente hidroacutegeno o

sus isoacutetopos (deuterio y tritio) Para unir dos aacuteto-

mos basta con hacerlos chocar Los protones de

cada aacutetomo 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

67

fusioacuten deben comprimirse fuertemente los nuacute-

cleos y una vez hecho soacutelo podraacuten continuar uni-

dos si pierden un equivalente de la energiacutea que les

hizo apretarse En el caso de usar deuterio y tritio

se libera violentamente un neutroacuten Esta energiacutea

liberada es la que forma una bomba de fusioacuten

tambieacuten denominada bomba H

COMO FUNCIONA UNA BOMBA ATO-MICA EN LA PRACTICA

Sea cual fuere el sistema de funcionamiento de

una bomba nuclear (fusioacuten o fisioacuten) una cantidad

de masa se convierte en energiacutea la potencia soacutelo

depende de la capacidad de la ingenieriacutea para con-

vertir maacutes masa antes de que la reaccioacuten disperse

las moleacuteculas en teoriacutea la potencia es por tanto

ilimitada

Una bomba nuclear consiste baacutesicamente en una

esfera hueca de plutonio que no es lo suficiente-

68

mente densa como para producir una reaccioacuten 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 explosioacuten se disparan los detonado-

res que hacen que el material explosivo estalle de

la manera lo maacutes regular posible para que enviacutee

una onda de choque esfeacuterica hacia el plutonio

Cuando eacutesta impacta contra eacutel lo comprime y re-

duce su volumen empujaacutendolo hacia el centro de

la esfera hasta que alcanza una densidad suficiente

(supercriacutetica) y se dispara el iniciador de neutrones

para comenzar la reaccioacuten en cadena que da lugar

a la explosioacuten nuclear

Las bombas termonucleares de fusioacuten o H nece-

sitan de una gran temperatura para que se puedan

unir los nuacutecleos esto se consigue en el interior de

una explosioacuten de fisioacuten que es el comienzo de

toda bomba H

69

Una vez acabada la reaccioacuten de fusioacuten nos encon-

traremos con una esfera expandida con una tem-

peratura de millones de grados en la que existen

los productos de la fusioacuten (litio e isoacutetopos del

hidroacutegeno) Tal es su velocidad que pueden fun-

dirse unos con otros dando lugar a la reaccioacuten de

fusioacuten Esta reaccioacuten genera maacutes energiacutea que la

anterior y libera gran cantidad de partiacuteculas nu-

cleares pero no es una reaccioacuten en cadena ya que

el propio calor que genera hace que las partiacuteculas

se separen y se expandan en forma de una esfera

de plasma con una temperatura que tan soacutelo expe-

rimenta el universo de manera natural en las estre-

llas En nuestro sol por ejemplo ocurren la fusioacuten

nuclear de hidroacutegeno y helio Pero antes de que la

reaccioacuten se extinga los neutrones generados por

las detonaciones anteriores provocan de nuevo

una reaccioacuten de fusioacuten sobre una camisa de U-

238 pero esta vez mucho mayor que las anterio-

res La potencia de una bomba termonuclear care-

ce de liacutemite una bomba como la de Hiroshima de

70

125 kilotones (un kilotoacuten equivale a 1000 tonela-

das de TNT) se considera dentro de los arsenales

modernos como pequentildea siendo las de un mega-

toacuten (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 la

Segunda Guerra Mundial

Para la construccioacuten de una bomba nuclear nor-

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

primero no forma parte de la reaccioacuten nuclear

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

nera espontaacutenea emitiendo neutrones que son

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

duzca de manera accidental la reaccioacuten en cadena

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

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

cioacuten 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

71

reactores nucleares a partir del U-238

La desintegracioacuten del uranio en la reaccioacuten en

cadena se produce de manera espontaacutenea para una

masa de 50 Kg si eacuteste elemento es puro El pluto-

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

da reaccioacuten en cadena de modo que se mezcla de

berilo y polonio dando como resultado un pro-

ducto que aunque no es fisionable por si solo una

pequentildea cantidad actuacutea como catalizador para las

grandes reacciones Asiacute bastan 16 Kg de PU-239

para obtener la masa supercriacutetica y 10 Kg si se

mezcla con U-238

El U-235 es muy difiacutecil de extraer por encontrarse

en la naturaleza muy mezclado con otros com-

puestos Asiacute por cada 25000 toneladas de mineral

de uranio bruto soacutelo se obtienen 50 toneladas de

uranio del que el 993 es U-235 y el resto el

rariacutesimo isoacutetopo U-238 ambos soacutelo se pueden

separar de manera mecaacutenica gracias a la leviacutesima

72

diferencia de peso entre ambos Asiacute el uranio se

mezcla en forma gaseosa con fluor (hexafluoriacutedri-

co) que es impulsado a baja presioacuten hacieacutendolo

pasar por unas caacutemaras que aumentan la concen-

tracioacuten de uranio sensiblemente tras cientos de

pasadas Para una central nuclear la pureza ha de

ser del 2 y para una bomba (teoacutericamente) el

95

Para separar el isoacutetopo se recurre a la centrifuga-

cioacuten del gas siendo el maacutes pesado U-238 despedi-

do hacia el exterior con maacutes fuerza Para obtener

otra vez el uranio separado del gas se recurre a la

separacioacuten magneacutetica

MECANISMOS QUE SUELEN COMPONER UNA

BOMBA NUCLEAR

Los mecanismos que suelen componer una bom-

ba nuclear son los siguientes

73

ALTIacuteMETRO No suele usarse el baromeacutetrico

por verse afectado por las condiciones atmosfeacuteri-

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 seguacuten el tiempo transcu-

rrido en el recorrido puede saberse la altura sin

necesidad de complicar maacutes el sistema para dar

una precisioacuten que en realidad no es importante (2

o 3 m de diferencia no son apreciables maacutes que

en minibombas bastante menores que las de

Hiroshima) siendo la altura normal de detonacioacuten

la de 2000 m

En la praacutectica 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 electroacute-

nicamente para obtener la diferencia de ambas

que es proporcional a la altura Los pulsos suelen

emitirse 120 veces por segundo y alcanzan un

74

rango de 3000 m sobre la tierra y 6000 m sobre

el mar (la reflexioacuten es alliacute mejor) siendo su error

de hasta 15 m

CABEZA DETONADORA Como ya se dijo

estaacute compuesta de una carga explosiva muy bien

calibrada que a la orden del altiacutemetro detona

produciendo una onda de choque uniforme sobre

el elemento radioactivo comprimieacutendolo hasta

alcanzar la masa supercriacutetica

Compantildeiacuteas privadas producen camisas explosivas

que modificadas pueden ser usadas para la fabri-

cacioacuten del objeto que nos ocupa La cantidad de

presioacuten necesaria a aplicar es un secreto por razo-

nes de seguridad aunque se sabe que los explosi-

vos plaacutesticos son ideales sobre todo por su malea-

bilidad y facilidad de manejo

El detonador variacutea si es combustible es uranio o

plutonio

75

DETONADOR DE URANIO La masa total se

divide en dos partes una mayor de forma semies-

feacuterica y coacutencava que se acopla perfectamente con

la otra maacutes pequentildea Como es de suponer ambas

se encuentran separadas hasta el momento de la

detonacioacuten en el que una explosioacuten convencional

dispara la parte pequentildea que impacta contra la

mayor para lograr en un instante la masa supercriacute-

tica

DETONADOR DE PLUTONIO Necesita

una precisioacuten de ingenieriacutea mucho mayor que la

anterior ya que estaacute compuesta de 32 secciones de

plutonio-berilio-polonio todas de igual forma y

posicioacuten distribuidas conceacutentricamente El aspecto

final es parecido al de un baloacuten de fuacutetbol Todas

han de cerrarse simeacutetricamente en una diezmillo-

neacutesima de segundo para conseguir la detonacioacuten

DEFLECTOR DE NEUTRONES Suele ser

U-238 Su funcioacuten es la que ya se explicoacute evitar

76

una reaccioacuten accidental ademaacutes refleja las partiacutecu-

las de vuelta cuando se alcanza la masa supercriacuteti-

ca

ESCUDO PROTECTOR Recibe otros nom-

bres pero su funcioacuten es siempre la de proteger de

la radiacioacuten natural tanto al personal que la maneja

como a los circuitos de la bomba que pueden su-

frir cortocircuitos o puestas en funcionamiento

accidentales

SISTEMA DE ARMADO Es otro sistema maacutes

de seguridad consistente en quitar una parte im-

prescindible de la bomba para evitar detonaciones

accidentales de modo que soacutelo cuando estaacute

proacuteximo su lanzamiento se inserta esta parte Una

analogiacutea seriacutea como si al aparcar nuestro coche le

quitaacuteramos el volante o una bujiacutea asiacute estariacuteamos

seguros de que no nos lo roban porque sin estas

partes el coche no funciona

77

12 EFECTOS DE UNA EXPLOSIOacuteN NUCLEAR

Tenemos frescas en nuestra memo-

ria las imaacutegenes que nos mostroacute la

televisioacuten cuando se produjo el ac-

cidente de Chernobyl

Aquiacute explicamos todas las conse-

cuencias de una detonacioacuten 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

78

bull Radiacioacuten nuclear inicial la altiacutesima

temperatura y la elevada presioacuten que se

genera en el interior de la explosioacuten emi-

ten radiacioacuten en todas las direcciones Esta

se compone de rayos alfa beta y gamma

que son una forma de radiacioacuten electro-

magneacutetica de alta energiacutea que puede causar

la muerte sin que el individuo se de cuenta

de que ha sido irradiado Una explosioacuten de

un megatoacuten (de tamantildeo estaacutendar) matariacutea

a todo ser humano en 15 Km a la redonda

que se encontrase al aire libre

Las partiacuteculas alfa son ideacutenticas a un nuacutecleo de

helio son las que mas larga vida tienen unos mil

antildeos pero su poder de penetracioacuten 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 radiacioacuten Con 45 cm de tierra se

consigue reducir la radiacioacuten veinte veces

Las partiacuteculas beta penetran maacutes siendo suficiente

79

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

to la radiacioacuten (una pared moderna ya espesa se

compone de 1 pie de ladrillo maacutes caacutemara maacutes

aislante maacutes ladrillo hueco y yeso que suele que-

darse en los 37 cm)

Los de maacutes poder de penetracioacuten son las gamma

y por tanto los maacutes peligrosos ya son los que se

introducen en los refugios nucleares auacuten con

grandes espesores de hormigoacuten La uacutenica protec-

cioacuten eficaz es la de interponer grandes masas de

material mejor cuanto maacutes denso siendo el ideal

el plomo ya que pasa por los materiales como la

luz por una tela si esta es maacutes densa mayor canti-

dad de chocaraacute con ella y no la traspasaraacute Para

reducir la dosis a un veinteavo se precisan 30 cm

de hormigoacuten armado

bull Pulso electromagneacutetico La intensa acti-

vidad de los rayos gamma genera mediante

induccioacuten una corriente de alto voltaje so-

80

bre antenas viacuteas feacuterreas tuberiacuteas que des-

truye todas las instalaciones eleacutectricas de

una amplia zona si la explosioacuten se efectuacutea

a gran altura Una detonacioacuten de muchos

kilotones a 200 km sobre Omaha (Ne-

brasca) destruiriacutea todos los circuitos eleacutec-

tricos integrados de toda Norteameacuterica y

parte de Meacutejico y Canadaacute Ante el riesgo

de una detonacioacuten nuclear es conveniente

alejarse de liacuteneas eleacutectricas y viacutea feacuterreas ya

que la corriente inducida puede electrocu-

tarnos

bull Pulso teacutermico al expandirse la bola de

fuego el aire circundante absorbe energiacutea

en forma de rayos X y la irradia en forma

de una luz cegadora y un intensiacutesimo ca-

lor Una bomba de 20 Megatones produci-

riacutea una intensa luz durante 20 segundos y

causariacutea quemaduras de segundo grado a

81

cualquier persona expuesta a 45 Km de

distancia

bull Onda de choque La raacutepida expansioacuten de

la bola de fuego genera una onda de cho-

que como cualquier explosioacuten pero de

una potencia muy superior ya que puede

aplastar o barrer edificios dantildeaacutendolos muy

seriamente o destruyeacutendolos por comple-

to ya que maacutes que empujar por su dura-

cioacuten lo que hace es estrujar Una bomba

de 20 megatones no dejariacutea en un radio de

20 Km maacutes que escombros soacutelo se salva-

riacutean las cimentaciones y construcciones

enterradas

bull Primera lluvia radioactiva o lluvia ra-

diactiva local una explosioacuten de 20 mega-

tones aras de suelo produciriacutea un craacuteter de

183 m de profundidad la elevada tempe-

82

ratura vaporiza todo lo que se encuentra

dentro de la bola de fuego todo se funde

con los materiales radiactivos de la fisioacuten o

fusioacuten y se eleva con el hongo para luego

precipitar en forma de finas cenizas Esto

ocurriraacute durante las 24 h siguientes a la

explosioacuten y afectaraacute a una regioacuten maacutes o

menos amplia para una misma potencia

seguacuten la climatologiacutea El fenoacutemeno se am-

pliacutea considerablemente si la detonacioacuten se

produce cerca del suelo La energiacutea 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 maacutes destructivos los deno-

minados secundarios como incendios en masa

que acabariacutean con los pocos supervivientes y ma-

tariacutean a maacutes que el pulso teacutermico y la onda de

choque

83

Ademaacutes en caso de que se lanzaran muchas

bombas nucleares sus efectos secundarios seriacutean

mucho maacutes 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 10000 mega-

tones miacutenimos para considerar un holocausto

como tal

bull El primero de estos efectos es que la ra-

dioactividad liberada en caso de holocaus-

to penetrariacutea en todos y cada uno de los

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

Mientras que en dosis altas (seguacuten la espe-

cie) produciriacutea la muerte en otras maacutes ba-

jas los efectos seriacutean de lo maacutes variados

(mutaciones esterilidad)

bull El segundo seriacutea que los materiales im-

pulsados por las detonaciones se elevariacutean

hasta la troposfera donde ocultariacutean la luz

84

del sol durante meses o antildeos haciendo ba-

jar la temperatura de la tierra y alterando la

fotosiacutentesis de los vegetales y el plancton

marino seriacutea el famoso invierno nuclear

Ademaacutes estos materiales radiactivos iriacutean

cayendo durante meses o antildeos convirtieacuten-

dose en una lluvia radiactiva global que

auacuten con menos dosis radiactiva que una

lluvia provocada por una bomba seriacutea

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

antildeos Ese 5 de energiacutea liberada por la

lluvia radiactividad en una bomba es poco

pero en los 10000 megatones de un holo-

causto suponen ya 500 megatones que iraacuten

estallando durante miles de antildeos des-

pueacutes de la cataacutestrofe

85

bull El tercero seriacutea una reduccioacuten en la capa

de ozono producida por el oacutexido de nitroacute-

geno generado por las bolas de fuego de

modo que la radiacioacuten solar que llegase a

la tierra seriacutea mortal Un 70 del ozono

desapareceriacutea en el hemisferio norte y un

40 en el sur siendo necesarios treinta

antildeos para recuperar su estado normal

86

Ejercicios 12

MODELO DE RESOLUCIOacuteN

La distribucioacuten de los electrones de un aacutetomo

en sus niveles y subniveles se puede representar en

forma abreviada de la siguiente manera

a) Un coeficiente que indica el nuacutemero del nivel

de energiacutea (n)

b) Una letra que corresponde al subnivel

c) Un supraiacutendice que sentildeala el nuacutemero de elec-

trones que hay en el subnivel

1H = 1s1

3Li = 1s2 2s1

En razoacuten del entrecruzamiento de subniveles

el orden en que se van completando los subniveles

por energiacutea creciente es el siguiente

87

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

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

5d 6p 7s 5f 6d

7p

Para visualizar la distribucioacuten de los electrones

en orbitales se puede representar cada orbital por

un pequentildeo cuadrado dividido por una diagonal

y cada electroacuten mediante una flecha

Entonces el orbital puede estar

Vaciacuteo incompleto completo

(1 electroacuten) (2 electrones)

En caso del orbital completo las flechas tienen

sentido contrario para indicar que los electrones

presentan spin contrario

El llenado de los orbitales por los electrones

se realiza a partir de los niveles y subniveles en

88

orden creciente de energiacutea Cada nuevo electroacuten se

incorpora a un orbital vaciacuteo

De ese modo los elementos quedan represen-

tados asiacute

1H =

1s

3Li =

1s 2s

7N =

1s 2s 2p

89

Ejercicios 121

1) Un aacutetomo de foacutesforo tiene 15 protones y 16

neutrones Indicaacute cuaacutel es su

a) nuacutemero atoacutemico (Z) b) nuacutemero

de masa (A)

2) Un aacutetomo de potasio tiene Z =19 y A = 39

Indicaacute su nuacutemero de

a) protones b) electrones

c) neutrones

3) Completaacute los datos que faltan en el siguiente

cuadro

90

ELE-

MEN-

TO

NUacute-

MERO

ATOacute-

MICO

NUacute-

MERO

DE

MASA

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) Sentildealaacute el nombre y siacutembolo de los elementos

cuyas configuraciones electroacutenicas 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) Escribiacute la configuracioacuten electroacutenica de los

siguientes elementos

91

a) Na2311 = c) O16

8 =

b) Cl3517 = d) C12

6 =

6) De acuerdo con la siguiente representacioacuten de

los electrones en orbitales indicaacute a queacute ele-

mentos corresponden

a)

b)

c)

d)

7) Representaacute la distribucioacuten de los electrones en

orbitales de los elementos

a) 7N= c) 18Ar =

b) 15AI = d) 19K =

92

Hoja de respuestas121

1) a) 15 b) 31 2) a) 19 b) 19 c) 20

3)

ELE-

MEN-

TO

NUacuteME-

RO

ATOacute-

MICO

NUacute-

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)Argoacuten Ar

d)Escandio Sc

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

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)middot

94

Ejercicios 1211

Modelo de resolucioacuten

El nuacutemero de oxidacioacuten se asigna seguacuten las si-

guientes reglas

1) El nuacutemero de oxidacioacuten de los elementos en la

sustancia simple es cero

Ejemplo Cu0 02Cl

2) El nuacutemero de oxidacioacuten del oxiacutegeno es 2

excepto en las sustancias como el agua oxige-

nada Ejemplo H2

2Ominus

3) El nuacutemero de oxidacioacuten del hidroacutegeno es +1

excepto en las sustancias donde estaacute combina-

do con los metales Ejemplo 1

H+

2O

4) El nuacutemero de oxidacioacuten de un ion monoatoacute-

mico es igual a la carga del ion Ejemplo Ca2-

Cl-

95

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

braica de los nuacutemeros de oxidacioacuten de todos

los aacutetomos debe ser cero Ejemplo 1

H+

2

2Ominus

there42(+1) + (-2) = 0

6) En los iones que tienen maacutes de un aacutetomo la

suma algebraica de los nuacutemeros de oxidacioacuten

de todos los aacutetomos es igual a la carga del ion

El nuacutemero de oxidacioacuten se escribe colocando primero el signo y luego el nuacutemero

Ejemplo el nuacutemero de oxidacioacuten del aluminio es +3

1) Calculaacute los nuacutemeros de oxidacioacuten en la moleacute-

cula de dioacutexido de azufre (SO2)

Datos SO2 nuacutemero de oxidacioacuten del O2

es 2

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de S

Resolucioacuten Cada aacutetomo de oxiacutegeno tiene

nuacutemero de oxidacioacuten 2 por lo tanto el nuacute-

mero de oxidacioacuten del azufre es +4 porque

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

96

2) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten del azufre en

el aacutecido sulfuacuterico (H2SO4)

Datos H2SO2 nuacutemero de oxidacioacuten del

O2 es 2 nuacutemero de oxidacioacuten de H es -1

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de S

Resolucioacuten Se debe cumplir que la suma al-gebraica de todos los nuacutemeros de oxidacioacuten sea cero

4(-2) + 21 + x = 0

-8 + 2 + x = 0

x = 6

Respuesta el nuacutemero de oxidacioacuten del azufre

en el aacutecido sulfuacuterico es +6

3) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten del nitroacutegeno

en el nitrato de sodio (NaNO3)

Datos NaNO3 nuacutemero de oxidacioacuten del

O2 es 2

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de N

97

Resolucioacuten El nuacutemero de oxidacioacuten del

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

ga eleacutectrica positiva

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

1 6 + x = 0

x = 5

Respuesta el nuacutemero de oxidacioacuten del nitroacute-

geno en el nitrato de sodio es +5

4) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten del azufre en

el ion sulfato (S 24Ominus )

Datos S 24Ominus nuacutemero de oxidacioacuten del O2

es 2

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de S

Resolucioacuten La suma de los nuacutemeros de

oxidacioacuten es igual a 2 porque el ion sulfato

tiene dos cargas negativas (2-)

x + 4(-2) = -2

x 8 = -2

x = 6

98

Respuesta El nuacutemero de oxidacioacuten del azu-

fre en el ion sulfato es +6

99

Ejercicios 1212

1) Dibujaacute los siacutembolos de Lewis para los aacutetomos

de

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

2) iquestCoacutemo adquiere la distribucioacuten electroacutenica del

ineacutertido maacutes cercano cada uno de los siguien-

tes aacutetomos

a) K b)

F c)

S d) Mg e)

Br

3) Escribiacute las ecuaciones ioacutenicas la foacutermula elec-

troacutenica y la foacutermula miacutenima del compuesto

ioacutenico formado por

a) K y Br (bromuro de potasio)

b) Ca y O (oacutexido de calcio)

4) Marcaacute con una X las propiedades correspon-

dientes a las sustancias que presentan uniones

ioacutenicas

100

a) Son soacutelidas y tienen bajo punto de fusioacuten ( )

b) Conducen la corriente eleacutectrica fundidas o di-

sueltas en agua ( )

c) Tienen brillo metaacutelico ( )

d) Forman cristales duros y quebradizos solubles

en agua ( )

e) No conducen la corriente eleacutectrica ( )

5) Explicaacute coacutemo se unen dos aacutetomos de bromo

para formar la moleacutecula Br2 y escribiacute su

foacutermula electroacutenica y su foacutermula desarrollada

6) La foacutermula del monoacutexido de dicloro es Cl2O

a) Indicaacute queacute tipo de unioacuten existe entre el cloro y

el oxiacutegeno

b) Escribiacute su foacutermula electroacutenica y su foacutermula

desarrollada

7) El azufre y el oxiacutegeno forman dos oacutexidos

importantes el dioacutexido de azufre (SO2) y el

101

trioacutexido de azufre (SO3) Para el trioacutexido de

azufre

a) Indicaacute queacute tipo de unioacuten existe entre el azufre

y los tres aacutetomos de oxiacutegeno

b) Escribiacute la foacutermula electroacutenica

c) Escribiacute la foacutermula desarrollada

8) Marcaacute 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

liacutequidas o soacutelidas ( )

c) Son duacutectiles y maleables ( )

d) No forman moleacuteculas son agregados de

iones ( )

e) No son buenas conductoras de la corriente

eleacutectrica ( )

102

9) Coloque en el pareacutentesis UCP si la unioacuten es

covalente polar y UCNP si es covalento no

polar en cada una de las siguientes sustancias

a) cloruro de hidroacutegeno HCl ( )

b) Hidroacutegeno H2 ( )

c) yodo l2 ( )

10) Escribiacute la foacutermula electroacutenica y la foacutermula

desarrollada de cada una de las sustancias

mencionadas en el ejercicio 9

11) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten

a) del azufre (S)en el dioacutexido de azufre (SO2) en

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

sodio (Na2S)

b) del nitroacutegeno (N) en el dioacutexido de nitroacutegeno

(NO2) en el aacutecido niacutetrico (HNO3) y en el ni-

trato de potasio (KNO3)

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

can en el concepto de unioacuten metaacutelica

103

a) Tienen bajo punto de fusioacuten y de

ebullicioacuten ( )

b) Tienen brillo metaacutelico ( )

c) Conducen la corriente eleacutectrica sin

alterarse ( )

d) En estado soacutelido son malos conductores de la

corriente eleacutectrica ( )

e) Forman hilos y laacuteminas delgadas ( )

104

Hoja de respuestas 1212

1) a) He b) Al c)

Si d)

Ar e)

N

2) a) cede un electroacuten d) cede electrones c)

gana dos electrones b) y e) gana un electroacuten

3) a) Ecuaciones ioacutenicas

K K1+ + 1 e

Br + 1 e Br1-

K1+ + Br- KBr

Foacutermula electroacutenica K1+minus

1

Br

Foacutermula miacutenima KBr

b) Ecuaciones ioacutenicas

Ca Ca 2+ + 2 e

O + 2 e O2-

Ca2+ + O2- CaO

Foacutermula electroacutenica Ca2+ minus

2

O

105

Foacutermula miacutenima CaO

4) b y d

5) se unen compartiendo un par de electrones

6) a) unioacuten covalente

b) foacutermula electroacutenica

Cl

O

Cl

foacutermula desarrollada Cl O Cl

7) a) una unioacuten covalente doble entre el azufre y

uno de los aacutetomos de oxiacutegeno dos uniones cova-

lentes coordinadas con los otros dos aacutetomos de

oxiacutegeno

b) Foacutermula electroacutenica

Foacutermula desarrollada

106

8) a b y e

9) a) UCP y c) UCNP

10) Foacutermula electroacutenica Foacutermula desarrollada

a) H

Cl H Cl

b) HH H H

c)

I

I l I

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

12) b c y e

  • RADIACTIVIDAD
    • IacuteNDICE
      • 1 RADIACTIVIDAD NATURAL
      • 2 RELACIOacuteN ENTRE LA LEY DE LAVOISIER Y LA DE EINSTEIN
      • 3 INTERACCIONES ENTRE AacuteTOMOS Y ONDAS
      • 4 PODER DE PENETRACIOacuteN DE LA RADIACIOacuteN
      • 5 VIDA MEDIA
      • 6 RADIACTIVIDAD ARTIFICIAL
      • 7 USOS DE LOS RADIOISOacuteTOPOS
      • 8 MEDICINA NUCLEAR
      • 9 FECHADO POR MEDIO DE RADIOISOacuteTOPOS
      • 10 PLANTAS DE ENERGIacuteA NUCLEAR
      • 11 BOMBA ATOacuteMICA
      • 12 EFECTOS DE UNA EXPLOSIOacuteN NUCLEAR
        • Ejercicios 12
        • Ejercicios 121
        • Hoja de respuestas121
        • Ejercicios 1211
        • Ejercicios 1212
        • Hoja de respuestas 1212

34

tos con tubos de descarga en gas Goldstein obtu-

vo estas partiacuteculas a partir del hidroacutegeno gaseoso

contenido en el tubo por separacioacuten de un elec-

troacuten del aacutetomo de hidroacutegeno La trascendencia del

experimento de Rutherford consistioacute en que ob-

tuvo protones del nuacutecleo de un aacutetomo que no era

de hidroacutegeno con lo cual establecioacute la naturaleza

de los protones como partiacuteculas fundamentales Al

hablar de partiacuteculas fundamentales nos referimos a

las unidades baacutesicas a partir de las cuales se pue-

den formar estructuras maacutes complicadas (como el

nuacutecleo de nitroacutegeno) El experimento de Ruther-

ford constituyoacute la primera reaccioacuten nuclear indu-

cida

Durante la deacutecada de 1920 se llevaron a cabo

muchas transmutaciones artificiales En la deacutecada

de 1930 una de estas reacciones condujo al descu-

brimiento de otra partiacutecula fundamental En 1932

James Chadwick bombardeoacute berilio con partiacuteculas

alfa

35

Be94 + He4

2 C126 + n1

0 Entre los productos se encontraba el neutroacuten

RADIACTIVIDAD INDUCIDA

Las primeras reacciones nucleares produjeron

isoacutetopos que ya se conociacutean por estar presentes en

la Naturaleza Esto fue quizaacute fortuito porque era

inevitable que tarde o temprano se produjese un

nuacutecleo estable Iregravene Curie (hija de los ganadores

del premio Nobel de 1903) y su esposo Freacutedeacuteric

Joliot estudiaban el bombardeo de aluminio con

partiacuteculas alfa Se produciacutean neutrones y quedaba

como residuo un isoacutetopo de foacutesforo

Al2713 + He4

2 P3015 + n1

0

Para sorpresa de los investigadores el blanco

seguiacutea emitiendo partiacuteculas auacuten despueacutes de inte-

rrumpido el bombardeo El isoacutetopo de foacutesforo era

radiactivo y emitiacutea partiacuteculas cuya masa era igual a

36

la del electroacuten pero cuya carga era opuesta Estas

partiacuteculas se llaman positrones La reaccioacuten que

estaban observando era la siguiente

P3015 e0

1+ + Si3014

Asiacute pues surge una vez maacutes la pregunta iquestde doacuten-

de proviene esta partiacutecula si el nuacutecleo contiene

soacutelo protones y neutrones Anteriormente expli-

camos el hecho de que surgiese una partiacutecula beta

(un electroacuten) de un nuacutecleo afirmando que un neu-

troacuten se habiacutea descompuesto en un protoacuten y un

electroacuten Quizaacute un suceso similar puede explicar la

aparicioacuten de un positroacuten Considera que un pro-

toacuten del nuacutecleo se transforma en un neutroacuten y un

positroacuten (un protoacuten es ideacutentico a un nuacutecleo de

hidroacutegeno)

H11 e0

1+ + N10

Todo queda muy bien balanceado en esta

37

ecuacioacuten Al emitirse el positroacuten el nuacutecleo radiac-

tivo original tiene de pronto un protoacuten menos y

un neutroacuten maacutes que antes Por tanto la masa del

nuacutecleo producido es la misma pero su nuacutemero

atoacutemico se ha reducido en una unidad respecto al

nuacutecleo original Por este trabajo la pareja Joliot-

Curie se hizo acreedora al premio Nobel en 1935

(la pareja Joliot-Curie adoptoacute el apellido combina-

do para perpetuar el nombre de Curie Marie y

Pierre Curie tuvieron dos hijas pero ninguacuten hijo

varoacuten

38

7 USOS DE LOS RADIOISOacuteTOPOS

Muchas de las aplicaciones de la energiacutea

de la radiacioacuten se realizan a traveacutes de los

radioisoacutetopos

Gracias a ellos y a los detectores se evitan

grandes perdidas materiales y se ahorra

grandes esfuerzos

Los cientiacuteficos que trabajan en una amplia va-

riedad de campos emplean isoacutetopos radiactivos

(radioisoacutetopos) como rastreadores en sistemas

fiacutesicos quiacutemicos y bioloacutegicos Los isoacutetopos de un

elemento determinado sea radiactivo o no se

39

comportan de manera casi ideacutentica en los proce-

sos quiacutemicos y fiacutesicos En virtud de la facilidad

para detectar los isoacutetopos radiactivos es relativa-

mente faacutecil seguir sus movimientos incluso en un

sistema complicado

Como un ejemplo sencillo consideremos el

flujo de un liacutequido por una tuberiacutea Supongamos

que hay una fuga en una tuberiacutea enterrada bajo un

piso de concreto Podriacuteamos localizar la fuga le-

vantando partes extensas del piso o bien podriacutea-

mos agregar una pequentildea cantidad de material

radiactivo al liacutequido que va hacia el drenaje y ras-

trear el flujo de liacutequido con un contador Geiger

(un instrumento que detecta la radiactividad) Una

vez localizada la fuga soacutelo habriacutea que levantar una

parte pequentildea del piso para reparar la fuga Por lo

general se emplean para este propoacutesito isoacutetopos

de vida corta que desaparecen poco tiempo des-

pueacutes de realizar su funcioacuten

Anaacutelogamente podriacuteamos rastrear la incorpo-

racioacuten de foacutesforo en una planta verde La planta se

40

alimenta con un fertilizante que contiene foacutesforo

radiactivo Un meacutetodo sencillo de deteccioacuten con-

siste en colocar la planta sobre una peliacutecula foto-

graacutefica La radiacioacuten que emiten los isoacutetopos de

foacutesforo expone la peliacutecula en gran medida como

lo hace la luz Este tipo de exposicioacuten llamado

radiografiacutea muestra la distribucioacuten del foacutesforo en

la planta

Tambieacuten se da un buen uso a los rastreadores

radiactivos en la investigacioacuten agriacutecola Estos isoacute-

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 cuaacuteles son los mejores meacutetodos para

regular los insectos La mutacioacuten intencional de

plantas por irradiacioacuten ha producido nuevas y

mejores cepas de plantas de cultivo con valor co-

mercial desde raacutebanos hasta maniacute

Los radioisoacutetopos se emplean tambieacuten para

irradiar alimentos como meacutetodo de conservacioacuten

La radiacioacuten destruye los microorganismos que

41

causan la descomposicioacuten de los alimentos Los

alimentos irradiados muestran poco cambio en

cuanto a su saber o aspecto A muchas personas

les inquietan los posibles efectos dantildeinos de las

sustancias quiacutemicas que produce la radiacioacuten pero

no hay pruebas contundentes de dantildeos causados

por alimentos irradiados en animales de laborato-

rio alimentados con ellos y tampoco se conocen

efectos adversos en seres humanos en los paiacuteses

donde la irradiacioacuten se ha utilizado por muchos

antildeos El proceso de esterilizacioacuten no deja irradia-

cioacuten residual en los alimentos

Los radioisoacutetopos han sido empleados exten-

samente en la investigacioacuten cientiacutefica baacutesica El

mecanismo de la fotosiacutentesis se dilucidoacute en gran

parte utilizando carbono 14 como rastreador Por

ejemplo para determinar coacutemo fabrican las plan-

tas el azuacutecar glucosa a partir de dioacutexido de carbo-

no y agua la planta se expone a dioacutexido de carbo-

no radiactivo El investigador identifica los com-

puestos que se forman a partir de estas materias

42

primas y el orden en el que se sintetizan y despueacutes

determina cuaacuteles compuestos se tornan radiactivos

y en queacute secuencia Con base en los dates obteni-

dos de experimentos con rastreadores los cientiacutefi-

cos determinan las rutas metaboacutelicas de plantas

animales y seres humanos

43

8 MEDICINA NUCLEAR

La medicina nuclear ha generado tra-

tamientos y terapias inimaginables

antes de su descubrimiento

En el diagnostico generoacute meacutetodos no

invasivos que evitan a los paciente

tanto sufrimientos como peacuterdidas de

tiempo

En medicina nuclear se dan dos usos distintos

a los radioisoacutetopos para fines terapeacuteuticos o para

realizar un diagnoacutestico En la terapia con radiacioacuten

se intenta tratar o curar un padecimiento por

44

medio de radiacioacuten El uso de los radioisoacutetopos

con fines de diagnoacutestico busca obtener informa-

cioacuten acerca del estado de salud del paciente

TERAPIA POR RADIACIOacuteN

El caacutencer no es una sola enfermedad sino

muchas Algunas formas de caacutencer son particu-

larmente susceptibles a la terapia por radiacioacuten La

radiacioacuten se dirige cuidadosamente hacia el tejido

canceroso y se reduce al miacutenimo la exposicioacuten de

las ceacutelulas normales Si los efectos destructivos de

la radiacioacuten consiguen matar las ceacutelulas cancero-

sas se detiene el avance del tumor maligno (Pero

los pacientes que se someten a terapia por radia-

cioacuten suelen experimentar malestares a causa del

tratamiento Naacuteusea y voacutemito son los siacutentomas

usuales del malestar por radiacioacuten Asiacute pues el

objetivo de la terapia por radiacioacuten es destruir las

ceacutelulas cancerosas antes de que se cause un dantildeo

excesivo a los tejidos sanos La radiacioacuten tiene

45

efectos maacutes letales para las ceacutelulas que se reprodu-

cen con rapidez y eacutesta es precisamente la caracte-

riacutestica de las ceacutelulas cancerosas que permite que la

terapia por radiacioacuten tenga eacutexito

USOS DIAGNOacuteSTICOS DE LOS RADIOISOacuteTOPOS

Los radioisoacutetopos se usan para fines diagnoacutes-

ticos con el propoacutesito de obtener informacioacuten

acerca del tipo o el alcance de la enfermedad El

yodo 131 radiactivo se emplea para determinar el

tamantildeo la forma y la actividad de la glaacutendula ti-

roides asiacute como para tratar caacutenceres localizados

en esta glaacutendula y para controlar una tiroides hi-

peractiva Primero el paciente toma una solucioacuten

de yoduro de potasio que contiene yodo 131 El

organismo concentra el yodo en la tiroides Se

usan dosis grandes para el tratamiento del caacutencer

de la tiroides la radiacioacuten del isoacutetopo se concentra

en las ceacutelulas cancerosas de esta glaacutendula auacuten

cuando las ceacutelulas cancerosas se hayan extendido a

46

otras partes del cuerpo Sin embargo para fines de

diagnoacutestico soacutelo se necesita una pequentildea cantidad

del radioisoacutetopo Tambieacuten 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-

poracioacuten diferencial del isoacutetopo La imagen que

se obtiene se describe como una fotoexploracioacuten

y permite determinar con precisioacuten la ubicacioacuten de

un tumor en esa regioacuten del cuerpo

El radioisoacutetopo de uso maacutes extendido en medicina

es el gadolinio 153 Este isoacutetopo se emplea para

evaluar la mineralizacioacuten de los huesos Su popu-

laridad es un indicio del gran nuacutemero de personas

principalmente mujeres que sufren de osteoporo-

sis (reduccioacuten de la cantidad de tejido oacuteseo) a me-

dida que envejecen El gadolinio 153 emite dos

radiaciones caracteriacutesticas un rayo gamma y un

rayo X Un dispositivo analizador compara estas

radiacioacuten despueacutes de que atraviesan el hueso La

47

densidad del mismo se determina con base en las

diferencias de absorcioacuten de los rayos

El tecnecio 99m se utiliza en diversos ensayos

diagnoacutesticos La letra m quiere decir metaestable

lo que significa que este isoacutetopo emite cierta ener-

giacutea para convertirse en una versioacuten maacutes estable del

mismo isoacutetopo (mismo nuacutemero atoacutemico y mismo

peso atoacutemico) La energiacutea que desprende es el

rayo gamma que permite detectar el isoacutetopo

Tcm9943 Tc99

43 + y

Observa que la desintegracioacuten del tecnecio

99m no produce partiacuteculas alfa ni beta las cuales

podriacutean causar dantildeos innecesarios al organismo

Ademaacutes el tecnecio 99m tiene una vida media cor-

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

tividad no permanece en el organismo mucho

tiempo despueacutes de que la exploracioacuten se ha com-

pletado Esta vida media tan corta obliga a planifi-

48

car cuidadosamente el uso del radioisoacutetopo De

hecho lo que se adquiere no es el isoacutetopo mismo

El tecnecio 99m se forma por desintegracioacuten del

molibdeno 99

Mo9942 Tcm99

43 + e01minus + y

Se emplea un recipiente que contiene este isoacute-

topo de molibdeno y el producto de desintegra-

cioacuten el tecnecio 99 se extrae del recipiente a

medida que se necesita

Mediante el uso de modernas tecnologiacuteas ba-

sadas en la utilizacioacuten de computadoras la tomo-

grafiacutea por emisioacuten de positrones (PET por sus

siglas en ingleacutes) permite medir los procesos dinaacute-

micos que se llevan a cabo en el organismo como

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

boliza el oxiacutegeno o la glucosa Las exploraciones

de PET se emplean actualmente para identificar

con precisioacuten el aacuterea de dantildeo cerebral que desen-

49

cadena los ataques epileacutepticos graves Antes de la

exploracioacuten se inhalan o se inyectan compuestos

que contienen isoacutetopos emisores de positrones

como el carbono 11 Antes de que el positroacuten

emitido pueda recorrer una distancia apreciable en

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

teria ordinaria abundan los electrones) y se produ-

cen dos rayos gamma

C116 B11

5 + e01+

e01+ + e0

1minus 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 simultaacuteneamente

dos rayos gamma el sistema no toma en cuenta

los rayos gamma de la radiacioacuten natural de fondo

A continuacioacuten se emplea una computadora para

calcular la ubicacioacuten dentro del cuerpo del punto

50

en el cual ocurrioacute una aniquilacioacuten del positroacuten y

el electroacuten y se genera una imagen en esa regioacuten

La tabla contiene una lista de radioisoacutetopos de

uso comuacuten en la medicina La lista es necesaria-

mente incompleta Incluso con esta exposicioacuten tan

breve puedes hacerte una idea de la importancia

que los radioisoacutetopos tienen en la medicina La

aseveracioacuten de que la ciencia nuclear ha salvado

maacutes vidas de las destruidas por las bombas atoacutemi-

cas no carece el fundamento

51

Isoacutetopo Nombre Vida me-

dia Uso

C11 Carbono 11 203m Exploraciones cere-

brales

Cr51 Cromo 51 278d Determinacioacuten

del volumen sanguiacute-

neo

Co57 Cobalto 57 270d Medicioacuten de la

incorporacioacuten de

vitamina v12

Co60 Cobalto 60 526a Terapia de caacutencer

por radiacioacuten

Gd153 Gadolinio

153

242d Determinacioacuten

de la densidad oacutesea

Ga67 Galio 67 781h Exploracioacuten en

busca de tumores

pulmonares

I131 Yodo 131 807d Terapia de la ti-

roides

Ir192 Iridio 192 74d Terapia del caacuten-

cer de mamaacute

Fe59 Hierro 59 45d Deteccioacuten de

anemia

52

P32 Foacutesforo 32 143d Deteccioacuten de

caacutencer de la piel o

tumores oculares

Pu238 Plutonio

238

86a Suministra ener-

giacutea para marcapasos

Ra226 Radio 226 1600a Terapia de caacutencer

por radiacioacuten

Se75 Selenio 75 120d Exploraciones del

paacutencreas

Na24 Sodio 24 150h Localizacioacuten de

obstrucciones en el

flujo sanguiacuteneo

Tc99 Tecnecio 99 60h Obtencioacuten de imaacute-

genes de cerebro hiacutega-

do meacutedula oacutesea rintildeoacuten o

corazoacuten

Tl201 Talio 201 73h Deteccioacuten de pro-

blemas cardiacos con la

prueba de esfuerzo en

rueda de andar

H3 Tritio 123a Determinacioacuten de

agua corporal total

Xe133 Xenoacuten133 527d Obtencioacuten de imaacute-

genes de pulmoacuten

53

9 FECHADO POR MEDIO DE RADIOISOacuteTOPOS

Una de las aplicaciones maacutes in-

creiacutebles de la quiacutemica nuclear es la po-

sibilidad de averiguar la antiguumledad de

los objetos encontrados en las investi-

gaciones arqueoloacutegicas

Se puede usar la vida media de ciertos isoacuteto-

pos para estimar la antiguumledad de rocas y artefac-

tos arqueoloacutegicos El uranio 238 se desintegra con

una vida media de 4500 millones de anos Los

productos iniciales de esta desintegracioacuten tambieacuten

son radiactivos y la descomposicioacuten continuacutea

54

hasta que se forma un isoacutetopo de plomo (plomo

206) Los quiacutemicos pueden estimar la antiguumledad

de una roca determinando las proporciones relati-

vas de uranio 238 y plomo 206 Se ha encontrado

que algunas de las rocas maacutes antiguas de la Tierra

se formaron hace entre 3000 y 4500 millones de

antildeos En las rocas lunares y en meteoritos se ha

determinado una antiguumledad maacutexima de alrededor

de 4500 millones de antildeos Asiacute pues se considera

en general que la Tierra tiene una antiguumledad de

unos 4500 millones de antildeos

FECHADO POR CARBONO 14

En el fechado de artefactos interviene por lo

general un isoacutetopo radiactivo de carbono Se for-

ma carbono 14 en las capas superiores de la at-

moacutesfera por el bombardeo que experimenta el

nitroacutegeno ordinario por parte de los neutrones de

los rayos coacutesmicos

55

N147 + n1

0 C146 + H1

1

Este proceso origina una concentracioacuten cons-

tante de carbono 14 en el CO2 terrestre Las plan-

tas y animales vivos incorporan este isoacutetopo en

sus propias ceacutelulas Sin embargo cuando estos

seres mueren se interrumpe la incorporacioacuten de

carbono 14 y el carbono 14 que hay en el orga-

nismo se desintegra (con una vida media de 5 730

antildeos) a nitroacutegeno 14

Por consiguiente basta con medir la actividad

residual de carbono 14 en un artefacto de origen

vegetal o animal para determinar su antiguumledad

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 antildeos de antiguumle-

dad es decir ha estado muerta durante un tiempo

equivalente a una vida media Anaacutelogamente un

artefacto que muestra el 25 de la actividad de

carbono 14 del material vegetal reciente tiene

56

11460 anos de antiguumledad 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 aquiacute supone que la formacioacuten del isoacutetopo

fue constante a lo largo del tiempo En realidad no

es asiacute Sin embargo aproximadamente para los

uacuteltimos 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

aacuterboles Se han construido curvas de calibracioacuten

que permiten determinar fechas consideradas co-

mo exactas

En teacuterminos generales el meacutetodo de carbono

14 es razonablemente preciso para fechar objetos

de hasta 50000 antildeos de antiguumledad La cantidad

residual del isoacutetopo en los objetos de una antiguumle-

dad mayor que esa es demasiado pequentildea para

hacer una determinacioacuten exacta

El carboacuten de las fogatas de los pueblos anti-

57

guos fechado por determinacioacuten de la actividad

de carbono 14 se usa para estimar la antiguumledad

de otros artefactos encontrados en el mismo em-

plazamiento arqueoloacutegico La teacutecnica de fechado

por carbono 14 se ha usado tambieacuten para detectar

si supuestos artefactos antiguos han sido falsifica-

dos

EL SUDARIO DE TURIacuteN

Probablemente han oiacutedo hablar del sudario de

Turiacuten Se trata de una pieza de tejido de lino muy

antigua de unos 4 metros de largo que muestra la

impresioacuten aproximada de un cuerpo humano

Desde alrededor del antildeo 1350 dC 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-

bricacioacuten del lienzo habiacutea sido cultivado en alguacuten

memento entre los anos de 1260 y 1390 dC Por

58

tanto el lienzo no podriacutea haber existido en tiem-

pos de Cristo A diferencia de los pergaminos del

Mar Muerto para los que el fechado por carbono

14 demostroacute que son registros auteacutenticos de una

civilizacioacuten que existioacute hace unos 2000 antildeos el

sudario de Turiacuten resultoacute ser falso

FECHADO POR TRITIO

El tritio que es el isoacutetopo radiactivo del

hidroacutegeno sirve tambieacuten para fechar Su vida me-

dia de 123 antildeos lo hace uacutetil para fechar objetos de

hasta 100 antildeos de antiguumledad Una aplicacioacuten inte-

resante es el fechado de aguardientes Estas bebi-

das alcohoacutelicas son muy costosas cuando han sido

antildeejadas de 10 a 50 antildeos El fechado por tritio

permite comprobar la veracidad de los anuncios

publicitarios respecto al proceso de antildeejamiento

de las variedades maacutes caras

Hay muchos otros isoacutetopos que permiten es-

timar la antiguumledad de objetos y materiales

59

Isoacutetopo Vida me-

dia

(antildeos)

Periacuteodo de

utilidad Uso

Carbono 14 5730 500 a 50000

antildeos

Carboacuten vege-

tal material

orgaacutenico

Tritio 123 1 a 100 antildeosVinos antildeeja-

dos

Potasio 40 13 x 109 Desde 10000

antildeos

Rocas corteza

terrestre y

lunar

Renio 187 43 x1010 Desde 4 x

107 antildeos Meteoritos

Ranio238 45 x109 Desde 107

antildeos

Rocas corteza

terrestre

60

10 PLANTAS DE ENERGIacuteA NUCLEAR

iquestSabeacutes de doacutende viene esa energiacutea que nosotros usamos tanto Mucha de la energiacutea eleacutectrica es

producida por plantas nucleares de to-do el mundo

La energiacutea nuclear ha dado origen a bombas

muy destructivas y a la nociva precipitacioacuten ra-

diactiva y podriacutea incluso provocar un devastador

invierno nuclear Sin embargo una cantidad mu-

cho mayor de personas han recibido beneficios de

la energiacutea nuclear que las que han sido perjudica-

das por ella El hecho es que existen muchos usos

de la energiacutea nuclear que son sumamente beneacutefi-

61

cos Ya conocemos el uso de isoacutetopos radiactivos

en el diagnoacutestico cliacutenico y en el fechado de obje-

tos de antiguumledad desconocida Otro uso paciacutefico

de la energiacutea nuclear es la generacioacuten de electri-

cidad Una gran parte de la energiacutea eleacutectrica que

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

giacutea nuclear

En la actualidad una quinta parte de toda la

electricidad que se produce en Estados Unidos

proviene de plantas de energiacutea nuclear En Euro-

pa la dependencia respecto a la energiacutea nuclear

para la produccioacuten de electricidad es auacuten mayor

En Francia por ejemplo maacutes del 70 de la ener-

giacutea eleacutectrica del paiacutes proviene de plantas nuclea-

res

No es sorprendente que una reaccioacuten que

desprende tanta energiacutea como lo hace la fisioacuten

nuclear se use como fuente de energiacutea para gene-

rar electricidad En las plantas de energiacutea nuclear

se usa el calor obtenido de una reaccioacuten de fisioacuten

62

en cadena controlada para producir vapor de

agua que mueve las turbinas generadoras de elec-

tricidad El combustible nuclear es normalmente

oacutexido de uranio U3O8 enriquecido hasta alrede-

dor de 3 de uranio 235

La energiacutea nuclear es mucho maacutes limpia que la

que se obtiene quemando combustibles foacutesiles

(carboacuten petroacuteleo y gas) no produce cenizas finas

ni holliacuten no forma dioacutexido de carbono que con-

tribuye al efecto de invernadero y al calentamiento

global y no contamina el aire con oacutexidos de azu-

fre y de nitroacutegeno que dan origen a la lluvia aacutecida

Por otra parte emite grandes cantidades de calor

residual en el ambiente y lo que es mucho maacutes

serio produce muchos residuos radiactivos La

eliminacioacuten de todos estos materiales radiactivos

de desecho es uno de los problemas constantes

que se tienen en relacioacuten con las plantas de energiacutea

nuclear

63

11 BOMBA ATOacuteMICA

Todos sabemos los desastres que pue-

den causar la detonacioacuten de una bomba

nuclear

Aquiacute presentamos la explicacioacuten teoacuterica

y coacutemo se pone en praacutectica

COacuteMO FUNCIONA UNA BOMBA NUCLEAR EN LA

TEORIacuteA

El 16 de Julio de 1945 estalloacute la primera bomba

atoacutemica en el campo de pruebas de Trinity cerca

de aacutelamo Gordo (Nuevo Meacutejico) Desde ese pre-

64

ciso instante la historia de la humanidad ha pasado

a una nueva era la era nuclear

Nunca hasta entonces se habiacutean tenido los cono-

cimientos necesarios como para saber que la masa

puede convertirse en grandes cantidades de ener-

giacutea y coacutemo podiacutea realizarse ese proceso hasta

entonces reservado tan soacutelo a las estrellas

La famosa foacutermula de Einstein E = mc2 ha pasa-

do ya ha formar parte de la cultura popular auacuten sin

que en realidad se llegue a saber que implica

Donde E es energiacutea m masa y c la velocidad de la

luz (constante) En esta ecuacioacuten se expresa la

relacioacuten de equivalencia entre masa y energiacutea Por

ejemplo haciendo algunas cuentas se ve que con

un gramo de uranio si se convirtiese totalmente

en energiacutea se obtendriacutean 25 millones de Kw

Aplicado como una bomba nuclear basta decir

que para asolar Hiroshima soacutelo se convirtioacute un

65

gramo de masa (aunque toda la bomba como me-

canismo pesara cuatro toneladas) su potencia fue

de 125 kilotones es decir para igualar su potencia

seriacutean 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 combustibles

de fisioacuten Cuando en un espacio se reuacutene la sufi-

ciente cantidad de materia (denominada masa criacute-

tica) se produce una reaccioacuten en cadena espontaacute-

nea esto es el nuacutecleo de los aacutetomos del material

se divide liberando energiacutea y varios neutrones

raacutepidos que provocan que otros nuacutecleos tam-

bieacuten se dividan y liberen maacutes energiacutea y neutrones

Este proceso se denomina fisioacuten nuclear Sin em-

bargo si la densidad no es suficiente la energiacutea

liberada hace que el material se expanda y se de-

tenga el proceso Para evitar que se pare la reac-

cioacuten se recurre a una materia muy densa de por siacute

(isoacutetopos del uranio y plutonio) que ademaacutes se

comprime de manera muy raacutepida para lograr una

66

altiacutesima densidad que permite que los neutrones

raacutepidos choquen antes con otros nuacutecleos y se

produzcan antes el mayor nuacutemero 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 maacutes energiacutea Para una

explosioacuten de 100 kilotones son necesarias 58 ge-

neraciones las 7 uacuteltimas generan el 999 de la

energiacutea en periodo cortiacutesimo de tiempo Tambieacuten

puede liberarse energiacutea con la fusioacuten en este pro-

ceso los nuacutecleos se unen en vez de separarse pero

se requieren altiacutesimas temperaturas (del orden de

millones de grados) para que este proceso se lleve

a cabo Para esta reaccioacuten se usan aacutetomos ligeros

(maacutes faacuteciles de unir) generalmente hidroacutegeno o

sus isoacutetopos (deuterio y tritio) Para unir dos aacuteto-

mos basta con hacerlos chocar Los protones de

cada aacutetomo 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

67

fusioacuten deben comprimirse fuertemente los nuacute-

cleos y una vez hecho soacutelo podraacuten continuar uni-

dos si pierden un equivalente de la energiacutea que les

hizo apretarse En el caso de usar deuterio y tritio

se libera violentamente un neutroacuten Esta energiacutea

liberada es la que forma una bomba de fusioacuten

tambieacuten denominada bomba H

COMO FUNCIONA UNA BOMBA ATO-MICA EN LA PRACTICA

Sea cual fuere el sistema de funcionamiento de

una bomba nuclear (fusioacuten o fisioacuten) una cantidad

de masa se convierte en energiacutea la potencia soacutelo

depende de la capacidad de la ingenieriacutea para con-

vertir maacutes masa antes de que la reaccioacuten disperse

las moleacuteculas en teoriacutea la potencia es por tanto

ilimitada

Una bomba nuclear consiste baacutesicamente en una

esfera hueca de plutonio que no es lo suficiente-

68

mente densa como para producir una reaccioacuten 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 explosioacuten se disparan los detonado-

res que hacen que el material explosivo estalle de

la manera lo maacutes regular posible para que enviacutee

una onda de choque esfeacuterica hacia el plutonio

Cuando eacutesta impacta contra eacutel lo comprime y re-

duce su volumen empujaacutendolo hacia el centro de

la esfera hasta que alcanza una densidad suficiente

(supercriacutetica) y se dispara el iniciador de neutrones

para comenzar la reaccioacuten en cadena que da lugar

a la explosioacuten nuclear

Las bombas termonucleares de fusioacuten o H nece-

sitan de una gran temperatura para que se puedan

unir los nuacutecleos esto se consigue en el interior de

una explosioacuten de fisioacuten que es el comienzo de

toda bomba H

69

Una vez acabada la reaccioacuten de fusioacuten nos encon-

traremos con una esfera expandida con una tem-

peratura de millones de grados en la que existen

los productos de la fusioacuten (litio e isoacutetopos del

hidroacutegeno) Tal es su velocidad que pueden fun-

dirse unos con otros dando lugar a la reaccioacuten de

fusioacuten Esta reaccioacuten genera maacutes energiacutea que la

anterior y libera gran cantidad de partiacuteculas nu-

cleares pero no es una reaccioacuten en cadena ya que

el propio calor que genera hace que las partiacuteculas

se separen y se expandan en forma de una esfera

de plasma con una temperatura que tan soacutelo expe-

rimenta el universo de manera natural en las estre-

llas En nuestro sol por ejemplo ocurren la fusioacuten

nuclear de hidroacutegeno y helio Pero antes de que la

reaccioacuten se extinga los neutrones generados por

las detonaciones anteriores provocan de nuevo

una reaccioacuten de fusioacuten sobre una camisa de U-

238 pero esta vez mucho mayor que las anterio-

res La potencia de una bomba termonuclear care-

ce de liacutemite una bomba como la de Hiroshima de

70

125 kilotones (un kilotoacuten equivale a 1000 tonela-

das de TNT) se considera dentro de los arsenales

modernos como pequentildea siendo las de un mega-

toacuten (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 la

Segunda Guerra Mundial

Para la construccioacuten de una bomba nuclear nor-

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

primero no forma parte de la reaccioacuten nuclear

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

nera espontaacutenea emitiendo neutrones que son

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

duzca de manera accidental la reaccioacuten en cadena

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

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

cioacuten 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

71

reactores nucleares a partir del U-238

La desintegracioacuten del uranio en la reaccioacuten en

cadena se produce de manera espontaacutenea para una

masa de 50 Kg si eacuteste elemento es puro El pluto-

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

da reaccioacuten en cadena de modo que se mezcla de

berilo y polonio dando como resultado un pro-

ducto que aunque no es fisionable por si solo una

pequentildea cantidad actuacutea como catalizador para las

grandes reacciones Asiacute bastan 16 Kg de PU-239

para obtener la masa supercriacutetica y 10 Kg si se

mezcla con U-238

El U-235 es muy difiacutecil de extraer por encontrarse

en la naturaleza muy mezclado con otros com-

puestos Asiacute por cada 25000 toneladas de mineral

de uranio bruto soacutelo se obtienen 50 toneladas de

uranio del que el 993 es U-235 y el resto el

rariacutesimo isoacutetopo U-238 ambos soacutelo se pueden

separar de manera mecaacutenica gracias a la leviacutesima

72

diferencia de peso entre ambos Asiacute el uranio se

mezcla en forma gaseosa con fluor (hexafluoriacutedri-

co) que es impulsado a baja presioacuten hacieacutendolo

pasar por unas caacutemaras que aumentan la concen-

tracioacuten de uranio sensiblemente tras cientos de

pasadas Para una central nuclear la pureza ha de

ser del 2 y para una bomba (teoacutericamente) el

95

Para separar el isoacutetopo se recurre a la centrifuga-

cioacuten del gas siendo el maacutes pesado U-238 despedi-

do hacia el exterior con maacutes fuerza Para obtener

otra vez el uranio separado del gas se recurre a la

separacioacuten magneacutetica

MECANISMOS QUE SUELEN COMPONER UNA

BOMBA NUCLEAR

Los mecanismos que suelen componer una bom-

ba nuclear son los siguientes

73

ALTIacuteMETRO No suele usarse el baromeacutetrico

por verse afectado por las condiciones atmosfeacuteri-

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 seguacuten el tiempo transcu-

rrido en el recorrido puede saberse la altura sin

necesidad de complicar maacutes el sistema para dar

una precisioacuten que en realidad no es importante (2

o 3 m de diferencia no son apreciables maacutes que

en minibombas bastante menores que las de

Hiroshima) siendo la altura normal de detonacioacuten

la de 2000 m

En la praacutectica 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 electroacute-

nicamente para obtener la diferencia de ambas

que es proporcional a la altura Los pulsos suelen

emitirse 120 veces por segundo y alcanzan un

74

rango de 3000 m sobre la tierra y 6000 m sobre

el mar (la reflexioacuten es alliacute mejor) siendo su error

de hasta 15 m

CABEZA DETONADORA Como ya se dijo

estaacute compuesta de una carga explosiva muy bien

calibrada que a la orden del altiacutemetro detona

produciendo una onda de choque uniforme sobre

el elemento radioactivo comprimieacutendolo hasta

alcanzar la masa supercriacutetica

Compantildeiacuteas privadas producen camisas explosivas

que modificadas pueden ser usadas para la fabri-

cacioacuten del objeto que nos ocupa La cantidad de

presioacuten necesaria a aplicar es un secreto por razo-

nes de seguridad aunque se sabe que los explosi-

vos plaacutesticos son ideales sobre todo por su malea-

bilidad y facilidad de manejo

El detonador variacutea si es combustible es uranio o

plutonio

75

DETONADOR DE URANIO La masa total se

divide en dos partes una mayor de forma semies-

feacuterica y coacutencava que se acopla perfectamente con

la otra maacutes pequentildea Como es de suponer ambas

se encuentran separadas hasta el momento de la

detonacioacuten en el que una explosioacuten convencional

dispara la parte pequentildea que impacta contra la

mayor para lograr en un instante la masa supercriacute-

tica

DETONADOR DE PLUTONIO Necesita

una precisioacuten de ingenieriacutea mucho mayor que la

anterior ya que estaacute compuesta de 32 secciones de

plutonio-berilio-polonio todas de igual forma y

posicioacuten distribuidas conceacutentricamente El aspecto

final es parecido al de un baloacuten de fuacutetbol Todas

han de cerrarse simeacutetricamente en una diezmillo-

neacutesima de segundo para conseguir la detonacioacuten

DEFLECTOR DE NEUTRONES Suele ser

U-238 Su funcioacuten es la que ya se explicoacute evitar

76

una reaccioacuten accidental ademaacutes refleja las partiacutecu-

las de vuelta cuando se alcanza la masa supercriacuteti-

ca

ESCUDO PROTECTOR Recibe otros nom-

bres pero su funcioacuten es siempre la de proteger de

la radiacioacuten natural tanto al personal que la maneja

como a los circuitos de la bomba que pueden su-

frir cortocircuitos o puestas en funcionamiento

accidentales

SISTEMA DE ARMADO Es otro sistema maacutes

de seguridad consistente en quitar una parte im-

prescindible de la bomba para evitar detonaciones

accidentales de modo que soacutelo cuando estaacute

proacuteximo su lanzamiento se inserta esta parte Una

analogiacutea seriacutea como si al aparcar nuestro coche le

quitaacuteramos el volante o una bujiacutea asiacute estariacuteamos

seguros de que no nos lo roban porque sin estas

partes el coche no funciona

77

12 EFECTOS DE UNA EXPLOSIOacuteN NUCLEAR

Tenemos frescas en nuestra memo-

ria las imaacutegenes que nos mostroacute la

televisioacuten cuando se produjo el ac-

cidente de Chernobyl

Aquiacute explicamos todas las conse-

cuencias de una detonacioacuten 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

78

bull Radiacioacuten nuclear inicial la altiacutesima

temperatura y la elevada presioacuten que se

genera en el interior de la explosioacuten emi-

ten radiacioacuten en todas las direcciones Esta

se compone de rayos alfa beta y gamma

que son una forma de radiacioacuten electro-

magneacutetica de alta energiacutea que puede causar

la muerte sin que el individuo se de cuenta

de que ha sido irradiado Una explosioacuten de

un megatoacuten (de tamantildeo estaacutendar) matariacutea

a todo ser humano en 15 Km a la redonda

que se encontrase al aire libre

Las partiacuteculas alfa son ideacutenticas a un nuacutecleo de

helio son las que mas larga vida tienen unos mil

antildeos pero su poder de penetracioacuten 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 radiacioacuten Con 45 cm de tierra se

consigue reducir la radiacioacuten veinte veces

Las partiacuteculas beta penetran maacutes siendo suficiente

79

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

to la radiacioacuten (una pared moderna ya espesa se

compone de 1 pie de ladrillo maacutes caacutemara maacutes

aislante maacutes ladrillo hueco y yeso que suele que-

darse en los 37 cm)

Los de maacutes poder de penetracioacuten son las gamma

y por tanto los maacutes peligrosos ya son los que se

introducen en los refugios nucleares auacuten con

grandes espesores de hormigoacuten La uacutenica protec-

cioacuten eficaz es la de interponer grandes masas de

material mejor cuanto maacutes denso siendo el ideal

el plomo ya que pasa por los materiales como la

luz por una tela si esta es maacutes densa mayor canti-

dad de chocaraacute con ella y no la traspasaraacute Para

reducir la dosis a un veinteavo se precisan 30 cm

de hormigoacuten armado

bull Pulso electromagneacutetico La intensa acti-

vidad de los rayos gamma genera mediante

induccioacuten una corriente de alto voltaje so-

80

bre antenas viacuteas feacuterreas tuberiacuteas que des-

truye todas las instalaciones eleacutectricas de

una amplia zona si la explosioacuten se efectuacutea

a gran altura Una detonacioacuten de muchos

kilotones a 200 km sobre Omaha (Ne-

brasca) destruiriacutea todos los circuitos eleacutec-

tricos integrados de toda Norteameacuterica y

parte de Meacutejico y Canadaacute Ante el riesgo

de una detonacioacuten nuclear es conveniente

alejarse de liacuteneas eleacutectricas y viacutea feacuterreas ya

que la corriente inducida puede electrocu-

tarnos

bull Pulso teacutermico al expandirse la bola de

fuego el aire circundante absorbe energiacutea

en forma de rayos X y la irradia en forma

de una luz cegadora y un intensiacutesimo ca-

lor Una bomba de 20 Megatones produci-

riacutea una intensa luz durante 20 segundos y

causariacutea quemaduras de segundo grado a

81

cualquier persona expuesta a 45 Km de

distancia

bull Onda de choque La raacutepida expansioacuten de

la bola de fuego genera una onda de cho-

que como cualquier explosioacuten pero de

una potencia muy superior ya que puede

aplastar o barrer edificios dantildeaacutendolos muy

seriamente o destruyeacutendolos por comple-

to ya que maacutes que empujar por su dura-

cioacuten lo que hace es estrujar Una bomba

de 20 megatones no dejariacutea en un radio de

20 Km maacutes que escombros soacutelo se salva-

riacutean las cimentaciones y construcciones

enterradas

bull Primera lluvia radioactiva o lluvia ra-

diactiva local una explosioacuten de 20 mega-

tones aras de suelo produciriacutea un craacuteter de

183 m de profundidad la elevada tempe-

82

ratura vaporiza todo lo que se encuentra

dentro de la bola de fuego todo se funde

con los materiales radiactivos de la fisioacuten o

fusioacuten y se eleva con el hongo para luego

precipitar en forma de finas cenizas Esto

ocurriraacute durante las 24 h siguientes a la

explosioacuten y afectaraacute a una regioacuten maacutes o

menos amplia para una misma potencia

seguacuten la climatologiacutea El fenoacutemeno se am-

pliacutea considerablemente si la detonacioacuten se

produce cerca del suelo La energiacutea 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 maacutes destructivos los deno-

minados secundarios como incendios en masa

que acabariacutean con los pocos supervivientes y ma-

tariacutean a maacutes que el pulso teacutermico y la onda de

choque

83

Ademaacutes en caso de que se lanzaran muchas

bombas nucleares sus efectos secundarios seriacutean

mucho maacutes 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 10000 mega-

tones miacutenimos para considerar un holocausto

como tal

bull El primero de estos efectos es que la ra-

dioactividad liberada en caso de holocaus-

to penetrariacutea en todos y cada uno de los

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

Mientras que en dosis altas (seguacuten la espe-

cie) produciriacutea la muerte en otras maacutes ba-

jas los efectos seriacutean de lo maacutes variados

(mutaciones esterilidad)

bull El segundo seriacutea que los materiales im-

pulsados por las detonaciones se elevariacutean

hasta la troposfera donde ocultariacutean la luz

84

del sol durante meses o antildeos haciendo ba-

jar la temperatura de la tierra y alterando la

fotosiacutentesis de los vegetales y el plancton

marino seriacutea el famoso invierno nuclear

Ademaacutes estos materiales radiactivos iriacutean

cayendo durante meses o antildeos convirtieacuten-

dose en una lluvia radiactiva global que

auacuten con menos dosis radiactiva que una

lluvia provocada por una bomba seriacutea

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

antildeos Ese 5 de energiacutea liberada por la

lluvia radiactividad en una bomba es poco

pero en los 10000 megatones de un holo-

causto suponen ya 500 megatones que iraacuten

estallando durante miles de antildeos des-

pueacutes de la cataacutestrofe

85

bull El tercero seriacutea una reduccioacuten en la capa

de ozono producida por el oacutexido de nitroacute-

geno generado por las bolas de fuego de

modo que la radiacioacuten solar que llegase a

la tierra seriacutea mortal Un 70 del ozono

desapareceriacutea en el hemisferio norte y un

40 en el sur siendo necesarios treinta

antildeos para recuperar su estado normal

86

Ejercicios 12

MODELO DE RESOLUCIOacuteN

La distribucioacuten de los electrones de un aacutetomo

en sus niveles y subniveles se puede representar en

forma abreviada de la siguiente manera

a) Un coeficiente que indica el nuacutemero del nivel

de energiacutea (n)

b) Una letra que corresponde al subnivel

c) Un supraiacutendice que sentildeala el nuacutemero de elec-

trones que hay en el subnivel

1H = 1s1

3Li = 1s2 2s1

En razoacuten del entrecruzamiento de subniveles

el orden en que se van completando los subniveles

por energiacutea creciente es el siguiente

87

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

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

5d 6p 7s 5f 6d

7p

Para visualizar la distribucioacuten de los electrones

en orbitales se puede representar cada orbital por

un pequentildeo cuadrado dividido por una diagonal

y cada electroacuten mediante una flecha

Entonces el orbital puede estar

Vaciacuteo incompleto completo

(1 electroacuten) (2 electrones)

En caso del orbital completo las flechas tienen

sentido contrario para indicar que los electrones

presentan spin contrario

El llenado de los orbitales por los electrones

se realiza a partir de los niveles y subniveles en

88

orden creciente de energiacutea Cada nuevo electroacuten se

incorpora a un orbital vaciacuteo

De ese modo los elementos quedan represen-

tados asiacute

1H =

1s

3Li =

1s 2s

7N =

1s 2s 2p

89

Ejercicios 121

1) Un aacutetomo de foacutesforo tiene 15 protones y 16

neutrones Indicaacute cuaacutel es su

a) nuacutemero atoacutemico (Z) b) nuacutemero

de masa (A)

2) Un aacutetomo de potasio tiene Z =19 y A = 39

Indicaacute su nuacutemero de

a) protones b) electrones

c) neutrones

3) Completaacute los datos que faltan en el siguiente

cuadro

90

ELE-

MEN-

TO

NUacute-

MERO

ATOacute-

MICO

NUacute-

MERO

DE

MASA

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) Sentildealaacute el nombre y siacutembolo de los elementos

cuyas configuraciones electroacutenicas 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) Escribiacute la configuracioacuten electroacutenica de los

siguientes elementos

91

a) Na2311 = c) O16

8 =

b) Cl3517 = d) C12

6 =

6) De acuerdo con la siguiente representacioacuten de

los electrones en orbitales indicaacute a queacute ele-

mentos corresponden

a)

b)

c)

d)

7) Representaacute la distribucioacuten de los electrones en

orbitales de los elementos

a) 7N= c) 18Ar =

b) 15AI = d) 19K =

92

Hoja de respuestas121

1) a) 15 b) 31 2) a) 19 b) 19 c) 20

3)

ELE-

MEN-

TO

NUacuteME-

RO

ATOacute-

MICO

NUacute-

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)Argoacuten Ar

d)Escandio Sc

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

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)middot

94

Ejercicios 1211

Modelo de resolucioacuten

El nuacutemero de oxidacioacuten se asigna seguacuten las si-

guientes reglas

1) El nuacutemero de oxidacioacuten de los elementos en la

sustancia simple es cero

Ejemplo Cu0 02Cl

2) El nuacutemero de oxidacioacuten del oxiacutegeno es 2

excepto en las sustancias como el agua oxige-

nada Ejemplo H2

2Ominus

3) El nuacutemero de oxidacioacuten del hidroacutegeno es +1

excepto en las sustancias donde estaacute combina-

do con los metales Ejemplo 1

H+

2O

4) El nuacutemero de oxidacioacuten de un ion monoatoacute-

mico es igual a la carga del ion Ejemplo Ca2-

Cl-

95

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

braica de los nuacutemeros de oxidacioacuten de todos

los aacutetomos debe ser cero Ejemplo 1

H+

2

2Ominus

there42(+1) + (-2) = 0

6) En los iones que tienen maacutes de un aacutetomo la

suma algebraica de los nuacutemeros de oxidacioacuten

de todos los aacutetomos es igual a la carga del ion

El nuacutemero de oxidacioacuten se escribe colocando primero el signo y luego el nuacutemero

Ejemplo el nuacutemero de oxidacioacuten del aluminio es +3

1) Calculaacute los nuacutemeros de oxidacioacuten en la moleacute-

cula de dioacutexido de azufre (SO2)

Datos SO2 nuacutemero de oxidacioacuten del O2

es 2

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de S

Resolucioacuten Cada aacutetomo de oxiacutegeno tiene

nuacutemero de oxidacioacuten 2 por lo tanto el nuacute-

mero de oxidacioacuten del azufre es +4 porque

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

96

2) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten del azufre en

el aacutecido sulfuacuterico (H2SO4)

Datos H2SO2 nuacutemero de oxidacioacuten del

O2 es 2 nuacutemero de oxidacioacuten de H es -1

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de S

Resolucioacuten Se debe cumplir que la suma al-gebraica de todos los nuacutemeros de oxidacioacuten sea cero

4(-2) + 21 + x = 0

-8 + 2 + x = 0

x = 6

Respuesta el nuacutemero de oxidacioacuten del azufre

en el aacutecido sulfuacuterico es +6

3) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten del nitroacutegeno

en el nitrato de sodio (NaNO3)

Datos NaNO3 nuacutemero de oxidacioacuten del

O2 es 2

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de N

97

Resolucioacuten El nuacutemero de oxidacioacuten del

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

ga eleacutectrica positiva

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

1 6 + x = 0

x = 5

Respuesta el nuacutemero de oxidacioacuten del nitroacute-

geno en el nitrato de sodio es +5

4) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten del azufre en

el ion sulfato (S 24Ominus )

Datos S 24Ominus nuacutemero de oxidacioacuten del O2

es 2

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de S

Resolucioacuten La suma de los nuacutemeros de

oxidacioacuten es igual a 2 porque el ion sulfato

tiene dos cargas negativas (2-)

x + 4(-2) = -2

x 8 = -2

x = 6

98

Respuesta El nuacutemero de oxidacioacuten del azu-

fre en el ion sulfato es +6

99

Ejercicios 1212

1) Dibujaacute los siacutembolos de Lewis para los aacutetomos

de

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

2) iquestCoacutemo adquiere la distribucioacuten electroacutenica del

ineacutertido maacutes cercano cada uno de los siguien-

tes aacutetomos

a) K b)

F c)

S d) Mg e)

Br

3) Escribiacute las ecuaciones ioacutenicas la foacutermula elec-

troacutenica y la foacutermula miacutenima del compuesto

ioacutenico formado por

a) K y Br (bromuro de potasio)

b) Ca y O (oacutexido de calcio)

4) Marcaacute con una X las propiedades correspon-

dientes a las sustancias que presentan uniones

ioacutenicas

100

a) Son soacutelidas y tienen bajo punto de fusioacuten ( )

b) Conducen la corriente eleacutectrica fundidas o di-

sueltas en agua ( )

c) Tienen brillo metaacutelico ( )

d) Forman cristales duros y quebradizos solubles

en agua ( )

e) No conducen la corriente eleacutectrica ( )

5) Explicaacute coacutemo se unen dos aacutetomos de bromo

para formar la moleacutecula Br2 y escribiacute su

foacutermula electroacutenica y su foacutermula desarrollada

6) La foacutermula del monoacutexido de dicloro es Cl2O

a) Indicaacute queacute tipo de unioacuten existe entre el cloro y

el oxiacutegeno

b) Escribiacute su foacutermula electroacutenica y su foacutermula

desarrollada

7) El azufre y el oxiacutegeno forman dos oacutexidos

importantes el dioacutexido de azufre (SO2) y el

101

trioacutexido de azufre (SO3) Para el trioacutexido de

azufre

a) Indicaacute queacute tipo de unioacuten existe entre el azufre

y los tres aacutetomos de oxiacutegeno

b) Escribiacute la foacutermula electroacutenica

c) Escribiacute la foacutermula desarrollada

8) Marcaacute 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

liacutequidas o soacutelidas ( )

c) Son duacutectiles y maleables ( )

d) No forman moleacuteculas son agregados de

iones ( )

e) No son buenas conductoras de la corriente

eleacutectrica ( )

102

9) Coloque en el pareacutentesis UCP si la unioacuten es

covalente polar y UCNP si es covalento no

polar en cada una de las siguientes sustancias

a) cloruro de hidroacutegeno HCl ( )

b) Hidroacutegeno H2 ( )

c) yodo l2 ( )

10) Escribiacute la foacutermula electroacutenica y la foacutermula

desarrollada de cada una de las sustancias

mencionadas en el ejercicio 9

11) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten

a) del azufre (S)en el dioacutexido de azufre (SO2) en

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

sodio (Na2S)

b) del nitroacutegeno (N) en el dioacutexido de nitroacutegeno

(NO2) en el aacutecido niacutetrico (HNO3) y en el ni-

trato de potasio (KNO3)

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

can en el concepto de unioacuten metaacutelica

103

a) Tienen bajo punto de fusioacuten y de

ebullicioacuten ( )

b) Tienen brillo metaacutelico ( )

c) Conducen la corriente eleacutectrica sin

alterarse ( )

d) En estado soacutelido son malos conductores de la

corriente eleacutectrica ( )

e) Forman hilos y laacuteminas delgadas ( )

104

Hoja de respuestas 1212

1) a) He b) Al c)

Si d)

Ar e)

N

2) a) cede un electroacuten d) cede electrones c)

gana dos electrones b) y e) gana un electroacuten

3) a) Ecuaciones ioacutenicas

K K1+ + 1 e

Br + 1 e Br1-

K1+ + Br- KBr

Foacutermula electroacutenica K1+minus

1

Br

Foacutermula miacutenima KBr

b) Ecuaciones ioacutenicas

Ca Ca 2+ + 2 e

O + 2 e O2-

Ca2+ + O2- CaO

Foacutermula electroacutenica Ca2+ minus

2

O

105

Foacutermula miacutenima CaO

4) b y d

5) se unen compartiendo un par de electrones

6) a) unioacuten covalente

b) foacutermula electroacutenica

Cl

O

Cl

foacutermula desarrollada Cl O Cl

7) a) una unioacuten covalente doble entre el azufre y

uno de los aacutetomos de oxiacutegeno dos uniones cova-

lentes coordinadas con los otros dos aacutetomos de

oxiacutegeno

b) Foacutermula electroacutenica

Foacutermula desarrollada

106

8) a b y e

9) a) UCP y c) UCNP

10) Foacutermula electroacutenica Foacutermula desarrollada

a) H

Cl H Cl

b) HH H H

c)

I

I l I

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

12) b c y e

  • RADIACTIVIDAD
    • IacuteNDICE
      • 1 RADIACTIVIDAD NATURAL
      • 2 RELACIOacuteN ENTRE LA LEY DE LAVOISIER Y LA DE EINSTEIN
      • 3 INTERACCIONES ENTRE AacuteTOMOS Y ONDAS
      • 4 PODER DE PENETRACIOacuteN DE LA RADIACIOacuteN
      • 5 VIDA MEDIA
      • 6 RADIACTIVIDAD ARTIFICIAL
      • 7 USOS DE LOS RADIOISOacuteTOPOS
      • 8 MEDICINA NUCLEAR
      • 9 FECHADO POR MEDIO DE RADIOISOacuteTOPOS
      • 10 PLANTAS DE ENERGIacuteA NUCLEAR
      • 11 BOMBA ATOacuteMICA
      • 12 EFECTOS DE UNA EXPLOSIOacuteN NUCLEAR
        • Ejercicios 12
        • Ejercicios 121
        • Hoja de respuestas121
        • Ejercicios 1211
        • Ejercicios 1212
        • Hoja de respuestas 1212

35

Be94 + He4

2 C126 + n1

0 Entre los productos se encontraba el neutroacuten

RADIACTIVIDAD INDUCIDA

Las primeras reacciones nucleares produjeron

isoacutetopos que ya se conociacutean por estar presentes en

la Naturaleza Esto fue quizaacute fortuito porque era

inevitable que tarde o temprano se produjese un

nuacutecleo estable Iregravene Curie (hija de los ganadores

del premio Nobel de 1903) y su esposo Freacutedeacuteric

Joliot estudiaban el bombardeo de aluminio con

partiacuteculas alfa Se produciacutean neutrones y quedaba

como residuo un isoacutetopo de foacutesforo

Al2713 + He4

2 P3015 + n1

0

Para sorpresa de los investigadores el blanco

seguiacutea emitiendo partiacuteculas auacuten despueacutes de inte-

rrumpido el bombardeo El isoacutetopo de foacutesforo era

radiactivo y emitiacutea partiacuteculas cuya masa era igual a

36

la del electroacuten pero cuya carga era opuesta Estas

partiacuteculas se llaman positrones La reaccioacuten que

estaban observando era la siguiente

P3015 e0

1+ + Si3014

Asiacute pues surge una vez maacutes la pregunta iquestde doacuten-

de proviene esta partiacutecula si el nuacutecleo contiene

soacutelo protones y neutrones Anteriormente expli-

camos el hecho de que surgiese una partiacutecula beta

(un electroacuten) de un nuacutecleo afirmando que un neu-

troacuten se habiacutea descompuesto en un protoacuten y un

electroacuten Quizaacute un suceso similar puede explicar la

aparicioacuten de un positroacuten Considera que un pro-

toacuten del nuacutecleo se transforma en un neutroacuten y un

positroacuten (un protoacuten es ideacutentico a un nuacutecleo de

hidroacutegeno)

H11 e0

1+ + N10

Todo queda muy bien balanceado en esta

37

ecuacioacuten Al emitirse el positroacuten el nuacutecleo radiac-

tivo original tiene de pronto un protoacuten menos y

un neutroacuten maacutes que antes Por tanto la masa del

nuacutecleo producido es la misma pero su nuacutemero

atoacutemico se ha reducido en una unidad respecto al

nuacutecleo original Por este trabajo la pareja Joliot-

Curie se hizo acreedora al premio Nobel en 1935

(la pareja Joliot-Curie adoptoacute el apellido combina-

do para perpetuar el nombre de Curie Marie y

Pierre Curie tuvieron dos hijas pero ninguacuten hijo

varoacuten

38

7 USOS DE LOS RADIOISOacuteTOPOS

Muchas de las aplicaciones de la energiacutea

de la radiacioacuten se realizan a traveacutes de los

radioisoacutetopos

Gracias a ellos y a los detectores se evitan

grandes perdidas materiales y se ahorra

grandes esfuerzos

Los cientiacuteficos que trabajan en una amplia va-

riedad de campos emplean isoacutetopos radiactivos

(radioisoacutetopos) como rastreadores en sistemas

fiacutesicos quiacutemicos y bioloacutegicos Los isoacutetopos de un

elemento determinado sea radiactivo o no se

39

comportan de manera casi ideacutentica en los proce-

sos quiacutemicos y fiacutesicos En virtud de la facilidad

para detectar los isoacutetopos radiactivos es relativa-

mente faacutecil seguir sus movimientos incluso en un

sistema complicado

Como un ejemplo sencillo consideremos el

flujo de un liacutequido por una tuberiacutea Supongamos

que hay una fuga en una tuberiacutea enterrada bajo un

piso de concreto Podriacuteamos localizar la fuga le-

vantando partes extensas del piso o bien podriacutea-

mos agregar una pequentildea cantidad de material

radiactivo al liacutequido que va hacia el drenaje y ras-

trear el flujo de liacutequido con un contador Geiger

(un instrumento que detecta la radiactividad) Una

vez localizada la fuga soacutelo habriacutea que levantar una

parte pequentildea del piso para reparar la fuga Por lo

general se emplean para este propoacutesito isoacutetopos

de vida corta que desaparecen poco tiempo des-

pueacutes de realizar su funcioacuten

Anaacutelogamente podriacuteamos rastrear la incorpo-

racioacuten de foacutesforo en una planta verde La planta se

40

alimenta con un fertilizante que contiene foacutesforo

radiactivo Un meacutetodo sencillo de deteccioacuten con-

siste en colocar la planta sobre una peliacutecula foto-

graacutefica La radiacioacuten que emiten los isoacutetopos de

foacutesforo expone la peliacutecula en gran medida como

lo hace la luz Este tipo de exposicioacuten llamado

radiografiacutea muestra la distribucioacuten del foacutesforo en

la planta

Tambieacuten se da un buen uso a los rastreadores

radiactivos en la investigacioacuten agriacutecola Estos isoacute-

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 cuaacuteles son los mejores meacutetodos para

regular los insectos La mutacioacuten intencional de

plantas por irradiacioacuten ha producido nuevas y

mejores cepas de plantas de cultivo con valor co-

mercial desde raacutebanos hasta maniacute

Los radioisoacutetopos se emplean tambieacuten para

irradiar alimentos como meacutetodo de conservacioacuten

La radiacioacuten destruye los microorganismos que

41

causan la descomposicioacuten de los alimentos Los

alimentos irradiados muestran poco cambio en

cuanto a su saber o aspecto A muchas personas

les inquietan los posibles efectos dantildeinos de las

sustancias quiacutemicas que produce la radiacioacuten pero

no hay pruebas contundentes de dantildeos causados

por alimentos irradiados en animales de laborato-

rio alimentados con ellos y tampoco se conocen

efectos adversos en seres humanos en los paiacuteses

donde la irradiacioacuten se ha utilizado por muchos

antildeos El proceso de esterilizacioacuten no deja irradia-

cioacuten residual en los alimentos

Los radioisoacutetopos han sido empleados exten-

samente en la investigacioacuten cientiacutefica baacutesica El

mecanismo de la fotosiacutentesis se dilucidoacute en gran

parte utilizando carbono 14 como rastreador Por

ejemplo para determinar coacutemo fabrican las plan-

tas el azuacutecar glucosa a partir de dioacutexido de carbo-

no y agua la planta se expone a dioacutexido de carbo-

no radiactivo El investigador identifica los com-

puestos que se forman a partir de estas materias

42

primas y el orden en el que se sintetizan y despueacutes

determina cuaacuteles compuestos se tornan radiactivos

y en queacute secuencia Con base en los dates obteni-

dos de experimentos con rastreadores los cientiacutefi-

cos determinan las rutas metaboacutelicas de plantas

animales y seres humanos

43

8 MEDICINA NUCLEAR

La medicina nuclear ha generado tra-

tamientos y terapias inimaginables

antes de su descubrimiento

En el diagnostico generoacute meacutetodos no

invasivos que evitan a los paciente

tanto sufrimientos como peacuterdidas de

tiempo

En medicina nuclear se dan dos usos distintos

a los radioisoacutetopos para fines terapeacuteuticos o para

realizar un diagnoacutestico En la terapia con radiacioacuten

se intenta tratar o curar un padecimiento por

44

medio de radiacioacuten El uso de los radioisoacutetopos

con fines de diagnoacutestico busca obtener informa-

cioacuten acerca del estado de salud del paciente

TERAPIA POR RADIACIOacuteN

El caacutencer no es una sola enfermedad sino

muchas Algunas formas de caacutencer son particu-

larmente susceptibles a la terapia por radiacioacuten La

radiacioacuten se dirige cuidadosamente hacia el tejido

canceroso y se reduce al miacutenimo la exposicioacuten de

las ceacutelulas normales Si los efectos destructivos de

la radiacioacuten consiguen matar las ceacutelulas cancero-

sas se detiene el avance del tumor maligno (Pero

los pacientes que se someten a terapia por radia-

cioacuten suelen experimentar malestares a causa del

tratamiento Naacuteusea y voacutemito son los siacutentomas

usuales del malestar por radiacioacuten Asiacute pues el

objetivo de la terapia por radiacioacuten es destruir las

ceacutelulas cancerosas antes de que se cause un dantildeo

excesivo a los tejidos sanos La radiacioacuten tiene

45

efectos maacutes letales para las ceacutelulas que se reprodu-

cen con rapidez y eacutesta es precisamente la caracte-

riacutestica de las ceacutelulas cancerosas que permite que la

terapia por radiacioacuten tenga eacutexito

USOS DIAGNOacuteSTICOS DE LOS RADIOISOacuteTOPOS

Los radioisoacutetopos se usan para fines diagnoacutes-

ticos con el propoacutesito de obtener informacioacuten

acerca del tipo o el alcance de la enfermedad El

yodo 131 radiactivo se emplea para determinar el

tamantildeo la forma y la actividad de la glaacutendula ti-

roides asiacute como para tratar caacutenceres localizados

en esta glaacutendula y para controlar una tiroides hi-

peractiva Primero el paciente toma una solucioacuten

de yoduro de potasio que contiene yodo 131 El

organismo concentra el yodo en la tiroides Se

usan dosis grandes para el tratamiento del caacutencer

de la tiroides la radiacioacuten del isoacutetopo se concentra

en las ceacutelulas cancerosas de esta glaacutendula auacuten

cuando las ceacutelulas cancerosas se hayan extendido a

46

otras partes del cuerpo Sin embargo para fines de

diagnoacutestico soacutelo se necesita una pequentildea cantidad

del radioisoacutetopo Tambieacuten 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-

poracioacuten diferencial del isoacutetopo La imagen que

se obtiene se describe como una fotoexploracioacuten

y permite determinar con precisioacuten la ubicacioacuten de

un tumor en esa regioacuten del cuerpo

El radioisoacutetopo de uso maacutes extendido en medicina

es el gadolinio 153 Este isoacutetopo se emplea para

evaluar la mineralizacioacuten de los huesos Su popu-

laridad es un indicio del gran nuacutemero de personas

principalmente mujeres que sufren de osteoporo-

sis (reduccioacuten de la cantidad de tejido oacuteseo) a me-

dida que envejecen El gadolinio 153 emite dos

radiaciones caracteriacutesticas un rayo gamma y un

rayo X Un dispositivo analizador compara estas

radiacioacuten despueacutes de que atraviesan el hueso La

47

densidad del mismo se determina con base en las

diferencias de absorcioacuten de los rayos

El tecnecio 99m se utiliza en diversos ensayos

diagnoacutesticos La letra m quiere decir metaestable

lo que significa que este isoacutetopo emite cierta ener-

giacutea para convertirse en una versioacuten maacutes estable del

mismo isoacutetopo (mismo nuacutemero atoacutemico y mismo

peso atoacutemico) La energiacutea que desprende es el

rayo gamma que permite detectar el isoacutetopo

Tcm9943 Tc99

43 + y

Observa que la desintegracioacuten del tecnecio

99m no produce partiacuteculas alfa ni beta las cuales

podriacutean causar dantildeos innecesarios al organismo

Ademaacutes el tecnecio 99m tiene una vida media cor-

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

tividad no permanece en el organismo mucho

tiempo despueacutes de que la exploracioacuten se ha com-

pletado Esta vida media tan corta obliga a planifi-

48

car cuidadosamente el uso del radioisoacutetopo De

hecho lo que se adquiere no es el isoacutetopo mismo

El tecnecio 99m se forma por desintegracioacuten del

molibdeno 99

Mo9942 Tcm99

43 + e01minus + y

Se emplea un recipiente que contiene este isoacute-

topo de molibdeno y el producto de desintegra-

cioacuten el tecnecio 99 se extrae del recipiente a

medida que se necesita

Mediante el uso de modernas tecnologiacuteas ba-

sadas en la utilizacioacuten de computadoras la tomo-

grafiacutea por emisioacuten de positrones (PET por sus

siglas en ingleacutes) permite medir los procesos dinaacute-

micos que se llevan a cabo en el organismo como

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

boliza el oxiacutegeno o la glucosa Las exploraciones

de PET se emplean actualmente para identificar

con precisioacuten el aacuterea de dantildeo cerebral que desen-

49

cadena los ataques epileacutepticos graves Antes de la

exploracioacuten se inhalan o se inyectan compuestos

que contienen isoacutetopos emisores de positrones

como el carbono 11 Antes de que el positroacuten

emitido pueda recorrer una distancia apreciable en

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

teria ordinaria abundan los electrones) y se produ-

cen dos rayos gamma

C116 B11

5 + e01+

e01+ + e0

1minus 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 simultaacuteneamente

dos rayos gamma el sistema no toma en cuenta

los rayos gamma de la radiacioacuten natural de fondo

A continuacioacuten se emplea una computadora para

calcular la ubicacioacuten dentro del cuerpo del punto

50

en el cual ocurrioacute una aniquilacioacuten del positroacuten y

el electroacuten y se genera una imagen en esa regioacuten

La tabla contiene una lista de radioisoacutetopos de

uso comuacuten en la medicina La lista es necesaria-

mente incompleta Incluso con esta exposicioacuten tan

breve puedes hacerte una idea de la importancia

que los radioisoacutetopos tienen en la medicina La

aseveracioacuten de que la ciencia nuclear ha salvado

maacutes vidas de las destruidas por las bombas atoacutemi-

cas no carece el fundamento

51

Isoacutetopo Nombre Vida me-

dia Uso

C11 Carbono 11 203m Exploraciones cere-

brales

Cr51 Cromo 51 278d Determinacioacuten

del volumen sanguiacute-

neo

Co57 Cobalto 57 270d Medicioacuten de la

incorporacioacuten de

vitamina v12

Co60 Cobalto 60 526a Terapia de caacutencer

por radiacioacuten

Gd153 Gadolinio

153

242d Determinacioacuten

de la densidad oacutesea

Ga67 Galio 67 781h Exploracioacuten en

busca de tumores

pulmonares

I131 Yodo 131 807d Terapia de la ti-

roides

Ir192 Iridio 192 74d Terapia del caacuten-

cer de mamaacute

Fe59 Hierro 59 45d Deteccioacuten de

anemia

52

P32 Foacutesforo 32 143d Deteccioacuten de

caacutencer de la piel o

tumores oculares

Pu238 Plutonio

238

86a Suministra ener-

giacutea para marcapasos

Ra226 Radio 226 1600a Terapia de caacutencer

por radiacioacuten

Se75 Selenio 75 120d Exploraciones del

paacutencreas

Na24 Sodio 24 150h Localizacioacuten de

obstrucciones en el

flujo sanguiacuteneo

Tc99 Tecnecio 99 60h Obtencioacuten de imaacute-

genes de cerebro hiacutega-

do meacutedula oacutesea rintildeoacuten o

corazoacuten

Tl201 Talio 201 73h Deteccioacuten de pro-

blemas cardiacos con la

prueba de esfuerzo en

rueda de andar

H3 Tritio 123a Determinacioacuten de

agua corporal total

Xe133 Xenoacuten133 527d Obtencioacuten de imaacute-

genes de pulmoacuten

53

9 FECHADO POR MEDIO DE RADIOISOacuteTOPOS

Una de las aplicaciones maacutes in-

creiacutebles de la quiacutemica nuclear es la po-

sibilidad de averiguar la antiguumledad de

los objetos encontrados en las investi-

gaciones arqueoloacutegicas

Se puede usar la vida media de ciertos isoacuteto-

pos para estimar la antiguumledad de rocas y artefac-

tos arqueoloacutegicos El uranio 238 se desintegra con

una vida media de 4500 millones de anos Los

productos iniciales de esta desintegracioacuten tambieacuten

son radiactivos y la descomposicioacuten continuacutea

54

hasta que se forma un isoacutetopo de plomo (plomo

206) Los quiacutemicos pueden estimar la antiguumledad

de una roca determinando las proporciones relati-

vas de uranio 238 y plomo 206 Se ha encontrado

que algunas de las rocas maacutes antiguas de la Tierra

se formaron hace entre 3000 y 4500 millones de

antildeos En las rocas lunares y en meteoritos se ha

determinado una antiguumledad maacutexima de alrededor

de 4500 millones de antildeos Asiacute pues se considera

en general que la Tierra tiene una antiguumledad de

unos 4500 millones de antildeos

FECHADO POR CARBONO 14

En el fechado de artefactos interviene por lo

general un isoacutetopo radiactivo de carbono Se for-

ma carbono 14 en las capas superiores de la at-

moacutesfera por el bombardeo que experimenta el

nitroacutegeno ordinario por parte de los neutrones de

los rayos coacutesmicos

55

N147 + n1

0 C146 + H1

1

Este proceso origina una concentracioacuten cons-

tante de carbono 14 en el CO2 terrestre Las plan-

tas y animales vivos incorporan este isoacutetopo en

sus propias ceacutelulas Sin embargo cuando estos

seres mueren se interrumpe la incorporacioacuten de

carbono 14 y el carbono 14 que hay en el orga-

nismo se desintegra (con una vida media de 5 730

antildeos) a nitroacutegeno 14

Por consiguiente basta con medir la actividad

residual de carbono 14 en un artefacto de origen

vegetal o animal para determinar su antiguumledad

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 antildeos de antiguumle-

dad es decir ha estado muerta durante un tiempo

equivalente a una vida media Anaacutelogamente un

artefacto que muestra el 25 de la actividad de

carbono 14 del material vegetal reciente tiene

56

11460 anos de antiguumledad 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 aquiacute supone que la formacioacuten del isoacutetopo

fue constante a lo largo del tiempo En realidad no

es asiacute Sin embargo aproximadamente para los

uacuteltimos 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

aacuterboles Se han construido curvas de calibracioacuten

que permiten determinar fechas consideradas co-

mo exactas

En teacuterminos generales el meacutetodo de carbono

14 es razonablemente preciso para fechar objetos

de hasta 50000 antildeos de antiguumledad La cantidad

residual del isoacutetopo en los objetos de una antiguumle-

dad mayor que esa es demasiado pequentildea para

hacer una determinacioacuten exacta

El carboacuten de las fogatas de los pueblos anti-

57

guos fechado por determinacioacuten de la actividad

de carbono 14 se usa para estimar la antiguumledad

de otros artefactos encontrados en el mismo em-

plazamiento arqueoloacutegico La teacutecnica de fechado

por carbono 14 se ha usado tambieacuten para detectar

si supuestos artefactos antiguos han sido falsifica-

dos

EL SUDARIO DE TURIacuteN

Probablemente han oiacutedo hablar del sudario de

Turiacuten Se trata de una pieza de tejido de lino muy

antigua de unos 4 metros de largo que muestra la

impresioacuten aproximada de un cuerpo humano

Desde alrededor del antildeo 1350 dC 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-

bricacioacuten del lienzo habiacutea sido cultivado en alguacuten

memento entre los anos de 1260 y 1390 dC Por

58

tanto el lienzo no podriacutea haber existido en tiem-

pos de Cristo A diferencia de los pergaminos del

Mar Muerto para los que el fechado por carbono

14 demostroacute que son registros auteacutenticos de una

civilizacioacuten que existioacute hace unos 2000 antildeos el

sudario de Turiacuten resultoacute ser falso

FECHADO POR TRITIO

El tritio que es el isoacutetopo radiactivo del

hidroacutegeno sirve tambieacuten para fechar Su vida me-

dia de 123 antildeos lo hace uacutetil para fechar objetos de

hasta 100 antildeos de antiguumledad Una aplicacioacuten inte-

resante es el fechado de aguardientes Estas bebi-

das alcohoacutelicas son muy costosas cuando han sido

antildeejadas de 10 a 50 antildeos El fechado por tritio

permite comprobar la veracidad de los anuncios

publicitarios respecto al proceso de antildeejamiento

de las variedades maacutes caras

Hay muchos otros isoacutetopos que permiten es-

timar la antiguumledad de objetos y materiales

59

Isoacutetopo Vida me-

dia

(antildeos)

Periacuteodo de

utilidad Uso

Carbono 14 5730 500 a 50000

antildeos

Carboacuten vege-

tal material

orgaacutenico

Tritio 123 1 a 100 antildeosVinos antildeeja-

dos

Potasio 40 13 x 109 Desde 10000

antildeos

Rocas corteza

terrestre y

lunar

Renio 187 43 x1010 Desde 4 x

107 antildeos Meteoritos

Ranio238 45 x109 Desde 107

antildeos

Rocas corteza

terrestre

60

10 PLANTAS DE ENERGIacuteA NUCLEAR

iquestSabeacutes de doacutende viene esa energiacutea que nosotros usamos tanto Mucha de la energiacutea eleacutectrica es

producida por plantas nucleares de to-do el mundo

La energiacutea nuclear ha dado origen a bombas

muy destructivas y a la nociva precipitacioacuten ra-

diactiva y podriacutea incluso provocar un devastador

invierno nuclear Sin embargo una cantidad mu-

cho mayor de personas han recibido beneficios de

la energiacutea nuclear que las que han sido perjudica-

das por ella El hecho es que existen muchos usos

de la energiacutea nuclear que son sumamente beneacutefi-

61

cos Ya conocemos el uso de isoacutetopos radiactivos

en el diagnoacutestico cliacutenico y en el fechado de obje-

tos de antiguumledad desconocida Otro uso paciacutefico

de la energiacutea nuclear es la generacioacuten de electri-

cidad Una gran parte de la energiacutea eleacutectrica que

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

giacutea nuclear

En la actualidad una quinta parte de toda la

electricidad que se produce en Estados Unidos

proviene de plantas de energiacutea nuclear En Euro-

pa la dependencia respecto a la energiacutea nuclear

para la produccioacuten de electricidad es auacuten mayor

En Francia por ejemplo maacutes del 70 de la ener-

giacutea eleacutectrica del paiacutes proviene de plantas nuclea-

res

No es sorprendente que una reaccioacuten que

desprende tanta energiacutea como lo hace la fisioacuten

nuclear se use como fuente de energiacutea para gene-

rar electricidad En las plantas de energiacutea nuclear

se usa el calor obtenido de una reaccioacuten de fisioacuten

62

en cadena controlada para producir vapor de

agua que mueve las turbinas generadoras de elec-

tricidad El combustible nuclear es normalmente

oacutexido de uranio U3O8 enriquecido hasta alrede-

dor de 3 de uranio 235

La energiacutea nuclear es mucho maacutes limpia que la

que se obtiene quemando combustibles foacutesiles

(carboacuten petroacuteleo y gas) no produce cenizas finas

ni holliacuten no forma dioacutexido de carbono que con-

tribuye al efecto de invernadero y al calentamiento

global y no contamina el aire con oacutexidos de azu-

fre y de nitroacutegeno que dan origen a la lluvia aacutecida

Por otra parte emite grandes cantidades de calor

residual en el ambiente y lo que es mucho maacutes

serio produce muchos residuos radiactivos La

eliminacioacuten de todos estos materiales radiactivos

de desecho es uno de los problemas constantes

que se tienen en relacioacuten con las plantas de energiacutea

nuclear

63

11 BOMBA ATOacuteMICA

Todos sabemos los desastres que pue-

den causar la detonacioacuten de una bomba

nuclear

Aquiacute presentamos la explicacioacuten teoacuterica

y coacutemo se pone en praacutectica

COacuteMO FUNCIONA UNA BOMBA NUCLEAR EN LA

TEORIacuteA

El 16 de Julio de 1945 estalloacute la primera bomba

atoacutemica en el campo de pruebas de Trinity cerca

de aacutelamo Gordo (Nuevo Meacutejico) Desde ese pre-

64

ciso instante la historia de la humanidad ha pasado

a una nueva era la era nuclear

Nunca hasta entonces se habiacutean tenido los cono-

cimientos necesarios como para saber que la masa

puede convertirse en grandes cantidades de ener-

giacutea y coacutemo podiacutea realizarse ese proceso hasta

entonces reservado tan soacutelo a las estrellas

La famosa foacutermula de Einstein E = mc2 ha pasa-

do ya ha formar parte de la cultura popular auacuten sin

que en realidad se llegue a saber que implica

Donde E es energiacutea m masa y c la velocidad de la

luz (constante) En esta ecuacioacuten se expresa la

relacioacuten de equivalencia entre masa y energiacutea Por

ejemplo haciendo algunas cuentas se ve que con

un gramo de uranio si se convirtiese totalmente

en energiacutea se obtendriacutean 25 millones de Kw

Aplicado como una bomba nuclear basta decir

que para asolar Hiroshima soacutelo se convirtioacute un

65

gramo de masa (aunque toda la bomba como me-

canismo pesara cuatro toneladas) su potencia fue

de 125 kilotones es decir para igualar su potencia

seriacutean 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 combustibles

de fisioacuten Cuando en un espacio se reuacutene la sufi-

ciente cantidad de materia (denominada masa criacute-

tica) se produce una reaccioacuten en cadena espontaacute-

nea esto es el nuacutecleo de los aacutetomos del material

se divide liberando energiacutea y varios neutrones

raacutepidos que provocan que otros nuacutecleos tam-

bieacuten se dividan y liberen maacutes energiacutea y neutrones

Este proceso se denomina fisioacuten nuclear Sin em-

bargo si la densidad no es suficiente la energiacutea

liberada hace que el material se expanda y se de-

tenga el proceso Para evitar que se pare la reac-

cioacuten se recurre a una materia muy densa de por siacute

(isoacutetopos del uranio y plutonio) que ademaacutes se

comprime de manera muy raacutepida para lograr una

66

altiacutesima densidad que permite que los neutrones

raacutepidos choquen antes con otros nuacutecleos y se

produzcan antes el mayor nuacutemero 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 maacutes energiacutea Para una

explosioacuten de 100 kilotones son necesarias 58 ge-

neraciones las 7 uacuteltimas generan el 999 de la

energiacutea en periodo cortiacutesimo de tiempo Tambieacuten

puede liberarse energiacutea con la fusioacuten en este pro-

ceso los nuacutecleos se unen en vez de separarse pero

se requieren altiacutesimas temperaturas (del orden de

millones de grados) para que este proceso se lleve

a cabo Para esta reaccioacuten se usan aacutetomos ligeros

(maacutes faacuteciles de unir) generalmente hidroacutegeno o

sus isoacutetopos (deuterio y tritio) Para unir dos aacuteto-

mos basta con hacerlos chocar Los protones de

cada aacutetomo 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

67

fusioacuten deben comprimirse fuertemente los nuacute-

cleos y una vez hecho soacutelo podraacuten continuar uni-

dos si pierden un equivalente de la energiacutea que les

hizo apretarse En el caso de usar deuterio y tritio

se libera violentamente un neutroacuten Esta energiacutea

liberada es la que forma una bomba de fusioacuten

tambieacuten denominada bomba H

COMO FUNCIONA UNA BOMBA ATO-MICA EN LA PRACTICA

Sea cual fuere el sistema de funcionamiento de

una bomba nuclear (fusioacuten o fisioacuten) una cantidad

de masa se convierte en energiacutea la potencia soacutelo

depende de la capacidad de la ingenieriacutea para con-

vertir maacutes masa antes de que la reaccioacuten disperse

las moleacuteculas en teoriacutea la potencia es por tanto

ilimitada

Una bomba nuclear consiste baacutesicamente en una

esfera hueca de plutonio que no es lo suficiente-

68

mente densa como para producir una reaccioacuten 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 explosioacuten se disparan los detonado-

res que hacen que el material explosivo estalle de

la manera lo maacutes regular posible para que enviacutee

una onda de choque esfeacuterica hacia el plutonio

Cuando eacutesta impacta contra eacutel lo comprime y re-

duce su volumen empujaacutendolo hacia el centro de

la esfera hasta que alcanza una densidad suficiente

(supercriacutetica) y se dispara el iniciador de neutrones

para comenzar la reaccioacuten en cadena que da lugar

a la explosioacuten nuclear

Las bombas termonucleares de fusioacuten o H nece-

sitan de una gran temperatura para que se puedan

unir los nuacutecleos esto se consigue en el interior de

una explosioacuten de fisioacuten que es el comienzo de

toda bomba H

69

Una vez acabada la reaccioacuten de fusioacuten nos encon-

traremos con una esfera expandida con una tem-

peratura de millones de grados en la que existen

los productos de la fusioacuten (litio e isoacutetopos del

hidroacutegeno) Tal es su velocidad que pueden fun-

dirse unos con otros dando lugar a la reaccioacuten de

fusioacuten Esta reaccioacuten genera maacutes energiacutea que la

anterior y libera gran cantidad de partiacuteculas nu-

cleares pero no es una reaccioacuten en cadena ya que

el propio calor que genera hace que las partiacuteculas

se separen y se expandan en forma de una esfera

de plasma con una temperatura que tan soacutelo expe-

rimenta el universo de manera natural en las estre-

llas En nuestro sol por ejemplo ocurren la fusioacuten

nuclear de hidroacutegeno y helio Pero antes de que la

reaccioacuten se extinga los neutrones generados por

las detonaciones anteriores provocan de nuevo

una reaccioacuten de fusioacuten sobre una camisa de U-

238 pero esta vez mucho mayor que las anterio-

res La potencia de una bomba termonuclear care-

ce de liacutemite una bomba como la de Hiroshima de

70

125 kilotones (un kilotoacuten equivale a 1000 tonela-

das de TNT) se considera dentro de los arsenales

modernos como pequentildea siendo las de un mega-

toacuten (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 la

Segunda Guerra Mundial

Para la construccioacuten de una bomba nuclear nor-

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

primero no forma parte de la reaccioacuten nuclear

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

nera espontaacutenea emitiendo neutrones que son

absorbidos por el U-235 para evitar que se pro-

duzca de manera accidental la reaccioacuten en cadena

Asiacute el U-235 hace de escudo absorbiendo los neu-

trones del U-238 que es el que produce la detona-

cioacuten 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

71

reactores nucleares a partir del U-238

La desintegracioacuten del uranio en la reaccioacuten en

cadena se produce de manera espontaacutenea para una

masa de 50 Kg si eacuteste elemento es puro El pluto-

nio no es capaz por si solo de comenzar una raacutepi-

da reaccioacuten en cadena de modo que se mezcla de

berilo y polonio dando como resultado un pro-

ducto que aunque no es fisionable por si solo una

pequentildea cantidad actuacutea como catalizador para las

grandes reacciones Asiacute bastan 16 Kg de PU-239

para obtener la masa supercriacutetica y 10 Kg si se

mezcla con U-238

El U-235 es muy difiacutecil de extraer por encontrarse

en la naturaleza muy mezclado con otros com-

puestos Asiacute por cada 25000 toneladas de mineral

de uranio bruto soacutelo se obtienen 50 toneladas de

uranio del que el 993 es U-235 y el resto el

rariacutesimo isoacutetopo U-238 ambos soacutelo se pueden

separar de manera mecaacutenica gracias a la leviacutesima

72

diferencia de peso entre ambos Asiacute el uranio se

mezcla en forma gaseosa con fluor (hexafluoriacutedri-

co) que es impulsado a baja presioacuten hacieacutendolo

pasar por unas caacutemaras que aumentan la concen-

tracioacuten de uranio sensiblemente tras cientos de

pasadas Para una central nuclear la pureza ha de

ser del 2 y para una bomba (teoacutericamente) el

95

Para separar el isoacutetopo se recurre a la centrifuga-

cioacuten del gas siendo el maacutes pesado U-238 despedi-

do hacia el exterior con maacutes fuerza Para obtener

otra vez el uranio separado del gas se recurre a la

separacioacuten magneacutetica

MECANISMOS QUE SUELEN COMPONER UNA

BOMBA NUCLEAR

Los mecanismos que suelen componer una bom-

ba nuclear son los siguientes

73

ALTIacuteMETRO No suele usarse el baromeacutetrico

por verse afectado por las condiciones atmosfeacuteri-

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 seguacuten el tiempo transcu-

rrido en el recorrido puede saberse la altura sin

necesidad de complicar maacutes el sistema para dar

una precisioacuten que en realidad no es importante (2

o 3 m de diferencia no son apreciables maacutes que

en minibombas bastante menores que las de

Hiroshima) siendo la altura normal de detonacioacuten

la de 2000 m

En la praacutectica 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 electroacute-

nicamente para obtener la diferencia de ambas

que es proporcional a la altura Los pulsos suelen

emitirse 120 veces por segundo y alcanzan un

74

rango de 3000 m sobre la tierra y 6000 m sobre

el mar (la reflexioacuten es alliacute mejor) siendo su error

de hasta 15 m

CABEZA DETONADORA Como ya se dijo

estaacute compuesta de una carga explosiva muy bien

calibrada que a la orden del altiacutemetro detona

produciendo una onda de choque uniforme sobre

el elemento radioactivo comprimieacutendolo hasta

alcanzar la masa supercriacutetica

Compantildeiacuteas privadas producen camisas explosivas

que modificadas pueden ser usadas para la fabri-

cacioacuten del objeto que nos ocupa La cantidad de

presioacuten necesaria a aplicar es un secreto por razo-

nes de seguridad aunque se sabe que los explosi-

vos plaacutesticos son ideales sobre todo por su malea-

bilidad y facilidad de manejo

El detonador variacutea si es combustible es uranio o

plutonio

75

DETONADOR DE URANIO La masa total se

divide en dos partes una mayor de forma semies-

feacuterica y coacutencava que se acopla perfectamente con

la otra maacutes pequentildea Como es de suponer ambas

se encuentran separadas hasta el momento de la

detonacioacuten en el que una explosioacuten convencional

dispara la parte pequentildea que impacta contra la

mayor para lograr en un instante la masa supercriacute-

tica

DETONADOR DE PLUTONIO Necesita

una precisioacuten de ingenieriacutea mucho mayor que la

anterior ya que estaacute compuesta de 32 secciones de

plutonio-berilio-polonio todas de igual forma y

posicioacuten distribuidas conceacutentricamente El aspecto

final es parecido al de un baloacuten de fuacutetbol Todas

han de cerrarse simeacutetricamente en una diezmillo-

neacutesima de segundo para conseguir la detonacioacuten

DEFLECTOR DE NEUTRONES Suele ser

U-238 Su funcioacuten es la que ya se explicoacute evitar

76

una reaccioacuten accidental ademaacutes refleja las partiacutecu-

las de vuelta cuando se alcanza la masa supercriacuteti-

ca

ESCUDO PROTECTOR Recibe otros nom-

bres pero su funcioacuten es siempre la de proteger de

la radiacioacuten natural tanto al personal que la maneja

como a los circuitos de la bomba que pueden su-

frir cortocircuitos o puestas en funcionamiento

accidentales

SISTEMA DE ARMADO Es otro sistema maacutes

de seguridad consistente en quitar una parte im-

prescindible de la bomba para evitar detonaciones

accidentales de modo que soacutelo cuando estaacute

proacuteximo su lanzamiento se inserta esta parte Una

analogiacutea seriacutea como si al aparcar nuestro coche le

quitaacuteramos el volante o una bujiacutea asiacute estariacuteamos

seguros de que no nos lo roban porque sin estas

partes el coche no funciona

77

12 EFECTOS DE UNA EXPLOSIOacuteN NUCLEAR

Tenemos frescas en nuestra memo-

ria las imaacutegenes que nos mostroacute la

televisioacuten cuando se produjo el ac-

cidente de Chernobyl

Aquiacute explicamos todas las conse-

cuencias de una detonacioacuten 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

78

bull Radiacioacuten nuclear inicial la altiacutesima

temperatura y la elevada presioacuten que se

genera en el interior de la explosioacuten emi-

ten radiacioacuten en todas las direcciones Esta

se compone de rayos alfa beta y gamma

que son una forma de radiacioacuten electro-

magneacutetica de alta energiacutea que puede causar

la muerte sin que el individuo se de cuenta

de que ha sido irradiado Una explosioacuten de

un megatoacuten (de tamantildeo estaacutendar) matariacutea

a todo ser humano en 15 Km a la redonda

que se encontrase al aire libre

Las partiacuteculas alfa son ideacutenticas a un nuacutecleo de

helio son las que mas larga vida tienen unos mil

antildeos pero su poder de penetracioacuten 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 radiacioacuten Con 45 cm de tierra se

consigue reducir la radiacioacuten veinte veces

Las partiacuteculas beta penetran maacutes siendo suficiente

79

38 cm de pared de ladrillo para reducir a un quin-

to la radiacioacuten (una pared moderna ya espesa se

compone de 1 pie de ladrillo maacutes caacutemara maacutes

aislante maacutes ladrillo hueco y yeso que suele que-

darse en los 37 cm)

Los de maacutes poder de penetracioacuten son las gamma

y por tanto los maacutes peligrosos ya son los que se

introducen en los refugios nucleares auacuten con

grandes espesores de hormigoacuten La uacutenica protec-

cioacuten eficaz es la de interponer grandes masas de

material mejor cuanto maacutes denso siendo el ideal

el plomo ya que pasa por los materiales como la

luz por una tela si esta es maacutes densa mayor canti-

dad de chocaraacute con ella y no la traspasaraacute Para

reducir la dosis a un veinteavo se precisan 30 cm

de hormigoacuten armado

bull Pulso electromagneacutetico La intensa acti-

vidad de los rayos gamma genera mediante

induccioacuten una corriente de alto voltaje so-

80

bre antenas viacuteas feacuterreas tuberiacuteas que des-

truye todas las instalaciones eleacutectricas de

una amplia zona si la explosioacuten se efectuacutea

a gran altura Una detonacioacuten de muchos

kilotones a 200 km sobre Omaha (Ne-

brasca) destruiriacutea todos los circuitos eleacutec-

tricos integrados de toda Norteameacuterica y

parte de Meacutejico y Canadaacute Ante el riesgo

de una detonacioacuten nuclear es conveniente

alejarse de liacuteneas eleacutectricas y viacutea feacuterreas ya

que la corriente inducida puede electrocu-

tarnos

bull Pulso teacutermico al expandirse la bola de

fuego el aire circundante absorbe energiacutea

en forma de rayos X y la irradia en forma

de una luz cegadora y un intensiacutesimo ca-

lor Una bomba de 20 Megatones produci-

riacutea una intensa luz durante 20 segundos y

causariacutea quemaduras de segundo grado a

81

cualquier persona expuesta a 45 Km de

distancia

bull Onda de choque La raacutepida expansioacuten de

la bola de fuego genera una onda de cho-

que como cualquier explosioacuten pero de

una potencia muy superior ya que puede

aplastar o barrer edificios dantildeaacutendolos muy

seriamente o destruyeacutendolos por comple-

to ya que maacutes que empujar por su dura-

cioacuten lo que hace es estrujar Una bomba

de 20 megatones no dejariacutea en un radio de

20 Km maacutes que escombros soacutelo se salva-

riacutean las cimentaciones y construcciones

enterradas

bull Primera lluvia radioactiva o lluvia ra-

diactiva local una explosioacuten de 20 mega-

tones aras de suelo produciriacutea un craacuteter de

183 m de profundidad la elevada tempe-

82

ratura vaporiza todo lo que se encuentra

dentro de la bola de fuego todo se funde

con los materiales radiactivos de la fisioacuten o

fusioacuten y se eleva con el hongo para luego

precipitar en forma de finas cenizas Esto

ocurriraacute durante las 24 h siguientes a la

explosioacuten y afectaraacute a una regioacuten maacutes o

menos amplia para una misma potencia

seguacuten la climatologiacutea El fenoacutemeno se am-

pliacutea considerablemente si la detonacioacuten se

produce cerca del suelo La energiacutea 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 maacutes destructivos los deno-

minados secundarios como incendios en masa

que acabariacutean con los pocos supervivientes y ma-

tariacutean a maacutes que el pulso teacutermico y la onda de

choque

83

Ademaacutes en caso de que se lanzaran muchas

bombas nucleares sus efectos secundarios seriacutean

mucho maacutes 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 10000 mega-

tones miacutenimos para considerar un holocausto

como tal

bull El primero de estos efectos es que la ra-

dioactividad liberada en caso de holocaus-

to penetrariacutea en todos y cada uno de los

seres vivos (y en el mar la tierra y el aire)

Mientras que en dosis altas (seguacuten la espe-

cie) produciriacutea la muerte en otras maacutes ba-

jas los efectos seriacutean de lo maacutes variados

(mutaciones esterilidad)

bull El segundo seriacutea que los materiales im-

pulsados por las detonaciones se elevariacutean

hasta la troposfera donde ocultariacutean la luz

84

del sol durante meses o antildeos haciendo ba-

jar la temperatura de la tierra y alterando la

fotosiacutentesis de los vegetales y el plancton

marino seriacutea el famoso invierno nuclear

Ademaacutes estos materiales radiactivos iriacutean

cayendo durante meses o antildeos convirtieacuten-

dose en una lluvia radiactiva global que

auacuten con menos dosis radiactiva que una

lluvia provocada por una bomba seriacutea

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

antildeos Ese 5 de energiacutea liberada por la

lluvia radiactividad en una bomba es poco

pero en los 10000 megatones de un holo-

causto suponen ya 500 megatones que iraacuten

estallando durante miles de antildeos des-

pueacutes de la cataacutestrofe

85

bull El tercero seriacutea una reduccioacuten en la capa

de ozono producida por el oacutexido de nitroacute-

geno generado por las bolas de fuego de

modo que la radiacioacuten solar que llegase a

la tierra seriacutea mortal Un 70 del ozono

desapareceriacutea en el hemisferio norte y un

40 en el sur siendo necesarios treinta

antildeos para recuperar su estado normal

86

Ejercicios 12

MODELO DE RESOLUCIOacuteN

La distribucioacuten de los electrones de un aacutetomo

en sus niveles y subniveles se puede representar en

forma abreviada de la siguiente manera

a) Un coeficiente que indica el nuacutemero del nivel

de energiacutea (n)

b) Una letra que corresponde al subnivel

c) Un supraiacutendice que sentildeala el nuacutemero de elec-

trones que hay en el subnivel

1H = 1s1

3Li = 1s2 2s1

En razoacuten del entrecruzamiento de subniveles

el orden en que se van completando los subniveles

por energiacutea creciente es el siguiente

87

1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d

4p 5s 4d 5p 6s 4f

5d 6p 7s 5f 6d

7p

Para visualizar la distribucioacuten de los electrones

en orbitales se puede representar cada orbital por

un pequentildeo cuadrado dividido por una diagonal

y cada electroacuten mediante una flecha

Entonces el orbital puede estar

Vaciacuteo incompleto completo

(1 electroacuten) (2 electrones)

En caso del orbital completo las flechas tienen

sentido contrario para indicar que los electrones

presentan spin contrario

El llenado de los orbitales por los electrones

se realiza a partir de los niveles y subniveles en

88

orden creciente de energiacutea Cada nuevo electroacuten se

incorpora a un orbital vaciacuteo

De ese modo los elementos quedan represen-

tados asiacute

1H =

1s

3Li =

1s 2s

7N =

1s 2s 2p

89

Ejercicios 121

1) Un aacutetomo de foacutesforo tiene 15 protones y 16

neutrones Indicaacute cuaacutel es su

a) nuacutemero atoacutemico (Z) b) nuacutemero

de masa (A)

2) Un aacutetomo de potasio tiene Z =19 y A = 39

Indicaacute su nuacutemero de

a) protones b) electrones

c) neutrones

3) Completaacute los datos que faltan en el siguiente

cuadro

90

ELE-

MEN-

TO

NUacute-

MERO

ATOacute-

MICO

NUacute-

MERO

DE

MASA

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) Sentildealaacute el nombre y siacutembolo de los elementos

cuyas configuraciones electroacutenicas 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) Escribiacute la configuracioacuten electroacutenica de los

siguientes elementos

91

a) Na2311 = c) O16

8 =

b) Cl3517 = d) C12

6 =

6) De acuerdo con la siguiente representacioacuten de

los electrones en orbitales indicaacute a queacute ele-

mentos corresponden

a)

b)

c)

d)

7) Representaacute la distribucioacuten de los electrones en

orbitales de los elementos

a) 7N= c) 18Ar =

b) 15AI = d) 19K =

92

Hoja de respuestas121

1) a) 15 b) 31 2) a) 19 b) 19 c) 20

3)

ELE-

MEN-

TO

NUacuteME-

RO

ATOacute-

MICO

NUacute-

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)Argoacuten Ar

d)Escandio Sc

5) a) 1S2 2S2 2p6 3s1

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)middot

94

Ejercicios 1211

Modelo de resolucioacuten

El nuacutemero de oxidacioacuten se asigna seguacuten las si-

guientes reglas

1) El nuacutemero de oxidacioacuten de los elementos en la

sustancia simple es cero

Ejemplo Cu0 02Cl

2) El nuacutemero de oxidacioacuten del oxiacutegeno es 2

excepto en las sustancias como el agua oxige-

nada Ejemplo H2

2Ominus

3) El nuacutemero de oxidacioacuten del hidroacutegeno es +1

excepto en las sustancias donde estaacute combina-

do con los metales Ejemplo 1

H+

2O

4) El nuacutemero de oxidacioacuten de un ion monoatoacute-

mico es igual a la carga del ion Ejemplo Ca2-

Cl-

95

5) En la foacutermula de una sustancia la suma alge-

braica de los nuacutemeros de oxidacioacuten de todos

los aacutetomos debe ser cero Ejemplo 1

H+

2

2Ominus

there42(+1) + (-2) = 0

6) En los iones que tienen maacutes de un aacutetomo la

suma algebraica de los nuacutemeros de oxidacioacuten

de todos los aacutetomos es igual a la carga del ion

El nuacutemero de oxidacioacuten se escribe colocando primero el signo y luego el nuacutemero

Ejemplo el nuacutemero de oxidacioacuten del aluminio es +3

1) Calculaacute los nuacutemeros de oxidacioacuten en la moleacute-

cula de dioacutexido de azufre (SO2)

Datos SO2 nuacutemero de oxidacioacuten del O2

es 2

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de S

Resolucioacuten Cada aacutetomo de oxiacutegeno tiene

nuacutemero de oxidacioacuten 2 por lo tanto el nuacute-

mero de oxidacioacuten del azufre es +4 porque

2(-2) + (+4) = 0

96

2) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten del azufre en

el aacutecido sulfuacuterico (H2SO4)

Datos H2SO2 nuacutemero de oxidacioacuten del

O2 es 2 nuacutemero de oxidacioacuten de H es -1

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de S

Resolucioacuten Se debe cumplir que la suma al-gebraica de todos los nuacutemeros de oxidacioacuten sea cero

4(-2) + 21 + x = 0

-8 + 2 + x = 0

x = 6

Respuesta el nuacutemero de oxidacioacuten del azufre

en el aacutecido sulfuacuterico es +6

3) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten del nitroacutegeno

en el nitrato de sodio (NaNO3)

Datos NaNO3 nuacutemero de oxidacioacuten del

O2 es 2

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de N

97

Resolucioacuten El nuacutemero de oxidacioacuten del

sodio es +1 porque el ion sodio tiene una car-

ga eleacutectrica positiva

+1 + 3(-2) +x = 0

1 6 + x = 0

x = 5

Respuesta el nuacutemero de oxidacioacuten del nitroacute-

geno en el nitrato de sodio es +5

4) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten del azufre en

el ion sulfato (S 24Ominus )

Datos S 24Ominus nuacutemero de oxidacioacuten del O2

es 2

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de S

Resolucioacuten La suma de los nuacutemeros de

oxidacioacuten es igual a 2 porque el ion sulfato

tiene dos cargas negativas (2-)

x + 4(-2) = -2

x 8 = -2

x = 6

98

Respuesta El nuacutemero de oxidacioacuten del azu-

fre en el ion sulfato es +6

99

Ejercicios 1212

1) Dibujaacute los siacutembolos de Lewis para los aacutetomos

de

a) He b) Al c) Si d) Ar e) N

2) iquestCoacutemo adquiere la distribucioacuten electroacutenica del

ineacutertido maacutes cercano cada uno de los siguien-

tes aacutetomos

a) K b)

F c)

S d) Mg e)

Br

3) Escribiacute las ecuaciones ioacutenicas la foacutermula elec-

troacutenica y la foacutermula miacutenima del compuesto

ioacutenico formado por

a) K y Br (bromuro de potasio)

b) Ca y O (oacutexido de calcio)

4) Marcaacute con una X las propiedades correspon-

dientes a las sustancias que presentan uniones

ioacutenicas

100

a) Son soacutelidas y tienen bajo punto de fusioacuten ( )

b) Conducen la corriente eleacutectrica fundidas o di-

sueltas en agua ( )

c) Tienen brillo metaacutelico ( )

d) Forman cristales duros y quebradizos solubles

en agua ( )

e) No conducen la corriente eleacutectrica ( )

5) Explicaacute coacutemo se unen dos aacutetomos de bromo

para formar la moleacutecula Br2 y escribiacute su

foacutermula electroacutenica y su foacutermula desarrollada

6) La foacutermula del monoacutexido de dicloro es Cl2O

a) Indicaacute queacute tipo de unioacuten existe entre el cloro y

el oxiacutegeno

b) Escribiacute su foacutermula electroacutenica y su foacutermula

desarrollada

7) El azufre y el oxiacutegeno forman dos oacutexidos

importantes el dioacutexido de azufre (SO2) y el

101

trioacutexido de azufre (SO3) Para el trioacutexido de

azufre

a) Indicaacute queacute tipo de unioacuten existe entre el azufre

y los tres aacutetomos de oxiacutegeno

b) Escribiacute la foacutermula electroacutenica

c) Escribiacute la foacutermula desarrollada

8) Marcaacute 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

liacutequidas o soacutelidas ( )

c) Son duacutectiles y maleables ( )

d) No forman moleacuteculas son agregados de

iones ( )

e) No son buenas conductoras de la corriente

eleacutectrica ( )

102

9) Coloque en el pareacutentesis UCP si la unioacuten es

covalente polar y UCNP si es covalento no

polar en cada una de las siguientes sustancias

a) cloruro de hidroacutegeno HCl ( )

b) Hidroacutegeno H2 ( )

c) yodo l2 ( )

10) Escribiacute la foacutermula electroacutenica y la foacutermula

desarrollada de cada una de las sustancias

mencionadas en el ejercicio 9

11) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten

a) del azufre (S)en el dioacutexido de azufre (SO2) en

el trioacutexido de azufre (SO3) y en el sulfuro de

sodio (Na2S)

b) del nitroacutegeno (N) en el dioacutexido de nitroacutegeno

(NO2) en el aacutecido niacutetrico (HNO3) y en el ni-

trato de potasio (KNO3)

12) Marcaacute con una X las propiedades que se expli-

can en el concepto de unioacuten metaacutelica

103

a) Tienen bajo punto de fusioacuten y de

ebullicioacuten ( )

b) Tienen brillo metaacutelico ( )

c) Conducen la corriente eleacutectrica sin

alterarse ( )

d) En estado soacutelido son malos conductores de la

corriente eleacutectrica ( )

e) Forman hilos y laacuteminas delgadas ( )

104

Hoja de respuestas 1212

1) a) He b) Al c)

Si d)

Ar e)

N

2) a) cede un electroacuten d) cede electrones c)

gana dos electrones b) y e) gana un electroacuten

3) a) Ecuaciones ioacutenicas

K K1+ + 1 e

Br + 1 e Br1-

K1+ + Br- KBr

Foacutermula electroacutenica K1+minus

1

Br

Foacutermula miacutenima KBr

b) Ecuaciones ioacutenicas

Ca Ca 2+ + 2 e

O + 2 e O2-

Ca2+ + O2- CaO

Foacutermula electroacutenica Ca2+ minus

2

O

105

Foacutermula miacutenima CaO

4) b y d

5) se unen compartiendo un par de electrones

6) a) unioacuten covalente

b) foacutermula electroacutenica

Cl

O

Cl

foacutermula desarrollada Cl O Cl

7) a) una unioacuten covalente doble entre el azufre y

uno de los aacutetomos de oxiacutegeno dos uniones cova-

lentes coordinadas con los otros dos aacutetomos de

oxiacutegeno

b) Foacutermula electroacutenica

Foacutermula desarrollada

106

8) a b y e

9) a) UCP y c) UCNP

10) Foacutermula electroacutenica Foacutermula desarrollada

a) H

Cl H Cl

b) HH H H

c)

I

I l I

11) a) +4 +6 -2 b) +4 +5 +5

12) b c y e

  • RADIACTIVIDAD
    • IacuteNDICE
      • 1 RADIACTIVIDAD NATURAL
      • 2 RELACIOacuteN ENTRE LA LEY DE LAVOISIER Y LA DE EINSTEIN
      • 3 INTERACCIONES ENTRE AacuteTOMOS Y ONDAS
      • 4 PODER DE PENETRACIOacuteN DE LA RADIACIOacuteN
      • 5 VIDA MEDIA
      • 6 RADIACTIVIDAD ARTIFICIAL
      • 7 USOS DE LOS RADIOISOacuteTOPOS
      • 8 MEDICINA NUCLEAR
      • 9 FECHADO POR MEDIO DE RADIOISOacuteTOPOS
      • 10 PLANTAS DE ENERGIacuteA NUCLEAR
      • 11 BOMBA ATOacuteMICA
      • 12 EFECTOS DE UNA EXPLOSIOacuteN NUCLEAR
        • Ejercicios 12
        • Ejercicios 121
        • Hoja de respuestas121
        • Ejercicios 1211
        • Ejercicios 1212
        • Hoja de respuestas 1212

36

la del electroacuten pero cuya carga era opuesta Estas

partiacuteculas se llaman positrones La reaccioacuten que

estaban observando era la siguiente

P3015 e0

1+ + Si3014

Asiacute pues surge una vez maacutes la pregunta iquestde doacuten-

de proviene esta partiacutecula si el nuacutecleo contiene

soacutelo protones y neutrones Anteriormente expli-

camos el hecho de que surgiese una partiacutecula beta

(un electroacuten) de un nuacutecleo afirmando que un neu-

troacuten se habiacutea descompuesto en un protoacuten y un

electroacuten Quizaacute un suceso similar puede explicar la

aparicioacuten de un positroacuten Considera que un pro-

toacuten del nuacutecleo se transforma en un neutroacuten y un

positroacuten (un protoacuten es ideacutentico a un nuacutecleo de

hidroacutegeno)

H11 e0

1+ + N10

Todo queda muy bien balanceado en esta

37

ecuacioacuten Al emitirse el positroacuten el nuacutecleo radiac-

tivo original tiene de pronto un protoacuten menos y

un neutroacuten maacutes que antes Por tanto la masa del

nuacutecleo producido es la misma pero su nuacutemero

atoacutemico se ha reducido en una unidad respecto al

nuacutecleo original Por este trabajo la pareja Joliot-

Curie se hizo acreedora al premio Nobel en 1935

(la pareja Joliot-Curie adoptoacute el apellido combina-

do para perpetuar el nombre de Curie Marie y

Pierre Curie tuvieron dos hijas pero ninguacuten hijo

varoacuten

38

7 USOS DE LOS RADIOISOacuteTOPOS

Muchas de las aplicaciones de la energiacutea

de la radiacioacuten se realizan a traveacutes de los

radioisoacutetopos

Gracias a ellos y a los detectores se evitan

grandes perdidas materiales y se ahorra

grandes esfuerzos

Los cientiacuteficos que trabajan en una amplia va-

riedad de campos emplean isoacutetopos radiactivos

(radioisoacutetopos) como rastreadores en sistemas

fiacutesicos quiacutemicos y bioloacutegicos Los isoacutetopos de un

elemento determinado sea radiactivo o no se

39

comportan de manera casi ideacutentica en los proce-

sos quiacutemicos y fiacutesicos En virtud de la facilidad

para detectar los isoacutetopos radiactivos es relativa-

mente faacutecil seguir sus movimientos incluso en un

sistema complicado

Como un ejemplo sencillo consideremos el

flujo de un liacutequido por una tuberiacutea Supongamos

que hay una fuga en una tuberiacutea enterrada bajo un

piso de concreto Podriacuteamos localizar la fuga le-

vantando partes extensas del piso o bien podriacutea-

mos agregar una pequentildea cantidad de material

radiactivo al liacutequido que va hacia el drenaje y ras-

trear el flujo de liacutequido con un contador Geiger

(un instrumento que detecta la radiactividad) Una

vez localizada la fuga soacutelo habriacutea que levantar una

parte pequentildea del piso para reparar la fuga Por lo

general se emplean para este propoacutesito isoacutetopos

de vida corta que desaparecen poco tiempo des-

pueacutes de realizar su funcioacuten

Anaacutelogamente podriacuteamos rastrear la incorpo-

racioacuten de foacutesforo en una planta verde La planta se

40

alimenta con un fertilizante que contiene foacutesforo

radiactivo Un meacutetodo sencillo de deteccioacuten con-

siste en colocar la planta sobre una peliacutecula foto-

graacutefica La radiacioacuten que emiten los isoacutetopos de

foacutesforo expone la peliacutecula en gran medida como

lo hace la luz Este tipo de exposicioacuten llamado

radiografiacutea muestra la distribucioacuten del foacutesforo en

la planta

Tambieacuten se da un buen uso a los rastreadores

radiactivos en la investigacioacuten agriacutecola Estos isoacute-

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 cuaacuteles son los mejores meacutetodos para

regular los insectos La mutacioacuten intencional de

plantas por irradiacioacuten ha producido nuevas y

mejores cepas de plantas de cultivo con valor co-

mercial desde raacutebanos hasta maniacute

Los radioisoacutetopos se emplean tambieacuten para

irradiar alimentos como meacutetodo de conservacioacuten

La radiacioacuten destruye los microorganismos que

41

causan la descomposicioacuten de los alimentos Los

alimentos irradiados muestran poco cambio en

cuanto a su saber o aspecto A muchas personas

les inquietan los posibles efectos dantildeinos de las

sustancias quiacutemicas que produce la radiacioacuten pero

no hay pruebas contundentes de dantildeos causados

por alimentos irradiados en animales de laborato-

rio alimentados con ellos y tampoco se conocen

efectos adversos en seres humanos en los paiacuteses

donde la irradiacioacuten se ha utilizado por muchos

antildeos El proceso de esterilizacioacuten no deja irradia-

cioacuten residual en los alimentos

Los radioisoacutetopos han sido empleados exten-

samente en la investigacioacuten cientiacutefica baacutesica El

mecanismo de la fotosiacutentesis se dilucidoacute en gran

parte utilizando carbono 14 como rastreador Por

ejemplo para determinar coacutemo fabrican las plan-

tas el azuacutecar glucosa a partir de dioacutexido de carbo-

no y agua la planta se expone a dioacutexido de carbo-

no radiactivo El investigador identifica los com-

puestos que se forman a partir de estas materias

42

primas y el orden en el que se sintetizan y despueacutes

determina cuaacuteles compuestos se tornan radiactivos

y en queacute secuencia Con base en los dates obteni-

dos de experimentos con rastreadores los cientiacutefi-

cos determinan las rutas metaboacutelicas de plantas

animales y seres humanos

43

8 MEDICINA NUCLEAR

La medicina nuclear ha generado tra-

tamientos y terapias inimaginables

antes de su descubrimiento

En el diagnostico generoacute meacutetodos no

invasivos que evitan a los paciente

tanto sufrimientos como peacuterdidas de

tiempo

En medicina nuclear se dan dos usos distintos

a los radioisoacutetopos para fines terapeacuteuticos o para

realizar un diagnoacutestico En la terapia con radiacioacuten

se intenta tratar o curar un padecimiento por

44

medio de radiacioacuten El uso de los radioisoacutetopos

con fines de diagnoacutestico busca obtener informa-

cioacuten acerca del estado de salud del paciente

TERAPIA POR RADIACIOacuteN

El caacutencer no es una sola enfermedad sino

muchas Algunas formas de caacutencer son particu-

larmente susceptibles a la terapia por radiacioacuten La

radiacioacuten se dirige cuidadosamente hacia el tejido

canceroso y se reduce al miacutenimo la exposicioacuten de

las ceacutelulas normales Si los efectos destructivos de

la radiacioacuten consiguen matar las ceacutelulas cancero-

sas se detiene el avance del tumor maligno (Pero

los pacientes que se someten a terapia por radia-

cioacuten suelen experimentar malestares a causa del

tratamiento Naacuteusea y voacutemito son los siacutentomas

usuales del malestar por radiacioacuten Asiacute pues el

objetivo de la terapia por radiacioacuten es destruir las

ceacutelulas cancerosas antes de que se cause un dantildeo

excesivo a los tejidos sanos La radiacioacuten tiene

45

efectos maacutes letales para las ceacutelulas que se reprodu-

cen con rapidez y eacutesta es precisamente la caracte-

riacutestica de las ceacutelulas cancerosas que permite que la

terapia por radiacioacuten tenga eacutexito

USOS DIAGNOacuteSTICOS DE LOS RADIOISOacuteTOPOS

Los radioisoacutetopos se usan para fines diagnoacutes-

ticos con el propoacutesito de obtener informacioacuten

acerca del tipo o el alcance de la enfermedad El

yodo 131 radiactivo se emplea para determinar el

tamantildeo la forma y la actividad de la glaacutendula ti-

roides asiacute como para tratar caacutenceres localizados

en esta glaacutendula y para controlar una tiroides hi-

peractiva Primero el paciente toma una solucioacuten

de yoduro de potasio que contiene yodo 131 El

organismo concentra el yodo en la tiroides Se

usan dosis grandes para el tratamiento del caacutencer

de la tiroides la radiacioacuten del isoacutetopo se concentra

en las ceacutelulas cancerosas de esta glaacutendula auacuten

cuando las ceacutelulas cancerosas se hayan extendido a

46

otras partes del cuerpo Sin embargo para fines de

diagnoacutestico soacutelo se necesita una pequentildea cantidad

del radioisoacutetopo Tambieacuten 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-

poracioacuten diferencial del isoacutetopo La imagen que

se obtiene se describe como una fotoexploracioacuten

y permite determinar con precisioacuten la ubicacioacuten de

un tumor en esa regioacuten del cuerpo

El radioisoacutetopo de uso maacutes extendido en medicina

es el gadolinio 153 Este isoacutetopo se emplea para

evaluar la mineralizacioacuten de los huesos Su popu-

laridad es un indicio del gran nuacutemero de personas

principalmente mujeres que sufren de osteoporo-

sis (reduccioacuten de la cantidad de tejido oacuteseo) a me-

dida que envejecen El gadolinio 153 emite dos

radiaciones caracteriacutesticas un rayo gamma y un

rayo X Un dispositivo analizador compara estas

radiacioacuten despueacutes de que atraviesan el hueso La

47

densidad del mismo se determina con base en las

diferencias de absorcioacuten de los rayos

El tecnecio 99m se utiliza en diversos ensayos

diagnoacutesticos La letra m quiere decir metaestable

lo que significa que este isoacutetopo emite cierta ener-

giacutea para convertirse en una versioacuten maacutes estable del

mismo isoacutetopo (mismo nuacutemero atoacutemico y mismo

peso atoacutemico) La energiacutea que desprende es el

rayo gamma que permite detectar el isoacutetopo

Tcm9943 Tc99

43 + y

Observa que la desintegracioacuten del tecnecio

99m no produce partiacuteculas alfa ni beta las cuales

podriacutean causar dantildeos innecesarios al organismo

Ademaacutes el tecnecio 99m tiene una vida media cor-

ta (alrededor de 6 h) lo que significa que la radiac-

tividad no permanece en el organismo mucho

tiempo despueacutes de que la exploracioacuten se ha com-

pletado Esta vida media tan corta obliga a planifi-

48

car cuidadosamente el uso del radioisoacutetopo De

hecho lo que se adquiere no es el isoacutetopo mismo

El tecnecio 99m se forma por desintegracioacuten del

molibdeno 99

Mo9942 Tcm99

43 + e01minus + y

Se emplea un recipiente que contiene este isoacute-

topo de molibdeno y el producto de desintegra-

cioacuten el tecnecio 99 se extrae del recipiente a

medida que se necesita

Mediante el uso de modernas tecnologiacuteas ba-

sadas en la utilizacioacuten de computadoras la tomo-

grafiacutea por emisioacuten de positrones (PET por sus

siglas en ingleacutes) permite medir los procesos dinaacute-

micos que se llevan a cabo en el organismo como

el flujo sanguiacuteneo o la rapidez con la que se meta-

boliza el oxiacutegeno o la glucosa Las exploraciones

de PET se emplean actualmente para identificar

con precisioacuten el aacuterea de dantildeo cerebral que desen-

49

cadena los ataques epileacutepticos graves Antes de la

exploracioacuten se inhalan o se inyectan compuestos

que contienen isoacutetopos emisores de positrones

como el carbono 11 Antes de que el positroacuten

emitido pueda recorrer una distancia apreciable en

el cuerpo se topa con un electroacuten (en toda la ma-

teria ordinaria abundan los electrones) y se produ-

cen dos rayos gamma

C116 B11

5 + e01+

e01+ + e0

1minus 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 simultaacuteneamente

dos rayos gamma el sistema no toma en cuenta

los rayos gamma de la radiacioacuten natural de fondo

A continuacioacuten se emplea una computadora para

calcular la ubicacioacuten dentro del cuerpo del punto

50

en el cual ocurrioacute una aniquilacioacuten del positroacuten y

el electroacuten y se genera una imagen en esa regioacuten

La tabla contiene una lista de radioisoacutetopos de

uso comuacuten en la medicina La lista es necesaria-

mente incompleta Incluso con esta exposicioacuten tan

breve puedes hacerte una idea de la importancia

que los radioisoacutetopos tienen en la medicina La

aseveracioacuten de que la ciencia nuclear ha salvado

maacutes vidas de las destruidas por las bombas atoacutemi-

cas no carece el fundamento

51

Isoacutetopo Nombre Vida me-

dia Uso

C11 Carbono 11 203m Exploraciones cere-

brales

Cr51 Cromo 51 278d Determinacioacuten

del volumen sanguiacute-

neo

Co57 Cobalto 57 270d Medicioacuten de la

incorporacioacuten de

vitamina v12

Co60 Cobalto 60 526a Terapia de caacutencer

por radiacioacuten

Gd153 Gadolinio

153

242d Determinacioacuten

de la densidad oacutesea

Ga67 Galio 67 781h Exploracioacuten en

busca de tumores

pulmonares

I131 Yodo 131 807d Terapia de la ti-

roides

Ir192 Iridio 192 74d Terapia del caacuten-

cer de mamaacute

Fe59 Hierro 59 45d Deteccioacuten de

anemia

52

P32 Foacutesforo 32 143d Deteccioacuten de

caacutencer de la piel o

tumores oculares

Pu238 Plutonio

238

86a Suministra ener-

giacutea para marcapasos

Ra226 Radio 226 1600a Terapia de caacutencer

por radiacioacuten

Se75 Selenio 75 120d Exploraciones del

paacutencreas

Na24 Sodio 24 150h Localizacioacuten de

obstrucciones en el

flujo sanguiacuteneo

Tc99 Tecnecio 99 60h Obtencioacuten de imaacute-

genes de cerebro hiacutega-

do meacutedula oacutesea rintildeoacuten o

corazoacuten

Tl201 Talio 201 73h Deteccioacuten de pro-

blemas cardiacos con la

prueba de esfuerzo en

rueda de andar

H3 Tritio 123a Determinacioacuten de

agua corporal total

Xe133 Xenoacuten133 527d Obtencioacuten de imaacute-

genes de pulmoacuten

53

9 FECHADO POR MEDIO DE RADIOISOacuteTOPOS

Una de las aplicaciones maacutes in-

creiacutebles de la quiacutemica nuclear es la po-

sibilidad de averiguar la antiguumledad de

los objetos encontrados en las investi-

gaciones arqueoloacutegicas

Se puede usar la vida media de ciertos isoacuteto-

pos para estimar la antiguumledad de rocas y artefac-

tos arqueoloacutegicos El uranio 238 se desintegra con

una vida media de 4500 millones de anos Los

productos iniciales de esta desintegracioacuten tambieacuten

son radiactivos y la descomposicioacuten continuacutea

54

hasta que se forma un isoacutetopo de plomo (plomo

206) Los quiacutemicos pueden estimar la antiguumledad

de una roca determinando las proporciones relati-

vas de uranio 238 y plomo 206 Se ha encontrado

que algunas de las rocas maacutes antiguas de la Tierra

se formaron hace entre 3000 y 4500 millones de

antildeos En las rocas lunares y en meteoritos se ha

determinado una antiguumledad maacutexima de alrededor

de 4500 millones de antildeos Asiacute pues se considera

en general que la Tierra tiene una antiguumledad de

unos 4500 millones de antildeos

FECHADO POR CARBONO 14

En el fechado de artefactos interviene por lo

general un isoacutetopo radiactivo de carbono Se for-

ma carbono 14 en las capas superiores de la at-

moacutesfera por el bombardeo que experimenta el

nitroacutegeno ordinario por parte de los neutrones de

los rayos coacutesmicos

55

N147 + n1

0 C146 + H1

1

Este proceso origina una concentracioacuten cons-

tante de carbono 14 en el CO2 terrestre Las plan-

tas y animales vivos incorporan este isoacutetopo en

sus propias ceacutelulas Sin embargo cuando estos

seres mueren se interrumpe la incorporacioacuten de

carbono 14 y el carbono 14 que hay en el orga-

nismo se desintegra (con una vida media de 5 730

antildeos) a nitroacutegeno 14

Por consiguiente basta con medir la actividad

residual de carbono 14 en un artefacto de origen

vegetal o animal para determinar su antiguumledad

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 antildeos de antiguumle-

dad es decir ha estado muerta durante un tiempo

equivalente a una vida media Anaacutelogamente un

artefacto que muestra el 25 de la actividad de

carbono 14 del material vegetal reciente tiene

56

11460 anos de antiguumledad 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 aquiacute supone que la formacioacuten del isoacutetopo

fue constante a lo largo del tiempo En realidad no

es asiacute Sin embargo aproximadamente para los

uacuteltimos 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

aacuterboles Se han construido curvas de calibracioacuten

que permiten determinar fechas consideradas co-

mo exactas

En teacuterminos generales el meacutetodo de carbono

14 es razonablemente preciso para fechar objetos

de hasta 50000 antildeos de antiguumledad La cantidad

residual del isoacutetopo en los objetos de una antiguumle-

dad mayor que esa es demasiado pequentildea para

hacer una determinacioacuten exacta

El carboacuten de las fogatas de los pueblos anti-

57

guos fechado por determinacioacuten de la actividad

de carbono 14 se usa para estimar la antiguumledad

de otros artefactos encontrados en el mismo em-

plazamiento arqueoloacutegico La teacutecnica de fechado

por carbono 14 se ha usado tambieacuten para detectar

si supuestos artefactos antiguos han sido falsifica-

dos

EL SUDARIO DE TURIacuteN

Probablemente han oiacutedo hablar del sudario de

Turiacuten Se trata de una pieza de tejido de lino muy

antigua de unos 4 metros de largo que muestra la

impresioacuten aproximada de un cuerpo humano

Desde alrededor del antildeo 1350 dC 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-

bricacioacuten del lienzo habiacutea sido cultivado en alguacuten

memento entre los anos de 1260 y 1390 dC Por

58

tanto el lienzo no podriacutea haber existido en tiem-

pos de Cristo A diferencia de los pergaminos del

Mar Muerto para los que el fechado por carbono

14 demostroacute que son registros auteacutenticos de una

civilizacioacuten que existioacute hace unos 2000 antildeos el

sudario de Turiacuten resultoacute ser falso

FECHADO POR TRITIO

El tritio que es el isoacutetopo radiactivo del

hidroacutegeno sirve tambieacuten para fechar Su vida me-

dia de 123 antildeos lo hace uacutetil para fechar objetos de

hasta 100 antildeos de antiguumledad Una aplicacioacuten inte-

resante es el fechado de aguardientes Estas bebi-

das alcohoacutelicas son muy costosas cuando han sido

antildeejadas de 10 a 50 antildeos El fechado por tritio

permite comprobar la veracidad de los anuncios

publicitarios respecto al proceso de antildeejamiento

de las variedades maacutes caras

Hay muchos otros isoacutetopos que permiten es-

timar la antiguumledad de objetos y materiales

59

Isoacutetopo Vida me-

dia

(antildeos)

Periacuteodo de

utilidad Uso

Carbono 14 5730 500 a 50000

antildeos

Carboacuten vege-

tal material

orgaacutenico

Tritio 123 1 a 100 antildeosVinos antildeeja-

dos

Potasio 40 13 x 109 Desde 10000

antildeos

Rocas corteza

terrestre y

lunar

Renio 187 43 x1010 Desde 4 x

107 antildeos Meteoritos

Ranio238 45 x109 Desde 107

antildeos

Rocas corteza

terrestre

60

10 PLANTAS DE ENERGIacuteA NUCLEAR

iquestSabeacutes de doacutende viene esa energiacutea que nosotros usamos tanto Mucha de la energiacutea eleacutectrica es

producida por plantas nucleares de to-do el mundo

La energiacutea nuclear ha dado origen a bombas

muy destructivas y a la nociva precipitacioacuten ra-

diactiva y podriacutea incluso provocar un devastador

invierno nuclear Sin embargo una cantidad mu-

cho mayor de personas han recibido beneficios de

la energiacutea nuclear que las que han sido perjudica-

das por ella El hecho es que existen muchos usos

de la energiacutea nuclear que son sumamente beneacutefi-

61

cos Ya conocemos el uso de isoacutetopos radiactivos

en el diagnoacutestico cliacutenico y en el fechado de obje-

tos de antiguumledad desconocida Otro uso paciacutefico

de la energiacutea nuclear es la generacioacuten de electri-

cidad Una gran parte de la energiacutea eleacutectrica que

se utiliza hoy en diacutea se genera en plantas de ener-

giacutea nuclear

En la actualidad una quinta parte de toda la

electricidad que se produce en Estados Unidos

proviene de plantas de energiacutea nuclear En Euro-

pa la dependencia respecto a la energiacutea nuclear

para la produccioacuten de electricidad es auacuten mayor

En Francia por ejemplo maacutes del 70 de la ener-

giacutea eleacutectrica del paiacutes proviene de plantas nuclea-

res

No es sorprendente que una reaccioacuten que

desprende tanta energiacutea como lo hace la fisioacuten

nuclear se use como fuente de energiacutea para gene-

rar electricidad En las plantas de energiacutea nuclear

se usa el calor obtenido de una reaccioacuten de fisioacuten

62

en cadena controlada para producir vapor de

agua que mueve las turbinas generadoras de elec-

tricidad El combustible nuclear es normalmente

oacutexido de uranio U3O8 enriquecido hasta alrede-

dor de 3 de uranio 235

La energiacutea nuclear es mucho maacutes limpia que la

que se obtiene quemando combustibles foacutesiles

(carboacuten petroacuteleo y gas) no produce cenizas finas

ni holliacuten no forma dioacutexido de carbono que con-

tribuye al efecto de invernadero y al calentamiento

global y no contamina el aire con oacutexidos de azu-

fre y de nitroacutegeno que dan origen a la lluvia aacutecida

Por otra parte emite grandes cantidades de calor

residual en el ambiente y lo que es mucho maacutes

serio produce muchos residuos radiactivos La

eliminacioacuten de todos estos materiales radiactivos

de desecho es uno de los problemas constantes

que se tienen en relacioacuten con las plantas de energiacutea

nuclear

63

11 BOMBA ATOacuteMICA

Todos sabemos los desastres que pue-

den causar la detonacioacuten de una bomba

nuclear

Aquiacute presentamos la explicacioacuten teoacuterica

y coacutemo se pone en praacutectica

COacuteMO FUNCIONA UNA BOMBA NUCLEAR EN LA

TEORIacuteA

El 16 de Julio de 1945 estalloacute la primera bomba

atoacutemica en el campo de pruebas de Trinity cerca

de aacutelamo Gordo (Nuevo Meacutejico) Desde ese pre-

64

ciso instante la historia de la humanidad ha pasado

a una nueva era la era nuclear

Nunca hasta entonces se habiacutean tenido los cono-

cimientos necesarios como para saber que la masa

puede convertirse en grandes cantidades de ener-

giacutea y coacutemo podiacutea realizarse ese proceso hasta

entonces reservado tan soacutelo a las estrellas

La famosa foacutermula de Einstein E = mc2 ha pasa-

do ya ha formar parte de la cultura popular auacuten sin

que en realidad se llegue a saber que implica

Donde E es energiacutea m masa y c la velocidad de la

luz (constante) En esta ecuacioacuten se expresa la

relacioacuten de equivalencia entre masa y energiacutea Por

ejemplo haciendo algunas cuentas se ve que con

un gramo de uranio si se convirtiese totalmente

en energiacutea se obtendriacutean 25 millones de Kw

Aplicado como una bomba nuclear basta decir

que para asolar Hiroshima soacutelo se convirtioacute un

65

gramo de masa (aunque toda la bomba como me-

canismo pesara cuatro toneladas) su potencia fue

de 125 kilotones es decir para igualar su potencia

seriacutean 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 combustibles

de fisioacuten Cuando en un espacio se reuacutene la sufi-

ciente cantidad de materia (denominada masa criacute-

tica) se produce una reaccioacuten en cadena espontaacute-

nea esto es el nuacutecleo de los aacutetomos del material

se divide liberando energiacutea y varios neutrones

raacutepidos que provocan que otros nuacutecleos tam-

bieacuten se dividan y liberen maacutes energiacutea y neutrones

Este proceso se denomina fisioacuten nuclear Sin em-

bargo si la densidad no es suficiente la energiacutea

liberada hace que el material se expanda y se de-

tenga el proceso Para evitar que se pare la reac-

cioacuten se recurre a una materia muy densa de por siacute

(isoacutetopos del uranio y plutonio) que ademaacutes se

comprime de manera muy raacutepida para lograr una

66

altiacutesima densidad que permite que los neutrones

raacutepidos choquen antes con otros nuacutecleos y se

produzcan antes el mayor nuacutemero 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 maacutes energiacutea Para una

explosioacuten de 100 kilotones son necesarias 58 ge-

neraciones las 7 uacuteltimas generan el 999 de la

energiacutea en periodo cortiacutesimo de tiempo Tambieacuten

puede liberarse energiacutea con la fusioacuten en este pro-

ceso los nuacutecleos se unen en vez de separarse pero

se requieren altiacutesimas temperaturas (del orden de

millones de grados) para que este proceso se lleve

a cabo Para esta reaccioacuten se usan aacutetomos ligeros

(maacutes faacuteciles de unir) generalmente hidroacutegeno o

sus isoacutetopos (deuterio y tritio) Para unir dos aacuteto-

mos basta con hacerlos chocar Los protones de

cada aacutetomo 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

67

fusioacuten deben comprimirse fuertemente los nuacute-

cleos y una vez hecho soacutelo podraacuten continuar uni-

dos si pierden un equivalente de la energiacutea que les

hizo apretarse En el caso de usar deuterio y tritio

se libera violentamente un neutroacuten Esta energiacutea

liberada es la que forma una bomba de fusioacuten

tambieacuten denominada bomba H

COMO FUNCIONA UNA BOMBA ATO-MICA EN LA PRACTICA

Sea cual fuere el sistema de funcionamiento de

una bomba nuclear (fusioacuten o fisioacuten) una cantidad

de masa se convierte en energiacutea la potencia soacutelo

depende de la capacidad de la ingenieriacutea para con-

vertir maacutes masa antes de que la reaccioacuten disperse

las moleacuteculas en teoriacutea la potencia es por tanto

ilimitada

Una bomba nuclear consiste baacutesicamente en una

esfera hueca de plutonio que no es lo suficiente-

68

mente densa como para producir una reaccioacuten 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 explosioacuten se disparan los detonado-

res que hacen que el material explosivo estalle de

la manera lo maacutes regular posible para que enviacutee

una onda de choque esfeacuterica hacia el plutonio

Cuando eacutesta impacta contra eacutel lo comprime y re-

duce su volumen empujaacutendolo hacia el centro de

la esfera hasta que alcanza una densidad suficiente

(supercriacutetica) y se dispara el iniciador de neutrones

para comenzar la reaccioacuten en cadena que da lugar

a la explosioacuten nuclear

Las bombas termonucleares de fusioacuten o H nece-

sitan de una gran temperatura para que se puedan

unir los nuacutecleos esto se consigue en el interior de

una explosioacuten de fisioacuten que es el comienzo de

toda bomba H

69

Una vez acabada la reaccioacuten de fusioacuten nos encon-

traremos con una esfera expandida con una tem-

peratura de millones de grados en la que existen

los productos de la fusioacuten (litio e isoacutetopos del

hidroacutegeno) Tal es su velocidad que pueden fun-

dirse unos con otros dando lugar a la reaccioacuten de

fusioacuten Esta reaccioacuten genera maacutes energiacutea que la

anterior y libera gran cantidad de partiacuteculas nu-

cleares pero no es una reaccioacuten en cadena ya que

el propio calor que genera hace que las partiacuteculas

se separen y se expandan en forma de una esfera

de plasma con una temperatura que tan soacutelo expe-

rimenta el universo de manera natural en las estre-

llas En nuestro sol por ejemplo ocurren la fusioacuten

nuclear de hidroacutegeno y helio Pero antes de que la

reaccioacuten se extinga los neutrones generados por

las detonaciones anteriores provocan de nuevo

una reaccioacuten de fusioacuten sobre una camisa de U-

238 pero esta vez mucho mayor que las anterio-

res La potencia de una bomba termonuclear care-

ce de liacutemite una bomba como la de Hiroshima de

70

125 kilotones (un kilotoacuten equivale a 1000 tonela-

das de TNT) se considera dentro de los arsenales

modernos como pequentildea siendo las de un mega-

toacuten (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 la

Segunda Guerra Mundial

Para la construccioacuten de una bomba nuclear nor-

malmente se usa U-235 mezclado con U-238 El

primero no forma parte de la reaccioacuten nuclear

sino que es el segundo el que es fisionable de ma-

nera espontaacutenea emitiendo neutrones que son

absorbidos por el U-235 para evitar que se pro-

duzca de manera accidental la reaccioacuten en cadena

Asiacute el U-235 hace de escudo absorbiendo los neu-

trones del U-238 que es el que produce la detona-

cioacuten 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

71

reactores nucleares a partir del U-238

La desintegracioacuten del uranio en la reaccioacuten en

cadena se produce de manera espontaacutenea para una

masa de 50 Kg si eacuteste elemento es puro El pluto-

nio no es capaz por si solo de comenzar una raacutepi-

da reaccioacuten en cadena de modo que se mezcla de

berilo y polonio dando como resultado un pro-

ducto que aunque no es fisionable por si solo una

pequentildea cantidad actuacutea como catalizador para las

grandes reacciones Asiacute bastan 16 Kg de PU-239

para obtener la masa supercriacutetica y 10 Kg si se

mezcla con U-238

El U-235 es muy difiacutecil de extraer por encontrarse

en la naturaleza muy mezclado con otros com-

puestos Asiacute por cada 25000 toneladas de mineral

de uranio bruto soacutelo se obtienen 50 toneladas de

uranio del que el 993 es U-235 y el resto el

rariacutesimo isoacutetopo U-238 ambos soacutelo se pueden

separar de manera mecaacutenica gracias a la leviacutesima

72

diferencia de peso entre ambos Asiacute el uranio se

mezcla en forma gaseosa con fluor (hexafluoriacutedri-

co) que es impulsado a baja presioacuten hacieacutendolo

pasar por unas caacutemaras que aumentan la concen-

tracioacuten de uranio sensiblemente tras cientos de

pasadas Para una central nuclear la pureza ha de

ser del 2 y para una bomba (teoacutericamente) el

95

Para separar el isoacutetopo se recurre a la centrifuga-

cioacuten del gas siendo el maacutes pesado U-238 despedi-

do hacia el exterior con maacutes fuerza Para obtener

otra vez el uranio separado del gas se recurre a la

separacioacuten magneacutetica

MECANISMOS QUE SUELEN COMPONER UNA

BOMBA NUCLEAR

Los mecanismos que suelen componer una bom-

ba nuclear son los siguientes

73

ALTIacuteMETRO No suele usarse el baromeacutetrico

por verse afectado por las condiciones atmosfeacuteri-

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 seguacuten el tiempo transcu-

rrido en el recorrido puede saberse la altura sin

necesidad de complicar maacutes el sistema para dar

una precisioacuten que en realidad no es importante (2

o 3 m de diferencia no son apreciables maacutes que

en minibombas bastante menores que las de

Hiroshima) siendo la altura normal de detonacioacuten

la de 2000 m

En la praacutectica 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 electroacute-

nicamente para obtener la diferencia de ambas

que es proporcional a la altura Los pulsos suelen

emitirse 120 veces por segundo y alcanzan un

74

rango de 3000 m sobre la tierra y 6000 m sobre

el mar (la reflexioacuten es alliacute mejor) siendo su error

de hasta 15 m

CABEZA DETONADORA Como ya se dijo

estaacute compuesta de una carga explosiva muy bien

calibrada que a la orden del altiacutemetro detona

produciendo una onda de choque uniforme sobre

el elemento radioactivo comprimieacutendolo hasta

alcanzar la masa supercriacutetica

Compantildeiacuteas privadas producen camisas explosivas

que modificadas pueden ser usadas para la fabri-

cacioacuten del objeto que nos ocupa La cantidad de

presioacuten necesaria a aplicar es un secreto por razo-

nes de seguridad aunque se sabe que los explosi-

vos plaacutesticos son ideales sobre todo por su malea-

bilidad y facilidad de manejo

El detonador variacutea si es combustible es uranio o

plutonio

75

DETONADOR DE URANIO La masa total se

divide en dos partes una mayor de forma semies-

feacuterica y coacutencava que se acopla perfectamente con

la otra maacutes pequentildea Como es de suponer ambas

se encuentran separadas hasta el momento de la

detonacioacuten en el que una explosioacuten convencional

dispara la parte pequentildea que impacta contra la

mayor para lograr en un instante la masa supercriacute-

tica

DETONADOR DE PLUTONIO Necesita

una precisioacuten de ingenieriacutea mucho mayor que la

anterior ya que estaacute compuesta de 32 secciones de

plutonio-berilio-polonio todas de igual forma y

posicioacuten distribuidas conceacutentricamente El aspecto

final es parecido al de un baloacuten de fuacutetbol Todas

han de cerrarse simeacutetricamente en una diezmillo-

neacutesima de segundo para conseguir la detonacioacuten

DEFLECTOR DE NEUTRONES Suele ser

U-238 Su funcioacuten es la que ya se explicoacute evitar

76

una reaccioacuten accidental ademaacutes refleja las partiacutecu-

las de vuelta cuando se alcanza la masa supercriacuteti-

ca

ESCUDO PROTECTOR Recibe otros nom-

bres pero su funcioacuten es siempre la de proteger de

la radiacioacuten natural tanto al personal que la maneja

como a los circuitos de la bomba que pueden su-

frir cortocircuitos o puestas en funcionamiento

accidentales

SISTEMA DE ARMADO Es otro sistema maacutes

de seguridad consistente en quitar una parte im-

prescindible de la bomba para evitar detonaciones

accidentales de modo que soacutelo cuando estaacute

proacuteximo su lanzamiento se inserta esta parte Una

analogiacutea seriacutea como si al aparcar nuestro coche le

quitaacuteramos el volante o una bujiacutea asiacute estariacuteamos

seguros de que no nos lo roban porque sin estas

partes el coche no funciona

77

12 EFECTOS DE UNA EXPLOSIOacuteN NUCLEAR

Tenemos frescas en nuestra memo-

ria las imaacutegenes que nos mostroacute la

televisioacuten cuando se produjo el ac-

cidente de Chernobyl

Aquiacute explicamos todas las conse-

cuencias de una detonacioacuten 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

78

bull Radiacioacuten nuclear inicial la altiacutesima

temperatura y la elevada presioacuten que se

genera en el interior de la explosioacuten emi-

ten radiacioacuten en todas las direcciones Esta

se compone de rayos alfa beta y gamma

que son una forma de radiacioacuten electro-

magneacutetica de alta energiacutea que puede causar

la muerte sin que el individuo se de cuenta

de que ha sido irradiado Una explosioacuten de

un megatoacuten (de tamantildeo estaacutendar) matariacutea

a todo ser humano en 15 Km a la redonda

que se encontrase al aire libre

Las partiacuteculas alfa son ideacutenticas a un nuacutecleo de

helio son las que mas larga vida tienen unos mil

antildeos pero su poder de penetracioacuten 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 radiacioacuten Con 45 cm de tierra se

consigue reducir la radiacioacuten veinte veces

Las partiacuteculas beta penetran maacutes siendo suficiente

79

38 cm de pared de ladrillo para reducir a un quin-

to la radiacioacuten (una pared moderna ya espesa se

compone de 1 pie de ladrillo maacutes caacutemara maacutes

aislante maacutes ladrillo hueco y yeso que suele que-

darse en los 37 cm)

Los de maacutes poder de penetracioacuten son las gamma

y por tanto los maacutes peligrosos ya son los que se

introducen en los refugios nucleares auacuten con

grandes espesores de hormigoacuten La uacutenica protec-

cioacuten eficaz es la de interponer grandes masas de

material mejor cuanto maacutes denso siendo el ideal

el plomo ya que pasa por los materiales como la

luz por una tela si esta es maacutes densa mayor canti-

dad de chocaraacute con ella y no la traspasaraacute Para

reducir la dosis a un veinteavo se precisan 30 cm

de hormigoacuten armado

bull Pulso electromagneacutetico La intensa acti-

vidad de los rayos gamma genera mediante

induccioacuten una corriente de alto voltaje so-

80

bre antenas viacuteas feacuterreas tuberiacuteas que des-

truye todas las instalaciones eleacutectricas de

una amplia zona si la explosioacuten se efectuacutea

a gran altura Una detonacioacuten de muchos

kilotones a 200 km sobre Omaha (Ne-

brasca) destruiriacutea todos los circuitos eleacutec-

tricos integrados de toda Norteameacuterica y

parte de Meacutejico y Canadaacute Ante el riesgo

de una detonacioacuten nuclear es conveniente

alejarse de liacuteneas eleacutectricas y viacutea feacuterreas ya

que la corriente inducida puede electrocu-

tarnos

bull Pulso teacutermico al expandirse la bola de

fuego el aire circundante absorbe energiacutea

en forma de rayos X y la irradia en forma

de una luz cegadora y un intensiacutesimo ca-

lor Una bomba de 20 Megatones produci-

riacutea una intensa luz durante 20 segundos y

causariacutea quemaduras de segundo grado a

81

cualquier persona expuesta a 45 Km de

distancia

bull Onda de choque La raacutepida expansioacuten de

la bola de fuego genera una onda de cho-

que como cualquier explosioacuten pero de

una potencia muy superior ya que puede

aplastar o barrer edificios dantildeaacutendolos muy

seriamente o destruyeacutendolos por comple-

to ya que maacutes que empujar por su dura-

cioacuten lo que hace es estrujar Una bomba

de 20 megatones no dejariacutea en un radio de

20 Km maacutes que escombros soacutelo se salva-

riacutean las cimentaciones y construcciones

enterradas

bull Primera lluvia radioactiva o lluvia ra-

diactiva local una explosioacuten de 20 mega-

tones aras de suelo produciriacutea un craacuteter de

183 m de profundidad la elevada tempe-

82

ratura vaporiza todo lo que se encuentra

dentro de la bola de fuego todo se funde

con los materiales radiactivos de la fisioacuten o

fusioacuten y se eleva con el hongo para luego

precipitar en forma de finas cenizas Esto

ocurriraacute durante las 24 h siguientes a la

explosioacuten y afectaraacute a una regioacuten maacutes o

menos amplia para una misma potencia

seguacuten la climatologiacutea El fenoacutemeno se am-

pliacutea considerablemente si la detonacioacuten se

produce cerca del suelo La energiacutea 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 maacutes destructivos los deno-

minados secundarios como incendios en masa

que acabariacutean con los pocos supervivientes y ma-

tariacutean a maacutes que el pulso teacutermico y la onda de

choque

83

Ademaacutes en caso de que se lanzaran muchas

bombas nucleares sus efectos secundarios seriacutean

mucho maacutes 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 10000 mega-

tones miacutenimos para considerar un holocausto

como tal

bull El primero de estos efectos es que la ra-

dioactividad liberada en caso de holocaus-

to penetrariacutea en todos y cada uno de los

seres vivos (y en el mar la tierra y el aire)

Mientras que en dosis altas (seguacuten la espe-

cie) produciriacutea la muerte en otras maacutes ba-

jas los efectos seriacutean de lo maacutes variados

(mutaciones esterilidad)

bull El segundo seriacutea que los materiales im-

pulsados por las detonaciones se elevariacutean

hasta la troposfera donde ocultariacutean la luz

84

del sol durante meses o antildeos haciendo ba-

jar la temperatura de la tierra y alterando la

fotosiacutentesis de los vegetales y el plancton

marino seriacutea el famoso invierno nuclear

Ademaacutes estos materiales radiactivos iriacutean

cayendo durante meses o antildeos convirtieacuten-

dose en una lluvia radiactiva global que

auacuten con menos dosis radiactiva que una

lluvia provocada por una bomba seriacutea

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

antildeos Ese 5 de energiacutea liberada por la

lluvia radiactividad en una bomba es poco

pero en los 10000 megatones de un holo-

causto suponen ya 500 megatones que iraacuten

estallando durante miles de antildeos des-

pueacutes de la cataacutestrofe

85

bull El tercero seriacutea una reduccioacuten en la capa

de ozono producida por el oacutexido de nitroacute-

geno generado por las bolas de fuego de

modo que la radiacioacuten solar que llegase a

la tierra seriacutea mortal Un 70 del ozono

desapareceriacutea en el hemisferio norte y un

40 en el sur siendo necesarios treinta

antildeos para recuperar su estado normal

86

Ejercicios 12

MODELO DE RESOLUCIOacuteN

La distribucioacuten de los electrones de un aacutetomo

en sus niveles y subniveles se puede representar en

forma abreviada de la siguiente manera

a) Un coeficiente que indica el nuacutemero del nivel

de energiacutea (n)

b) Una letra que corresponde al subnivel

c) Un supraiacutendice que sentildeala el nuacutemero de elec-

trones que hay en el subnivel

1H = 1s1

3Li = 1s2 2s1

En razoacuten del entrecruzamiento de subniveles

el orden en que se van completando los subniveles

por energiacutea creciente es el siguiente

87

1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d

4p 5s 4d 5p 6s 4f

5d 6p 7s 5f 6d

7p

Para visualizar la distribucioacuten de los electrones

en orbitales se puede representar cada orbital por

un pequentildeo cuadrado dividido por una diagonal

y cada electroacuten mediante una flecha

Entonces el orbital puede estar

Vaciacuteo incompleto completo

(1 electroacuten) (2 electrones)

En caso del orbital completo las flechas tienen

sentido contrario para indicar que los electrones

presentan spin contrario

El llenado de los orbitales por los electrones

se realiza a partir de los niveles y subniveles en

88

orden creciente de energiacutea Cada nuevo electroacuten se

incorpora a un orbital vaciacuteo

De ese modo los elementos quedan represen-

tados asiacute

1H =

1s

3Li =

1s 2s

7N =

1s 2s 2p

89

Ejercicios 121

1) Un aacutetomo de foacutesforo tiene 15 protones y 16

neutrones Indicaacute cuaacutel es su

a) nuacutemero atoacutemico (Z) b) nuacutemero

de masa (A)

2) Un aacutetomo de potasio tiene Z =19 y A = 39

Indicaacute su nuacutemero de

a) protones b) electrones

c) neutrones

3) Completaacute los datos que faltan en el siguiente

cuadro

90

ELE-

MEN-

TO

NUacute-

MERO

ATOacute-

MICO

NUacute-

MERO

DE

MASA

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) Sentildealaacute el nombre y siacutembolo de los elementos

cuyas configuraciones electroacutenicas 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) Escribiacute la configuracioacuten electroacutenica de los

siguientes elementos

91

a) Na2311 = c) O16

8 =

b) Cl3517 = d) C12

6 =

6) De acuerdo con la siguiente representacioacuten de

los electrones en orbitales indicaacute a queacute ele-

mentos corresponden

a)

b)

c)

d)

7) Representaacute la distribucioacuten de los electrones en

orbitales de los elementos

a) 7N= c) 18Ar =

b) 15AI = d) 19K =

92

Hoja de respuestas121

1) a) 15 b) 31 2) a) 19 b) 19 c) 20

3)

ELE-

MEN-

TO

NUacuteME-

RO

ATOacute-

MICO

NUacute-

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)Argoacuten Ar

d)Escandio Sc

5) a) 1S2 2S2 2p6 3s1

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)middot

94

Ejercicios 1211

Modelo de resolucioacuten

El nuacutemero de oxidacioacuten se asigna seguacuten las si-

guientes reglas

1) El nuacutemero de oxidacioacuten de los elementos en la

sustancia simple es cero

Ejemplo Cu0 02Cl

2) El nuacutemero de oxidacioacuten del oxiacutegeno es 2

excepto en las sustancias como el agua oxige-

nada Ejemplo H2

2Ominus

3) El nuacutemero de oxidacioacuten del hidroacutegeno es +1

excepto en las sustancias donde estaacute combina-

do con los metales Ejemplo 1

H+

2O

4) El nuacutemero de oxidacioacuten de un ion monoatoacute-

mico es igual a la carga del ion Ejemplo Ca2-

Cl-

95

5) En la foacutermula de una sustancia la suma alge-

braica de los nuacutemeros de oxidacioacuten de todos

los aacutetomos debe ser cero Ejemplo 1

H+

2

2Ominus

there42(+1) + (-2) = 0

6) En los iones que tienen maacutes de un aacutetomo la

suma algebraica de los nuacutemeros de oxidacioacuten

de todos los aacutetomos es igual a la carga del ion

El nuacutemero de oxidacioacuten se escribe colocando primero el signo y luego el nuacutemero

Ejemplo el nuacutemero de oxidacioacuten del aluminio es +3

1) Calculaacute los nuacutemeros de oxidacioacuten en la moleacute-

cula de dioacutexido de azufre (SO2)

Datos SO2 nuacutemero de oxidacioacuten del O2

es 2

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de S

Resolucioacuten Cada aacutetomo de oxiacutegeno tiene

nuacutemero de oxidacioacuten 2 por lo tanto el nuacute-

mero de oxidacioacuten del azufre es +4 porque

2(-2) + (+4) = 0

96

2) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten del azufre en

el aacutecido sulfuacuterico (H2SO4)

Datos H2SO2 nuacutemero de oxidacioacuten del

O2 es 2 nuacutemero de oxidacioacuten de H es -1

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de S

Resolucioacuten Se debe cumplir que la suma al-gebraica de todos los nuacutemeros de oxidacioacuten sea cero

4(-2) + 21 + x = 0

-8 + 2 + x = 0

x = 6

Respuesta el nuacutemero de oxidacioacuten del azufre

en el aacutecido sulfuacuterico es +6

3) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten del nitroacutegeno

en el nitrato de sodio (NaNO3)

Datos NaNO3 nuacutemero de oxidacioacuten del

O2 es 2

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de N

97

Resolucioacuten El nuacutemero de oxidacioacuten del

sodio es +1 porque el ion sodio tiene una car-

ga eleacutectrica positiva

+1 + 3(-2) +x = 0

1 6 + x = 0

x = 5

Respuesta el nuacutemero de oxidacioacuten del nitroacute-

geno en el nitrato de sodio es +5

4) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten del azufre en

el ion sulfato (S 24Ominus )

Datos S 24Ominus nuacutemero de oxidacioacuten del O2

es 2

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de S

Resolucioacuten La suma de los nuacutemeros de

oxidacioacuten es igual a 2 porque el ion sulfato

tiene dos cargas negativas (2-)

x + 4(-2) = -2

x 8 = -2

x = 6

98

Respuesta El nuacutemero de oxidacioacuten del azu-

fre en el ion sulfato es +6

99

Ejercicios 1212

1) Dibujaacute los siacutembolos de Lewis para los aacutetomos

de

a) He b) Al c) Si d) Ar e) N

2) iquestCoacutemo adquiere la distribucioacuten electroacutenica del

ineacutertido maacutes cercano cada uno de los siguien-

tes aacutetomos

a) K b)

F c)

S d) Mg e)

Br

3) Escribiacute las ecuaciones ioacutenicas la foacutermula elec-

troacutenica y la foacutermula miacutenima del compuesto

ioacutenico formado por

a) K y Br (bromuro de potasio)

b) Ca y O (oacutexido de calcio)

4) Marcaacute con una X las propiedades correspon-

dientes a las sustancias que presentan uniones

ioacutenicas

100

a) Son soacutelidas y tienen bajo punto de fusioacuten ( )

b) Conducen la corriente eleacutectrica fundidas o di-

sueltas en agua ( )

c) Tienen brillo metaacutelico ( )

d) Forman cristales duros y quebradizos solubles

en agua ( )

e) No conducen la corriente eleacutectrica ( )

5) Explicaacute coacutemo se unen dos aacutetomos de bromo

para formar la moleacutecula Br2 y escribiacute su

foacutermula electroacutenica y su foacutermula desarrollada

6) La foacutermula del monoacutexido de dicloro es Cl2O

a) Indicaacute queacute tipo de unioacuten existe entre el cloro y

el oxiacutegeno

b) Escribiacute su foacutermula electroacutenica y su foacutermula

desarrollada

7) El azufre y el oxiacutegeno forman dos oacutexidos

importantes el dioacutexido de azufre (SO2) y el

101

trioacutexido de azufre (SO3) Para el trioacutexido de

azufre

a) Indicaacute queacute tipo de unioacuten existe entre el azufre

y los tres aacutetomos de oxiacutegeno

b) Escribiacute la foacutermula electroacutenica

c) Escribiacute la foacutermula desarrollada

8) Marcaacute 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

liacutequidas o soacutelidas ( )

c) Son duacutectiles y maleables ( )

d) No forman moleacuteculas son agregados de

iones ( )

e) No son buenas conductoras de la corriente

eleacutectrica ( )

102

9) Coloque en el pareacutentesis UCP si la unioacuten es

covalente polar y UCNP si es covalento no

polar en cada una de las siguientes sustancias

a) cloruro de hidroacutegeno HCl ( )

b) Hidroacutegeno H2 ( )

c) yodo l2 ( )

10) Escribiacute la foacutermula electroacutenica y la foacutermula

desarrollada de cada una de las sustancias

mencionadas en el ejercicio 9

11) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten

a) del azufre (S)en el dioacutexido de azufre (SO2) en

el trioacutexido de azufre (SO3) y en el sulfuro de

sodio (Na2S)

b) del nitroacutegeno (N) en el dioacutexido de nitroacutegeno

(NO2) en el aacutecido niacutetrico (HNO3) y en el ni-

trato de potasio (KNO3)

12) Marcaacute con una X las propiedades que se expli-

can en el concepto de unioacuten metaacutelica

103

a) Tienen bajo punto de fusioacuten y de

ebullicioacuten ( )

b) Tienen brillo metaacutelico ( )

c) Conducen la corriente eleacutectrica sin

alterarse ( )

d) En estado soacutelido son malos conductores de la

corriente eleacutectrica ( )

e) Forman hilos y laacuteminas delgadas ( )

104

Hoja de respuestas 1212

1) a) He b) Al c)

Si d)

Ar e)

N

2) a) cede un electroacuten d) cede electrones c)

gana dos electrones b) y e) gana un electroacuten

3) a) Ecuaciones ioacutenicas

K K1+ + 1 e

Br + 1 e Br1-

K1+ + Br- KBr

Foacutermula electroacutenica K1+minus

1

Br

Foacutermula miacutenima KBr

b) Ecuaciones ioacutenicas

Ca Ca 2+ + 2 e

O + 2 e O2-

Ca2+ + O2- CaO

Foacutermula electroacutenica Ca2+ minus

2

O

105

Foacutermula miacutenima CaO

4) b y d

5) se unen compartiendo un par de electrones

6) a) unioacuten covalente

b) foacutermula electroacutenica

Cl

O

Cl

foacutermula desarrollada Cl O Cl

7) a) una unioacuten covalente doble entre el azufre y

uno de los aacutetomos de oxiacutegeno dos uniones cova-

lentes coordinadas con los otros dos aacutetomos de

oxiacutegeno

b) Foacutermula electroacutenica

Foacutermula desarrollada

106

8) a b y e

9) a) UCP y c) UCNP

10) Foacutermula electroacutenica Foacutermula desarrollada

a) H

Cl H Cl

b) HH H H

c)

I

I l I

11) a) +4 +6 -2 b) +4 +5 +5

12) b c y e

  • RADIACTIVIDAD
    • IacuteNDICE
      • 1 RADIACTIVIDAD NATURAL
      • 2 RELACIOacuteN ENTRE LA LEY DE LAVOISIER Y LA DE EINSTEIN
      • 3 INTERACCIONES ENTRE AacuteTOMOS Y ONDAS
      • 4 PODER DE PENETRACIOacuteN DE LA RADIACIOacuteN
      • 5 VIDA MEDIA
      • 6 RADIACTIVIDAD ARTIFICIAL
      • 7 USOS DE LOS RADIOISOacuteTOPOS
      • 8 MEDICINA NUCLEAR
      • 9 FECHADO POR MEDIO DE RADIOISOacuteTOPOS
      • 10 PLANTAS DE ENERGIacuteA NUCLEAR
      • 11 BOMBA ATOacuteMICA
      • 12 EFECTOS DE UNA EXPLOSIOacuteN NUCLEAR
        • Ejercicios 12
        • Ejercicios 121
        • Hoja de respuestas121
        • Ejercicios 1211
        • Ejercicios 1212
        • Hoja de respuestas 1212

37

ecuacioacuten Al emitirse el positroacuten el nuacutecleo radiac-

tivo original tiene de pronto un protoacuten menos y

un neutroacuten maacutes que antes Por tanto la masa del

nuacutecleo producido es la misma pero su nuacutemero

atoacutemico se ha reducido en una unidad respecto al

nuacutecleo original Por este trabajo la pareja Joliot-

Curie se hizo acreedora al premio Nobel en 1935

(la pareja Joliot-Curie adoptoacute el apellido combina-

do para perpetuar el nombre de Curie Marie y

Pierre Curie tuvieron dos hijas pero ninguacuten hijo

varoacuten

38

7 USOS DE LOS RADIOISOacuteTOPOS

Muchas de las aplicaciones de la energiacutea

de la radiacioacuten se realizan a traveacutes de los

radioisoacutetopos

Gracias a ellos y a los detectores se evitan

grandes perdidas materiales y se ahorra

grandes esfuerzos

Los cientiacuteficos que trabajan en una amplia va-

riedad de campos emplean isoacutetopos radiactivos

(radioisoacutetopos) como rastreadores en sistemas

fiacutesicos quiacutemicos y bioloacutegicos Los isoacutetopos de un

elemento determinado sea radiactivo o no se

39

comportan de manera casi ideacutentica en los proce-

sos quiacutemicos y fiacutesicos En virtud de la facilidad

para detectar los isoacutetopos radiactivos es relativa-

mente faacutecil seguir sus movimientos incluso en un

sistema complicado

Como un ejemplo sencillo consideremos el

flujo de un liacutequido por una tuberiacutea Supongamos

que hay una fuga en una tuberiacutea enterrada bajo un

piso de concreto Podriacuteamos localizar la fuga le-

vantando partes extensas del piso o bien podriacutea-

mos agregar una pequentildea cantidad de material

radiactivo al liacutequido que va hacia el drenaje y ras-

trear el flujo de liacutequido con un contador Geiger

(un instrumento que detecta la radiactividad) Una

vez localizada la fuga soacutelo habriacutea que levantar una

parte pequentildea del piso para reparar la fuga Por lo

general se emplean para este propoacutesito isoacutetopos

de vida corta que desaparecen poco tiempo des-

pueacutes de realizar su funcioacuten

Anaacutelogamente podriacuteamos rastrear la incorpo-

racioacuten de foacutesforo en una planta verde La planta se

40

alimenta con un fertilizante que contiene foacutesforo

radiactivo Un meacutetodo sencillo de deteccioacuten con-

siste en colocar la planta sobre una peliacutecula foto-

graacutefica La radiacioacuten que emiten los isoacutetopos de

foacutesforo expone la peliacutecula en gran medida como

lo hace la luz Este tipo de exposicioacuten llamado

radiografiacutea muestra la distribucioacuten del foacutesforo en

la planta

Tambieacuten se da un buen uso a los rastreadores

radiactivos en la investigacioacuten agriacutecola Estos isoacute-

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 cuaacuteles son los mejores meacutetodos para

regular los insectos La mutacioacuten intencional de

plantas por irradiacioacuten ha producido nuevas y

mejores cepas de plantas de cultivo con valor co-

mercial desde raacutebanos hasta maniacute

Los radioisoacutetopos se emplean tambieacuten para

irradiar alimentos como meacutetodo de conservacioacuten

La radiacioacuten destruye los microorganismos que

41

causan la descomposicioacuten de los alimentos Los

alimentos irradiados muestran poco cambio en

cuanto a su saber o aspecto A muchas personas

les inquietan los posibles efectos dantildeinos de las

sustancias quiacutemicas que produce la radiacioacuten pero

no hay pruebas contundentes de dantildeos causados

por alimentos irradiados en animales de laborato-

rio alimentados con ellos y tampoco se conocen

efectos adversos en seres humanos en los paiacuteses

donde la irradiacioacuten se ha utilizado por muchos

antildeos El proceso de esterilizacioacuten no deja irradia-

cioacuten residual en los alimentos

Los radioisoacutetopos han sido empleados exten-

samente en la investigacioacuten cientiacutefica baacutesica El

mecanismo de la fotosiacutentesis se dilucidoacute en gran

parte utilizando carbono 14 como rastreador Por

ejemplo para determinar coacutemo fabrican las plan-

tas el azuacutecar glucosa a partir de dioacutexido de carbo-

no y agua la planta se expone a dioacutexido de carbo-

no radiactivo El investigador identifica los com-

puestos que se forman a partir de estas materias

42

primas y el orden en el que se sintetizan y despueacutes

determina cuaacuteles compuestos se tornan radiactivos

y en queacute secuencia Con base en los dates obteni-

dos de experimentos con rastreadores los cientiacutefi-

cos determinan las rutas metaboacutelicas de plantas

animales y seres humanos

43

8 MEDICINA NUCLEAR

La medicina nuclear ha generado tra-

tamientos y terapias inimaginables

antes de su descubrimiento

En el diagnostico generoacute meacutetodos no

invasivos que evitan a los paciente

tanto sufrimientos como peacuterdidas de

tiempo

En medicina nuclear se dan dos usos distintos

a los radioisoacutetopos para fines terapeacuteuticos o para

realizar un diagnoacutestico En la terapia con radiacioacuten

se intenta tratar o curar un padecimiento por

44

medio de radiacioacuten El uso de los radioisoacutetopos

con fines de diagnoacutestico busca obtener informa-

cioacuten acerca del estado de salud del paciente

TERAPIA POR RADIACIOacuteN

El caacutencer no es una sola enfermedad sino

muchas Algunas formas de caacutencer son particu-

larmente susceptibles a la terapia por radiacioacuten La

radiacioacuten se dirige cuidadosamente hacia el tejido

canceroso y se reduce al miacutenimo la exposicioacuten de

las ceacutelulas normales Si los efectos destructivos de

la radiacioacuten consiguen matar las ceacutelulas cancero-

sas se detiene el avance del tumor maligno (Pero

los pacientes que se someten a terapia por radia-

cioacuten suelen experimentar malestares a causa del

tratamiento Naacuteusea y voacutemito son los siacutentomas

usuales del malestar por radiacioacuten Asiacute pues el

objetivo de la terapia por radiacioacuten es destruir las

ceacutelulas cancerosas antes de que se cause un dantildeo

excesivo a los tejidos sanos La radiacioacuten tiene

45

efectos maacutes letales para las ceacutelulas que se reprodu-

cen con rapidez y eacutesta es precisamente la caracte-

riacutestica de las ceacutelulas cancerosas que permite que la

terapia por radiacioacuten tenga eacutexito

USOS DIAGNOacuteSTICOS DE LOS RADIOISOacuteTOPOS

Los radioisoacutetopos se usan para fines diagnoacutes-

ticos con el propoacutesito de obtener informacioacuten

acerca del tipo o el alcance de la enfermedad El

yodo 131 radiactivo se emplea para determinar el

tamantildeo la forma y la actividad de la glaacutendula ti-

roides asiacute como para tratar caacutenceres localizados

en esta glaacutendula y para controlar una tiroides hi-

peractiva Primero el paciente toma una solucioacuten

de yoduro de potasio que contiene yodo 131 El

organismo concentra el yodo en la tiroides Se

usan dosis grandes para el tratamiento del caacutencer

de la tiroides la radiacioacuten del isoacutetopo se concentra

en las ceacutelulas cancerosas de esta glaacutendula auacuten

cuando las ceacutelulas cancerosas se hayan extendido a

46

otras partes del cuerpo Sin embargo para fines de

diagnoacutestico soacutelo se necesita una pequentildea cantidad

del radioisoacutetopo Tambieacuten 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-

poracioacuten diferencial del isoacutetopo La imagen que

se obtiene se describe como una fotoexploracioacuten

y permite determinar con precisioacuten la ubicacioacuten de

un tumor en esa regioacuten del cuerpo

El radioisoacutetopo de uso maacutes extendido en medicina

es el gadolinio 153 Este isoacutetopo se emplea para

evaluar la mineralizacioacuten de los huesos Su popu-

laridad es un indicio del gran nuacutemero de personas

principalmente mujeres que sufren de osteoporo-

sis (reduccioacuten de la cantidad de tejido oacuteseo) a me-

dida que envejecen El gadolinio 153 emite dos

radiaciones caracteriacutesticas un rayo gamma y un

rayo X Un dispositivo analizador compara estas

radiacioacuten despueacutes de que atraviesan el hueso La

47

densidad del mismo se determina con base en las

diferencias de absorcioacuten de los rayos

El tecnecio 99m se utiliza en diversos ensayos

diagnoacutesticos La letra m quiere decir metaestable

lo que significa que este isoacutetopo emite cierta ener-

giacutea para convertirse en una versioacuten maacutes estable del

mismo isoacutetopo (mismo nuacutemero atoacutemico y mismo

peso atoacutemico) La energiacutea que desprende es el

rayo gamma que permite detectar el isoacutetopo

Tcm9943 Tc99

43 + y

Observa que la desintegracioacuten del tecnecio

99m no produce partiacuteculas alfa ni beta las cuales

podriacutean causar dantildeos innecesarios al organismo

Ademaacutes el tecnecio 99m tiene una vida media cor-

ta (alrededor de 6 h) lo que significa que la radiac-

tividad no permanece en el organismo mucho

tiempo despueacutes de que la exploracioacuten se ha com-

pletado Esta vida media tan corta obliga a planifi-

48

car cuidadosamente el uso del radioisoacutetopo De

hecho lo que se adquiere no es el isoacutetopo mismo

El tecnecio 99m se forma por desintegracioacuten del

molibdeno 99

Mo9942 Tcm99

43 + e01minus + y

Se emplea un recipiente que contiene este isoacute-

topo de molibdeno y el producto de desintegra-

cioacuten el tecnecio 99 se extrae del recipiente a

medida que se necesita

Mediante el uso de modernas tecnologiacuteas ba-

sadas en la utilizacioacuten de computadoras la tomo-

grafiacutea por emisioacuten de positrones (PET por sus

siglas en ingleacutes) permite medir los procesos dinaacute-

micos que se llevan a cabo en el organismo como

el flujo sanguiacuteneo o la rapidez con la que se meta-

boliza el oxiacutegeno o la glucosa Las exploraciones

de PET se emplean actualmente para identificar

con precisioacuten el aacuterea de dantildeo cerebral que desen-

49

cadena los ataques epileacutepticos graves Antes de la

exploracioacuten se inhalan o se inyectan compuestos

que contienen isoacutetopos emisores de positrones

como el carbono 11 Antes de que el positroacuten

emitido pueda recorrer una distancia apreciable en

el cuerpo se topa con un electroacuten (en toda la ma-

teria ordinaria abundan los electrones) y se produ-

cen dos rayos gamma

C116 B11

5 + e01+

e01+ + e0

1minus 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 simultaacuteneamente

dos rayos gamma el sistema no toma en cuenta

los rayos gamma de la radiacioacuten natural de fondo

A continuacioacuten se emplea una computadora para

calcular la ubicacioacuten dentro del cuerpo del punto

50

en el cual ocurrioacute una aniquilacioacuten del positroacuten y

el electroacuten y se genera una imagen en esa regioacuten

La tabla contiene una lista de radioisoacutetopos de

uso comuacuten en la medicina La lista es necesaria-

mente incompleta Incluso con esta exposicioacuten tan

breve puedes hacerte una idea de la importancia

que los radioisoacutetopos tienen en la medicina La

aseveracioacuten de que la ciencia nuclear ha salvado

maacutes vidas de las destruidas por las bombas atoacutemi-

cas no carece el fundamento

51

Isoacutetopo Nombre Vida me-

dia Uso

C11 Carbono 11 203m Exploraciones cere-

brales

Cr51 Cromo 51 278d Determinacioacuten

del volumen sanguiacute-

neo

Co57 Cobalto 57 270d Medicioacuten de la

incorporacioacuten de

vitamina v12

Co60 Cobalto 60 526a Terapia de caacutencer

por radiacioacuten

Gd153 Gadolinio

153

242d Determinacioacuten

de la densidad oacutesea

Ga67 Galio 67 781h Exploracioacuten en

busca de tumores

pulmonares

I131 Yodo 131 807d Terapia de la ti-

roides

Ir192 Iridio 192 74d Terapia del caacuten-

cer de mamaacute

Fe59 Hierro 59 45d Deteccioacuten de

anemia

52

P32 Foacutesforo 32 143d Deteccioacuten de

caacutencer de la piel o

tumores oculares

Pu238 Plutonio

238

86a Suministra ener-

giacutea para marcapasos

Ra226 Radio 226 1600a Terapia de caacutencer

por radiacioacuten

Se75 Selenio 75 120d Exploraciones del

paacutencreas

Na24 Sodio 24 150h Localizacioacuten de

obstrucciones en el

flujo sanguiacuteneo

Tc99 Tecnecio 99 60h Obtencioacuten de imaacute-

genes de cerebro hiacutega-

do meacutedula oacutesea rintildeoacuten o

corazoacuten

Tl201 Talio 201 73h Deteccioacuten de pro-

blemas cardiacos con la

prueba de esfuerzo en

rueda de andar

H3 Tritio 123a Determinacioacuten de

agua corporal total

Xe133 Xenoacuten133 527d Obtencioacuten de imaacute-

genes de pulmoacuten

53

9 FECHADO POR MEDIO DE RADIOISOacuteTOPOS

Una de las aplicaciones maacutes in-

creiacutebles de la quiacutemica nuclear es la po-

sibilidad de averiguar la antiguumledad de

los objetos encontrados en las investi-

gaciones arqueoloacutegicas

Se puede usar la vida media de ciertos isoacuteto-

pos para estimar la antiguumledad de rocas y artefac-

tos arqueoloacutegicos El uranio 238 se desintegra con

una vida media de 4500 millones de anos Los

productos iniciales de esta desintegracioacuten tambieacuten

son radiactivos y la descomposicioacuten continuacutea

54

hasta que se forma un isoacutetopo de plomo (plomo

206) Los quiacutemicos pueden estimar la antiguumledad

de una roca determinando las proporciones relati-

vas de uranio 238 y plomo 206 Se ha encontrado

que algunas de las rocas maacutes antiguas de la Tierra

se formaron hace entre 3000 y 4500 millones de

antildeos En las rocas lunares y en meteoritos se ha

determinado una antiguumledad maacutexima de alrededor

de 4500 millones de antildeos Asiacute pues se considera

en general que la Tierra tiene una antiguumledad de

unos 4500 millones de antildeos

FECHADO POR CARBONO 14

En el fechado de artefactos interviene por lo

general un isoacutetopo radiactivo de carbono Se for-

ma carbono 14 en las capas superiores de la at-

moacutesfera por el bombardeo que experimenta el

nitroacutegeno ordinario por parte de los neutrones de

los rayos coacutesmicos

55

N147 + n1

0 C146 + H1

1

Este proceso origina una concentracioacuten cons-

tante de carbono 14 en el CO2 terrestre Las plan-

tas y animales vivos incorporan este isoacutetopo en

sus propias ceacutelulas Sin embargo cuando estos

seres mueren se interrumpe la incorporacioacuten de

carbono 14 y el carbono 14 que hay en el orga-

nismo se desintegra (con una vida media de 5 730

antildeos) a nitroacutegeno 14

Por consiguiente basta con medir la actividad

residual de carbono 14 en un artefacto de origen

vegetal o animal para determinar su antiguumledad

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 antildeos de antiguumle-

dad es decir ha estado muerta durante un tiempo

equivalente a una vida media Anaacutelogamente un

artefacto que muestra el 25 de la actividad de

carbono 14 del material vegetal reciente tiene

56

11460 anos de antiguumledad 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 aquiacute supone que la formacioacuten del isoacutetopo

fue constante a lo largo del tiempo En realidad no

es asiacute Sin embargo aproximadamente para los

uacuteltimos 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

aacuterboles Se han construido curvas de calibracioacuten

que permiten determinar fechas consideradas co-

mo exactas

En teacuterminos generales el meacutetodo de carbono

14 es razonablemente preciso para fechar objetos

de hasta 50000 antildeos de antiguumledad La cantidad

residual del isoacutetopo en los objetos de una antiguumle-

dad mayor que esa es demasiado pequentildea para

hacer una determinacioacuten exacta

El carboacuten de las fogatas de los pueblos anti-

57

guos fechado por determinacioacuten de la actividad

de carbono 14 se usa para estimar la antiguumledad

de otros artefactos encontrados en el mismo em-

plazamiento arqueoloacutegico La teacutecnica de fechado

por carbono 14 se ha usado tambieacuten para detectar

si supuestos artefactos antiguos han sido falsifica-

dos

EL SUDARIO DE TURIacuteN

Probablemente han oiacutedo hablar del sudario de

Turiacuten Se trata de una pieza de tejido de lino muy

antigua de unos 4 metros de largo que muestra la

impresioacuten aproximada de un cuerpo humano

Desde alrededor del antildeo 1350 dC 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-

bricacioacuten del lienzo habiacutea sido cultivado en alguacuten

memento entre los anos de 1260 y 1390 dC Por

58

tanto el lienzo no podriacutea haber existido en tiem-

pos de Cristo A diferencia de los pergaminos del

Mar Muerto para los que el fechado por carbono

14 demostroacute que son registros auteacutenticos de una

civilizacioacuten que existioacute hace unos 2000 antildeos el

sudario de Turiacuten resultoacute ser falso

FECHADO POR TRITIO

El tritio que es el isoacutetopo radiactivo del

hidroacutegeno sirve tambieacuten para fechar Su vida me-

dia de 123 antildeos lo hace uacutetil para fechar objetos de

hasta 100 antildeos de antiguumledad Una aplicacioacuten inte-

resante es el fechado de aguardientes Estas bebi-

das alcohoacutelicas son muy costosas cuando han sido

antildeejadas de 10 a 50 antildeos El fechado por tritio

permite comprobar la veracidad de los anuncios

publicitarios respecto al proceso de antildeejamiento

de las variedades maacutes caras

Hay muchos otros isoacutetopos que permiten es-

timar la antiguumledad de objetos y materiales

59

Isoacutetopo Vida me-

dia

(antildeos)

Periacuteodo de

utilidad Uso

Carbono 14 5730 500 a 50000

antildeos

Carboacuten vege-

tal material

orgaacutenico

Tritio 123 1 a 100 antildeosVinos antildeeja-

dos

Potasio 40 13 x 109 Desde 10000

antildeos

Rocas corteza

terrestre y

lunar

Renio 187 43 x1010 Desde 4 x

107 antildeos Meteoritos

Ranio238 45 x109 Desde 107

antildeos

Rocas corteza

terrestre

60

10 PLANTAS DE ENERGIacuteA NUCLEAR

iquestSabeacutes de doacutende viene esa energiacutea que nosotros usamos tanto Mucha de la energiacutea eleacutectrica es

producida por plantas nucleares de to-do el mundo

La energiacutea nuclear ha dado origen a bombas

muy destructivas y a la nociva precipitacioacuten ra-

diactiva y podriacutea incluso provocar un devastador

invierno nuclear Sin embargo una cantidad mu-

cho mayor de personas han recibido beneficios de

la energiacutea nuclear que las que han sido perjudica-

das por ella El hecho es que existen muchos usos

de la energiacutea nuclear que son sumamente beneacutefi-

61

cos Ya conocemos el uso de isoacutetopos radiactivos

en el diagnoacutestico cliacutenico y en el fechado de obje-

tos de antiguumledad desconocida Otro uso paciacutefico

de la energiacutea nuclear es la generacioacuten de electri-

cidad Una gran parte de la energiacutea eleacutectrica que

se utiliza hoy en diacutea se genera en plantas de ener-

giacutea nuclear

En la actualidad una quinta parte de toda la

electricidad que se produce en Estados Unidos

proviene de plantas de energiacutea nuclear En Euro-

pa la dependencia respecto a la energiacutea nuclear

para la produccioacuten de electricidad es auacuten mayor

En Francia por ejemplo maacutes del 70 de la ener-

giacutea eleacutectrica del paiacutes proviene de plantas nuclea-

res

No es sorprendente que una reaccioacuten que

desprende tanta energiacutea como lo hace la fisioacuten

nuclear se use como fuente de energiacutea para gene-

rar electricidad En las plantas de energiacutea nuclear

se usa el calor obtenido de una reaccioacuten de fisioacuten

62

en cadena controlada para producir vapor de

agua que mueve las turbinas generadoras de elec-

tricidad El combustible nuclear es normalmente

oacutexido de uranio U3O8 enriquecido hasta alrede-

dor de 3 de uranio 235

La energiacutea nuclear es mucho maacutes limpia que la

que se obtiene quemando combustibles foacutesiles

(carboacuten petroacuteleo y gas) no produce cenizas finas

ni holliacuten no forma dioacutexido de carbono que con-

tribuye al efecto de invernadero y al calentamiento

global y no contamina el aire con oacutexidos de azu-

fre y de nitroacutegeno que dan origen a la lluvia aacutecida

Por otra parte emite grandes cantidades de calor

residual en el ambiente y lo que es mucho maacutes

serio produce muchos residuos radiactivos La

eliminacioacuten de todos estos materiales radiactivos

de desecho es uno de los problemas constantes

que se tienen en relacioacuten con las plantas de energiacutea

nuclear

63

11 BOMBA ATOacuteMICA

Todos sabemos los desastres que pue-

den causar la detonacioacuten de una bomba

nuclear

Aquiacute presentamos la explicacioacuten teoacuterica

y coacutemo se pone en praacutectica

COacuteMO FUNCIONA UNA BOMBA NUCLEAR EN LA

TEORIacuteA

El 16 de Julio de 1945 estalloacute la primera bomba

atoacutemica en el campo de pruebas de Trinity cerca

de aacutelamo Gordo (Nuevo Meacutejico) Desde ese pre-

64

ciso instante la historia de la humanidad ha pasado

a una nueva era la era nuclear

Nunca hasta entonces se habiacutean tenido los cono-

cimientos necesarios como para saber que la masa

puede convertirse en grandes cantidades de ener-

giacutea y coacutemo podiacutea realizarse ese proceso hasta

entonces reservado tan soacutelo a las estrellas

La famosa foacutermula de Einstein E = mc2 ha pasa-

do ya ha formar parte de la cultura popular auacuten sin

que en realidad se llegue a saber que implica

Donde E es energiacutea m masa y c la velocidad de la

luz (constante) En esta ecuacioacuten se expresa la

relacioacuten de equivalencia entre masa y energiacutea Por

ejemplo haciendo algunas cuentas se ve que con

un gramo de uranio si se convirtiese totalmente

en energiacutea se obtendriacutean 25 millones de Kw

Aplicado como una bomba nuclear basta decir

que para asolar Hiroshima soacutelo se convirtioacute un

65

gramo de masa (aunque toda la bomba como me-

canismo pesara cuatro toneladas) su potencia fue

de 125 kilotones es decir para igualar su potencia

seriacutean 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 combustibles

de fisioacuten Cuando en un espacio se reuacutene la sufi-

ciente cantidad de materia (denominada masa criacute-

tica) se produce una reaccioacuten en cadena espontaacute-

nea esto es el nuacutecleo de los aacutetomos del material

se divide liberando energiacutea y varios neutrones

raacutepidos que provocan que otros nuacutecleos tam-

bieacuten se dividan y liberen maacutes energiacutea y neutrones

Este proceso se denomina fisioacuten nuclear Sin em-

bargo si la densidad no es suficiente la energiacutea

liberada hace que el material se expanda y se de-

tenga el proceso Para evitar que se pare la reac-

cioacuten se recurre a una materia muy densa de por siacute

(isoacutetopos del uranio y plutonio) que ademaacutes se

comprime de manera muy raacutepida para lograr una

66

altiacutesima densidad que permite que los neutrones

raacutepidos choquen antes con otros nuacutecleos y se

produzcan antes el mayor nuacutemero 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 maacutes energiacutea Para una

explosioacuten de 100 kilotones son necesarias 58 ge-

neraciones las 7 uacuteltimas generan el 999 de la

energiacutea en periodo cortiacutesimo de tiempo Tambieacuten

puede liberarse energiacutea con la fusioacuten en este pro-

ceso los nuacutecleos se unen en vez de separarse pero

se requieren altiacutesimas temperaturas (del orden de

millones de grados) para que este proceso se lleve

a cabo Para esta reaccioacuten se usan aacutetomos ligeros

(maacutes faacuteciles de unir) generalmente hidroacutegeno o

sus isoacutetopos (deuterio y tritio) Para unir dos aacuteto-

mos basta con hacerlos chocar Los protones de

cada aacutetomo 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

67

fusioacuten deben comprimirse fuertemente los nuacute-

cleos y una vez hecho soacutelo podraacuten continuar uni-

dos si pierden un equivalente de la energiacutea que les

hizo apretarse En el caso de usar deuterio y tritio

se libera violentamente un neutroacuten Esta energiacutea

liberada es la que forma una bomba de fusioacuten

tambieacuten denominada bomba H

COMO FUNCIONA UNA BOMBA ATO-MICA EN LA PRACTICA

Sea cual fuere el sistema de funcionamiento de

una bomba nuclear (fusioacuten o fisioacuten) una cantidad

de masa se convierte en energiacutea la potencia soacutelo

depende de la capacidad de la ingenieriacutea para con-

vertir maacutes masa antes de que la reaccioacuten disperse

las moleacuteculas en teoriacutea la potencia es por tanto

ilimitada

Una bomba nuclear consiste baacutesicamente en una

esfera hueca de plutonio que no es lo suficiente-

68

mente densa como para producir una reaccioacuten 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 explosioacuten se disparan los detonado-

res que hacen que el material explosivo estalle de

la manera lo maacutes regular posible para que enviacutee

una onda de choque esfeacuterica hacia el plutonio

Cuando eacutesta impacta contra eacutel lo comprime y re-

duce su volumen empujaacutendolo hacia el centro de

la esfera hasta que alcanza una densidad suficiente

(supercriacutetica) y se dispara el iniciador de neutrones

para comenzar la reaccioacuten en cadena que da lugar

a la explosioacuten nuclear

Las bombas termonucleares de fusioacuten o H nece-

sitan de una gran temperatura para que se puedan

unir los nuacutecleos esto se consigue en el interior de

una explosioacuten de fisioacuten que es el comienzo de

toda bomba H

69

Una vez acabada la reaccioacuten de fusioacuten nos encon-

traremos con una esfera expandida con una tem-

peratura de millones de grados en la que existen

los productos de la fusioacuten (litio e isoacutetopos del

hidroacutegeno) Tal es su velocidad que pueden fun-

dirse unos con otros dando lugar a la reaccioacuten de

fusioacuten Esta reaccioacuten genera maacutes energiacutea que la

anterior y libera gran cantidad de partiacuteculas nu-

cleares pero no es una reaccioacuten en cadena ya que

el propio calor que genera hace que las partiacuteculas

se separen y se expandan en forma de una esfera

de plasma con una temperatura que tan soacutelo expe-

rimenta el universo de manera natural en las estre-

llas En nuestro sol por ejemplo ocurren la fusioacuten

nuclear de hidroacutegeno y helio Pero antes de que la

reaccioacuten se extinga los neutrones generados por

las detonaciones anteriores provocan de nuevo

una reaccioacuten de fusioacuten sobre una camisa de U-

238 pero esta vez mucho mayor que las anterio-

res La potencia de una bomba termonuclear care-

ce de liacutemite una bomba como la de Hiroshima de

70

125 kilotones (un kilotoacuten equivale a 1000 tonela-

das de TNT) se considera dentro de los arsenales

modernos como pequentildea siendo las de un mega-

toacuten (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 la

Segunda Guerra Mundial

Para la construccioacuten de una bomba nuclear nor-

malmente se usa U-235 mezclado con U-238 El

primero no forma parte de la reaccioacuten nuclear

sino que es el segundo el que es fisionable de ma-

nera espontaacutenea emitiendo neutrones que son

absorbidos por el U-235 para evitar que se pro-

duzca de manera accidental la reaccioacuten en cadena

Asiacute el U-235 hace de escudo absorbiendo los neu-

trones del U-238 que es el que produce la detona-

cioacuten 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

71

reactores nucleares a partir del U-238

La desintegracioacuten del uranio en la reaccioacuten en

cadena se produce de manera espontaacutenea para una

masa de 50 Kg si eacuteste elemento es puro El pluto-

nio no es capaz por si solo de comenzar una raacutepi-

da reaccioacuten en cadena de modo que se mezcla de

berilo y polonio dando como resultado un pro-

ducto que aunque no es fisionable por si solo una

pequentildea cantidad actuacutea como catalizador para las

grandes reacciones Asiacute bastan 16 Kg de PU-239

para obtener la masa supercriacutetica y 10 Kg si se

mezcla con U-238

El U-235 es muy difiacutecil de extraer por encontrarse

en la naturaleza muy mezclado con otros com-

puestos Asiacute por cada 25000 toneladas de mineral

de uranio bruto soacutelo se obtienen 50 toneladas de

uranio del que el 993 es U-235 y el resto el

rariacutesimo isoacutetopo U-238 ambos soacutelo se pueden

separar de manera mecaacutenica gracias a la leviacutesima

72

diferencia de peso entre ambos Asiacute el uranio se

mezcla en forma gaseosa con fluor (hexafluoriacutedri-

co) que es impulsado a baja presioacuten hacieacutendolo

pasar por unas caacutemaras que aumentan la concen-

tracioacuten de uranio sensiblemente tras cientos de

pasadas Para una central nuclear la pureza ha de

ser del 2 y para una bomba (teoacutericamente) el

95

Para separar el isoacutetopo se recurre a la centrifuga-

cioacuten del gas siendo el maacutes pesado U-238 despedi-

do hacia el exterior con maacutes fuerza Para obtener

otra vez el uranio separado del gas se recurre a la

separacioacuten magneacutetica

MECANISMOS QUE SUELEN COMPONER UNA

BOMBA NUCLEAR

Los mecanismos que suelen componer una bom-

ba nuclear son los siguientes

73

ALTIacuteMETRO No suele usarse el baromeacutetrico

por verse afectado por las condiciones atmosfeacuteri-

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 seguacuten el tiempo transcu-

rrido en el recorrido puede saberse la altura sin

necesidad de complicar maacutes el sistema para dar

una precisioacuten que en realidad no es importante (2

o 3 m de diferencia no son apreciables maacutes que

en minibombas bastante menores que las de

Hiroshima) siendo la altura normal de detonacioacuten

la de 2000 m

En la praacutectica 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 electroacute-

nicamente para obtener la diferencia de ambas

que es proporcional a la altura Los pulsos suelen

emitirse 120 veces por segundo y alcanzan un

74

rango de 3000 m sobre la tierra y 6000 m sobre

el mar (la reflexioacuten es alliacute mejor) siendo su error

de hasta 15 m

CABEZA DETONADORA Como ya se dijo

estaacute compuesta de una carga explosiva muy bien

calibrada que a la orden del altiacutemetro detona

produciendo una onda de choque uniforme sobre

el elemento radioactivo comprimieacutendolo hasta

alcanzar la masa supercriacutetica

Compantildeiacuteas privadas producen camisas explosivas

que modificadas pueden ser usadas para la fabri-

cacioacuten del objeto que nos ocupa La cantidad de

presioacuten necesaria a aplicar es un secreto por razo-

nes de seguridad aunque se sabe que los explosi-

vos plaacutesticos son ideales sobre todo por su malea-

bilidad y facilidad de manejo

El detonador variacutea si es combustible es uranio o

plutonio

75

DETONADOR DE URANIO La masa total se

divide en dos partes una mayor de forma semies-

feacuterica y coacutencava que se acopla perfectamente con

la otra maacutes pequentildea Como es de suponer ambas

se encuentran separadas hasta el momento de la

detonacioacuten en el que una explosioacuten convencional

dispara la parte pequentildea que impacta contra la

mayor para lograr en un instante la masa supercriacute-

tica

DETONADOR DE PLUTONIO Necesita

una precisioacuten de ingenieriacutea mucho mayor que la

anterior ya que estaacute compuesta de 32 secciones de

plutonio-berilio-polonio todas de igual forma y

posicioacuten distribuidas conceacutentricamente El aspecto

final es parecido al de un baloacuten de fuacutetbol Todas

han de cerrarse simeacutetricamente en una diezmillo-

neacutesima de segundo para conseguir la detonacioacuten

DEFLECTOR DE NEUTRONES Suele ser

U-238 Su funcioacuten es la que ya se explicoacute evitar

76

una reaccioacuten accidental ademaacutes refleja las partiacutecu-

las de vuelta cuando se alcanza la masa supercriacuteti-

ca

ESCUDO PROTECTOR Recibe otros nom-

bres pero su funcioacuten es siempre la de proteger de

la radiacioacuten natural tanto al personal que la maneja

como a los circuitos de la bomba que pueden su-

frir cortocircuitos o puestas en funcionamiento

accidentales

SISTEMA DE ARMADO Es otro sistema maacutes

de seguridad consistente en quitar una parte im-

prescindible de la bomba para evitar detonaciones

accidentales de modo que soacutelo cuando estaacute

proacuteximo su lanzamiento se inserta esta parte Una

analogiacutea seriacutea como si al aparcar nuestro coche le

quitaacuteramos el volante o una bujiacutea asiacute estariacuteamos

seguros de que no nos lo roban porque sin estas

partes el coche no funciona

77

12 EFECTOS DE UNA EXPLOSIOacuteN NUCLEAR

Tenemos frescas en nuestra memo-

ria las imaacutegenes que nos mostroacute la

televisioacuten cuando se produjo el ac-

cidente de Chernobyl

Aquiacute explicamos todas las conse-

cuencias de una detonacioacuten 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

78

bull Radiacioacuten nuclear inicial la altiacutesima

temperatura y la elevada presioacuten que se

genera en el interior de la explosioacuten emi-

ten radiacioacuten en todas las direcciones Esta

se compone de rayos alfa beta y gamma

que son una forma de radiacioacuten electro-

magneacutetica de alta energiacutea que puede causar

la muerte sin que el individuo se de cuenta

de que ha sido irradiado Una explosioacuten de

un megatoacuten (de tamantildeo estaacutendar) matariacutea

a todo ser humano en 15 Km a la redonda

que se encontrase al aire libre

Las partiacuteculas alfa son ideacutenticas a un nuacutecleo de

helio son las que mas larga vida tienen unos mil

antildeos pero su poder de penetracioacuten 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 radiacioacuten Con 45 cm de tierra se

consigue reducir la radiacioacuten veinte veces

Las partiacuteculas beta penetran maacutes siendo suficiente

79

38 cm de pared de ladrillo para reducir a un quin-

to la radiacioacuten (una pared moderna ya espesa se

compone de 1 pie de ladrillo maacutes caacutemara maacutes

aislante maacutes ladrillo hueco y yeso que suele que-

darse en los 37 cm)

Los de maacutes poder de penetracioacuten son las gamma

y por tanto los maacutes peligrosos ya son los que se

introducen en los refugios nucleares auacuten con

grandes espesores de hormigoacuten La uacutenica protec-

cioacuten eficaz es la de interponer grandes masas de

material mejor cuanto maacutes denso siendo el ideal

el plomo ya que pasa por los materiales como la

luz por una tela si esta es maacutes densa mayor canti-

dad de chocaraacute con ella y no la traspasaraacute Para

reducir la dosis a un veinteavo se precisan 30 cm

de hormigoacuten armado

bull Pulso electromagneacutetico La intensa acti-

vidad de los rayos gamma genera mediante

induccioacuten una corriente de alto voltaje so-

80

bre antenas viacuteas feacuterreas tuberiacuteas que des-

truye todas las instalaciones eleacutectricas de

una amplia zona si la explosioacuten se efectuacutea

a gran altura Una detonacioacuten de muchos

kilotones a 200 km sobre Omaha (Ne-

brasca) destruiriacutea todos los circuitos eleacutec-

tricos integrados de toda Norteameacuterica y

parte de Meacutejico y Canadaacute Ante el riesgo

de una detonacioacuten nuclear es conveniente

alejarse de liacuteneas eleacutectricas y viacutea feacuterreas ya

que la corriente inducida puede electrocu-

tarnos

bull Pulso teacutermico al expandirse la bola de

fuego el aire circundante absorbe energiacutea

en forma de rayos X y la irradia en forma

de una luz cegadora y un intensiacutesimo ca-

lor Una bomba de 20 Megatones produci-

riacutea una intensa luz durante 20 segundos y

causariacutea quemaduras de segundo grado a

81

cualquier persona expuesta a 45 Km de

distancia

bull Onda de choque La raacutepida expansioacuten de

la bola de fuego genera una onda de cho-

que como cualquier explosioacuten pero de

una potencia muy superior ya que puede

aplastar o barrer edificios dantildeaacutendolos muy

seriamente o destruyeacutendolos por comple-

to ya que maacutes que empujar por su dura-

cioacuten lo que hace es estrujar Una bomba

de 20 megatones no dejariacutea en un radio de

20 Km maacutes que escombros soacutelo se salva-

riacutean las cimentaciones y construcciones

enterradas

bull Primera lluvia radioactiva o lluvia ra-

diactiva local una explosioacuten de 20 mega-

tones aras de suelo produciriacutea un craacuteter de

183 m de profundidad la elevada tempe-

82

ratura vaporiza todo lo que se encuentra

dentro de la bola de fuego todo se funde

con los materiales radiactivos de la fisioacuten o

fusioacuten y se eleva con el hongo para luego

precipitar en forma de finas cenizas Esto

ocurriraacute durante las 24 h siguientes a la

explosioacuten y afectaraacute a una regioacuten maacutes o

menos amplia para una misma potencia

seguacuten la climatologiacutea El fenoacutemeno se am-

pliacutea considerablemente si la detonacioacuten se

produce cerca del suelo La energiacutea 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 maacutes destructivos los deno-

minados secundarios como incendios en masa

que acabariacutean con los pocos supervivientes y ma-

tariacutean a maacutes que el pulso teacutermico y la onda de

choque

83

Ademaacutes en caso de que se lanzaran muchas

bombas nucleares sus efectos secundarios seriacutean

mucho maacutes 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 10000 mega-

tones miacutenimos para considerar un holocausto

como tal

bull El primero de estos efectos es que la ra-

dioactividad liberada en caso de holocaus-

to penetrariacutea en todos y cada uno de los

seres vivos (y en el mar la tierra y el aire)

Mientras que en dosis altas (seguacuten la espe-

cie) produciriacutea la muerte en otras maacutes ba-

jas los efectos seriacutean de lo maacutes variados

(mutaciones esterilidad)

bull El segundo seriacutea que los materiales im-

pulsados por las detonaciones se elevariacutean

hasta la troposfera donde ocultariacutean la luz

84

del sol durante meses o antildeos haciendo ba-

jar la temperatura de la tierra y alterando la

fotosiacutentesis de los vegetales y el plancton

marino seriacutea el famoso invierno nuclear

Ademaacutes estos materiales radiactivos iriacutean

cayendo durante meses o antildeos convirtieacuten-

dose en una lluvia radiactiva global que

auacuten con menos dosis radiactiva que una

lluvia provocada por una bomba seriacutea

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

antildeos Ese 5 de energiacutea liberada por la

lluvia radiactividad en una bomba es poco

pero en los 10000 megatones de un holo-

causto suponen ya 500 megatones que iraacuten

estallando durante miles de antildeos des-

pueacutes de la cataacutestrofe

85

bull El tercero seriacutea una reduccioacuten en la capa

de ozono producida por el oacutexido de nitroacute-

geno generado por las bolas de fuego de

modo que la radiacioacuten solar que llegase a

la tierra seriacutea mortal Un 70 del ozono

desapareceriacutea en el hemisferio norte y un

40 en el sur siendo necesarios treinta

antildeos para recuperar su estado normal

86

Ejercicios 12

MODELO DE RESOLUCIOacuteN

La distribucioacuten de los electrones de un aacutetomo

en sus niveles y subniveles se puede representar en

forma abreviada de la siguiente manera

a) Un coeficiente que indica el nuacutemero del nivel

de energiacutea (n)

b) Una letra que corresponde al subnivel

c) Un supraiacutendice que sentildeala el nuacutemero de elec-

trones que hay en el subnivel

1H = 1s1

3Li = 1s2 2s1

En razoacuten del entrecruzamiento de subniveles

el orden en que se van completando los subniveles

por energiacutea creciente es el siguiente

87

1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d

4p 5s 4d 5p 6s 4f

5d 6p 7s 5f 6d

7p

Para visualizar la distribucioacuten de los electrones

en orbitales se puede representar cada orbital por

un pequentildeo cuadrado dividido por una diagonal

y cada electroacuten mediante una flecha

Entonces el orbital puede estar

Vaciacuteo incompleto completo

(1 electroacuten) (2 electrones)

En caso del orbital completo las flechas tienen

sentido contrario para indicar que los electrones

presentan spin contrario

El llenado de los orbitales por los electrones

se realiza a partir de los niveles y subniveles en

88

orden creciente de energiacutea Cada nuevo electroacuten se

incorpora a un orbital vaciacuteo

De ese modo los elementos quedan represen-

tados asiacute

1H =

1s

3Li =

1s 2s

7N =

1s 2s 2p

89

Ejercicios 121

1) Un aacutetomo de foacutesforo tiene 15 protones y 16

neutrones Indicaacute cuaacutel es su

a) nuacutemero atoacutemico (Z) b) nuacutemero

de masa (A)

2) Un aacutetomo de potasio tiene Z =19 y A = 39

Indicaacute su nuacutemero de

a) protones b) electrones

c) neutrones

3) Completaacute los datos que faltan en el siguiente

cuadro

90

ELE-

MEN-

TO

NUacute-

MERO

ATOacute-

MICO

NUacute-

MERO

DE

MASA

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) Sentildealaacute el nombre y siacutembolo de los elementos

cuyas configuraciones electroacutenicas 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) Escribiacute la configuracioacuten electroacutenica de los

siguientes elementos

91

a) Na2311 = c) O16

8 =

b) Cl3517 = d) C12

6 =

6) De acuerdo con la siguiente representacioacuten de

los electrones en orbitales indicaacute a queacute ele-

mentos corresponden

a)

b)

c)

d)

7) Representaacute la distribucioacuten de los electrones en

orbitales de los elementos

a) 7N= c) 18Ar =

b) 15AI = d) 19K =

92

Hoja de respuestas121

1) a) 15 b) 31 2) a) 19 b) 19 c) 20

3)

ELE-

MEN-

TO

NUacuteME-

RO

ATOacute-

MICO

NUacute-

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)Argoacuten Ar

d)Escandio Sc

5) a) 1S2 2S2 2p6 3s1

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)middot

94

Ejercicios 1211

Modelo de resolucioacuten

El nuacutemero de oxidacioacuten se asigna seguacuten las si-

guientes reglas

1) El nuacutemero de oxidacioacuten de los elementos en la

sustancia simple es cero

Ejemplo Cu0 02Cl

2) El nuacutemero de oxidacioacuten del oxiacutegeno es 2

excepto en las sustancias como el agua oxige-

nada Ejemplo H2

2Ominus

3) El nuacutemero de oxidacioacuten del hidroacutegeno es +1

excepto en las sustancias donde estaacute combina-

do con los metales Ejemplo 1

H+

2O

4) El nuacutemero de oxidacioacuten de un ion monoatoacute-

mico es igual a la carga del ion Ejemplo Ca2-

Cl-

95

5) En la foacutermula de una sustancia la suma alge-

braica de los nuacutemeros de oxidacioacuten de todos

los aacutetomos debe ser cero Ejemplo 1

H+

2

2Ominus

there42(+1) + (-2) = 0

6) En los iones que tienen maacutes de un aacutetomo la

suma algebraica de los nuacutemeros de oxidacioacuten

de todos los aacutetomos es igual a la carga del ion

El nuacutemero de oxidacioacuten se escribe colocando primero el signo y luego el nuacutemero

Ejemplo el nuacutemero de oxidacioacuten del aluminio es +3

1) Calculaacute los nuacutemeros de oxidacioacuten en la moleacute-

cula de dioacutexido de azufre (SO2)

Datos SO2 nuacutemero de oxidacioacuten del O2

es 2

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de S

Resolucioacuten Cada aacutetomo de oxiacutegeno tiene

nuacutemero de oxidacioacuten 2 por lo tanto el nuacute-

mero de oxidacioacuten del azufre es +4 porque

2(-2) + (+4) = 0

96

2) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten del azufre en

el aacutecido sulfuacuterico (H2SO4)

Datos H2SO2 nuacutemero de oxidacioacuten del

O2 es 2 nuacutemero de oxidacioacuten de H es -1

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de S

Resolucioacuten Se debe cumplir que la suma al-gebraica de todos los nuacutemeros de oxidacioacuten sea cero

4(-2) + 21 + x = 0

-8 + 2 + x = 0

x = 6

Respuesta el nuacutemero de oxidacioacuten del azufre

en el aacutecido sulfuacuterico es +6

3) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten del nitroacutegeno

en el nitrato de sodio (NaNO3)

Datos NaNO3 nuacutemero de oxidacioacuten del

O2 es 2

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de N

97

Resolucioacuten El nuacutemero de oxidacioacuten del

sodio es +1 porque el ion sodio tiene una car-

ga eleacutectrica positiva

+1 + 3(-2) +x = 0

1 6 + x = 0

x = 5

Respuesta el nuacutemero de oxidacioacuten del nitroacute-

geno en el nitrato de sodio es +5

4) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten del azufre en

el ion sulfato (S 24Ominus )

Datos S 24Ominus nuacutemero de oxidacioacuten del O2

es 2

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de S

Resolucioacuten La suma de los nuacutemeros de

oxidacioacuten es igual a 2 porque el ion sulfato

tiene dos cargas negativas (2-)

x + 4(-2) = -2

x 8 = -2

x = 6

98

Respuesta El nuacutemero de oxidacioacuten del azu-

fre en el ion sulfato es +6

99

Ejercicios 1212

1) Dibujaacute los siacutembolos de Lewis para los aacutetomos

de

a) He b) Al c) Si d) Ar e) N

2) iquestCoacutemo adquiere la distribucioacuten electroacutenica del

ineacutertido maacutes cercano cada uno de los siguien-

tes aacutetomos

a) K b)

F c)

S d) Mg e)

Br

3) Escribiacute las ecuaciones ioacutenicas la foacutermula elec-

troacutenica y la foacutermula miacutenima del compuesto

ioacutenico formado por

a) K y Br (bromuro de potasio)

b) Ca y O (oacutexido de calcio)

4) Marcaacute con una X las propiedades correspon-

dientes a las sustancias que presentan uniones

ioacutenicas

100

a) Son soacutelidas y tienen bajo punto de fusioacuten ( )

b) Conducen la corriente eleacutectrica fundidas o di-

sueltas en agua ( )

c) Tienen brillo metaacutelico ( )

d) Forman cristales duros y quebradizos solubles

en agua ( )

e) No conducen la corriente eleacutectrica ( )

5) Explicaacute coacutemo se unen dos aacutetomos de bromo

para formar la moleacutecula Br2 y escribiacute su

foacutermula electroacutenica y su foacutermula desarrollada

6) La foacutermula del monoacutexido de dicloro es Cl2O

a) Indicaacute queacute tipo de unioacuten existe entre el cloro y

el oxiacutegeno

b) Escribiacute su foacutermula electroacutenica y su foacutermula

desarrollada

7) El azufre y el oxiacutegeno forman dos oacutexidos

importantes el dioacutexido de azufre (SO2) y el

101

trioacutexido de azufre (SO3) Para el trioacutexido de

azufre

a) Indicaacute queacute tipo de unioacuten existe entre el azufre

y los tres aacutetomos de oxiacutegeno

b) Escribiacute la foacutermula electroacutenica

c) Escribiacute la foacutermula desarrollada

8) Marcaacute 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

liacutequidas o soacutelidas ( )

c) Son duacutectiles y maleables ( )

d) No forman moleacuteculas son agregados de

iones ( )

e) No son buenas conductoras de la corriente

eleacutectrica ( )

102

9) Coloque en el pareacutentesis UCP si la unioacuten es

covalente polar y UCNP si es covalento no

polar en cada una de las siguientes sustancias

a) cloruro de hidroacutegeno HCl ( )

b) Hidroacutegeno H2 ( )

c) yodo l2 ( )

10) Escribiacute la foacutermula electroacutenica y la foacutermula

desarrollada de cada una de las sustancias

mencionadas en el ejercicio 9

11) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten

a) del azufre (S)en el dioacutexido de azufre (SO2) en

el trioacutexido de azufre (SO3) y en el sulfuro de

sodio (Na2S)

b) del nitroacutegeno (N) en el dioacutexido de nitroacutegeno

(NO2) en el aacutecido niacutetrico (HNO3) y en el ni-

trato de potasio (KNO3)

12) Marcaacute con una X las propiedades que se expli-

can en el concepto de unioacuten metaacutelica

103

a) Tienen bajo punto de fusioacuten y de

ebullicioacuten ( )

b) Tienen brillo metaacutelico ( )

c) Conducen la corriente eleacutectrica sin

alterarse ( )

d) En estado soacutelido son malos conductores de la

corriente eleacutectrica ( )

e) Forman hilos y laacuteminas delgadas ( )

104

Hoja de respuestas 1212

1) a) He b) Al c)

Si d)

Ar e)

N

2) a) cede un electroacuten d) cede electrones c)

gana dos electrones b) y e) gana un electroacuten

3) a) Ecuaciones ioacutenicas

K K1+ + 1 e

Br + 1 e Br1-

K1+ + Br- KBr

Foacutermula electroacutenica K1+minus

1

Br

Foacutermula miacutenima KBr

b) Ecuaciones ioacutenicas

Ca Ca 2+ + 2 e

O + 2 e O2-

Ca2+ + O2- CaO

Foacutermula electroacutenica Ca2+ minus

2

O

105

Foacutermula miacutenima CaO

4) b y d

5) se unen compartiendo un par de electrones

6) a) unioacuten covalente

b) foacutermula electroacutenica

Cl

O

Cl

foacutermula desarrollada Cl O Cl

7) a) una unioacuten covalente doble entre el azufre y

uno de los aacutetomos de oxiacutegeno dos uniones cova-

lentes coordinadas con los otros dos aacutetomos de

oxiacutegeno

b) Foacutermula electroacutenica

Foacutermula desarrollada

106

8) a b y e

9) a) UCP y c) UCNP

10) Foacutermula electroacutenica Foacutermula desarrollada

a) H

Cl H Cl

b) HH H H

c)

I

I l I

11) a) +4 +6 -2 b) +4 +5 +5

12) b c y e

  • RADIACTIVIDAD
    • IacuteNDICE
      • 1 RADIACTIVIDAD NATURAL
      • 2 RELACIOacuteN ENTRE LA LEY DE LAVOISIER Y LA DE EINSTEIN
      • 3 INTERACCIONES ENTRE AacuteTOMOS Y ONDAS
      • 4 PODER DE PENETRACIOacuteN DE LA RADIACIOacuteN
      • 5 VIDA MEDIA
      • 6 RADIACTIVIDAD ARTIFICIAL
      • 7 USOS DE LOS RADIOISOacuteTOPOS
      • 8 MEDICINA NUCLEAR
      • 9 FECHADO POR MEDIO DE RADIOISOacuteTOPOS
      • 10 PLANTAS DE ENERGIacuteA NUCLEAR
      • 11 BOMBA ATOacuteMICA
      • 12 EFECTOS DE UNA EXPLOSIOacuteN NUCLEAR
        • Ejercicios 12
        • Ejercicios 121
        • Hoja de respuestas121
        • Ejercicios 1211
        • Ejercicios 1212
        • Hoja de respuestas 1212

38

7 USOS DE LOS RADIOISOacuteTOPOS

Muchas de las aplicaciones de la energiacutea

de la radiacioacuten se realizan a traveacutes de los

radioisoacutetopos

Gracias a ellos y a los detectores se evitan

grandes perdidas materiales y se ahorra

grandes esfuerzos

Los cientiacuteficos que trabajan en una amplia va-

riedad de campos emplean isoacutetopos radiactivos

(radioisoacutetopos) como rastreadores en sistemas

fiacutesicos quiacutemicos y bioloacutegicos Los isoacutetopos de un

elemento determinado sea radiactivo o no se

39

comportan de manera casi ideacutentica en los proce-

sos quiacutemicos y fiacutesicos En virtud de la facilidad

para detectar los isoacutetopos radiactivos es relativa-

mente faacutecil seguir sus movimientos incluso en un

sistema complicado

Como un ejemplo sencillo consideremos el

flujo de un liacutequido por una tuberiacutea Supongamos

que hay una fuga en una tuberiacutea enterrada bajo un

piso de concreto Podriacuteamos localizar la fuga le-

vantando partes extensas del piso o bien podriacutea-

mos agregar una pequentildea cantidad de material

radiactivo al liacutequido que va hacia el drenaje y ras-

trear el flujo de liacutequido con un contador Geiger

(un instrumento que detecta la radiactividad) Una

vez localizada la fuga soacutelo habriacutea que levantar una

parte pequentildea del piso para reparar la fuga Por lo

general se emplean para este propoacutesito isoacutetopos

de vida corta que desaparecen poco tiempo des-

pueacutes de realizar su funcioacuten

Anaacutelogamente podriacuteamos rastrear la incorpo-

racioacuten de foacutesforo en una planta verde La planta se

40

alimenta con un fertilizante que contiene foacutesforo

radiactivo Un meacutetodo sencillo de deteccioacuten con-

siste en colocar la planta sobre una peliacutecula foto-

graacutefica La radiacioacuten que emiten los isoacutetopos de

foacutesforo expone la peliacutecula en gran medida como

lo hace la luz Este tipo de exposicioacuten llamado

radiografiacutea muestra la distribucioacuten del foacutesforo en

la planta

Tambieacuten se da un buen uso a los rastreadores

radiactivos en la investigacioacuten agriacutecola Estos isoacute-

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 cuaacuteles son los mejores meacutetodos para

regular los insectos La mutacioacuten intencional de

plantas por irradiacioacuten ha producido nuevas y

mejores cepas de plantas de cultivo con valor co-

mercial desde raacutebanos hasta maniacute

Los radioisoacutetopos se emplean tambieacuten para

irradiar alimentos como meacutetodo de conservacioacuten

La radiacioacuten destruye los microorganismos que

41

causan la descomposicioacuten de los alimentos Los

alimentos irradiados muestran poco cambio en

cuanto a su saber o aspecto A muchas personas

les inquietan los posibles efectos dantildeinos de las

sustancias quiacutemicas que produce la radiacioacuten pero

no hay pruebas contundentes de dantildeos causados

por alimentos irradiados en animales de laborato-

rio alimentados con ellos y tampoco se conocen

efectos adversos en seres humanos en los paiacuteses

donde la irradiacioacuten se ha utilizado por muchos

antildeos El proceso de esterilizacioacuten no deja irradia-

cioacuten residual en los alimentos

Los radioisoacutetopos han sido empleados exten-

samente en la investigacioacuten cientiacutefica baacutesica El

mecanismo de la fotosiacutentesis se dilucidoacute en gran

parte utilizando carbono 14 como rastreador Por

ejemplo para determinar coacutemo fabrican las plan-

tas el azuacutecar glucosa a partir de dioacutexido de carbo-

no y agua la planta se expone a dioacutexido de carbo-

no radiactivo El investigador identifica los com-

puestos que se forman a partir de estas materias

42

primas y el orden en el que se sintetizan y despueacutes

determina cuaacuteles compuestos se tornan radiactivos

y en queacute secuencia Con base en los dates obteni-

dos de experimentos con rastreadores los cientiacutefi-

cos determinan las rutas metaboacutelicas de plantas

animales y seres humanos

43

8 MEDICINA NUCLEAR

La medicina nuclear ha generado tra-

tamientos y terapias inimaginables

antes de su descubrimiento

En el diagnostico generoacute meacutetodos no

invasivos que evitan a los paciente

tanto sufrimientos como peacuterdidas de

tiempo

En medicina nuclear se dan dos usos distintos

a los radioisoacutetopos para fines terapeacuteuticos o para

realizar un diagnoacutestico En la terapia con radiacioacuten

se intenta tratar o curar un padecimiento por

44

medio de radiacioacuten El uso de los radioisoacutetopos

con fines de diagnoacutestico busca obtener informa-

cioacuten acerca del estado de salud del paciente

TERAPIA POR RADIACIOacuteN

El caacutencer no es una sola enfermedad sino

muchas Algunas formas de caacutencer son particu-

larmente susceptibles a la terapia por radiacioacuten La

radiacioacuten se dirige cuidadosamente hacia el tejido

canceroso y se reduce al miacutenimo la exposicioacuten de

las ceacutelulas normales Si los efectos destructivos de

la radiacioacuten consiguen matar las ceacutelulas cancero-

sas se detiene el avance del tumor maligno (Pero

los pacientes que se someten a terapia por radia-

cioacuten suelen experimentar malestares a causa del

tratamiento Naacuteusea y voacutemito son los siacutentomas

usuales del malestar por radiacioacuten Asiacute pues el

objetivo de la terapia por radiacioacuten es destruir las

ceacutelulas cancerosas antes de que se cause un dantildeo

excesivo a los tejidos sanos La radiacioacuten tiene

45

efectos maacutes letales para las ceacutelulas que se reprodu-

cen con rapidez y eacutesta es precisamente la caracte-

riacutestica de las ceacutelulas cancerosas que permite que la

terapia por radiacioacuten tenga eacutexito

USOS DIAGNOacuteSTICOS DE LOS RADIOISOacuteTOPOS

Los radioisoacutetopos se usan para fines diagnoacutes-

ticos con el propoacutesito de obtener informacioacuten

acerca del tipo o el alcance de la enfermedad El

yodo 131 radiactivo se emplea para determinar el

tamantildeo la forma y la actividad de la glaacutendula ti-

roides asiacute como para tratar caacutenceres localizados

en esta glaacutendula y para controlar una tiroides hi-

peractiva Primero el paciente toma una solucioacuten

de yoduro de potasio que contiene yodo 131 El

organismo concentra el yodo en la tiroides Se

usan dosis grandes para el tratamiento del caacutencer

de la tiroides la radiacioacuten del isoacutetopo se concentra

en las ceacutelulas cancerosas de esta glaacutendula auacuten

cuando las ceacutelulas cancerosas se hayan extendido a

46

otras partes del cuerpo Sin embargo para fines de

diagnoacutestico soacutelo se necesita una pequentildea cantidad

del radioisoacutetopo Tambieacuten 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-

poracioacuten diferencial del isoacutetopo La imagen que

se obtiene se describe como una fotoexploracioacuten

y permite determinar con precisioacuten la ubicacioacuten de

un tumor en esa regioacuten del cuerpo

El radioisoacutetopo de uso maacutes extendido en medicina

es el gadolinio 153 Este isoacutetopo se emplea para

evaluar la mineralizacioacuten de los huesos Su popu-

laridad es un indicio del gran nuacutemero de personas

principalmente mujeres que sufren de osteoporo-

sis (reduccioacuten de la cantidad de tejido oacuteseo) a me-

dida que envejecen El gadolinio 153 emite dos

radiaciones caracteriacutesticas un rayo gamma y un

rayo X Un dispositivo analizador compara estas

radiacioacuten despueacutes de que atraviesan el hueso La

47

densidad del mismo se determina con base en las

diferencias de absorcioacuten de los rayos

El tecnecio 99m se utiliza en diversos ensayos

diagnoacutesticos La letra m quiere decir metaestable

lo que significa que este isoacutetopo emite cierta ener-

giacutea para convertirse en una versioacuten maacutes estable del

mismo isoacutetopo (mismo nuacutemero atoacutemico y mismo

peso atoacutemico) La energiacutea que desprende es el

rayo gamma que permite detectar el isoacutetopo

Tcm9943 Tc99

43 + y

Observa que la desintegracioacuten del tecnecio

99m no produce partiacuteculas alfa ni beta las cuales

podriacutean causar dantildeos innecesarios al organismo

Ademaacutes el tecnecio 99m tiene una vida media cor-

ta (alrededor de 6 h) lo que significa que la radiac-

tividad no permanece en el organismo mucho

tiempo despueacutes de que la exploracioacuten se ha com-

pletado Esta vida media tan corta obliga a planifi-

48

car cuidadosamente el uso del radioisoacutetopo De

hecho lo que se adquiere no es el isoacutetopo mismo

El tecnecio 99m se forma por desintegracioacuten del

molibdeno 99

Mo9942 Tcm99

43 + e01minus + y

Se emplea un recipiente que contiene este isoacute-

topo de molibdeno y el producto de desintegra-

cioacuten el tecnecio 99 se extrae del recipiente a

medida que se necesita

Mediante el uso de modernas tecnologiacuteas ba-

sadas en la utilizacioacuten de computadoras la tomo-

grafiacutea por emisioacuten de positrones (PET por sus

siglas en ingleacutes) permite medir los procesos dinaacute-

micos que se llevan a cabo en el organismo como

el flujo sanguiacuteneo o la rapidez con la que se meta-

boliza el oxiacutegeno o la glucosa Las exploraciones

de PET se emplean actualmente para identificar

con precisioacuten el aacuterea de dantildeo cerebral que desen-

49

cadena los ataques epileacutepticos graves Antes de la

exploracioacuten se inhalan o se inyectan compuestos

que contienen isoacutetopos emisores de positrones

como el carbono 11 Antes de que el positroacuten

emitido pueda recorrer una distancia apreciable en

el cuerpo se topa con un electroacuten (en toda la ma-

teria ordinaria abundan los electrones) y se produ-

cen dos rayos gamma

C116 B11

5 + e01+

e01+ + e0

1minus 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 simultaacuteneamente

dos rayos gamma el sistema no toma en cuenta

los rayos gamma de la radiacioacuten natural de fondo

A continuacioacuten se emplea una computadora para

calcular la ubicacioacuten dentro del cuerpo del punto

50

en el cual ocurrioacute una aniquilacioacuten del positroacuten y

el electroacuten y se genera una imagen en esa regioacuten

La tabla contiene una lista de radioisoacutetopos de

uso comuacuten en la medicina La lista es necesaria-

mente incompleta Incluso con esta exposicioacuten tan

breve puedes hacerte una idea de la importancia

que los radioisoacutetopos tienen en la medicina La

aseveracioacuten de que la ciencia nuclear ha salvado

maacutes vidas de las destruidas por las bombas atoacutemi-

cas no carece el fundamento

51

Isoacutetopo Nombre Vida me-

dia Uso

C11 Carbono 11 203m Exploraciones cere-

brales

Cr51 Cromo 51 278d Determinacioacuten

del volumen sanguiacute-

neo

Co57 Cobalto 57 270d Medicioacuten de la

incorporacioacuten de

vitamina v12

Co60 Cobalto 60 526a Terapia de caacutencer

por radiacioacuten

Gd153 Gadolinio

153

242d Determinacioacuten

de la densidad oacutesea

Ga67 Galio 67 781h Exploracioacuten en

busca de tumores

pulmonares

I131 Yodo 131 807d Terapia de la ti-

roides

Ir192 Iridio 192 74d Terapia del caacuten-

cer de mamaacute

Fe59 Hierro 59 45d Deteccioacuten de

anemia

52

P32 Foacutesforo 32 143d Deteccioacuten de

caacutencer de la piel o

tumores oculares

Pu238 Plutonio

238

86a Suministra ener-

giacutea para marcapasos

Ra226 Radio 226 1600a Terapia de caacutencer

por radiacioacuten

Se75 Selenio 75 120d Exploraciones del

paacutencreas

Na24 Sodio 24 150h Localizacioacuten de

obstrucciones en el

flujo sanguiacuteneo

Tc99 Tecnecio 99 60h Obtencioacuten de imaacute-

genes de cerebro hiacutega-

do meacutedula oacutesea rintildeoacuten o

corazoacuten

Tl201 Talio 201 73h Deteccioacuten de pro-

blemas cardiacos con la

prueba de esfuerzo en

rueda de andar

H3 Tritio 123a Determinacioacuten de

agua corporal total

Xe133 Xenoacuten133 527d Obtencioacuten de imaacute-

genes de pulmoacuten

53

9 FECHADO POR MEDIO DE RADIOISOacuteTOPOS

Una de las aplicaciones maacutes in-

creiacutebles de la quiacutemica nuclear es la po-

sibilidad de averiguar la antiguumledad de

los objetos encontrados en las investi-

gaciones arqueoloacutegicas

Se puede usar la vida media de ciertos isoacuteto-

pos para estimar la antiguumledad de rocas y artefac-

tos arqueoloacutegicos El uranio 238 se desintegra con

una vida media de 4500 millones de anos Los

productos iniciales de esta desintegracioacuten tambieacuten

son radiactivos y la descomposicioacuten continuacutea

54

hasta que se forma un isoacutetopo de plomo (plomo

206) Los quiacutemicos pueden estimar la antiguumledad

de una roca determinando las proporciones relati-

vas de uranio 238 y plomo 206 Se ha encontrado

que algunas de las rocas maacutes antiguas de la Tierra

se formaron hace entre 3000 y 4500 millones de

antildeos En las rocas lunares y en meteoritos se ha

determinado una antiguumledad maacutexima de alrededor

de 4500 millones de antildeos Asiacute pues se considera

en general que la Tierra tiene una antiguumledad de

unos 4500 millones de antildeos

FECHADO POR CARBONO 14

En el fechado de artefactos interviene por lo

general un isoacutetopo radiactivo de carbono Se for-

ma carbono 14 en las capas superiores de la at-

moacutesfera por el bombardeo que experimenta el

nitroacutegeno ordinario por parte de los neutrones de

los rayos coacutesmicos

55

N147 + n1

0 C146 + H1

1

Este proceso origina una concentracioacuten cons-

tante de carbono 14 en el CO2 terrestre Las plan-

tas y animales vivos incorporan este isoacutetopo en

sus propias ceacutelulas Sin embargo cuando estos

seres mueren se interrumpe la incorporacioacuten de

carbono 14 y el carbono 14 que hay en el orga-

nismo se desintegra (con una vida media de 5 730

antildeos) a nitroacutegeno 14

Por consiguiente basta con medir la actividad

residual de carbono 14 en un artefacto de origen

vegetal o animal para determinar su antiguumledad

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 antildeos de antiguumle-

dad es decir ha estado muerta durante un tiempo

equivalente a una vida media Anaacutelogamente un

artefacto que muestra el 25 de la actividad de

carbono 14 del material vegetal reciente tiene

56

11460 anos de antiguumledad 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 aquiacute supone que la formacioacuten del isoacutetopo

fue constante a lo largo del tiempo En realidad no

es asiacute Sin embargo aproximadamente para los

uacuteltimos 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

aacuterboles Se han construido curvas de calibracioacuten

que permiten determinar fechas consideradas co-

mo exactas

En teacuterminos generales el meacutetodo de carbono

14 es razonablemente preciso para fechar objetos

de hasta 50000 antildeos de antiguumledad La cantidad

residual del isoacutetopo en los objetos de una antiguumle-

dad mayor que esa es demasiado pequentildea para

hacer una determinacioacuten exacta

El carboacuten de las fogatas de los pueblos anti-

57

guos fechado por determinacioacuten de la actividad

de carbono 14 se usa para estimar la antiguumledad

de otros artefactos encontrados en el mismo em-

plazamiento arqueoloacutegico La teacutecnica de fechado

por carbono 14 se ha usado tambieacuten para detectar

si supuestos artefactos antiguos han sido falsifica-

dos

EL SUDARIO DE TURIacuteN

Probablemente han oiacutedo hablar del sudario de

Turiacuten Se trata de una pieza de tejido de lino muy

antigua de unos 4 metros de largo que muestra la

impresioacuten aproximada de un cuerpo humano

Desde alrededor del antildeo 1350 dC 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-

bricacioacuten del lienzo habiacutea sido cultivado en alguacuten

memento entre los anos de 1260 y 1390 dC Por

58

tanto el lienzo no podriacutea haber existido en tiem-

pos de Cristo A diferencia de los pergaminos del

Mar Muerto para los que el fechado por carbono

14 demostroacute que son registros auteacutenticos de una

civilizacioacuten que existioacute hace unos 2000 antildeos el

sudario de Turiacuten resultoacute ser falso

FECHADO POR TRITIO

El tritio que es el isoacutetopo radiactivo del

hidroacutegeno sirve tambieacuten para fechar Su vida me-

dia de 123 antildeos lo hace uacutetil para fechar objetos de

hasta 100 antildeos de antiguumledad Una aplicacioacuten inte-

resante es el fechado de aguardientes Estas bebi-

das alcohoacutelicas son muy costosas cuando han sido

antildeejadas de 10 a 50 antildeos El fechado por tritio

permite comprobar la veracidad de los anuncios

publicitarios respecto al proceso de antildeejamiento

de las variedades maacutes caras

Hay muchos otros isoacutetopos que permiten es-

timar la antiguumledad de objetos y materiales

59

Isoacutetopo Vida me-

dia

(antildeos)

Periacuteodo de

utilidad Uso

Carbono 14 5730 500 a 50000

antildeos

Carboacuten vege-

tal material

orgaacutenico

Tritio 123 1 a 100 antildeosVinos antildeeja-

dos

Potasio 40 13 x 109 Desde 10000

antildeos

Rocas corteza

terrestre y

lunar

Renio 187 43 x1010 Desde 4 x

107 antildeos Meteoritos

Ranio238 45 x109 Desde 107

antildeos

Rocas corteza

terrestre

60

10 PLANTAS DE ENERGIacuteA NUCLEAR

iquestSabeacutes de doacutende viene esa energiacutea que nosotros usamos tanto Mucha de la energiacutea eleacutectrica es

producida por plantas nucleares de to-do el mundo

La energiacutea nuclear ha dado origen a bombas

muy destructivas y a la nociva precipitacioacuten ra-

diactiva y podriacutea incluso provocar un devastador

invierno nuclear Sin embargo una cantidad mu-

cho mayor de personas han recibido beneficios de

la energiacutea nuclear que las que han sido perjudica-

das por ella El hecho es que existen muchos usos

de la energiacutea nuclear que son sumamente beneacutefi-

61

cos Ya conocemos el uso de isoacutetopos radiactivos

en el diagnoacutestico cliacutenico y en el fechado de obje-

tos de antiguumledad desconocida Otro uso paciacutefico

de la energiacutea nuclear es la generacioacuten de electri-

cidad Una gran parte de la energiacutea eleacutectrica que

se utiliza hoy en diacutea se genera en plantas de ener-

giacutea nuclear

En la actualidad una quinta parte de toda la

electricidad que se produce en Estados Unidos

proviene de plantas de energiacutea nuclear En Euro-

pa la dependencia respecto a la energiacutea nuclear

para la produccioacuten de electricidad es auacuten mayor

En Francia por ejemplo maacutes del 70 de la ener-

giacutea eleacutectrica del paiacutes proviene de plantas nuclea-

res

No es sorprendente que una reaccioacuten que

desprende tanta energiacutea como lo hace la fisioacuten

nuclear se use como fuente de energiacutea para gene-

rar electricidad En las plantas de energiacutea nuclear

se usa el calor obtenido de una reaccioacuten de fisioacuten

62

en cadena controlada para producir vapor de

agua que mueve las turbinas generadoras de elec-

tricidad El combustible nuclear es normalmente

oacutexido de uranio U3O8 enriquecido hasta alrede-

dor de 3 de uranio 235

La energiacutea nuclear es mucho maacutes limpia que la

que se obtiene quemando combustibles foacutesiles

(carboacuten petroacuteleo y gas) no produce cenizas finas

ni holliacuten no forma dioacutexido de carbono que con-

tribuye al efecto de invernadero y al calentamiento

global y no contamina el aire con oacutexidos de azu-

fre y de nitroacutegeno que dan origen a la lluvia aacutecida

Por otra parte emite grandes cantidades de calor

residual en el ambiente y lo que es mucho maacutes

serio produce muchos residuos radiactivos La

eliminacioacuten de todos estos materiales radiactivos

de desecho es uno de los problemas constantes

que se tienen en relacioacuten con las plantas de energiacutea

nuclear

63

11 BOMBA ATOacuteMICA

Todos sabemos los desastres que pue-

den causar la detonacioacuten de una bomba

nuclear

Aquiacute presentamos la explicacioacuten teoacuterica

y coacutemo se pone en praacutectica

COacuteMO FUNCIONA UNA BOMBA NUCLEAR EN LA

TEORIacuteA

El 16 de Julio de 1945 estalloacute la primera bomba

atoacutemica en el campo de pruebas de Trinity cerca

de aacutelamo Gordo (Nuevo Meacutejico) Desde ese pre-

64

ciso instante la historia de la humanidad ha pasado

a una nueva era la era nuclear

Nunca hasta entonces se habiacutean tenido los cono-

cimientos necesarios como para saber que la masa

puede convertirse en grandes cantidades de ener-

giacutea y coacutemo podiacutea realizarse ese proceso hasta

entonces reservado tan soacutelo a las estrellas

La famosa foacutermula de Einstein E = mc2 ha pasa-

do ya ha formar parte de la cultura popular auacuten sin

que en realidad se llegue a saber que implica

Donde E es energiacutea m masa y c la velocidad de la

luz (constante) En esta ecuacioacuten se expresa la

relacioacuten de equivalencia entre masa y energiacutea Por

ejemplo haciendo algunas cuentas se ve que con

un gramo de uranio si se convirtiese totalmente

en energiacutea se obtendriacutean 25 millones de Kw

Aplicado como una bomba nuclear basta decir

que para asolar Hiroshima soacutelo se convirtioacute un

65

gramo de masa (aunque toda la bomba como me-

canismo pesara cuatro toneladas) su potencia fue

de 125 kilotones es decir para igualar su potencia

seriacutean 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 combustibles

de fisioacuten Cuando en un espacio se reuacutene la sufi-

ciente cantidad de materia (denominada masa criacute-

tica) se produce una reaccioacuten en cadena espontaacute-

nea esto es el nuacutecleo de los aacutetomos del material

se divide liberando energiacutea y varios neutrones

raacutepidos que provocan que otros nuacutecleos tam-

bieacuten se dividan y liberen maacutes energiacutea y neutrones

Este proceso se denomina fisioacuten nuclear Sin em-

bargo si la densidad no es suficiente la energiacutea

liberada hace que el material se expanda y se de-

tenga el proceso Para evitar que se pare la reac-

cioacuten se recurre a una materia muy densa de por siacute

(isoacutetopos del uranio y plutonio) que ademaacutes se

comprime de manera muy raacutepida para lograr una

66

altiacutesima densidad que permite que los neutrones

raacutepidos choquen antes con otros nuacutecleos y se

produzcan antes el mayor nuacutemero 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 maacutes energiacutea Para una

explosioacuten de 100 kilotones son necesarias 58 ge-

neraciones las 7 uacuteltimas generan el 999 de la

energiacutea en periodo cortiacutesimo de tiempo Tambieacuten

puede liberarse energiacutea con la fusioacuten en este pro-

ceso los nuacutecleos se unen en vez de separarse pero

se requieren altiacutesimas temperaturas (del orden de

millones de grados) para que este proceso se lleve

a cabo Para esta reaccioacuten se usan aacutetomos ligeros

(maacutes faacuteciles de unir) generalmente hidroacutegeno o

sus isoacutetopos (deuterio y tritio) Para unir dos aacuteto-

mos basta con hacerlos chocar Los protones de

cada aacutetomo 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

67

fusioacuten deben comprimirse fuertemente los nuacute-

cleos y una vez hecho soacutelo podraacuten continuar uni-

dos si pierden un equivalente de la energiacutea que les

hizo apretarse En el caso de usar deuterio y tritio

se libera violentamente un neutroacuten Esta energiacutea

liberada es la que forma una bomba de fusioacuten

tambieacuten denominada bomba H

COMO FUNCIONA UNA BOMBA ATO-MICA EN LA PRACTICA

Sea cual fuere el sistema de funcionamiento de

una bomba nuclear (fusioacuten o fisioacuten) una cantidad

de masa se convierte en energiacutea la potencia soacutelo

depende de la capacidad de la ingenieriacutea para con-

vertir maacutes masa antes de que la reaccioacuten disperse

las moleacuteculas en teoriacutea la potencia es por tanto

ilimitada

Una bomba nuclear consiste baacutesicamente en una

esfera hueca de plutonio que no es lo suficiente-

68

mente densa como para producir una reaccioacuten 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 explosioacuten se disparan los detonado-

res que hacen que el material explosivo estalle de

la manera lo maacutes regular posible para que enviacutee

una onda de choque esfeacuterica hacia el plutonio

Cuando eacutesta impacta contra eacutel lo comprime y re-

duce su volumen empujaacutendolo hacia el centro de

la esfera hasta que alcanza una densidad suficiente

(supercriacutetica) y se dispara el iniciador de neutrones

para comenzar la reaccioacuten en cadena que da lugar

a la explosioacuten nuclear

Las bombas termonucleares de fusioacuten o H nece-

sitan de una gran temperatura para que se puedan

unir los nuacutecleos esto se consigue en el interior de

una explosioacuten de fisioacuten que es el comienzo de

toda bomba H

69

Una vez acabada la reaccioacuten de fusioacuten nos encon-

traremos con una esfera expandida con una tem-

peratura de millones de grados en la que existen

los productos de la fusioacuten (litio e isoacutetopos del

hidroacutegeno) Tal es su velocidad que pueden fun-

dirse unos con otros dando lugar a la reaccioacuten de

fusioacuten Esta reaccioacuten genera maacutes energiacutea que la

anterior y libera gran cantidad de partiacuteculas nu-

cleares pero no es una reaccioacuten en cadena ya que

el propio calor que genera hace que las partiacuteculas

se separen y se expandan en forma de una esfera

de plasma con una temperatura que tan soacutelo expe-

rimenta el universo de manera natural en las estre-

llas En nuestro sol por ejemplo ocurren la fusioacuten

nuclear de hidroacutegeno y helio Pero antes de que la

reaccioacuten se extinga los neutrones generados por

las detonaciones anteriores provocan de nuevo

una reaccioacuten de fusioacuten sobre una camisa de U-

238 pero esta vez mucho mayor que las anterio-

res La potencia de una bomba termonuclear care-

ce de liacutemite una bomba como la de Hiroshima de

70

125 kilotones (un kilotoacuten equivale a 1000 tonela-

das de TNT) se considera dentro de los arsenales

modernos como pequentildea siendo las de un mega-

toacuten (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 la

Segunda Guerra Mundial

Para la construccioacuten de una bomba nuclear nor-

malmente se usa U-235 mezclado con U-238 El

primero no forma parte de la reaccioacuten nuclear

sino que es el segundo el que es fisionable de ma-

nera espontaacutenea emitiendo neutrones que son

absorbidos por el U-235 para evitar que se pro-

duzca de manera accidental la reaccioacuten en cadena

Asiacute el U-235 hace de escudo absorbiendo los neu-

trones del U-238 que es el que produce la detona-

cioacuten 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

71

reactores nucleares a partir del U-238

La desintegracioacuten del uranio en la reaccioacuten en

cadena se produce de manera espontaacutenea para una

masa de 50 Kg si eacuteste elemento es puro El pluto-

nio no es capaz por si solo de comenzar una raacutepi-

da reaccioacuten en cadena de modo que se mezcla de

berilo y polonio dando como resultado un pro-

ducto que aunque no es fisionable por si solo una

pequentildea cantidad actuacutea como catalizador para las

grandes reacciones Asiacute bastan 16 Kg de PU-239

para obtener la masa supercriacutetica y 10 Kg si se

mezcla con U-238

El U-235 es muy difiacutecil de extraer por encontrarse

en la naturaleza muy mezclado con otros com-

puestos Asiacute por cada 25000 toneladas de mineral

de uranio bruto soacutelo se obtienen 50 toneladas de

uranio del que el 993 es U-235 y el resto el

rariacutesimo isoacutetopo U-238 ambos soacutelo se pueden

separar de manera mecaacutenica gracias a la leviacutesima

72

diferencia de peso entre ambos Asiacute el uranio se

mezcla en forma gaseosa con fluor (hexafluoriacutedri-

co) que es impulsado a baja presioacuten hacieacutendolo

pasar por unas caacutemaras que aumentan la concen-

tracioacuten de uranio sensiblemente tras cientos de

pasadas Para una central nuclear la pureza ha de

ser del 2 y para una bomba (teoacutericamente) el

95

Para separar el isoacutetopo se recurre a la centrifuga-

cioacuten del gas siendo el maacutes pesado U-238 despedi-

do hacia el exterior con maacutes fuerza Para obtener

otra vez el uranio separado del gas se recurre a la

separacioacuten magneacutetica

MECANISMOS QUE SUELEN COMPONER UNA

BOMBA NUCLEAR

Los mecanismos que suelen componer una bom-

ba nuclear son los siguientes

73

ALTIacuteMETRO No suele usarse el baromeacutetrico

por verse afectado por las condiciones atmosfeacuteri-

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 seguacuten el tiempo transcu-

rrido en el recorrido puede saberse la altura sin

necesidad de complicar maacutes el sistema para dar

una precisioacuten que en realidad no es importante (2

o 3 m de diferencia no son apreciables maacutes que

en minibombas bastante menores que las de

Hiroshima) siendo la altura normal de detonacioacuten

la de 2000 m

En la praacutectica 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 electroacute-

nicamente para obtener la diferencia de ambas

que es proporcional a la altura Los pulsos suelen

emitirse 120 veces por segundo y alcanzan un

74

rango de 3000 m sobre la tierra y 6000 m sobre

el mar (la reflexioacuten es alliacute mejor) siendo su error

de hasta 15 m

CABEZA DETONADORA Como ya se dijo

estaacute compuesta de una carga explosiva muy bien

calibrada que a la orden del altiacutemetro detona

produciendo una onda de choque uniforme sobre

el elemento radioactivo comprimieacutendolo hasta

alcanzar la masa supercriacutetica

Compantildeiacuteas privadas producen camisas explosivas

que modificadas pueden ser usadas para la fabri-

cacioacuten del objeto que nos ocupa La cantidad de

presioacuten necesaria a aplicar es un secreto por razo-

nes de seguridad aunque se sabe que los explosi-

vos plaacutesticos son ideales sobre todo por su malea-

bilidad y facilidad de manejo

El detonador variacutea si es combustible es uranio o

plutonio

75

DETONADOR DE URANIO La masa total se

divide en dos partes una mayor de forma semies-

feacuterica y coacutencava que se acopla perfectamente con

la otra maacutes pequentildea Como es de suponer ambas

se encuentran separadas hasta el momento de la

detonacioacuten en el que una explosioacuten convencional

dispara la parte pequentildea que impacta contra la

mayor para lograr en un instante la masa supercriacute-

tica

DETONADOR DE PLUTONIO Necesita

una precisioacuten de ingenieriacutea mucho mayor que la

anterior ya que estaacute compuesta de 32 secciones de

plutonio-berilio-polonio todas de igual forma y

posicioacuten distribuidas conceacutentricamente El aspecto

final es parecido al de un baloacuten de fuacutetbol Todas

han de cerrarse simeacutetricamente en una diezmillo-

neacutesima de segundo para conseguir la detonacioacuten

DEFLECTOR DE NEUTRONES Suele ser

U-238 Su funcioacuten es la que ya se explicoacute evitar

76

una reaccioacuten accidental ademaacutes refleja las partiacutecu-

las de vuelta cuando se alcanza la masa supercriacuteti-

ca

ESCUDO PROTECTOR Recibe otros nom-

bres pero su funcioacuten es siempre la de proteger de

la radiacioacuten natural tanto al personal que la maneja

como a los circuitos de la bomba que pueden su-

frir cortocircuitos o puestas en funcionamiento

accidentales

SISTEMA DE ARMADO Es otro sistema maacutes

de seguridad consistente en quitar una parte im-

prescindible de la bomba para evitar detonaciones

accidentales de modo que soacutelo cuando estaacute

proacuteximo su lanzamiento se inserta esta parte Una

analogiacutea seriacutea como si al aparcar nuestro coche le

quitaacuteramos el volante o una bujiacutea asiacute estariacuteamos

seguros de que no nos lo roban porque sin estas

partes el coche no funciona

77

12 EFECTOS DE UNA EXPLOSIOacuteN NUCLEAR

Tenemos frescas en nuestra memo-

ria las imaacutegenes que nos mostroacute la

televisioacuten cuando se produjo el ac-

cidente de Chernobyl

Aquiacute explicamos todas las conse-

cuencias de una detonacioacuten 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

78

bull Radiacioacuten nuclear inicial la altiacutesima

temperatura y la elevada presioacuten que se

genera en el interior de la explosioacuten emi-

ten radiacioacuten en todas las direcciones Esta

se compone de rayos alfa beta y gamma

que son una forma de radiacioacuten electro-

magneacutetica de alta energiacutea que puede causar

la muerte sin que el individuo se de cuenta

de que ha sido irradiado Una explosioacuten de

un megatoacuten (de tamantildeo estaacutendar) matariacutea

a todo ser humano en 15 Km a la redonda

que se encontrase al aire libre

Las partiacuteculas alfa son ideacutenticas a un nuacutecleo de

helio son las que mas larga vida tienen unos mil

antildeos pero su poder de penetracioacuten 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 radiacioacuten Con 45 cm de tierra se

consigue reducir la radiacioacuten veinte veces

Las partiacuteculas beta penetran maacutes siendo suficiente

79

38 cm de pared de ladrillo para reducir a un quin-

to la radiacioacuten (una pared moderna ya espesa se

compone de 1 pie de ladrillo maacutes caacutemara maacutes

aislante maacutes ladrillo hueco y yeso que suele que-

darse en los 37 cm)

Los de maacutes poder de penetracioacuten son las gamma

y por tanto los maacutes peligrosos ya son los que se

introducen en los refugios nucleares auacuten con

grandes espesores de hormigoacuten La uacutenica protec-

cioacuten eficaz es la de interponer grandes masas de

material mejor cuanto maacutes denso siendo el ideal

el plomo ya que pasa por los materiales como la

luz por una tela si esta es maacutes densa mayor canti-

dad de chocaraacute con ella y no la traspasaraacute Para

reducir la dosis a un veinteavo se precisan 30 cm

de hormigoacuten armado

bull Pulso electromagneacutetico La intensa acti-

vidad de los rayos gamma genera mediante

induccioacuten una corriente de alto voltaje so-

80

bre antenas viacuteas feacuterreas tuberiacuteas que des-

truye todas las instalaciones eleacutectricas de

una amplia zona si la explosioacuten se efectuacutea

a gran altura Una detonacioacuten de muchos

kilotones a 200 km sobre Omaha (Ne-

brasca) destruiriacutea todos los circuitos eleacutec-

tricos integrados de toda Norteameacuterica y

parte de Meacutejico y Canadaacute Ante el riesgo

de una detonacioacuten nuclear es conveniente

alejarse de liacuteneas eleacutectricas y viacutea feacuterreas ya

que la corriente inducida puede electrocu-

tarnos

bull Pulso teacutermico al expandirse la bola de

fuego el aire circundante absorbe energiacutea

en forma de rayos X y la irradia en forma

de una luz cegadora y un intensiacutesimo ca-

lor Una bomba de 20 Megatones produci-

riacutea una intensa luz durante 20 segundos y

causariacutea quemaduras de segundo grado a

81

cualquier persona expuesta a 45 Km de

distancia

bull Onda de choque La raacutepida expansioacuten de

la bola de fuego genera una onda de cho-

que como cualquier explosioacuten pero de

una potencia muy superior ya que puede

aplastar o barrer edificios dantildeaacutendolos muy

seriamente o destruyeacutendolos por comple-

to ya que maacutes que empujar por su dura-

cioacuten lo que hace es estrujar Una bomba

de 20 megatones no dejariacutea en un radio de

20 Km maacutes que escombros soacutelo se salva-

riacutean las cimentaciones y construcciones

enterradas

bull Primera lluvia radioactiva o lluvia ra-

diactiva local una explosioacuten de 20 mega-

tones aras de suelo produciriacutea un craacuteter de

183 m de profundidad la elevada tempe-

82

ratura vaporiza todo lo que se encuentra

dentro de la bola de fuego todo se funde

con los materiales radiactivos de la fisioacuten o

fusioacuten y se eleva con el hongo para luego

precipitar en forma de finas cenizas Esto

ocurriraacute durante las 24 h siguientes a la

explosioacuten y afectaraacute a una regioacuten maacutes o

menos amplia para una misma potencia

seguacuten la climatologiacutea El fenoacutemeno se am-

pliacutea considerablemente si la detonacioacuten se

produce cerca del suelo La energiacutea 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 maacutes destructivos los deno-

minados secundarios como incendios en masa

que acabariacutean con los pocos supervivientes y ma-

tariacutean a maacutes que el pulso teacutermico y la onda de

choque

83

Ademaacutes en caso de que se lanzaran muchas

bombas nucleares sus efectos secundarios seriacutean

mucho maacutes 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 10000 mega-

tones miacutenimos para considerar un holocausto

como tal

bull El primero de estos efectos es que la ra-

dioactividad liberada en caso de holocaus-

to penetrariacutea en todos y cada uno de los

seres vivos (y en el mar la tierra y el aire)

Mientras que en dosis altas (seguacuten la espe-

cie) produciriacutea la muerte en otras maacutes ba-

jas los efectos seriacutean de lo maacutes variados

(mutaciones esterilidad)

bull El segundo seriacutea que los materiales im-

pulsados por las detonaciones se elevariacutean

hasta la troposfera donde ocultariacutean la luz

84

del sol durante meses o antildeos haciendo ba-

jar la temperatura de la tierra y alterando la

fotosiacutentesis de los vegetales y el plancton

marino seriacutea el famoso invierno nuclear

Ademaacutes estos materiales radiactivos iriacutean

cayendo durante meses o antildeos convirtieacuten-

dose en una lluvia radiactiva global que

auacuten con menos dosis radiactiva que una

lluvia provocada por una bomba seriacutea

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

antildeos Ese 5 de energiacutea liberada por la

lluvia radiactividad en una bomba es poco

pero en los 10000 megatones de un holo-

causto suponen ya 500 megatones que iraacuten

estallando durante miles de antildeos des-

pueacutes de la cataacutestrofe

85

bull El tercero seriacutea una reduccioacuten en la capa

de ozono producida por el oacutexido de nitroacute-

geno generado por las bolas de fuego de

modo que la radiacioacuten solar que llegase a

la tierra seriacutea mortal Un 70 del ozono

desapareceriacutea en el hemisferio norte y un

40 en el sur siendo necesarios treinta

antildeos para recuperar su estado normal

86

Ejercicios 12

MODELO DE RESOLUCIOacuteN

La distribucioacuten de los electrones de un aacutetomo

en sus niveles y subniveles se puede representar en

forma abreviada de la siguiente manera

a) Un coeficiente que indica el nuacutemero del nivel

de energiacutea (n)

b) Una letra que corresponde al subnivel

c) Un supraiacutendice que sentildeala el nuacutemero de elec-

trones que hay en el subnivel

1H = 1s1

3Li = 1s2 2s1

En razoacuten del entrecruzamiento de subniveles

el orden en que se van completando los subniveles

por energiacutea creciente es el siguiente

87

1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d

4p 5s 4d 5p 6s 4f

5d 6p 7s 5f 6d

7p

Para visualizar la distribucioacuten de los electrones

en orbitales se puede representar cada orbital por

un pequentildeo cuadrado dividido por una diagonal

y cada electroacuten mediante una flecha

Entonces el orbital puede estar

Vaciacuteo incompleto completo

(1 electroacuten) (2 electrones)

En caso del orbital completo las flechas tienen

sentido contrario para indicar que los electrones

presentan spin contrario

El llenado de los orbitales por los electrones

se realiza a partir de los niveles y subniveles en

88

orden creciente de energiacutea Cada nuevo electroacuten se

incorpora a un orbital vaciacuteo

De ese modo los elementos quedan represen-

tados asiacute

1H =

1s

3Li =

1s 2s

7N =

1s 2s 2p

89

Ejercicios 121

1) Un aacutetomo de foacutesforo tiene 15 protones y 16

neutrones Indicaacute cuaacutel es su

a) nuacutemero atoacutemico (Z) b) nuacutemero

de masa (A)

2) Un aacutetomo de potasio tiene Z =19 y A = 39

Indicaacute su nuacutemero de

a) protones b) electrones

c) neutrones

3) Completaacute los datos que faltan en el siguiente

cuadro

90

ELE-

MEN-

TO

NUacute-

MERO

ATOacute-

MICO

NUacute-

MERO

DE

MASA

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) Sentildealaacute el nombre y siacutembolo de los elementos

cuyas configuraciones electroacutenicas 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) Escribiacute la configuracioacuten electroacutenica de los

siguientes elementos

91

a) Na2311 = c) O16

8 =

b) Cl3517 = d) C12

6 =

6) De acuerdo con la siguiente representacioacuten de

los electrones en orbitales indicaacute a queacute ele-

mentos corresponden

a)

b)

c)

d)

7) Representaacute la distribucioacuten de los electrones en

orbitales de los elementos

a) 7N= c) 18Ar =

b) 15AI = d) 19K =

92

Hoja de respuestas121

1) a) 15 b) 31 2) a) 19 b) 19 c) 20

3)

ELE-

MEN-

TO

NUacuteME-

RO

ATOacute-

MICO

NUacute-

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)Argoacuten Ar

d)Escandio Sc

5) a) 1S2 2S2 2p6 3s1

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)middot

94

Ejercicios 1211

Modelo de resolucioacuten

El nuacutemero de oxidacioacuten se asigna seguacuten las si-

guientes reglas

1) El nuacutemero de oxidacioacuten de los elementos en la

sustancia simple es cero

Ejemplo Cu0 02Cl

2) El nuacutemero de oxidacioacuten del oxiacutegeno es 2

excepto en las sustancias como el agua oxige-

nada Ejemplo H2

2Ominus

3) El nuacutemero de oxidacioacuten del hidroacutegeno es +1

excepto en las sustancias donde estaacute combina-

do con los metales Ejemplo 1

H+

2O

4) El nuacutemero de oxidacioacuten de un ion monoatoacute-

mico es igual a la carga del ion Ejemplo Ca2-

Cl-

95

5) En la foacutermula de una sustancia la suma alge-

braica de los nuacutemeros de oxidacioacuten de todos

los aacutetomos debe ser cero Ejemplo 1

H+

2

2Ominus

there42(+1) + (-2) = 0

6) En los iones que tienen maacutes de un aacutetomo la

suma algebraica de los nuacutemeros de oxidacioacuten

de todos los aacutetomos es igual a la carga del ion

El nuacutemero de oxidacioacuten se escribe colocando primero el signo y luego el nuacutemero

Ejemplo el nuacutemero de oxidacioacuten del aluminio es +3

1) Calculaacute los nuacutemeros de oxidacioacuten en la moleacute-

cula de dioacutexido de azufre (SO2)

Datos SO2 nuacutemero de oxidacioacuten del O2

es 2

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de S

Resolucioacuten Cada aacutetomo de oxiacutegeno tiene

nuacutemero de oxidacioacuten 2 por lo tanto el nuacute-

mero de oxidacioacuten del azufre es +4 porque

2(-2) + (+4) = 0

96

2) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten del azufre en

el aacutecido sulfuacuterico (H2SO4)

Datos H2SO2 nuacutemero de oxidacioacuten del

O2 es 2 nuacutemero de oxidacioacuten de H es -1

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de S

Resolucioacuten Se debe cumplir que la suma al-gebraica de todos los nuacutemeros de oxidacioacuten sea cero

4(-2) + 21 + x = 0

-8 + 2 + x = 0

x = 6

Respuesta el nuacutemero de oxidacioacuten del azufre

en el aacutecido sulfuacuterico es +6

3) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten del nitroacutegeno

en el nitrato de sodio (NaNO3)

Datos NaNO3 nuacutemero de oxidacioacuten del

O2 es 2

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de N

97

Resolucioacuten El nuacutemero de oxidacioacuten del

sodio es +1 porque el ion sodio tiene una car-

ga eleacutectrica positiva

+1 + 3(-2) +x = 0

1 6 + x = 0

x = 5

Respuesta el nuacutemero de oxidacioacuten del nitroacute-

geno en el nitrato de sodio es +5

4) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten del azufre en

el ion sulfato (S 24Ominus )

Datos S 24Ominus nuacutemero de oxidacioacuten del O2

es 2

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de S

Resolucioacuten La suma de los nuacutemeros de

oxidacioacuten es igual a 2 porque el ion sulfato

tiene dos cargas negativas (2-)

x + 4(-2) = -2

x 8 = -2

x = 6

98

Respuesta El nuacutemero de oxidacioacuten del azu-

fre en el ion sulfato es +6

99

Ejercicios 1212

1) Dibujaacute los siacutembolos de Lewis para los aacutetomos

de

a) He b) Al c) Si d) Ar e) N

2) iquestCoacutemo adquiere la distribucioacuten electroacutenica del

ineacutertido maacutes cercano cada uno de los siguien-

tes aacutetomos

a) K b)

F c)

S d) Mg e)

Br

3) Escribiacute las ecuaciones ioacutenicas la foacutermula elec-

troacutenica y la foacutermula miacutenima del compuesto

ioacutenico formado por

a) K y Br (bromuro de potasio)

b) Ca y O (oacutexido de calcio)

4) Marcaacute con una X las propiedades correspon-

dientes a las sustancias que presentan uniones

ioacutenicas

100

a) Son soacutelidas y tienen bajo punto de fusioacuten ( )

b) Conducen la corriente eleacutectrica fundidas o di-

sueltas en agua ( )

c) Tienen brillo metaacutelico ( )

d) Forman cristales duros y quebradizos solubles

en agua ( )

e) No conducen la corriente eleacutectrica ( )

5) Explicaacute coacutemo se unen dos aacutetomos de bromo

para formar la moleacutecula Br2 y escribiacute su

foacutermula electroacutenica y su foacutermula desarrollada

6) La foacutermula del monoacutexido de dicloro es Cl2O

a) Indicaacute queacute tipo de unioacuten existe entre el cloro y

el oxiacutegeno

b) Escribiacute su foacutermula electroacutenica y su foacutermula

desarrollada

7) El azufre y el oxiacutegeno forman dos oacutexidos

importantes el dioacutexido de azufre (SO2) y el

101

trioacutexido de azufre (SO3) Para el trioacutexido de

azufre

a) Indicaacute queacute tipo de unioacuten existe entre el azufre

y los tres aacutetomos de oxiacutegeno

b) Escribiacute la foacutermula electroacutenica

c) Escribiacute la foacutermula desarrollada

8) Marcaacute 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

liacutequidas o soacutelidas ( )

c) Son duacutectiles y maleables ( )

d) No forman moleacuteculas son agregados de

iones ( )

e) No son buenas conductoras de la corriente

eleacutectrica ( )

102

9) Coloque en el pareacutentesis UCP si la unioacuten es

covalente polar y UCNP si es covalento no

polar en cada una de las siguientes sustancias

a) cloruro de hidroacutegeno HCl ( )

b) Hidroacutegeno H2 ( )

c) yodo l2 ( )

10) Escribiacute la foacutermula electroacutenica y la foacutermula

desarrollada de cada una de las sustancias

mencionadas en el ejercicio 9

11) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten

a) del azufre (S)en el dioacutexido de azufre (SO2) en

el trioacutexido de azufre (SO3) y en el sulfuro de

sodio (Na2S)

b) del nitroacutegeno (N) en el dioacutexido de nitroacutegeno

(NO2) en el aacutecido niacutetrico (HNO3) y en el ni-

trato de potasio (KNO3)

12) Marcaacute con una X las propiedades que se expli-

can en el concepto de unioacuten metaacutelica

103

a) Tienen bajo punto de fusioacuten y de

ebullicioacuten ( )

b) Tienen brillo metaacutelico ( )

c) Conducen la corriente eleacutectrica sin

alterarse ( )

d) En estado soacutelido son malos conductores de la

corriente eleacutectrica ( )

e) Forman hilos y laacuteminas delgadas ( )

104

Hoja de respuestas 1212

1) a) He b) Al c)

Si d)

Ar e)

N

2) a) cede un electroacuten d) cede electrones c)

gana dos electrones b) y e) gana un electroacuten

3) a) Ecuaciones ioacutenicas

K K1+ + 1 e

Br + 1 e Br1-

K1+ + Br- KBr

Foacutermula electroacutenica K1+minus

1

Br

Foacutermula miacutenima KBr

b) Ecuaciones ioacutenicas

Ca Ca 2+ + 2 e

O + 2 e O2-

Ca2+ + O2- CaO

Foacutermula electroacutenica Ca2+ minus

2

O

105

Foacutermula miacutenima CaO

4) b y d

5) se unen compartiendo un par de electrones

6) a) unioacuten covalente

b) foacutermula electroacutenica

Cl

O

Cl

foacutermula desarrollada Cl O Cl

7) a) una unioacuten covalente doble entre el azufre y

uno de los aacutetomos de oxiacutegeno dos uniones cova-

lentes coordinadas con los otros dos aacutetomos de

oxiacutegeno

b) Foacutermula electroacutenica

Foacutermula desarrollada

106

8) a b y e

9) a) UCP y c) UCNP

10) Foacutermula electroacutenica Foacutermula desarrollada

a) H

Cl H Cl

b) HH H H

c)

I

I l I

11) a) +4 +6 -2 b) +4 +5 +5

12) b c y e

  • RADIACTIVIDAD
    • IacuteNDICE
      • 1 RADIACTIVIDAD NATURAL
      • 2 RELACIOacuteN ENTRE LA LEY DE LAVOISIER Y LA DE EINSTEIN
      • 3 INTERACCIONES ENTRE AacuteTOMOS Y ONDAS
      • 4 PODER DE PENETRACIOacuteN DE LA RADIACIOacuteN
      • 5 VIDA MEDIA
      • 6 RADIACTIVIDAD ARTIFICIAL
      • 7 USOS DE LOS RADIOISOacuteTOPOS
      • 8 MEDICINA NUCLEAR
      • 9 FECHADO POR MEDIO DE RADIOISOacuteTOPOS
      • 10 PLANTAS DE ENERGIacuteA NUCLEAR
      • 11 BOMBA ATOacuteMICA
      • 12 EFECTOS DE UNA EXPLOSIOacuteN NUCLEAR
        • Ejercicios 12
        • Ejercicios 121
        • Hoja de respuestas121
        • Ejercicios 1211
        • Ejercicios 1212
        • Hoja de respuestas 1212

39

comportan de manera casi ideacutentica en los proce-

sos quiacutemicos y fiacutesicos En virtud de la facilidad

para detectar los isoacutetopos radiactivos es relativa-

mente faacutecil seguir sus movimientos incluso en un

sistema complicado

Como un ejemplo sencillo consideremos el

flujo de un liacutequido por una tuberiacutea Supongamos

que hay una fuga en una tuberiacutea enterrada bajo un

piso de concreto Podriacuteamos localizar la fuga le-

vantando partes extensas del piso o bien podriacutea-

mos agregar una pequentildea cantidad de material

radiactivo al liacutequido que va hacia el drenaje y ras-

trear el flujo de liacutequido con un contador Geiger

(un instrumento que detecta la radiactividad) Una

vez localizada la fuga soacutelo habriacutea que levantar una

parte pequentildea del piso para reparar la fuga Por lo

general se emplean para este propoacutesito isoacutetopos

de vida corta que desaparecen poco tiempo des-

pueacutes de realizar su funcioacuten

Anaacutelogamente podriacuteamos rastrear la incorpo-

racioacuten de foacutesforo en una planta verde La planta se

40

alimenta con un fertilizante que contiene foacutesforo

radiactivo Un meacutetodo sencillo de deteccioacuten con-

siste en colocar la planta sobre una peliacutecula foto-

graacutefica La radiacioacuten que emiten los isoacutetopos de

foacutesforo expone la peliacutecula en gran medida como

lo hace la luz Este tipo de exposicioacuten llamado

radiografiacutea muestra la distribucioacuten del foacutesforo en

la planta

Tambieacuten se da un buen uso a los rastreadores

radiactivos en la investigacioacuten agriacutecola Estos isoacute-

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 cuaacuteles son los mejores meacutetodos para

regular los insectos La mutacioacuten intencional de

plantas por irradiacioacuten ha producido nuevas y

mejores cepas de plantas de cultivo con valor co-

mercial desde raacutebanos hasta maniacute

Los radioisoacutetopos se emplean tambieacuten para

irradiar alimentos como meacutetodo de conservacioacuten

La radiacioacuten destruye los microorganismos que

41

causan la descomposicioacuten de los alimentos Los

alimentos irradiados muestran poco cambio en

cuanto a su saber o aspecto A muchas personas

les inquietan los posibles efectos dantildeinos de las

sustancias quiacutemicas que produce la radiacioacuten pero

no hay pruebas contundentes de dantildeos causados

por alimentos irradiados en animales de laborato-

rio alimentados con ellos y tampoco se conocen

efectos adversos en seres humanos en los paiacuteses

donde la irradiacioacuten se ha utilizado por muchos

antildeos El proceso de esterilizacioacuten no deja irradia-

cioacuten residual en los alimentos

Los radioisoacutetopos han sido empleados exten-

samente en la investigacioacuten cientiacutefica baacutesica El

mecanismo de la fotosiacutentesis se dilucidoacute en gran

parte utilizando carbono 14 como rastreador Por

ejemplo para determinar coacutemo fabrican las plan-

tas el azuacutecar glucosa a partir de dioacutexido de carbo-

no y agua la planta se expone a dioacutexido de carbo-

no radiactivo El investigador identifica los com-

puestos que se forman a partir de estas materias

42

primas y el orden en el que se sintetizan y despueacutes

determina cuaacuteles compuestos se tornan radiactivos

y en queacute secuencia Con base en los dates obteni-

dos de experimentos con rastreadores los cientiacutefi-

cos determinan las rutas metaboacutelicas de plantas

animales y seres humanos

43

8 MEDICINA NUCLEAR

La medicina nuclear ha generado tra-

tamientos y terapias inimaginables

antes de su descubrimiento

En el diagnostico generoacute meacutetodos no

invasivos que evitan a los paciente

tanto sufrimientos como peacuterdidas de

tiempo

En medicina nuclear se dan dos usos distintos

a los radioisoacutetopos para fines terapeacuteuticos o para

realizar un diagnoacutestico En la terapia con radiacioacuten

se intenta tratar o curar un padecimiento por

44

medio de radiacioacuten El uso de los radioisoacutetopos

con fines de diagnoacutestico busca obtener informa-

cioacuten acerca del estado de salud del paciente

TERAPIA POR RADIACIOacuteN

El caacutencer no es una sola enfermedad sino

muchas Algunas formas de caacutencer son particu-

larmente susceptibles a la terapia por radiacioacuten La

radiacioacuten se dirige cuidadosamente hacia el tejido

canceroso y se reduce al miacutenimo la exposicioacuten de

las ceacutelulas normales Si los efectos destructivos de

la radiacioacuten consiguen matar las ceacutelulas cancero-

sas se detiene el avance del tumor maligno (Pero

los pacientes que se someten a terapia por radia-

cioacuten suelen experimentar malestares a causa del

tratamiento Naacuteusea y voacutemito son los siacutentomas

usuales del malestar por radiacioacuten Asiacute pues el

objetivo de la terapia por radiacioacuten es destruir las

ceacutelulas cancerosas antes de que se cause un dantildeo

excesivo a los tejidos sanos La radiacioacuten tiene

45

efectos maacutes letales para las ceacutelulas que se reprodu-

cen con rapidez y eacutesta es precisamente la caracte-

riacutestica de las ceacutelulas cancerosas que permite que la

terapia por radiacioacuten tenga eacutexito

USOS DIAGNOacuteSTICOS DE LOS RADIOISOacuteTOPOS

Los radioisoacutetopos se usan para fines diagnoacutes-

ticos con el propoacutesito de obtener informacioacuten

acerca del tipo o el alcance de la enfermedad El

yodo 131 radiactivo se emplea para determinar el

tamantildeo la forma y la actividad de la glaacutendula ti-

roides asiacute como para tratar caacutenceres localizados

en esta glaacutendula y para controlar una tiroides hi-

peractiva Primero el paciente toma una solucioacuten

de yoduro de potasio que contiene yodo 131 El

organismo concentra el yodo en la tiroides Se

usan dosis grandes para el tratamiento del caacutencer

de la tiroides la radiacioacuten del isoacutetopo se concentra

en las ceacutelulas cancerosas de esta glaacutendula auacuten

cuando las ceacutelulas cancerosas se hayan extendido a

46

otras partes del cuerpo Sin embargo para fines de

diagnoacutestico soacutelo se necesita una pequentildea cantidad

del radioisoacutetopo Tambieacuten 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-

poracioacuten diferencial del isoacutetopo La imagen que

se obtiene se describe como una fotoexploracioacuten

y permite determinar con precisioacuten la ubicacioacuten de

un tumor en esa regioacuten del cuerpo

El radioisoacutetopo de uso maacutes extendido en medicina

es el gadolinio 153 Este isoacutetopo se emplea para

evaluar la mineralizacioacuten de los huesos Su popu-

laridad es un indicio del gran nuacutemero de personas

principalmente mujeres que sufren de osteoporo-

sis (reduccioacuten de la cantidad de tejido oacuteseo) a me-

dida que envejecen El gadolinio 153 emite dos

radiaciones caracteriacutesticas un rayo gamma y un

rayo X Un dispositivo analizador compara estas

radiacioacuten despueacutes de que atraviesan el hueso La

47

densidad del mismo se determina con base en las

diferencias de absorcioacuten de los rayos

El tecnecio 99m se utiliza en diversos ensayos

diagnoacutesticos La letra m quiere decir metaestable

lo que significa que este isoacutetopo emite cierta ener-

giacutea para convertirse en una versioacuten maacutes estable del

mismo isoacutetopo (mismo nuacutemero atoacutemico y mismo

peso atoacutemico) La energiacutea que desprende es el

rayo gamma que permite detectar el isoacutetopo

Tcm9943 Tc99

43 + y

Observa que la desintegracioacuten del tecnecio

99m no produce partiacuteculas alfa ni beta las cuales

podriacutean causar dantildeos innecesarios al organismo

Ademaacutes el tecnecio 99m tiene una vida media cor-

ta (alrededor de 6 h) lo que significa que la radiac-

tividad no permanece en el organismo mucho

tiempo despueacutes de que la exploracioacuten se ha com-

pletado Esta vida media tan corta obliga a planifi-

48

car cuidadosamente el uso del radioisoacutetopo De

hecho lo que se adquiere no es el isoacutetopo mismo

El tecnecio 99m se forma por desintegracioacuten del

molibdeno 99

Mo9942 Tcm99

43 + e01minus + y

Se emplea un recipiente que contiene este isoacute-

topo de molibdeno y el producto de desintegra-

cioacuten el tecnecio 99 se extrae del recipiente a

medida que se necesita

Mediante el uso de modernas tecnologiacuteas ba-

sadas en la utilizacioacuten de computadoras la tomo-

grafiacutea por emisioacuten de positrones (PET por sus

siglas en ingleacutes) permite medir los procesos dinaacute-

micos que se llevan a cabo en el organismo como

el flujo sanguiacuteneo o la rapidez con la que se meta-

boliza el oxiacutegeno o la glucosa Las exploraciones

de PET se emplean actualmente para identificar

con precisioacuten el aacuterea de dantildeo cerebral que desen-

49

cadena los ataques epileacutepticos graves Antes de la

exploracioacuten se inhalan o se inyectan compuestos

que contienen isoacutetopos emisores de positrones

como el carbono 11 Antes de que el positroacuten

emitido pueda recorrer una distancia apreciable en

el cuerpo se topa con un electroacuten (en toda la ma-

teria ordinaria abundan los electrones) y se produ-

cen dos rayos gamma

C116 B11

5 + e01+

e01+ + e0

1minus 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 simultaacuteneamente

dos rayos gamma el sistema no toma en cuenta

los rayos gamma de la radiacioacuten natural de fondo

A continuacioacuten se emplea una computadora para

calcular la ubicacioacuten dentro del cuerpo del punto

50

en el cual ocurrioacute una aniquilacioacuten del positroacuten y

el electroacuten y se genera una imagen en esa regioacuten

La tabla contiene una lista de radioisoacutetopos de

uso comuacuten en la medicina La lista es necesaria-

mente incompleta Incluso con esta exposicioacuten tan

breve puedes hacerte una idea de la importancia

que los radioisoacutetopos tienen en la medicina La

aseveracioacuten de que la ciencia nuclear ha salvado

maacutes vidas de las destruidas por las bombas atoacutemi-

cas no carece el fundamento

51

Isoacutetopo Nombre Vida me-

dia Uso

C11 Carbono 11 203m Exploraciones cere-

brales

Cr51 Cromo 51 278d Determinacioacuten

del volumen sanguiacute-

neo

Co57 Cobalto 57 270d Medicioacuten de la

incorporacioacuten de

vitamina v12

Co60 Cobalto 60 526a Terapia de caacutencer

por radiacioacuten

Gd153 Gadolinio

153

242d Determinacioacuten

de la densidad oacutesea

Ga67 Galio 67 781h Exploracioacuten en

busca de tumores

pulmonares

I131 Yodo 131 807d Terapia de la ti-

roides

Ir192 Iridio 192 74d Terapia del caacuten-

cer de mamaacute

Fe59 Hierro 59 45d Deteccioacuten de

anemia

52

P32 Foacutesforo 32 143d Deteccioacuten de

caacutencer de la piel o

tumores oculares

Pu238 Plutonio

238

86a Suministra ener-

giacutea para marcapasos

Ra226 Radio 226 1600a Terapia de caacutencer

por radiacioacuten

Se75 Selenio 75 120d Exploraciones del

paacutencreas

Na24 Sodio 24 150h Localizacioacuten de

obstrucciones en el

flujo sanguiacuteneo

Tc99 Tecnecio 99 60h Obtencioacuten de imaacute-

genes de cerebro hiacutega-

do meacutedula oacutesea rintildeoacuten o

corazoacuten

Tl201 Talio 201 73h Deteccioacuten de pro-

blemas cardiacos con la

prueba de esfuerzo en

rueda de andar

H3 Tritio 123a Determinacioacuten de

agua corporal total

Xe133 Xenoacuten133 527d Obtencioacuten de imaacute-

genes de pulmoacuten

53

9 FECHADO POR MEDIO DE RADIOISOacuteTOPOS

Una de las aplicaciones maacutes in-

creiacutebles de la quiacutemica nuclear es la po-

sibilidad de averiguar la antiguumledad de

los objetos encontrados en las investi-

gaciones arqueoloacutegicas

Se puede usar la vida media de ciertos isoacuteto-

pos para estimar la antiguumledad de rocas y artefac-

tos arqueoloacutegicos El uranio 238 se desintegra con

una vida media de 4500 millones de anos Los

productos iniciales de esta desintegracioacuten tambieacuten

son radiactivos y la descomposicioacuten continuacutea

54

hasta que se forma un isoacutetopo de plomo (plomo

206) Los quiacutemicos pueden estimar la antiguumledad

de una roca determinando las proporciones relati-

vas de uranio 238 y plomo 206 Se ha encontrado

que algunas de las rocas maacutes antiguas de la Tierra

se formaron hace entre 3000 y 4500 millones de

antildeos En las rocas lunares y en meteoritos se ha

determinado una antiguumledad maacutexima de alrededor

de 4500 millones de antildeos Asiacute pues se considera

en general que la Tierra tiene una antiguumledad de

unos 4500 millones de antildeos

FECHADO POR CARBONO 14

En el fechado de artefactos interviene por lo

general un isoacutetopo radiactivo de carbono Se for-

ma carbono 14 en las capas superiores de la at-

moacutesfera por el bombardeo que experimenta el

nitroacutegeno ordinario por parte de los neutrones de

los rayos coacutesmicos

55

N147 + n1

0 C146 + H1

1

Este proceso origina una concentracioacuten cons-

tante de carbono 14 en el CO2 terrestre Las plan-

tas y animales vivos incorporan este isoacutetopo en

sus propias ceacutelulas Sin embargo cuando estos

seres mueren se interrumpe la incorporacioacuten de

carbono 14 y el carbono 14 que hay en el orga-

nismo se desintegra (con una vida media de 5 730

antildeos) a nitroacutegeno 14

Por consiguiente basta con medir la actividad

residual de carbono 14 en un artefacto de origen

vegetal o animal para determinar su antiguumledad

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 antildeos de antiguumle-

dad es decir ha estado muerta durante un tiempo

equivalente a una vida media Anaacutelogamente un

artefacto que muestra el 25 de la actividad de

carbono 14 del material vegetal reciente tiene

56

11460 anos de antiguumledad 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 aquiacute supone que la formacioacuten del isoacutetopo

fue constante a lo largo del tiempo En realidad no

es asiacute Sin embargo aproximadamente para los

uacuteltimos 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

aacuterboles Se han construido curvas de calibracioacuten

que permiten determinar fechas consideradas co-

mo exactas

En teacuterminos generales el meacutetodo de carbono

14 es razonablemente preciso para fechar objetos

de hasta 50000 antildeos de antiguumledad La cantidad

residual del isoacutetopo en los objetos de una antiguumle-

dad mayor que esa es demasiado pequentildea para

hacer una determinacioacuten exacta

El carboacuten de las fogatas de los pueblos anti-

57

guos fechado por determinacioacuten de la actividad

de carbono 14 se usa para estimar la antiguumledad

de otros artefactos encontrados en el mismo em-

plazamiento arqueoloacutegico La teacutecnica de fechado

por carbono 14 se ha usado tambieacuten para detectar

si supuestos artefactos antiguos han sido falsifica-

dos

EL SUDARIO DE TURIacuteN

Probablemente han oiacutedo hablar del sudario de

Turiacuten Se trata de una pieza de tejido de lino muy

antigua de unos 4 metros de largo que muestra la

impresioacuten aproximada de un cuerpo humano

Desde alrededor del antildeo 1350 dC 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-

bricacioacuten del lienzo habiacutea sido cultivado en alguacuten

memento entre los anos de 1260 y 1390 dC Por

58

tanto el lienzo no podriacutea haber existido en tiem-

pos de Cristo A diferencia de los pergaminos del

Mar Muerto para los que el fechado por carbono

14 demostroacute que son registros auteacutenticos de una

civilizacioacuten que existioacute hace unos 2000 antildeos el

sudario de Turiacuten resultoacute ser falso

FECHADO POR TRITIO

El tritio que es el isoacutetopo radiactivo del

hidroacutegeno sirve tambieacuten para fechar Su vida me-

dia de 123 antildeos lo hace uacutetil para fechar objetos de

hasta 100 antildeos de antiguumledad Una aplicacioacuten inte-

resante es el fechado de aguardientes Estas bebi-

das alcohoacutelicas son muy costosas cuando han sido

antildeejadas de 10 a 50 antildeos El fechado por tritio

permite comprobar la veracidad de los anuncios

publicitarios respecto al proceso de antildeejamiento

de las variedades maacutes caras

Hay muchos otros isoacutetopos que permiten es-

timar la antiguumledad de objetos y materiales

59

Isoacutetopo Vida me-

dia

(antildeos)

Periacuteodo de

utilidad Uso

Carbono 14 5730 500 a 50000

antildeos

Carboacuten vege-

tal material

orgaacutenico

Tritio 123 1 a 100 antildeosVinos antildeeja-

dos

Potasio 40 13 x 109 Desde 10000

antildeos

Rocas corteza

terrestre y

lunar

Renio 187 43 x1010 Desde 4 x

107 antildeos Meteoritos

Ranio238 45 x109 Desde 107

antildeos

Rocas corteza

terrestre

60

10 PLANTAS DE ENERGIacuteA NUCLEAR

iquestSabeacutes de doacutende viene esa energiacutea que nosotros usamos tanto Mucha de la energiacutea eleacutectrica es

producida por plantas nucleares de to-do el mundo

La energiacutea nuclear ha dado origen a bombas

muy destructivas y a la nociva precipitacioacuten ra-

diactiva y podriacutea incluso provocar un devastador

invierno nuclear Sin embargo una cantidad mu-

cho mayor de personas han recibido beneficios de

la energiacutea nuclear que las que han sido perjudica-

das por ella El hecho es que existen muchos usos

de la energiacutea nuclear que son sumamente beneacutefi-

61

cos Ya conocemos el uso de isoacutetopos radiactivos

en el diagnoacutestico cliacutenico y en el fechado de obje-

tos de antiguumledad desconocida Otro uso paciacutefico

de la energiacutea nuclear es la generacioacuten de electri-

cidad Una gran parte de la energiacutea eleacutectrica que

se utiliza hoy en diacutea se genera en plantas de ener-

giacutea nuclear

En la actualidad una quinta parte de toda la

electricidad que se produce en Estados Unidos

proviene de plantas de energiacutea nuclear En Euro-

pa la dependencia respecto a la energiacutea nuclear

para la produccioacuten de electricidad es auacuten mayor

En Francia por ejemplo maacutes del 70 de la ener-

giacutea eleacutectrica del paiacutes proviene de plantas nuclea-

res

No es sorprendente que una reaccioacuten que

desprende tanta energiacutea como lo hace la fisioacuten

nuclear se use como fuente de energiacutea para gene-

rar electricidad En las plantas de energiacutea nuclear

se usa el calor obtenido de una reaccioacuten de fisioacuten

62

en cadena controlada para producir vapor de

agua que mueve las turbinas generadoras de elec-

tricidad El combustible nuclear es normalmente

oacutexido de uranio U3O8 enriquecido hasta alrede-

dor de 3 de uranio 235

La energiacutea nuclear es mucho maacutes limpia que la

que se obtiene quemando combustibles foacutesiles

(carboacuten petroacuteleo y gas) no produce cenizas finas

ni holliacuten no forma dioacutexido de carbono que con-

tribuye al efecto de invernadero y al calentamiento

global y no contamina el aire con oacutexidos de azu-

fre y de nitroacutegeno que dan origen a la lluvia aacutecida

Por otra parte emite grandes cantidades de calor

residual en el ambiente y lo que es mucho maacutes

serio produce muchos residuos radiactivos La

eliminacioacuten de todos estos materiales radiactivos

de desecho es uno de los problemas constantes

que se tienen en relacioacuten con las plantas de energiacutea

nuclear

63

11 BOMBA ATOacuteMICA

Todos sabemos los desastres que pue-

den causar la detonacioacuten de una bomba

nuclear

Aquiacute presentamos la explicacioacuten teoacuterica

y coacutemo se pone en praacutectica

COacuteMO FUNCIONA UNA BOMBA NUCLEAR EN LA

TEORIacuteA

El 16 de Julio de 1945 estalloacute la primera bomba

atoacutemica en el campo de pruebas de Trinity cerca

de aacutelamo Gordo (Nuevo Meacutejico) Desde ese pre-

64

ciso instante la historia de la humanidad ha pasado

a una nueva era la era nuclear

Nunca hasta entonces se habiacutean tenido los cono-

cimientos necesarios como para saber que la masa

puede convertirse en grandes cantidades de ener-

giacutea y coacutemo podiacutea realizarse ese proceso hasta

entonces reservado tan soacutelo a las estrellas

La famosa foacutermula de Einstein E = mc2 ha pasa-

do ya ha formar parte de la cultura popular auacuten sin

que en realidad se llegue a saber que implica

Donde E es energiacutea m masa y c la velocidad de la

luz (constante) En esta ecuacioacuten se expresa la

relacioacuten de equivalencia entre masa y energiacutea Por

ejemplo haciendo algunas cuentas se ve que con

un gramo de uranio si se convirtiese totalmente

en energiacutea se obtendriacutean 25 millones de Kw

Aplicado como una bomba nuclear basta decir

que para asolar Hiroshima soacutelo se convirtioacute un

65

gramo de masa (aunque toda la bomba como me-

canismo pesara cuatro toneladas) su potencia fue

de 125 kilotones es decir para igualar su potencia

seriacutean 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 combustibles

de fisioacuten Cuando en un espacio se reuacutene la sufi-

ciente cantidad de materia (denominada masa criacute-

tica) se produce una reaccioacuten en cadena espontaacute-

nea esto es el nuacutecleo de los aacutetomos del material

se divide liberando energiacutea y varios neutrones

raacutepidos que provocan que otros nuacutecleos tam-

bieacuten se dividan y liberen maacutes energiacutea y neutrones

Este proceso se denomina fisioacuten nuclear Sin em-

bargo si la densidad no es suficiente la energiacutea

liberada hace que el material se expanda y se de-

tenga el proceso Para evitar que se pare la reac-

cioacuten se recurre a una materia muy densa de por siacute

(isoacutetopos del uranio y plutonio) que ademaacutes se

comprime de manera muy raacutepida para lograr una

66

altiacutesima densidad que permite que los neutrones

raacutepidos choquen antes con otros nuacutecleos y se

produzcan antes el mayor nuacutemero 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 maacutes energiacutea Para una

explosioacuten de 100 kilotones son necesarias 58 ge-

neraciones las 7 uacuteltimas generan el 999 de la

energiacutea en periodo cortiacutesimo de tiempo Tambieacuten

puede liberarse energiacutea con la fusioacuten en este pro-

ceso los nuacutecleos se unen en vez de separarse pero

se requieren altiacutesimas temperaturas (del orden de

millones de grados) para que este proceso se lleve

a cabo Para esta reaccioacuten se usan aacutetomos ligeros

(maacutes faacuteciles de unir) generalmente hidroacutegeno o

sus isoacutetopos (deuterio y tritio) Para unir dos aacuteto-

mos basta con hacerlos chocar Los protones de

cada aacutetomo 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

67

fusioacuten deben comprimirse fuertemente los nuacute-

cleos y una vez hecho soacutelo podraacuten continuar uni-

dos si pierden un equivalente de la energiacutea que les

hizo apretarse En el caso de usar deuterio y tritio

se libera violentamente un neutroacuten Esta energiacutea

liberada es la que forma una bomba de fusioacuten

tambieacuten denominada bomba H

COMO FUNCIONA UNA BOMBA ATO-MICA EN LA PRACTICA

Sea cual fuere el sistema de funcionamiento de

una bomba nuclear (fusioacuten o fisioacuten) una cantidad

de masa se convierte en energiacutea la potencia soacutelo

depende de la capacidad de la ingenieriacutea para con-

vertir maacutes masa antes de que la reaccioacuten disperse

las moleacuteculas en teoriacutea la potencia es por tanto

ilimitada

Una bomba nuclear consiste baacutesicamente en una

esfera hueca de plutonio que no es lo suficiente-

68

mente densa como para producir una reaccioacuten 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 explosioacuten se disparan los detonado-

res que hacen que el material explosivo estalle de

la manera lo maacutes regular posible para que enviacutee

una onda de choque esfeacuterica hacia el plutonio

Cuando eacutesta impacta contra eacutel lo comprime y re-

duce su volumen empujaacutendolo hacia el centro de

la esfera hasta que alcanza una densidad suficiente

(supercriacutetica) y se dispara el iniciador de neutrones

para comenzar la reaccioacuten en cadena que da lugar

a la explosioacuten nuclear

Las bombas termonucleares de fusioacuten o H nece-

sitan de una gran temperatura para que se puedan

unir los nuacutecleos esto se consigue en el interior de

una explosioacuten de fisioacuten que es el comienzo de

toda bomba H

69

Una vez acabada la reaccioacuten de fusioacuten nos encon-

traremos con una esfera expandida con una tem-

peratura de millones de grados en la que existen

los productos de la fusioacuten (litio e isoacutetopos del

hidroacutegeno) Tal es su velocidad que pueden fun-

dirse unos con otros dando lugar a la reaccioacuten de

fusioacuten Esta reaccioacuten genera maacutes energiacutea que la

anterior y libera gran cantidad de partiacuteculas nu-

cleares pero no es una reaccioacuten en cadena ya que

el propio calor que genera hace que las partiacuteculas

se separen y se expandan en forma de una esfera

de plasma con una temperatura que tan soacutelo expe-

rimenta el universo de manera natural en las estre-

llas En nuestro sol por ejemplo ocurren la fusioacuten

nuclear de hidroacutegeno y helio Pero antes de que la

reaccioacuten se extinga los neutrones generados por

las detonaciones anteriores provocan de nuevo

una reaccioacuten de fusioacuten sobre una camisa de U-

238 pero esta vez mucho mayor que las anterio-

res La potencia de una bomba termonuclear care-

ce de liacutemite una bomba como la de Hiroshima de

70

125 kilotones (un kilotoacuten equivale a 1000 tonela-

das de TNT) se considera dentro de los arsenales

modernos como pequentildea siendo las de un mega-

toacuten (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 la

Segunda Guerra Mundial

Para la construccioacuten de una bomba nuclear nor-

malmente se usa U-235 mezclado con U-238 El

primero no forma parte de la reaccioacuten nuclear

sino que es el segundo el que es fisionable de ma-

nera espontaacutenea emitiendo neutrones que son

absorbidos por el U-235 para evitar que se pro-

duzca de manera accidental la reaccioacuten en cadena

Asiacute el U-235 hace de escudo absorbiendo los neu-

trones del U-238 que es el que produce la detona-

cioacuten 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

71

reactores nucleares a partir del U-238

La desintegracioacuten del uranio en la reaccioacuten en

cadena se produce de manera espontaacutenea para una

masa de 50 Kg si eacuteste elemento es puro El pluto-

nio no es capaz por si solo de comenzar una raacutepi-

da reaccioacuten en cadena de modo que se mezcla de

berilo y polonio dando como resultado un pro-

ducto que aunque no es fisionable por si solo una

pequentildea cantidad actuacutea como catalizador para las

grandes reacciones Asiacute bastan 16 Kg de PU-239

para obtener la masa supercriacutetica y 10 Kg si se

mezcla con U-238

El U-235 es muy difiacutecil de extraer por encontrarse

en la naturaleza muy mezclado con otros com-

puestos Asiacute por cada 25000 toneladas de mineral

de uranio bruto soacutelo se obtienen 50 toneladas de

uranio del que el 993 es U-235 y el resto el

rariacutesimo isoacutetopo U-238 ambos soacutelo se pueden

separar de manera mecaacutenica gracias a la leviacutesima

72

diferencia de peso entre ambos Asiacute el uranio se

mezcla en forma gaseosa con fluor (hexafluoriacutedri-

co) que es impulsado a baja presioacuten hacieacutendolo

pasar por unas caacutemaras que aumentan la concen-

tracioacuten de uranio sensiblemente tras cientos de

pasadas Para una central nuclear la pureza ha de

ser del 2 y para una bomba (teoacutericamente) el

95

Para separar el isoacutetopo se recurre a la centrifuga-

cioacuten del gas siendo el maacutes pesado U-238 despedi-

do hacia el exterior con maacutes fuerza Para obtener

otra vez el uranio separado del gas se recurre a la

separacioacuten magneacutetica

MECANISMOS QUE SUELEN COMPONER UNA

BOMBA NUCLEAR

Los mecanismos que suelen componer una bom-

ba nuclear son los siguientes

73

ALTIacuteMETRO No suele usarse el baromeacutetrico

por verse afectado por las condiciones atmosfeacuteri-

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 seguacuten el tiempo transcu-

rrido en el recorrido puede saberse la altura sin

necesidad de complicar maacutes el sistema para dar

una precisioacuten que en realidad no es importante (2

o 3 m de diferencia no son apreciables maacutes que

en minibombas bastante menores que las de

Hiroshima) siendo la altura normal de detonacioacuten

la de 2000 m

En la praacutectica 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 electroacute-

nicamente para obtener la diferencia de ambas

que es proporcional a la altura Los pulsos suelen

emitirse 120 veces por segundo y alcanzan un

74

rango de 3000 m sobre la tierra y 6000 m sobre

el mar (la reflexioacuten es alliacute mejor) siendo su error

de hasta 15 m

CABEZA DETONADORA Como ya se dijo

estaacute compuesta de una carga explosiva muy bien

calibrada que a la orden del altiacutemetro detona

produciendo una onda de choque uniforme sobre

el elemento radioactivo comprimieacutendolo hasta

alcanzar la masa supercriacutetica

Compantildeiacuteas privadas producen camisas explosivas

que modificadas pueden ser usadas para la fabri-

cacioacuten del objeto que nos ocupa La cantidad de

presioacuten necesaria a aplicar es un secreto por razo-

nes de seguridad aunque se sabe que los explosi-

vos plaacutesticos son ideales sobre todo por su malea-

bilidad y facilidad de manejo

El detonador variacutea si es combustible es uranio o

plutonio

75

DETONADOR DE URANIO La masa total se

divide en dos partes una mayor de forma semies-

feacuterica y coacutencava que se acopla perfectamente con

la otra maacutes pequentildea Como es de suponer ambas

se encuentran separadas hasta el momento de la

detonacioacuten en el que una explosioacuten convencional

dispara la parte pequentildea que impacta contra la

mayor para lograr en un instante la masa supercriacute-

tica

DETONADOR DE PLUTONIO Necesita

una precisioacuten de ingenieriacutea mucho mayor que la

anterior ya que estaacute compuesta de 32 secciones de

plutonio-berilio-polonio todas de igual forma y

posicioacuten distribuidas conceacutentricamente El aspecto

final es parecido al de un baloacuten de fuacutetbol Todas

han de cerrarse simeacutetricamente en una diezmillo-

neacutesima de segundo para conseguir la detonacioacuten

DEFLECTOR DE NEUTRONES Suele ser

U-238 Su funcioacuten es la que ya se explicoacute evitar

76

una reaccioacuten accidental ademaacutes refleja las partiacutecu-

las de vuelta cuando se alcanza la masa supercriacuteti-

ca

ESCUDO PROTECTOR Recibe otros nom-

bres pero su funcioacuten es siempre la de proteger de

la radiacioacuten natural tanto al personal que la maneja

como a los circuitos de la bomba que pueden su-

frir cortocircuitos o puestas en funcionamiento

accidentales

SISTEMA DE ARMADO Es otro sistema maacutes

de seguridad consistente en quitar una parte im-

prescindible de la bomba para evitar detonaciones

accidentales de modo que soacutelo cuando estaacute

proacuteximo su lanzamiento se inserta esta parte Una

analogiacutea seriacutea como si al aparcar nuestro coche le

quitaacuteramos el volante o una bujiacutea asiacute estariacuteamos

seguros de que no nos lo roban porque sin estas

partes el coche no funciona

77

12 EFECTOS DE UNA EXPLOSIOacuteN NUCLEAR

Tenemos frescas en nuestra memo-

ria las imaacutegenes que nos mostroacute la

televisioacuten cuando se produjo el ac-

cidente de Chernobyl

Aquiacute explicamos todas las conse-

cuencias de una detonacioacuten 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

78

bull Radiacioacuten nuclear inicial la altiacutesima

temperatura y la elevada presioacuten que se

genera en el interior de la explosioacuten emi-

ten radiacioacuten en todas las direcciones Esta

se compone de rayos alfa beta y gamma

que son una forma de radiacioacuten electro-

magneacutetica de alta energiacutea que puede causar

la muerte sin que el individuo se de cuenta

de que ha sido irradiado Una explosioacuten de

un megatoacuten (de tamantildeo estaacutendar) matariacutea

a todo ser humano en 15 Km a la redonda

que se encontrase al aire libre

Las partiacuteculas alfa son ideacutenticas a un nuacutecleo de

helio son las que mas larga vida tienen unos mil

antildeos pero su poder de penetracioacuten 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 radiacioacuten Con 45 cm de tierra se

consigue reducir la radiacioacuten veinte veces

Las partiacuteculas beta penetran maacutes siendo suficiente

79

38 cm de pared de ladrillo para reducir a un quin-

to la radiacioacuten (una pared moderna ya espesa se

compone de 1 pie de ladrillo maacutes caacutemara maacutes

aislante maacutes ladrillo hueco y yeso que suele que-

darse en los 37 cm)

Los de maacutes poder de penetracioacuten son las gamma

y por tanto los maacutes peligrosos ya son los que se

introducen en los refugios nucleares auacuten con

grandes espesores de hormigoacuten La uacutenica protec-

cioacuten eficaz es la de interponer grandes masas de

material mejor cuanto maacutes denso siendo el ideal

el plomo ya que pasa por los materiales como la

luz por una tela si esta es maacutes densa mayor canti-

dad de chocaraacute con ella y no la traspasaraacute Para

reducir la dosis a un veinteavo se precisan 30 cm

de hormigoacuten armado

bull Pulso electromagneacutetico La intensa acti-

vidad de los rayos gamma genera mediante

induccioacuten una corriente de alto voltaje so-

80

bre antenas viacuteas feacuterreas tuberiacuteas que des-

truye todas las instalaciones eleacutectricas de

una amplia zona si la explosioacuten se efectuacutea

a gran altura Una detonacioacuten de muchos

kilotones a 200 km sobre Omaha (Ne-

brasca) destruiriacutea todos los circuitos eleacutec-

tricos integrados de toda Norteameacuterica y

parte de Meacutejico y Canadaacute Ante el riesgo

de una detonacioacuten nuclear es conveniente

alejarse de liacuteneas eleacutectricas y viacutea feacuterreas ya

que la corriente inducida puede electrocu-

tarnos

bull Pulso teacutermico al expandirse la bola de

fuego el aire circundante absorbe energiacutea

en forma de rayos X y la irradia en forma

de una luz cegadora y un intensiacutesimo ca-

lor Una bomba de 20 Megatones produci-

riacutea una intensa luz durante 20 segundos y

causariacutea quemaduras de segundo grado a

81

cualquier persona expuesta a 45 Km de

distancia

bull Onda de choque La raacutepida expansioacuten de

la bola de fuego genera una onda de cho-

que como cualquier explosioacuten pero de

una potencia muy superior ya que puede

aplastar o barrer edificios dantildeaacutendolos muy

seriamente o destruyeacutendolos por comple-

to ya que maacutes que empujar por su dura-

cioacuten lo que hace es estrujar Una bomba

de 20 megatones no dejariacutea en un radio de

20 Km maacutes que escombros soacutelo se salva-

riacutean las cimentaciones y construcciones

enterradas

bull Primera lluvia radioactiva o lluvia ra-

diactiva local una explosioacuten de 20 mega-

tones aras de suelo produciriacutea un craacuteter de

183 m de profundidad la elevada tempe-

82

ratura vaporiza todo lo que se encuentra

dentro de la bola de fuego todo se funde

con los materiales radiactivos de la fisioacuten o

fusioacuten y se eleva con el hongo para luego

precipitar en forma de finas cenizas Esto

ocurriraacute durante las 24 h siguientes a la

explosioacuten y afectaraacute a una regioacuten maacutes o

menos amplia para una misma potencia

seguacuten la climatologiacutea El fenoacutemeno se am-

pliacutea considerablemente si la detonacioacuten se

produce cerca del suelo La energiacutea 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 maacutes destructivos los deno-

minados secundarios como incendios en masa

que acabariacutean con los pocos supervivientes y ma-

tariacutean a maacutes que el pulso teacutermico y la onda de

choque

83

Ademaacutes en caso de que se lanzaran muchas

bombas nucleares sus efectos secundarios seriacutean

mucho maacutes 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 10000 mega-

tones miacutenimos para considerar un holocausto

como tal

bull El primero de estos efectos es que la ra-

dioactividad liberada en caso de holocaus-

to penetrariacutea en todos y cada uno de los

seres vivos (y en el mar la tierra y el aire)

Mientras que en dosis altas (seguacuten la espe-

cie) produciriacutea la muerte en otras maacutes ba-

jas los efectos seriacutean de lo maacutes variados

(mutaciones esterilidad)

bull El segundo seriacutea que los materiales im-

pulsados por las detonaciones se elevariacutean

hasta la troposfera donde ocultariacutean la luz

84

del sol durante meses o antildeos haciendo ba-

jar la temperatura de la tierra y alterando la

fotosiacutentesis de los vegetales y el plancton

marino seriacutea el famoso invierno nuclear

Ademaacutes estos materiales radiactivos iriacutean

cayendo durante meses o antildeos convirtieacuten-

dose en una lluvia radiactiva global que

auacuten con menos dosis radiactiva que una

lluvia provocada por una bomba seriacutea

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

antildeos Ese 5 de energiacutea liberada por la

lluvia radiactividad en una bomba es poco

pero en los 10000 megatones de un holo-

causto suponen ya 500 megatones que iraacuten

estallando durante miles de antildeos des-

pueacutes de la cataacutestrofe

85

bull El tercero seriacutea una reduccioacuten en la capa

de ozono producida por el oacutexido de nitroacute-

geno generado por las bolas de fuego de

modo que la radiacioacuten solar que llegase a

la tierra seriacutea mortal Un 70 del ozono

desapareceriacutea en el hemisferio norte y un

40 en el sur siendo necesarios treinta

antildeos para recuperar su estado normal

86

Ejercicios 12

MODELO DE RESOLUCIOacuteN

La distribucioacuten de los electrones de un aacutetomo

en sus niveles y subniveles se puede representar en

forma abreviada de la siguiente manera

a) Un coeficiente que indica el nuacutemero del nivel

de energiacutea (n)

b) Una letra que corresponde al subnivel

c) Un supraiacutendice que sentildeala el nuacutemero de elec-

trones que hay en el subnivel

1H = 1s1

3Li = 1s2 2s1

En razoacuten del entrecruzamiento de subniveles

el orden en que se van completando los subniveles

por energiacutea creciente es el siguiente

87

1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d

4p 5s 4d 5p 6s 4f

5d 6p 7s 5f 6d

7p

Para visualizar la distribucioacuten de los electrones

en orbitales se puede representar cada orbital por

un pequentildeo cuadrado dividido por una diagonal

y cada electroacuten mediante una flecha

Entonces el orbital puede estar

Vaciacuteo incompleto completo

(1 electroacuten) (2 electrones)

En caso del orbital completo las flechas tienen

sentido contrario para indicar que los electrones

presentan spin contrario

El llenado de los orbitales por los electrones

se realiza a partir de los niveles y subniveles en

88

orden creciente de energiacutea Cada nuevo electroacuten se

incorpora a un orbital vaciacuteo

De ese modo los elementos quedan represen-

tados asiacute

1H =

1s

3Li =

1s 2s

7N =

1s 2s 2p

89

Ejercicios 121

1) Un aacutetomo de foacutesforo tiene 15 protones y 16

neutrones Indicaacute cuaacutel es su

a) nuacutemero atoacutemico (Z) b) nuacutemero

de masa (A)

2) Un aacutetomo de potasio tiene Z =19 y A = 39

Indicaacute su nuacutemero de

a) protones b) electrones

c) neutrones

3) Completaacute los datos que faltan en el siguiente

cuadro

90

ELE-

MEN-

TO

NUacute-

MERO

ATOacute-

MICO

NUacute-

MERO

DE

MASA

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) Sentildealaacute el nombre y siacutembolo de los elementos

cuyas configuraciones electroacutenicas 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) Escribiacute la configuracioacuten electroacutenica de los

siguientes elementos

91

a) Na2311 = c) O16

8 =

b) Cl3517 = d) C12

6 =

6) De acuerdo con la siguiente representacioacuten de

los electrones en orbitales indicaacute a queacute ele-

mentos corresponden

a)

b)

c)

d)

7) Representaacute la distribucioacuten de los electrones en

orbitales de los elementos

a) 7N= c) 18Ar =

b) 15AI = d) 19K =

92

Hoja de respuestas121

1) a) 15 b) 31 2) a) 19 b) 19 c) 20

3)

ELE-

MEN-

TO

NUacuteME-

RO

ATOacute-

MICO

NUacute-

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)Argoacuten Ar

d)Escandio Sc

5) a) 1S2 2S2 2p6 3s1

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)middot

94

Ejercicios 1211

Modelo de resolucioacuten

El nuacutemero de oxidacioacuten se asigna seguacuten las si-

guientes reglas

1) El nuacutemero de oxidacioacuten de los elementos en la

sustancia simple es cero

Ejemplo Cu0 02Cl

2) El nuacutemero de oxidacioacuten del oxiacutegeno es 2

excepto en las sustancias como el agua oxige-

nada Ejemplo H2

2Ominus

3) El nuacutemero de oxidacioacuten del hidroacutegeno es +1

excepto en las sustancias donde estaacute combina-

do con los metales Ejemplo 1

H+

2O

4) El nuacutemero de oxidacioacuten de un ion monoatoacute-

mico es igual a la carga del ion Ejemplo Ca2-

Cl-

95

5) En la foacutermula de una sustancia la suma alge-

braica de los nuacutemeros de oxidacioacuten de todos

los aacutetomos debe ser cero Ejemplo 1

H+

2

2Ominus

there42(+1) + (-2) = 0

6) En los iones que tienen maacutes de un aacutetomo la

suma algebraica de los nuacutemeros de oxidacioacuten

de todos los aacutetomos es igual a la carga del ion

El nuacutemero de oxidacioacuten se escribe colocando primero el signo y luego el nuacutemero

Ejemplo el nuacutemero de oxidacioacuten del aluminio es +3

1) Calculaacute los nuacutemeros de oxidacioacuten en la moleacute-

cula de dioacutexido de azufre (SO2)

Datos SO2 nuacutemero de oxidacioacuten del O2

es 2

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de S

Resolucioacuten Cada aacutetomo de oxiacutegeno tiene

nuacutemero de oxidacioacuten 2 por lo tanto el nuacute-

mero de oxidacioacuten del azufre es +4 porque

2(-2) + (+4) = 0

96

2) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten del azufre en

el aacutecido sulfuacuterico (H2SO4)

Datos H2SO2 nuacutemero de oxidacioacuten del

O2 es 2 nuacutemero de oxidacioacuten de H es -1

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de S

Resolucioacuten Se debe cumplir que la suma al-gebraica de todos los nuacutemeros de oxidacioacuten sea cero

4(-2) + 21 + x = 0

-8 + 2 + x = 0

x = 6

Respuesta el nuacutemero de oxidacioacuten del azufre

en el aacutecido sulfuacuterico es +6

3) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten del nitroacutegeno

en el nitrato de sodio (NaNO3)

Datos NaNO3 nuacutemero de oxidacioacuten del

O2 es 2

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de N

97

Resolucioacuten El nuacutemero de oxidacioacuten del

sodio es +1 porque el ion sodio tiene una car-

ga eleacutectrica positiva

+1 + 3(-2) +x = 0

1 6 + x = 0

x = 5

Respuesta el nuacutemero de oxidacioacuten del nitroacute-

geno en el nitrato de sodio es +5

4) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten del azufre en

el ion sulfato (S 24Ominus )

Datos S 24Ominus nuacutemero de oxidacioacuten del O2

es 2

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de S

Resolucioacuten La suma de los nuacutemeros de

oxidacioacuten es igual a 2 porque el ion sulfato

tiene dos cargas negativas (2-)

x + 4(-2) = -2

x 8 = -2

x = 6

98

Respuesta El nuacutemero de oxidacioacuten del azu-

fre en el ion sulfato es +6

99

Ejercicios 1212

1) Dibujaacute los siacutembolos de Lewis para los aacutetomos

de

a) He b) Al c) Si d) Ar e) N

2) iquestCoacutemo adquiere la distribucioacuten electroacutenica del

ineacutertido maacutes cercano cada uno de los siguien-

tes aacutetomos

a) K b)

F c)

S d) Mg e)

Br

3) Escribiacute las ecuaciones ioacutenicas la foacutermula elec-

troacutenica y la foacutermula miacutenima del compuesto

ioacutenico formado por

a) K y Br (bromuro de potasio)

b) Ca y O (oacutexido de calcio)

4) Marcaacute con una X las propiedades correspon-

dientes a las sustancias que presentan uniones

ioacutenicas

100

a) Son soacutelidas y tienen bajo punto de fusioacuten ( )

b) Conducen la corriente eleacutectrica fundidas o di-

sueltas en agua ( )

c) Tienen brillo metaacutelico ( )

d) Forman cristales duros y quebradizos solubles

en agua ( )

e) No conducen la corriente eleacutectrica ( )

5) Explicaacute coacutemo se unen dos aacutetomos de bromo

para formar la moleacutecula Br2 y escribiacute su

foacutermula electroacutenica y su foacutermula desarrollada

6) La foacutermula del monoacutexido de dicloro es Cl2O

a) Indicaacute queacute tipo de unioacuten existe entre el cloro y

el oxiacutegeno

b) Escribiacute su foacutermula electroacutenica y su foacutermula

desarrollada

7) El azufre y el oxiacutegeno forman dos oacutexidos

importantes el dioacutexido de azufre (SO2) y el

101

trioacutexido de azufre (SO3) Para el trioacutexido de

azufre

a) Indicaacute queacute tipo de unioacuten existe entre el azufre

y los tres aacutetomos de oxiacutegeno

b) Escribiacute la foacutermula electroacutenica

c) Escribiacute la foacutermula desarrollada

8) Marcaacute 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

liacutequidas o soacutelidas ( )

c) Son duacutectiles y maleables ( )

d) No forman moleacuteculas son agregados de

iones ( )

e) No son buenas conductoras de la corriente

eleacutectrica ( )

102

9) Coloque en el pareacutentesis UCP si la unioacuten es

covalente polar y UCNP si es covalento no

polar en cada una de las siguientes sustancias

a) cloruro de hidroacutegeno HCl ( )

b) Hidroacutegeno H2 ( )

c) yodo l2 ( )

10) Escribiacute la foacutermula electroacutenica y la foacutermula

desarrollada de cada una de las sustancias

mencionadas en el ejercicio 9

11) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten

a) del azufre (S)en el dioacutexido de azufre (SO2) en

el trioacutexido de azufre (SO3) y en el sulfuro de

sodio (Na2S)

b) del nitroacutegeno (N) en el dioacutexido de nitroacutegeno

(NO2) en el aacutecido niacutetrico (HNO3) y en el ni-

trato de potasio (KNO3)

12) Marcaacute con una X las propiedades que se expli-

can en el concepto de unioacuten metaacutelica

103

a) Tienen bajo punto de fusioacuten y de

ebullicioacuten ( )

b) Tienen brillo metaacutelico ( )

c) Conducen la corriente eleacutectrica sin

alterarse ( )

d) En estado soacutelido son malos conductores de la

corriente eleacutectrica ( )

e) Forman hilos y laacuteminas delgadas ( )

104

Hoja de respuestas 1212

1) a) He b) Al c)

Si d)

Ar e)

N

2) a) cede un electroacuten d) cede electrones c)

gana dos electrones b) y e) gana un electroacuten

3) a) Ecuaciones ioacutenicas

K K1+ + 1 e

Br + 1 e Br1-

K1+ + Br- KBr

Foacutermula electroacutenica K1+minus

1

Br

Foacutermula miacutenima KBr

b) Ecuaciones ioacutenicas

Ca Ca 2+ + 2 e

O + 2 e O2-

Ca2+ + O2- CaO

Foacutermula electroacutenica Ca2+ minus

2

O

105

Foacutermula miacutenima CaO

4) b y d

5) se unen compartiendo un par de electrones

6) a) unioacuten covalente

b) foacutermula electroacutenica

Cl

O

Cl

foacutermula desarrollada Cl O Cl

7) a) una unioacuten covalente doble entre el azufre y

uno de los aacutetomos de oxiacutegeno dos uniones cova-

lentes coordinadas con los otros dos aacutetomos de

oxiacutegeno

b) Foacutermula electroacutenica

Foacutermula desarrollada

106

8) a b y e

9) a) UCP y c) UCNP

10) Foacutermula electroacutenica Foacutermula desarrollada

a) H

Cl H Cl

b) HH H H

c)

I

I l I

11) a) +4 +6 -2 b) +4 +5 +5

12) b c y e

  • RADIACTIVIDAD
    • IacuteNDICE
      • 1 RADIACTIVIDAD NATURAL
      • 2 RELACIOacuteN ENTRE LA LEY DE LAVOISIER Y LA DE EINSTEIN
      • 3 INTERACCIONES ENTRE AacuteTOMOS Y ONDAS
      • 4 PODER DE PENETRACIOacuteN DE LA RADIACIOacuteN
      • 5 VIDA MEDIA
      • 6 RADIACTIVIDAD ARTIFICIAL
      • 7 USOS DE LOS RADIOISOacuteTOPOS
      • 8 MEDICINA NUCLEAR
      • 9 FECHADO POR MEDIO DE RADIOISOacuteTOPOS
      • 10 PLANTAS DE ENERGIacuteA NUCLEAR
      • 11 BOMBA ATOacuteMICA
      • 12 EFECTOS DE UNA EXPLOSIOacuteN NUCLEAR
        • Ejercicios 12
        • Ejercicios 121
        • Hoja de respuestas121
        • Ejercicios 1211
        • Ejercicios 1212
        • Hoja de respuestas 1212

40

alimenta con un fertilizante que contiene foacutesforo

radiactivo Un meacutetodo sencillo de deteccioacuten con-

siste en colocar la planta sobre una peliacutecula foto-

graacutefica La radiacioacuten que emiten los isoacutetopos de

foacutesforo expone la peliacutecula en gran medida como

lo hace la luz Este tipo de exposicioacuten llamado

radiografiacutea muestra la distribucioacuten del foacutesforo en

la planta

Tambieacuten se da un buen uso a los rastreadores

radiactivos en la investigacioacuten agriacutecola Estos isoacute-

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 cuaacuteles son los mejores meacutetodos para

regular los insectos La mutacioacuten intencional de

plantas por irradiacioacuten ha producido nuevas y

mejores cepas de plantas de cultivo con valor co-

mercial desde raacutebanos hasta maniacute

Los radioisoacutetopos se emplean tambieacuten para

irradiar alimentos como meacutetodo de conservacioacuten

La radiacioacuten destruye los microorganismos que

41

causan la descomposicioacuten de los alimentos Los

alimentos irradiados muestran poco cambio en

cuanto a su saber o aspecto A muchas personas

les inquietan los posibles efectos dantildeinos de las

sustancias quiacutemicas que produce la radiacioacuten pero

no hay pruebas contundentes de dantildeos causados

por alimentos irradiados en animales de laborato-

rio alimentados con ellos y tampoco se conocen

efectos adversos en seres humanos en los paiacuteses

donde la irradiacioacuten se ha utilizado por muchos

antildeos El proceso de esterilizacioacuten no deja irradia-

cioacuten residual en los alimentos

Los radioisoacutetopos han sido empleados exten-

samente en la investigacioacuten cientiacutefica baacutesica El

mecanismo de la fotosiacutentesis se dilucidoacute en gran

parte utilizando carbono 14 como rastreador Por

ejemplo para determinar coacutemo fabrican las plan-

tas el azuacutecar glucosa a partir de dioacutexido de carbo-

no y agua la planta se expone a dioacutexido de carbo-

no radiactivo El investigador identifica los com-

puestos que se forman a partir de estas materias

42

primas y el orden en el que se sintetizan y despueacutes

determina cuaacuteles compuestos se tornan radiactivos

y en queacute secuencia Con base en los dates obteni-

dos de experimentos con rastreadores los cientiacutefi-

cos determinan las rutas metaboacutelicas de plantas

animales y seres humanos

43

8 MEDICINA NUCLEAR

La medicina nuclear ha generado tra-

tamientos y terapias inimaginables

antes de su descubrimiento

En el diagnostico generoacute meacutetodos no

invasivos que evitan a los paciente

tanto sufrimientos como peacuterdidas de

tiempo

En medicina nuclear se dan dos usos distintos

a los radioisoacutetopos para fines terapeacuteuticos o para

realizar un diagnoacutestico En la terapia con radiacioacuten

se intenta tratar o curar un padecimiento por

44

medio de radiacioacuten El uso de los radioisoacutetopos

con fines de diagnoacutestico busca obtener informa-

cioacuten acerca del estado de salud del paciente

TERAPIA POR RADIACIOacuteN

El caacutencer no es una sola enfermedad sino

muchas Algunas formas de caacutencer son particu-

larmente susceptibles a la terapia por radiacioacuten La

radiacioacuten se dirige cuidadosamente hacia el tejido

canceroso y se reduce al miacutenimo la exposicioacuten de

las ceacutelulas normales Si los efectos destructivos de

la radiacioacuten consiguen matar las ceacutelulas cancero-

sas se detiene el avance del tumor maligno (Pero

los pacientes que se someten a terapia por radia-

cioacuten suelen experimentar malestares a causa del

tratamiento Naacuteusea y voacutemito son los siacutentomas

usuales del malestar por radiacioacuten Asiacute pues el

objetivo de la terapia por radiacioacuten es destruir las

ceacutelulas cancerosas antes de que se cause un dantildeo

excesivo a los tejidos sanos La radiacioacuten tiene

45

efectos maacutes letales para las ceacutelulas que se reprodu-

cen con rapidez y eacutesta es precisamente la caracte-

riacutestica de las ceacutelulas cancerosas que permite que la

terapia por radiacioacuten tenga eacutexito

USOS DIAGNOacuteSTICOS DE LOS RADIOISOacuteTOPOS

Los radioisoacutetopos se usan para fines diagnoacutes-

ticos con el propoacutesito de obtener informacioacuten

acerca del tipo o el alcance de la enfermedad El

yodo 131 radiactivo se emplea para determinar el

tamantildeo la forma y la actividad de la glaacutendula ti-

roides asiacute como para tratar caacutenceres localizados

en esta glaacutendula y para controlar una tiroides hi-

peractiva Primero el paciente toma una solucioacuten

de yoduro de potasio que contiene yodo 131 El

organismo concentra el yodo en la tiroides Se

usan dosis grandes para el tratamiento del caacutencer

de la tiroides la radiacioacuten del isoacutetopo se concentra

en las ceacutelulas cancerosas de esta glaacutendula auacuten

cuando las ceacutelulas cancerosas se hayan extendido a

46

otras partes del cuerpo Sin embargo para fines de

diagnoacutestico soacutelo se necesita una pequentildea cantidad

del radioisoacutetopo Tambieacuten 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-

poracioacuten diferencial del isoacutetopo La imagen que

se obtiene se describe como una fotoexploracioacuten

y permite determinar con precisioacuten la ubicacioacuten de

un tumor en esa regioacuten del cuerpo

El radioisoacutetopo de uso maacutes extendido en medicina

es el gadolinio 153 Este isoacutetopo se emplea para

evaluar la mineralizacioacuten de los huesos Su popu-

laridad es un indicio del gran nuacutemero de personas

principalmente mujeres que sufren de osteoporo-

sis (reduccioacuten de la cantidad de tejido oacuteseo) a me-

dida que envejecen El gadolinio 153 emite dos

radiaciones caracteriacutesticas un rayo gamma y un

rayo X Un dispositivo analizador compara estas

radiacioacuten despueacutes de que atraviesan el hueso La

47

densidad del mismo se determina con base en las

diferencias de absorcioacuten de los rayos

El tecnecio 99m se utiliza en diversos ensayos

diagnoacutesticos La letra m quiere decir metaestable

lo que significa que este isoacutetopo emite cierta ener-

giacutea para convertirse en una versioacuten maacutes estable del

mismo isoacutetopo (mismo nuacutemero atoacutemico y mismo

peso atoacutemico) La energiacutea que desprende es el

rayo gamma que permite detectar el isoacutetopo

Tcm9943 Tc99

43 + y

Observa que la desintegracioacuten del tecnecio

99m no produce partiacuteculas alfa ni beta las cuales

podriacutean causar dantildeos innecesarios al organismo

Ademaacutes el tecnecio 99m tiene una vida media cor-

ta (alrededor de 6 h) lo que significa que la radiac-

tividad no permanece en el organismo mucho

tiempo despueacutes de que la exploracioacuten se ha com-

pletado Esta vida media tan corta obliga a planifi-

48

car cuidadosamente el uso del radioisoacutetopo De

hecho lo que se adquiere no es el isoacutetopo mismo

El tecnecio 99m se forma por desintegracioacuten del

molibdeno 99

Mo9942 Tcm99

43 + e01minus + y

Se emplea un recipiente que contiene este isoacute-

topo de molibdeno y el producto de desintegra-

cioacuten el tecnecio 99 se extrae del recipiente a

medida que se necesita

Mediante el uso de modernas tecnologiacuteas ba-

sadas en la utilizacioacuten de computadoras la tomo-

grafiacutea por emisioacuten de positrones (PET por sus

siglas en ingleacutes) permite medir los procesos dinaacute-

micos que se llevan a cabo en el organismo como

el flujo sanguiacuteneo o la rapidez con la que se meta-

boliza el oxiacutegeno o la glucosa Las exploraciones

de PET se emplean actualmente para identificar

con precisioacuten el aacuterea de dantildeo cerebral que desen-

49

cadena los ataques epileacutepticos graves Antes de la

exploracioacuten se inhalan o se inyectan compuestos

que contienen isoacutetopos emisores de positrones

como el carbono 11 Antes de que el positroacuten

emitido pueda recorrer una distancia apreciable en

el cuerpo se topa con un electroacuten (en toda la ma-

teria ordinaria abundan los electrones) y se produ-

cen dos rayos gamma

C116 B11

5 + e01+

e01+ + e0

1minus 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 simultaacuteneamente

dos rayos gamma el sistema no toma en cuenta

los rayos gamma de la radiacioacuten natural de fondo

A continuacioacuten se emplea una computadora para

calcular la ubicacioacuten dentro del cuerpo del punto

50

en el cual ocurrioacute una aniquilacioacuten del positroacuten y

el electroacuten y se genera una imagen en esa regioacuten

La tabla contiene una lista de radioisoacutetopos de

uso comuacuten en la medicina La lista es necesaria-

mente incompleta Incluso con esta exposicioacuten tan

breve puedes hacerte una idea de la importancia

que los radioisoacutetopos tienen en la medicina La

aseveracioacuten de que la ciencia nuclear ha salvado

maacutes vidas de las destruidas por las bombas atoacutemi-

cas no carece el fundamento

51

Isoacutetopo Nombre Vida me-

dia Uso

C11 Carbono 11 203m Exploraciones cere-

brales

Cr51 Cromo 51 278d Determinacioacuten

del volumen sanguiacute-

neo

Co57 Cobalto 57 270d Medicioacuten de la

incorporacioacuten de

vitamina v12

Co60 Cobalto 60 526a Terapia de caacutencer

por radiacioacuten

Gd153 Gadolinio

153

242d Determinacioacuten

de la densidad oacutesea

Ga67 Galio 67 781h Exploracioacuten en

busca de tumores

pulmonares

I131 Yodo 131 807d Terapia de la ti-

roides

Ir192 Iridio 192 74d Terapia del caacuten-

cer de mamaacute

Fe59 Hierro 59 45d Deteccioacuten de

anemia

52

P32 Foacutesforo 32 143d Deteccioacuten de

caacutencer de la piel o

tumores oculares

Pu238 Plutonio

238

86a Suministra ener-

giacutea para marcapasos

Ra226 Radio 226 1600a Terapia de caacutencer

por radiacioacuten

Se75 Selenio 75 120d Exploraciones del

paacutencreas

Na24 Sodio 24 150h Localizacioacuten de

obstrucciones en el

flujo sanguiacuteneo

Tc99 Tecnecio 99 60h Obtencioacuten de imaacute-

genes de cerebro hiacutega-

do meacutedula oacutesea rintildeoacuten o

corazoacuten

Tl201 Talio 201 73h Deteccioacuten de pro-

blemas cardiacos con la

prueba de esfuerzo en

rueda de andar

H3 Tritio 123a Determinacioacuten de

agua corporal total

Xe133 Xenoacuten133 527d Obtencioacuten de imaacute-

genes de pulmoacuten

53

9 FECHADO POR MEDIO DE RADIOISOacuteTOPOS

Una de las aplicaciones maacutes in-

creiacutebles de la quiacutemica nuclear es la po-

sibilidad de averiguar la antiguumledad de

los objetos encontrados en las investi-

gaciones arqueoloacutegicas

Se puede usar la vida media de ciertos isoacuteto-

pos para estimar la antiguumledad de rocas y artefac-

tos arqueoloacutegicos El uranio 238 se desintegra con

una vida media de 4500 millones de anos Los

productos iniciales de esta desintegracioacuten tambieacuten

son radiactivos y la descomposicioacuten continuacutea

54

hasta que se forma un isoacutetopo de plomo (plomo

206) Los quiacutemicos pueden estimar la antiguumledad

de una roca determinando las proporciones relati-

vas de uranio 238 y plomo 206 Se ha encontrado

que algunas de las rocas maacutes antiguas de la Tierra

se formaron hace entre 3000 y 4500 millones de

antildeos En las rocas lunares y en meteoritos se ha

determinado una antiguumledad maacutexima de alrededor

de 4500 millones de antildeos Asiacute pues se considera

en general que la Tierra tiene una antiguumledad de

unos 4500 millones de antildeos

FECHADO POR CARBONO 14

En el fechado de artefactos interviene por lo

general un isoacutetopo radiactivo de carbono Se for-

ma carbono 14 en las capas superiores de la at-

moacutesfera por el bombardeo que experimenta el

nitroacutegeno ordinario por parte de los neutrones de

los rayos coacutesmicos

55

N147 + n1

0 C146 + H1

1

Este proceso origina una concentracioacuten cons-

tante de carbono 14 en el CO2 terrestre Las plan-

tas y animales vivos incorporan este isoacutetopo en

sus propias ceacutelulas Sin embargo cuando estos

seres mueren se interrumpe la incorporacioacuten de

carbono 14 y el carbono 14 que hay en el orga-

nismo se desintegra (con una vida media de 5 730

antildeos) a nitroacutegeno 14

Por consiguiente basta con medir la actividad

residual de carbono 14 en un artefacto de origen

vegetal o animal para determinar su antiguumledad

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 antildeos de antiguumle-

dad es decir ha estado muerta durante un tiempo

equivalente a una vida media Anaacutelogamente un

artefacto que muestra el 25 de la actividad de

carbono 14 del material vegetal reciente tiene

56

11460 anos de antiguumledad 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 aquiacute supone que la formacioacuten del isoacutetopo

fue constante a lo largo del tiempo En realidad no

es asiacute Sin embargo aproximadamente para los

uacuteltimos 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

aacuterboles Se han construido curvas de calibracioacuten

que permiten determinar fechas consideradas co-

mo exactas

En teacuterminos generales el meacutetodo de carbono

14 es razonablemente preciso para fechar objetos

de hasta 50000 antildeos de antiguumledad La cantidad

residual del isoacutetopo en los objetos de una antiguumle-

dad mayor que esa es demasiado pequentildea para

hacer una determinacioacuten exacta

El carboacuten de las fogatas de los pueblos anti-

57

guos fechado por determinacioacuten de la actividad

de carbono 14 se usa para estimar la antiguumledad

de otros artefactos encontrados en el mismo em-

plazamiento arqueoloacutegico La teacutecnica de fechado

por carbono 14 se ha usado tambieacuten para detectar

si supuestos artefactos antiguos han sido falsifica-

dos

EL SUDARIO DE TURIacuteN

Probablemente han oiacutedo hablar del sudario de

Turiacuten Se trata de una pieza de tejido de lino muy

antigua de unos 4 metros de largo que muestra la

impresioacuten aproximada de un cuerpo humano

Desde alrededor del antildeo 1350 dC 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-

bricacioacuten del lienzo habiacutea sido cultivado en alguacuten

memento entre los anos de 1260 y 1390 dC Por

58

tanto el lienzo no podriacutea haber existido en tiem-

pos de Cristo A diferencia de los pergaminos del

Mar Muerto para los que el fechado por carbono

14 demostroacute que son registros auteacutenticos de una

civilizacioacuten que existioacute hace unos 2000 antildeos el

sudario de Turiacuten resultoacute ser falso

FECHADO POR TRITIO

El tritio que es el isoacutetopo radiactivo del

hidroacutegeno sirve tambieacuten para fechar Su vida me-

dia de 123 antildeos lo hace uacutetil para fechar objetos de

hasta 100 antildeos de antiguumledad Una aplicacioacuten inte-

resante es el fechado de aguardientes Estas bebi-

das alcohoacutelicas son muy costosas cuando han sido

antildeejadas de 10 a 50 antildeos El fechado por tritio

permite comprobar la veracidad de los anuncios

publicitarios respecto al proceso de antildeejamiento

de las variedades maacutes caras

Hay muchos otros isoacutetopos que permiten es-

timar la antiguumledad de objetos y materiales

59

Isoacutetopo Vida me-

dia

(antildeos)

Periacuteodo de

utilidad Uso

Carbono 14 5730 500 a 50000

antildeos

Carboacuten vege-

tal material

orgaacutenico

Tritio 123 1 a 100 antildeosVinos antildeeja-

dos

Potasio 40 13 x 109 Desde 10000

antildeos

Rocas corteza

terrestre y

lunar

Renio 187 43 x1010 Desde 4 x

107 antildeos Meteoritos

Ranio238 45 x109 Desde 107

antildeos

Rocas corteza

terrestre

60

10 PLANTAS DE ENERGIacuteA NUCLEAR

iquestSabeacutes de doacutende viene esa energiacutea que nosotros usamos tanto Mucha de la energiacutea eleacutectrica es

producida por plantas nucleares de to-do el mundo

La energiacutea nuclear ha dado origen a bombas

muy destructivas y a la nociva precipitacioacuten ra-

diactiva y podriacutea incluso provocar un devastador

invierno nuclear Sin embargo una cantidad mu-

cho mayor de personas han recibido beneficios de

la energiacutea nuclear que las que han sido perjudica-

das por ella El hecho es que existen muchos usos

de la energiacutea nuclear que son sumamente beneacutefi-

61

cos Ya conocemos el uso de isoacutetopos radiactivos

en el diagnoacutestico cliacutenico y en el fechado de obje-

tos de antiguumledad desconocida Otro uso paciacutefico

de la energiacutea nuclear es la generacioacuten de electri-

cidad Una gran parte de la energiacutea eleacutectrica que

se utiliza hoy en diacutea se genera en plantas de ener-

giacutea nuclear

En la actualidad una quinta parte de toda la

electricidad que se produce en Estados Unidos

proviene de plantas de energiacutea nuclear En Euro-

pa la dependencia respecto a la energiacutea nuclear

para la produccioacuten de electricidad es auacuten mayor

En Francia por ejemplo maacutes del 70 de la ener-

giacutea eleacutectrica del paiacutes proviene de plantas nuclea-

res

No es sorprendente que una reaccioacuten que

desprende tanta energiacutea como lo hace la fisioacuten

nuclear se use como fuente de energiacutea para gene-

rar electricidad En las plantas de energiacutea nuclear

se usa el calor obtenido de una reaccioacuten de fisioacuten

62

en cadena controlada para producir vapor de

agua que mueve las turbinas generadoras de elec-

tricidad El combustible nuclear es normalmente

oacutexido de uranio U3O8 enriquecido hasta alrede-

dor de 3 de uranio 235

La energiacutea nuclear es mucho maacutes limpia que la

que se obtiene quemando combustibles foacutesiles

(carboacuten petroacuteleo y gas) no produce cenizas finas

ni holliacuten no forma dioacutexido de carbono que con-

tribuye al efecto de invernadero y al calentamiento

global y no contamina el aire con oacutexidos de azu-

fre y de nitroacutegeno que dan origen a la lluvia aacutecida

Por otra parte emite grandes cantidades de calor

residual en el ambiente y lo que es mucho maacutes

serio produce muchos residuos radiactivos La

eliminacioacuten de todos estos materiales radiactivos

de desecho es uno de los problemas constantes

que se tienen en relacioacuten con las plantas de energiacutea

nuclear

63

11 BOMBA ATOacuteMICA

Todos sabemos los desastres que pue-

den causar la detonacioacuten de una bomba

nuclear

Aquiacute presentamos la explicacioacuten teoacuterica

y coacutemo se pone en praacutectica

COacuteMO FUNCIONA UNA BOMBA NUCLEAR EN LA

TEORIacuteA

El 16 de Julio de 1945 estalloacute la primera bomba

atoacutemica en el campo de pruebas de Trinity cerca

de aacutelamo Gordo (Nuevo Meacutejico) Desde ese pre-

64

ciso instante la historia de la humanidad ha pasado

a una nueva era la era nuclear

Nunca hasta entonces se habiacutean tenido los cono-

cimientos necesarios como para saber que la masa

puede convertirse en grandes cantidades de ener-

giacutea y coacutemo podiacutea realizarse ese proceso hasta

entonces reservado tan soacutelo a las estrellas

La famosa foacutermula de Einstein E = mc2 ha pasa-

do ya ha formar parte de la cultura popular auacuten sin

que en realidad se llegue a saber que implica

Donde E es energiacutea m masa y c la velocidad de la

luz (constante) En esta ecuacioacuten se expresa la

relacioacuten de equivalencia entre masa y energiacutea Por

ejemplo haciendo algunas cuentas se ve que con

un gramo de uranio si se convirtiese totalmente

en energiacutea se obtendriacutean 25 millones de Kw

Aplicado como una bomba nuclear basta decir

que para asolar Hiroshima soacutelo se convirtioacute un

65

gramo de masa (aunque toda la bomba como me-

canismo pesara cuatro toneladas) su potencia fue

de 125 kilotones es decir para igualar su potencia

seriacutean 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 combustibles

de fisioacuten Cuando en un espacio se reuacutene la sufi-

ciente cantidad de materia (denominada masa criacute-

tica) se produce una reaccioacuten en cadena espontaacute-

nea esto es el nuacutecleo de los aacutetomos del material

se divide liberando energiacutea y varios neutrones

raacutepidos que provocan que otros nuacutecleos tam-

bieacuten se dividan y liberen maacutes energiacutea y neutrones

Este proceso se denomina fisioacuten nuclear Sin em-

bargo si la densidad no es suficiente la energiacutea

liberada hace que el material se expanda y se de-

tenga el proceso Para evitar que se pare la reac-

cioacuten se recurre a una materia muy densa de por siacute

(isoacutetopos del uranio y plutonio) que ademaacutes se

comprime de manera muy raacutepida para lograr una

66

altiacutesima densidad que permite que los neutrones

raacutepidos choquen antes con otros nuacutecleos y se

produzcan antes el mayor nuacutemero 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 maacutes energiacutea Para una

explosioacuten de 100 kilotones son necesarias 58 ge-

neraciones las 7 uacuteltimas generan el 999 de la

energiacutea en periodo cortiacutesimo de tiempo Tambieacuten

puede liberarse energiacutea con la fusioacuten en este pro-

ceso los nuacutecleos se unen en vez de separarse pero

se requieren altiacutesimas temperaturas (del orden de

millones de grados) para que este proceso se lleve

a cabo Para esta reaccioacuten se usan aacutetomos ligeros

(maacutes faacuteciles de unir) generalmente hidroacutegeno o

sus isoacutetopos (deuterio y tritio) Para unir dos aacuteto-

mos basta con hacerlos chocar Los protones de

cada aacutetomo 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

67

fusioacuten deben comprimirse fuertemente los nuacute-

cleos y una vez hecho soacutelo podraacuten continuar uni-

dos si pierden un equivalente de la energiacutea que les

hizo apretarse En el caso de usar deuterio y tritio

se libera violentamente un neutroacuten Esta energiacutea

liberada es la que forma una bomba de fusioacuten

tambieacuten denominada bomba H

COMO FUNCIONA UNA BOMBA ATO-MICA EN LA PRACTICA

Sea cual fuere el sistema de funcionamiento de

una bomba nuclear (fusioacuten o fisioacuten) una cantidad

de masa se convierte en energiacutea la potencia soacutelo

depende de la capacidad de la ingenieriacutea para con-

vertir maacutes masa antes de que la reaccioacuten disperse

las moleacuteculas en teoriacutea la potencia es por tanto

ilimitada

Una bomba nuclear consiste baacutesicamente en una

esfera hueca de plutonio que no es lo suficiente-

68

mente densa como para producir una reaccioacuten 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 explosioacuten se disparan los detonado-

res que hacen que el material explosivo estalle de

la manera lo maacutes regular posible para que enviacutee

una onda de choque esfeacuterica hacia el plutonio

Cuando eacutesta impacta contra eacutel lo comprime y re-

duce su volumen empujaacutendolo hacia el centro de

la esfera hasta que alcanza una densidad suficiente

(supercriacutetica) y se dispara el iniciador de neutrones

para comenzar la reaccioacuten en cadena que da lugar

a la explosioacuten nuclear

Las bombas termonucleares de fusioacuten o H nece-

sitan de una gran temperatura para que se puedan

unir los nuacutecleos esto se consigue en el interior de

una explosioacuten de fisioacuten que es el comienzo de

toda bomba H

69

Una vez acabada la reaccioacuten de fusioacuten nos encon-

traremos con una esfera expandida con una tem-

peratura de millones de grados en la que existen

los productos de la fusioacuten (litio e isoacutetopos del

hidroacutegeno) Tal es su velocidad que pueden fun-

dirse unos con otros dando lugar a la reaccioacuten de

fusioacuten Esta reaccioacuten genera maacutes energiacutea que la

anterior y libera gran cantidad de partiacuteculas nu-

cleares pero no es una reaccioacuten en cadena ya que

el propio calor que genera hace que las partiacuteculas

se separen y se expandan en forma de una esfera

de plasma con una temperatura que tan soacutelo expe-

rimenta el universo de manera natural en las estre-

llas En nuestro sol por ejemplo ocurren la fusioacuten

nuclear de hidroacutegeno y helio Pero antes de que la

reaccioacuten se extinga los neutrones generados por

las detonaciones anteriores provocan de nuevo

una reaccioacuten de fusioacuten sobre una camisa de U-

238 pero esta vez mucho mayor que las anterio-

res La potencia de una bomba termonuclear care-

ce de liacutemite una bomba como la de Hiroshima de

70

125 kilotones (un kilotoacuten equivale a 1000 tonela-

das de TNT) se considera dentro de los arsenales

modernos como pequentildea siendo las de un mega-

toacuten (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 la

Segunda Guerra Mundial

Para la construccioacuten de una bomba nuclear nor-

malmente se usa U-235 mezclado con U-238 El

primero no forma parte de la reaccioacuten nuclear

sino que es el segundo el que es fisionable de ma-

nera espontaacutenea emitiendo neutrones que son

absorbidos por el U-235 para evitar que se pro-

duzca de manera accidental la reaccioacuten en cadena

Asiacute el U-235 hace de escudo absorbiendo los neu-

trones del U-238 que es el que produce la detona-

cioacuten 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

71

reactores nucleares a partir del U-238

La desintegracioacuten del uranio en la reaccioacuten en

cadena se produce de manera espontaacutenea para una

masa de 50 Kg si eacuteste elemento es puro El pluto-

nio no es capaz por si solo de comenzar una raacutepi-

da reaccioacuten en cadena de modo que se mezcla de

berilo y polonio dando como resultado un pro-

ducto que aunque no es fisionable por si solo una

pequentildea cantidad actuacutea como catalizador para las

grandes reacciones Asiacute bastan 16 Kg de PU-239

para obtener la masa supercriacutetica y 10 Kg si se

mezcla con U-238

El U-235 es muy difiacutecil de extraer por encontrarse

en la naturaleza muy mezclado con otros com-

puestos Asiacute por cada 25000 toneladas de mineral

de uranio bruto soacutelo se obtienen 50 toneladas de

uranio del que el 993 es U-235 y el resto el

rariacutesimo isoacutetopo U-238 ambos soacutelo se pueden

separar de manera mecaacutenica gracias a la leviacutesima

72

diferencia de peso entre ambos Asiacute el uranio se

mezcla en forma gaseosa con fluor (hexafluoriacutedri-

co) que es impulsado a baja presioacuten hacieacutendolo

pasar por unas caacutemaras que aumentan la concen-

tracioacuten de uranio sensiblemente tras cientos de

pasadas Para una central nuclear la pureza ha de

ser del 2 y para una bomba (teoacutericamente) el

95

Para separar el isoacutetopo se recurre a la centrifuga-

cioacuten del gas siendo el maacutes pesado U-238 despedi-

do hacia el exterior con maacutes fuerza Para obtener

otra vez el uranio separado del gas se recurre a la

separacioacuten magneacutetica

MECANISMOS QUE SUELEN COMPONER UNA

BOMBA NUCLEAR

Los mecanismos que suelen componer una bom-

ba nuclear son los siguientes

73

ALTIacuteMETRO No suele usarse el baromeacutetrico

por verse afectado por las condiciones atmosfeacuteri-

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 seguacuten el tiempo transcu-

rrido en el recorrido puede saberse la altura sin

necesidad de complicar maacutes el sistema para dar

una precisioacuten que en realidad no es importante (2

o 3 m de diferencia no son apreciables maacutes que

en minibombas bastante menores que las de

Hiroshima) siendo la altura normal de detonacioacuten

la de 2000 m

En la praacutectica 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 electroacute-

nicamente para obtener la diferencia de ambas

que es proporcional a la altura Los pulsos suelen

emitirse 120 veces por segundo y alcanzan un

74

rango de 3000 m sobre la tierra y 6000 m sobre

el mar (la reflexioacuten es alliacute mejor) siendo su error

de hasta 15 m

CABEZA DETONADORA Como ya se dijo

estaacute compuesta de una carga explosiva muy bien

calibrada que a la orden del altiacutemetro detona

produciendo una onda de choque uniforme sobre

el elemento radioactivo comprimieacutendolo hasta

alcanzar la masa supercriacutetica

Compantildeiacuteas privadas producen camisas explosivas

que modificadas pueden ser usadas para la fabri-

cacioacuten del objeto que nos ocupa La cantidad de

presioacuten necesaria a aplicar es un secreto por razo-

nes de seguridad aunque se sabe que los explosi-

vos plaacutesticos son ideales sobre todo por su malea-

bilidad y facilidad de manejo

El detonador variacutea si es combustible es uranio o

plutonio

75

DETONADOR DE URANIO La masa total se

divide en dos partes una mayor de forma semies-

feacuterica y coacutencava que se acopla perfectamente con

la otra maacutes pequentildea Como es de suponer ambas

se encuentran separadas hasta el momento de la

detonacioacuten en el que una explosioacuten convencional

dispara la parte pequentildea que impacta contra la

mayor para lograr en un instante la masa supercriacute-

tica

DETONADOR DE PLUTONIO Necesita

una precisioacuten de ingenieriacutea mucho mayor que la

anterior ya que estaacute compuesta de 32 secciones de

plutonio-berilio-polonio todas de igual forma y

posicioacuten distribuidas conceacutentricamente El aspecto

final es parecido al de un baloacuten de fuacutetbol Todas

han de cerrarse simeacutetricamente en una diezmillo-

neacutesima de segundo para conseguir la detonacioacuten

DEFLECTOR DE NEUTRONES Suele ser

U-238 Su funcioacuten es la que ya se explicoacute evitar

76

una reaccioacuten accidental ademaacutes refleja las partiacutecu-

las de vuelta cuando se alcanza la masa supercriacuteti-

ca

ESCUDO PROTECTOR Recibe otros nom-

bres pero su funcioacuten es siempre la de proteger de

la radiacioacuten natural tanto al personal que la maneja

como a los circuitos de la bomba que pueden su-

frir cortocircuitos o puestas en funcionamiento

accidentales

SISTEMA DE ARMADO Es otro sistema maacutes

de seguridad consistente en quitar una parte im-

prescindible de la bomba para evitar detonaciones

accidentales de modo que soacutelo cuando estaacute

proacuteximo su lanzamiento se inserta esta parte Una

analogiacutea seriacutea como si al aparcar nuestro coche le

quitaacuteramos el volante o una bujiacutea asiacute estariacuteamos

seguros de que no nos lo roban porque sin estas

partes el coche no funciona

77

12 EFECTOS DE UNA EXPLOSIOacuteN NUCLEAR

Tenemos frescas en nuestra memo-

ria las imaacutegenes que nos mostroacute la

televisioacuten cuando se produjo el ac-

cidente de Chernobyl

Aquiacute explicamos todas las conse-

cuencias de una detonacioacuten 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

78

bull Radiacioacuten nuclear inicial la altiacutesima

temperatura y la elevada presioacuten que se

genera en el interior de la explosioacuten emi-

ten radiacioacuten en todas las direcciones Esta

se compone de rayos alfa beta y gamma

que son una forma de radiacioacuten electro-

magneacutetica de alta energiacutea que puede causar

la muerte sin que el individuo se de cuenta

de que ha sido irradiado Una explosioacuten de

un megatoacuten (de tamantildeo estaacutendar) matariacutea

a todo ser humano en 15 Km a la redonda

que se encontrase al aire libre

Las partiacuteculas alfa son ideacutenticas a un nuacutecleo de

helio son las que mas larga vida tienen unos mil

antildeos pero su poder de penetracioacuten 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 radiacioacuten Con 45 cm de tierra se

consigue reducir la radiacioacuten veinte veces

Las partiacuteculas beta penetran maacutes siendo suficiente

79

38 cm de pared de ladrillo para reducir a un quin-

to la radiacioacuten (una pared moderna ya espesa se

compone de 1 pie de ladrillo maacutes caacutemara maacutes

aislante maacutes ladrillo hueco y yeso que suele que-

darse en los 37 cm)

Los de maacutes poder de penetracioacuten son las gamma

y por tanto los maacutes peligrosos ya son los que se

introducen en los refugios nucleares auacuten con

grandes espesores de hormigoacuten La uacutenica protec-

cioacuten eficaz es la de interponer grandes masas de

material mejor cuanto maacutes denso siendo el ideal

el plomo ya que pasa por los materiales como la

luz por una tela si esta es maacutes densa mayor canti-

dad de chocaraacute con ella y no la traspasaraacute Para

reducir la dosis a un veinteavo se precisan 30 cm

de hormigoacuten armado

bull Pulso electromagneacutetico La intensa acti-

vidad de los rayos gamma genera mediante

induccioacuten una corriente de alto voltaje so-

80

bre antenas viacuteas feacuterreas tuberiacuteas que des-

truye todas las instalaciones eleacutectricas de

una amplia zona si la explosioacuten se efectuacutea

a gran altura Una detonacioacuten de muchos

kilotones a 200 km sobre Omaha (Ne-

brasca) destruiriacutea todos los circuitos eleacutec-

tricos integrados de toda Norteameacuterica y

parte de Meacutejico y Canadaacute Ante el riesgo

de una detonacioacuten nuclear es conveniente

alejarse de liacuteneas eleacutectricas y viacutea feacuterreas ya

que la corriente inducida puede electrocu-

tarnos

bull Pulso teacutermico al expandirse la bola de

fuego el aire circundante absorbe energiacutea

en forma de rayos X y la irradia en forma

de una luz cegadora y un intensiacutesimo ca-

lor Una bomba de 20 Megatones produci-

riacutea una intensa luz durante 20 segundos y

causariacutea quemaduras de segundo grado a

81

cualquier persona expuesta a 45 Km de

distancia

bull Onda de choque La raacutepida expansioacuten de

la bola de fuego genera una onda de cho-

que como cualquier explosioacuten pero de

una potencia muy superior ya que puede

aplastar o barrer edificios dantildeaacutendolos muy

seriamente o destruyeacutendolos por comple-

to ya que maacutes que empujar por su dura-

cioacuten lo que hace es estrujar Una bomba

de 20 megatones no dejariacutea en un radio de

20 Km maacutes que escombros soacutelo se salva-

riacutean las cimentaciones y construcciones

enterradas

bull Primera lluvia radioactiva o lluvia ra-

diactiva local una explosioacuten de 20 mega-

tones aras de suelo produciriacutea un craacuteter de

183 m de profundidad la elevada tempe-

82

ratura vaporiza todo lo que se encuentra

dentro de la bola de fuego todo se funde

con los materiales radiactivos de la fisioacuten o

fusioacuten y se eleva con el hongo para luego

precipitar en forma de finas cenizas Esto

ocurriraacute durante las 24 h siguientes a la

explosioacuten y afectaraacute a una regioacuten maacutes o

menos amplia para una misma potencia

seguacuten la climatologiacutea El fenoacutemeno se am-

pliacutea considerablemente si la detonacioacuten se

produce cerca del suelo La energiacutea 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 maacutes destructivos los deno-

minados secundarios como incendios en masa

que acabariacutean con los pocos supervivientes y ma-

tariacutean a maacutes que el pulso teacutermico y la onda de

choque

83

Ademaacutes en caso de que se lanzaran muchas

bombas nucleares sus efectos secundarios seriacutean

mucho maacutes 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 10000 mega-

tones miacutenimos para considerar un holocausto

como tal

bull El primero de estos efectos es que la ra-

dioactividad liberada en caso de holocaus-

to penetrariacutea en todos y cada uno de los

seres vivos (y en el mar la tierra y el aire)

Mientras que en dosis altas (seguacuten la espe-

cie) produciriacutea la muerte en otras maacutes ba-

jas los efectos seriacutean de lo maacutes variados

(mutaciones esterilidad)

bull El segundo seriacutea que los materiales im-

pulsados por las detonaciones se elevariacutean

hasta la troposfera donde ocultariacutean la luz

84

del sol durante meses o antildeos haciendo ba-

jar la temperatura de la tierra y alterando la

fotosiacutentesis de los vegetales y el plancton

marino seriacutea el famoso invierno nuclear

Ademaacutes estos materiales radiactivos iriacutean

cayendo durante meses o antildeos convirtieacuten-

dose en una lluvia radiactiva global que

auacuten con menos dosis radiactiva que una

lluvia provocada por una bomba seriacutea

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

antildeos Ese 5 de energiacutea liberada por la

lluvia radiactividad en una bomba es poco

pero en los 10000 megatones de un holo-

causto suponen ya 500 megatones que iraacuten

estallando durante miles de antildeos des-

pueacutes de la cataacutestrofe

85

bull El tercero seriacutea una reduccioacuten en la capa

de ozono producida por el oacutexido de nitroacute-

geno generado por las bolas de fuego de

modo que la radiacioacuten solar que llegase a

la tierra seriacutea mortal Un 70 del ozono

desapareceriacutea en el hemisferio norte y un

40 en el sur siendo necesarios treinta

antildeos para recuperar su estado normal

86

Ejercicios 12

MODELO DE RESOLUCIOacuteN

La distribucioacuten de los electrones de un aacutetomo

en sus niveles y subniveles se puede representar en

forma abreviada de la siguiente manera

a) Un coeficiente que indica el nuacutemero del nivel

de energiacutea (n)

b) Una letra que corresponde al subnivel

c) Un supraiacutendice que sentildeala el nuacutemero de elec-

trones que hay en el subnivel

1H = 1s1

3Li = 1s2 2s1

En razoacuten del entrecruzamiento de subniveles

el orden en que se van completando los subniveles

por energiacutea creciente es el siguiente

87

1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d

4p 5s 4d 5p 6s 4f

5d 6p 7s 5f 6d

7p

Para visualizar la distribucioacuten de los electrones

en orbitales se puede representar cada orbital por

un pequentildeo cuadrado dividido por una diagonal

y cada electroacuten mediante una flecha

Entonces el orbital puede estar

Vaciacuteo incompleto completo

(1 electroacuten) (2 electrones)

En caso del orbital completo las flechas tienen

sentido contrario para indicar que los electrones

presentan spin contrario

El llenado de los orbitales por los electrones

se realiza a partir de los niveles y subniveles en

88

orden creciente de energiacutea Cada nuevo electroacuten se

incorpora a un orbital vaciacuteo

De ese modo los elementos quedan represen-

tados asiacute

1H =

1s

3Li =

1s 2s

7N =

1s 2s 2p

89

Ejercicios 121

1) Un aacutetomo de foacutesforo tiene 15 protones y 16

neutrones Indicaacute cuaacutel es su

a) nuacutemero atoacutemico (Z) b) nuacutemero

de masa (A)

2) Un aacutetomo de potasio tiene Z =19 y A = 39

Indicaacute su nuacutemero de

a) protones b) electrones

c) neutrones

3) Completaacute los datos que faltan en el siguiente

cuadro

90

ELE-

MEN-

TO

NUacute-

MERO

ATOacute-

MICO

NUacute-

MERO

DE

MASA

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) Sentildealaacute el nombre y siacutembolo de los elementos

cuyas configuraciones electroacutenicas 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) Escribiacute la configuracioacuten electroacutenica de los

siguientes elementos

91

a) Na2311 = c) O16

8 =

b) Cl3517 = d) C12

6 =

6) De acuerdo con la siguiente representacioacuten de

los electrones en orbitales indicaacute a queacute ele-

mentos corresponden

a)

b)

c)

d)

7) Representaacute la distribucioacuten de los electrones en

orbitales de los elementos

a) 7N= c) 18Ar =

b) 15AI = d) 19K =

92

Hoja de respuestas121

1) a) 15 b) 31 2) a) 19 b) 19 c) 20

3)

ELE-

MEN-

TO

NUacuteME-

RO

ATOacute-

MICO

NUacute-

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)Argoacuten Ar

d)Escandio Sc

5) a) 1S2 2S2 2p6 3s1

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)middot

94

Ejercicios 1211

Modelo de resolucioacuten

El nuacutemero de oxidacioacuten se asigna seguacuten las si-

guientes reglas

1) El nuacutemero de oxidacioacuten de los elementos en la

sustancia simple es cero

Ejemplo Cu0 02Cl

2) El nuacutemero de oxidacioacuten del oxiacutegeno es 2

excepto en las sustancias como el agua oxige-

nada Ejemplo H2

2Ominus

3) El nuacutemero de oxidacioacuten del hidroacutegeno es +1

excepto en las sustancias donde estaacute combina-

do con los metales Ejemplo 1

H+

2O

4) El nuacutemero de oxidacioacuten de un ion monoatoacute-

mico es igual a la carga del ion Ejemplo Ca2-

Cl-

95

5) En la foacutermula de una sustancia la suma alge-

braica de los nuacutemeros de oxidacioacuten de todos

los aacutetomos debe ser cero Ejemplo 1

H+

2

2Ominus

there42(+1) + (-2) = 0

6) En los iones que tienen maacutes de un aacutetomo la

suma algebraica de los nuacutemeros de oxidacioacuten

de todos los aacutetomos es igual a la carga del ion

El nuacutemero de oxidacioacuten se escribe colocando primero el signo y luego el nuacutemero

Ejemplo el nuacutemero de oxidacioacuten del aluminio es +3

1) Calculaacute los nuacutemeros de oxidacioacuten en la moleacute-

cula de dioacutexido de azufre (SO2)

Datos SO2 nuacutemero de oxidacioacuten del O2

es 2

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de S

Resolucioacuten Cada aacutetomo de oxiacutegeno tiene

nuacutemero de oxidacioacuten 2 por lo tanto el nuacute-

mero de oxidacioacuten del azufre es +4 porque

2(-2) + (+4) = 0

96

2) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten del azufre en

el aacutecido sulfuacuterico (H2SO4)

Datos H2SO2 nuacutemero de oxidacioacuten del

O2 es 2 nuacutemero de oxidacioacuten de H es -1

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de S

Resolucioacuten Se debe cumplir que la suma al-gebraica de todos los nuacutemeros de oxidacioacuten sea cero

4(-2) + 21 + x = 0

-8 + 2 + x = 0

x = 6

Respuesta el nuacutemero de oxidacioacuten del azufre

en el aacutecido sulfuacuterico es +6

3) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten del nitroacutegeno

en el nitrato de sodio (NaNO3)

Datos NaNO3 nuacutemero de oxidacioacuten del

O2 es 2

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de N

97

Resolucioacuten El nuacutemero de oxidacioacuten del

sodio es +1 porque el ion sodio tiene una car-

ga eleacutectrica positiva

+1 + 3(-2) +x = 0

1 6 + x = 0

x = 5

Respuesta el nuacutemero de oxidacioacuten del nitroacute-

geno en el nitrato de sodio es +5

4) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten del azufre en

el ion sulfato (S 24Ominus )

Datos S 24Ominus nuacutemero de oxidacioacuten del O2

es 2

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de S

Resolucioacuten La suma de los nuacutemeros de

oxidacioacuten es igual a 2 porque el ion sulfato

tiene dos cargas negativas (2-)

x + 4(-2) = -2

x 8 = -2

x = 6

98

Respuesta El nuacutemero de oxidacioacuten del azu-

fre en el ion sulfato es +6

99

Ejercicios 1212

1) Dibujaacute los siacutembolos de Lewis para los aacutetomos

de

a) He b) Al c) Si d) Ar e) N

2) iquestCoacutemo adquiere la distribucioacuten electroacutenica del

ineacutertido maacutes cercano cada uno de los siguien-

tes aacutetomos

a) K b)

F c)

S d) Mg e)

Br

3) Escribiacute las ecuaciones ioacutenicas la foacutermula elec-

troacutenica y la foacutermula miacutenima del compuesto

ioacutenico formado por

a) K y Br (bromuro de potasio)

b) Ca y O (oacutexido de calcio)

4) Marcaacute con una X las propiedades correspon-

dientes a las sustancias que presentan uniones

ioacutenicas

100

a) Son soacutelidas y tienen bajo punto de fusioacuten ( )

b) Conducen la corriente eleacutectrica fundidas o di-

sueltas en agua ( )

c) Tienen brillo metaacutelico ( )

d) Forman cristales duros y quebradizos solubles

en agua ( )

e) No conducen la corriente eleacutectrica ( )

5) Explicaacute coacutemo se unen dos aacutetomos de bromo

para formar la moleacutecula Br2 y escribiacute su

foacutermula electroacutenica y su foacutermula desarrollada

6) La foacutermula del monoacutexido de dicloro es Cl2O

a) Indicaacute queacute tipo de unioacuten existe entre el cloro y

el oxiacutegeno

b) Escribiacute su foacutermula electroacutenica y su foacutermula

desarrollada

7) El azufre y el oxiacutegeno forman dos oacutexidos

importantes el dioacutexido de azufre (SO2) y el

101

trioacutexido de azufre (SO3) Para el trioacutexido de

azufre

a) Indicaacute queacute tipo de unioacuten existe entre el azufre

y los tres aacutetomos de oxiacutegeno

b) Escribiacute la foacutermula electroacutenica

c) Escribiacute la foacutermula desarrollada

8) Marcaacute 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

liacutequidas o soacutelidas ( )

c) Son duacutectiles y maleables ( )

d) No forman moleacuteculas son agregados de

iones ( )

e) No son buenas conductoras de la corriente

eleacutectrica ( )

102

9) Coloque en el pareacutentesis UCP si la unioacuten es

covalente polar y UCNP si es covalento no

polar en cada una de las siguientes sustancias

a) cloruro de hidroacutegeno HCl ( )

b) Hidroacutegeno H2 ( )

c) yodo l2 ( )

10) Escribiacute la foacutermula electroacutenica y la foacutermula

desarrollada de cada una de las sustancias

mencionadas en el ejercicio 9

11) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten

a) del azufre (S)en el dioacutexido de azufre (SO2) en

el trioacutexido de azufre (SO3) y en el sulfuro de

sodio (Na2S)

b) del nitroacutegeno (N) en el dioacutexido de nitroacutegeno

(NO2) en el aacutecido niacutetrico (HNO3) y en el ni-

trato de potasio (KNO3)

12) Marcaacute con una X las propiedades que se expli-

can en el concepto de unioacuten metaacutelica

103

a) Tienen bajo punto de fusioacuten y de

ebullicioacuten ( )

b) Tienen brillo metaacutelico ( )

c) Conducen la corriente eleacutectrica sin

alterarse ( )

d) En estado soacutelido son malos conductores de la

corriente eleacutectrica ( )

e) Forman hilos y laacuteminas delgadas ( )

104

Hoja de respuestas 1212

1) a) He b) Al c)

Si d)

Ar e)

N

2) a) cede un electroacuten d) cede electrones c)

gana dos electrones b) y e) gana un electroacuten

3) a) Ecuaciones ioacutenicas

K K1+ + 1 e

Br + 1 e Br1-

K1+ + Br- KBr

Foacutermula electroacutenica K1+minus

1

Br

Foacutermula miacutenima KBr

b) Ecuaciones ioacutenicas

Ca Ca 2+ + 2 e

O + 2 e O2-

Ca2+ + O2- CaO

Foacutermula electroacutenica Ca2+ minus

2

O

105

Foacutermula miacutenima CaO

4) b y d

5) se unen compartiendo un par de electrones

6) a) unioacuten covalente

b) foacutermula electroacutenica

Cl

O

Cl

foacutermula desarrollada Cl O Cl

7) a) una unioacuten covalente doble entre el azufre y

uno de los aacutetomos de oxiacutegeno dos uniones cova-

lentes coordinadas con los otros dos aacutetomos de

oxiacutegeno

b) Foacutermula electroacutenica

Foacutermula desarrollada

106

8) a b y e

9) a) UCP y c) UCNP

10) Foacutermula electroacutenica Foacutermula desarrollada

a) H

Cl H Cl

b) HH H H

c)

I

I l I

11) a) +4 +6 -2 b) +4 +5 +5

12) b c y e

  • RADIACTIVIDAD
    • IacuteNDICE
      • 1 RADIACTIVIDAD NATURAL
      • 2 RELACIOacuteN ENTRE LA LEY DE LAVOISIER Y LA DE EINSTEIN
      • 3 INTERACCIONES ENTRE AacuteTOMOS Y ONDAS
      • 4 PODER DE PENETRACIOacuteN DE LA RADIACIOacuteN
      • 5 VIDA MEDIA
      • 6 RADIACTIVIDAD ARTIFICIAL
      • 7 USOS DE LOS RADIOISOacuteTOPOS
      • 8 MEDICINA NUCLEAR
      • 9 FECHADO POR MEDIO DE RADIOISOacuteTOPOS
      • 10 PLANTAS DE ENERGIacuteA NUCLEAR
      • 11 BOMBA ATOacuteMICA
      • 12 EFECTOS DE UNA EXPLOSIOacuteN NUCLEAR
        • Ejercicios 12
        • Ejercicios 121
        • Hoja de respuestas121
        • Ejercicios 1211
        • Ejercicios 1212
        • Hoja de respuestas 1212

41

causan la descomposicioacuten de los alimentos Los

alimentos irradiados muestran poco cambio en

cuanto a su saber o aspecto A muchas personas

les inquietan los posibles efectos dantildeinos de las

sustancias quiacutemicas que produce la radiacioacuten pero

no hay pruebas contundentes de dantildeos causados

por alimentos irradiados en animales de laborato-

rio alimentados con ellos y tampoco se conocen

efectos adversos en seres humanos en los paiacuteses

donde la irradiacioacuten se ha utilizado por muchos

antildeos El proceso de esterilizacioacuten no deja irradia-

cioacuten residual en los alimentos

Los radioisoacutetopos han sido empleados exten-

samente en la investigacioacuten cientiacutefica baacutesica El

mecanismo de la fotosiacutentesis se dilucidoacute en gran

parte utilizando carbono 14 como rastreador Por

ejemplo para determinar coacutemo fabrican las plan-

tas el azuacutecar glucosa a partir de dioacutexido de carbo-

no y agua la planta se expone a dioacutexido de carbo-

no radiactivo El investigador identifica los com-

puestos que se forman a partir de estas materias

42

primas y el orden en el que se sintetizan y despueacutes

determina cuaacuteles compuestos se tornan radiactivos

y en queacute secuencia Con base en los dates obteni-

dos de experimentos con rastreadores los cientiacutefi-

cos determinan las rutas metaboacutelicas de plantas

animales y seres humanos

43

8 MEDICINA NUCLEAR

La medicina nuclear ha generado tra-

tamientos y terapias inimaginables

antes de su descubrimiento

En el diagnostico generoacute meacutetodos no

invasivos que evitan a los paciente

tanto sufrimientos como peacuterdidas de

tiempo

En medicina nuclear se dan dos usos distintos

a los radioisoacutetopos para fines terapeacuteuticos o para

realizar un diagnoacutestico En la terapia con radiacioacuten

se intenta tratar o curar un padecimiento por

44

medio de radiacioacuten El uso de los radioisoacutetopos

con fines de diagnoacutestico busca obtener informa-

cioacuten acerca del estado de salud del paciente

TERAPIA POR RADIACIOacuteN

El caacutencer no es una sola enfermedad sino

muchas Algunas formas de caacutencer son particu-

larmente susceptibles a la terapia por radiacioacuten La

radiacioacuten se dirige cuidadosamente hacia el tejido

canceroso y se reduce al miacutenimo la exposicioacuten de

las ceacutelulas normales Si los efectos destructivos de

la radiacioacuten consiguen matar las ceacutelulas cancero-

sas se detiene el avance del tumor maligno (Pero

los pacientes que se someten a terapia por radia-

cioacuten suelen experimentar malestares a causa del

tratamiento Naacuteusea y voacutemito son los siacutentomas

usuales del malestar por radiacioacuten Asiacute pues el

objetivo de la terapia por radiacioacuten es destruir las

ceacutelulas cancerosas antes de que se cause un dantildeo

excesivo a los tejidos sanos La radiacioacuten tiene

45

efectos maacutes letales para las ceacutelulas que se reprodu-

cen con rapidez y eacutesta es precisamente la caracte-

riacutestica de las ceacutelulas cancerosas que permite que la

terapia por radiacioacuten tenga eacutexito

USOS DIAGNOacuteSTICOS DE LOS RADIOISOacuteTOPOS

Los radioisoacutetopos se usan para fines diagnoacutes-

ticos con el propoacutesito de obtener informacioacuten

acerca del tipo o el alcance de la enfermedad El

yodo 131 radiactivo se emplea para determinar el

tamantildeo la forma y la actividad de la glaacutendula ti-

roides asiacute como para tratar caacutenceres localizados

en esta glaacutendula y para controlar una tiroides hi-

peractiva Primero el paciente toma una solucioacuten

de yoduro de potasio que contiene yodo 131 El

organismo concentra el yodo en la tiroides Se

usan dosis grandes para el tratamiento del caacutencer

de la tiroides la radiacioacuten del isoacutetopo se concentra

en las ceacutelulas cancerosas de esta glaacutendula auacuten

cuando las ceacutelulas cancerosas se hayan extendido a

46

otras partes del cuerpo Sin embargo para fines de

diagnoacutestico soacutelo se necesita una pequentildea cantidad

del radioisoacutetopo Tambieacuten 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-

poracioacuten diferencial del isoacutetopo La imagen que

se obtiene se describe como una fotoexploracioacuten

y permite determinar con precisioacuten la ubicacioacuten de

un tumor en esa regioacuten del cuerpo

El radioisoacutetopo de uso maacutes extendido en medicina

es el gadolinio 153 Este isoacutetopo se emplea para

evaluar la mineralizacioacuten de los huesos Su popu-

laridad es un indicio del gran nuacutemero de personas

principalmente mujeres que sufren de osteoporo-

sis (reduccioacuten de la cantidad de tejido oacuteseo) a me-

dida que envejecen El gadolinio 153 emite dos

radiaciones caracteriacutesticas un rayo gamma y un

rayo X Un dispositivo analizador compara estas

radiacioacuten despueacutes de que atraviesan el hueso La

47

densidad del mismo se determina con base en las

diferencias de absorcioacuten de los rayos

El tecnecio 99m se utiliza en diversos ensayos

diagnoacutesticos La letra m quiere decir metaestable

lo que significa que este isoacutetopo emite cierta ener-

giacutea para convertirse en una versioacuten maacutes estable del

mismo isoacutetopo (mismo nuacutemero atoacutemico y mismo

peso atoacutemico) La energiacutea que desprende es el

rayo gamma que permite detectar el isoacutetopo

Tcm9943 Tc99

43 + y

Observa que la desintegracioacuten del tecnecio

99m no produce partiacuteculas alfa ni beta las cuales

podriacutean causar dantildeos innecesarios al organismo

Ademaacutes el tecnecio 99m tiene una vida media cor-

ta (alrededor de 6 h) lo que significa que la radiac-

tividad no permanece en el organismo mucho

tiempo despueacutes de que la exploracioacuten se ha com-

pletado Esta vida media tan corta obliga a planifi-

48

car cuidadosamente el uso del radioisoacutetopo De

hecho lo que se adquiere no es el isoacutetopo mismo

El tecnecio 99m se forma por desintegracioacuten del

molibdeno 99

Mo9942 Tcm99

43 + e01minus + y

Se emplea un recipiente que contiene este isoacute-

topo de molibdeno y el producto de desintegra-

cioacuten el tecnecio 99 se extrae del recipiente a

medida que se necesita

Mediante el uso de modernas tecnologiacuteas ba-

sadas en la utilizacioacuten de computadoras la tomo-

grafiacutea por emisioacuten de positrones (PET por sus

siglas en ingleacutes) permite medir los procesos dinaacute-

micos que se llevan a cabo en el organismo como

el flujo sanguiacuteneo o la rapidez con la que se meta-

boliza el oxiacutegeno o la glucosa Las exploraciones

de PET se emplean actualmente para identificar

con precisioacuten el aacuterea de dantildeo cerebral que desen-

49

cadena los ataques epileacutepticos graves Antes de la

exploracioacuten se inhalan o se inyectan compuestos

que contienen isoacutetopos emisores de positrones

como el carbono 11 Antes de que el positroacuten

emitido pueda recorrer una distancia apreciable en

el cuerpo se topa con un electroacuten (en toda la ma-

teria ordinaria abundan los electrones) y se produ-

cen dos rayos gamma

C116 B11

5 + e01+

e01+ + e0

1minus 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 simultaacuteneamente

dos rayos gamma el sistema no toma en cuenta

los rayos gamma de la radiacioacuten natural de fondo

A continuacioacuten se emplea una computadora para

calcular la ubicacioacuten dentro del cuerpo del punto

50

en el cual ocurrioacute una aniquilacioacuten del positroacuten y

el electroacuten y se genera una imagen en esa regioacuten

La tabla contiene una lista de radioisoacutetopos de

uso comuacuten en la medicina La lista es necesaria-

mente incompleta Incluso con esta exposicioacuten tan

breve puedes hacerte una idea de la importancia

que los radioisoacutetopos tienen en la medicina La

aseveracioacuten de que la ciencia nuclear ha salvado

maacutes vidas de las destruidas por las bombas atoacutemi-

cas no carece el fundamento

51

Isoacutetopo Nombre Vida me-

dia Uso

C11 Carbono 11 203m Exploraciones cere-

brales

Cr51 Cromo 51 278d Determinacioacuten

del volumen sanguiacute-

neo

Co57 Cobalto 57 270d Medicioacuten de la

incorporacioacuten de

vitamina v12

Co60 Cobalto 60 526a Terapia de caacutencer

por radiacioacuten

Gd153 Gadolinio

153

242d Determinacioacuten

de la densidad oacutesea

Ga67 Galio 67 781h Exploracioacuten en

busca de tumores

pulmonares

I131 Yodo 131 807d Terapia de la ti-

roides

Ir192 Iridio 192 74d Terapia del caacuten-

cer de mamaacute

Fe59 Hierro 59 45d Deteccioacuten de

anemia

52

P32 Foacutesforo 32 143d Deteccioacuten de

caacutencer de la piel o

tumores oculares

Pu238 Plutonio

238

86a Suministra ener-

giacutea para marcapasos

Ra226 Radio 226 1600a Terapia de caacutencer

por radiacioacuten

Se75 Selenio 75 120d Exploraciones del

paacutencreas

Na24 Sodio 24 150h Localizacioacuten de

obstrucciones en el

flujo sanguiacuteneo

Tc99 Tecnecio 99 60h Obtencioacuten de imaacute-

genes de cerebro hiacutega-

do meacutedula oacutesea rintildeoacuten o

corazoacuten

Tl201 Talio 201 73h Deteccioacuten de pro-

blemas cardiacos con la

prueba de esfuerzo en

rueda de andar

H3 Tritio 123a Determinacioacuten de

agua corporal total

Xe133 Xenoacuten133 527d Obtencioacuten de imaacute-

genes de pulmoacuten

53

9 FECHADO POR MEDIO DE RADIOISOacuteTOPOS

Una de las aplicaciones maacutes in-

creiacutebles de la quiacutemica nuclear es la po-

sibilidad de averiguar la antiguumledad de

los objetos encontrados en las investi-

gaciones arqueoloacutegicas

Se puede usar la vida media de ciertos isoacuteto-

pos para estimar la antiguumledad de rocas y artefac-

tos arqueoloacutegicos El uranio 238 se desintegra con

una vida media de 4500 millones de anos Los

productos iniciales de esta desintegracioacuten tambieacuten

son radiactivos y la descomposicioacuten continuacutea

54

hasta que se forma un isoacutetopo de plomo (plomo

206) Los quiacutemicos pueden estimar la antiguumledad

de una roca determinando las proporciones relati-

vas de uranio 238 y plomo 206 Se ha encontrado

que algunas de las rocas maacutes antiguas de la Tierra

se formaron hace entre 3000 y 4500 millones de

antildeos En las rocas lunares y en meteoritos se ha

determinado una antiguumledad maacutexima de alrededor

de 4500 millones de antildeos Asiacute pues se considera

en general que la Tierra tiene una antiguumledad de

unos 4500 millones de antildeos

FECHADO POR CARBONO 14

En el fechado de artefactos interviene por lo

general un isoacutetopo radiactivo de carbono Se for-

ma carbono 14 en las capas superiores de la at-

moacutesfera por el bombardeo que experimenta el

nitroacutegeno ordinario por parte de los neutrones de

los rayos coacutesmicos

55

N147 + n1

0 C146 + H1

1

Este proceso origina una concentracioacuten cons-

tante de carbono 14 en el CO2 terrestre Las plan-

tas y animales vivos incorporan este isoacutetopo en

sus propias ceacutelulas Sin embargo cuando estos

seres mueren se interrumpe la incorporacioacuten de

carbono 14 y el carbono 14 que hay en el orga-

nismo se desintegra (con una vida media de 5 730

antildeos) a nitroacutegeno 14

Por consiguiente basta con medir la actividad

residual de carbono 14 en un artefacto de origen

vegetal o animal para determinar su antiguumledad

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 antildeos de antiguumle-

dad es decir ha estado muerta durante un tiempo

equivalente a una vida media Anaacutelogamente un

artefacto que muestra el 25 de la actividad de

carbono 14 del material vegetal reciente tiene

56

11460 anos de antiguumledad 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 aquiacute supone que la formacioacuten del isoacutetopo

fue constante a lo largo del tiempo En realidad no

es asiacute Sin embargo aproximadamente para los

uacuteltimos 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

aacuterboles Se han construido curvas de calibracioacuten

que permiten determinar fechas consideradas co-

mo exactas

En teacuterminos generales el meacutetodo de carbono

14 es razonablemente preciso para fechar objetos

de hasta 50000 antildeos de antiguumledad La cantidad

residual del isoacutetopo en los objetos de una antiguumle-

dad mayor que esa es demasiado pequentildea para

hacer una determinacioacuten exacta

El carboacuten de las fogatas de los pueblos anti-

57

guos fechado por determinacioacuten de la actividad

de carbono 14 se usa para estimar la antiguumledad

de otros artefactos encontrados en el mismo em-

plazamiento arqueoloacutegico La teacutecnica de fechado

por carbono 14 se ha usado tambieacuten para detectar

si supuestos artefactos antiguos han sido falsifica-

dos

EL SUDARIO DE TURIacuteN

Probablemente han oiacutedo hablar del sudario de

Turiacuten Se trata de una pieza de tejido de lino muy

antigua de unos 4 metros de largo que muestra la

impresioacuten aproximada de un cuerpo humano

Desde alrededor del antildeo 1350 dC 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-

bricacioacuten del lienzo habiacutea sido cultivado en alguacuten

memento entre los anos de 1260 y 1390 dC Por

58

tanto el lienzo no podriacutea haber existido en tiem-

pos de Cristo A diferencia de los pergaminos del

Mar Muerto para los que el fechado por carbono

14 demostroacute que son registros auteacutenticos de una

civilizacioacuten que existioacute hace unos 2000 antildeos el

sudario de Turiacuten resultoacute ser falso

FECHADO POR TRITIO

El tritio que es el isoacutetopo radiactivo del

hidroacutegeno sirve tambieacuten para fechar Su vida me-

dia de 123 antildeos lo hace uacutetil para fechar objetos de

hasta 100 antildeos de antiguumledad Una aplicacioacuten inte-

resante es el fechado de aguardientes Estas bebi-

das alcohoacutelicas son muy costosas cuando han sido

antildeejadas de 10 a 50 antildeos El fechado por tritio

permite comprobar la veracidad de los anuncios

publicitarios respecto al proceso de antildeejamiento

de las variedades maacutes caras

Hay muchos otros isoacutetopos que permiten es-

timar la antiguumledad de objetos y materiales

59

Isoacutetopo Vida me-

dia

(antildeos)

Periacuteodo de

utilidad Uso

Carbono 14 5730 500 a 50000

antildeos

Carboacuten vege-

tal material

orgaacutenico

Tritio 123 1 a 100 antildeosVinos antildeeja-

dos

Potasio 40 13 x 109 Desde 10000

antildeos

Rocas corteza

terrestre y

lunar

Renio 187 43 x1010 Desde 4 x

107 antildeos Meteoritos

Ranio238 45 x109 Desde 107

antildeos

Rocas corteza

terrestre

60

10 PLANTAS DE ENERGIacuteA NUCLEAR

iquestSabeacutes de doacutende viene esa energiacutea que nosotros usamos tanto Mucha de la energiacutea eleacutectrica es

producida por plantas nucleares de to-do el mundo

La energiacutea nuclear ha dado origen a bombas

muy destructivas y a la nociva precipitacioacuten ra-

diactiva y podriacutea incluso provocar un devastador

invierno nuclear Sin embargo una cantidad mu-

cho mayor de personas han recibido beneficios de

la energiacutea nuclear que las que han sido perjudica-

das por ella El hecho es que existen muchos usos

de la energiacutea nuclear que son sumamente beneacutefi-

61

cos Ya conocemos el uso de isoacutetopos radiactivos

en el diagnoacutestico cliacutenico y en el fechado de obje-

tos de antiguumledad desconocida Otro uso paciacutefico

de la energiacutea nuclear es la generacioacuten de electri-

cidad Una gran parte de la energiacutea eleacutectrica que

se utiliza hoy en diacutea se genera en plantas de ener-

giacutea nuclear

En la actualidad una quinta parte de toda la

electricidad que se produce en Estados Unidos

proviene de plantas de energiacutea nuclear En Euro-

pa la dependencia respecto a la energiacutea nuclear

para la produccioacuten de electricidad es auacuten mayor

En Francia por ejemplo maacutes del 70 de la ener-

giacutea eleacutectrica del paiacutes proviene de plantas nuclea-

res

No es sorprendente que una reaccioacuten que

desprende tanta energiacutea como lo hace la fisioacuten

nuclear se use como fuente de energiacutea para gene-

rar electricidad En las plantas de energiacutea nuclear

se usa el calor obtenido de una reaccioacuten de fisioacuten

62

en cadena controlada para producir vapor de

agua que mueve las turbinas generadoras de elec-

tricidad El combustible nuclear es normalmente

oacutexido de uranio U3O8 enriquecido hasta alrede-

dor de 3 de uranio 235

La energiacutea nuclear es mucho maacutes limpia que la

que se obtiene quemando combustibles foacutesiles

(carboacuten petroacuteleo y gas) no produce cenizas finas

ni holliacuten no forma dioacutexido de carbono que con-

tribuye al efecto de invernadero y al calentamiento

global y no contamina el aire con oacutexidos de azu-

fre y de nitroacutegeno que dan origen a la lluvia aacutecida

Por otra parte emite grandes cantidades de calor

residual en el ambiente y lo que es mucho maacutes

serio produce muchos residuos radiactivos La

eliminacioacuten de todos estos materiales radiactivos

de desecho es uno de los problemas constantes

que se tienen en relacioacuten con las plantas de energiacutea

nuclear

63

11 BOMBA ATOacuteMICA

Todos sabemos los desastres que pue-

den causar la detonacioacuten de una bomba

nuclear

Aquiacute presentamos la explicacioacuten teoacuterica

y coacutemo se pone en praacutectica

COacuteMO FUNCIONA UNA BOMBA NUCLEAR EN LA

TEORIacuteA

El 16 de Julio de 1945 estalloacute la primera bomba

atoacutemica en el campo de pruebas de Trinity cerca

de aacutelamo Gordo (Nuevo Meacutejico) Desde ese pre-

64

ciso instante la historia de la humanidad ha pasado

a una nueva era la era nuclear

Nunca hasta entonces se habiacutean tenido los cono-

cimientos necesarios como para saber que la masa

puede convertirse en grandes cantidades de ener-

giacutea y coacutemo podiacutea realizarse ese proceso hasta

entonces reservado tan soacutelo a las estrellas

La famosa foacutermula de Einstein E = mc2 ha pasa-

do ya ha formar parte de la cultura popular auacuten sin

que en realidad se llegue a saber que implica

Donde E es energiacutea m masa y c la velocidad de la

luz (constante) En esta ecuacioacuten se expresa la

relacioacuten de equivalencia entre masa y energiacutea Por

ejemplo haciendo algunas cuentas se ve que con

un gramo de uranio si se convirtiese totalmente

en energiacutea se obtendriacutean 25 millones de Kw

Aplicado como una bomba nuclear basta decir

que para asolar Hiroshima soacutelo se convirtioacute un

65

gramo de masa (aunque toda la bomba como me-

canismo pesara cuatro toneladas) su potencia fue

de 125 kilotones es decir para igualar su potencia

seriacutean 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 combustibles

de fisioacuten Cuando en un espacio se reuacutene la sufi-

ciente cantidad de materia (denominada masa criacute-

tica) se produce una reaccioacuten en cadena espontaacute-

nea esto es el nuacutecleo de los aacutetomos del material

se divide liberando energiacutea y varios neutrones

raacutepidos que provocan que otros nuacutecleos tam-

bieacuten se dividan y liberen maacutes energiacutea y neutrones

Este proceso se denomina fisioacuten nuclear Sin em-

bargo si la densidad no es suficiente la energiacutea

liberada hace que el material se expanda y se de-

tenga el proceso Para evitar que se pare la reac-

cioacuten se recurre a una materia muy densa de por siacute

(isoacutetopos del uranio y plutonio) que ademaacutes se

comprime de manera muy raacutepida para lograr una

66

altiacutesima densidad que permite que los neutrones

raacutepidos choquen antes con otros nuacutecleos y se

produzcan antes el mayor nuacutemero 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 maacutes energiacutea Para una

explosioacuten de 100 kilotones son necesarias 58 ge-

neraciones las 7 uacuteltimas generan el 999 de la

energiacutea en periodo cortiacutesimo de tiempo Tambieacuten

puede liberarse energiacutea con la fusioacuten en este pro-

ceso los nuacutecleos se unen en vez de separarse pero

se requieren altiacutesimas temperaturas (del orden de

millones de grados) para que este proceso se lleve

a cabo Para esta reaccioacuten se usan aacutetomos ligeros

(maacutes faacuteciles de unir) generalmente hidroacutegeno o

sus isoacutetopos (deuterio y tritio) Para unir dos aacuteto-

mos basta con hacerlos chocar Los protones de

cada aacutetomo 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

67

fusioacuten deben comprimirse fuertemente los nuacute-

cleos y una vez hecho soacutelo podraacuten continuar uni-

dos si pierden un equivalente de la energiacutea que les

hizo apretarse En el caso de usar deuterio y tritio

se libera violentamente un neutroacuten Esta energiacutea

liberada es la que forma una bomba de fusioacuten

tambieacuten denominada bomba H

COMO FUNCIONA UNA BOMBA ATO-MICA EN LA PRACTICA

Sea cual fuere el sistema de funcionamiento de

una bomba nuclear (fusioacuten o fisioacuten) una cantidad

de masa se convierte en energiacutea la potencia soacutelo

depende de la capacidad de la ingenieriacutea para con-

vertir maacutes masa antes de que la reaccioacuten disperse

las moleacuteculas en teoriacutea la potencia es por tanto

ilimitada

Una bomba nuclear consiste baacutesicamente en una

esfera hueca de plutonio que no es lo suficiente-

68

mente densa como para producir una reaccioacuten 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 explosioacuten se disparan los detonado-

res que hacen que el material explosivo estalle de

la manera lo maacutes regular posible para que enviacutee

una onda de choque esfeacuterica hacia el plutonio

Cuando eacutesta impacta contra eacutel lo comprime y re-

duce su volumen empujaacutendolo hacia el centro de

la esfera hasta que alcanza una densidad suficiente

(supercriacutetica) y se dispara el iniciador de neutrones

para comenzar la reaccioacuten en cadena que da lugar

a la explosioacuten nuclear

Las bombas termonucleares de fusioacuten o H nece-

sitan de una gran temperatura para que se puedan

unir los nuacutecleos esto se consigue en el interior de

una explosioacuten de fisioacuten que es el comienzo de

toda bomba H

69

Una vez acabada la reaccioacuten de fusioacuten nos encon-

traremos con una esfera expandida con una tem-

peratura de millones de grados en la que existen

los productos de la fusioacuten (litio e isoacutetopos del

hidroacutegeno) Tal es su velocidad que pueden fun-

dirse unos con otros dando lugar a la reaccioacuten de

fusioacuten Esta reaccioacuten genera maacutes energiacutea que la

anterior y libera gran cantidad de partiacuteculas nu-

cleares pero no es una reaccioacuten en cadena ya que

el propio calor que genera hace que las partiacuteculas

se separen y se expandan en forma de una esfera

de plasma con una temperatura que tan soacutelo expe-

rimenta el universo de manera natural en las estre-

llas En nuestro sol por ejemplo ocurren la fusioacuten

nuclear de hidroacutegeno y helio Pero antes de que la

reaccioacuten se extinga los neutrones generados por

las detonaciones anteriores provocan de nuevo

una reaccioacuten de fusioacuten sobre una camisa de U-

238 pero esta vez mucho mayor que las anterio-

res La potencia de una bomba termonuclear care-

ce de liacutemite una bomba como la de Hiroshima de

70

125 kilotones (un kilotoacuten equivale a 1000 tonela-

das de TNT) se considera dentro de los arsenales

modernos como pequentildea siendo las de un mega-

toacuten (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 la

Segunda Guerra Mundial

Para la construccioacuten de una bomba nuclear nor-

malmente se usa U-235 mezclado con U-238 El

primero no forma parte de la reaccioacuten nuclear

sino que es el segundo el que es fisionable de ma-

nera espontaacutenea emitiendo neutrones que son

absorbidos por el U-235 para evitar que se pro-

duzca de manera accidental la reaccioacuten en cadena

Asiacute el U-235 hace de escudo absorbiendo los neu-

trones del U-238 que es el que produce la detona-

cioacuten 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

71

reactores nucleares a partir del U-238

La desintegracioacuten del uranio en la reaccioacuten en

cadena se produce de manera espontaacutenea para una

masa de 50 Kg si eacuteste elemento es puro El pluto-

nio no es capaz por si solo de comenzar una raacutepi-

da reaccioacuten en cadena de modo que se mezcla de

berilo y polonio dando como resultado un pro-

ducto que aunque no es fisionable por si solo una

pequentildea cantidad actuacutea como catalizador para las

grandes reacciones Asiacute bastan 16 Kg de PU-239

para obtener la masa supercriacutetica y 10 Kg si se

mezcla con U-238

El U-235 es muy difiacutecil de extraer por encontrarse

en la naturaleza muy mezclado con otros com-

puestos Asiacute por cada 25000 toneladas de mineral

de uranio bruto soacutelo se obtienen 50 toneladas de

uranio del que el 993 es U-235 y el resto el

rariacutesimo isoacutetopo U-238 ambos soacutelo se pueden

separar de manera mecaacutenica gracias a la leviacutesima

72

diferencia de peso entre ambos Asiacute el uranio se

mezcla en forma gaseosa con fluor (hexafluoriacutedri-

co) que es impulsado a baja presioacuten hacieacutendolo

pasar por unas caacutemaras que aumentan la concen-

tracioacuten de uranio sensiblemente tras cientos de

pasadas Para una central nuclear la pureza ha de

ser del 2 y para una bomba (teoacutericamente) el

95

Para separar el isoacutetopo se recurre a la centrifuga-

cioacuten del gas siendo el maacutes pesado U-238 despedi-

do hacia el exterior con maacutes fuerza Para obtener

otra vez el uranio separado del gas se recurre a la

separacioacuten magneacutetica

MECANISMOS QUE SUELEN COMPONER UNA

BOMBA NUCLEAR

Los mecanismos que suelen componer una bom-

ba nuclear son los siguientes

73

ALTIacuteMETRO No suele usarse el baromeacutetrico

por verse afectado por las condiciones atmosfeacuteri-

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 seguacuten el tiempo transcu-

rrido en el recorrido puede saberse la altura sin

necesidad de complicar maacutes el sistema para dar

una precisioacuten que en realidad no es importante (2

o 3 m de diferencia no son apreciables maacutes que

en minibombas bastante menores que las de

Hiroshima) siendo la altura normal de detonacioacuten

la de 2000 m

En la praacutectica 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 electroacute-

nicamente para obtener la diferencia de ambas

que es proporcional a la altura Los pulsos suelen

emitirse 120 veces por segundo y alcanzan un

74

rango de 3000 m sobre la tierra y 6000 m sobre

el mar (la reflexioacuten es alliacute mejor) siendo su error

de hasta 15 m

CABEZA DETONADORA Como ya se dijo

estaacute compuesta de una carga explosiva muy bien

calibrada que a la orden del altiacutemetro detona

produciendo una onda de choque uniforme sobre

el elemento radioactivo comprimieacutendolo hasta

alcanzar la masa supercriacutetica

Compantildeiacuteas privadas producen camisas explosivas

que modificadas pueden ser usadas para la fabri-

cacioacuten del objeto que nos ocupa La cantidad de

presioacuten necesaria a aplicar es un secreto por razo-

nes de seguridad aunque se sabe que los explosi-

vos plaacutesticos son ideales sobre todo por su malea-

bilidad y facilidad de manejo

El detonador variacutea si es combustible es uranio o

plutonio

75

DETONADOR DE URANIO La masa total se

divide en dos partes una mayor de forma semies-

feacuterica y coacutencava que se acopla perfectamente con

la otra maacutes pequentildea Como es de suponer ambas

se encuentran separadas hasta el momento de la

detonacioacuten en el que una explosioacuten convencional

dispara la parte pequentildea que impacta contra la

mayor para lograr en un instante la masa supercriacute-

tica

DETONADOR DE PLUTONIO Necesita

una precisioacuten de ingenieriacutea mucho mayor que la

anterior ya que estaacute compuesta de 32 secciones de

plutonio-berilio-polonio todas de igual forma y

posicioacuten distribuidas conceacutentricamente El aspecto

final es parecido al de un baloacuten de fuacutetbol Todas

han de cerrarse simeacutetricamente en una diezmillo-

neacutesima de segundo para conseguir la detonacioacuten

DEFLECTOR DE NEUTRONES Suele ser

U-238 Su funcioacuten es la que ya se explicoacute evitar

76

una reaccioacuten accidental ademaacutes refleja las partiacutecu-

las de vuelta cuando se alcanza la masa supercriacuteti-

ca

ESCUDO PROTECTOR Recibe otros nom-

bres pero su funcioacuten es siempre la de proteger de

la radiacioacuten natural tanto al personal que la maneja

como a los circuitos de la bomba que pueden su-

frir cortocircuitos o puestas en funcionamiento

accidentales

SISTEMA DE ARMADO Es otro sistema maacutes

de seguridad consistente en quitar una parte im-

prescindible de la bomba para evitar detonaciones

accidentales de modo que soacutelo cuando estaacute

proacuteximo su lanzamiento se inserta esta parte Una

analogiacutea seriacutea como si al aparcar nuestro coche le

quitaacuteramos el volante o una bujiacutea asiacute estariacuteamos

seguros de que no nos lo roban porque sin estas

partes el coche no funciona

77

12 EFECTOS DE UNA EXPLOSIOacuteN NUCLEAR

Tenemos frescas en nuestra memo-

ria las imaacutegenes que nos mostroacute la

televisioacuten cuando se produjo el ac-

cidente de Chernobyl

Aquiacute explicamos todas las conse-

cuencias de una detonacioacuten 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

78

bull Radiacioacuten nuclear inicial la altiacutesima

temperatura y la elevada presioacuten que se

genera en el interior de la explosioacuten emi-

ten radiacioacuten en todas las direcciones Esta

se compone de rayos alfa beta y gamma

que son una forma de radiacioacuten electro-

magneacutetica de alta energiacutea que puede causar

la muerte sin que el individuo se de cuenta

de que ha sido irradiado Una explosioacuten de

un megatoacuten (de tamantildeo estaacutendar) matariacutea

a todo ser humano en 15 Km a la redonda

que se encontrase al aire libre

Las partiacuteculas alfa son ideacutenticas a un nuacutecleo de

helio son las que mas larga vida tienen unos mil

antildeos pero su poder de penetracioacuten 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 radiacioacuten Con 45 cm de tierra se

consigue reducir la radiacioacuten veinte veces

Las partiacuteculas beta penetran maacutes siendo suficiente

79

38 cm de pared de ladrillo para reducir a un quin-

to la radiacioacuten (una pared moderna ya espesa se

compone de 1 pie de ladrillo maacutes caacutemara maacutes

aislante maacutes ladrillo hueco y yeso que suele que-

darse en los 37 cm)

Los de maacutes poder de penetracioacuten son las gamma

y por tanto los maacutes peligrosos ya son los que se

introducen en los refugios nucleares auacuten con

grandes espesores de hormigoacuten La uacutenica protec-

cioacuten eficaz es la de interponer grandes masas de

material mejor cuanto maacutes denso siendo el ideal

el plomo ya que pasa por los materiales como la

luz por una tela si esta es maacutes densa mayor canti-

dad de chocaraacute con ella y no la traspasaraacute Para

reducir la dosis a un veinteavo se precisan 30 cm

de hormigoacuten armado

bull Pulso electromagneacutetico La intensa acti-

vidad de los rayos gamma genera mediante

induccioacuten una corriente de alto voltaje so-

80

bre antenas viacuteas feacuterreas tuberiacuteas que des-

truye todas las instalaciones eleacutectricas de

una amplia zona si la explosioacuten se efectuacutea

a gran altura Una detonacioacuten de muchos

kilotones a 200 km sobre Omaha (Ne-

brasca) destruiriacutea todos los circuitos eleacutec-

tricos integrados de toda Norteameacuterica y

parte de Meacutejico y Canadaacute Ante el riesgo

de una detonacioacuten nuclear es conveniente

alejarse de liacuteneas eleacutectricas y viacutea feacuterreas ya

que la corriente inducida puede electrocu-

tarnos

bull Pulso teacutermico al expandirse la bola de

fuego el aire circundante absorbe energiacutea

en forma de rayos X y la irradia en forma

de una luz cegadora y un intensiacutesimo ca-

lor Una bomba de 20 Megatones produci-

riacutea una intensa luz durante 20 segundos y

causariacutea quemaduras de segundo grado a

81

cualquier persona expuesta a 45 Km de

distancia

bull Onda de choque La raacutepida expansioacuten de

la bola de fuego genera una onda de cho-

que como cualquier explosioacuten pero de

una potencia muy superior ya que puede

aplastar o barrer edificios dantildeaacutendolos muy

seriamente o destruyeacutendolos por comple-

to ya que maacutes que empujar por su dura-

cioacuten lo que hace es estrujar Una bomba

de 20 megatones no dejariacutea en un radio de

20 Km maacutes que escombros soacutelo se salva-

riacutean las cimentaciones y construcciones

enterradas

bull Primera lluvia radioactiva o lluvia ra-

diactiva local una explosioacuten de 20 mega-

tones aras de suelo produciriacutea un craacuteter de

183 m de profundidad la elevada tempe-

82

ratura vaporiza todo lo que se encuentra

dentro de la bola de fuego todo se funde

con los materiales radiactivos de la fisioacuten o

fusioacuten y se eleva con el hongo para luego

precipitar en forma de finas cenizas Esto

ocurriraacute durante las 24 h siguientes a la

explosioacuten y afectaraacute a una regioacuten maacutes o

menos amplia para una misma potencia

seguacuten la climatologiacutea El fenoacutemeno se am-

pliacutea considerablemente si la detonacioacuten se

produce cerca del suelo La energiacutea 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 maacutes destructivos los deno-

minados secundarios como incendios en masa

que acabariacutean con los pocos supervivientes y ma-

tariacutean a maacutes que el pulso teacutermico y la onda de

choque

83

Ademaacutes en caso de que se lanzaran muchas

bombas nucleares sus efectos secundarios seriacutean

mucho maacutes 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 10000 mega-

tones miacutenimos para considerar un holocausto

como tal

bull El primero de estos efectos es que la ra-

dioactividad liberada en caso de holocaus-

to penetrariacutea en todos y cada uno de los

seres vivos (y en el mar la tierra y el aire)

Mientras que en dosis altas (seguacuten la espe-

cie) produciriacutea la muerte en otras maacutes ba-

jas los efectos seriacutean de lo maacutes variados

(mutaciones esterilidad)

bull El segundo seriacutea que los materiales im-

pulsados por las detonaciones se elevariacutean

hasta la troposfera donde ocultariacutean la luz

84

del sol durante meses o antildeos haciendo ba-

jar la temperatura de la tierra y alterando la

fotosiacutentesis de los vegetales y el plancton

marino seriacutea el famoso invierno nuclear

Ademaacutes estos materiales radiactivos iriacutean

cayendo durante meses o antildeos convirtieacuten-

dose en una lluvia radiactiva global que

auacuten con menos dosis radiactiva que una

lluvia provocada por una bomba seriacutea

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

antildeos Ese 5 de energiacutea liberada por la

lluvia radiactividad en una bomba es poco

pero en los 10000 megatones de un holo-

causto suponen ya 500 megatones que iraacuten

estallando durante miles de antildeos des-

pueacutes de la cataacutestrofe

85

bull El tercero seriacutea una reduccioacuten en la capa

de ozono producida por el oacutexido de nitroacute-

geno generado por las bolas de fuego de

modo que la radiacioacuten solar que llegase a

la tierra seriacutea mortal Un 70 del ozono

desapareceriacutea en el hemisferio norte y un

40 en el sur siendo necesarios treinta

antildeos para recuperar su estado normal

86

Ejercicios 12

MODELO DE RESOLUCIOacuteN

La distribucioacuten de los electrones de un aacutetomo

en sus niveles y subniveles se puede representar en

forma abreviada de la siguiente manera

a) Un coeficiente que indica el nuacutemero del nivel

de energiacutea (n)

b) Una letra que corresponde al subnivel

c) Un supraiacutendice que sentildeala el nuacutemero de elec-

trones que hay en el subnivel

1H = 1s1

3Li = 1s2 2s1

En razoacuten del entrecruzamiento de subniveles

el orden en que se van completando los subniveles

por energiacutea creciente es el siguiente

87

1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d

4p 5s 4d 5p 6s 4f

5d 6p 7s 5f 6d

7p

Para visualizar la distribucioacuten de los electrones

en orbitales se puede representar cada orbital por

un pequentildeo cuadrado dividido por una diagonal

y cada electroacuten mediante una flecha

Entonces el orbital puede estar

Vaciacuteo incompleto completo

(1 electroacuten) (2 electrones)

En caso del orbital completo las flechas tienen

sentido contrario para indicar que los electrones

presentan spin contrario

El llenado de los orbitales por los electrones

se realiza a partir de los niveles y subniveles en

88

orden creciente de energiacutea Cada nuevo electroacuten se

incorpora a un orbital vaciacuteo

De ese modo los elementos quedan represen-

tados asiacute

1H =

1s

3Li =

1s 2s

7N =

1s 2s 2p

89

Ejercicios 121

1) Un aacutetomo de foacutesforo tiene 15 protones y 16

neutrones Indicaacute cuaacutel es su

a) nuacutemero atoacutemico (Z) b) nuacutemero

de masa (A)

2) Un aacutetomo de potasio tiene Z =19 y A = 39

Indicaacute su nuacutemero de

a) protones b) electrones

c) neutrones

3) Completaacute los datos que faltan en el siguiente

cuadro

90

ELE-

MEN-

TO

NUacute-

MERO

ATOacute-

MICO

NUacute-

MERO

DE

MASA

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) Sentildealaacute el nombre y siacutembolo de los elementos

cuyas configuraciones electroacutenicas 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) Escribiacute la configuracioacuten electroacutenica de los

siguientes elementos

91

a) Na2311 = c) O16

8 =

b) Cl3517 = d) C12

6 =

6) De acuerdo con la siguiente representacioacuten de

los electrones en orbitales indicaacute a queacute ele-

mentos corresponden

a)

b)

c)

d)

7) Representaacute la distribucioacuten de los electrones en

orbitales de los elementos

a) 7N= c) 18Ar =

b) 15AI = d) 19K =

92

Hoja de respuestas121

1) a) 15 b) 31 2) a) 19 b) 19 c) 20

3)

ELE-

MEN-

TO

NUacuteME-

RO

ATOacute-

MICO

NUacute-

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)Argoacuten Ar

d)Escandio Sc

5) a) 1S2 2S2 2p6 3s1

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)middot

94

Ejercicios 1211

Modelo de resolucioacuten

El nuacutemero de oxidacioacuten se asigna seguacuten las si-

guientes reglas

1) El nuacutemero de oxidacioacuten de los elementos en la

sustancia simple es cero

Ejemplo Cu0 02Cl

2) El nuacutemero de oxidacioacuten del oxiacutegeno es 2

excepto en las sustancias como el agua oxige-

nada Ejemplo H2

2Ominus

3) El nuacutemero de oxidacioacuten del hidroacutegeno es +1

excepto en las sustancias donde estaacute combina-

do con los metales Ejemplo 1

H+

2O

4) El nuacutemero de oxidacioacuten de un ion monoatoacute-

mico es igual a la carga del ion Ejemplo Ca2-

Cl-

95

5) En la foacutermula de una sustancia la suma alge-

braica de los nuacutemeros de oxidacioacuten de todos

los aacutetomos debe ser cero Ejemplo 1

H+

2

2Ominus

there42(+1) + (-2) = 0

6) En los iones que tienen maacutes de un aacutetomo la

suma algebraica de los nuacutemeros de oxidacioacuten

de todos los aacutetomos es igual a la carga del ion

El nuacutemero de oxidacioacuten se escribe colocando primero el signo y luego el nuacutemero

Ejemplo el nuacutemero de oxidacioacuten del aluminio es +3

1) Calculaacute los nuacutemeros de oxidacioacuten en la moleacute-

cula de dioacutexido de azufre (SO2)

Datos SO2 nuacutemero de oxidacioacuten del O2

es 2

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de S

Resolucioacuten Cada aacutetomo de oxiacutegeno tiene

nuacutemero de oxidacioacuten 2 por lo tanto el nuacute-

mero de oxidacioacuten del azufre es +4 porque

2(-2) + (+4) = 0

96

2) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten del azufre en

el aacutecido sulfuacuterico (H2SO4)

Datos H2SO2 nuacutemero de oxidacioacuten del

O2 es 2 nuacutemero de oxidacioacuten de H es -1

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de S

Resolucioacuten Se debe cumplir que la suma al-gebraica de todos los nuacutemeros de oxidacioacuten sea cero

4(-2) + 21 + x = 0

-8 + 2 + x = 0

x = 6

Respuesta el nuacutemero de oxidacioacuten del azufre

en el aacutecido sulfuacuterico es +6

3) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten del nitroacutegeno

en el nitrato de sodio (NaNO3)

Datos NaNO3 nuacutemero de oxidacioacuten del

O2 es 2

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de N

97

Resolucioacuten El nuacutemero de oxidacioacuten del

sodio es +1 porque el ion sodio tiene una car-

ga eleacutectrica positiva

+1 + 3(-2) +x = 0

1 6 + x = 0

x = 5

Respuesta el nuacutemero de oxidacioacuten del nitroacute-

geno en el nitrato de sodio es +5

4) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten del azufre en

el ion sulfato (S 24Ominus )

Datos S 24Ominus nuacutemero de oxidacioacuten del O2

es 2

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de S

Resolucioacuten La suma de los nuacutemeros de

oxidacioacuten es igual a 2 porque el ion sulfato

tiene dos cargas negativas (2-)

x + 4(-2) = -2

x 8 = -2

x = 6

98

Respuesta El nuacutemero de oxidacioacuten del azu-

fre en el ion sulfato es +6

99

Ejercicios 1212

1) Dibujaacute los siacutembolos de Lewis para los aacutetomos

de

a) He b) Al c) Si d) Ar e) N

2) iquestCoacutemo adquiere la distribucioacuten electroacutenica del

ineacutertido maacutes cercano cada uno de los siguien-

tes aacutetomos

a) K b)

F c)

S d) Mg e)

Br

3) Escribiacute las ecuaciones ioacutenicas la foacutermula elec-

troacutenica y la foacutermula miacutenima del compuesto

ioacutenico formado por

a) K y Br (bromuro de potasio)

b) Ca y O (oacutexido de calcio)

4) Marcaacute con una X las propiedades correspon-

dientes a las sustancias que presentan uniones

ioacutenicas

100

a) Son soacutelidas y tienen bajo punto de fusioacuten ( )

b) Conducen la corriente eleacutectrica fundidas o di-

sueltas en agua ( )

c) Tienen brillo metaacutelico ( )

d) Forman cristales duros y quebradizos solubles

en agua ( )

e) No conducen la corriente eleacutectrica ( )

5) Explicaacute coacutemo se unen dos aacutetomos de bromo

para formar la moleacutecula Br2 y escribiacute su

foacutermula electroacutenica y su foacutermula desarrollada

6) La foacutermula del monoacutexido de dicloro es Cl2O

a) Indicaacute queacute tipo de unioacuten existe entre el cloro y

el oxiacutegeno

b) Escribiacute su foacutermula electroacutenica y su foacutermula

desarrollada

7) El azufre y el oxiacutegeno forman dos oacutexidos

importantes el dioacutexido de azufre (SO2) y el

101

trioacutexido de azufre (SO3) Para el trioacutexido de

azufre

a) Indicaacute queacute tipo de unioacuten existe entre el azufre

y los tres aacutetomos de oxiacutegeno

b) Escribiacute la foacutermula electroacutenica

c) Escribiacute la foacutermula desarrollada

8) Marcaacute 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

liacutequidas o soacutelidas ( )

c) Son duacutectiles y maleables ( )

d) No forman moleacuteculas son agregados de

iones ( )

e) No son buenas conductoras de la corriente

eleacutectrica ( )

102

9) Coloque en el pareacutentesis UCP si la unioacuten es

covalente polar y UCNP si es covalento no

polar en cada una de las siguientes sustancias

a) cloruro de hidroacutegeno HCl ( )

b) Hidroacutegeno H2 ( )

c) yodo l2 ( )

10) Escribiacute la foacutermula electroacutenica y la foacutermula

desarrollada de cada una de las sustancias

mencionadas en el ejercicio 9

11) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten

a) del azufre (S)en el dioacutexido de azufre (SO2) en

el trioacutexido de azufre (SO3) y en el sulfuro de

sodio (Na2S)

b) del nitroacutegeno (N) en el dioacutexido de nitroacutegeno

(NO2) en el aacutecido niacutetrico (HNO3) y en el ni-

trato de potasio (KNO3)

12) Marcaacute con una X las propiedades que se expli-

can en el concepto de unioacuten metaacutelica

103

a) Tienen bajo punto de fusioacuten y de

ebullicioacuten ( )

b) Tienen brillo metaacutelico ( )

c) Conducen la corriente eleacutectrica sin

alterarse ( )

d) En estado soacutelido son malos conductores de la

corriente eleacutectrica ( )

e) Forman hilos y laacuteminas delgadas ( )

104

Hoja de respuestas 1212

1) a) He b) Al c)

Si d)

Ar e)

N

2) a) cede un electroacuten d) cede electrones c)

gana dos electrones b) y e) gana un electroacuten

3) a) Ecuaciones ioacutenicas

K K1+ + 1 e

Br + 1 e Br1-

K1+ + Br- KBr

Foacutermula electroacutenica K1+minus

1

Br

Foacutermula miacutenima KBr

b) Ecuaciones ioacutenicas

Ca Ca 2+ + 2 e

O + 2 e O2-

Ca2+ + O2- CaO

Foacutermula electroacutenica Ca2+ minus

2

O

105

Foacutermula miacutenima CaO

4) b y d

5) se unen compartiendo un par de electrones

6) a) unioacuten covalente

b) foacutermula electroacutenica

Cl

O

Cl

foacutermula desarrollada Cl O Cl

7) a) una unioacuten covalente doble entre el azufre y

uno de los aacutetomos de oxiacutegeno dos uniones cova-

lentes coordinadas con los otros dos aacutetomos de

oxiacutegeno

b) Foacutermula electroacutenica

Foacutermula desarrollada

106

8) a b y e

9) a) UCP y c) UCNP

10) Foacutermula electroacutenica Foacutermula desarrollada

a) H

Cl H Cl

b) HH H H

c)

I

I l I

11) a) +4 +6 -2 b) +4 +5 +5

12) b c y e

  • RADIACTIVIDAD
    • IacuteNDICE
      • 1 RADIACTIVIDAD NATURAL
      • 2 RELACIOacuteN ENTRE LA LEY DE LAVOISIER Y LA DE EINSTEIN
      • 3 INTERACCIONES ENTRE AacuteTOMOS Y ONDAS
      • 4 PODER DE PENETRACIOacuteN DE LA RADIACIOacuteN
      • 5 VIDA MEDIA
      • 6 RADIACTIVIDAD ARTIFICIAL
      • 7 USOS DE LOS RADIOISOacuteTOPOS
      • 8 MEDICINA NUCLEAR
      • 9 FECHADO POR MEDIO DE RADIOISOacuteTOPOS
      • 10 PLANTAS DE ENERGIacuteA NUCLEAR
      • 11 BOMBA ATOacuteMICA
      • 12 EFECTOS DE UNA EXPLOSIOacuteN NUCLEAR
        • Ejercicios 12
        • Ejercicios 121
        • Hoja de respuestas121
        • Ejercicios 1211
        • Ejercicios 1212
        • Hoja de respuestas 1212

42

primas y el orden en el que se sintetizan y despueacutes

determina cuaacuteles compuestos se tornan radiactivos

y en queacute secuencia Con base en los dates obteni-

dos de experimentos con rastreadores los cientiacutefi-

cos determinan las rutas metaboacutelicas de plantas

animales y seres humanos

43

8 MEDICINA NUCLEAR

La medicina nuclear ha generado tra-

tamientos y terapias inimaginables

antes de su descubrimiento

En el diagnostico generoacute meacutetodos no

invasivos que evitan a los paciente

tanto sufrimientos como peacuterdidas de

tiempo

En medicina nuclear se dan dos usos distintos

a los radioisoacutetopos para fines terapeacuteuticos o para

realizar un diagnoacutestico En la terapia con radiacioacuten

se intenta tratar o curar un padecimiento por

44

medio de radiacioacuten El uso de los radioisoacutetopos

con fines de diagnoacutestico busca obtener informa-

cioacuten acerca del estado de salud del paciente

TERAPIA POR RADIACIOacuteN

El caacutencer no es una sola enfermedad sino

muchas Algunas formas de caacutencer son particu-

larmente susceptibles a la terapia por radiacioacuten La

radiacioacuten se dirige cuidadosamente hacia el tejido

canceroso y se reduce al miacutenimo la exposicioacuten de

las ceacutelulas normales Si los efectos destructivos de

la radiacioacuten consiguen matar las ceacutelulas cancero-

sas se detiene el avance del tumor maligno (Pero

los pacientes que se someten a terapia por radia-

cioacuten suelen experimentar malestares a causa del

tratamiento Naacuteusea y voacutemito son los siacutentomas

usuales del malestar por radiacioacuten Asiacute pues el

objetivo de la terapia por radiacioacuten es destruir las

ceacutelulas cancerosas antes de que se cause un dantildeo

excesivo a los tejidos sanos La radiacioacuten tiene

45

efectos maacutes letales para las ceacutelulas que se reprodu-

cen con rapidez y eacutesta es precisamente la caracte-

riacutestica de las ceacutelulas cancerosas que permite que la

terapia por radiacioacuten tenga eacutexito

USOS DIAGNOacuteSTICOS DE LOS RADIOISOacuteTOPOS

Los radioisoacutetopos se usan para fines diagnoacutes-

ticos con el propoacutesito de obtener informacioacuten

acerca del tipo o el alcance de la enfermedad El

yodo 131 radiactivo se emplea para determinar el

tamantildeo la forma y la actividad de la glaacutendula ti-

roides asiacute como para tratar caacutenceres localizados

en esta glaacutendula y para controlar una tiroides hi-

peractiva Primero el paciente toma una solucioacuten

de yoduro de potasio que contiene yodo 131 El

organismo concentra el yodo en la tiroides Se

usan dosis grandes para el tratamiento del caacutencer

de la tiroides la radiacioacuten del isoacutetopo se concentra

en las ceacutelulas cancerosas de esta glaacutendula auacuten

cuando las ceacutelulas cancerosas se hayan extendido a

46

otras partes del cuerpo Sin embargo para fines de

diagnoacutestico soacutelo se necesita una pequentildea cantidad

del radioisoacutetopo Tambieacuten 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-

poracioacuten diferencial del isoacutetopo La imagen que

se obtiene se describe como una fotoexploracioacuten

y permite determinar con precisioacuten la ubicacioacuten de

un tumor en esa regioacuten del cuerpo

El radioisoacutetopo de uso maacutes extendido en medicina

es el gadolinio 153 Este isoacutetopo se emplea para

evaluar la mineralizacioacuten de los huesos Su popu-

laridad es un indicio del gran nuacutemero de personas

principalmente mujeres que sufren de osteoporo-

sis (reduccioacuten de la cantidad de tejido oacuteseo) a me-

dida que envejecen El gadolinio 153 emite dos

radiaciones caracteriacutesticas un rayo gamma y un

rayo X Un dispositivo analizador compara estas

radiacioacuten despueacutes de que atraviesan el hueso La

47

densidad del mismo se determina con base en las

diferencias de absorcioacuten de los rayos

El tecnecio 99m se utiliza en diversos ensayos

diagnoacutesticos La letra m quiere decir metaestable

lo que significa que este isoacutetopo emite cierta ener-

giacutea para convertirse en una versioacuten maacutes estable del

mismo isoacutetopo (mismo nuacutemero atoacutemico y mismo

peso atoacutemico) La energiacutea que desprende es el

rayo gamma que permite detectar el isoacutetopo

Tcm9943 Tc99

43 + y

Observa que la desintegracioacuten del tecnecio

99m no produce partiacuteculas alfa ni beta las cuales

podriacutean causar dantildeos innecesarios al organismo

Ademaacutes el tecnecio 99m tiene una vida media cor-

ta (alrededor de 6 h) lo que significa que la radiac-

tividad no permanece en el organismo mucho

tiempo despueacutes de que la exploracioacuten se ha com-

pletado Esta vida media tan corta obliga a planifi-

48

car cuidadosamente el uso del radioisoacutetopo De

hecho lo que se adquiere no es el isoacutetopo mismo

El tecnecio 99m se forma por desintegracioacuten del

molibdeno 99

Mo9942 Tcm99

43 + e01minus + y

Se emplea un recipiente que contiene este isoacute-

topo de molibdeno y el producto de desintegra-

cioacuten el tecnecio 99 se extrae del recipiente a

medida que se necesita

Mediante el uso de modernas tecnologiacuteas ba-

sadas en la utilizacioacuten de computadoras la tomo-

grafiacutea por emisioacuten de positrones (PET por sus

siglas en ingleacutes) permite medir los procesos dinaacute-

micos que se llevan a cabo en el organismo como

el flujo sanguiacuteneo o la rapidez con la que se meta-

boliza el oxiacutegeno o la glucosa Las exploraciones

de PET se emplean actualmente para identificar

con precisioacuten el aacuterea de dantildeo cerebral que desen-

49

cadena los ataques epileacutepticos graves Antes de la

exploracioacuten se inhalan o se inyectan compuestos

que contienen isoacutetopos emisores de positrones

como el carbono 11 Antes de que el positroacuten

emitido pueda recorrer una distancia apreciable en

el cuerpo se topa con un electroacuten (en toda la ma-

teria ordinaria abundan los electrones) y se produ-

cen dos rayos gamma

C116 B11

5 + e01+

e01+ + e0

1minus 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 simultaacuteneamente

dos rayos gamma el sistema no toma en cuenta

los rayos gamma de la radiacioacuten natural de fondo

A continuacioacuten se emplea una computadora para

calcular la ubicacioacuten dentro del cuerpo del punto

50

en el cual ocurrioacute una aniquilacioacuten del positroacuten y

el electroacuten y se genera una imagen en esa regioacuten

La tabla contiene una lista de radioisoacutetopos de

uso comuacuten en la medicina La lista es necesaria-

mente incompleta Incluso con esta exposicioacuten tan

breve puedes hacerte una idea de la importancia

que los radioisoacutetopos tienen en la medicina La

aseveracioacuten de que la ciencia nuclear ha salvado

maacutes vidas de las destruidas por las bombas atoacutemi-

cas no carece el fundamento

51

Isoacutetopo Nombre Vida me-

dia Uso

C11 Carbono 11 203m Exploraciones cere-

brales

Cr51 Cromo 51 278d Determinacioacuten

del volumen sanguiacute-

neo

Co57 Cobalto 57 270d Medicioacuten de la

incorporacioacuten de

vitamina v12

Co60 Cobalto 60 526a Terapia de caacutencer

por radiacioacuten

Gd153 Gadolinio

153

242d Determinacioacuten

de la densidad oacutesea

Ga67 Galio 67 781h Exploracioacuten en

busca de tumores

pulmonares

I131 Yodo 131 807d Terapia de la ti-

roides

Ir192 Iridio 192 74d Terapia del caacuten-

cer de mamaacute

Fe59 Hierro 59 45d Deteccioacuten de

anemia

52

P32 Foacutesforo 32 143d Deteccioacuten de

caacutencer de la piel o

tumores oculares

Pu238 Plutonio

238

86a Suministra ener-

giacutea para marcapasos

Ra226 Radio 226 1600a Terapia de caacutencer

por radiacioacuten

Se75 Selenio 75 120d Exploraciones del

paacutencreas

Na24 Sodio 24 150h Localizacioacuten de

obstrucciones en el

flujo sanguiacuteneo

Tc99 Tecnecio 99 60h Obtencioacuten de imaacute-

genes de cerebro hiacutega-

do meacutedula oacutesea rintildeoacuten o

corazoacuten

Tl201 Talio 201 73h Deteccioacuten de pro-

blemas cardiacos con la

prueba de esfuerzo en

rueda de andar

H3 Tritio 123a Determinacioacuten de

agua corporal total

Xe133 Xenoacuten133 527d Obtencioacuten de imaacute-

genes de pulmoacuten

53

9 FECHADO POR MEDIO DE RADIOISOacuteTOPOS

Una de las aplicaciones maacutes in-

creiacutebles de la quiacutemica nuclear es la po-

sibilidad de averiguar la antiguumledad de

los objetos encontrados en las investi-

gaciones arqueoloacutegicas

Se puede usar la vida media de ciertos isoacuteto-

pos para estimar la antiguumledad de rocas y artefac-

tos arqueoloacutegicos El uranio 238 se desintegra con

una vida media de 4500 millones de anos Los

productos iniciales de esta desintegracioacuten tambieacuten

son radiactivos y la descomposicioacuten continuacutea

54

hasta que se forma un isoacutetopo de plomo (plomo

206) Los quiacutemicos pueden estimar la antiguumledad

de una roca determinando las proporciones relati-

vas de uranio 238 y plomo 206 Se ha encontrado

que algunas de las rocas maacutes antiguas de la Tierra

se formaron hace entre 3000 y 4500 millones de

antildeos En las rocas lunares y en meteoritos se ha

determinado una antiguumledad maacutexima de alrededor

de 4500 millones de antildeos Asiacute pues se considera

en general que la Tierra tiene una antiguumledad de

unos 4500 millones de antildeos

FECHADO POR CARBONO 14

En el fechado de artefactos interviene por lo

general un isoacutetopo radiactivo de carbono Se for-

ma carbono 14 en las capas superiores de la at-

moacutesfera por el bombardeo que experimenta el

nitroacutegeno ordinario por parte de los neutrones de

los rayos coacutesmicos

55

N147 + n1

0 C146 + H1

1

Este proceso origina una concentracioacuten cons-

tante de carbono 14 en el CO2 terrestre Las plan-

tas y animales vivos incorporan este isoacutetopo en

sus propias ceacutelulas Sin embargo cuando estos

seres mueren se interrumpe la incorporacioacuten de

carbono 14 y el carbono 14 que hay en el orga-

nismo se desintegra (con una vida media de 5 730

antildeos) a nitroacutegeno 14

Por consiguiente basta con medir la actividad

residual de carbono 14 en un artefacto de origen

vegetal o animal para determinar su antiguumledad

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 antildeos de antiguumle-

dad es decir ha estado muerta durante un tiempo

equivalente a una vida media Anaacutelogamente un

artefacto que muestra el 25 de la actividad de

carbono 14 del material vegetal reciente tiene

56

11460 anos de antiguumledad 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 aquiacute supone que la formacioacuten del isoacutetopo

fue constante a lo largo del tiempo En realidad no

es asiacute Sin embargo aproximadamente para los

uacuteltimos 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

aacuterboles Se han construido curvas de calibracioacuten

que permiten determinar fechas consideradas co-

mo exactas

En teacuterminos generales el meacutetodo de carbono

14 es razonablemente preciso para fechar objetos

de hasta 50000 antildeos de antiguumledad La cantidad

residual del isoacutetopo en los objetos de una antiguumle-

dad mayor que esa es demasiado pequentildea para

hacer una determinacioacuten exacta

El carboacuten de las fogatas de los pueblos anti-

57

guos fechado por determinacioacuten de la actividad

de carbono 14 se usa para estimar la antiguumledad

de otros artefactos encontrados en el mismo em-

plazamiento arqueoloacutegico La teacutecnica de fechado

por carbono 14 se ha usado tambieacuten para detectar

si supuestos artefactos antiguos han sido falsifica-

dos

EL SUDARIO DE TURIacuteN

Probablemente han oiacutedo hablar del sudario de

Turiacuten Se trata de una pieza de tejido de lino muy

antigua de unos 4 metros de largo que muestra la

impresioacuten aproximada de un cuerpo humano

Desde alrededor del antildeo 1350 dC 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-

bricacioacuten del lienzo habiacutea sido cultivado en alguacuten

memento entre los anos de 1260 y 1390 dC Por

58

tanto el lienzo no podriacutea haber existido en tiem-

pos de Cristo A diferencia de los pergaminos del

Mar Muerto para los que el fechado por carbono

14 demostroacute que son registros auteacutenticos de una

civilizacioacuten que existioacute hace unos 2000 antildeos el

sudario de Turiacuten resultoacute ser falso

FECHADO POR TRITIO

El tritio que es el isoacutetopo radiactivo del

hidroacutegeno sirve tambieacuten para fechar Su vida me-

dia de 123 antildeos lo hace uacutetil para fechar objetos de

hasta 100 antildeos de antiguumledad Una aplicacioacuten inte-

resante es el fechado de aguardientes Estas bebi-

das alcohoacutelicas son muy costosas cuando han sido

antildeejadas de 10 a 50 antildeos El fechado por tritio

permite comprobar la veracidad de los anuncios

publicitarios respecto al proceso de antildeejamiento

de las variedades maacutes caras

Hay muchos otros isoacutetopos que permiten es-

timar la antiguumledad de objetos y materiales

59

Isoacutetopo Vida me-

dia

(antildeos)

Periacuteodo de

utilidad Uso

Carbono 14 5730 500 a 50000

antildeos

Carboacuten vege-

tal material

orgaacutenico

Tritio 123 1 a 100 antildeosVinos antildeeja-

dos

Potasio 40 13 x 109 Desde 10000

antildeos

Rocas corteza

terrestre y

lunar

Renio 187 43 x1010 Desde 4 x

107 antildeos Meteoritos

Ranio238 45 x109 Desde 107

antildeos

Rocas corteza

terrestre

60

10 PLANTAS DE ENERGIacuteA NUCLEAR

iquestSabeacutes de doacutende viene esa energiacutea que nosotros usamos tanto Mucha de la energiacutea eleacutectrica es

producida por plantas nucleares de to-do el mundo

La energiacutea nuclear ha dado origen a bombas

muy destructivas y a la nociva precipitacioacuten ra-

diactiva y podriacutea incluso provocar un devastador

invierno nuclear Sin embargo una cantidad mu-

cho mayor de personas han recibido beneficios de

la energiacutea nuclear que las que han sido perjudica-

das por ella El hecho es que existen muchos usos

de la energiacutea nuclear que son sumamente beneacutefi-

61

cos Ya conocemos el uso de isoacutetopos radiactivos

en el diagnoacutestico cliacutenico y en el fechado de obje-

tos de antiguumledad desconocida Otro uso paciacutefico

de la energiacutea nuclear es la generacioacuten de electri-

cidad Una gran parte de la energiacutea eleacutectrica que

se utiliza hoy en diacutea se genera en plantas de ener-

giacutea nuclear

En la actualidad una quinta parte de toda la

electricidad que se produce en Estados Unidos

proviene de plantas de energiacutea nuclear En Euro-

pa la dependencia respecto a la energiacutea nuclear

para la produccioacuten de electricidad es auacuten mayor

En Francia por ejemplo maacutes del 70 de la ener-

giacutea eleacutectrica del paiacutes proviene de plantas nuclea-

res

No es sorprendente que una reaccioacuten que

desprende tanta energiacutea como lo hace la fisioacuten

nuclear se use como fuente de energiacutea para gene-

rar electricidad En las plantas de energiacutea nuclear

se usa el calor obtenido de una reaccioacuten de fisioacuten

62

en cadena controlada para producir vapor de

agua que mueve las turbinas generadoras de elec-

tricidad El combustible nuclear es normalmente

oacutexido de uranio U3O8 enriquecido hasta alrede-

dor de 3 de uranio 235

La energiacutea nuclear es mucho maacutes limpia que la

que se obtiene quemando combustibles foacutesiles

(carboacuten petroacuteleo y gas) no produce cenizas finas

ni holliacuten no forma dioacutexido de carbono que con-

tribuye al efecto de invernadero y al calentamiento

global y no contamina el aire con oacutexidos de azu-

fre y de nitroacutegeno que dan origen a la lluvia aacutecida

Por otra parte emite grandes cantidades de calor

residual en el ambiente y lo que es mucho maacutes

serio produce muchos residuos radiactivos La

eliminacioacuten de todos estos materiales radiactivos

de desecho es uno de los problemas constantes

que se tienen en relacioacuten con las plantas de energiacutea

nuclear

63

11 BOMBA ATOacuteMICA

Todos sabemos los desastres que pue-

den causar la detonacioacuten de una bomba

nuclear

Aquiacute presentamos la explicacioacuten teoacuterica

y coacutemo se pone en praacutectica

COacuteMO FUNCIONA UNA BOMBA NUCLEAR EN LA

TEORIacuteA

El 16 de Julio de 1945 estalloacute la primera bomba

atoacutemica en el campo de pruebas de Trinity cerca

de aacutelamo Gordo (Nuevo Meacutejico) Desde ese pre-

64

ciso instante la historia de la humanidad ha pasado

a una nueva era la era nuclear

Nunca hasta entonces se habiacutean tenido los cono-

cimientos necesarios como para saber que la masa

puede convertirse en grandes cantidades de ener-

giacutea y coacutemo podiacutea realizarse ese proceso hasta

entonces reservado tan soacutelo a las estrellas

La famosa foacutermula de Einstein E = mc2 ha pasa-

do ya ha formar parte de la cultura popular auacuten sin

que en realidad se llegue a saber que implica

Donde E es energiacutea m masa y c la velocidad de la

luz (constante) En esta ecuacioacuten se expresa la

relacioacuten de equivalencia entre masa y energiacutea Por

ejemplo haciendo algunas cuentas se ve que con

un gramo de uranio si se convirtiese totalmente

en energiacutea se obtendriacutean 25 millones de Kw

Aplicado como una bomba nuclear basta decir

que para asolar Hiroshima soacutelo se convirtioacute un

65

gramo de masa (aunque toda la bomba como me-

canismo pesara cuatro toneladas) su potencia fue

de 125 kilotones es decir para igualar su potencia

seriacutean 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 combustibles

de fisioacuten Cuando en un espacio se reuacutene la sufi-

ciente cantidad de materia (denominada masa criacute-

tica) se produce una reaccioacuten en cadena espontaacute-

nea esto es el nuacutecleo de los aacutetomos del material

se divide liberando energiacutea y varios neutrones

raacutepidos que provocan que otros nuacutecleos tam-

bieacuten se dividan y liberen maacutes energiacutea y neutrones

Este proceso se denomina fisioacuten nuclear Sin em-

bargo si la densidad no es suficiente la energiacutea

liberada hace que el material se expanda y se de-

tenga el proceso Para evitar que se pare la reac-

cioacuten se recurre a una materia muy densa de por siacute

(isoacutetopos del uranio y plutonio) que ademaacutes se

comprime de manera muy raacutepida para lograr una

66

altiacutesima densidad que permite que los neutrones

raacutepidos choquen antes con otros nuacutecleos y se

produzcan antes el mayor nuacutemero 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 maacutes energiacutea Para una

explosioacuten de 100 kilotones son necesarias 58 ge-

neraciones las 7 uacuteltimas generan el 999 de la

energiacutea en periodo cortiacutesimo de tiempo Tambieacuten

puede liberarse energiacutea con la fusioacuten en este pro-

ceso los nuacutecleos se unen en vez de separarse pero

se requieren altiacutesimas temperaturas (del orden de

millones de grados) para que este proceso se lleve

a cabo Para esta reaccioacuten se usan aacutetomos ligeros

(maacutes faacuteciles de unir) generalmente hidroacutegeno o

sus isoacutetopos (deuterio y tritio) Para unir dos aacuteto-

mos basta con hacerlos chocar Los protones de

cada aacutetomo 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

67

fusioacuten deben comprimirse fuertemente los nuacute-

cleos y una vez hecho soacutelo podraacuten continuar uni-

dos si pierden un equivalente de la energiacutea que les

hizo apretarse En el caso de usar deuterio y tritio

se libera violentamente un neutroacuten Esta energiacutea

liberada es la que forma una bomba de fusioacuten

tambieacuten denominada bomba H

COMO FUNCIONA UNA BOMBA ATO-MICA EN LA PRACTICA

Sea cual fuere el sistema de funcionamiento de

una bomba nuclear (fusioacuten o fisioacuten) una cantidad

de masa se convierte en energiacutea la potencia soacutelo

depende de la capacidad de la ingenieriacutea para con-

vertir maacutes masa antes de que la reaccioacuten disperse

las moleacuteculas en teoriacutea la potencia es por tanto

ilimitada

Una bomba nuclear consiste baacutesicamente en una

esfera hueca de plutonio que no es lo suficiente-

68

mente densa como para producir una reaccioacuten 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 explosioacuten se disparan los detonado-

res que hacen que el material explosivo estalle de

la manera lo maacutes regular posible para que enviacutee

una onda de choque esfeacuterica hacia el plutonio

Cuando eacutesta impacta contra eacutel lo comprime y re-

duce su volumen empujaacutendolo hacia el centro de

la esfera hasta que alcanza una densidad suficiente

(supercriacutetica) y se dispara el iniciador de neutrones

para comenzar la reaccioacuten en cadena que da lugar

a la explosioacuten nuclear

Las bombas termonucleares de fusioacuten o H nece-

sitan de una gran temperatura para que se puedan

unir los nuacutecleos esto se consigue en el interior de

una explosioacuten de fisioacuten que es el comienzo de

toda bomba H

69

Una vez acabada la reaccioacuten de fusioacuten nos encon-

traremos con una esfera expandida con una tem-

peratura de millones de grados en la que existen

los productos de la fusioacuten (litio e isoacutetopos del

hidroacutegeno) Tal es su velocidad que pueden fun-

dirse unos con otros dando lugar a la reaccioacuten de

fusioacuten Esta reaccioacuten genera maacutes energiacutea que la

anterior y libera gran cantidad de partiacuteculas nu-

cleares pero no es una reaccioacuten en cadena ya que

el propio calor que genera hace que las partiacuteculas

se separen y se expandan en forma de una esfera

de plasma con una temperatura que tan soacutelo expe-

rimenta el universo de manera natural en las estre-

llas En nuestro sol por ejemplo ocurren la fusioacuten

nuclear de hidroacutegeno y helio Pero antes de que la

reaccioacuten se extinga los neutrones generados por

las detonaciones anteriores provocan de nuevo

una reaccioacuten de fusioacuten sobre una camisa de U-

238 pero esta vez mucho mayor que las anterio-

res La potencia de una bomba termonuclear care-

ce de liacutemite una bomba como la de Hiroshima de

70

125 kilotones (un kilotoacuten equivale a 1000 tonela-

das de TNT) se considera dentro de los arsenales

modernos como pequentildea siendo las de un mega-

toacuten (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 la

Segunda Guerra Mundial

Para la construccioacuten de una bomba nuclear nor-

malmente se usa U-235 mezclado con U-238 El

primero no forma parte de la reaccioacuten nuclear

sino que es el segundo el que es fisionable de ma-

nera espontaacutenea emitiendo neutrones que son

absorbidos por el U-235 para evitar que se pro-

duzca de manera accidental la reaccioacuten en cadena

Asiacute el U-235 hace de escudo absorbiendo los neu-

trones del U-238 que es el que produce la detona-

cioacuten 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

71

reactores nucleares a partir del U-238

La desintegracioacuten del uranio en la reaccioacuten en

cadena se produce de manera espontaacutenea para una

masa de 50 Kg si eacuteste elemento es puro El pluto-

nio no es capaz por si solo de comenzar una raacutepi-

da reaccioacuten en cadena de modo que se mezcla de

berilo y polonio dando como resultado un pro-

ducto que aunque no es fisionable por si solo una

pequentildea cantidad actuacutea como catalizador para las

grandes reacciones Asiacute bastan 16 Kg de PU-239

para obtener la masa supercriacutetica y 10 Kg si se

mezcla con U-238

El U-235 es muy difiacutecil de extraer por encontrarse

en la naturaleza muy mezclado con otros com-

puestos Asiacute por cada 25000 toneladas de mineral

de uranio bruto soacutelo se obtienen 50 toneladas de

uranio del que el 993 es U-235 y el resto el

rariacutesimo isoacutetopo U-238 ambos soacutelo se pueden

separar de manera mecaacutenica gracias a la leviacutesima

72

diferencia de peso entre ambos Asiacute el uranio se

mezcla en forma gaseosa con fluor (hexafluoriacutedri-

co) que es impulsado a baja presioacuten hacieacutendolo

pasar por unas caacutemaras que aumentan la concen-

tracioacuten de uranio sensiblemente tras cientos de

pasadas Para una central nuclear la pureza ha de

ser del 2 y para una bomba (teoacutericamente) el

95

Para separar el isoacutetopo se recurre a la centrifuga-

cioacuten del gas siendo el maacutes pesado U-238 despedi-

do hacia el exterior con maacutes fuerza Para obtener

otra vez el uranio separado del gas se recurre a la

separacioacuten magneacutetica

MECANISMOS QUE SUELEN COMPONER UNA

BOMBA NUCLEAR

Los mecanismos que suelen componer una bom-

ba nuclear son los siguientes

73

ALTIacuteMETRO No suele usarse el baromeacutetrico

por verse afectado por las condiciones atmosfeacuteri-

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 seguacuten el tiempo transcu-

rrido en el recorrido puede saberse la altura sin

necesidad de complicar maacutes el sistema para dar

una precisioacuten que en realidad no es importante (2

o 3 m de diferencia no son apreciables maacutes que

en minibombas bastante menores que las de

Hiroshima) siendo la altura normal de detonacioacuten

la de 2000 m

En la praacutectica 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 electroacute-

nicamente para obtener la diferencia de ambas

que es proporcional a la altura Los pulsos suelen

emitirse 120 veces por segundo y alcanzan un

74

rango de 3000 m sobre la tierra y 6000 m sobre

el mar (la reflexioacuten es alliacute mejor) siendo su error

de hasta 15 m

CABEZA DETONADORA Como ya se dijo

estaacute compuesta de una carga explosiva muy bien

calibrada que a la orden del altiacutemetro detona

produciendo una onda de choque uniforme sobre

el elemento radioactivo comprimieacutendolo hasta

alcanzar la masa supercriacutetica

Compantildeiacuteas privadas producen camisas explosivas

que modificadas pueden ser usadas para la fabri-

cacioacuten del objeto que nos ocupa La cantidad de

presioacuten necesaria a aplicar es un secreto por razo-

nes de seguridad aunque se sabe que los explosi-

vos plaacutesticos son ideales sobre todo por su malea-

bilidad y facilidad de manejo

El detonador variacutea si es combustible es uranio o

plutonio

75

DETONADOR DE URANIO La masa total se

divide en dos partes una mayor de forma semies-

feacuterica y coacutencava que se acopla perfectamente con

la otra maacutes pequentildea Como es de suponer ambas

se encuentran separadas hasta el momento de la

detonacioacuten en el que una explosioacuten convencional

dispara la parte pequentildea que impacta contra la

mayor para lograr en un instante la masa supercriacute-

tica

DETONADOR DE PLUTONIO Necesita

una precisioacuten de ingenieriacutea mucho mayor que la

anterior ya que estaacute compuesta de 32 secciones de

plutonio-berilio-polonio todas de igual forma y

posicioacuten distribuidas conceacutentricamente El aspecto

final es parecido al de un baloacuten de fuacutetbol Todas

han de cerrarse simeacutetricamente en una diezmillo-

neacutesima de segundo para conseguir la detonacioacuten

DEFLECTOR DE NEUTRONES Suele ser

U-238 Su funcioacuten es la que ya se explicoacute evitar

76

una reaccioacuten accidental ademaacutes refleja las partiacutecu-

las de vuelta cuando se alcanza la masa supercriacuteti-

ca

ESCUDO PROTECTOR Recibe otros nom-

bres pero su funcioacuten es siempre la de proteger de

la radiacioacuten natural tanto al personal que la maneja

como a los circuitos de la bomba que pueden su-

frir cortocircuitos o puestas en funcionamiento

accidentales

SISTEMA DE ARMADO Es otro sistema maacutes

de seguridad consistente en quitar una parte im-

prescindible de la bomba para evitar detonaciones

accidentales de modo que soacutelo cuando estaacute

proacuteximo su lanzamiento se inserta esta parte Una

analogiacutea seriacutea como si al aparcar nuestro coche le

quitaacuteramos el volante o una bujiacutea asiacute estariacuteamos

seguros de que no nos lo roban porque sin estas

partes el coche no funciona

77

12 EFECTOS DE UNA EXPLOSIOacuteN NUCLEAR

Tenemos frescas en nuestra memo-

ria las imaacutegenes que nos mostroacute la

televisioacuten cuando se produjo el ac-

cidente de Chernobyl

Aquiacute explicamos todas las conse-

cuencias de una detonacioacuten 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

78

bull Radiacioacuten nuclear inicial la altiacutesima

temperatura y la elevada presioacuten que se

genera en el interior de la explosioacuten emi-

ten radiacioacuten en todas las direcciones Esta

se compone de rayos alfa beta y gamma

que son una forma de radiacioacuten electro-

magneacutetica de alta energiacutea que puede causar

la muerte sin que el individuo se de cuenta

de que ha sido irradiado Una explosioacuten de

un megatoacuten (de tamantildeo estaacutendar) matariacutea

a todo ser humano en 15 Km a la redonda

que se encontrase al aire libre

Las partiacuteculas alfa son ideacutenticas a un nuacutecleo de

helio son las que mas larga vida tienen unos mil

antildeos pero su poder de penetracioacuten 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 radiacioacuten Con 45 cm de tierra se

consigue reducir la radiacioacuten veinte veces

Las partiacuteculas beta penetran maacutes siendo suficiente

79

38 cm de pared de ladrillo para reducir a un quin-

to la radiacioacuten (una pared moderna ya espesa se

compone de 1 pie de ladrillo maacutes caacutemara maacutes

aislante maacutes ladrillo hueco y yeso que suele que-

darse en los 37 cm)

Los de maacutes poder de penetracioacuten son las gamma

y por tanto los maacutes peligrosos ya son los que se

introducen en los refugios nucleares auacuten con

grandes espesores de hormigoacuten La uacutenica protec-

cioacuten eficaz es la de interponer grandes masas de

material mejor cuanto maacutes denso siendo el ideal

el plomo ya que pasa por los materiales como la

luz por una tela si esta es maacutes densa mayor canti-

dad de chocaraacute con ella y no la traspasaraacute Para

reducir la dosis a un veinteavo se precisan 30 cm

de hormigoacuten armado

bull Pulso electromagneacutetico La intensa acti-

vidad de los rayos gamma genera mediante

induccioacuten una corriente de alto voltaje so-

80

bre antenas viacuteas feacuterreas tuberiacuteas que des-

truye todas las instalaciones eleacutectricas de

una amplia zona si la explosioacuten se efectuacutea

a gran altura Una detonacioacuten de muchos

kilotones a 200 km sobre Omaha (Ne-

brasca) destruiriacutea todos los circuitos eleacutec-

tricos integrados de toda Norteameacuterica y

parte de Meacutejico y Canadaacute Ante el riesgo

de una detonacioacuten nuclear es conveniente

alejarse de liacuteneas eleacutectricas y viacutea feacuterreas ya

que la corriente inducida puede electrocu-

tarnos

bull Pulso teacutermico al expandirse la bola de

fuego el aire circundante absorbe energiacutea

en forma de rayos X y la irradia en forma

de una luz cegadora y un intensiacutesimo ca-

lor Una bomba de 20 Megatones produci-

riacutea una intensa luz durante 20 segundos y

causariacutea quemaduras de segundo grado a

81

cualquier persona expuesta a 45 Km de

distancia

bull Onda de choque La raacutepida expansioacuten de

la bola de fuego genera una onda de cho-

que como cualquier explosioacuten pero de

una potencia muy superior ya que puede

aplastar o barrer edificios dantildeaacutendolos muy

seriamente o destruyeacutendolos por comple-

to ya que maacutes que empujar por su dura-

cioacuten lo que hace es estrujar Una bomba

de 20 megatones no dejariacutea en un radio de

20 Km maacutes que escombros soacutelo se salva-

riacutean las cimentaciones y construcciones

enterradas

bull Primera lluvia radioactiva o lluvia ra-

diactiva local una explosioacuten de 20 mega-

tones aras de suelo produciriacutea un craacuteter de

183 m de profundidad la elevada tempe-

82

ratura vaporiza todo lo que se encuentra

dentro de la bola de fuego todo se funde

con los materiales radiactivos de la fisioacuten o

fusioacuten y se eleva con el hongo para luego

precipitar en forma de finas cenizas Esto

ocurriraacute durante las 24 h siguientes a la

explosioacuten y afectaraacute a una regioacuten maacutes o

menos amplia para una misma potencia

seguacuten la climatologiacutea El fenoacutemeno se am-

pliacutea considerablemente si la detonacioacuten se

produce cerca del suelo La energiacutea 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 maacutes destructivos los deno-

minados secundarios como incendios en masa

que acabariacutean con los pocos supervivientes y ma-

tariacutean a maacutes que el pulso teacutermico y la onda de

choque

83

Ademaacutes en caso de que se lanzaran muchas

bombas nucleares sus efectos secundarios seriacutean

mucho maacutes 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 10000 mega-

tones miacutenimos para considerar un holocausto

como tal

bull El primero de estos efectos es que la ra-

dioactividad liberada en caso de holocaus-

to penetrariacutea en todos y cada uno de los

seres vivos (y en el mar la tierra y el aire)

Mientras que en dosis altas (seguacuten la espe-

cie) produciriacutea la muerte en otras maacutes ba-

jas los efectos seriacutean de lo maacutes variados

(mutaciones esterilidad)

bull El segundo seriacutea que los materiales im-

pulsados por las detonaciones se elevariacutean

hasta la troposfera donde ocultariacutean la luz

84

del sol durante meses o antildeos haciendo ba-

jar la temperatura de la tierra y alterando la

fotosiacutentesis de los vegetales y el plancton

marino seriacutea el famoso invierno nuclear

Ademaacutes estos materiales radiactivos iriacutean

cayendo durante meses o antildeos convirtieacuten-

dose en una lluvia radiactiva global que

auacuten con menos dosis radiactiva que una

lluvia provocada por una bomba seriacutea

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

antildeos Ese 5 de energiacutea liberada por la

lluvia radiactividad en una bomba es poco

pero en los 10000 megatones de un holo-

causto suponen ya 500 megatones que iraacuten

estallando durante miles de antildeos des-

pueacutes de la cataacutestrofe

85

bull El tercero seriacutea una reduccioacuten en la capa

de ozono producida por el oacutexido de nitroacute-

geno generado por las bolas de fuego de

modo que la radiacioacuten solar que llegase a

la tierra seriacutea mortal Un 70 del ozono

desapareceriacutea en el hemisferio norte y un

40 en el sur siendo necesarios treinta

antildeos para recuperar su estado normal

86

Ejercicios 12

MODELO DE RESOLUCIOacuteN

La distribucioacuten de los electrones de un aacutetomo

en sus niveles y subniveles se puede representar en

forma abreviada de la siguiente manera

a) Un coeficiente que indica el nuacutemero del nivel

de energiacutea (n)

b) Una letra que corresponde al subnivel

c) Un supraiacutendice que sentildeala el nuacutemero de elec-

trones que hay en el subnivel

1H = 1s1

3Li = 1s2 2s1

En razoacuten del entrecruzamiento de subniveles

el orden en que se van completando los subniveles

por energiacutea creciente es el siguiente

87

1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d

4p 5s 4d 5p 6s 4f

5d 6p 7s 5f 6d

7p

Para visualizar la distribucioacuten de los electrones

en orbitales se puede representar cada orbital por

un pequentildeo cuadrado dividido por una diagonal

y cada electroacuten mediante una flecha

Entonces el orbital puede estar

Vaciacuteo incompleto completo

(1 electroacuten) (2 electrones)

En caso del orbital completo las flechas tienen

sentido contrario para indicar que los electrones

presentan spin contrario

El llenado de los orbitales por los electrones

se realiza a partir de los niveles y subniveles en

88

orden creciente de energiacutea Cada nuevo electroacuten se

incorpora a un orbital vaciacuteo

De ese modo los elementos quedan represen-

tados asiacute

1H =

1s

3Li =

1s 2s

7N =

1s 2s 2p

89

Ejercicios 121

1) Un aacutetomo de foacutesforo tiene 15 protones y 16

neutrones Indicaacute cuaacutel es su

a) nuacutemero atoacutemico (Z) b) nuacutemero

de masa (A)

2) Un aacutetomo de potasio tiene Z =19 y A = 39

Indicaacute su nuacutemero de

a) protones b) electrones

c) neutrones

3) Completaacute los datos que faltan en el siguiente

cuadro

90

ELE-

MEN-

TO

NUacute-

MERO

ATOacute-

MICO

NUacute-

MERO

DE

MASA

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) Sentildealaacute el nombre y siacutembolo de los elementos

cuyas configuraciones electroacutenicas 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) Escribiacute la configuracioacuten electroacutenica de los

siguientes elementos

91

a) Na2311 = c) O16

8 =

b) Cl3517 = d) C12

6 =

6) De acuerdo con la siguiente representacioacuten de

los electrones en orbitales indicaacute a queacute ele-

mentos corresponden

a)

b)

c)

d)

7) Representaacute la distribucioacuten de los electrones en

orbitales de los elementos

a) 7N= c) 18Ar =

b) 15AI = d) 19K =

92

Hoja de respuestas121

1) a) 15 b) 31 2) a) 19 b) 19 c) 20

3)

ELE-

MEN-

TO

NUacuteME-

RO

ATOacute-

MICO

NUacute-

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)Argoacuten Ar

d)Escandio Sc

5) a) 1S2 2S2 2p6 3s1

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)middot

94

Ejercicios 1211

Modelo de resolucioacuten

El nuacutemero de oxidacioacuten se asigna seguacuten las si-

guientes reglas

1) El nuacutemero de oxidacioacuten de los elementos en la

sustancia simple es cero

Ejemplo Cu0 02Cl

2) El nuacutemero de oxidacioacuten del oxiacutegeno es 2

excepto en las sustancias como el agua oxige-

nada Ejemplo H2

2Ominus

3) El nuacutemero de oxidacioacuten del hidroacutegeno es +1

excepto en las sustancias donde estaacute combina-

do con los metales Ejemplo 1

H+

2O

4) El nuacutemero de oxidacioacuten de un ion monoatoacute-

mico es igual a la carga del ion Ejemplo Ca2-

Cl-

95

5) En la foacutermula de una sustancia la suma alge-

braica de los nuacutemeros de oxidacioacuten de todos

los aacutetomos debe ser cero Ejemplo 1

H+

2

2Ominus

there42(+1) + (-2) = 0

6) En los iones que tienen maacutes de un aacutetomo la

suma algebraica de los nuacutemeros de oxidacioacuten

de todos los aacutetomos es igual a la carga del ion

El nuacutemero de oxidacioacuten se escribe colocando primero el signo y luego el nuacutemero

Ejemplo el nuacutemero de oxidacioacuten del aluminio es +3

1) Calculaacute los nuacutemeros de oxidacioacuten en la moleacute-

cula de dioacutexido de azufre (SO2)

Datos SO2 nuacutemero de oxidacioacuten del O2

es 2

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de S

Resolucioacuten Cada aacutetomo de oxiacutegeno tiene

nuacutemero de oxidacioacuten 2 por lo tanto el nuacute-

mero de oxidacioacuten del azufre es +4 porque

2(-2) + (+4) = 0

96

2) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten del azufre en

el aacutecido sulfuacuterico (H2SO4)

Datos H2SO2 nuacutemero de oxidacioacuten del

O2 es 2 nuacutemero de oxidacioacuten de H es -1

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de S

Resolucioacuten Se debe cumplir que la suma al-gebraica de todos los nuacutemeros de oxidacioacuten sea cero

4(-2) + 21 + x = 0

-8 + 2 + x = 0

x = 6

Respuesta el nuacutemero de oxidacioacuten del azufre

en el aacutecido sulfuacuterico es +6

3) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten del nitroacutegeno

en el nitrato de sodio (NaNO3)

Datos NaNO3 nuacutemero de oxidacioacuten del

O2 es 2

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de N

97

Resolucioacuten El nuacutemero de oxidacioacuten del

sodio es +1 porque el ion sodio tiene una car-

ga eleacutectrica positiva

+1 + 3(-2) +x = 0

1 6 + x = 0

x = 5

Respuesta el nuacutemero de oxidacioacuten del nitroacute-

geno en el nitrato de sodio es +5

4) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten del azufre en

el ion sulfato (S 24Ominus )

Datos S 24Ominus nuacutemero de oxidacioacuten del O2

es 2

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de S

Resolucioacuten La suma de los nuacutemeros de

oxidacioacuten es igual a 2 porque el ion sulfato

tiene dos cargas negativas (2-)

x + 4(-2) = -2

x 8 = -2

x = 6

98

Respuesta El nuacutemero de oxidacioacuten del azu-

fre en el ion sulfato es +6

99

Ejercicios 1212

1) Dibujaacute los siacutembolos de Lewis para los aacutetomos

de

a) He b) Al c) Si d) Ar e) N

2) iquestCoacutemo adquiere la distribucioacuten electroacutenica del

ineacutertido maacutes cercano cada uno de los siguien-

tes aacutetomos

a) K b)

F c)

S d) Mg e)

Br

3) Escribiacute las ecuaciones ioacutenicas la foacutermula elec-

troacutenica y la foacutermula miacutenima del compuesto

ioacutenico formado por

a) K y Br (bromuro de potasio)

b) Ca y O (oacutexido de calcio)

4) Marcaacute con una X las propiedades correspon-

dientes a las sustancias que presentan uniones

ioacutenicas

100

a) Son soacutelidas y tienen bajo punto de fusioacuten ( )

b) Conducen la corriente eleacutectrica fundidas o di-

sueltas en agua ( )

c) Tienen brillo metaacutelico ( )

d) Forman cristales duros y quebradizos solubles

en agua ( )

e) No conducen la corriente eleacutectrica ( )

5) Explicaacute coacutemo se unen dos aacutetomos de bromo

para formar la moleacutecula Br2 y escribiacute su

foacutermula electroacutenica y su foacutermula desarrollada

6) La foacutermula del monoacutexido de dicloro es Cl2O

a) Indicaacute queacute tipo de unioacuten existe entre el cloro y

el oxiacutegeno

b) Escribiacute su foacutermula electroacutenica y su foacutermula

desarrollada

7) El azufre y el oxiacutegeno forman dos oacutexidos

importantes el dioacutexido de azufre (SO2) y el

101

trioacutexido de azufre (SO3) Para el trioacutexido de

azufre

a) Indicaacute queacute tipo de unioacuten existe entre el azufre

y los tres aacutetomos de oxiacutegeno

b) Escribiacute la foacutermula electroacutenica

c) Escribiacute la foacutermula desarrollada

8) Marcaacute 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

liacutequidas o soacutelidas ( )

c) Son duacutectiles y maleables ( )

d) No forman moleacuteculas son agregados de

iones ( )

e) No son buenas conductoras de la corriente

eleacutectrica ( )

102

9) Coloque en el pareacutentesis UCP si la unioacuten es

covalente polar y UCNP si es covalento no

polar en cada una de las siguientes sustancias

a) cloruro de hidroacutegeno HCl ( )

b) Hidroacutegeno H2 ( )

c) yodo l2 ( )

10) Escribiacute la foacutermula electroacutenica y la foacutermula

desarrollada de cada una de las sustancias

mencionadas en el ejercicio 9

11) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten

a) del azufre (S)en el dioacutexido de azufre (SO2) en

el trioacutexido de azufre (SO3) y en el sulfuro de

sodio (Na2S)

b) del nitroacutegeno (N) en el dioacutexido de nitroacutegeno

(NO2) en el aacutecido niacutetrico (HNO3) y en el ni-

trato de potasio (KNO3)

12) Marcaacute con una X las propiedades que se expli-

can en el concepto de unioacuten metaacutelica

103

a) Tienen bajo punto de fusioacuten y de

ebullicioacuten ( )

b) Tienen brillo metaacutelico ( )

c) Conducen la corriente eleacutectrica sin

alterarse ( )

d) En estado soacutelido son malos conductores de la

corriente eleacutectrica ( )

e) Forman hilos y laacuteminas delgadas ( )

104

Hoja de respuestas 1212

1) a) He b) Al c)

Si d)

Ar e)

N

2) a) cede un electroacuten d) cede electrones c)

gana dos electrones b) y e) gana un electroacuten

3) a) Ecuaciones ioacutenicas

K K1+ + 1 e

Br + 1 e Br1-

K1+ + Br- KBr

Foacutermula electroacutenica K1+minus

1

Br

Foacutermula miacutenima KBr

b) Ecuaciones ioacutenicas

Ca Ca 2+ + 2 e

O + 2 e O2-

Ca2+ + O2- CaO

Foacutermula electroacutenica Ca2+ minus

2

O

105

Foacutermula miacutenima CaO

4) b y d

5) se unen compartiendo un par de electrones

6) a) unioacuten covalente

b) foacutermula electroacutenica

Cl

O

Cl

foacutermula desarrollada Cl O Cl

7) a) una unioacuten covalente doble entre el azufre y

uno de los aacutetomos de oxiacutegeno dos uniones cova-

lentes coordinadas con los otros dos aacutetomos de

oxiacutegeno

b) Foacutermula electroacutenica

Foacutermula desarrollada

106

8) a b y e

9) a) UCP y c) UCNP

10) Foacutermula electroacutenica Foacutermula desarrollada

a) H

Cl H Cl

b) HH H H

c)

I

I l I

11) a) +4 +6 -2 b) +4 +5 +5

12) b c y e

  • RADIACTIVIDAD
    • IacuteNDICE
      • 1 RADIACTIVIDAD NATURAL
      • 2 RELACIOacuteN ENTRE LA LEY DE LAVOISIER Y LA DE EINSTEIN
      • 3 INTERACCIONES ENTRE AacuteTOMOS Y ONDAS
      • 4 PODER DE PENETRACIOacuteN DE LA RADIACIOacuteN
      • 5 VIDA MEDIA
      • 6 RADIACTIVIDAD ARTIFICIAL
      • 7 USOS DE LOS RADIOISOacuteTOPOS
      • 8 MEDICINA NUCLEAR
      • 9 FECHADO POR MEDIO DE RADIOISOacuteTOPOS
      • 10 PLANTAS DE ENERGIacuteA NUCLEAR
      • 11 BOMBA ATOacuteMICA
      • 12 EFECTOS DE UNA EXPLOSIOacuteN NUCLEAR
        • Ejercicios 12
        • Ejercicios 121
        • Hoja de respuestas121
        • Ejercicios 1211
        • Ejercicios 1212
        • Hoja de respuestas 1212

43

8 MEDICINA NUCLEAR

La medicina nuclear ha generado tra-

tamientos y terapias inimaginables

antes de su descubrimiento

En el diagnostico generoacute meacutetodos no

invasivos que evitan a los paciente

tanto sufrimientos como peacuterdidas de

tiempo

En medicina nuclear se dan dos usos distintos

a los radioisoacutetopos para fines terapeacuteuticos o para

realizar un diagnoacutestico En la terapia con radiacioacuten

se intenta tratar o curar un padecimiento por

44

medio de radiacioacuten El uso de los radioisoacutetopos

con fines de diagnoacutestico busca obtener informa-

cioacuten acerca del estado de salud del paciente

TERAPIA POR RADIACIOacuteN

El caacutencer no es una sola enfermedad sino

muchas Algunas formas de caacutencer son particu-

larmente susceptibles a la terapia por radiacioacuten La

radiacioacuten se dirige cuidadosamente hacia el tejido

canceroso y se reduce al miacutenimo la exposicioacuten de

las ceacutelulas normales Si los efectos destructivos de

la radiacioacuten consiguen matar las ceacutelulas cancero-

sas se detiene el avance del tumor maligno (Pero

los pacientes que se someten a terapia por radia-

cioacuten suelen experimentar malestares a causa del

tratamiento Naacuteusea y voacutemito son los siacutentomas

usuales del malestar por radiacioacuten Asiacute pues el

objetivo de la terapia por radiacioacuten es destruir las

ceacutelulas cancerosas antes de que se cause un dantildeo

excesivo a los tejidos sanos La radiacioacuten tiene

45

efectos maacutes letales para las ceacutelulas que se reprodu-

cen con rapidez y eacutesta es precisamente la caracte-

riacutestica de las ceacutelulas cancerosas que permite que la

terapia por radiacioacuten tenga eacutexito

USOS DIAGNOacuteSTICOS DE LOS RADIOISOacuteTOPOS

Los radioisoacutetopos se usan para fines diagnoacutes-

ticos con el propoacutesito de obtener informacioacuten

acerca del tipo o el alcance de la enfermedad El

yodo 131 radiactivo se emplea para determinar el

tamantildeo la forma y la actividad de la glaacutendula ti-

roides asiacute como para tratar caacutenceres localizados

en esta glaacutendula y para controlar una tiroides hi-

peractiva Primero el paciente toma una solucioacuten

de yoduro de potasio que contiene yodo 131 El

organismo concentra el yodo en la tiroides Se

usan dosis grandes para el tratamiento del caacutencer

de la tiroides la radiacioacuten del isoacutetopo se concentra

en las ceacutelulas cancerosas de esta glaacutendula auacuten

cuando las ceacutelulas cancerosas se hayan extendido a

46

otras partes del cuerpo Sin embargo para fines de

diagnoacutestico soacutelo se necesita una pequentildea cantidad

del radioisoacutetopo Tambieacuten 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-

poracioacuten diferencial del isoacutetopo La imagen que

se obtiene se describe como una fotoexploracioacuten

y permite determinar con precisioacuten la ubicacioacuten de

un tumor en esa regioacuten del cuerpo

El radioisoacutetopo de uso maacutes extendido en medicina

es el gadolinio 153 Este isoacutetopo se emplea para

evaluar la mineralizacioacuten de los huesos Su popu-

laridad es un indicio del gran nuacutemero de personas

principalmente mujeres que sufren de osteoporo-

sis (reduccioacuten de la cantidad de tejido oacuteseo) a me-

dida que envejecen El gadolinio 153 emite dos

radiaciones caracteriacutesticas un rayo gamma y un

rayo X Un dispositivo analizador compara estas

radiacioacuten despueacutes de que atraviesan el hueso La

47

densidad del mismo se determina con base en las

diferencias de absorcioacuten de los rayos

El tecnecio 99m se utiliza en diversos ensayos

diagnoacutesticos La letra m quiere decir metaestable

lo que significa que este isoacutetopo emite cierta ener-

giacutea para convertirse en una versioacuten maacutes estable del

mismo isoacutetopo (mismo nuacutemero atoacutemico y mismo

peso atoacutemico) La energiacutea que desprende es el

rayo gamma que permite detectar el isoacutetopo

Tcm9943 Tc99

43 + y

Observa que la desintegracioacuten del tecnecio

99m no produce partiacuteculas alfa ni beta las cuales

podriacutean causar dantildeos innecesarios al organismo

Ademaacutes el tecnecio 99m tiene una vida media cor-

ta (alrededor de 6 h) lo que significa que la radiac-

tividad no permanece en el organismo mucho

tiempo despueacutes de que la exploracioacuten se ha com-

pletado Esta vida media tan corta obliga a planifi-

48

car cuidadosamente el uso del radioisoacutetopo De

hecho lo que se adquiere no es el isoacutetopo mismo

El tecnecio 99m se forma por desintegracioacuten del

molibdeno 99

Mo9942 Tcm99

43 + e01minus + y

Se emplea un recipiente que contiene este isoacute-

topo de molibdeno y el producto de desintegra-

cioacuten el tecnecio 99 se extrae del recipiente a

medida que se necesita

Mediante el uso de modernas tecnologiacuteas ba-

sadas en la utilizacioacuten de computadoras la tomo-

grafiacutea por emisioacuten de positrones (PET por sus

siglas en ingleacutes) permite medir los procesos dinaacute-

micos que se llevan a cabo en el organismo como

el flujo sanguiacuteneo o la rapidez con la que se meta-

boliza el oxiacutegeno o la glucosa Las exploraciones

de PET se emplean actualmente para identificar

con precisioacuten el aacuterea de dantildeo cerebral que desen-

49

cadena los ataques epileacutepticos graves Antes de la

exploracioacuten se inhalan o se inyectan compuestos

que contienen isoacutetopos emisores de positrones

como el carbono 11 Antes de que el positroacuten

emitido pueda recorrer una distancia apreciable en

el cuerpo se topa con un electroacuten (en toda la ma-

teria ordinaria abundan los electrones) y se produ-

cen dos rayos gamma

C116 B11

5 + e01+

e01+ + e0

1minus 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 simultaacuteneamente

dos rayos gamma el sistema no toma en cuenta

los rayos gamma de la radiacioacuten natural de fondo

A continuacioacuten se emplea una computadora para

calcular la ubicacioacuten dentro del cuerpo del punto

50

en el cual ocurrioacute una aniquilacioacuten del positroacuten y

el electroacuten y se genera una imagen en esa regioacuten

La tabla contiene una lista de radioisoacutetopos de

uso comuacuten en la medicina La lista es necesaria-

mente incompleta Incluso con esta exposicioacuten tan

breve puedes hacerte una idea de la importancia

que los radioisoacutetopos tienen en la medicina La

aseveracioacuten de que la ciencia nuclear ha salvado

maacutes vidas de las destruidas por las bombas atoacutemi-

cas no carece el fundamento

51

Isoacutetopo Nombre Vida me-

dia Uso

C11 Carbono 11 203m Exploraciones cere-

brales

Cr51 Cromo 51 278d Determinacioacuten

del volumen sanguiacute-

neo

Co57 Cobalto 57 270d Medicioacuten de la

incorporacioacuten de

vitamina v12

Co60 Cobalto 60 526a Terapia de caacutencer

por radiacioacuten

Gd153 Gadolinio

153

242d Determinacioacuten

de la densidad oacutesea

Ga67 Galio 67 781h Exploracioacuten en

busca de tumores

pulmonares

I131 Yodo 131 807d Terapia de la ti-

roides

Ir192 Iridio 192 74d Terapia del caacuten-

cer de mamaacute

Fe59 Hierro 59 45d Deteccioacuten de

anemia

52

P32 Foacutesforo 32 143d Deteccioacuten de

caacutencer de la piel o

tumores oculares

Pu238 Plutonio

238

86a Suministra ener-

giacutea para marcapasos

Ra226 Radio 226 1600a Terapia de caacutencer

por radiacioacuten

Se75 Selenio 75 120d Exploraciones del

paacutencreas

Na24 Sodio 24 150h Localizacioacuten de

obstrucciones en el

flujo sanguiacuteneo

Tc99 Tecnecio 99 60h Obtencioacuten de imaacute-

genes de cerebro hiacutega-

do meacutedula oacutesea rintildeoacuten o

corazoacuten

Tl201 Talio 201 73h Deteccioacuten de pro-

blemas cardiacos con la

prueba de esfuerzo en

rueda de andar

H3 Tritio 123a Determinacioacuten de

agua corporal total

Xe133 Xenoacuten133 527d Obtencioacuten de imaacute-

genes de pulmoacuten

53

9 FECHADO POR MEDIO DE RADIOISOacuteTOPOS

Una de las aplicaciones maacutes in-

creiacutebles de la quiacutemica nuclear es la po-

sibilidad de averiguar la antiguumledad de

los objetos encontrados en las investi-

gaciones arqueoloacutegicas

Se puede usar la vida media de ciertos isoacuteto-

pos para estimar la antiguumledad de rocas y artefac-

tos arqueoloacutegicos El uranio 238 se desintegra con

una vida media de 4500 millones de anos Los

productos iniciales de esta desintegracioacuten tambieacuten

son radiactivos y la descomposicioacuten continuacutea

54

hasta que se forma un isoacutetopo de plomo (plomo

206) Los quiacutemicos pueden estimar la antiguumledad

de una roca determinando las proporciones relati-

vas de uranio 238 y plomo 206 Se ha encontrado

que algunas de las rocas maacutes antiguas de la Tierra

se formaron hace entre 3000 y 4500 millones de

antildeos En las rocas lunares y en meteoritos se ha

determinado una antiguumledad maacutexima de alrededor

de 4500 millones de antildeos Asiacute pues se considera

en general que la Tierra tiene una antiguumledad de

unos 4500 millones de antildeos

FECHADO POR CARBONO 14

En el fechado de artefactos interviene por lo

general un isoacutetopo radiactivo de carbono Se for-

ma carbono 14 en las capas superiores de la at-

moacutesfera por el bombardeo que experimenta el

nitroacutegeno ordinario por parte de los neutrones de

los rayos coacutesmicos

55

N147 + n1

0 C146 + H1

1

Este proceso origina una concentracioacuten cons-

tante de carbono 14 en el CO2 terrestre Las plan-

tas y animales vivos incorporan este isoacutetopo en

sus propias ceacutelulas Sin embargo cuando estos

seres mueren se interrumpe la incorporacioacuten de

carbono 14 y el carbono 14 que hay en el orga-

nismo se desintegra (con una vida media de 5 730

antildeos) a nitroacutegeno 14

Por consiguiente basta con medir la actividad

residual de carbono 14 en un artefacto de origen

vegetal o animal para determinar su antiguumledad

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 antildeos de antiguumle-

dad es decir ha estado muerta durante un tiempo

equivalente a una vida media Anaacutelogamente un

artefacto que muestra el 25 de la actividad de

carbono 14 del material vegetal reciente tiene

56

11460 anos de antiguumledad 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 aquiacute supone que la formacioacuten del isoacutetopo

fue constante a lo largo del tiempo En realidad no

es asiacute Sin embargo aproximadamente para los

uacuteltimos 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

aacuterboles Se han construido curvas de calibracioacuten

que permiten determinar fechas consideradas co-

mo exactas

En teacuterminos generales el meacutetodo de carbono

14 es razonablemente preciso para fechar objetos

de hasta 50000 antildeos de antiguumledad La cantidad

residual del isoacutetopo en los objetos de una antiguumle-

dad mayor que esa es demasiado pequentildea para

hacer una determinacioacuten exacta

El carboacuten de las fogatas de los pueblos anti-

57

guos fechado por determinacioacuten de la actividad

de carbono 14 se usa para estimar la antiguumledad

de otros artefactos encontrados en el mismo em-

plazamiento arqueoloacutegico La teacutecnica de fechado

por carbono 14 se ha usado tambieacuten para detectar

si supuestos artefactos antiguos han sido falsifica-

dos

EL SUDARIO DE TURIacuteN

Probablemente han oiacutedo hablar del sudario de

Turiacuten Se trata de una pieza de tejido de lino muy

antigua de unos 4 metros de largo que muestra la

impresioacuten aproximada de un cuerpo humano

Desde alrededor del antildeo 1350 dC 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-

bricacioacuten del lienzo habiacutea sido cultivado en alguacuten

memento entre los anos de 1260 y 1390 dC Por

58

tanto el lienzo no podriacutea haber existido en tiem-

pos de Cristo A diferencia de los pergaminos del

Mar Muerto para los que el fechado por carbono

14 demostroacute que son registros auteacutenticos de una

civilizacioacuten que existioacute hace unos 2000 antildeos el

sudario de Turiacuten resultoacute ser falso

FECHADO POR TRITIO

El tritio que es el isoacutetopo radiactivo del

hidroacutegeno sirve tambieacuten para fechar Su vida me-

dia de 123 antildeos lo hace uacutetil para fechar objetos de

hasta 100 antildeos de antiguumledad Una aplicacioacuten inte-

resante es el fechado de aguardientes Estas bebi-

das alcohoacutelicas son muy costosas cuando han sido

antildeejadas de 10 a 50 antildeos El fechado por tritio

permite comprobar la veracidad de los anuncios

publicitarios respecto al proceso de antildeejamiento

de las variedades maacutes caras

Hay muchos otros isoacutetopos que permiten es-

timar la antiguumledad de objetos y materiales

59

Isoacutetopo Vida me-

dia

(antildeos)

Periacuteodo de

utilidad Uso

Carbono 14 5730 500 a 50000

antildeos

Carboacuten vege-

tal material

orgaacutenico

Tritio 123 1 a 100 antildeosVinos antildeeja-

dos

Potasio 40 13 x 109 Desde 10000

antildeos

Rocas corteza

terrestre y

lunar

Renio 187 43 x1010 Desde 4 x

107 antildeos Meteoritos

Ranio238 45 x109 Desde 107

antildeos

Rocas corteza

terrestre

60

10 PLANTAS DE ENERGIacuteA NUCLEAR

iquestSabeacutes de doacutende viene esa energiacutea que nosotros usamos tanto Mucha de la energiacutea eleacutectrica es

producida por plantas nucleares de to-do el mundo

La energiacutea nuclear ha dado origen a bombas

muy destructivas y a la nociva precipitacioacuten ra-

diactiva y podriacutea incluso provocar un devastador

invierno nuclear Sin embargo una cantidad mu-

cho mayor de personas han recibido beneficios de

la energiacutea nuclear que las que han sido perjudica-

das por ella El hecho es que existen muchos usos

de la energiacutea nuclear que son sumamente beneacutefi-

61

cos Ya conocemos el uso de isoacutetopos radiactivos

en el diagnoacutestico cliacutenico y en el fechado de obje-

tos de antiguumledad desconocida Otro uso paciacutefico

de la energiacutea nuclear es la generacioacuten de electri-

cidad Una gran parte de la energiacutea eleacutectrica que

se utiliza hoy en diacutea se genera en plantas de ener-

giacutea nuclear

En la actualidad una quinta parte de toda la

electricidad que se produce en Estados Unidos

proviene de plantas de energiacutea nuclear En Euro-

pa la dependencia respecto a la energiacutea nuclear

para la produccioacuten de electricidad es auacuten mayor

En Francia por ejemplo maacutes del 70 de la ener-

giacutea eleacutectrica del paiacutes proviene de plantas nuclea-

res

No es sorprendente que una reaccioacuten que

desprende tanta energiacutea como lo hace la fisioacuten

nuclear se use como fuente de energiacutea para gene-

rar electricidad En las plantas de energiacutea nuclear

se usa el calor obtenido de una reaccioacuten de fisioacuten

62

en cadena controlada para producir vapor de

agua que mueve las turbinas generadoras de elec-

tricidad El combustible nuclear es normalmente

oacutexido de uranio U3O8 enriquecido hasta alrede-

dor de 3 de uranio 235

La energiacutea nuclear es mucho maacutes limpia que la

que se obtiene quemando combustibles foacutesiles

(carboacuten petroacuteleo y gas) no produce cenizas finas

ni holliacuten no forma dioacutexido de carbono que con-

tribuye al efecto de invernadero y al calentamiento

global y no contamina el aire con oacutexidos de azu-

fre y de nitroacutegeno que dan origen a la lluvia aacutecida

Por otra parte emite grandes cantidades de calor

residual en el ambiente y lo que es mucho maacutes

serio produce muchos residuos radiactivos La

eliminacioacuten de todos estos materiales radiactivos

de desecho es uno de los problemas constantes

que se tienen en relacioacuten con las plantas de energiacutea

nuclear

63

11 BOMBA ATOacuteMICA

Todos sabemos los desastres que pue-

den causar la detonacioacuten de una bomba

nuclear

Aquiacute presentamos la explicacioacuten teoacuterica

y coacutemo se pone en praacutectica

COacuteMO FUNCIONA UNA BOMBA NUCLEAR EN LA

TEORIacuteA

El 16 de Julio de 1945 estalloacute la primera bomba

atoacutemica en el campo de pruebas de Trinity cerca

de aacutelamo Gordo (Nuevo Meacutejico) Desde ese pre-

64

ciso instante la historia de la humanidad ha pasado

a una nueva era la era nuclear

Nunca hasta entonces se habiacutean tenido los cono-

cimientos necesarios como para saber que la masa

puede convertirse en grandes cantidades de ener-

giacutea y coacutemo podiacutea realizarse ese proceso hasta

entonces reservado tan soacutelo a las estrellas

La famosa foacutermula de Einstein E = mc2 ha pasa-

do ya ha formar parte de la cultura popular auacuten sin

que en realidad se llegue a saber que implica

Donde E es energiacutea m masa y c la velocidad de la

luz (constante) En esta ecuacioacuten se expresa la

relacioacuten de equivalencia entre masa y energiacutea Por

ejemplo haciendo algunas cuentas se ve que con

un gramo de uranio si se convirtiese totalmente

en energiacutea se obtendriacutean 25 millones de Kw

Aplicado como una bomba nuclear basta decir

que para asolar Hiroshima soacutelo se convirtioacute un

65

gramo de masa (aunque toda la bomba como me-

canismo pesara cuatro toneladas) su potencia fue

de 125 kilotones es decir para igualar su potencia

seriacutean 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 combustibles

de fisioacuten Cuando en un espacio se reuacutene la sufi-

ciente cantidad de materia (denominada masa criacute-

tica) se produce una reaccioacuten en cadena espontaacute-

nea esto es el nuacutecleo de los aacutetomos del material

se divide liberando energiacutea y varios neutrones

raacutepidos que provocan que otros nuacutecleos tam-

bieacuten se dividan y liberen maacutes energiacutea y neutrones

Este proceso se denomina fisioacuten nuclear Sin em-

bargo si la densidad no es suficiente la energiacutea

liberada hace que el material se expanda y se de-

tenga el proceso Para evitar que se pare la reac-

cioacuten se recurre a una materia muy densa de por siacute

(isoacutetopos del uranio y plutonio) que ademaacutes se

comprime de manera muy raacutepida para lograr una

66

altiacutesima densidad que permite que los neutrones

raacutepidos choquen antes con otros nuacutecleos y se

produzcan antes el mayor nuacutemero 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 maacutes energiacutea Para una

explosioacuten de 100 kilotones son necesarias 58 ge-

neraciones las 7 uacuteltimas generan el 999 de la

energiacutea en periodo cortiacutesimo de tiempo Tambieacuten

puede liberarse energiacutea con la fusioacuten en este pro-

ceso los nuacutecleos se unen en vez de separarse pero

se requieren altiacutesimas temperaturas (del orden de

millones de grados) para que este proceso se lleve

a cabo Para esta reaccioacuten se usan aacutetomos ligeros

(maacutes faacuteciles de unir) generalmente hidroacutegeno o

sus isoacutetopos (deuterio y tritio) Para unir dos aacuteto-

mos basta con hacerlos chocar Los protones de

cada aacutetomo 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

67

fusioacuten deben comprimirse fuertemente los nuacute-

cleos y una vez hecho soacutelo podraacuten continuar uni-

dos si pierden un equivalente de la energiacutea que les

hizo apretarse En el caso de usar deuterio y tritio

se libera violentamente un neutroacuten Esta energiacutea

liberada es la que forma una bomba de fusioacuten

tambieacuten denominada bomba H

COMO FUNCIONA UNA BOMBA ATO-MICA EN LA PRACTICA

Sea cual fuere el sistema de funcionamiento de

una bomba nuclear (fusioacuten o fisioacuten) una cantidad

de masa se convierte en energiacutea la potencia soacutelo

depende de la capacidad de la ingenieriacutea para con-

vertir maacutes masa antes de que la reaccioacuten disperse

las moleacuteculas en teoriacutea la potencia es por tanto

ilimitada

Una bomba nuclear consiste baacutesicamente en una

esfera hueca de plutonio que no es lo suficiente-

68

mente densa como para producir una reaccioacuten 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 explosioacuten se disparan los detonado-

res que hacen que el material explosivo estalle de

la manera lo maacutes regular posible para que enviacutee

una onda de choque esfeacuterica hacia el plutonio

Cuando eacutesta impacta contra eacutel lo comprime y re-

duce su volumen empujaacutendolo hacia el centro de

la esfera hasta que alcanza una densidad suficiente

(supercriacutetica) y se dispara el iniciador de neutrones

para comenzar la reaccioacuten en cadena que da lugar

a la explosioacuten nuclear

Las bombas termonucleares de fusioacuten o H nece-

sitan de una gran temperatura para que se puedan

unir los nuacutecleos esto se consigue en el interior de

una explosioacuten de fisioacuten que es el comienzo de

toda bomba H

69

Una vez acabada la reaccioacuten de fusioacuten nos encon-

traremos con una esfera expandida con una tem-

peratura de millones de grados en la que existen

los productos de la fusioacuten (litio e isoacutetopos del

hidroacutegeno) Tal es su velocidad que pueden fun-

dirse unos con otros dando lugar a la reaccioacuten de

fusioacuten Esta reaccioacuten genera maacutes energiacutea que la

anterior y libera gran cantidad de partiacuteculas nu-

cleares pero no es una reaccioacuten en cadena ya que

el propio calor que genera hace que las partiacuteculas

se separen y se expandan en forma de una esfera

de plasma con una temperatura que tan soacutelo expe-

rimenta el universo de manera natural en las estre-

llas En nuestro sol por ejemplo ocurren la fusioacuten

nuclear de hidroacutegeno y helio Pero antes de que la

reaccioacuten se extinga los neutrones generados por

las detonaciones anteriores provocan de nuevo

una reaccioacuten de fusioacuten sobre una camisa de U-

238 pero esta vez mucho mayor que las anterio-

res La potencia de una bomba termonuclear care-

ce de liacutemite una bomba como la de Hiroshima de

70

125 kilotones (un kilotoacuten equivale a 1000 tonela-

das de TNT) se considera dentro de los arsenales

modernos como pequentildea siendo las de un mega-

toacuten (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 la

Segunda Guerra Mundial

Para la construccioacuten de una bomba nuclear nor-

malmente se usa U-235 mezclado con U-238 El

primero no forma parte de la reaccioacuten nuclear

sino que es el segundo el que es fisionable de ma-

nera espontaacutenea emitiendo neutrones que son

absorbidos por el U-235 para evitar que se pro-

duzca de manera accidental la reaccioacuten en cadena

Asiacute el U-235 hace de escudo absorbiendo los neu-

trones del U-238 que es el que produce la detona-

cioacuten 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

71

reactores nucleares a partir del U-238

La desintegracioacuten del uranio en la reaccioacuten en

cadena se produce de manera espontaacutenea para una

masa de 50 Kg si eacuteste elemento es puro El pluto-

nio no es capaz por si solo de comenzar una raacutepi-

da reaccioacuten en cadena de modo que se mezcla de

berilo y polonio dando como resultado un pro-

ducto que aunque no es fisionable por si solo una

pequentildea cantidad actuacutea como catalizador para las

grandes reacciones Asiacute bastan 16 Kg de PU-239

para obtener la masa supercriacutetica y 10 Kg si se

mezcla con U-238

El U-235 es muy difiacutecil de extraer por encontrarse

en la naturaleza muy mezclado con otros com-

puestos Asiacute por cada 25000 toneladas de mineral

de uranio bruto soacutelo se obtienen 50 toneladas de

uranio del que el 993 es U-235 y el resto el

rariacutesimo isoacutetopo U-238 ambos soacutelo se pueden

separar de manera mecaacutenica gracias a la leviacutesima

72

diferencia de peso entre ambos Asiacute el uranio se

mezcla en forma gaseosa con fluor (hexafluoriacutedri-

co) que es impulsado a baja presioacuten hacieacutendolo

pasar por unas caacutemaras que aumentan la concen-

tracioacuten de uranio sensiblemente tras cientos de

pasadas Para una central nuclear la pureza ha de

ser del 2 y para una bomba (teoacutericamente) el

95

Para separar el isoacutetopo se recurre a la centrifuga-

cioacuten del gas siendo el maacutes pesado U-238 despedi-

do hacia el exterior con maacutes fuerza Para obtener

otra vez el uranio separado del gas se recurre a la

separacioacuten magneacutetica

MECANISMOS QUE SUELEN COMPONER UNA

BOMBA NUCLEAR

Los mecanismos que suelen componer una bom-

ba nuclear son los siguientes

73

ALTIacuteMETRO No suele usarse el baromeacutetrico

por verse afectado por las condiciones atmosfeacuteri-

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 seguacuten el tiempo transcu-

rrido en el recorrido puede saberse la altura sin

necesidad de complicar maacutes el sistema para dar

una precisioacuten que en realidad no es importante (2

o 3 m de diferencia no son apreciables maacutes que

en minibombas bastante menores que las de

Hiroshima) siendo la altura normal de detonacioacuten

la de 2000 m

En la praacutectica 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 electroacute-

nicamente para obtener la diferencia de ambas

que es proporcional a la altura Los pulsos suelen

emitirse 120 veces por segundo y alcanzan un

74

rango de 3000 m sobre la tierra y 6000 m sobre

el mar (la reflexioacuten es alliacute mejor) siendo su error

de hasta 15 m

CABEZA DETONADORA Como ya se dijo

estaacute compuesta de una carga explosiva muy bien

calibrada que a la orden del altiacutemetro detona

produciendo una onda de choque uniforme sobre

el elemento radioactivo comprimieacutendolo hasta

alcanzar la masa supercriacutetica

Compantildeiacuteas privadas producen camisas explosivas

que modificadas pueden ser usadas para la fabri-

cacioacuten del objeto que nos ocupa La cantidad de

presioacuten necesaria a aplicar es un secreto por razo-

nes de seguridad aunque se sabe que los explosi-

vos plaacutesticos son ideales sobre todo por su malea-

bilidad y facilidad de manejo

El detonador variacutea si es combustible es uranio o

plutonio

75

DETONADOR DE URANIO La masa total se

divide en dos partes una mayor de forma semies-

feacuterica y coacutencava que se acopla perfectamente con

la otra maacutes pequentildea Como es de suponer ambas

se encuentran separadas hasta el momento de la

detonacioacuten en el que una explosioacuten convencional

dispara la parte pequentildea que impacta contra la

mayor para lograr en un instante la masa supercriacute-

tica

DETONADOR DE PLUTONIO Necesita

una precisioacuten de ingenieriacutea mucho mayor que la

anterior ya que estaacute compuesta de 32 secciones de

plutonio-berilio-polonio todas de igual forma y

posicioacuten distribuidas conceacutentricamente El aspecto

final es parecido al de un baloacuten de fuacutetbol Todas

han de cerrarse simeacutetricamente en una diezmillo-

neacutesima de segundo para conseguir la detonacioacuten

DEFLECTOR DE NEUTRONES Suele ser

U-238 Su funcioacuten es la que ya se explicoacute evitar

76

una reaccioacuten accidental ademaacutes refleja las partiacutecu-

las de vuelta cuando se alcanza la masa supercriacuteti-

ca

ESCUDO PROTECTOR Recibe otros nom-

bres pero su funcioacuten es siempre la de proteger de

la radiacioacuten natural tanto al personal que la maneja

como a los circuitos de la bomba que pueden su-

frir cortocircuitos o puestas en funcionamiento

accidentales

SISTEMA DE ARMADO Es otro sistema maacutes

de seguridad consistente en quitar una parte im-

prescindible de la bomba para evitar detonaciones

accidentales de modo que soacutelo cuando estaacute

proacuteximo su lanzamiento se inserta esta parte Una

analogiacutea seriacutea como si al aparcar nuestro coche le

quitaacuteramos el volante o una bujiacutea asiacute estariacuteamos

seguros de que no nos lo roban porque sin estas

partes el coche no funciona

77

12 EFECTOS DE UNA EXPLOSIOacuteN NUCLEAR

Tenemos frescas en nuestra memo-

ria las imaacutegenes que nos mostroacute la

televisioacuten cuando se produjo el ac-

cidente de Chernobyl

Aquiacute explicamos todas las conse-

cuencias de una detonacioacuten 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

78

bull Radiacioacuten nuclear inicial la altiacutesima

temperatura y la elevada presioacuten que se

genera en el interior de la explosioacuten emi-

ten radiacioacuten en todas las direcciones Esta

se compone de rayos alfa beta y gamma

que son una forma de radiacioacuten electro-

magneacutetica de alta energiacutea que puede causar

la muerte sin que el individuo se de cuenta

de que ha sido irradiado Una explosioacuten de

un megatoacuten (de tamantildeo estaacutendar) matariacutea

a todo ser humano en 15 Km a la redonda

que se encontrase al aire libre

Las partiacuteculas alfa son ideacutenticas a un nuacutecleo de

helio son las que mas larga vida tienen unos mil

antildeos pero su poder de penetracioacuten 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 radiacioacuten Con 45 cm de tierra se

consigue reducir la radiacioacuten veinte veces

Las partiacuteculas beta penetran maacutes siendo suficiente

79

38 cm de pared de ladrillo para reducir a un quin-

to la radiacioacuten (una pared moderna ya espesa se

compone de 1 pie de ladrillo maacutes caacutemara maacutes

aislante maacutes ladrillo hueco y yeso que suele que-

darse en los 37 cm)

Los de maacutes poder de penetracioacuten son las gamma

y por tanto los maacutes peligrosos ya son los que se

introducen en los refugios nucleares auacuten con

grandes espesores de hormigoacuten La uacutenica protec-

cioacuten eficaz es la de interponer grandes masas de

material mejor cuanto maacutes denso siendo el ideal

el plomo ya que pasa por los materiales como la

luz por una tela si esta es maacutes densa mayor canti-

dad de chocaraacute con ella y no la traspasaraacute Para

reducir la dosis a un veinteavo se precisan 30 cm

de hormigoacuten armado

bull Pulso electromagneacutetico La intensa acti-

vidad de los rayos gamma genera mediante

induccioacuten una corriente de alto voltaje so-

80

bre antenas viacuteas feacuterreas tuberiacuteas que des-

truye todas las instalaciones eleacutectricas de

una amplia zona si la explosioacuten se efectuacutea

a gran altura Una detonacioacuten de muchos

kilotones a 200 km sobre Omaha (Ne-

brasca) destruiriacutea todos los circuitos eleacutec-

tricos integrados de toda Norteameacuterica y

parte de Meacutejico y Canadaacute Ante el riesgo

de una detonacioacuten nuclear es conveniente

alejarse de liacuteneas eleacutectricas y viacutea feacuterreas ya

que la corriente inducida puede electrocu-

tarnos

bull Pulso teacutermico al expandirse la bola de

fuego el aire circundante absorbe energiacutea

en forma de rayos X y la irradia en forma

de una luz cegadora y un intensiacutesimo ca-

lor Una bomba de 20 Megatones produci-

riacutea una intensa luz durante 20 segundos y

causariacutea quemaduras de segundo grado a

81

cualquier persona expuesta a 45 Km de

distancia

bull Onda de choque La raacutepida expansioacuten de

la bola de fuego genera una onda de cho-

que como cualquier explosioacuten pero de

una potencia muy superior ya que puede

aplastar o barrer edificios dantildeaacutendolos muy

seriamente o destruyeacutendolos por comple-

to ya que maacutes que empujar por su dura-

cioacuten lo que hace es estrujar Una bomba

de 20 megatones no dejariacutea en un radio de

20 Km maacutes que escombros soacutelo se salva-

riacutean las cimentaciones y construcciones

enterradas

bull Primera lluvia radioactiva o lluvia ra-

diactiva local una explosioacuten de 20 mega-

tones aras de suelo produciriacutea un craacuteter de

183 m de profundidad la elevada tempe-

82

ratura vaporiza todo lo que se encuentra

dentro de la bola de fuego todo se funde

con los materiales radiactivos de la fisioacuten o

fusioacuten y se eleva con el hongo para luego

precipitar en forma de finas cenizas Esto

ocurriraacute durante las 24 h siguientes a la

explosioacuten y afectaraacute a una regioacuten maacutes o

menos amplia para una misma potencia

seguacuten la climatologiacutea El fenoacutemeno se am-

pliacutea considerablemente si la detonacioacuten se

produce cerca del suelo La energiacutea 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 maacutes destructivos los deno-

minados secundarios como incendios en masa

que acabariacutean con los pocos supervivientes y ma-

tariacutean a maacutes que el pulso teacutermico y la onda de

choque

83

Ademaacutes en caso de que se lanzaran muchas

bombas nucleares sus efectos secundarios seriacutean

mucho maacutes 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 10000 mega-

tones miacutenimos para considerar un holocausto

como tal

bull El primero de estos efectos es que la ra-

dioactividad liberada en caso de holocaus-

to penetrariacutea en todos y cada uno de los

seres vivos (y en el mar la tierra y el aire)

Mientras que en dosis altas (seguacuten la espe-

cie) produciriacutea la muerte en otras maacutes ba-

jas los efectos seriacutean de lo maacutes variados

(mutaciones esterilidad)

bull El segundo seriacutea que los materiales im-

pulsados por las detonaciones se elevariacutean

hasta la troposfera donde ocultariacutean la luz

84

del sol durante meses o antildeos haciendo ba-

jar la temperatura de la tierra y alterando la

fotosiacutentesis de los vegetales y el plancton

marino seriacutea el famoso invierno nuclear

Ademaacutes estos materiales radiactivos iriacutean

cayendo durante meses o antildeos convirtieacuten-

dose en una lluvia radiactiva global que

auacuten con menos dosis radiactiva que una

lluvia provocada por una bomba seriacutea

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

antildeos Ese 5 de energiacutea liberada por la

lluvia radiactividad en una bomba es poco

pero en los 10000 megatones de un holo-

causto suponen ya 500 megatones que iraacuten

estallando durante miles de antildeos des-

pueacutes de la cataacutestrofe

85

bull El tercero seriacutea una reduccioacuten en la capa

de ozono producida por el oacutexido de nitroacute-

geno generado por las bolas de fuego de

modo que la radiacioacuten solar que llegase a

la tierra seriacutea mortal Un 70 del ozono

desapareceriacutea en el hemisferio norte y un

40 en el sur siendo necesarios treinta

antildeos para recuperar su estado normal

86

Ejercicios 12

MODELO DE RESOLUCIOacuteN

La distribucioacuten de los electrones de un aacutetomo

en sus niveles y subniveles se puede representar en

forma abreviada de la siguiente manera

a) Un coeficiente que indica el nuacutemero del nivel

de energiacutea (n)

b) Una letra que corresponde al subnivel

c) Un supraiacutendice que sentildeala el nuacutemero de elec-

trones que hay en el subnivel

1H = 1s1

3Li = 1s2 2s1

En razoacuten del entrecruzamiento de subniveles

el orden en que se van completando los subniveles

por energiacutea creciente es el siguiente

87

1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d

4p 5s 4d 5p 6s 4f

5d 6p 7s 5f 6d

7p

Para visualizar la distribucioacuten de los electrones

en orbitales se puede representar cada orbital por

un pequentildeo cuadrado dividido por una diagonal

y cada electroacuten mediante una flecha

Entonces el orbital puede estar

Vaciacuteo incompleto completo

(1 electroacuten) (2 electrones)

En caso del orbital completo las flechas tienen

sentido contrario para indicar que los electrones

presentan spin contrario

El llenado de los orbitales por los electrones

se realiza a partir de los niveles y subniveles en

88

orden creciente de energiacutea Cada nuevo electroacuten se

incorpora a un orbital vaciacuteo

De ese modo los elementos quedan represen-

tados asiacute

1H =

1s

3Li =

1s 2s

7N =

1s 2s 2p

89

Ejercicios 121

1) Un aacutetomo de foacutesforo tiene 15 protones y 16

neutrones Indicaacute cuaacutel es su

a) nuacutemero atoacutemico (Z) b) nuacutemero

de masa (A)

2) Un aacutetomo de potasio tiene Z =19 y A = 39

Indicaacute su nuacutemero de

a) protones b) electrones

c) neutrones

3) Completaacute los datos que faltan en el siguiente

cuadro

90

ELE-

MEN-

TO

NUacute-

MERO

ATOacute-

MICO

NUacute-

MERO

DE

MASA

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) Sentildealaacute el nombre y siacutembolo de los elementos

cuyas configuraciones electroacutenicas 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) Escribiacute la configuracioacuten electroacutenica de los

siguientes elementos

91

a) Na2311 = c) O16

8 =

b) Cl3517 = d) C12

6 =

6) De acuerdo con la siguiente representacioacuten de

los electrones en orbitales indicaacute a queacute ele-

mentos corresponden

a)

b)

c)

d)

7) Representaacute la distribucioacuten de los electrones en

orbitales de los elementos

a) 7N= c) 18Ar =

b) 15AI = d) 19K =

92

Hoja de respuestas121

1) a) 15 b) 31 2) a) 19 b) 19 c) 20

3)

ELE-

MEN-

TO

NUacuteME-

RO

ATOacute-

MICO

NUacute-

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)Argoacuten Ar

d)Escandio Sc

5) a) 1S2 2S2 2p6 3s1

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)middot

94

Ejercicios 1211

Modelo de resolucioacuten

El nuacutemero de oxidacioacuten se asigna seguacuten las si-

guientes reglas

1) El nuacutemero de oxidacioacuten de los elementos en la

sustancia simple es cero

Ejemplo Cu0 02Cl

2) El nuacutemero de oxidacioacuten del oxiacutegeno es 2

excepto en las sustancias como el agua oxige-

nada Ejemplo H2

2Ominus

3) El nuacutemero de oxidacioacuten del hidroacutegeno es +1

excepto en las sustancias donde estaacute combina-

do con los metales Ejemplo 1

H+

2O

4) El nuacutemero de oxidacioacuten de un ion monoatoacute-

mico es igual a la carga del ion Ejemplo Ca2-

Cl-

95

5) En la foacutermula de una sustancia la suma alge-

braica de los nuacutemeros de oxidacioacuten de todos

los aacutetomos debe ser cero Ejemplo 1

H+

2

2Ominus

there42(+1) + (-2) = 0

6) En los iones que tienen maacutes de un aacutetomo la

suma algebraica de los nuacutemeros de oxidacioacuten

de todos los aacutetomos es igual a la carga del ion

El nuacutemero de oxidacioacuten se escribe colocando primero el signo y luego el nuacutemero

Ejemplo el nuacutemero de oxidacioacuten del aluminio es +3

1) Calculaacute los nuacutemeros de oxidacioacuten en la moleacute-

cula de dioacutexido de azufre (SO2)

Datos SO2 nuacutemero de oxidacioacuten del O2

es 2

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de S

Resolucioacuten Cada aacutetomo de oxiacutegeno tiene

nuacutemero de oxidacioacuten 2 por lo tanto el nuacute-

mero de oxidacioacuten del azufre es +4 porque

2(-2) + (+4) = 0

96

2) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten del azufre en

el aacutecido sulfuacuterico (H2SO4)

Datos H2SO2 nuacutemero de oxidacioacuten del

O2 es 2 nuacutemero de oxidacioacuten de H es -1

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de S

Resolucioacuten Se debe cumplir que la suma al-gebraica de todos los nuacutemeros de oxidacioacuten sea cero

4(-2) + 21 + x = 0

-8 + 2 + x = 0

x = 6

Respuesta el nuacutemero de oxidacioacuten del azufre

en el aacutecido sulfuacuterico es +6

3) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten del nitroacutegeno

en el nitrato de sodio (NaNO3)

Datos NaNO3 nuacutemero de oxidacioacuten del

O2 es 2

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de N

97

Resolucioacuten El nuacutemero de oxidacioacuten del

sodio es +1 porque el ion sodio tiene una car-

ga eleacutectrica positiva

+1 + 3(-2) +x = 0

1 6 + x = 0

x = 5

Respuesta el nuacutemero de oxidacioacuten del nitroacute-

geno en el nitrato de sodio es +5

4) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten del azufre en

el ion sulfato (S 24Ominus )

Datos S 24Ominus nuacutemero de oxidacioacuten del O2

es 2

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de S

Resolucioacuten La suma de los nuacutemeros de

oxidacioacuten es igual a 2 porque el ion sulfato

tiene dos cargas negativas (2-)

x + 4(-2) = -2

x 8 = -2

x = 6

98

Respuesta El nuacutemero de oxidacioacuten del azu-

fre en el ion sulfato es +6

99

Ejercicios 1212

1) Dibujaacute los siacutembolos de Lewis para los aacutetomos

de

a) He b) Al c) Si d) Ar e) N

2) iquestCoacutemo adquiere la distribucioacuten electroacutenica del

ineacutertido maacutes cercano cada uno de los siguien-

tes aacutetomos

a) K b)

F c)

S d) Mg e)

Br

3) Escribiacute las ecuaciones ioacutenicas la foacutermula elec-

troacutenica y la foacutermula miacutenima del compuesto

ioacutenico formado por

a) K y Br (bromuro de potasio)

b) Ca y O (oacutexido de calcio)

4) Marcaacute con una X las propiedades correspon-

dientes a las sustancias que presentan uniones

ioacutenicas

100

a) Son soacutelidas y tienen bajo punto de fusioacuten ( )

b) Conducen la corriente eleacutectrica fundidas o di-

sueltas en agua ( )

c) Tienen brillo metaacutelico ( )

d) Forman cristales duros y quebradizos solubles

en agua ( )

e) No conducen la corriente eleacutectrica ( )

5) Explicaacute coacutemo se unen dos aacutetomos de bromo

para formar la moleacutecula Br2 y escribiacute su

foacutermula electroacutenica y su foacutermula desarrollada

6) La foacutermula del monoacutexido de dicloro es Cl2O

a) Indicaacute queacute tipo de unioacuten existe entre el cloro y

el oxiacutegeno

b) Escribiacute su foacutermula electroacutenica y su foacutermula

desarrollada

7) El azufre y el oxiacutegeno forman dos oacutexidos

importantes el dioacutexido de azufre (SO2) y el

101

trioacutexido de azufre (SO3) Para el trioacutexido de

azufre

a) Indicaacute queacute tipo de unioacuten existe entre el azufre

y los tres aacutetomos de oxiacutegeno

b) Escribiacute la foacutermula electroacutenica

c) Escribiacute la foacutermula desarrollada

8) Marcaacute 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

liacutequidas o soacutelidas ( )

c) Son duacutectiles y maleables ( )

d) No forman moleacuteculas son agregados de

iones ( )

e) No son buenas conductoras de la corriente

eleacutectrica ( )

102

9) Coloque en el pareacutentesis UCP si la unioacuten es

covalente polar y UCNP si es covalento no

polar en cada una de las siguientes sustancias

a) cloruro de hidroacutegeno HCl ( )

b) Hidroacutegeno H2 ( )

c) yodo l2 ( )

10) Escribiacute la foacutermula electroacutenica y la foacutermula

desarrollada de cada una de las sustancias

mencionadas en el ejercicio 9

11) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten

a) del azufre (S)en el dioacutexido de azufre (SO2) en

el trioacutexido de azufre (SO3) y en el sulfuro de

sodio (Na2S)

b) del nitroacutegeno (N) en el dioacutexido de nitroacutegeno

(NO2) en el aacutecido niacutetrico (HNO3) y en el ni-

trato de potasio (KNO3)

12) Marcaacute con una X las propiedades que se expli-

can en el concepto de unioacuten metaacutelica

103

a) Tienen bajo punto de fusioacuten y de

ebullicioacuten ( )

b) Tienen brillo metaacutelico ( )

c) Conducen la corriente eleacutectrica sin

alterarse ( )

d) En estado soacutelido son malos conductores de la

corriente eleacutectrica ( )

e) Forman hilos y laacuteminas delgadas ( )

104

Hoja de respuestas 1212

1) a) He b) Al c)

Si d)

Ar e)

N

2) a) cede un electroacuten d) cede electrones c)

gana dos electrones b) y e) gana un electroacuten

3) a) Ecuaciones ioacutenicas

K K1+ + 1 e

Br + 1 e Br1-

K1+ + Br- KBr

Foacutermula electroacutenica K1+minus

1

Br

Foacutermula miacutenima KBr

b) Ecuaciones ioacutenicas

Ca Ca 2+ + 2 e

O + 2 e O2-

Ca2+ + O2- CaO

Foacutermula electroacutenica Ca2+ minus

2

O

105

Foacutermula miacutenima CaO

4) b y d

5) se unen compartiendo un par de electrones

6) a) unioacuten covalente

b) foacutermula electroacutenica

Cl

O

Cl

foacutermula desarrollada Cl O Cl

7) a) una unioacuten covalente doble entre el azufre y

uno de los aacutetomos de oxiacutegeno dos uniones cova-

lentes coordinadas con los otros dos aacutetomos de

oxiacutegeno

b) Foacutermula electroacutenica

Foacutermula desarrollada

106

8) a b y e

9) a) UCP y c) UCNP

10) Foacutermula electroacutenica Foacutermula desarrollada

a) H

Cl H Cl

b) HH H H

c)

I

I l I

11) a) +4 +6 -2 b) +4 +5 +5

12) b c y e

  • RADIACTIVIDAD
    • IacuteNDICE
      • 1 RADIACTIVIDAD NATURAL
      • 2 RELACIOacuteN ENTRE LA LEY DE LAVOISIER Y LA DE EINSTEIN
      • 3 INTERACCIONES ENTRE AacuteTOMOS Y ONDAS
      • 4 PODER DE PENETRACIOacuteN DE LA RADIACIOacuteN
      • 5 VIDA MEDIA
      • 6 RADIACTIVIDAD ARTIFICIAL
      • 7 USOS DE LOS RADIOISOacuteTOPOS
      • 8 MEDICINA NUCLEAR
      • 9 FECHADO POR MEDIO DE RADIOISOacuteTOPOS
      • 10 PLANTAS DE ENERGIacuteA NUCLEAR
      • 11 BOMBA ATOacuteMICA
      • 12 EFECTOS DE UNA EXPLOSIOacuteN NUCLEAR
        • Ejercicios 12
        • Ejercicios 121
        • Hoja de respuestas121
        • Ejercicios 1211
        • Ejercicios 1212
        • Hoja de respuestas 1212

44

medio de radiacioacuten El uso de los radioisoacutetopos

con fines de diagnoacutestico busca obtener informa-

cioacuten acerca del estado de salud del paciente

TERAPIA POR RADIACIOacuteN

El caacutencer no es una sola enfermedad sino

muchas Algunas formas de caacutencer son particu-

larmente susceptibles a la terapia por radiacioacuten La

radiacioacuten se dirige cuidadosamente hacia el tejido

canceroso y se reduce al miacutenimo la exposicioacuten de

las ceacutelulas normales Si los efectos destructivos de

la radiacioacuten consiguen matar las ceacutelulas cancero-

sas se detiene el avance del tumor maligno (Pero

los pacientes que se someten a terapia por radia-

cioacuten suelen experimentar malestares a causa del

tratamiento Naacuteusea y voacutemito son los siacutentomas

usuales del malestar por radiacioacuten Asiacute pues el

objetivo de la terapia por radiacioacuten es destruir las

ceacutelulas cancerosas antes de que se cause un dantildeo

excesivo a los tejidos sanos La radiacioacuten tiene

45

efectos maacutes letales para las ceacutelulas que se reprodu-

cen con rapidez y eacutesta es precisamente la caracte-

riacutestica de las ceacutelulas cancerosas que permite que la

terapia por radiacioacuten tenga eacutexito

USOS DIAGNOacuteSTICOS DE LOS RADIOISOacuteTOPOS

Los radioisoacutetopos se usan para fines diagnoacutes-

ticos con el propoacutesito de obtener informacioacuten

acerca del tipo o el alcance de la enfermedad El

yodo 131 radiactivo se emplea para determinar el

tamantildeo la forma y la actividad de la glaacutendula ti-

roides asiacute como para tratar caacutenceres localizados

en esta glaacutendula y para controlar una tiroides hi-

peractiva Primero el paciente toma una solucioacuten

de yoduro de potasio que contiene yodo 131 El

organismo concentra el yodo en la tiroides Se

usan dosis grandes para el tratamiento del caacutencer

de la tiroides la radiacioacuten del isoacutetopo se concentra

en las ceacutelulas cancerosas de esta glaacutendula auacuten

cuando las ceacutelulas cancerosas se hayan extendido a

46

otras partes del cuerpo Sin embargo para fines de

diagnoacutestico soacutelo se necesita una pequentildea cantidad

del radioisoacutetopo Tambieacuten 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-

poracioacuten diferencial del isoacutetopo La imagen que

se obtiene se describe como una fotoexploracioacuten

y permite determinar con precisioacuten la ubicacioacuten de

un tumor en esa regioacuten del cuerpo

El radioisoacutetopo de uso maacutes extendido en medicina

es el gadolinio 153 Este isoacutetopo se emplea para

evaluar la mineralizacioacuten de los huesos Su popu-

laridad es un indicio del gran nuacutemero de personas

principalmente mujeres que sufren de osteoporo-

sis (reduccioacuten de la cantidad de tejido oacuteseo) a me-

dida que envejecen El gadolinio 153 emite dos

radiaciones caracteriacutesticas un rayo gamma y un

rayo X Un dispositivo analizador compara estas

radiacioacuten despueacutes de que atraviesan el hueso La

47

densidad del mismo se determina con base en las

diferencias de absorcioacuten de los rayos

El tecnecio 99m se utiliza en diversos ensayos

diagnoacutesticos La letra m quiere decir metaestable

lo que significa que este isoacutetopo emite cierta ener-

giacutea para convertirse en una versioacuten maacutes estable del

mismo isoacutetopo (mismo nuacutemero atoacutemico y mismo

peso atoacutemico) La energiacutea que desprende es el

rayo gamma que permite detectar el isoacutetopo

Tcm9943 Tc99

43 + y

Observa que la desintegracioacuten del tecnecio

99m no produce partiacuteculas alfa ni beta las cuales

podriacutean causar dantildeos innecesarios al organismo

Ademaacutes el tecnecio 99m tiene una vida media cor-

ta (alrededor de 6 h) lo que significa que la radiac-

tividad no permanece en el organismo mucho

tiempo despueacutes de que la exploracioacuten se ha com-

pletado Esta vida media tan corta obliga a planifi-

48

car cuidadosamente el uso del radioisoacutetopo De

hecho lo que se adquiere no es el isoacutetopo mismo

El tecnecio 99m se forma por desintegracioacuten del

molibdeno 99

Mo9942 Tcm99

43 + e01minus + y

Se emplea un recipiente que contiene este isoacute-

topo de molibdeno y el producto de desintegra-

cioacuten el tecnecio 99 se extrae del recipiente a

medida que se necesita

Mediante el uso de modernas tecnologiacuteas ba-

sadas en la utilizacioacuten de computadoras la tomo-

grafiacutea por emisioacuten de positrones (PET por sus

siglas en ingleacutes) permite medir los procesos dinaacute-

micos que se llevan a cabo en el organismo como

el flujo sanguiacuteneo o la rapidez con la que se meta-

boliza el oxiacutegeno o la glucosa Las exploraciones

de PET se emplean actualmente para identificar

con precisioacuten el aacuterea de dantildeo cerebral que desen-

49

cadena los ataques epileacutepticos graves Antes de la

exploracioacuten se inhalan o se inyectan compuestos

que contienen isoacutetopos emisores de positrones

como el carbono 11 Antes de que el positroacuten

emitido pueda recorrer una distancia apreciable en

el cuerpo se topa con un electroacuten (en toda la ma-

teria ordinaria abundan los electrones) y se produ-

cen dos rayos gamma

C116 B11

5 + e01+

e01+ + e0

1minus 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 simultaacuteneamente

dos rayos gamma el sistema no toma en cuenta

los rayos gamma de la radiacioacuten natural de fondo

A continuacioacuten se emplea una computadora para

calcular la ubicacioacuten dentro del cuerpo del punto

50

en el cual ocurrioacute una aniquilacioacuten del positroacuten y

el electroacuten y se genera una imagen en esa regioacuten

La tabla contiene una lista de radioisoacutetopos de

uso comuacuten en la medicina La lista es necesaria-

mente incompleta Incluso con esta exposicioacuten tan

breve puedes hacerte una idea de la importancia

que los radioisoacutetopos tienen en la medicina La

aseveracioacuten de que la ciencia nuclear ha salvado

maacutes vidas de las destruidas por las bombas atoacutemi-

cas no carece el fundamento

51

Isoacutetopo Nombre Vida me-

dia Uso

C11 Carbono 11 203m Exploraciones cere-

brales

Cr51 Cromo 51 278d Determinacioacuten

del volumen sanguiacute-

neo

Co57 Cobalto 57 270d Medicioacuten de la

incorporacioacuten de

vitamina v12

Co60 Cobalto 60 526a Terapia de caacutencer

por radiacioacuten

Gd153 Gadolinio

153

242d Determinacioacuten

de la densidad oacutesea

Ga67 Galio 67 781h Exploracioacuten en

busca de tumores

pulmonares

I131 Yodo 131 807d Terapia de la ti-

roides

Ir192 Iridio 192 74d Terapia del caacuten-

cer de mamaacute

Fe59 Hierro 59 45d Deteccioacuten de

anemia

52

P32 Foacutesforo 32 143d Deteccioacuten de

caacutencer de la piel o

tumores oculares

Pu238 Plutonio

238

86a Suministra ener-

giacutea para marcapasos

Ra226 Radio 226 1600a Terapia de caacutencer

por radiacioacuten

Se75 Selenio 75 120d Exploraciones del

paacutencreas

Na24 Sodio 24 150h Localizacioacuten de

obstrucciones en el

flujo sanguiacuteneo

Tc99 Tecnecio 99 60h Obtencioacuten de imaacute-

genes de cerebro hiacutega-

do meacutedula oacutesea rintildeoacuten o

corazoacuten

Tl201 Talio 201 73h Deteccioacuten de pro-

blemas cardiacos con la

prueba de esfuerzo en

rueda de andar

H3 Tritio 123a Determinacioacuten de

agua corporal total

Xe133 Xenoacuten133 527d Obtencioacuten de imaacute-

genes de pulmoacuten

53

9 FECHADO POR MEDIO DE RADIOISOacuteTOPOS

Una de las aplicaciones maacutes in-

creiacutebles de la quiacutemica nuclear es la po-

sibilidad de averiguar la antiguumledad de

los objetos encontrados en las investi-

gaciones arqueoloacutegicas

Se puede usar la vida media de ciertos isoacuteto-

pos para estimar la antiguumledad de rocas y artefac-

tos arqueoloacutegicos El uranio 238 se desintegra con

una vida media de 4500 millones de anos Los

productos iniciales de esta desintegracioacuten tambieacuten

son radiactivos y la descomposicioacuten continuacutea

54

hasta que se forma un isoacutetopo de plomo (plomo

206) Los quiacutemicos pueden estimar la antiguumledad

de una roca determinando las proporciones relati-

vas de uranio 238 y plomo 206 Se ha encontrado

que algunas de las rocas maacutes antiguas de la Tierra

se formaron hace entre 3000 y 4500 millones de

antildeos En las rocas lunares y en meteoritos se ha

determinado una antiguumledad maacutexima de alrededor

de 4500 millones de antildeos Asiacute pues se considera

en general que la Tierra tiene una antiguumledad de

unos 4500 millones de antildeos

FECHADO POR CARBONO 14

En el fechado de artefactos interviene por lo

general un isoacutetopo radiactivo de carbono Se for-

ma carbono 14 en las capas superiores de la at-

moacutesfera por el bombardeo que experimenta el

nitroacutegeno ordinario por parte de los neutrones de

los rayos coacutesmicos

55

N147 + n1

0 C146 + H1

1

Este proceso origina una concentracioacuten cons-

tante de carbono 14 en el CO2 terrestre Las plan-

tas y animales vivos incorporan este isoacutetopo en

sus propias ceacutelulas Sin embargo cuando estos

seres mueren se interrumpe la incorporacioacuten de

carbono 14 y el carbono 14 que hay en el orga-

nismo se desintegra (con una vida media de 5 730

antildeos) a nitroacutegeno 14

Por consiguiente basta con medir la actividad

residual de carbono 14 en un artefacto de origen

vegetal o animal para determinar su antiguumledad

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 antildeos de antiguumle-

dad es decir ha estado muerta durante un tiempo

equivalente a una vida media Anaacutelogamente un

artefacto que muestra el 25 de la actividad de

carbono 14 del material vegetal reciente tiene

56

11460 anos de antiguumledad 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 aquiacute supone que la formacioacuten del isoacutetopo

fue constante a lo largo del tiempo En realidad no

es asiacute Sin embargo aproximadamente para los

uacuteltimos 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

aacuterboles Se han construido curvas de calibracioacuten

que permiten determinar fechas consideradas co-

mo exactas

En teacuterminos generales el meacutetodo de carbono

14 es razonablemente preciso para fechar objetos

de hasta 50000 antildeos de antiguumledad La cantidad

residual del isoacutetopo en los objetos de una antiguumle-

dad mayor que esa es demasiado pequentildea para

hacer una determinacioacuten exacta

El carboacuten de las fogatas de los pueblos anti-

57

guos fechado por determinacioacuten de la actividad

de carbono 14 se usa para estimar la antiguumledad

de otros artefactos encontrados en el mismo em-

plazamiento arqueoloacutegico La teacutecnica de fechado

por carbono 14 se ha usado tambieacuten para detectar

si supuestos artefactos antiguos han sido falsifica-

dos

EL SUDARIO DE TURIacuteN

Probablemente han oiacutedo hablar del sudario de

Turiacuten Se trata de una pieza de tejido de lino muy

antigua de unos 4 metros de largo que muestra la

impresioacuten aproximada de un cuerpo humano

Desde alrededor del antildeo 1350 dC 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-

bricacioacuten del lienzo habiacutea sido cultivado en alguacuten

memento entre los anos de 1260 y 1390 dC Por

58

tanto el lienzo no podriacutea haber existido en tiem-

pos de Cristo A diferencia de los pergaminos del

Mar Muerto para los que el fechado por carbono

14 demostroacute que son registros auteacutenticos de una

civilizacioacuten que existioacute hace unos 2000 antildeos el

sudario de Turiacuten resultoacute ser falso

FECHADO POR TRITIO

El tritio que es el isoacutetopo radiactivo del

hidroacutegeno sirve tambieacuten para fechar Su vida me-

dia de 123 antildeos lo hace uacutetil para fechar objetos de

hasta 100 antildeos de antiguumledad Una aplicacioacuten inte-

resante es el fechado de aguardientes Estas bebi-

das alcohoacutelicas son muy costosas cuando han sido

antildeejadas de 10 a 50 antildeos El fechado por tritio

permite comprobar la veracidad de los anuncios

publicitarios respecto al proceso de antildeejamiento

de las variedades maacutes caras

Hay muchos otros isoacutetopos que permiten es-

timar la antiguumledad de objetos y materiales

59

Isoacutetopo Vida me-

dia

(antildeos)

Periacuteodo de

utilidad Uso

Carbono 14 5730 500 a 50000

antildeos

Carboacuten vege-

tal material

orgaacutenico

Tritio 123 1 a 100 antildeosVinos antildeeja-

dos

Potasio 40 13 x 109 Desde 10000

antildeos

Rocas corteza

terrestre y

lunar

Renio 187 43 x1010 Desde 4 x

107 antildeos Meteoritos

Ranio238 45 x109 Desde 107

antildeos

Rocas corteza

terrestre

60

10 PLANTAS DE ENERGIacuteA NUCLEAR

iquestSabeacutes de doacutende viene esa energiacutea que nosotros usamos tanto Mucha de la energiacutea eleacutectrica es

producida por plantas nucleares de to-do el mundo

La energiacutea nuclear ha dado origen a bombas

muy destructivas y a la nociva precipitacioacuten ra-

diactiva y podriacutea incluso provocar un devastador

invierno nuclear Sin embargo una cantidad mu-

cho mayor de personas han recibido beneficios de

la energiacutea nuclear que las que han sido perjudica-

das por ella El hecho es que existen muchos usos

de la energiacutea nuclear que son sumamente beneacutefi-

61

cos Ya conocemos el uso de isoacutetopos radiactivos

en el diagnoacutestico cliacutenico y en el fechado de obje-

tos de antiguumledad desconocida Otro uso paciacutefico

de la energiacutea nuclear es la generacioacuten de electri-

cidad Una gran parte de la energiacutea eleacutectrica que

se utiliza hoy en diacutea se genera en plantas de ener-

giacutea nuclear

En la actualidad una quinta parte de toda la

electricidad que se produce en Estados Unidos

proviene de plantas de energiacutea nuclear En Euro-

pa la dependencia respecto a la energiacutea nuclear

para la produccioacuten de electricidad es auacuten mayor

En Francia por ejemplo maacutes del 70 de la ener-

giacutea eleacutectrica del paiacutes proviene de plantas nuclea-

res

No es sorprendente que una reaccioacuten que

desprende tanta energiacutea como lo hace la fisioacuten

nuclear se use como fuente de energiacutea para gene-

rar electricidad En las plantas de energiacutea nuclear

se usa el calor obtenido de una reaccioacuten de fisioacuten

62

en cadena controlada para producir vapor de

agua que mueve las turbinas generadoras de elec-

tricidad El combustible nuclear es normalmente

oacutexido de uranio U3O8 enriquecido hasta alrede-

dor de 3 de uranio 235

La energiacutea nuclear es mucho maacutes limpia que la

que se obtiene quemando combustibles foacutesiles

(carboacuten petroacuteleo y gas) no produce cenizas finas

ni holliacuten no forma dioacutexido de carbono que con-

tribuye al efecto de invernadero y al calentamiento

global y no contamina el aire con oacutexidos de azu-

fre y de nitroacutegeno que dan origen a la lluvia aacutecida

Por otra parte emite grandes cantidades de calor

residual en el ambiente y lo que es mucho maacutes

serio produce muchos residuos radiactivos La

eliminacioacuten de todos estos materiales radiactivos

de desecho es uno de los problemas constantes

que se tienen en relacioacuten con las plantas de energiacutea

nuclear

63

11 BOMBA ATOacuteMICA

Todos sabemos los desastres que pue-

den causar la detonacioacuten de una bomba

nuclear

Aquiacute presentamos la explicacioacuten teoacuterica

y coacutemo se pone en praacutectica

COacuteMO FUNCIONA UNA BOMBA NUCLEAR EN LA

TEORIacuteA

El 16 de Julio de 1945 estalloacute la primera bomba

atoacutemica en el campo de pruebas de Trinity cerca

de aacutelamo Gordo (Nuevo Meacutejico) Desde ese pre-

64

ciso instante la historia de la humanidad ha pasado

a una nueva era la era nuclear

Nunca hasta entonces se habiacutean tenido los cono-

cimientos necesarios como para saber que la masa

puede convertirse en grandes cantidades de ener-

giacutea y coacutemo podiacutea realizarse ese proceso hasta

entonces reservado tan soacutelo a las estrellas

La famosa foacutermula de Einstein E = mc2 ha pasa-

do ya ha formar parte de la cultura popular auacuten sin

que en realidad se llegue a saber que implica

Donde E es energiacutea m masa y c la velocidad de la

luz (constante) En esta ecuacioacuten se expresa la

relacioacuten de equivalencia entre masa y energiacutea Por

ejemplo haciendo algunas cuentas se ve que con

un gramo de uranio si se convirtiese totalmente

en energiacutea se obtendriacutean 25 millones de Kw

Aplicado como una bomba nuclear basta decir

que para asolar Hiroshima soacutelo se convirtioacute un

65

gramo de masa (aunque toda la bomba como me-

canismo pesara cuatro toneladas) su potencia fue

de 125 kilotones es decir para igualar su potencia

seriacutean 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 combustibles

de fisioacuten Cuando en un espacio se reuacutene la sufi-

ciente cantidad de materia (denominada masa criacute-

tica) se produce una reaccioacuten en cadena espontaacute-

nea esto es el nuacutecleo de los aacutetomos del material

se divide liberando energiacutea y varios neutrones

raacutepidos que provocan que otros nuacutecleos tam-

bieacuten se dividan y liberen maacutes energiacutea y neutrones

Este proceso se denomina fisioacuten nuclear Sin em-

bargo si la densidad no es suficiente la energiacutea

liberada hace que el material se expanda y se de-

tenga el proceso Para evitar que se pare la reac-

cioacuten se recurre a una materia muy densa de por siacute

(isoacutetopos del uranio y plutonio) que ademaacutes se

comprime de manera muy raacutepida para lograr una

66

altiacutesima densidad que permite que los neutrones

raacutepidos choquen antes con otros nuacutecleos y se

produzcan antes el mayor nuacutemero 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 maacutes energiacutea Para una

explosioacuten de 100 kilotones son necesarias 58 ge-

neraciones las 7 uacuteltimas generan el 999 de la

energiacutea en periodo cortiacutesimo de tiempo Tambieacuten

puede liberarse energiacutea con la fusioacuten en este pro-

ceso los nuacutecleos se unen en vez de separarse pero

se requieren altiacutesimas temperaturas (del orden de

millones de grados) para que este proceso se lleve

a cabo Para esta reaccioacuten se usan aacutetomos ligeros

(maacutes faacuteciles de unir) generalmente hidroacutegeno o

sus isoacutetopos (deuterio y tritio) Para unir dos aacuteto-

mos basta con hacerlos chocar Los protones de

cada aacutetomo 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

67

fusioacuten deben comprimirse fuertemente los nuacute-

cleos y una vez hecho soacutelo podraacuten continuar uni-

dos si pierden un equivalente de la energiacutea que les

hizo apretarse En el caso de usar deuterio y tritio

se libera violentamente un neutroacuten Esta energiacutea

liberada es la que forma una bomba de fusioacuten

tambieacuten denominada bomba H

COMO FUNCIONA UNA BOMBA ATO-MICA EN LA PRACTICA

Sea cual fuere el sistema de funcionamiento de

una bomba nuclear (fusioacuten o fisioacuten) una cantidad

de masa se convierte en energiacutea la potencia soacutelo

depende de la capacidad de la ingenieriacutea para con-

vertir maacutes masa antes de que la reaccioacuten disperse

las moleacuteculas en teoriacutea la potencia es por tanto

ilimitada

Una bomba nuclear consiste baacutesicamente en una

esfera hueca de plutonio que no es lo suficiente-

68

mente densa como para producir una reaccioacuten 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 explosioacuten se disparan los detonado-

res que hacen que el material explosivo estalle de

la manera lo maacutes regular posible para que enviacutee

una onda de choque esfeacuterica hacia el plutonio

Cuando eacutesta impacta contra eacutel lo comprime y re-

duce su volumen empujaacutendolo hacia el centro de

la esfera hasta que alcanza una densidad suficiente

(supercriacutetica) y se dispara el iniciador de neutrones

para comenzar la reaccioacuten en cadena que da lugar

a la explosioacuten nuclear

Las bombas termonucleares de fusioacuten o H nece-

sitan de una gran temperatura para que se puedan

unir los nuacutecleos esto se consigue en el interior de

una explosioacuten de fisioacuten que es el comienzo de

toda bomba H

69

Una vez acabada la reaccioacuten de fusioacuten nos encon-

traremos con una esfera expandida con una tem-

peratura de millones de grados en la que existen

los productos de la fusioacuten (litio e isoacutetopos del

hidroacutegeno) Tal es su velocidad que pueden fun-

dirse unos con otros dando lugar a la reaccioacuten de

fusioacuten Esta reaccioacuten genera maacutes energiacutea que la

anterior y libera gran cantidad de partiacuteculas nu-

cleares pero no es una reaccioacuten en cadena ya que

el propio calor que genera hace que las partiacuteculas

se separen y se expandan en forma de una esfera

de plasma con una temperatura que tan soacutelo expe-

rimenta el universo de manera natural en las estre-

llas En nuestro sol por ejemplo ocurren la fusioacuten

nuclear de hidroacutegeno y helio Pero antes de que la

reaccioacuten se extinga los neutrones generados por

las detonaciones anteriores provocan de nuevo

una reaccioacuten de fusioacuten sobre una camisa de U-

238 pero esta vez mucho mayor que las anterio-

res La potencia de una bomba termonuclear care-

ce de liacutemite una bomba como la de Hiroshima de

70

125 kilotones (un kilotoacuten equivale a 1000 tonela-

das de TNT) se considera dentro de los arsenales

modernos como pequentildea siendo las de un mega-

toacuten (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 la

Segunda Guerra Mundial

Para la construccioacuten de una bomba nuclear nor-

malmente se usa U-235 mezclado con U-238 El

primero no forma parte de la reaccioacuten nuclear

sino que es el segundo el que es fisionable de ma-

nera espontaacutenea emitiendo neutrones que son

absorbidos por el U-235 para evitar que se pro-

duzca de manera accidental la reaccioacuten en cadena

Asiacute el U-235 hace de escudo absorbiendo los neu-

trones del U-238 que es el que produce la detona-

cioacuten 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

71

reactores nucleares a partir del U-238

La desintegracioacuten del uranio en la reaccioacuten en

cadena se produce de manera espontaacutenea para una

masa de 50 Kg si eacuteste elemento es puro El pluto-

nio no es capaz por si solo de comenzar una raacutepi-

da reaccioacuten en cadena de modo que se mezcla de

berilo y polonio dando como resultado un pro-

ducto que aunque no es fisionable por si solo una

pequentildea cantidad actuacutea como catalizador para las

grandes reacciones Asiacute bastan 16 Kg de PU-239

para obtener la masa supercriacutetica y 10 Kg si se

mezcla con U-238

El U-235 es muy difiacutecil de extraer por encontrarse

en la naturaleza muy mezclado con otros com-

puestos Asiacute por cada 25000 toneladas de mineral

de uranio bruto soacutelo se obtienen 50 toneladas de

uranio del que el 993 es U-235 y el resto el

rariacutesimo isoacutetopo U-238 ambos soacutelo se pueden

separar de manera mecaacutenica gracias a la leviacutesima

72

diferencia de peso entre ambos Asiacute el uranio se

mezcla en forma gaseosa con fluor (hexafluoriacutedri-

co) que es impulsado a baja presioacuten hacieacutendolo

pasar por unas caacutemaras que aumentan la concen-

tracioacuten de uranio sensiblemente tras cientos de

pasadas Para una central nuclear la pureza ha de

ser del 2 y para una bomba (teoacutericamente) el

95

Para separar el isoacutetopo se recurre a la centrifuga-

cioacuten del gas siendo el maacutes pesado U-238 despedi-

do hacia el exterior con maacutes fuerza Para obtener

otra vez el uranio separado del gas se recurre a la

separacioacuten magneacutetica

MECANISMOS QUE SUELEN COMPONER UNA

BOMBA NUCLEAR

Los mecanismos que suelen componer una bom-

ba nuclear son los siguientes

73

ALTIacuteMETRO No suele usarse el baromeacutetrico

por verse afectado por las condiciones atmosfeacuteri-

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 seguacuten el tiempo transcu-

rrido en el recorrido puede saberse la altura sin

necesidad de complicar maacutes el sistema para dar

una precisioacuten que en realidad no es importante (2

o 3 m de diferencia no son apreciables maacutes que

en minibombas bastante menores que las de

Hiroshima) siendo la altura normal de detonacioacuten

la de 2000 m

En la praacutectica 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 electroacute-

nicamente para obtener la diferencia de ambas

que es proporcional a la altura Los pulsos suelen

emitirse 120 veces por segundo y alcanzan un

74

rango de 3000 m sobre la tierra y 6000 m sobre

el mar (la reflexioacuten es alliacute mejor) siendo su error

de hasta 15 m

CABEZA DETONADORA Como ya se dijo

estaacute compuesta de una carga explosiva muy bien

calibrada que a la orden del altiacutemetro detona

produciendo una onda de choque uniforme sobre

el elemento radioactivo comprimieacutendolo hasta

alcanzar la masa supercriacutetica

Compantildeiacuteas privadas producen camisas explosivas

que modificadas pueden ser usadas para la fabri-

cacioacuten del objeto que nos ocupa La cantidad de

presioacuten necesaria a aplicar es un secreto por razo-

nes de seguridad aunque se sabe que los explosi-

vos plaacutesticos son ideales sobre todo por su malea-

bilidad y facilidad de manejo

El detonador variacutea si es combustible es uranio o

plutonio

75

DETONADOR DE URANIO La masa total se

divide en dos partes una mayor de forma semies-

feacuterica y coacutencava que se acopla perfectamente con

la otra maacutes pequentildea Como es de suponer ambas

se encuentran separadas hasta el momento de la

detonacioacuten en el que una explosioacuten convencional

dispara la parte pequentildea que impacta contra la

mayor para lograr en un instante la masa supercriacute-

tica

DETONADOR DE PLUTONIO Necesita

una precisioacuten de ingenieriacutea mucho mayor que la

anterior ya que estaacute compuesta de 32 secciones de

plutonio-berilio-polonio todas de igual forma y

posicioacuten distribuidas conceacutentricamente El aspecto

final es parecido al de un baloacuten de fuacutetbol Todas

han de cerrarse simeacutetricamente en una diezmillo-

neacutesima de segundo para conseguir la detonacioacuten

DEFLECTOR DE NEUTRONES Suele ser

U-238 Su funcioacuten es la que ya se explicoacute evitar

76

una reaccioacuten accidental ademaacutes refleja las partiacutecu-

las de vuelta cuando se alcanza la masa supercriacuteti-

ca

ESCUDO PROTECTOR Recibe otros nom-

bres pero su funcioacuten es siempre la de proteger de

la radiacioacuten natural tanto al personal que la maneja

como a los circuitos de la bomba que pueden su-

frir cortocircuitos o puestas en funcionamiento

accidentales

SISTEMA DE ARMADO Es otro sistema maacutes

de seguridad consistente en quitar una parte im-

prescindible de la bomba para evitar detonaciones

accidentales de modo que soacutelo cuando estaacute

proacuteximo su lanzamiento se inserta esta parte Una

analogiacutea seriacutea como si al aparcar nuestro coche le

quitaacuteramos el volante o una bujiacutea asiacute estariacuteamos

seguros de que no nos lo roban porque sin estas

partes el coche no funciona

77

12 EFECTOS DE UNA EXPLOSIOacuteN NUCLEAR

Tenemos frescas en nuestra memo-

ria las imaacutegenes que nos mostroacute la

televisioacuten cuando se produjo el ac-

cidente de Chernobyl

Aquiacute explicamos todas las conse-

cuencias de una detonacioacuten 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

78

bull Radiacioacuten nuclear inicial la altiacutesima

temperatura y la elevada presioacuten que se

genera en el interior de la explosioacuten emi-

ten radiacioacuten en todas las direcciones Esta

se compone de rayos alfa beta y gamma

que son una forma de radiacioacuten electro-

magneacutetica de alta energiacutea que puede causar

la muerte sin que el individuo se de cuenta

de que ha sido irradiado Una explosioacuten de

un megatoacuten (de tamantildeo estaacutendar) matariacutea

a todo ser humano en 15 Km a la redonda

que se encontrase al aire libre

Las partiacuteculas alfa son ideacutenticas a un nuacutecleo de

helio son las que mas larga vida tienen unos mil

antildeos pero su poder de penetracioacuten 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 radiacioacuten Con 45 cm de tierra se

consigue reducir la radiacioacuten veinte veces

Las partiacuteculas beta penetran maacutes siendo suficiente

79

38 cm de pared de ladrillo para reducir a un quin-

to la radiacioacuten (una pared moderna ya espesa se

compone de 1 pie de ladrillo maacutes caacutemara maacutes

aislante maacutes ladrillo hueco y yeso que suele que-

darse en los 37 cm)

Los de maacutes poder de penetracioacuten son las gamma

y por tanto los maacutes peligrosos ya son los que se

introducen en los refugios nucleares auacuten con

grandes espesores de hormigoacuten La uacutenica protec-

cioacuten eficaz es la de interponer grandes masas de

material mejor cuanto maacutes denso siendo el ideal

el plomo ya que pasa por los materiales como la

luz por una tela si esta es maacutes densa mayor canti-

dad de chocaraacute con ella y no la traspasaraacute Para

reducir la dosis a un veinteavo se precisan 30 cm

de hormigoacuten armado

bull Pulso electromagneacutetico La intensa acti-

vidad de los rayos gamma genera mediante

induccioacuten una corriente de alto voltaje so-

80

bre antenas viacuteas feacuterreas tuberiacuteas que des-

truye todas las instalaciones eleacutectricas de

una amplia zona si la explosioacuten se efectuacutea

a gran altura Una detonacioacuten de muchos

kilotones a 200 km sobre Omaha (Ne-

brasca) destruiriacutea todos los circuitos eleacutec-

tricos integrados de toda Norteameacuterica y

parte de Meacutejico y Canadaacute Ante el riesgo

de una detonacioacuten nuclear es conveniente

alejarse de liacuteneas eleacutectricas y viacutea feacuterreas ya

que la corriente inducida puede electrocu-

tarnos

bull Pulso teacutermico al expandirse la bola de

fuego el aire circundante absorbe energiacutea

en forma de rayos X y la irradia en forma

de una luz cegadora y un intensiacutesimo ca-

lor Una bomba de 20 Megatones produci-

riacutea una intensa luz durante 20 segundos y

causariacutea quemaduras de segundo grado a

81

cualquier persona expuesta a 45 Km de

distancia

bull Onda de choque La raacutepida expansioacuten de

la bola de fuego genera una onda de cho-

que como cualquier explosioacuten pero de

una potencia muy superior ya que puede

aplastar o barrer edificios dantildeaacutendolos muy

seriamente o destruyeacutendolos por comple-

to ya que maacutes que empujar por su dura-

cioacuten lo que hace es estrujar Una bomba

de 20 megatones no dejariacutea en un radio de

20 Km maacutes que escombros soacutelo se salva-

riacutean las cimentaciones y construcciones

enterradas

bull Primera lluvia radioactiva o lluvia ra-

diactiva local una explosioacuten de 20 mega-

tones aras de suelo produciriacutea un craacuteter de

183 m de profundidad la elevada tempe-

82

ratura vaporiza todo lo que se encuentra

dentro de la bola de fuego todo se funde

con los materiales radiactivos de la fisioacuten o

fusioacuten y se eleva con el hongo para luego

precipitar en forma de finas cenizas Esto

ocurriraacute durante las 24 h siguientes a la

explosioacuten y afectaraacute a una regioacuten maacutes o

menos amplia para una misma potencia

seguacuten la climatologiacutea El fenoacutemeno se am-

pliacutea considerablemente si la detonacioacuten se

produce cerca del suelo La energiacutea 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 maacutes destructivos los deno-

minados secundarios como incendios en masa

que acabariacutean con los pocos supervivientes y ma-

tariacutean a maacutes que el pulso teacutermico y la onda de

choque

83

Ademaacutes en caso de que se lanzaran muchas

bombas nucleares sus efectos secundarios seriacutean

mucho maacutes 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 10000 mega-

tones miacutenimos para considerar un holocausto

como tal

bull El primero de estos efectos es que la ra-

dioactividad liberada en caso de holocaus-

to penetrariacutea en todos y cada uno de los

seres vivos (y en el mar la tierra y el aire)

Mientras que en dosis altas (seguacuten la espe-

cie) produciriacutea la muerte en otras maacutes ba-

jas los efectos seriacutean de lo maacutes variados

(mutaciones esterilidad)

bull El segundo seriacutea que los materiales im-

pulsados por las detonaciones se elevariacutean

hasta la troposfera donde ocultariacutean la luz

84

del sol durante meses o antildeos haciendo ba-

jar la temperatura de la tierra y alterando la

fotosiacutentesis de los vegetales y el plancton

marino seriacutea el famoso invierno nuclear

Ademaacutes estos materiales radiactivos iriacutean

cayendo durante meses o antildeos convirtieacuten-

dose en una lluvia radiactiva global que

auacuten con menos dosis radiactiva que una

lluvia provocada por una bomba seriacutea

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

antildeos Ese 5 de energiacutea liberada por la

lluvia radiactividad en una bomba es poco

pero en los 10000 megatones de un holo-

causto suponen ya 500 megatones que iraacuten

estallando durante miles de antildeos des-

pueacutes de la cataacutestrofe

85

bull El tercero seriacutea una reduccioacuten en la capa

de ozono producida por el oacutexido de nitroacute-

geno generado por las bolas de fuego de

modo que la radiacioacuten solar que llegase a

la tierra seriacutea mortal Un 70 del ozono

desapareceriacutea en el hemisferio norte y un

40 en el sur siendo necesarios treinta

antildeos para recuperar su estado normal

86

Ejercicios 12

MODELO DE RESOLUCIOacuteN

La distribucioacuten de los electrones de un aacutetomo

en sus niveles y subniveles se puede representar en

forma abreviada de la siguiente manera

a) Un coeficiente que indica el nuacutemero del nivel

de energiacutea (n)

b) Una letra que corresponde al subnivel

c) Un supraiacutendice que sentildeala el nuacutemero de elec-

trones que hay en el subnivel

1H = 1s1

3Li = 1s2 2s1

En razoacuten del entrecruzamiento de subniveles

el orden en que se van completando los subniveles

por energiacutea creciente es el siguiente

87

1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d

4p 5s 4d 5p 6s 4f

5d 6p 7s 5f 6d

7p

Para visualizar la distribucioacuten de los electrones

en orbitales se puede representar cada orbital por

un pequentildeo cuadrado dividido por una diagonal

y cada electroacuten mediante una flecha

Entonces el orbital puede estar

Vaciacuteo incompleto completo

(1 electroacuten) (2 electrones)

En caso del orbital completo las flechas tienen

sentido contrario para indicar que los electrones

presentan spin contrario

El llenado de los orbitales por los electrones

se realiza a partir de los niveles y subniveles en

88

orden creciente de energiacutea Cada nuevo electroacuten se

incorpora a un orbital vaciacuteo

De ese modo los elementos quedan represen-

tados asiacute

1H =

1s

3Li =

1s 2s

7N =

1s 2s 2p

89

Ejercicios 121

1) Un aacutetomo de foacutesforo tiene 15 protones y 16

neutrones Indicaacute cuaacutel es su

a) nuacutemero atoacutemico (Z) b) nuacutemero

de masa (A)

2) Un aacutetomo de potasio tiene Z =19 y A = 39

Indicaacute su nuacutemero de

a) protones b) electrones

c) neutrones

3) Completaacute los datos que faltan en el siguiente

cuadro

90

ELE-

MEN-

TO

NUacute-

MERO

ATOacute-

MICO

NUacute-

MERO

DE

MASA

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) Sentildealaacute el nombre y siacutembolo de los elementos

cuyas configuraciones electroacutenicas 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) Escribiacute la configuracioacuten electroacutenica de los

siguientes elementos

91

a) Na2311 = c) O16

8 =

b) Cl3517 = d) C12

6 =

6) De acuerdo con la siguiente representacioacuten de

los electrones en orbitales indicaacute a queacute ele-

mentos corresponden

a)

b)

c)

d)

7) Representaacute la distribucioacuten de los electrones en

orbitales de los elementos

a) 7N= c) 18Ar =

b) 15AI = d) 19K =

92

Hoja de respuestas121

1) a) 15 b) 31 2) a) 19 b) 19 c) 20

3)

ELE-

MEN-

TO

NUacuteME-

RO

ATOacute-

MICO

NUacute-

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)Argoacuten Ar

d)Escandio Sc

5) a) 1S2 2S2 2p6 3s1

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)middot

94

Ejercicios 1211

Modelo de resolucioacuten

El nuacutemero de oxidacioacuten se asigna seguacuten las si-

guientes reglas

1) El nuacutemero de oxidacioacuten de los elementos en la

sustancia simple es cero

Ejemplo Cu0 02Cl

2) El nuacutemero de oxidacioacuten del oxiacutegeno es 2

excepto en las sustancias como el agua oxige-

nada Ejemplo H2

2Ominus

3) El nuacutemero de oxidacioacuten del hidroacutegeno es +1

excepto en las sustancias donde estaacute combina-

do con los metales Ejemplo 1

H+

2O

4) El nuacutemero de oxidacioacuten de un ion monoatoacute-

mico es igual a la carga del ion Ejemplo Ca2-

Cl-

95

5) En la foacutermula de una sustancia la suma alge-

braica de los nuacutemeros de oxidacioacuten de todos

los aacutetomos debe ser cero Ejemplo 1

H+

2

2Ominus

there42(+1) + (-2) = 0

6) En los iones que tienen maacutes de un aacutetomo la

suma algebraica de los nuacutemeros de oxidacioacuten

de todos los aacutetomos es igual a la carga del ion

El nuacutemero de oxidacioacuten se escribe colocando primero el signo y luego el nuacutemero

Ejemplo el nuacutemero de oxidacioacuten del aluminio es +3

1) Calculaacute los nuacutemeros de oxidacioacuten en la moleacute-

cula de dioacutexido de azufre (SO2)

Datos SO2 nuacutemero de oxidacioacuten del O2

es 2

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de S

Resolucioacuten Cada aacutetomo de oxiacutegeno tiene

nuacutemero de oxidacioacuten 2 por lo tanto el nuacute-

mero de oxidacioacuten del azufre es +4 porque

2(-2) + (+4) = 0

96

2) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten del azufre en

el aacutecido sulfuacuterico (H2SO4)

Datos H2SO2 nuacutemero de oxidacioacuten del

O2 es 2 nuacutemero de oxidacioacuten de H es -1

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de S

Resolucioacuten Se debe cumplir que la suma al-gebraica de todos los nuacutemeros de oxidacioacuten sea cero

4(-2) + 21 + x = 0

-8 + 2 + x = 0

x = 6

Respuesta el nuacutemero de oxidacioacuten del azufre

en el aacutecido sulfuacuterico es +6

3) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten del nitroacutegeno

en el nitrato de sodio (NaNO3)

Datos NaNO3 nuacutemero de oxidacioacuten del

O2 es 2

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de N

97

Resolucioacuten El nuacutemero de oxidacioacuten del

sodio es +1 porque el ion sodio tiene una car-

ga eleacutectrica positiva

+1 + 3(-2) +x = 0

1 6 + x = 0

x = 5

Respuesta el nuacutemero de oxidacioacuten del nitroacute-

geno en el nitrato de sodio es +5

4) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten del azufre en

el ion sulfato (S 24Ominus )

Datos S 24Ominus nuacutemero de oxidacioacuten del O2

es 2

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de S

Resolucioacuten La suma de los nuacutemeros de

oxidacioacuten es igual a 2 porque el ion sulfato

tiene dos cargas negativas (2-)

x + 4(-2) = -2

x 8 = -2

x = 6

98

Respuesta El nuacutemero de oxidacioacuten del azu-

fre en el ion sulfato es +6

99

Ejercicios 1212

1) Dibujaacute los siacutembolos de Lewis para los aacutetomos

de

a) He b) Al c) Si d) Ar e) N

2) iquestCoacutemo adquiere la distribucioacuten electroacutenica del

ineacutertido maacutes cercano cada uno de los siguien-

tes aacutetomos

a) K b)

F c)

S d) Mg e)

Br

3) Escribiacute las ecuaciones ioacutenicas la foacutermula elec-

troacutenica y la foacutermula miacutenima del compuesto

ioacutenico formado por

a) K y Br (bromuro de potasio)

b) Ca y O (oacutexido de calcio)

4) Marcaacute con una X las propiedades correspon-

dientes a las sustancias que presentan uniones

ioacutenicas

100

a) Son soacutelidas y tienen bajo punto de fusioacuten ( )

b) Conducen la corriente eleacutectrica fundidas o di-

sueltas en agua ( )

c) Tienen brillo metaacutelico ( )

d) Forman cristales duros y quebradizos solubles

en agua ( )

e) No conducen la corriente eleacutectrica ( )

5) Explicaacute coacutemo se unen dos aacutetomos de bromo

para formar la moleacutecula Br2 y escribiacute su

foacutermula electroacutenica y su foacutermula desarrollada

6) La foacutermula del monoacutexido de dicloro es Cl2O

a) Indicaacute queacute tipo de unioacuten existe entre el cloro y

el oxiacutegeno

b) Escribiacute su foacutermula electroacutenica y su foacutermula

desarrollada

7) El azufre y el oxiacutegeno forman dos oacutexidos

importantes el dioacutexido de azufre (SO2) y el

101

trioacutexido de azufre (SO3) Para el trioacutexido de

azufre

a) Indicaacute queacute tipo de unioacuten existe entre el azufre

y los tres aacutetomos de oxiacutegeno

b) Escribiacute la foacutermula electroacutenica

c) Escribiacute la foacutermula desarrollada

8) Marcaacute 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

liacutequidas o soacutelidas ( )

c) Son duacutectiles y maleables ( )

d) No forman moleacuteculas son agregados de

iones ( )

e) No son buenas conductoras de la corriente

eleacutectrica ( )

102

9) Coloque en el pareacutentesis UCP si la unioacuten es

covalente polar y UCNP si es covalento no

polar en cada una de las siguientes sustancias

a) cloruro de hidroacutegeno HCl ( )

b) Hidroacutegeno H2 ( )

c) yodo l2 ( )

10) Escribiacute la foacutermula electroacutenica y la foacutermula

desarrollada de cada una de las sustancias

mencionadas en el ejercicio 9

11) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten

a) del azufre (S)en el dioacutexido de azufre (SO2) en

el trioacutexido de azufre (SO3) y en el sulfuro de

sodio (Na2S)

b) del nitroacutegeno (N) en el dioacutexido de nitroacutegeno

(NO2) en el aacutecido niacutetrico (HNO3) y en el ni-

trato de potasio (KNO3)

12) Marcaacute con una X las propiedades que se expli-

can en el concepto de unioacuten metaacutelica

103

a) Tienen bajo punto de fusioacuten y de

ebullicioacuten ( )

b) Tienen brillo metaacutelico ( )

c) Conducen la corriente eleacutectrica sin

alterarse ( )

d) En estado soacutelido son malos conductores de la

corriente eleacutectrica ( )

e) Forman hilos y laacuteminas delgadas ( )

104

Hoja de respuestas 1212

1) a) He b) Al c)

Si d)

Ar e)

N

2) a) cede un electroacuten d) cede electrones c)

gana dos electrones b) y e) gana un electroacuten

3) a) Ecuaciones ioacutenicas

K K1+ + 1 e

Br + 1 e Br1-

K1+ + Br- KBr

Foacutermula electroacutenica K1+minus

1

Br

Foacutermula miacutenima KBr

b) Ecuaciones ioacutenicas

Ca Ca 2+ + 2 e

O + 2 e O2-

Ca2+ + O2- CaO

Foacutermula electroacutenica Ca2+ minus

2

O

105

Foacutermula miacutenima CaO

4) b y d

5) se unen compartiendo un par de electrones

6) a) unioacuten covalente

b) foacutermula electroacutenica

Cl

O

Cl

foacutermula desarrollada Cl O Cl

7) a) una unioacuten covalente doble entre el azufre y

uno de los aacutetomos de oxiacutegeno dos uniones cova-

lentes coordinadas con los otros dos aacutetomos de

oxiacutegeno

b) Foacutermula electroacutenica

Foacutermula desarrollada

106

8) a b y e

9) a) UCP y c) UCNP

10) Foacutermula electroacutenica Foacutermula desarrollada

a) H

Cl H Cl

b) HH H H

c)

I

I l I

11) a) +4 +6 -2 b) +4 +5 +5

12) b c y e

  • RADIACTIVIDAD
    • IacuteNDICE
      • 1 RADIACTIVIDAD NATURAL
      • 2 RELACIOacuteN ENTRE LA LEY DE LAVOISIER Y LA DE EINSTEIN
      • 3 INTERACCIONES ENTRE AacuteTOMOS Y ONDAS
      • 4 PODER DE PENETRACIOacuteN DE LA RADIACIOacuteN
      • 5 VIDA MEDIA
      • 6 RADIACTIVIDAD ARTIFICIAL
      • 7 USOS DE LOS RADIOISOacuteTOPOS
      • 8 MEDICINA NUCLEAR
      • 9 FECHADO POR MEDIO DE RADIOISOacuteTOPOS
      • 10 PLANTAS DE ENERGIacuteA NUCLEAR
      • 11 BOMBA ATOacuteMICA
      • 12 EFECTOS DE UNA EXPLOSIOacuteN NUCLEAR
        • Ejercicios 12
        • Ejercicios 121
        • Hoja de respuestas121
        • Ejercicios 1211
        • Ejercicios 1212
        • Hoja de respuestas 1212

45

efectos maacutes letales para las ceacutelulas que se reprodu-

cen con rapidez y eacutesta es precisamente la caracte-

riacutestica de las ceacutelulas cancerosas que permite que la

terapia por radiacioacuten tenga eacutexito

USOS DIAGNOacuteSTICOS DE LOS RADIOISOacuteTOPOS

Los radioisoacutetopos se usan para fines diagnoacutes-

ticos con el propoacutesito de obtener informacioacuten

acerca del tipo o el alcance de la enfermedad El

yodo 131 radiactivo se emplea para determinar el

tamantildeo la forma y la actividad de la glaacutendula ti-

roides asiacute como para tratar caacutenceres localizados

en esta glaacutendula y para controlar una tiroides hi-

peractiva Primero el paciente toma una solucioacuten

de yoduro de potasio que contiene yodo 131 El

organismo concentra el yodo en la tiroides Se

usan dosis grandes para el tratamiento del caacutencer

de la tiroides la radiacioacuten del isoacutetopo se concentra

en las ceacutelulas cancerosas de esta glaacutendula auacuten

cuando las ceacutelulas cancerosas se hayan extendido a

46

otras partes del cuerpo Sin embargo para fines de

diagnoacutestico soacutelo se necesita una pequentildea cantidad

del radioisoacutetopo Tambieacuten 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-

poracioacuten diferencial del isoacutetopo La imagen que

se obtiene se describe como una fotoexploracioacuten

y permite determinar con precisioacuten la ubicacioacuten de

un tumor en esa regioacuten del cuerpo

El radioisoacutetopo de uso maacutes extendido en medicina

es el gadolinio 153 Este isoacutetopo se emplea para

evaluar la mineralizacioacuten de los huesos Su popu-

laridad es un indicio del gran nuacutemero de personas

principalmente mujeres que sufren de osteoporo-

sis (reduccioacuten de la cantidad de tejido oacuteseo) a me-

dida que envejecen El gadolinio 153 emite dos

radiaciones caracteriacutesticas un rayo gamma y un

rayo X Un dispositivo analizador compara estas

radiacioacuten despueacutes de que atraviesan el hueso La

47

densidad del mismo se determina con base en las

diferencias de absorcioacuten de los rayos

El tecnecio 99m se utiliza en diversos ensayos

diagnoacutesticos La letra m quiere decir metaestable

lo que significa que este isoacutetopo emite cierta ener-

giacutea para convertirse en una versioacuten maacutes estable del

mismo isoacutetopo (mismo nuacutemero atoacutemico y mismo

peso atoacutemico) La energiacutea que desprende es el

rayo gamma que permite detectar el isoacutetopo

Tcm9943 Tc99

43 + y

Observa que la desintegracioacuten del tecnecio

99m no produce partiacuteculas alfa ni beta las cuales

podriacutean causar dantildeos innecesarios al organismo

Ademaacutes el tecnecio 99m tiene una vida media cor-

ta (alrededor de 6 h) lo que significa que la radiac-

tividad no permanece en el organismo mucho

tiempo despueacutes de que la exploracioacuten se ha com-

pletado Esta vida media tan corta obliga a planifi-

48

car cuidadosamente el uso del radioisoacutetopo De

hecho lo que se adquiere no es el isoacutetopo mismo

El tecnecio 99m se forma por desintegracioacuten del

molibdeno 99

Mo9942 Tcm99

43 + e01minus + y

Se emplea un recipiente que contiene este isoacute-

topo de molibdeno y el producto de desintegra-

cioacuten el tecnecio 99 se extrae del recipiente a

medida que se necesita

Mediante el uso de modernas tecnologiacuteas ba-

sadas en la utilizacioacuten de computadoras la tomo-

grafiacutea por emisioacuten de positrones (PET por sus

siglas en ingleacutes) permite medir los procesos dinaacute-

micos que se llevan a cabo en el organismo como

el flujo sanguiacuteneo o la rapidez con la que se meta-

boliza el oxiacutegeno o la glucosa Las exploraciones

de PET se emplean actualmente para identificar

con precisioacuten el aacuterea de dantildeo cerebral que desen-

49

cadena los ataques epileacutepticos graves Antes de la

exploracioacuten se inhalan o se inyectan compuestos

que contienen isoacutetopos emisores de positrones

como el carbono 11 Antes de que el positroacuten

emitido pueda recorrer una distancia apreciable en

el cuerpo se topa con un electroacuten (en toda la ma-

teria ordinaria abundan los electrones) y se produ-

cen dos rayos gamma

C116 B11

5 + e01+

e01+ + e0

1minus 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 simultaacuteneamente

dos rayos gamma el sistema no toma en cuenta

los rayos gamma de la radiacioacuten natural de fondo

A continuacioacuten se emplea una computadora para

calcular la ubicacioacuten dentro del cuerpo del punto

50

en el cual ocurrioacute una aniquilacioacuten del positroacuten y

el electroacuten y se genera una imagen en esa regioacuten

La tabla contiene una lista de radioisoacutetopos de

uso comuacuten en la medicina La lista es necesaria-

mente incompleta Incluso con esta exposicioacuten tan

breve puedes hacerte una idea de la importancia

que los radioisoacutetopos tienen en la medicina La

aseveracioacuten de que la ciencia nuclear ha salvado

maacutes vidas de las destruidas por las bombas atoacutemi-

cas no carece el fundamento

51

Isoacutetopo Nombre Vida me-

dia Uso

C11 Carbono 11 203m Exploraciones cere-

brales

Cr51 Cromo 51 278d Determinacioacuten

del volumen sanguiacute-

neo

Co57 Cobalto 57 270d Medicioacuten de la

incorporacioacuten de

vitamina v12

Co60 Cobalto 60 526a Terapia de caacutencer

por radiacioacuten

Gd153 Gadolinio

153

242d Determinacioacuten

de la densidad oacutesea

Ga67 Galio 67 781h Exploracioacuten en

busca de tumores

pulmonares

I131 Yodo 131 807d Terapia de la ti-

roides

Ir192 Iridio 192 74d Terapia del caacuten-

cer de mamaacute

Fe59 Hierro 59 45d Deteccioacuten de

anemia

52

P32 Foacutesforo 32 143d Deteccioacuten de

caacutencer de la piel o

tumores oculares

Pu238 Plutonio

238

86a Suministra ener-

giacutea para marcapasos

Ra226 Radio 226 1600a Terapia de caacutencer

por radiacioacuten

Se75 Selenio 75 120d Exploraciones del

paacutencreas

Na24 Sodio 24 150h Localizacioacuten de

obstrucciones en el

flujo sanguiacuteneo

Tc99 Tecnecio 99 60h Obtencioacuten de imaacute-

genes de cerebro hiacutega-

do meacutedula oacutesea rintildeoacuten o

corazoacuten

Tl201 Talio 201 73h Deteccioacuten de pro-

blemas cardiacos con la

prueba de esfuerzo en

rueda de andar

H3 Tritio 123a Determinacioacuten de

agua corporal total

Xe133 Xenoacuten133 527d Obtencioacuten de imaacute-

genes de pulmoacuten

53

9 FECHADO POR MEDIO DE RADIOISOacuteTOPOS

Una de las aplicaciones maacutes in-

creiacutebles de la quiacutemica nuclear es la po-

sibilidad de averiguar la antiguumledad de

los objetos encontrados en las investi-

gaciones arqueoloacutegicas

Se puede usar la vida media de ciertos isoacuteto-

pos para estimar la antiguumledad de rocas y artefac-

tos arqueoloacutegicos El uranio 238 se desintegra con

una vida media de 4500 millones de anos Los

productos iniciales de esta desintegracioacuten tambieacuten

son radiactivos y la descomposicioacuten continuacutea

54

hasta que se forma un isoacutetopo de plomo (plomo

206) Los quiacutemicos pueden estimar la antiguumledad

de una roca determinando las proporciones relati-

vas de uranio 238 y plomo 206 Se ha encontrado

que algunas de las rocas maacutes antiguas de la Tierra

se formaron hace entre 3000 y 4500 millones de

antildeos En las rocas lunares y en meteoritos se ha

determinado una antiguumledad maacutexima de alrededor

de 4500 millones de antildeos Asiacute pues se considera

en general que la Tierra tiene una antiguumledad de

unos 4500 millones de antildeos

FECHADO POR CARBONO 14

En el fechado de artefactos interviene por lo

general un isoacutetopo radiactivo de carbono Se for-

ma carbono 14 en las capas superiores de la at-

moacutesfera por el bombardeo que experimenta el

nitroacutegeno ordinario por parte de los neutrones de

los rayos coacutesmicos

55

N147 + n1

0 C146 + H1

1

Este proceso origina una concentracioacuten cons-

tante de carbono 14 en el CO2 terrestre Las plan-

tas y animales vivos incorporan este isoacutetopo en

sus propias ceacutelulas Sin embargo cuando estos

seres mueren se interrumpe la incorporacioacuten de

carbono 14 y el carbono 14 que hay en el orga-

nismo se desintegra (con una vida media de 5 730

antildeos) a nitroacutegeno 14

Por consiguiente basta con medir la actividad

residual de carbono 14 en un artefacto de origen

vegetal o animal para determinar su antiguumledad

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 antildeos de antiguumle-

dad es decir ha estado muerta durante un tiempo

equivalente a una vida media Anaacutelogamente un

artefacto que muestra el 25 de la actividad de

carbono 14 del material vegetal reciente tiene

56

11460 anos de antiguumledad 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 aquiacute supone que la formacioacuten del isoacutetopo

fue constante a lo largo del tiempo En realidad no

es asiacute Sin embargo aproximadamente para los

uacuteltimos 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

aacuterboles Se han construido curvas de calibracioacuten

que permiten determinar fechas consideradas co-

mo exactas

En teacuterminos generales el meacutetodo de carbono

14 es razonablemente preciso para fechar objetos

de hasta 50000 antildeos de antiguumledad La cantidad

residual del isoacutetopo en los objetos de una antiguumle-

dad mayor que esa es demasiado pequentildea para

hacer una determinacioacuten exacta

El carboacuten de las fogatas de los pueblos anti-

57

guos fechado por determinacioacuten de la actividad

de carbono 14 se usa para estimar la antiguumledad

de otros artefactos encontrados en el mismo em-

plazamiento arqueoloacutegico La teacutecnica de fechado

por carbono 14 se ha usado tambieacuten para detectar

si supuestos artefactos antiguos han sido falsifica-

dos

EL SUDARIO DE TURIacuteN

Probablemente han oiacutedo hablar del sudario de

Turiacuten Se trata de una pieza de tejido de lino muy

antigua de unos 4 metros de largo que muestra la

impresioacuten aproximada de un cuerpo humano

Desde alrededor del antildeo 1350 dC 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-

bricacioacuten del lienzo habiacutea sido cultivado en alguacuten

memento entre los anos de 1260 y 1390 dC Por

58

tanto el lienzo no podriacutea haber existido en tiem-

pos de Cristo A diferencia de los pergaminos del

Mar Muerto para los que el fechado por carbono

14 demostroacute que son registros auteacutenticos de una

civilizacioacuten que existioacute hace unos 2000 antildeos el

sudario de Turiacuten resultoacute ser falso

FECHADO POR TRITIO

El tritio que es el isoacutetopo radiactivo del

hidroacutegeno sirve tambieacuten para fechar Su vida me-

dia de 123 antildeos lo hace uacutetil para fechar objetos de

hasta 100 antildeos de antiguumledad Una aplicacioacuten inte-

resante es el fechado de aguardientes Estas bebi-

das alcohoacutelicas son muy costosas cuando han sido

antildeejadas de 10 a 50 antildeos El fechado por tritio

permite comprobar la veracidad de los anuncios

publicitarios respecto al proceso de antildeejamiento

de las variedades maacutes caras

Hay muchos otros isoacutetopos que permiten es-

timar la antiguumledad de objetos y materiales

59

Isoacutetopo Vida me-

dia

(antildeos)

Periacuteodo de

utilidad Uso

Carbono 14 5730 500 a 50000

antildeos

Carboacuten vege-

tal material

orgaacutenico

Tritio 123 1 a 100 antildeosVinos antildeeja-

dos

Potasio 40 13 x 109 Desde 10000

antildeos

Rocas corteza

terrestre y

lunar

Renio 187 43 x1010 Desde 4 x

107 antildeos Meteoritos

Ranio238 45 x109 Desde 107

antildeos

Rocas corteza

terrestre

60

10 PLANTAS DE ENERGIacuteA NUCLEAR

iquestSabeacutes de doacutende viene esa energiacutea que nosotros usamos tanto Mucha de la energiacutea eleacutectrica es

producida por plantas nucleares de to-do el mundo

La energiacutea nuclear ha dado origen a bombas

muy destructivas y a la nociva precipitacioacuten ra-

diactiva y podriacutea incluso provocar un devastador

invierno nuclear Sin embargo una cantidad mu-

cho mayor de personas han recibido beneficios de

la energiacutea nuclear que las que han sido perjudica-

das por ella El hecho es que existen muchos usos

de la energiacutea nuclear que son sumamente beneacutefi-

61

cos Ya conocemos el uso de isoacutetopos radiactivos

en el diagnoacutestico cliacutenico y en el fechado de obje-

tos de antiguumledad desconocida Otro uso paciacutefico

de la energiacutea nuclear es la generacioacuten de electri-

cidad Una gran parte de la energiacutea eleacutectrica que

se utiliza hoy en diacutea se genera en plantas de ener-

giacutea nuclear

En la actualidad una quinta parte de toda la

electricidad que se produce en Estados Unidos

proviene de plantas de energiacutea nuclear En Euro-

pa la dependencia respecto a la energiacutea nuclear

para la produccioacuten de electricidad es auacuten mayor

En Francia por ejemplo maacutes del 70 de la ener-

giacutea eleacutectrica del paiacutes proviene de plantas nuclea-

res

No es sorprendente que una reaccioacuten que

desprende tanta energiacutea como lo hace la fisioacuten

nuclear se use como fuente de energiacutea para gene-

rar electricidad En las plantas de energiacutea nuclear

se usa el calor obtenido de una reaccioacuten de fisioacuten

62

en cadena controlada para producir vapor de

agua que mueve las turbinas generadoras de elec-

tricidad El combustible nuclear es normalmente

oacutexido de uranio U3O8 enriquecido hasta alrede-

dor de 3 de uranio 235

La energiacutea nuclear es mucho maacutes limpia que la

que se obtiene quemando combustibles foacutesiles

(carboacuten petroacuteleo y gas) no produce cenizas finas

ni holliacuten no forma dioacutexido de carbono que con-

tribuye al efecto de invernadero y al calentamiento

global y no contamina el aire con oacutexidos de azu-

fre y de nitroacutegeno que dan origen a la lluvia aacutecida

Por otra parte emite grandes cantidades de calor

residual en el ambiente y lo que es mucho maacutes

serio produce muchos residuos radiactivos La

eliminacioacuten de todos estos materiales radiactivos

de desecho es uno de los problemas constantes

que se tienen en relacioacuten con las plantas de energiacutea

nuclear

63

11 BOMBA ATOacuteMICA

Todos sabemos los desastres que pue-

den causar la detonacioacuten de una bomba

nuclear

Aquiacute presentamos la explicacioacuten teoacuterica

y coacutemo se pone en praacutectica

COacuteMO FUNCIONA UNA BOMBA NUCLEAR EN LA

TEORIacuteA

El 16 de Julio de 1945 estalloacute la primera bomba

atoacutemica en el campo de pruebas de Trinity cerca

de aacutelamo Gordo (Nuevo Meacutejico) Desde ese pre-

64

ciso instante la historia de la humanidad ha pasado

a una nueva era la era nuclear

Nunca hasta entonces se habiacutean tenido los cono-

cimientos necesarios como para saber que la masa

puede convertirse en grandes cantidades de ener-

giacutea y coacutemo podiacutea realizarse ese proceso hasta

entonces reservado tan soacutelo a las estrellas

La famosa foacutermula de Einstein E = mc2 ha pasa-

do ya ha formar parte de la cultura popular auacuten sin

que en realidad se llegue a saber que implica

Donde E es energiacutea m masa y c la velocidad de la

luz (constante) En esta ecuacioacuten se expresa la

relacioacuten de equivalencia entre masa y energiacutea Por

ejemplo haciendo algunas cuentas se ve que con

un gramo de uranio si se convirtiese totalmente

en energiacutea se obtendriacutean 25 millones de Kw

Aplicado como una bomba nuclear basta decir

que para asolar Hiroshima soacutelo se convirtioacute un

65

gramo de masa (aunque toda la bomba como me-

canismo pesara cuatro toneladas) su potencia fue

de 125 kilotones es decir para igualar su potencia

seriacutean 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 combustibles

de fisioacuten Cuando en un espacio se reuacutene la sufi-

ciente cantidad de materia (denominada masa criacute-

tica) se produce una reaccioacuten en cadena espontaacute-

nea esto es el nuacutecleo de los aacutetomos del material

se divide liberando energiacutea y varios neutrones

raacutepidos que provocan que otros nuacutecleos tam-

bieacuten se dividan y liberen maacutes energiacutea y neutrones

Este proceso se denomina fisioacuten nuclear Sin em-

bargo si la densidad no es suficiente la energiacutea

liberada hace que el material se expanda y se de-

tenga el proceso Para evitar que se pare la reac-

cioacuten se recurre a una materia muy densa de por siacute

(isoacutetopos del uranio y plutonio) que ademaacutes se

comprime de manera muy raacutepida para lograr una

66

altiacutesima densidad que permite que los neutrones

raacutepidos choquen antes con otros nuacutecleos y se

produzcan antes el mayor nuacutemero 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 maacutes energiacutea Para una

explosioacuten de 100 kilotones son necesarias 58 ge-

neraciones las 7 uacuteltimas generan el 999 de la

energiacutea en periodo cortiacutesimo de tiempo Tambieacuten

puede liberarse energiacutea con la fusioacuten en este pro-

ceso los nuacutecleos se unen en vez de separarse pero

se requieren altiacutesimas temperaturas (del orden de

millones de grados) para que este proceso se lleve

a cabo Para esta reaccioacuten se usan aacutetomos ligeros

(maacutes faacuteciles de unir) generalmente hidroacutegeno o

sus isoacutetopos (deuterio y tritio) Para unir dos aacuteto-

mos basta con hacerlos chocar Los protones de

cada aacutetomo 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

67

fusioacuten deben comprimirse fuertemente los nuacute-

cleos y una vez hecho soacutelo podraacuten continuar uni-

dos si pierden un equivalente de la energiacutea que les

hizo apretarse En el caso de usar deuterio y tritio

se libera violentamente un neutroacuten Esta energiacutea

liberada es la que forma una bomba de fusioacuten

tambieacuten denominada bomba H

COMO FUNCIONA UNA BOMBA ATO-MICA EN LA PRACTICA

Sea cual fuere el sistema de funcionamiento de

una bomba nuclear (fusioacuten o fisioacuten) una cantidad

de masa se convierte en energiacutea la potencia soacutelo

depende de la capacidad de la ingenieriacutea para con-

vertir maacutes masa antes de que la reaccioacuten disperse

las moleacuteculas en teoriacutea la potencia es por tanto

ilimitada

Una bomba nuclear consiste baacutesicamente en una

esfera hueca de plutonio que no es lo suficiente-

68

mente densa como para producir una reaccioacuten 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 explosioacuten se disparan los detonado-

res que hacen que el material explosivo estalle de

la manera lo maacutes regular posible para que enviacutee

una onda de choque esfeacuterica hacia el plutonio

Cuando eacutesta impacta contra eacutel lo comprime y re-

duce su volumen empujaacutendolo hacia el centro de

la esfera hasta que alcanza una densidad suficiente

(supercriacutetica) y se dispara el iniciador de neutrones

para comenzar la reaccioacuten en cadena que da lugar

a la explosioacuten nuclear

Las bombas termonucleares de fusioacuten o H nece-

sitan de una gran temperatura para que se puedan

unir los nuacutecleos esto se consigue en el interior de

una explosioacuten de fisioacuten que es el comienzo de

toda bomba H

69

Una vez acabada la reaccioacuten de fusioacuten nos encon-

traremos con una esfera expandida con una tem-

peratura de millones de grados en la que existen

los productos de la fusioacuten (litio e isoacutetopos del

hidroacutegeno) Tal es su velocidad que pueden fun-

dirse unos con otros dando lugar a la reaccioacuten de

fusioacuten Esta reaccioacuten genera maacutes energiacutea que la

anterior y libera gran cantidad de partiacuteculas nu-

cleares pero no es una reaccioacuten en cadena ya que

el propio calor que genera hace que las partiacuteculas

se separen y se expandan en forma de una esfera

de plasma con una temperatura que tan soacutelo expe-

rimenta el universo de manera natural en las estre-

llas En nuestro sol por ejemplo ocurren la fusioacuten

nuclear de hidroacutegeno y helio Pero antes de que la

reaccioacuten se extinga los neutrones generados por

las detonaciones anteriores provocan de nuevo

una reaccioacuten de fusioacuten sobre una camisa de U-

238 pero esta vez mucho mayor que las anterio-

res La potencia de una bomba termonuclear care-

ce de liacutemite una bomba como la de Hiroshima de

70

125 kilotones (un kilotoacuten equivale a 1000 tonela-

das de TNT) se considera dentro de los arsenales

modernos como pequentildea siendo las de un mega-

toacuten (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 la

Segunda Guerra Mundial

Para la construccioacuten de una bomba nuclear nor-

malmente se usa U-235 mezclado con U-238 El

primero no forma parte de la reaccioacuten nuclear

sino que es el segundo el que es fisionable de ma-

nera espontaacutenea emitiendo neutrones que son

absorbidos por el U-235 para evitar que se pro-

duzca de manera accidental la reaccioacuten en cadena

Asiacute el U-235 hace de escudo absorbiendo los neu-

trones del U-238 que es el que produce la detona-

cioacuten 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

71

reactores nucleares a partir del U-238

La desintegracioacuten del uranio en la reaccioacuten en

cadena se produce de manera espontaacutenea para una

masa de 50 Kg si eacuteste elemento es puro El pluto-

nio no es capaz por si solo de comenzar una raacutepi-

da reaccioacuten en cadena de modo que se mezcla de

berilo y polonio dando como resultado un pro-

ducto que aunque no es fisionable por si solo una

pequentildea cantidad actuacutea como catalizador para las

grandes reacciones Asiacute bastan 16 Kg de PU-239

para obtener la masa supercriacutetica y 10 Kg si se

mezcla con U-238

El U-235 es muy difiacutecil de extraer por encontrarse

en la naturaleza muy mezclado con otros com-

puestos Asiacute por cada 25000 toneladas de mineral

de uranio bruto soacutelo se obtienen 50 toneladas de

uranio del que el 993 es U-235 y el resto el

rariacutesimo isoacutetopo U-238 ambos soacutelo se pueden

separar de manera mecaacutenica gracias a la leviacutesima

72

diferencia de peso entre ambos Asiacute el uranio se

mezcla en forma gaseosa con fluor (hexafluoriacutedri-

co) que es impulsado a baja presioacuten hacieacutendolo

pasar por unas caacutemaras que aumentan la concen-

tracioacuten de uranio sensiblemente tras cientos de

pasadas Para una central nuclear la pureza ha de

ser del 2 y para una bomba (teoacutericamente) el

95

Para separar el isoacutetopo se recurre a la centrifuga-

cioacuten del gas siendo el maacutes pesado U-238 despedi-

do hacia el exterior con maacutes fuerza Para obtener

otra vez el uranio separado del gas se recurre a la

separacioacuten magneacutetica

MECANISMOS QUE SUELEN COMPONER UNA

BOMBA NUCLEAR

Los mecanismos que suelen componer una bom-

ba nuclear son los siguientes

73

ALTIacuteMETRO No suele usarse el baromeacutetrico

por verse afectado por las condiciones atmosfeacuteri-

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 seguacuten el tiempo transcu-

rrido en el recorrido puede saberse la altura sin

necesidad de complicar maacutes el sistema para dar

una precisioacuten que en realidad no es importante (2

o 3 m de diferencia no son apreciables maacutes que

en minibombas bastante menores que las de

Hiroshima) siendo la altura normal de detonacioacuten

la de 2000 m

En la praacutectica 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 electroacute-

nicamente para obtener la diferencia de ambas

que es proporcional a la altura Los pulsos suelen

emitirse 120 veces por segundo y alcanzan un

74

rango de 3000 m sobre la tierra y 6000 m sobre

el mar (la reflexioacuten es alliacute mejor) siendo su error

de hasta 15 m

CABEZA DETONADORA Como ya se dijo

estaacute compuesta de una carga explosiva muy bien

calibrada que a la orden del altiacutemetro detona

produciendo una onda de choque uniforme sobre

el elemento radioactivo comprimieacutendolo hasta

alcanzar la masa supercriacutetica

Compantildeiacuteas privadas producen camisas explosivas

que modificadas pueden ser usadas para la fabri-

cacioacuten del objeto que nos ocupa La cantidad de

presioacuten necesaria a aplicar es un secreto por razo-

nes de seguridad aunque se sabe que los explosi-

vos plaacutesticos son ideales sobre todo por su malea-

bilidad y facilidad de manejo

El detonador variacutea si es combustible es uranio o

plutonio

75

DETONADOR DE URANIO La masa total se

divide en dos partes una mayor de forma semies-

feacuterica y coacutencava que se acopla perfectamente con

la otra maacutes pequentildea Como es de suponer ambas

se encuentran separadas hasta el momento de la

detonacioacuten en el que una explosioacuten convencional

dispara la parte pequentildea que impacta contra la

mayor para lograr en un instante la masa supercriacute-

tica

DETONADOR DE PLUTONIO Necesita

una precisioacuten de ingenieriacutea mucho mayor que la

anterior ya que estaacute compuesta de 32 secciones de

plutonio-berilio-polonio todas de igual forma y

posicioacuten distribuidas conceacutentricamente El aspecto

final es parecido al de un baloacuten de fuacutetbol Todas

han de cerrarse simeacutetricamente en una diezmillo-

neacutesima de segundo para conseguir la detonacioacuten

DEFLECTOR DE NEUTRONES Suele ser

U-238 Su funcioacuten es la que ya se explicoacute evitar

76

una reaccioacuten accidental ademaacutes refleja las partiacutecu-

las de vuelta cuando se alcanza la masa supercriacuteti-

ca

ESCUDO PROTECTOR Recibe otros nom-

bres pero su funcioacuten es siempre la de proteger de

la radiacioacuten natural tanto al personal que la maneja

como a los circuitos de la bomba que pueden su-

frir cortocircuitos o puestas en funcionamiento

accidentales

SISTEMA DE ARMADO Es otro sistema maacutes

de seguridad consistente en quitar una parte im-

prescindible de la bomba para evitar detonaciones

accidentales de modo que soacutelo cuando estaacute

proacuteximo su lanzamiento se inserta esta parte Una

analogiacutea seriacutea como si al aparcar nuestro coche le

quitaacuteramos el volante o una bujiacutea asiacute estariacuteamos

seguros de que no nos lo roban porque sin estas

partes el coche no funciona

77

12 EFECTOS DE UNA EXPLOSIOacuteN NUCLEAR

Tenemos frescas en nuestra memo-

ria las imaacutegenes que nos mostroacute la

televisioacuten cuando se produjo el ac-

cidente de Chernobyl

Aquiacute explicamos todas las conse-

cuencias de una detonacioacuten 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

78

bull Radiacioacuten nuclear inicial la altiacutesima

temperatura y la elevada presioacuten que se

genera en el interior de la explosioacuten emi-

ten radiacioacuten en todas las direcciones Esta

se compone de rayos alfa beta y gamma

que son una forma de radiacioacuten electro-

magneacutetica de alta energiacutea que puede causar

la muerte sin que el individuo se de cuenta

de que ha sido irradiado Una explosioacuten de

un megatoacuten (de tamantildeo estaacutendar) matariacutea

a todo ser humano en 15 Km a la redonda

que se encontrase al aire libre

Las partiacuteculas alfa son ideacutenticas a un nuacutecleo de

helio son las que mas larga vida tienen unos mil

antildeos pero su poder de penetracioacuten 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 radiacioacuten Con 45 cm de tierra se

consigue reducir la radiacioacuten veinte veces

Las partiacuteculas beta penetran maacutes siendo suficiente

79

38 cm de pared de ladrillo para reducir a un quin-

to la radiacioacuten (una pared moderna ya espesa se

compone de 1 pie de ladrillo maacutes caacutemara maacutes

aislante maacutes ladrillo hueco y yeso que suele que-

darse en los 37 cm)

Los de maacutes poder de penetracioacuten son las gamma

y por tanto los maacutes peligrosos ya son los que se

introducen en los refugios nucleares auacuten con

grandes espesores de hormigoacuten La uacutenica protec-

cioacuten eficaz es la de interponer grandes masas de

material mejor cuanto maacutes denso siendo el ideal

el plomo ya que pasa por los materiales como la

luz por una tela si esta es maacutes densa mayor canti-

dad de chocaraacute con ella y no la traspasaraacute Para

reducir la dosis a un veinteavo se precisan 30 cm

de hormigoacuten armado

bull Pulso electromagneacutetico La intensa acti-

vidad de los rayos gamma genera mediante

induccioacuten una corriente de alto voltaje so-

80

bre antenas viacuteas feacuterreas tuberiacuteas que des-

truye todas las instalaciones eleacutectricas de

una amplia zona si la explosioacuten se efectuacutea

a gran altura Una detonacioacuten de muchos

kilotones a 200 km sobre Omaha (Ne-

brasca) destruiriacutea todos los circuitos eleacutec-

tricos integrados de toda Norteameacuterica y

parte de Meacutejico y Canadaacute Ante el riesgo

de una detonacioacuten nuclear es conveniente

alejarse de liacuteneas eleacutectricas y viacutea feacuterreas ya

que la corriente inducida puede electrocu-

tarnos

bull Pulso teacutermico al expandirse la bola de

fuego el aire circundante absorbe energiacutea

en forma de rayos X y la irradia en forma

de una luz cegadora y un intensiacutesimo ca-

lor Una bomba de 20 Megatones produci-

riacutea una intensa luz durante 20 segundos y

causariacutea quemaduras de segundo grado a

81

cualquier persona expuesta a 45 Km de

distancia

bull Onda de choque La raacutepida expansioacuten de

la bola de fuego genera una onda de cho-

que como cualquier explosioacuten pero de

una potencia muy superior ya que puede

aplastar o barrer edificios dantildeaacutendolos muy

seriamente o destruyeacutendolos por comple-

to ya que maacutes que empujar por su dura-

cioacuten lo que hace es estrujar Una bomba

de 20 megatones no dejariacutea en un radio de

20 Km maacutes que escombros soacutelo se salva-

riacutean las cimentaciones y construcciones

enterradas

bull Primera lluvia radioactiva o lluvia ra-

diactiva local una explosioacuten de 20 mega-

tones aras de suelo produciriacutea un craacuteter de

183 m de profundidad la elevada tempe-

82

ratura vaporiza todo lo que se encuentra

dentro de la bola de fuego todo se funde

con los materiales radiactivos de la fisioacuten o

fusioacuten y se eleva con el hongo para luego

precipitar en forma de finas cenizas Esto

ocurriraacute durante las 24 h siguientes a la

explosioacuten y afectaraacute a una regioacuten maacutes o

menos amplia para una misma potencia

seguacuten la climatologiacutea El fenoacutemeno se am-

pliacutea considerablemente si la detonacioacuten se

produce cerca del suelo La energiacutea 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 maacutes destructivos los deno-

minados secundarios como incendios en masa

que acabariacutean con los pocos supervivientes y ma-

tariacutean a maacutes que el pulso teacutermico y la onda de

choque

83

Ademaacutes en caso de que se lanzaran muchas

bombas nucleares sus efectos secundarios seriacutean

mucho maacutes 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 10000 mega-

tones miacutenimos para considerar un holocausto

como tal

bull El primero de estos efectos es que la ra-

dioactividad liberada en caso de holocaus-

to penetrariacutea en todos y cada uno de los

seres vivos (y en el mar la tierra y el aire)

Mientras que en dosis altas (seguacuten la espe-

cie) produciriacutea la muerte en otras maacutes ba-

jas los efectos seriacutean de lo maacutes variados

(mutaciones esterilidad)

bull El segundo seriacutea que los materiales im-

pulsados por las detonaciones se elevariacutean

hasta la troposfera donde ocultariacutean la luz

84

del sol durante meses o antildeos haciendo ba-

jar la temperatura de la tierra y alterando la

fotosiacutentesis de los vegetales y el plancton

marino seriacutea el famoso invierno nuclear

Ademaacutes estos materiales radiactivos iriacutean

cayendo durante meses o antildeos convirtieacuten-

dose en una lluvia radiactiva global que

auacuten con menos dosis radiactiva que una

lluvia provocada por una bomba seriacutea

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

antildeos Ese 5 de energiacutea liberada por la

lluvia radiactividad en una bomba es poco

pero en los 10000 megatones de un holo-

causto suponen ya 500 megatones que iraacuten

estallando durante miles de antildeos des-

pueacutes de la cataacutestrofe

85

bull El tercero seriacutea una reduccioacuten en la capa

de ozono producida por el oacutexido de nitroacute-

geno generado por las bolas de fuego de

modo que la radiacioacuten solar que llegase a

la tierra seriacutea mortal Un 70 del ozono

desapareceriacutea en el hemisferio norte y un

40 en el sur siendo necesarios treinta

antildeos para recuperar su estado normal

86

Ejercicios 12

MODELO DE RESOLUCIOacuteN

La distribucioacuten de los electrones de un aacutetomo

en sus niveles y subniveles se puede representar en

forma abreviada de la siguiente manera

a) Un coeficiente que indica el nuacutemero del nivel

de energiacutea (n)

b) Una letra que corresponde al subnivel

c) Un supraiacutendice que sentildeala el nuacutemero de elec-

trones que hay en el subnivel

1H = 1s1

3Li = 1s2 2s1

En razoacuten del entrecruzamiento de subniveles

el orden en que se van completando los subniveles

por energiacutea creciente es el siguiente

87

1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d

4p 5s 4d 5p 6s 4f

5d 6p 7s 5f 6d

7p

Para visualizar la distribucioacuten de los electrones

en orbitales se puede representar cada orbital por

un pequentildeo cuadrado dividido por una diagonal

y cada electroacuten mediante una flecha

Entonces el orbital puede estar

Vaciacuteo incompleto completo

(1 electroacuten) (2 electrones)

En caso del orbital completo las flechas tienen

sentido contrario para indicar que los electrones

presentan spin contrario

El llenado de los orbitales por los electrones

se realiza a partir de los niveles y subniveles en

88

orden creciente de energiacutea Cada nuevo electroacuten se

incorpora a un orbital vaciacuteo

De ese modo los elementos quedan represen-

tados asiacute

1H =

1s

3Li =

1s 2s

7N =

1s 2s 2p

89

Ejercicios 121

1) Un aacutetomo de foacutesforo tiene 15 protones y 16

neutrones Indicaacute cuaacutel es su

a) nuacutemero atoacutemico (Z) b) nuacutemero

de masa (A)

2) Un aacutetomo de potasio tiene Z =19 y A = 39

Indicaacute su nuacutemero de

a) protones b) electrones

c) neutrones

3) Completaacute los datos que faltan en el siguiente

cuadro

90

ELE-

MEN-

TO

NUacute-

MERO

ATOacute-

MICO

NUacute-

MERO

DE

MASA

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) Sentildealaacute el nombre y siacutembolo de los elementos

cuyas configuraciones electroacutenicas 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) Escribiacute la configuracioacuten electroacutenica de los

siguientes elementos

91

a) Na2311 = c) O16

8 =

b) Cl3517 = d) C12

6 =

6) De acuerdo con la siguiente representacioacuten de

los electrones en orbitales indicaacute a queacute ele-

mentos corresponden

a)

b)

c)

d)

7) Representaacute la distribucioacuten de los electrones en

orbitales de los elementos

a) 7N= c) 18Ar =

b) 15AI = d) 19K =

92

Hoja de respuestas121

1) a) 15 b) 31 2) a) 19 b) 19 c) 20

3)

ELE-

MEN-

TO

NUacuteME-

RO

ATOacute-

MICO

NUacute-

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)Argoacuten Ar

d)Escandio Sc

5) a) 1S2 2S2 2p6 3s1

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)middot

94

Ejercicios 1211

Modelo de resolucioacuten

El nuacutemero de oxidacioacuten se asigna seguacuten las si-

guientes reglas

1) El nuacutemero de oxidacioacuten de los elementos en la

sustancia simple es cero

Ejemplo Cu0 02Cl

2) El nuacutemero de oxidacioacuten del oxiacutegeno es 2

excepto en las sustancias como el agua oxige-

nada Ejemplo H2

2Ominus

3) El nuacutemero de oxidacioacuten del hidroacutegeno es +1

excepto en las sustancias donde estaacute combina-

do con los metales Ejemplo 1

H+

2O

4) El nuacutemero de oxidacioacuten de un ion monoatoacute-

mico es igual a la carga del ion Ejemplo Ca2-

Cl-

95

5) En la foacutermula de una sustancia la suma alge-

braica de los nuacutemeros de oxidacioacuten de todos

los aacutetomos debe ser cero Ejemplo 1

H+

2

2Ominus

there42(+1) + (-2) = 0

6) En los iones que tienen maacutes de un aacutetomo la

suma algebraica de los nuacutemeros de oxidacioacuten

de todos los aacutetomos es igual a la carga del ion

El nuacutemero de oxidacioacuten se escribe colocando primero el signo y luego el nuacutemero

Ejemplo el nuacutemero de oxidacioacuten del aluminio es +3

1) Calculaacute los nuacutemeros de oxidacioacuten en la moleacute-

cula de dioacutexido de azufre (SO2)

Datos SO2 nuacutemero de oxidacioacuten del O2

es 2

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de S

Resolucioacuten Cada aacutetomo de oxiacutegeno tiene

nuacutemero de oxidacioacuten 2 por lo tanto el nuacute-

mero de oxidacioacuten del azufre es +4 porque

2(-2) + (+4) = 0

96

2) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten del azufre en

el aacutecido sulfuacuterico (H2SO4)

Datos H2SO2 nuacutemero de oxidacioacuten del

O2 es 2 nuacutemero de oxidacioacuten de H es -1

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de S

Resolucioacuten Se debe cumplir que la suma al-gebraica de todos los nuacutemeros de oxidacioacuten sea cero

4(-2) + 21 + x = 0

-8 + 2 + x = 0

x = 6

Respuesta el nuacutemero de oxidacioacuten del azufre

en el aacutecido sulfuacuterico es +6

3) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten del nitroacutegeno

en el nitrato de sodio (NaNO3)

Datos NaNO3 nuacutemero de oxidacioacuten del

O2 es 2

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de N

97

Resolucioacuten El nuacutemero de oxidacioacuten del

sodio es +1 porque el ion sodio tiene una car-

ga eleacutectrica positiva

+1 + 3(-2) +x = 0

1 6 + x = 0

x = 5

Respuesta el nuacutemero de oxidacioacuten del nitroacute-

geno en el nitrato de sodio es +5

4) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten del azufre en

el ion sulfato (S 24Ominus )

Datos S 24Ominus nuacutemero de oxidacioacuten del O2

es 2

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de S

Resolucioacuten La suma de los nuacutemeros de

oxidacioacuten es igual a 2 porque el ion sulfato

tiene dos cargas negativas (2-)

x + 4(-2) = -2

x 8 = -2

x = 6

98

Respuesta El nuacutemero de oxidacioacuten del azu-

fre en el ion sulfato es +6

99

Ejercicios 1212

1) Dibujaacute los siacutembolos de Lewis para los aacutetomos

de

a) He b) Al c) Si d) Ar e) N

2) iquestCoacutemo adquiere la distribucioacuten electroacutenica del

ineacutertido maacutes cercano cada uno de los siguien-

tes aacutetomos

a) K b)

F c)

S d) Mg e)

Br

3) Escribiacute las ecuaciones ioacutenicas la foacutermula elec-

troacutenica y la foacutermula miacutenima del compuesto

ioacutenico formado por

a) K y Br (bromuro de potasio)

b) Ca y O (oacutexido de calcio)

4) Marcaacute con una X las propiedades correspon-

dientes a las sustancias que presentan uniones

ioacutenicas

100

a) Son soacutelidas y tienen bajo punto de fusioacuten ( )

b) Conducen la corriente eleacutectrica fundidas o di-

sueltas en agua ( )

c) Tienen brillo metaacutelico ( )

d) Forman cristales duros y quebradizos solubles

en agua ( )

e) No conducen la corriente eleacutectrica ( )

5) Explicaacute coacutemo se unen dos aacutetomos de bromo

para formar la moleacutecula Br2 y escribiacute su

foacutermula electroacutenica y su foacutermula desarrollada

6) La foacutermula del monoacutexido de dicloro es Cl2O

a) Indicaacute queacute tipo de unioacuten existe entre el cloro y

el oxiacutegeno

b) Escribiacute su foacutermula electroacutenica y su foacutermula

desarrollada

7) El azufre y el oxiacutegeno forman dos oacutexidos

importantes el dioacutexido de azufre (SO2) y el

101

trioacutexido de azufre (SO3) Para el trioacutexido de

azufre

a) Indicaacute queacute tipo de unioacuten existe entre el azufre

y los tres aacutetomos de oxiacutegeno

b) Escribiacute la foacutermula electroacutenica

c) Escribiacute la foacutermula desarrollada

8) Marcaacute 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

liacutequidas o soacutelidas ( )

c) Son duacutectiles y maleables ( )

d) No forman moleacuteculas son agregados de

iones ( )

e) No son buenas conductoras de la corriente

eleacutectrica ( )

102

9) Coloque en el pareacutentesis UCP si la unioacuten es

covalente polar y UCNP si es covalento no

polar en cada una de las siguientes sustancias

a) cloruro de hidroacutegeno HCl ( )

b) Hidroacutegeno H2 ( )

c) yodo l2 ( )

10) Escribiacute la foacutermula electroacutenica y la foacutermula

desarrollada de cada una de las sustancias

mencionadas en el ejercicio 9

11) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten

a) del azufre (S)en el dioacutexido de azufre (SO2) en

el trioacutexido de azufre (SO3) y en el sulfuro de

sodio (Na2S)

b) del nitroacutegeno (N) en el dioacutexido de nitroacutegeno

(NO2) en el aacutecido niacutetrico (HNO3) y en el ni-

trato de potasio (KNO3)

12) Marcaacute con una X las propiedades que se expli-

can en el concepto de unioacuten metaacutelica

103

a) Tienen bajo punto de fusioacuten y de

ebullicioacuten ( )

b) Tienen brillo metaacutelico ( )

c) Conducen la corriente eleacutectrica sin

alterarse ( )

d) En estado soacutelido son malos conductores de la

corriente eleacutectrica ( )

e) Forman hilos y laacuteminas delgadas ( )

104

Hoja de respuestas 1212

1) a) He b) Al c)

Si d)

Ar e)

N

2) a) cede un electroacuten d) cede electrones c)

gana dos electrones b) y e) gana un electroacuten

3) a) Ecuaciones ioacutenicas

K K1+ + 1 e

Br + 1 e Br1-

K1+ + Br- KBr

Foacutermula electroacutenica K1+minus

1

Br

Foacutermula miacutenima KBr

b) Ecuaciones ioacutenicas

Ca Ca 2+ + 2 e

O + 2 e O2-

Ca2+ + O2- CaO

Foacutermula electroacutenica Ca2+ minus

2

O

105

Foacutermula miacutenima CaO

4) b y d

5) se unen compartiendo un par de electrones

6) a) unioacuten covalente

b) foacutermula electroacutenica

Cl

O

Cl

foacutermula desarrollada Cl O Cl

7) a) una unioacuten covalente doble entre el azufre y

uno de los aacutetomos de oxiacutegeno dos uniones cova-

lentes coordinadas con los otros dos aacutetomos de

oxiacutegeno

b) Foacutermula electroacutenica

Foacutermula desarrollada

106

8) a b y e

9) a) UCP y c) UCNP

10) Foacutermula electroacutenica Foacutermula desarrollada

a) H

Cl H Cl

b) HH H H

c)

I

I l I

11) a) +4 +6 -2 b) +4 +5 +5

12) b c y e

  • RADIACTIVIDAD
    • IacuteNDICE
      • 1 RADIACTIVIDAD NATURAL
      • 2 RELACIOacuteN ENTRE LA LEY DE LAVOISIER Y LA DE EINSTEIN
      • 3 INTERACCIONES ENTRE AacuteTOMOS Y ONDAS
      • 4 PODER DE PENETRACIOacuteN DE LA RADIACIOacuteN
      • 5 VIDA MEDIA
      • 6 RADIACTIVIDAD ARTIFICIAL
      • 7 USOS DE LOS RADIOISOacuteTOPOS
      • 8 MEDICINA NUCLEAR
      • 9 FECHADO POR MEDIO DE RADIOISOacuteTOPOS
      • 10 PLANTAS DE ENERGIacuteA NUCLEAR
      • 11 BOMBA ATOacuteMICA
      • 12 EFECTOS DE UNA EXPLOSIOacuteN NUCLEAR
        • Ejercicios 12
        • Ejercicios 121
        • Hoja de respuestas121
        • Ejercicios 1211
        • Ejercicios 1212
        • Hoja de respuestas 1212

46

otras partes del cuerpo Sin embargo para fines de

diagnoacutestico soacutelo se necesita una pequentildea cantidad

del radioisoacutetopo Tambieacuten 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-

poracioacuten diferencial del isoacutetopo La imagen que

se obtiene se describe como una fotoexploracioacuten

y permite determinar con precisioacuten la ubicacioacuten de

un tumor en esa regioacuten del cuerpo

El radioisoacutetopo de uso maacutes extendido en medicina

es el gadolinio 153 Este isoacutetopo se emplea para

evaluar la mineralizacioacuten de los huesos Su popu-

laridad es un indicio del gran nuacutemero de personas

principalmente mujeres que sufren de osteoporo-

sis (reduccioacuten de la cantidad de tejido oacuteseo) a me-

dida que envejecen El gadolinio 153 emite dos

radiaciones caracteriacutesticas un rayo gamma y un

rayo X Un dispositivo analizador compara estas

radiacioacuten despueacutes de que atraviesan el hueso La

47

densidad del mismo se determina con base en las

diferencias de absorcioacuten de los rayos

El tecnecio 99m se utiliza en diversos ensayos

diagnoacutesticos La letra m quiere decir metaestable

lo que significa que este isoacutetopo emite cierta ener-

giacutea para convertirse en una versioacuten maacutes estable del

mismo isoacutetopo (mismo nuacutemero atoacutemico y mismo

peso atoacutemico) La energiacutea que desprende es el

rayo gamma que permite detectar el isoacutetopo

Tcm9943 Tc99

43 + y

Observa que la desintegracioacuten del tecnecio

99m no produce partiacuteculas alfa ni beta las cuales

podriacutean causar dantildeos innecesarios al organismo

Ademaacutes el tecnecio 99m tiene una vida media cor-

ta (alrededor de 6 h) lo que significa que la radiac-

tividad no permanece en el organismo mucho

tiempo despueacutes de que la exploracioacuten se ha com-

pletado Esta vida media tan corta obliga a planifi-

48

car cuidadosamente el uso del radioisoacutetopo De

hecho lo que se adquiere no es el isoacutetopo mismo

El tecnecio 99m se forma por desintegracioacuten del

molibdeno 99

Mo9942 Tcm99

43 + e01minus + y

Se emplea un recipiente que contiene este isoacute-

topo de molibdeno y el producto de desintegra-

cioacuten el tecnecio 99 se extrae del recipiente a

medida que se necesita

Mediante el uso de modernas tecnologiacuteas ba-

sadas en la utilizacioacuten de computadoras la tomo-

grafiacutea por emisioacuten de positrones (PET por sus

siglas en ingleacutes) permite medir los procesos dinaacute-

micos que se llevan a cabo en el organismo como

el flujo sanguiacuteneo o la rapidez con la que se meta-

boliza el oxiacutegeno o la glucosa Las exploraciones

de PET se emplean actualmente para identificar

con precisioacuten el aacuterea de dantildeo cerebral que desen-

49

cadena los ataques epileacutepticos graves Antes de la

exploracioacuten se inhalan o se inyectan compuestos

que contienen isoacutetopos emisores de positrones

como el carbono 11 Antes de que el positroacuten

emitido pueda recorrer una distancia apreciable en

el cuerpo se topa con un electroacuten (en toda la ma-

teria ordinaria abundan los electrones) y se produ-

cen dos rayos gamma

C116 B11

5 + e01+

e01+ + e0

1minus 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 simultaacuteneamente

dos rayos gamma el sistema no toma en cuenta

los rayos gamma de la radiacioacuten natural de fondo

A continuacioacuten se emplea una computadora para

calcular la ubicacioacuten dentro del cuerpo del punto

50

en el cual ocurrioacute una aniquilacioacuten del positroacuten y

el electroacuten y se genera una imagen en esa regioacuten

La tabla contiene una lista de radioisoacutetopos de

uso comuacuten en la medicina La lista es necesaria-

mente incompleta Incluso con esta exposicioacuten tan

breve puedes hacerte una idea de la importancia

que los radioisoacutetopos tienen en la medicina La

aseveracioacuten de que la ciencia nuclear ha salvado

maacutes vidas de las destruidas por las bombas atoacutemi-

cas no carece el fundamento

51

Isoacutetopo Nombre Vida me-

dia Uso

C11 Carbono 11 203m Exploraciones cere-

brales

Cr51 Cromo 51 278d Determinacioacuten

del volumen sanguiacute-

neo

Co57 Cobalto 57 270d Medicioacuten de la

incorporacioacuten de

vitamina v12

Co60 Cobalto 60 526a Terapia de caacutencer

por radiacioacuten

Gd153 Gadolinio

153

242d Determinacioacuten

de la densidad oacutesea

Ga67 Galio 67 781h Exploracioacuten en

busca de tumores

pulmonares

I131 Yodo 131 807d Terapia de la ti-

roides

Ir192 Iridio 192 74d Terapia del caacuten-

cer de mamaacute

Fe59 Hierro 59 45d Deteccioacuten de

anemia

52

P32 Foacutesforo 32 143d Deteccioacuten de

caacutencer de la piel o

tumores oculares

Pu238 Plutonio

238

86a Suministra ener-

giacutea para marcapasos

Ra226 Radio 226 1600a Terapia de caacutencer

por radiacioacuten

Se75 Selenio 75 120d Exploraciones del

paacutencreas

Na24 Sodio 24 150h Localizacioacuten de

obstrucciones en el

flujo sanguiacuteneo

Tc99 Tecnecio 99 60h Obtencioacuten de imaacute-

genes de cerebro hiacutega-

do meacutedula oacutesea rintildeoacuten o

corazoacuten

Tl201 Talio 201 73h Deteccioacuten de pro-

blemas cardiacos con la

prueba de esfuerzo en

rueda de andar

H3 Tritio 123a Determinacioacuten de

agua corporal total

Xe133 Xenoacuten133 527d Obtencioacuten de imaacute-

genes de pulmoacuten

53

9 FECHADO POR MEDIO DE RADIOISOacuteTOPOS

Una de las aplicaciones maacutes in-

creiacutebles de la quiacutemica nuclear es la po-

sibilidad de averiguar la antiguumledad de

los objetos encontrados en las investi-

gaciones arqueoloacutegicas

Se puede usar la vida media de ciertos isoacuteto-

pos para estimar la antiguumledad de rocas y artefac-

tos arqueoloacutegicos El uranio 238 se desintegra con

una vida media de 4500 millones de anos Los

productos iniciales de esta desintegracioacuten tambieacuten

son radiactivos y la descomposicioacuten continuacutea

54

hasta que se forma un isoacutetopo de plomo (plomo

206) Los quiacutemicos pueden estimar la antiguumledad

de una roca determinando las proporciones relati-

vas de uranio 238 y plomo 206 Se ha encontrado

que algunas de las rocas maacutes antiguas de la Tierra

se formaron hace entre 3000 y 4500 millones de

antildeos En las rocas lunares y en meteoritos se ha

determinado una antiguumledad maacutexima de alrededor

de 4500 millones de antildeos Asiacute pues se considera

en general que la Tierra tiene una antiguumledad de

unos 4500 millones de antildeos

FECHADO POR CARBONO 14

En el fechado de artefactos interviene por lo

general un isoacutetopo radiactivo de carbono Se for-

ma carbono 14 en las capas superiores de la at-

moacutesfera por el bombardeo que experimenta el

nitroacutegeno ordinario por parte de los neutrones de

los rayos coacutesmicos

55

N147 + n1

0 C146 + H1

1

Este proceso origina una concentracioacuten cons-

tante de carbono 14 en el CO2 terrestre Las plan-

tas y animales vivos incorporan este isoacutetopo en

sus propias ceacutelulas Sin embargo cuando estos

seres mueren se interrumpe la incorporacioacuten de

carbono 14 y el carbono 14 que hay en el orga-

nismo se desintegra (con una vida media de 5 730

antildeos) a nitroacutegeno 14

Por consiguiente basta con medir la actividad

residual de carbono 14 en un artefacto de origen

vegetal o animal para determinar su antiguumledad

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 antildeos de antiguumle-

dad es decir ha estado muerta durante un tiempo

equivalente a una vida media Anaacutelogamente un

artefacto que muestra el 25 de la actividad de

carbono 14 del material vegetal reciente tiene

56

11460 anos de antiguumledad 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 aquiacute supone que la formacioacuten del isoacutetopo

fue constante a lo largo del tiempo En realidad no

es asiacute Sin embargo aproximadamente para los

uacuteltimos 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

aacuterboles Se han construido curvas de calibracioacuten

que permiten determinar fechas consideradas co-

mo exactas

En teacuterminos generales el meacutetodo de carbono

14 es razonablemente preciso para fechar objetos

de hasta 50000 antildeos de antiguumledad La cantidad

residual del isoacutetopo en los objetos de una antiguumle-

dad mayor que esa es demasiado pequentildea para

hacer una determinacioacuten exacta

El carboacuten de las fogatas de los pueblos anti-

57

guos fechado por determinacioacuten de la actividad

de carbono 14 se usa para estimar la antiguumledad

de otros artefactos encontrados en el mismo em-

plazamiento arqueoloacutegico La teacutecnica de fechado

por carbono 14 se ha usado tambieacuten para detectar

si supuestos artefactos antiguos han sido falsifica-

dos

EL SUDARIO DE TURIacuteN

Probablemente han oiacutedo hablar del sudario de

Turiacuten Se trata de una pieza de tejido de lino muy

antigua de unos 4 metros de largo que muestra la

impresioacuten aproximada de un cuerpo humano

Desde alrededor del antildeo 1350 dC 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-

bricacioacuten del lienzo habiacutea sido cultivado en alguacuten

memento entre los anos de 1260 y 1390 dC Por

58

tanto el lienzo no podriacutea haber existido en tiem-

pos de Cristo A diferencia de los pergaminos del

Mar Muerto para los que el fechado por carbono

14 demostroacute que son registros auteacutenticos de una

civilizacioacuten que existioacute hace unos 2000 antildeos el

sudario de Turiacuten resultoacute ser falso

FECHADO POR TRITIO

El tritio que es el isoacutetopo radiactivo del

hidroacutegeno sirve tambieacuten para fechar Su vida me-

dia de 123 antildeos lo hace uacutetil para fechar objetos de

hasta 100 antildeos de antiguumledad Una aplicacioacuten inte-

resante es el fechado de aguardientes Estas bebi-

das alcohoacutelicas son muy costosas cuando han sido

antildeejadas de 10 a 50 antildeos El fechado por tritio

permite comprobar la veracidad de los anuncios

publicitarios respecto al proceso de antildeejamiento

de las variedades maacutes caras

Hay muchos otros isoacutetopos que permiten es-

timar la antiguumledad de objetos y materiales

59

Isoacutetopo Vida me-

dia

(antildeos)

Periacuteodo de

utilidad Uso

Carbono 14 5730 500 a 50000

antildeos

Carboacuten vege-

tal material

orgaacutenico

Tritio 123 1 a 100 antildeosVinos antildeeja-

dos

Potasio 40 13 x 109 Desde 10000

antildeos

Rocas corteza

terrestre y

lunar

Renio 187 43 x1010 Desde 4 x

107 antildeos Meteoritos

Ranio238 45 x109 Desde 107

antildeos

Rocas corteza

terrestre

60

10 PLANTAS DE ENERGIacuteA NUCLEAR

iquestSabeacutes de doacutende viene esa energiacutea que nosotros usamos tanto Mucha de la energiacutea eleacutectrica es

producida por plantas nucleares de to-do el mundo

La energiacutea nuclear ha dado origen a bombas

muy destructivas y a la nociva precipitacioacuten ra-

diactiva y podriacutea incluso provocar un devastador

invierno nuclear Sin embargo una cantidad mu-

cho mayor de personas han recibido beneficios de

la energiacutea nuclear que las que han sido perjudica-

das por ella El hecho es que existen muchos usos

de la energiacutea nuclear que son sumamente beneacutefi-

61

cos Ya conocemos el uso de isoacutetopos radiactivos

en el diagnoacutestico cliacutenico y en el fechado de obje-

tos de antiguumledad desconocida Otro uso paciacutefico

de la energiacutea nuclear es la generacioacuten de electri-

cidad Una gran parte de la energiacutea eleacutectrica que

se utiliza hoy en diacutea se genera en plantas de ener-

giacutea nuclear

En la actualidad una quinta parte de toda la

electricidad que se produce en Estados Unidos

proviene de plantas de energiacutea nuclear En Euro-

pa la dependencia respecto a la energiacutea nuclear

para la produccioacuten de electricidad es auacuten mayor

En Francia por ejemplo maacutes del 70 de la ener-

giacutea eleacutectrica del paiacutes proviene de plantas nuclea-

res

No es sorprendente que una reaccioacuten que

desprende tanta energiacutea como lo hace la fisioacuten

nuclear se use como fuente de energiacutea para gene-

rar electricidad En las plantas de energiacutea nuclear

se usa el calor obtenido de una reaccioacuten de fisioacuten

62

en cadena controlada para producir vapor de

agua que mueve las turbinas generadoras de elec-

tricidad El combustible nuclear es normalmente

oacutexido de uranio U3O8 enriquecido hasta alrede-

dor de 3 de uranio 235

La energiacutea nuclear es mucho maacutes limpia que la

que se obtiene quemando combustibles foacutesiles

(carboacuten petroacuteleo y gas) no produce cenizas finas

ni holliacuten no forma dioacutexido de carbono que con-

tribuye al efecto de invernadero y al calentamiento

global y no contamina el aire con oacutexidos de azu-

fre y de nitroacutegeno que dan origen a la lluvia aacutecida

Por otra parte emite grandes cantidades de calor

residual en el ambiente y lo que es mucho maacutes

serio produce muchos residuos radiactivos La

eliminacioacuten de todos estos materiales radiactivos

de desecho es uno de los problemas constantes

que se tienen en relacioacuten con las plantas de energiacutea

nuclear

63

11 BOMBA ATOacuteMICA

Todos sabemos los desastres que pue-

den causar la detonacioacuten de una bomba

nuclear

Aquiacute presentamos la explicacioacuten teoacuterica

y coacutemo se pone en praacutectica

COacuteMO FUNCIONA UNA BOMBA NUCLEAR EN LA

TEORIacuteA

El 16 de Julio de 1945 estalloacute la primera bomba

atoacutemica en el campo de pruebas de Trinity cerca

de aacutelamo Gordo (Nuevo Meacutejico) Desde ese pre-

64

ciso instante la historia de la humanidad ha pasado

a una nueva era la era nuclear

Nunca hasta entonces se habiacutean tenido los cono-

cimientos necesarios como para saber que la masa

puede convertirse en grandes cantidades de ener-

giacutea y coacutemo podiacutea realizarse ese proceso hasta

entonces reservado tan soacutelo a las estrellas

La famosa foacutermula de Einstein E = mc2 ha pasa-

do ya ha formar parte de la cultura popular auacuten sin

que en realidad se llegue a saber que implica

Donde E es energiacutea m masa y c la velocidad de la

luz (constante) En esta ecuacioacuten se expresa la

relacioacuten de equivalencia entre masa y energiacutea Por

ejemplo haciendo algunas cuentas se ve que con

un gramo de uranio si se convirtiese totalmente

en energiacutea se obtendriacutean 25 millones de Kw

Aplicado como una bomba nuclear basta decir

que para asolar Hiroshima soacutelo se convirtioacute un

65

gramo de masa (aunque toda la bomba como me-

canismo pesara cuatro toneladas) su potencia fue

de 125 kilotones es decir para igualar su potencia

seriacutean 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 combustibles

de fisioacuten Cuando en un espacio se reuacutene la sufi-

ciente cantidad de materia (denominada masa criacute-

tica) se produce una reaccioacuten en cadena espontaacute-

nea esto es el nuacutecleo de los aacutetomos del material

se divide liberando energiacutea y varios neutrones

raacutepidos que provocan que otros nuacutecleos tam-

bieacuten se dividan y liberen maacutes energiacutea y neutrones

Este proceso se denomina fisioacuten nuclear Sin em-

bargo si la densidad no es suficiente la energiacutea

liberada hace que el material se expanda y se de-

tenga el proceso Para evitar que se pare la reac-

cioacuten se recurre a una materia muy densa de por siacute

(isoacutetopos del uranio y plutonio) que ademaacutes se

comprime de manera muy raacutepida para lograr una

66

altiacutesima densidad que permite que los neutrones

raacutepidos choquen antes con otros nuacutecleos y se

produzcan antes el mayor nuacutemero 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 maacutes energiacutea Para una

explosioacuten de 100 kilotones son necesarias 58 ge-

neraciones las 7 uacuteltimas generan el 999 de la

energiacutea en periodo cortiacutesimo de tiempo Tambieacuten

puede liberarse energiacutea con la fusioacuten en este pro-

ceso los nuacutecleos se unen en vez de separarse pero

se requieren altiacutesimas temperaturas (del orden de

millones de grados) para que este proceso se lleve

a cabo Para esta reaccioacuten se usan aacutetomos ligeros

(maacutes faacuteciles de unir) generalmente hidroacutegeno o

sus isoacutetopos (deuterio y tritio) Para unir dos aacuteto-

mos basta con hacerlos chocar Los protones de

cada aacutetomo 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

67

fusioacuten deben comprimirse fuertemente los nuacute-

cleos y una vez hecho soacutelo podraacuten continuar uni-

dos si pierden un equivalente de la energiacutea que les

hizo apretarse En el caso de usar deuterio y tritio

se libera violentamente un neutroacuten Esta energiacutea

liberada es la que forma una bomba de fusioacuten

tambieacuten denominada bomba H

COMO FUNCIONA UNA BOMBA ATO-MICA EN LA PRACTICA

Sea cual fuere el sistema de funcionamiento de

una bomba nuclear (fusioacuten o fisioacuten) una cantidad

de masa se convierte en energiacutea la potencia soacutelo

depende de la capacidad de la ingenieriacutea para con-

vertir maacutes masa antes de que la reaccioacuten disperse

las moleacuteculas en teoriacutea la potencia es por tanto

ilimitada

Una bomba nuclear consiste baacutesicamente en una

esfera hueca de plutonio que no es lo suficiente-

68

mente densa como para producir una reaccioacuten 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 explosioacuten se disparan los detonado-

res que hacen que el material explosivo estalle de

la manera lo maacutes regular posible para que enviacutee

una onda de choque esfeacuterica hacia el plutonio

Cuando eacutesta impacta contra eacutel lo comprime y re-

duce su volumen empujaacutendolo hacia el centro de

la esfera hasta que alcanza una densidad suficiente

(supercriacutetica) y se dispara el iniciador de neutrones

para comenzar la reaccioacuten en cadena que da lugar

a la explosioacuten nuclear

Las bombas termonucleares de fusioacuten o H nece-

sitan de una gran temperatura para que se puedan

unir los nuacutecleos esto se consigue en el interior de

una explosioacuten de fisioacuten que es el comienzo de

toda bomba H

69

Una vez acabada la reaccioacuten de fusioacuten nos encon-

traremos con una esfera expandida con una tem-

peratura de millones de grados en la que existen

los productos de la fusioacuten (litio e isoacutetopos del

hidroacutegeno) Tal es su velocidad que pueden fun-

dirse unos con otros dando lugar a la reaccioacuten de

fusioacuten Esta reaccioacuten genera maacutes energiacutea que la

anterior y libera gran cantidad de partiacuteculas nu-

cleares pero no es una reaccioacuten en cadena ya que

el propio calor que genera hace que las partiacuteculas

se separen y se expandan en forma de una esfera

de plasma con una temperatura que tan soacutelo expe-

rimenta el universo de manera natural en las estre-

llas En nuestro sol por ejemplo ocurren la fusioacuten

nuclear de hidroacutegeno y helio Pero antes de que la

reaccioacuten se extinga los neutrones generados por

las detonaciones anteriores provocan de nuevo

una reaccioacuten de fusioacuten sobre una camisa de U-

238 pero esta vez mucho mayor que las anterio-

res La potencia de una bomba termonuclear care-

ce de liacutemite una bomba como la de Hiroshima de

70

125 kilotones (un kilotoacuten equivale a 1000 tonela-

das de TNT) se considera dentro de los arsenales

modernos como pequentildea siendo las de un mega-

toacuten (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 la

Segunda Guerra Mundial

Para la construccioacuten de una bomba nuclear nor-

malmente se usa U-235 mezclado con U-238 El

primero no forma parte de la reaccioacuten nuclear

sino que es el segundo el que es fisionable de ma-

nera espontaacutenea emitiendo neutrones que son

absorbidos por el U-235 para evitar que se pro-

duzca de manera accidental la reaccioacuten en cadena

Asiacute el U-235 hace de escudo absorbiendo los neu-

trones del U-238 que es el que produce la detona-

cioacuten 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

71

reactores nucleares a partir del U-238

La desintegracioacuten del uranio en la reaccioacuten en

cadena se produce de manera espontaacutenea para una

masa de 50 Kg si eacuteste elemento es puro El pluto-

nio no es capaz por si solo de comenzar una raacutepi-

da reaccioacuten en cadena de modo que se mezcla de

berilo y polonio dando como resultado un pro-

ducto que aunque no es fisionable por si solo una

pequentildea cantidad actuacutea como catalizador para las

grandes reacciones Asiacute bastan 16 Kg de PU-239

para obtener la masa supercriacutetica y 10 Kg si se

mezcla con U-238

El U-235 es muy difiacutecil de extraer por encontrarse

en la naturaleza muy mezclado con otros com-

puestos Asiacute por cada 25000 toneladas de mineral

de uranio bruto soacutelo se obtienen 50 toneladas de

uranio del que el 993 es U-235 y el resto el

rariacutesimo isoacutetopo U-238 ambos soacutelo se pueden

separar de manera mecaacutenica gracias a la leviacutesima

72

diferencia de peso entre ambos Asiacute el uranio se

mezcla en forma gaseosa con fluor (hexafluoriacutedri-

co) que es impulsado a baja presioacuten hacieacutendolo

pasar por unas caacutemaras que aumentan la concen-

tracioacuten de uranio sensiblemente tras cientos de

pasadas Para una central nuclear la pureza ha de

ser del 2 y para una bomba (teoacutericamente) el

95

Para separar el isoacutetopo se recurre a la centrifuga-

cioacuten del gas siendo el maacutes pesado U-238 despedi-

do hacia el exterior con maacutes fuerza Para obtener

otra vez el uranio separado del gas se recurre a la

separacioacuten magneacutetica

MECANISMOS QUE SUELEN COMPONER UNA

BOMBA NUCLEAR

Los mecanismos que suelen componer una bom-

ba nuclear son los siguientes

73

ALTIacuteMETRO No suele usarse el baromeacutetrico

por verse afectado por las condiciones atmosfeacuteri-

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 seguacuten el tiempo transcu-

rrido en el recorrido puede saberse la altura sin

necesidad de complicar maacutes el sistema para dar

una precisioacuten que en realidad no es importante (2

o 3 m de diferencia no son apreciables maacutes que

en minibombas bastante menores que las de

Hiroshima) siendo la altura normal de detonacioacuten

la de 2000 m

En la praacutectica 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 electroacute-

nicamente para obtener la diferencia de ambas

que es proporcional a la altura Los pulsos suelen

emitirse 120 veces por segundo y alcanzan un

74

rango de 3000 m sobre la tierra y 6000 m sobre

el mar (la reflexioacuten es alliacute mejor) siendo su error

de hasta 15 m

CABEZA DETONADORA Como ya se dijo

estaacute compuesta de una carga explosiva muy bien

calibrada que a la orden del altiacutemetro detona

produciendo una onda de choque uniforme sobre

el elemento radioactivo comprimieacutendolo hasta

alcanzar la masa supercriacutetica

Compantildeiacuteas privadas producen camisas explosivas

que modificadas pueden ser usadas para la fabri-

cacioacuten del objeto que nos ocupa La cantidad de

presioacuten necesaria a aplicar es un secreto por razo-

nes de seguridad aunque se sabe que los explosi-

vos plaacutesticos son ideales sobre todo por su malea-

bilidad y facilidad de manejo

El detonador variacutea si es combustible es uranio o

plutonio

75

DETONADOR DE URANIO La masa total se

divide en dos partes una mayor de forma semies-

feacuterica y coacutencava que se acopla perfectamente con

la otra maacutes pequentildea Como es de suponer ambas

se encuentran separadas hasta el momento de la

detonacioacuten en el que una explosioacuten convencional

dispara la parte pequentildea que impacta contra la

mayor para lograr en un instante la masa supercriacute-

tica

DETONADOR DE PLUTONIO Necesita

una precisioacuten de ingenieriacutea mucho mayor que la

anterior ya que estaacute compuesta de 32 secciones de

plutonio-berilio-polonio todas de igual forma y

posicioacuten distribuidas conceacutentricamente El aspecto

final es parecido al de un baloacuten de fuacutetbol Todas

han de cerrarse simeacutetricamente en una diezmillo-

neacutesima de segundo para conseguir la detonacioacuten

DEFLECTOR DE NEUTRONES Suele ser

U-238 Su funcioacuten es la que ya se explicoacute evitar

76

una reaccioacuten accidental ademaacutes refleja las partiacutecu-

las de vuelta cuando se alcanza la masa supercriacuteti-

ca

ESCUDO PROTECTOR Recibe otros nom-

bres pero su funcioacuten es siempre la de proteger de

la radiacioacuten natural tanto al personal que la maneja

como a los circuitos de la bomba que pueden su-

frir cortocircuitos o puestas en funcionamiento

accidentales

SISTEMA DE ARMADO Es otro sistema maacutes

de seguridad consistente en quitar una parte im-

prescindible de la bomba para evitar detonaciones

accidentales de modo que soacutelo cuando estaacute

proacuteximo su lanzamiento se inserta esta parte Una

analogiacutea seriacutea como si al aparcar nuestro coche le

quitaacuteramos el volante o una bujiacutea asiacute estariacuteamos

seguros de que no nos lo roban porque sin estas

partes el coche no funciona

77

12 EFECTOS DE UNA EXPLOSIOacuteN NUCLEAR

Tenemos frescas en nuestra memo-

ria las imaacutegenes que nos mostroacute la

televisioacuten cuando se produjo el ac-

cidente de Chernobyl

Aquiacute explicamos todas las conse-

cuencias de una detonacioacuten 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

78

bull Radiacioacuten nuclear inicial la altiacutesima

temperatura y la elevada presioacuten que se

genera en el interior de la explosioacuten emi-

ten radiacioacuten en todas las direcciones Esta

se compone de rayos alfa beta y gamma

que son una forma de radiacioacuten electro-

magneacutetica de alta energiacutea que puede causar

la muerte sin que el individuo se de cuenta

de que ha sido irradiado Una explosioacuten de

un megatoacuten (de tamantildeo estaacutendar) matariacutea

a todo ser humano en 15 Km a la redonda

que se encontrase al aire libre

Las partiacuteculas alfa son ideacutenticas a un nuacutecleo de

helio son las que mas larga vida tienen unos mil

antildeos pero su poder de penetracioacuten 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 radiacioacuten Con 45 cm de tierra se

consigue reducir la radiacioacuten veinte veces

Las partiacuteculas beta penetran maacutes siendo suficiente

79

38 cm de pared de ladrillo para reducir a un quin-

to la radiacioacuten (una pared moderna ya espesa se

compone de 1 pie de ladrillo maacutes caacutemara maacutes

aislante maacutes ladrillo hueco y yeso que suele que-

darse en los 37 cm)

Los de maacutes poder de penetracioacuten son las gamma

y por tanto los maacutes peligrosos ya son los que se

introducen en los refugios nucleares auacuten con

grandes espesores de hormigoacuten La uacutenica protec-

cioacuten eficaz es la de interponer grandes masas de

material mejor cuanto maacutes denso siendo el ideal

el plomo ya que pasa por los materiales como la

luz por una tela si esta es maacutes densa mayor canti-

dad de chocaraacute con ella y no la traspasaraacute Para

reducir la dosis a un veinteavo se precisan 30 cm

de hormigoacuten armado

bull Pulso electromagneacutetico La intensa acti-

vidad de los rayos gamma genera mediante

induccioacuten una corriente de alto voltaje so-

80

bre antenas viacuteas feacuterreas tuberiacuteas que des-

truye todas las instalaciones eleacutectricas de

una amplia zona si la explosioacuten se efectuacutea

a gran altura Una detonacioacuten de muchos

kilotones a 200 km sobre Omaha (Ne-

brasca) destruiriacutea todos los circuitos eleacutec-

tricos integrados de toda Norteameacuterica y

parte de Meacutejico y Canadaacute Ante el riesgo

de una detonacioacuten nuclear es conveniente

alejarse de liacuteneas eleacutectricas y viacutea feacuterreas ya

que la corriente inducida puede electrocu-

tarnos

bull Pulso teacutermico al expandirse la bola de

fuego el aire circundante absorbe energiacutea

en forma de rayos X y la irradia en forma

de una luz cegadora y un intensiacutesimo ca-

lor Una bomba de 20 Megatones produci-

riacutea una intensa luz durante 20 segundos y

causariacutea quemaduras de segundo grado a

81

cualquier persona expuesta a 45 Km de

distancia

bull Onda de choque La raacutepida expansioacuten de

la bola de fuego genera una onda de cho-

que como cualquier explosioacuten pero de

una potencia muy superior ya que puede

aplastar o barrer edificios dantildeaacutendolos muy

seriamente o destruyeacutendolos por comple-

to ya que maacutes que empujar por su dura-

cioacuten lo que hace es estrujar Una bomba

de 20 megatones no dejariacutea en un radio de

20 Km maacutes que escombros soacutelo se salva-

riacutean las cimentaciones y construcciones

enterradas

bull Primera lluvia radioactiva o lluvia ra-

diactiva local una explosioacuten de 20 mega-

tones aras de suelo produciriacutea un craacuteter de

183 m de profundidad la elevada tempe-

82

ratura vaporiza todo lo que se encuentra

dentro de la bola de fuego todo se funde

con los materiales radiactivos de la fisioacuten o

fusioacuten y se eleva con el hongo para luego

precipitar en forma de finas cenizas Esto

ocurriraacute durante las 24 h siguientes a la

explosioacuten y afectaraacute a una regioacuten maacutes o

menos amplia para una misma potencia

seguacuten la climatologiacutea El fenoacutemeno se am-

pliacutea considerablemente si la detonacioacuten se

produce cerca del suelo La energiacutea 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 maacutes destructivos los deno-

minados secundarios como incendios en masa

que acabariacutean con los pocos supervivientes y ma-

tariacutean a maacutes que el pulso teacutermico y la onda de

choque

83

Ademaacutes en caso de que se lanzaran muchas

bombas nucleares sus efectos secundarios seriacutean

mucho maacutes 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 10000 mega-

tones miacutenimos para considerar un holocausto

como tal

bull El primero de estos efectos es que la ra-

dioactividad liberada en caso de holocaus-

to penetrariacutea en todos y cada uno de los

seres vivos (y en el mar la tierra y el aire)

Mientras que en dosis altas (seguacuten la espe-

cie) produciriacutea la muerte en otras maacutes ba-

jas los efectos seriacutean de lo maacutes variados

(mutaciones esterilidad)

bull El segundo seriacutea que los materiales im-

pulsados por las detonaciones se elevariacutean

hasta la troposfera donde ocultariacutean la luz

84

del sol durante meses o antildeos haciendo ba-

jar la temperatura de la tierra y alterando la

fotosiacutentesis de los vegetales y el plancton

marino seriacutea el famoso invierno nuclear

Ademaacutes estos materiales radiactivos iriacutean

cayendo durante meses o antildeos convirtieacuten-

dose en una lluvia radiactiva global que

auacuten con menos dosis radiactiva que una

lluvia provocada por una bomba seriacutea

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

antildeos Ese 5 de energiacutea liberada por la

lluvia radiactividad en una bomba es poco

pero en los 10000 megatones de un holo-

causto suponen ya 500 megatones que iraacuten

estallando durante miles de antildeos des-

pueacutes de la cataacutestrofe

85

bull El tercero seriacutea una reduccioacuten en la capa

de ozono producida por el oacutexido de nitroacute-

geno generado por las bolas de fuego de

modo que la radiacioacuten solar que llegase a

la tierra seriacutea mortal Un 70 del ozono

desapareceriacutea en el hemisferio norte y un

40 en el sur siendo necesarios treinta

antildeos para recuperar su estado normal

86

Ejercicios 12

MODELO DE RESOLUCIOacuteN

La distribucioacuten de los electrones de un aacutetomo

en sus niveles y subniveles se puede representar en

forma abreviada de la siguiente manera

a) Un coeficiente que indica el nuacutemero del nivel

de energiacutea (n)

b) Una letra que corresponde al subnivel

c) Un supraiacutendice que sentildeala el nuacutemero de elec-

trones que hay en el subnivel

1H = 1s1

3Li = 1s2 2s1

En razoacuten del entrecruzamiento de subniveles

el orden en que se van completando los subniveles

por energiacutea creciente es el siguiente

87

1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d

4p 5s 4d 5p 6s 4f

5d 6p 7s 5f 6d

7p

Para visualizar la distribucioacuten de los electrones

en orbitales se puede representar cada orbital por

un pequentildeo cuadrado dividido por una diagonal

y cada electroacuten mediante una flecha

Entonces el orbital puede estar

Vaciacuteo incompleto completo

(1 electroacuten) (2 electrones)

En caso del orbital completo las flechas tienen

sentido contrario para indicar que los electrones

presentan spin contrario

El llenado de los orbitales por los electrones

se realiza a partir de los niveles y subniveles en

88

orden creciente de energiacutea Cada nuevo electroacuten se

incorpora a un orbital vaciacuteo

De ese modo los elementos quedan represen-

tados asiacute

1H =

1s

3Li =

1s 2s

7N =

1s 2s 2p

89

Ejercicios 121

1) Un aacutetomo de foacutesforo tiene 15 protones y 16

neutrones Indicaacute cuaacutel es su

a) nuacutemero atoacutemico (Z) b) nuacutemero

de masa (A)

2) Un aacutetomo de potasio tiene Z =19 y A = 39

Indicaacute su nuacutemero de

a) protones b) electrones

c) neutrones

3) Completaacute los datos que faltan en el siguiente

cuadro

90

ELE-

MEN-

TO

NUacute-

MERO

ATOacute-

MICO

NUacute-

MERO

DE

MASA

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) Sentildealaacute el nombre y siacutembolo de los elementos

cuyas configuraciones electroacutenicas 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) Escribiacute la configuracioacuten electroacutenica de los

siguientes elementos

91

a) Na2311 = c) O16

8 =

b) Cl3517 = d) C12

6 =

6) De acuerdo con la siguiente representacioacuten de

los electrones en orbitales indicaacute a queacute ele-

mentos corresponden

a)

b)

c)

d)

7) Representaacute la distribucioacuten de los electrones en

orbitales de los elementos

a) 7N= c) 18Ar =

b) 15AI = d) 19K =

92

Hoja de respuestas121

1) a) 15 b) 31 2) a) 19 b) 19 c) 20

3)

ELE-

MEN-

TO

NUacuteME-

RO

ATOacute-

MICO

NUacute-

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)Argoacuten Ar

d)Escandio Sc

5) a) 1S2 2S2 2p6 3s1

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)middot

94

Ejercicios 1211

Modelo de resolucioacuten

El nuacutemero de oxidacioacuten se asigna seguacuten las si-

guientes reglas

1) El nuacutemero de oxidacioacuten de los elementos en la

sustancia simple es cero

Ejemplo Cu0 02Cl

2) El nuacutemero de oxidacioacuten del oxiacutegeno es 2

excepto en las sustancias como el agua oxige-

nada Ejemplo H2

2Ominus

3) El nuacutemero de oxidacioacuten del hidroacutegeno es +1

excepto en las sustancias donde estaacute combina-

do con los metales Ejemplo 1

H+

2O

4) El nuacutemero de oxidacioacuten de un ion monoatoacute-

mico es igual a la carga del ion Ejemplo Ca2-

Cl-

95

5) En la foacutermula de una sustancia la suma alge-

braica de los nuacutemeros de oxidacioacuten de todos

los aacutetomos debe ser cero Ejemplo 1

H+

2

2Ominus

there42(+1) + (-2) = 0

6) En los iones que tienen maacutes de un aacutetomo la

suma algebraica de los nuacutemeros de oxidacioacuten

de todos los aacutetomos es igual a la carga del ion

El nuacutemero de oxidacioacuten se escribe colocando primero el signo y luego el nuacutemero

Ejemplo el nuacutemero de oxidacioacuten del aluminio es +3

1) Calculaacute los nuacutemeros de oxidacioacuten en la moleacute-

cula de dioacutexido de azufre (SO2)

Datos SO2 nuacutemero de oxidacioacuten del O2

es 2

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de S

Resolucioacuten Cada aacutetomo de oxiacutegeno tiene

nuacutemero de oxidacioacuten 2 por lo tanto el nuacute-

mero de oxidacioacuten del azufre es +4 porque

2(-2) + (+4) = 0

96

2) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten del azufre en

el aacutecido sulfuacuterico (H2SO4)

Datos H2SO2 nuacutemero de oxidacioacuten del

O2 es 2 nuacutemero de oxidacioacuten de H es -1

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de S

Resolucioacuten Se debe cumplir que la suma al-gebraica de todos los nuacutemeros de oxidacioacuten sea cero

4(-2) + 21 + x = 0

-8 + 2 + x = 0

x = 6

Respuesta el nuacutemero de oxidacioacuten del azufre

en el aacutecido sulfuacuterico es +6

3) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten del nitroacutegeno

en el nitrato de sodio (NaNO3)

Datos NaNO3 nuacutemero de oxidacioacuten del

O2 es 2

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de N

97

Resolucioacuten El nuacutemero de oxidacioacuten del

sodio es +1 porque el ion sodio tiene una car-

ga eleacutectrica positiva

+1 + 3(-2) +x = 0

1 6 + x = 0

x = 5

Respuesta el nuacutemero de oxidacioacuten del nitroacute-

geno en el nitrato de sodio es +5

4) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten del azufre en

el ion sulfato (S 24Ominus )

Datos S 24Ominus nuacutemero de oxidacioacuten del O2

es 2

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de S

Resolucioacuten La suma de los nuacutemeros de

oxidacioacuten es igual a 2 porque el ion sulfato

tiene dos cargas negativas (2-)

x + 4(-2) = -2

x 8 = -2

x = 6

98

Respuesta El nuacutemero de oxidacioacuten del azu-

fre en el ion sulfato es +6

99

Ejercicios 1212

1) Dibujaacute los siacutembolos de Lewis para los aacutetomos

de

a) He b) Al c) Si d) Ar e) N

2) iquestCoacutemo adquiere la distribucioacuten electroacutenica del

ineacutertido maacutes cercano cada uno de los siguien-

tes aacutetomos

a) K b)

F c)

S d) Mg e)

Br

3) Escribiacute las ecuaciones ioacutenicas la foacutermula elec-

troacutenica y la foacutermula miacutenima del compuesto

ioacutenico formado por

a) K y Br (bromuro de potasio)

b) Ca y O (oacutexido de calcio)

4) Marcaacute con una X las propiedades correspon-

dientes a las sustancias que presentan uniones

ioacutenicas

100

a) Son soacutelidas y tienen bajo punto de fusioacuten ( )

b) Conducen la corriente eleacutectrica fundidas o di-

sueltas en agua ( )

c) Tienen brillo metaacutelico ( )

d) Forman cristales duros y quebradizos solubles

en agua ( )

e) No conducen la corriente eleacutectrica ( )

5) Explicaacute coacutemo se unen dos aacutetomos de bromo

para formar la moleacutecula Br2 y escribiacute su

foacutermula electroacutenica y su foacutermula desarrollada

6) La foacutermula del monoacutexido de dicloro es Cl2O

a) Indicaacute queacute tipo de unioacuten existe entre el cloro y

el oxiacutegeno

b) Escribiacute su foacutermula electroacutenica y su foacutermula

desarrollada

7) El azufre y el oxiacutegeno forman dos oacutexidos

importantes el dioacutexido de azufre (SO2) y el

101

trioacutexido de azufre (SO3) Para el trioacutexido de

azufre

a) Indicaacute queacute tipo de unioacuten existe entre el azufre

y los tres aacutetomos de oxiacutegeno

b) Escribiacute la foacutermula electroacutenica

c) Escribiacute la foacutermula desarrollada

8) Marcaacute 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

liacutequidas o soacutelidas ( )

c) Son duacutectiles y maleables ( )

d) No forman moleacuteculas son agregados de

iones ( )

e) No son buenas conductoras de la corriente

eleacutectrica ( )

102

9) Coloque en el pareacutentesis UCP si la unioacuten es

covalente polar y UCNP si es covalento no

polar en cada una de las siguientes sustancias

a) cloruro de hidroacutegeno HCl ( )

b) Hidroacutegeno H2 ( )

c) yodo l2 ( )

10) Escribiacute la foacutermula electroacutenica y la foacutermula

desarrollada de cada una de las sustancias

mencionadas en el ejercicio 9

11) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten

a) del azufre (S)en el dioacutexido de azufre (SO2) en

el trioacutexido de azufre (SO3) y en el sulfuro de

sodio (Na2S)

b) del nitroacutegeno (N) en el dioacutexido de nitroacutegeno

(NO2) en el aacutecido niacutetrico (HNO3) y en el ni-

trato de potasio (KNO3)

12) Marcaacute con una X las propiedades que se expli-

can en el concepto de unioacuten metaacutelica

103

a) Tienen bajo punto de fusioacuten y de

ebullicioacuten ( )

b) Tienen brillo metaacutelico ( )

c) Conducen la corriente eleacutectrica sin

alterarse ( )

d) En estado soacutelido son malos conductores de la

corriente eleacutectrica ( )

e) Forman hilos y laacuteminas delgadas ( )

104

Hoja de respuestas 1212

1) a) He b) Al c)

Si d)

Ar e)

N

2) a) cede un electroacuten d) cede electrones c)

gana dos electrones b) y e) gana un electroacuten

3) a) Ecuaciones ioacutenicas

K K1+ + 1 e

Br + 1 e Br1-

K1+ + Br- KBr

Foacutermula electroacutenica K1+minus

1

Br

Foacutermula miacutenima KBr

b) Ecuaciones ioacutenicas

Ca Ca 2+ + 2 e

O + 2 e O2-

Ca2+ + O2- CaO

Foacutermula electroacutenica Ca2+ minus

2

O

105

Foacutermula miacutenima CaO

4) b y d

5) se unen compartiendo un par de electrones

6) a) unioacuten covalente

b) foacutermula electroacutenica

Cl

O

Cl

foacutermula desarrollada Cl O Cl

7) a) una unioacuten covalente doble entre el azufre y

uno de los aacutetomos de oxiacutegeno dos uniones cova-

lentes coordinadas con los otros dos aacutetomos de

oxiacutegeno

b) Foacutermula electroacutenica

Foacutermula desarrollada

106

8) a b y e

9) a) UCP y c) UCNP

10) Foacutermula electroacutenica Foacutermula desarrollada

a) H

Cl H Cl

b) HH H H

c)

I

I l I

11) a) +4 +6 -2 b) +4 +5 +5

12) b c y e

  • RADIACTIVIDAD
    • IacuteNDICE
      • 1 RADIACTIVIDAD NATURAL
      • 2 RELACIOacuteN ENTRE LA LEY DE LAVOISIER Y LA DE EINSTEIN
      • 3 INTERACCIONES ENTRE AacuteTOMOS Y ONDAS
      • 4 PODER DE PENETRACIOacuteN DE LA RADIACIOacuteN
      • 5 VIDA MEDIA
      • 6 RADIACTIVIDAD ARTIFICIAL
      • 7 USOS DE LOS RADIOISOacuteTOPOS
      • 8 MEDICINA NUCLEAR
      • 9 FECHADO POR MEDIO DE RADIOISOacuteTOPOS
      • 10 PLANTAS DE ENERGIacuteA NUCLEAR
      • 11 BOMBA ATOacuteMICA
      • 12 EFECTOS DE UNA EXPLOSIOacuteN NUCLEAR
        • Ejercicios 12
        • Ejercicios 121
        • Hoja de respuestas121
        • Ejercicios 1211
        • Ejercicios 1212
        • Hoja de respuestas 1212

47

densidad del mismo se determina con base en las

diferencias de absorcioacuten de los rayos

El tecnecio 99m se utiliza en diversos ensayos

diagnoacutesticos La letra m quiere decir metaestable

lo que significa que este isoacutetopo emite cierta ener-

giacutea para convertirse en una versioacuten maacutes estable del

mismo isoacutetopo (mismo nuacutemero atoacutemico y mismo

peso atoacutemico) La energiacutea que desprende es el

rayo gamma que permite detectar el isoacutetopo

Tcm9943 Tc99

43 + y

Observa que la desintegracioacuten del tecnecio

99m no produce partiacuteculas alfa ni beta las cuales

podriacutean causar dantildeos innecesarios al organismo

Ademaacutes el tecnecio 99m tiene una vida media cor-

ta (alrededor de 6 h) lo que significa que la radiac-

tividad no permanece en el organismo mucho

tiempo despueacutes de que la exploracioacuten se ha com-

pletado Esta vida media tan corta obliga a planifi-

48

car cuidadosamente el uso del radioisoacutetopo De

hecho lo que se adquiere no es el isoacutetopo mismo

El tecnecio 99m se forma por desintegracioacuten del

molibdeno 99

Mo9942 Tcm99

43 + e01minus + y

Se emplea un recipiente que contiene este isoacute-

topo de molibdeno y el producto de desintegra-

cioacuten el tecnecio 99 se extrae del recipiente a

medida que se necesita

Mediante el uso de modernas tecnologiacuteas ba-

sadas en la utilizacioacuten de computadoras la tomo-

grafiacutea por emisioacuten de positrones (PET por sus

siglas en ingleacutes) permite medir los procesos dinaacute-

micos que se llevan a cabo en el organismo como

el flujo sanguiacuteneo o la rapidez con la que se meta-

boliza el oxiacutegeno o la glucosa Las exploraciones

de PET se emplean actualmente para identificar

con precisioacuten el aacuterea de dantildeo cerebral que desen-

49

cadena los ataques epileacutepticos graves Antes de la

exploracioacuten se inhalan o se inyectan compuestos

que contienen isoacutetopos emisores de positrones

como el carbono 11 Antes de que el positroacuten

emitido pueda recorrer una distancia apreciable en

el cuerpo se topa con un electroacuten (en toda la ma-

teria ordinaria abundan los electrones) y se produ-

cen dos rayos gamma

C116 B11

5 + e01+

e01+ + e0

1minus 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 simultaacuteneamente

dos rayos gamma el sistema no toma en cuenta

los rayos gamma de la radiacioacuten natural de fondo

A continuacioacuten se emplea una computadora para

calcular la ubicacioacuten dentro del cuerpo del punto

50

en el cual ocurrioacute una aniquilacioacuten del positroacuten y

el electroacuten y se genera una imagen en esa regioacuten

La tabla contiene una lista de radioisoacutetopos de

uso comuacuten en la medicina La lista es necesaria-

mente incompleta Incluso con esta exposicioacuten tan

breve puedes hacerte una idea de la importancia

que los radioisoacutetopos tienen en la medicina La

aseveracioacuten de que la ciencia nuclear ha salvado

maacutes vidas de las destruidas por las bombas atoacutemi-

cas no carece el fundamento

51

Isoacutetopo Nombre Vida me-

dia Uso

C11 Carbono 11 203m Exploraciones cere-

brales

Cr51 Cromo 51 278d Determinacioacuten

del volumen sanguiacute-

neo

Co57 Cobalto 57 270d Medicioacuten de la

incorporacioacuten de

vitamina v12

Co60 Cobalto 60 526a Terapia de caacutencer

por radiacioacuten

Gd153 Gadolinio

153

242d Determinacioacuten

de la densidad oacutesea

Ga67 Galio 67 781h Exploracioacuten en

busca de tumores

pulmonares

I131 Yodo 131 807d Terapia de la ti-

roides

Ir192 Iridio 192 74d Terapia del caacuten-

cer de mamaacute

Fe59 Hierro 59 45d Deteccioacuten de

anemia

52

P32 Foacutesforo 32 143d Deteccioacuten de

caacutencer de la piel o

tumores oculares

Pu238 Plutonio

238

86a Suministra ener-

giacutea para marcapasos

Ra226 Radio 226 1600a Terapia de caacutencer

por radiacioacuten

Se75 Selenio 75 120d Exploraciones del

paacutencreas

Na24 Sodio 24 150h Localizacioacuten de

obstrucciones en el

flujo sanguiacuteneo

Tc99 Tecnecio 99 60h Obtencioacuten de imaacute-

genes de cerebro hiacutega-

do meacutedula oacutesea rintildeoacuten o

corazoacuten

Tl201 Talio 201 73h Deteccioacuten de pro-

blemas cardiacos con la

prueba de esfuerzo en

rueda de andar

H3 Tritio 123a Determinacioacuten de

agua corporal total

Xe133 Xenoacuten133 527d Obtencioacuten de imaacute-

genes de pulmoacuten

53

9 FECHADO POR MEDIO DE RADIOISOacuteTOPOS

Una de las aplicaciones maacutes in-

creiacutebles de la quiacutemica nuclear es la po-

sibilidad de averiguar la antiguumledad de

los objetos encontrados en las investi-

gaciones arqueoloacutegicas

Se puede usar la vida media de ciertos isoacuteto-

pos para estimar la antiguumledad de rocas y artefac-

tos arqueoloacutegicos El uranio 238 se desintegra con

una vida media de 4500 millones de anos Los

productos iniciales de esta desintegracioacuten tambieacuten

son radiactivos y la descomposicioacuten continuacutea

54

hasta que se forma un isoacutetopo de plomo (plomo

206) Los quiacutemicos pueden estimar la antiguumledad

de una roca determinando las proporciones relati-

vas de uranio 238 y plomo 206 Se ha encontrado

que algunas de las rocas maacutes antiguas de la Tierra

se formaron hace entre 3000 y 4500 millones de

antildeos En las rocas lunares y en meteoritos se ha

determinado una antiguumledad maacutexima de alrededor

de 4500 millones de antildeos Asiacute pues se considera

en general que la Tierra tiene una antiguumledad de

unos 4500 millones de antildeos

FECHADO POR CARBONO 14

En el fechado de artefactos interviene por lo

general un isoacutetopo radiactivo de carbono Se for-

ma carbono 14 en las capas superiores de la at-

moacutesfera por el bombardeo que experimenta el

nitroacutegeno ordinario por parte de los neutrones de

los rayos coacutesmicos

55

N147 + n1

0 C146 + H1

1

Este proceso origina una concentracioacuten cons-

tante de carbono 14 en el CO2 terrestre Las plan-

tas y animales vivos incorporan este isoacutetopo en

sus propias ceacutelulas Sin embargo cuando estos

seres mueren se interrumpe la incorporacioacuten de

carbono 14 y el carbono 14 que hay en el orga-

nismo se desintegra (con una vida media de 5 730

antildeos) a nitroacutegeno 14

Por consiguiente basta con medir la actividad

residual de carbono 14 en un artefacto de origen

vegetal o animal para determinar su antiguumledad

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 antildeos de antiguumle-

dad es decir ha estado muerta durante un tiempo

equivalente a una vida media Anaacutelogamente un

artefacto que muestra el 25 de la actividad de

carbono 14 del material vegetal reciente tiene

56

11460 anos de antiguumledad 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 aquiacute supone que la formacioacuten del isoacutetopo

fue constante a lo largo del tiempo En realidad no

es asiacute Sin embargo aproximadamente para los

uacuteltimos 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

aacuterboles Se han construido curvas de calibracioacuten

que permiten determinar fechas consideradas co-

mo exactas

En teacuterminos generales el meacutetodo de carbono

14 es razonablemente preciso para fechar objetos

de hasta 50000 antildeos de antiguumledad La cantidad

residual del isoacutetopo en los objetos de una antiguumle-

dad mayor que esa es demasiado pequentildea para

hacer una determinacioacuten exacta

El carboacuten de las fogatas de los pueblos anti-

57

guos fechado por determinacioacuten de la actividad

de carbono 14 se usa para estimar la antiguumledad

de otros artefactos encontrados en el mismo em-

plazamiento arqueoloacutegico La teacutecnica de fechado

por carbono 14 se ha usado tambieacuten para detectar

si supuestos artefactos antiguos han sido falsifica-

dos

EL SUDARIO DE TURIacuteN

Probablemente han oiacutedo hablar del sudario de

Turiacuten Se trata de una pieza de tejido de lino muy

antigua de unos 4 metros de largo que muestra la

impresioacuten aproximada de un cuerpo humano

Desde alrededor del antildeo 1350 dC 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-

bricacioacuten del lienzo habiacutea sido cultivado en alguacuten

memento entre los anos de 1260 y 1390 dC Por

58

tanto el lienzo no podriacutea haber existido en tiem-

pos de Cristo A diferencia de los pergaminos del

Mar Muerto para los que el fechado por carbono

14 demostroacute que son registros auteacutenticos de una

civilizacioacuten que existioacute hace unos 2000 antildeos el

sudario de Turiacuten resultoacute ser falso

FECHADO POR TRITIO

El tritio que es el isoacutetopo radiactivo del

hidroacutegeno sirve tambieacuten para fechar Su vida me-

dia de 123 antildeos lo hace uacutetil para fechar objetos de

hasta 100 antildeos de antiguumledad Una aplicacioacuten inte-

resante es el fechado de aguardientes Estas bebi-

das alcohoacutelicas son muy costosas cuando han sido

antildeejadas de 10 a 50 antildeos El fechado por tritio

permite comprobar la veracidad de los anuncios

publicitarios respecto al proceso de antildeejamiento

de las variedades maacutes caras

Hay muchos otros isoacutetopos que permiten es-

timar la antiguumledad de objetos y materiales

59

Isoacutetopo Vida me-

dia

(antildeos)

Periacuteodo de

utilidad Uso

Carbono 14 5730 500 a 50000

antildeos

Carboacuten vege-

tal material

orgaacutenico

Tritio 123 1 a 100 antildeosVinos antildeeja-

dos

Potasio 40 13 x 109 Desde 10000

antildeos

Rocas corteza

terrestre y

lunar

Renio 187 43 x1010 Desde 4 x

107 antildeos Meteoritos

Ranio238 45 x109 Desde 107

antildeos

Rocas corteza

terrestre

60

10 PLANTAS DE ENERGIacuteA NUCLEAR

iquestSabeacutes de doacutende viene esa energiacutea que nosotros usamos tanto Mucha de la energiacutea eleacutectrica es

producida por plantas nucleares de to-do el mundo

La energiacutea nuclear ha dado origen a bombas

muy destructivas y a la nociva precipitacioacuten ra-

diactiva y podriacutea incluso provocar un devastador

invierno nuclear Sin embargo una cantidad mu-

cho mayor de personas han recibido beneficios de

la energiacutea nuclear que las que han sido perjudica-

das por ella El hecho es que existen muchos usos

de la energiacutea nuclear que son sumamente beneacutefi-

61

cos Ya conocemos el uso de isoacutetopos radiactivos

en el diagnoacutestico cliacutenico y en el fechado de obje-

tos de antiguumledad desconocida Otro uso paciacutefico

de la energiacutea nuclear es la generacioacuten de electri-

cidad Una gran parte de la energiacutea eleacutectrica que

se utiliza hoy en diacutea se genera en plantas de ener-

giacutea nuclear

En la actualidad una quinta parte de toda la

electricidad que se produce en Estados Unidos

proviene de plantas de energiacutea nuclear En Euro-

pa la dependencia respecto a la energiacutea nuclear

para la produccioacuten de electricidad es auacuten mayor

En Francia por ejemplo maacutes del 70 de la ener-

giacutea eleacutectrica del paiacutes proviene de plantas nuclea-

res

No es sorprendente que una reaccioacuten que

desprende tanta energiacutea como lo hace la fisioacuten

nuclear se use como fuente de energiacutea para gene-

rar electricidad En las plantas de energiacutea nuclear

se usa el calor obtenido de una reaccioacuten de fisioacuten

62

en cadena controlada para producir vapor de

agua que mueve las turbinas generadoras de elec-

tricidad El combustible nuclear es normalmente

oacutexido de uranio U3O8 enriquecido hasta alrede-

dor de 3 de uranio 235

La energiacutea nuclear es mucho maacutes limpia que la

que se obtiene quemando combustibles foacutesiles

(carboacuten petroacuteleo y gas) no produce cenizas finas

ni holliacuten no forma dioacutexido de carbono que con-

tribuye al efecto de invernadero y al calentamiento

global y no contamina el aire con oacutexidos de azu-

fre y de nitroacutegeno que dan origen a la lluvia aacutecida

Por otra parte emite grandes cantidades de calor

residual en el ambiente y lo que es mucho maacutes

serio produce muchos residuos radiactivos La

eliminacioacuten de todos estos materiales radiactivos

de desecho es uno de los problemas constantes

que se tienen en relacioacuten con las plantas de energiacutea

nuclear

63

11 BOMBA ATOacuteMICA

Todos sabemos los desastres que pue-

den causar la detonacioacuten de una bomba

nuclear

Aquiacute presentamos la explicacioacuten teoacuterica

y coacutemo se pone en praacutectica

COacuteMO FUNCIONA UNA BOMBA NUCLEAR EN LA

TEORIacuteA

El 16 de Julio de 1945 estalloacute la primera bomba

atoacutemica en el campo de pruebas de Trinity cerca

de aacutelamo Gordo (Nuevo Meacutejico) Desde ese pre-

64

ciso instante la historia de la humanidad ha pasado

a una nueva era la era nuclear

Nunca hasta entonces se habiacutean tenido los cono-

cimientos necesarios como para saber que la masa

puede convertirse en grandes cantidades de ener-

giacutea y coacutemo podiacutea realizarse ese proceso hasta

entonces reservado tan soacutelo a las estrellas

La famosa foacutermula de Einstein E = mc2 ha pasa-

do ya ha formar parte de la cultura popular auacuten sin

que en realidad se llegue a saber que implica

Donde E es energiacutea m masa y c la velocidad de la

luz (constante) En esta ecuacioacuten se expresa la

relacioacuten de equivalencia entre masa y energiacutea Por

ejemplo haciendo algunas cuentas se ve que con

un gramo de uranio si se convirtiese totalmente

en energiacutea se obtendriacutean 25 millones de Kw

Aplicado como una bomba nuclear basta decir

que para asolar Hiroshima soacutelo se convirtioacute un

65

gramo de masa (aunque toda la bomba como me-

canismo pesara cuatro toneladas) su potencia fue

de 125 kilotones es decir para igualar su potencia

seriacutean 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 combustibles

de fisioacuten Cuando en un espacio se reuacutene la sufi-

ciente cantidad de materia (denominada masa criacute-

tica) se produce una reaccioacuten en cadena espontaacute-

nea esto es el nuacutecleo de los aacutetomos del material

se divide liberando energiacutea y varios neutrones

raacutepidos que provocan que otros nuacutecleos tam-

bieacuten se dividan y liberen maacutes energiacutea y neutrones

Este proceso se denomina fisioacuten nuclear Sin em-

bargo si la densidad no es suficiente la energiacutea

liberada hace que el material se expanda y se de-

tenga el proceso Para evitar que se pare la reac-

cioacuten se recurre a una materia muy densa de por siacute

(isoacutetopos del uranio y plutonio) que ademaacutes se

comprime de manera muy raacutepida para lograr una

66

altiacutesima densidad que permite que los neutrones

raacutepidos choquen antes con otros nuacutecleos y se

produzcan antes el mayor nuacutemero 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 maacutes energiacutea Para una

explosioacuten de 100 kilotones son necesarias 58 ge-

neraciones las 7 uacuteltimas generan el 999 de la

energiacutea en periodo cortiacutesimo de tiempo Tambieacuten

puede liberarse energiacutea con la fusioacuten en este pro-

ceso los nuacutecleos se unen en vez de separarse pero

se requieren altiacutesimas temperaturas (del orden de

millones de grados) para que este proceso se lleve

a cabo Para esta reaccioacuten se usan aacutetomos ligeros

(maacutes faacuteciles de unir) generalmente hidroacutegeno o

sus isoacutetopos (deuterio y tritio) Para unir dos aacuteto-

mos basta con hacerlos chocar Los protones de

cada aacutetomo 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

67

fusioacuten deben comprimirse fuertemente los nuacute-

cleos y una vez hecho soacutelo podraacuten continuar uni-

dos si pierden un equivalente de la energiacutea que les

hizo apretarse En el caso de usar deuterio y tritio

se libera violentamente un neutroacuten Esta energiacutea

liberada es la que forma una bomba de fusioacuten

tambieacuten denominada bomba H

COMO FUNCIONA UNA BOMBA ATO-MICA EN LA PRACTICA

Sea cual fuere el sistema de funcionamiento de

una bomba nuclear (fusioacuten o fisioacuten) una cantidad

de masa se convierte en energiacutea la potencia soacutelo

depende de la capacidad de la ingenieriacutea para con-

vertir maacutes masa antes de que la reaccioacuten disperse

las moleacuteculas en teoriacutea la potencia es por tanto

ilimitada

Una bomba nuclear consiste baacutesicamente en una

esfera hueca de plutonio que no es lo suficiente-

68

mente densa como para producir una reaccioacuten 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 explosioacuten se disparan los detonado-

res que hacen que el material explosivo estalle de

la manera lo maacutes regular posible para que enviacutee

una onda de choque esfeacuterica hacia el plutonio

Cuando eacutesta impacta contra eacutel lo comprime y re-

duce su volumen empujaacutendolo hacia el centro de

la esfera hasta que alcanza una densidad suficiente

(supercriacutetica) y se dispara el iniciador de neutrones

para comenzar la reaccioacuten en cadena que da lugar

a la explosioacuten nuclear

Las bombas termonucleares de fusioacuten o H nece-

sitan de una gran temperatura para que se puedan

unir los nuacutecleos esto se consigue en el interior de

una explosioacuten de fisioacuten que es el comienzo de

toda bomba H

69

Una vez acabada la reaccioacuten de fusioacuten nos encon-

traremos con una esfera expandida con una tem-

peratura de millones de grados en la que existen

los productos de la fusioacuten (litio e isoacutetopos del

hidroacutegeno) Tal es su velocidad que pueden fun-

dirse unos con otros dando lugar a la reaccioacuten de

fusioacuten Esta reaccioacuten genera maacutes energiacutea que la

anterior y libera gran cantidad de partiacuteculas nu-

cleares pero no es una reaccioacuten en cadena ya que

el propio calor que genera hace que las partiacuteculas

se separen y se expandan en forma de una esfera

de plasma con una temperatura que tan soacutelo expe-

rimenta el universo de manera natural en las estre-

llas En nuestro sol por ejemplo ocurren la fusioacuten

nuclear de hidroacutegeno y helio Pero antes de que la

reaccioacuten se extinga los neutrones generados por

las detonaciones anteriores provocan de nuevo

una reaccioacuten de fusioacuten sobre una camisa de U-

238 pero esta vez mucho mayor que las anterio-

res La potencia de una bomba termonuclear care-

ce de liacutemite una bomba como la de Hiroshima de

70

125 kilotones (un kilotoacuten equivale a 1000 tonela-

das de TNT) se considera dentro de los arsenales

modernos como pequentildea siendo las de un mega-

toacuten (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 la

Segunda Guerra Mundial

Para la construccioacuten de una bomba nuclear nor-

malmente se usa U-235 mezclado con U-238 El

primero no forma parte de la reaccioacuten nuclear

sino que es el segundo el que es fisionable de ma-

nera espontaacutenea emitiendo neutrones que son

absorbidos por el U-235 para evitar que se pro-

duzca de manera accidental la reaccioacuten en cadena

Asiacute el U-235 hace de escudo absorbiendo los neu-

trones del U-238 que es el que produce la detona-

cioacuten 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

71

reactores nucleares a partir del U-238

La desintegracioacuten del uranio en la reaccioacuten en

cadena se produce de manera espontaacutenea para una

masa de 50 Kg si eacuteste elemento es puro El pluto-

nio no es capaz por si solo de comenzar una raacutepi-

da reaccioacuten en cadena de modo que se mezcla de

berilo y polonio dando como resultado un pro-

ducto que aunque no es fisionable por si solo una

pequentildea cantidad actuacutea como catalizador para las

grandes reacciones Asiacute bastan 16 Kg de PU-239

para obtener la masa supercriacutetica y 10 Kg si se

mezcla con U-238

El U-235 es muy difiacutecil de extraer por encontrarse

en la naturaleza muy mezclado con otros com-

puestos Asiacute por cada 25000 toneladas de mineral

de uranio bruto soacutelo se obtienen 50 toneladas de

uranio del que el 993 es U-235 y el resto el

rariacutesimo isoacutetopo U-238 ambos soacutelo se pueden

separar de manera mecaacutenica gracias a la leviacutesima

72

diferencia de peso entre ambos Asiacute el uranio se

mezcla en forma gaseosa con fluor (hexafluoriacutedri-

co) que es impulsado a baja presioacuten hacieacutendolo

pasar por unas caacutemaras que aumentan la concen-

tracioacuten de uranio sensiblemente tras cientos de

pasadas Para una central nuclear la pureza ha de

ser del 2 y para una bomba (teoacutericamente) el

95

Para separar el isoacutetopo se recurre a la centrifuga-

cioacuten del gas siendo el maacutes pesado U-238 despedi-

do hacia el exterior con maacutes fuerza Para obtener

otra vez el uranio separado del gas se recurre a la

separacioacuten magneacutetica

MECANISMOS QUE SUELEN COMPONER UNA

BOMBA NUCLEAR

Los mecanismos que suelen componer una bom-

ba nuclear son los siguientes

73

ALTIacuteMETRO No suele usarse el baromeacutetrico

por verse afectado por las condiciones atmosfeacuteri-

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 seguacuten el tiempo transcu-

rrido en el recorrido puede saberse la altura sin

necesidad de complicar maacutes el sistema para dar

una precisioacuten que en realidad no es importante (2

o 3 m de diferencia no son apreciables maacutes que

en minibombas bastante menores que las de

Hiroshima) siendo la altura normal de detonacioacuten

la de 2000 m

En la praacutectica 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 electroacute-

nicamente para obtener la diferencia de ambas

que es proporcional a la altura Los pulsos suelen

emitirse 120 veces por segundo y alcanzan un

74

rango de 3000 m sobre la tierra y 6000 m sobre

el mar (la reflexioacuten es alliacute mejor) siendo su error

de hasta 15 m

CABEZA DETONADORA Como ya se dijo

estaacute compuesta de una carga explosiva muy bien

calibrada que a la orden del altiacutemetro detona

produciendo una onda de choque uniforme sobre

el elemento radioactivo comprimieacutendolo hasta

alcanzar la masa supercriacutetica

Compantildeiacuteas privadas producen camisas explosivas

que modificadas pueden ser usadas para la fabri-

cacioacuten del objeto que nos ocupa La cantidad de

presioacuten necesaria a aplicar es un secreto por razo-

nes de seguridad aunque se sabe que los explosi-

vos plaacutesticos son ideales sobre todo por su malea-

bilidad y facilidad de manejo

El detonador variacutea si es combustible es uranio o

plutonio

75

DETONADOR DE URANIO La masa total se

divide en dos partes una mayor de forma semies-

feacuterica y coacutencava que se acopla perfectamente con

la otra maacutes pequentildea Como es de suponer ambas

se encuentran separadas hasta el momento de la

detonacioacuten en el que una explosioacuten convencional

dispara la parte pequentildea que impacta contra la

mayor para lograr en un instante la masa supercriacute-

tica

DETONADOR DE PLUTONIO Necesita

una precisioacuten de ingenieriacutea mucho mayor que la

anterior ya que estaacute compuesta de 32 secciones de

plutonio-berilio-polonio todas de igual forma y

posicioacuten distribuidas conceacutentricamente El aspecto

final es parecido al de un baloacuten de fuacutetbol Todas

han de cerrarse simeacutetricamente en una diezmillo-

neacutesima de segundo para conseguir la detonacioacuten

DEFLECTOR DE NEUTRONES Suele ser

U-238 Su funcioacuten es la que ya se explicoacute evitar

76

una reaccioacuten accidental ademaacutes refleja las partiacutecu-

las de vuelta cuando se alcanza la masa supercriacuteti-

ca

ESCUDO PROTECTOR Recibe otros nom-

bres pero su funcioacuten es siempre la de proteger de

la radiacioacuten natural tanto al personal que la maneja

como a los circuitos de la bomba que pueden su-

frir cortocircuitos o puestas en funcionamiento

accidentales

SISTEMA DE ARMADO Es otro sistema maacutes

de seguridad consistente en quitar una parte im-

prescindible de la bomba para evitar detonaciones

accidentales de modo que soacutelo cuando estaacute

proacuteximo su lanzamiento se inserta esta parte Una

analogiacutea seriacutea como si al aparcar nuestro coche le

quitaacuteramos el volante o una bujiacutea asiacute estariacuteamos

seguros de que no nos lo roban porque sin estas

partes el coche no funciona

77

12 EFECTOS DE UNA EXPLOSIOacuteN NUCLEAR

Tenemos frescas en nuestra memo-

ria las imaacutegenes que nos mostroacute la

televisioacuten cuando se produjo el ac-

cidente de Chernobyl

Aquiacute explicamos todas las conse-

cuencias de una detonacioacuten 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

78

bull Radiacioacuten nuclear inicial la altiacutesima

temperatura y la elevada presioacuten que se

genera en el interior de la explosioacuten emi-

ten radiacioacuten en todas las direcciones Esta

se compone de rayos alfa beta y gamma

que son una forma de radiacioacuten electro-

magneacutetica de alta energiacutea que puede causar

la muerte sin que el individuo se de cuenta

de que ha sido irradiado Una explosioacuten de

un megatoacuten (de tamantildeo estaacutendar) matariacutea

a todo ser humano en 15 Km a la redonda

que se encontrase al aire libre

Las partiacuteculas alfa son ideacutenticas a un nuacutecleo de

helio son las que mas larga vida tienen unos mil

antildeos pero su poder de penetracioacuten 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 radiacioacuten Con 45 cm de tierra se

consigue reducir la radiacioacuten veinte veces

Las partiacuteculas beta penetran maacutes siendo suficiente

79

38 cm de pared de ladrillo para reducir a un quin-

to la radiacioacuten (una pared moderna ya espesa se

compone de 1 pie de ladrillo maacutes caacutemara maacutes

aislante maacutes ladrillo hueco y yeso que suele que-

darse en los 37 cm)

Los de maacutes poder de penetracioacuten son las gamma

y por tanto los maacutes peligrosos ya son los que se

introducen en los refugios nucleares auacuten con

grandes espesores de hormigoacuten La uacutenica protec-

cioacuten eficaz es la de interponer grandes masas de

material mejor cuanto maacutes denso siendo el ideal

el plomo ya que pasa por los materiales como la

luz por una tela si esta es maacutes densa mayor canti-

dad de chocaraacute con ella y no la traspasaraacute Para

reducir la dosis a un veinteavo se precisan 30 cm

de hormigoacuten armado

bull Pulso electromagneacutetico La intensa acti-

vidad de los rayos gamma genera mediante

induccioacuten una corriente de alto voltaje so-

80

bre antenas viacuteas feacuterreas tuberiacuteas que des-

truye todas las instalaciones eleacutectricas de

una amplia zona si la explosioacuten se efectuacutea

a gran altura Una detonacioacuten de muchos

kilotones a 200 km sobre Omaha (Ne-

brasca) destruiriacutea todos los circuitos eleacutec-

tricos integrados de toda Norteameacuterica y

parte de Meacutejico y Canadaacute Ante el riesgo

de una detonacioacuten nuclear es conveniente

alejarse de liacuteneas eleacutectricas y viacutea feacuterreas ya

que la corriente inducida puede electrocu-

tarnos

bull Pulso teacutermico al expandirse la bola de

fuego el aire circundante absorbe energiacutea

en forma de rayos X y la irradia en forma

de una luz cegadora y un intensiacutesimo ca-

lor Una bomba de 20 Megatones produci-

riacutea una intensa luz durante 20 segundos y

causariacutea quemaduras de segundo grado a

81

cualquier persona expuesta a 45 Km de

distancia

bull Onda de choque La raacutepida expansioacuten de

la bola de fuego genera una onda de cho-

que como cualquier explosioacuten pero de

una potencia muy superior ya que puede

aplastar o barrer edificios dantildeaacutendolos muy

seriamente o destruyeacutendolos por comple-

to ya que maacutes que empujar por su dura-

cioacuten lo que hace es estrujar Una bomba

de 20 megatones no dejariacutea en un radio de

20 Km maacutes que escombros soacutelo se salva-

riacutean las cimentaciones y construcciones

enterradas

bull Primera lluvia radioactiva o lluvia ra-

diactiva local una explosioacuten de 20 mega-

tones aras de suelo produciriacutea un craacuteter de

183 m de profundidad la elevada tempe-

82

ratura vaporiza todo lo que se encuentra

dentro de la bola de fuego todo se funde

con los materiales radiactivos de la fisioacuten o

fusioacuten y se eleva con el hongo para luego

precipitar en forma de finas cenizas Esto

ocurriraacute durante las 24 h siguientes a la

explosioacuten y afectaraacute a una regioacuten maacutes o

menos amplia para una misma potencia

seguacuten la climatologiacutea El fenoacutemeno se am-

pliacutea considerablemente si la detonacioacuten se

produce cerca del suelo La energiacutea 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 maacutes destructivos los deno-

minados secundarios como incendios en masa

que acabariacutean con los pocos supervivientes y ma-

tariacutean a maacutes que el pulso teacutermico y la onda de

choque

83

Ademaacutes en caso de que se lanzaran muchas

bombas nucleares sus efectos secundarios seriacutean

mucho maacutes 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 10000 mega-

tones miacutenimos para considerar un holocausto

como tal

bull El primero de estos efectos es que la ra-

dioactividad liberada en caso de holocaus-

to penetrariacutea en todos y cada uno de los

seres vivos (y en el mar la tierra y el aire)

Mientras que en dosis altas (seguacuten la espe-

cie) produciriacutea la muerte en otras maacutes ba-

jas los efectos seriacutean de lo maacutes variados

(mutaciones esterilidad)

bull El segundo seriacutea que los materiales im-

pulsados por las detonaciones se elevariacutean

hasta la troposfera donde ocultariacutean la luz

84

del sol durante meses o antildeos haciendo ba-

jar la temperatura de la tierra y alterando la

fotosiacutentesis de los vegetales y el plancton

marino seriacutea el famoso invierno nuclear

Ademaacutes estos materiales radiactivos iriacutean

cayendo durante meses o antildeos convirtieacuten-

dose en una lluvia radiactiva global que

auacuten con menos dosis radiactiva que una

lluvia provocada por una bomba seriacutea

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

antildeos Ese 5 de energiacutea liberada por la

lluvia radiactividad en una bomba es poco

pero en los 10000 megatones de un holo-

causto suponen ya 500 megatones que iraacuten

estallando durante miles de antildeos des-

pueacutes de la cataacutestrofe

85

bull El tercero seriacutea una reduccioacuten en la capa

de ozono producida por el oacutexido de nitroacute-

geno generado por las bolas de fuego de

modo que la radiacioacuten solar que llegase a

la tierra seriacutea mortal Un 70 del ozono

desapareceriacutea en el hemisferio norte y un

40 en el sur siendo necesarios treinta

antildeos para recuperar su estado normal

86

Ejercicios 12

MODELO DE RESOLUCIOacuteN

La distribucioacuten de los electrones de un aacutetomo

en sus niveles y subniveles se puede representar en

forma abreviada de la siguiente manera

a) Un coeficiente que indica el nuacutemero del nivel

de energiacutea (n)

b) Una letra que corresponde al subnivel

c) Un supraiacutendice que sentildeala el nuacutemero de elec-

trones que hay en el subnivel

1H = 1s1

3Li = 1s2 2s1

En razoacuten del entrecruzamiento de subniveles

el orden en que se van completando los subniveles

por energiacutea creciente es el siguiente

87

1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d

4p 5s 4d 5p 6s 4f

5d 6p 7s 5f 6d

7p

Para visualizar la distribucioacuten de los electrones

en orbitales se puede representar cada orbital por

un pequentildeo cuadrado dividido por una diagonal

y cada electroacuten mediante una flecha

Entonces el orbital puede estar

Vaciacuteo incompleto completo

(1 electroacuten) (2 electrones)

En caso del orbital completo las flechas tienen

sentido contrario para indicar que los electrones

presentan spin contrario

El llenado de los orbitales por los electrones

se realiza a partir de los niveles y subniveles en

88

orden creciente de energiacutea Cada nuevo electroacuten se

incorpora a un orbital vaciacuteo

De ese modo los elementos quedan represen-

tados asiacute

1H =

1s

3Li =

1s 2s

7N =

1s 2s 2p

89

Ejercicios 121

1) Un aacutetomo de foacutesforo tiene 15 protones y 16

neutrones Indicaacute cuaacutel es su

a) nuacutemero atoacutemico (Z) b) nuacutemero

de masa (A)

2) Un aacutetomo de potasio tiene Z =19 y A = 39

Indicaacute su nuacutemero de

a) protones b) electrones

c) neutrones

3) Completaacute los datos que faltan en el siguiente

cuadro

90

ELE-

MEN-

TO

NUacute-

MERO

ATOacute-

MICO

NUacute-

MERO

DE

MASA

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) Sentildealaacute el nombre y siacutembolo de los elementos

cuyas configuraciones electroacutenicas 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) Escribiacute la configuracioacuten electroacutenica de los

siguientes elementos

91

a) Na2311 = c) O16

8 =

b) Cl3517 = d) C12

6 =

6) De acuerdo con la siguiente representacioacuten de

los electrones en orbitales indicaacute a queacute ele-

mentos corresponden

a)

b)

c)

d)

7) Representaacute la distribucioacuten de los electrones en

orbitales de los elementos

a) 7N= c) 18Ar =

b) 15AI = d) 19K =

92

Hoja de respuestas121

1) a) 15 b) 31 2) a) 19 b) 19 c) 20

3)

ELE-

MEN-

TO

NUacuteME-

RO

ATOacute-

MICO

NUacute-

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)Argoacuten Ar

d)Escandio Sc

5) a) 1S2 2S2 2p6 3s1

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)middot

94

Ejercicios 1211

Modelo de resolucioacuten

El nuacutemero de oxidacioacuten se asigna seguacuten las si-

guientes reglas

1) El nuacutemero de oxidacioacuten de los elementos en la

sustancia simple es cero

Ejemplo Cu0 02Cl

2) El nuacutemero de oxidacioacuten del oxiacutegeno es 2

excepto en las sustancias como el agua oxige-

nada Ejemplo H2

2Ominus

3) El nuacutemero de oxidacioacuten del hidroacutegeno es +1

excepto en las sustancias donde estaacute combina-

do con los metales Ejemplo 1

H+

2O

4) El nuacutemero de oxidacioacuten de un ion monoatoacute-

mico es igual a la carga del ion Ejemplo Ca2-

Cl-

95

5) En la foacutermula de una sustancia la suma alge-

braica de los nuacutemeros de oxidacioacuten de todos

los aacutetomos debe ser cero Ejemplo 1

H+

2

2Ominus

there42(+1) + (-2) = 0

6) En los iones que tienen maacutes de un aacutetomo la

suma algebraica de los nuacutemeros de oxidacioacuten

de todos los aacutetomos es igual a la carga del ion

El nuacutemero de oxidacioacuten se escribe colocando primero el signo y luego el nuacutemero

Ejemplo el nuacutemero de oxidacioacuten del aluminio es +3

1) Calculaacute los nuacutemeros de oxidacioacuten en la moleacute-

cula de dioacutexido de azufre (SO2)

Datos SO2 nuacutemero de oxidacioacuten del O2

es 2

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de S

Resolucioacuten Cada aacutetomo de oxiacutegeno tiene

nuacutemero de oxidacioacuten 2 por lo tanto el nuacute-

mero de oxidacioacuten del azufre es +4 porque

2(-2) + (+4) = 0

96

2) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten del azufre en

el aacutecido sulfuacuterico (H2SO4)

Datos H2SO2 nuacutemero de oxidacioacuten del

O2 es 2 nuacutemero de oxidacioacuten de H es -1

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de S

Resolucioacuten Se debe cumplir que la suma al-gebraica de todos los nuacutemeros de oxidacioacuten sea cero

4(-2) + 21 + x = 0

-8 + 2 + x = 0

x = 6

Respuesta el nuacutemero de oxidacioacuten del azufre

en el aacutecido sulfuacuterico es +6

3) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten del nitroacutegeno

en el nitrato de sodio (NaNO3)

Datos NaNO3 nuacutemero de oxidacioacuten del

O2 es 2

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de N

97

Resolucioacuten El nuacutemero de oxidacioacuten del

sodio es +1 porque el ion sodio tiene una car-

ga eleacutectrica positiva

+1 + 3(-2) +x = 0

1 6 + x = 0

x = 5

Respuesta el nuacutemero de oxidacioacuten del nitroacute-

geno en el nitrato de sodio es +5

4) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten del azufre en

el ion sulfato (S 24Ominus )

Datos S 24Ominus nuacutemero de oxidacioacuten del O2

es 2

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de S

Resolucioacuten La suma de los nuacutemeros de

oxidacioacuten es igual a 2 porque el ion sulfato

tiene dos cargas negativas (2-)

x + 4(-2) = -2

x 8 = -2

x = 6

98

Respuesta El nuacutemero de oxidacioacuten del azu-

fre en el ion sulfato es +6

99

Ejercicios 1212

1) Dibujaacute los siacutembolos de Lewis para los aacutetomos

de

a) He b) Al c) Si d) Ar e) N

2) iquestCoacutemo adquiere la distribucioacuten electroacutenica del

ineacutertido maacutes cercano cada uno de los siguien-

tes aacutetomos

a) K b)

F c)

S d) Mg e)

Br

3) Escribiacute las ecuaciones ioacutenicas la foacutermula elec-

troacutenica y la foacutermula miacutenima del compuesto

ioacutenico formado por

a) K y Br (bromuro de potasio)

b) Ca y O (oacutexido de calcio)

4) Marcaacute con una X las propiedades correspon-

dientes a las sustancias que presentan uniones

ioacutenicas

100

a) Son soacutelidas y tienen bajo punto de fusioacuten ( )

b) Conducen la corriente eleacutectrica fundidas o di-

sueltas en agua ( )

c) Tienen brillo metaacutelico ( )

d) Forman cristales duros y quebradizos solubles

en agua ( )

e) No conducen la corriente eleacutectrica ( )

5) Explicaacute coacutemo se unen dos aacutetomos de bromo

para formar la moleacutecula Br2 y escribiacute su

foacutermula electroacutenica y su foacutermula desarrollada

6) La foacutermula del monoacutexido de dicloro es Cl2O

a) Indicaacute queacute tipo de unioacuten existe entre el cloro y

el oxiacutegeno

b) Escribiacute su foacutermula electroacutenica y su foacutermula

desarrollada

7) El azufre y el oxiacutegeno forman dos oacutexidos

importantes el dioacutexido de azufre (SO2) y el

101

trioacutexido de azufre (SO3) Para el trioacutexido de

azufre

a) Indicaacute queacute tipo de unioacuten existe entre el azufre

y los tres aacutetomos de oxiacutegeno

b) Escribiacute la foacutermula electroacutenica

c) Escribiacute la foacutermula desarrollada

8) Marcaacute 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

liacutequidas o soacutelidas ( )

c) Son duacutectiles y maleables ( )

d) No forman moleacuteculas son agregados de

iones ( )

e) No son buenas conductoras de la corriente

eleacutectrica ( )

102

9) Coloque en el pareacutentesis UCP si la unioacuten es

covalente polar y UCNP si es covalento no

polar en cada una de las siguientes sustancias

a) cloruro de hidroacutegeno HCl ( )

b) Hidroacutegeno H2 ( )

c) yodo l2 ( )

10) Escribiacute la foacutermula electroacutenica y la foacutermula

desarrollada de cada una de las sustancias

mencionadas en el ejercicio 9

11) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten

a) del azufre (S)en el dioacutexido de azufre (SO2) en

el trioacutexido de azufre (SO3) y en el sulfuro de

sodio (Na2S)

b) del nitroacutegeno (N) en el dioacutexido de nitroacutegeno

(NO2) en el aacutecido niacutetrico (HNO3) y en el ni-

trato de potasio (KNO3)

12) Marcaacute con una X las propiedades que se expli-

can en el concepto de unioacuten metaacutelica

103

a) Tienen bajo punto de fusioacuten y de

ebullicioacuten ( )

b) Tienen brillo metaacutelico ( )

c) Conducen la corriente eleacutectrica sin

alterarse ( )

d) En estado soacutelido son malos conductores de la

corriente eleacutectrica ( )

e) Forman hilos y laacuteminas delgadas ( )

104

Hoja de respuestas 1212

1) a) He b) Al c)

Si d)

Ar e)

N

2) a) cede un electroacuten d) cede electrones c)

gana dos electrones b) y e) gana un electroacuten

3) a) Ecuaciones ioacutenicas

K K1+ + 1 e

Br + 1 e Br1-

K1+ + Br- KBr

Foacutermula electroacutenica K1+minus

1

Br

Foacutermula miacutenima KBr

b) Ecuaciones ioacutenicas

Ca Ca 2+ + 2 e

O + 2 e O2-

Ca2+ + O2- CaO

Foacutermula electroacutenica Ca2+ minus

2

O

105

Foacutermula miacutenima CaO

4) b y d

5) se unen compartiendo un par de electrones

6) a) unioacuten covalente

b) foacutermula electroacutenica

Cl

O

Cl

foacutermula desarrollada Cl O Cl

7) a) una unioacuten covalente doble entre el azufre y

uno de los aacutetomos de oxiacutegeno dos uniones cova-

lentes coordinadas con los otros dos aacutetomos de

oxiacutegeno

b) Foacutermula electroacutenica

Foacutermula desarrollada

106

8) a b y e

9) a) UCP y c) UCNP

10) Foacutermula electroacutenica Foacutermula desarrollada

a) H

Cl H Cl

b) HH H H

c)

I

I l I

11) a) +4 +6 -2 b) +4 +5 +5

12) b c y e

  • RADIACTIVIDAD
    • IacuteNDICE
      • 1 RADIACTIVIDAD NATURAL
      • 2 RELACIOacuteN ENTRE LA LEY DE LAVOISIER Y LA DE EINSTEIN
      • 3 INTERACCIONES ENTRE AacuteTOMOS Y ONDAS
      • 4 PODER DE PENETRACIOacuteN DE LA RADIACIOacuteN
      • 5 VIDA MEDIA
      • 6 RADIACTIVIDAD ARTIFICIAL
      • 7 USOS DE LOS RADIOISOacuteTOPOS
      • 8 MEDICINA NUCLEAR
      • 9 FECHADO POR MEDIO DE RADIOISOacuteTOPOS
      • 10 PLANTAS DE ENERGIacuteA NUCLEAR
      • 11 BOMBA ATOacuteMICA
      • 12 EFECTOS DE UNA EXPLOSIOacuteN NUCLEAR
        • Ejercicios 12
        • Ejercicios 121
        • Hoja de respuestas121
        • Ejercicios 1211
        • Ejercicios 1212
        • Hoja de respuestas 1212

48

car cuidadosamente el uso del radioisoacutetopo De

hecho lo que se adquiere no es el isoacutetopo mismo

El tecnecio 99m se forma por desintegracioacuten del

molibdeno 99

Mo9942 Tcm99

43 + e01minus + y

Se emplea un recipiente que contiene este isoacute-

topo de molibdeno y el producto de desintegra-

cioacuten el tecnecio 99 se extrae del recipiente a

medida que se necesita

Mediante el uso de modernas tecnologiacuteas ba-

sadas en la utilizacioacuten de computadoras la tomo-

grafiacutea por emisioacuten de positrones (PET por sus

siglas en ingleacutes) permite medir los procesos dinaacute-

micos que se llevan a cabo en el organismo como

el flujo sanguiacuteneo o la rapidez con la que se meta-

boliza el oxiacutegeno o la glucosa Las exploraciones

de PET se emplean actualmente para identificar

con precisioacuten el aacuterea de dantildeo cerebral que desen-

49

cadena los ataques epileacutepticos graves Antes de la

exploracioacuten se inhalan o se inyectan compuestos

que contienen isoacutetopos emisores de positrones

como el carbono 11 Antes de que el positroacuten

emitido pueda recorrer una distancia apreciable en

el cuerpo se topa con un electroacuten (en toda la ma-

teria ordinaria abundan los electrones) y se produ-

cen dos rayos gamma

C116 B11

5 + e01+

e01+ + e0

1minus 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 simultaacuteneamente

dos rayos gamma el sistema no toma en cuenta

los rayos gamma de la radiacioacuten natural de fondo

A continuacioacuten se emplea una computadora para

calcular la ubicacioacuten dentro del cuerpo del punto

50

en el cual ocurrioacute una aniquilacioacuten del positroacuten y

el electroacuten y se genera una imagen en esa regioacuten

La tabla contiene una lista de radioisoacutetopos de

uso comuacuten en la medicina La lista es necesaria-

mente incompleta Incluso con esta exposicioacuten tan

breve puedes hacerte una idea de la importancia

que los radioisoacutetopos tienen en la medicina La

aseveracioacuten de que la ciencia nuclear ha salvado

maacutes vidas de las destruidas por las bombas atoacutemi-

cas no carece el fundamento

51

Isoacutetopo Nombre Vida me-

dia Uso

C11 Carbono 11 203m Exploraciones cere-

brales

Cr51 Cromo 51 278d Determinacioacuten

del volumen sanguiacute-

neo

Co57 Cobalto 57 270d Medicioacuten de la

incorporacioacuten de

vitamina v12

Co60 Cobalto 60 526a Terapia de caacutencer

por radiacioacuten

Gd153 Gadolinio

153

242d Determinacioacuten

de la densidad oacutesea

Ga67 Galio 67 781h Exploracioacuten en

busca de tumores

pulmonares

I131 Yodo 131 807d Terapia de la ti-

roides

Ir192 Iridio 192 74d Terapia del caacuten-

cer de mamaacute

Fe59 Hierro 59 45d Deteccioacuten de

anemia

52

P32 Foacutesforo 32 143d Deteccioacuten de

caacutencer de la piel o

tumores oculares

Pu238 Plutonio

238

86a Suministra ener-

giacutea para marcapasos

Ra226 Radio 226 1600a Terapia de caacutencer

por radiacioacuten

Se75 Selenio 75 120d Exploraciones del

paacutencreas

Na24 Sodio 24 150h Localizacioacuten de

obstrucciones en el

flujo sanguiacuteneo

Tc99 Tecnecio 99 60h Obtencioacuten de imaacute-

genes de cerebro hiacutega-

do meacutedula oacutesea rintildeoacuten o

corazoacuten

Tl201 Talio 201 73h Deteccioacuten de pro-

blemas cardiacos con la

prueba de esfuerzo en

rueda de andar

H3 Tritio 123a Determinacioacuten de

agua corporal total

Xe133 Xenoacuten133 527d Obtencioacuten de imaacute-

genes de pulmoacuten

53

9 FECHADO POR MEDIO DE RADIOISOacuteTOPOS

Una de las aplicaciones maacutes in-

creiacutebles de la quiacutemica nuclear es la po-

sibilidad de averiguar la antiguumledad de

los objetos encontrados en las investi-

gaciones arqueoloacutegicas

Se puede usar la vida media de ciertos isoacuteto-

pos para estimar la antiguumledad de rocas y artefac-

tos arqueoloacutegicos El uranio 238 se desintegra con

una vida media de 4500 millones de anos Los

productos iniciales de esta desintegracioacuten tambieacuten

son radiactivos y la descomposicioacuten continuacutea

54

hasta que se forma un isoacutetopo de plomo (plomo

206) Los quiacutemicos pueden estimar la antiguumledad

de una roca determinando las proporciones relati-

vas de uranio 238 y plomo 206 Se ha encontrado

que algunas de las rocas maacutes antiguas de la Tierra

se formaron hace entre 3000 y 4500 millones de

antildeos En las rocas lunares y en meteoritos se ha

determinado una antiguumledad maacutexima de alrededor

de 4500 millones de antildeos Asiacute pues se considera

en general que la Tierra tiene una antiguumledad de

unos 4500 millones de antildeos

FECHADO POR CARBONO 14

En el fechado de artefactos interviene por lo

general un isoacutetopo radiactivo de carbono Se for-

ma carbono 14 en las capas superiores de la at-

moacutesfera por el bombardeo que experimenta el

nitroacutegeno ordinario por parte de los neutrones de

los rayos coacutesmicos

55

N147 + n1

0 C146 + H1

1

Este proceso origina una concentracioacuten cons-

tante de carbono 14 en el CO2 terrestre Las plan-

tas y animales vivos incorporan este isoacutetopo en

sus propias ceacutelulas Sin embargo cuando estos

seres mueren se interrumpe la incorporacioacuten de

carbono 14 y el carbono 14 que hay en el orga-

nismo se desintegra (con una vida media de 5 730

antildeos) a nitroacutegeno 14

Por consiguiente basta con medir la actividad

residual de carbono 14 en un artefacto de origen

vegetal o animal para determinar su antiguumledad

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 antildeos de antiguumle-

dad es decir ha estado muerta durante un tiempo

equivalente a una vida media Anaacutelogamente un

artefacto que muestra el 25 de la actividad de

carbono 14 del material vegetal reciente tiene

56

11460 anos de antiguumledad 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 aquiacute supone que la formacioacuten del isoacutetopo

fue constante a lo largo del tiempo En realidad no

es asiacute Sin embargo aproximadamente para los

uacuteltimos 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

aacuterboles Se han construido curvas de calibracioacuten

que permiten determinar fechas consideradas co-

mo exactas

En teacuterminos generales el meacutetodo de carbono

14 es razonablemente preciso para fechar objetos

de hasta 50000 antildeos de antiguumledad La cantidad

residual del isoacutetopo en los objetos de una antiguumle-

dad mayor que esa es demasiado pequentildea para

hacer una determinacioacuten exacta

El carboacuten de las fogatas de los pueblos anti-

57

guos fechado por determinacioacuten de la actividad

de carbono 14 se usa para estimar la antiguumledad

de otros artefactos encontrados en el mismo em-

plazamiento arqueoloacutegico La teacutecnica de fechado

por carbono 14 se ha usado tambieacuten para detectar

si supuestos artefactos antiguos han sido falsifica-

dos

EL SUDARIO DE TURIacuteN

Probablemente han oiacutedo hablar del sudario de

Turiacuten Se trata de una pieza de tejido de lino muy

antigua de unos 4 metros de largo que muestra la

impresioacuten aproximada de un cuerpo humano

Desde alrededor del antildeo 1350 dC 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-

bricacioacuten del lienzo habiacutea sido cultivado en alguacuten

memento entre los anos de 1260 y 1390 dC Por

58

tanto el lienzo no podriacutea haber existido en tiem-

pos de Cristo A diferencia de los pergaminos del

Mar Muerto para los que el fechado por carbono

14 demostroacute que son registros auteacutenticos de una

civilizacioacuten que existioacute hace unos 2000 antildeos el

sudario de Turiacuten resultoacute ser falso

FECHADO POR TRITIO

El tritio que es el isoacutetopo radiactivo del

hidroacutegeno sirve tambieacuten para fechar Su vida me-

dia de 123 antildeos lo hace uacutetil para fechar objetos de

hasta 100 antildeos de antiguumledad Una aplicacioacuten inte-

resante es el fechado de aguardientes Estas bebi-

das alcohoacutelicas son muy costosas cuando han sido

antildeejadas de 10 a 50 antildeos El fechado por tritio

permite comprobar la veracidad de los anuncios

publicitarios respecto al proceso de antildeejamiento

de las variedades maacutes caras

Hay muchos otros isoacutetopos que permiten es-

timar la antiguumledad de objetos y materiales

59

Isoacutetopo Vida me-

dia

(antildeos)

Periacuteodo de

utilidad Uso

Carbono 14 5730 500 a 50000

antildeos

Carboacuten vege-

tal material

orgaacutenico

Tritio 123 1 a 100 antildeosVinos antildeeja-

dos

Potasio 40 13 x 109 Desde 10000

antildeos

Rocas corteza

terrestre y

lunar

Renio 187 43 x1010 Desde 4 x

107 antildeos Meteoritos

Ranio238 45 x109 Desde 107

antildeos

Rocas corteza

terrestre

60

10 PLANTAS DE ENERGIacuteA NUCLEAR

iquestSabeacutes de doacutende viene esa energiacutea que nosotros usamos tanto Mucha de la energiacutea eleacutectrica es

producida por plantas nucleares de to-do el mundo

La energiacutea nuclear ha dado origen a bombas

muy destructivas y a la nociva precipitacioacuten ra-

diactiva y podriacutea incluso provocar un devastador

invierno nuclear Sin embargo una cantidad mu-

cho mayor de personas han recibido beneficios de

la energiacutea nuclear que las que han sido perjudica-

das por ella El hecho es que existen muchos usos

de la energiacutea nuclear que son sumamente beneacutefi-

61

cos Ya conocemos el uso de isoacutetopos radiactivos

en el diagnoacutestico cliacutenico y en el fechado de obje-

tos de antiguumledad desconocida Otro uso paciacutefico

de la energiacutea nuclear es la generacioacuten de electri-

cidad Una gran parte de la energiacutea eleacutectrica que

se utiliza hoy en diacutea se genera en plantas de ener-

giacutea nuclear

En la actualidad una quinta parte de toda la

electricidad que se produce en Estados Unidos

proviene de plantas de energiacutea nuclear En Euro-

pa la dependencia respecto a la energiacutea nuclear

para la produccioacuten de electricidad es auacuten mayor

En Francia por ejemplo maacutes del 70 de la ener-

giacutea eleacutectrica del paiacutes proviene de plantas nuclea-

res

No es sorprendente que una reaccioacuten que

desprende tanta energiacutea como lo hace la fisioacuten

nuclear se use como fuente de energiacutea para gene-

rar electricidad En las plantas de energiacutea nuclear

se usa el calor obtenido de una reaccioacuten de fisioacuten

62

en cadena controlada para producir vapor de

agua que mueve las turbinas generadoras de elec-

tricidad El combustible nuclear es normalmente

oacutexido de uranio U3O8 enriquecido hasta alrede-

dor de 3 de uranio 235

La energiacutea nuclear es mucho maacutes limpia que la

que se obtiene quemando combustibles foacutesiles

(carboacuten petroacuteleo y gas) no produce cenizas finas

ni holliacuten no forma dioacutexido de carbono que con-

tribuye al efecto de invernadero y al calentamiento

global y no contamina el aire con oacutexidos de azu-

fre y de nitroacutegeno que dan origen a la lluvia aacutecida

Por otra parte emite grandes cantidades de calor

residual en el ambiente y lo que es mucho maacutes

serio produce muchos residuos radiactivos La

eliminacioacuten de todos estos materiales radiactivos

de desecho es uno de los problemas constantes

que se tienen en relacioacuten con las plantas de energiacutea

nuclear

63

11 BOMBA ATOacuteMICA

Todos sabemos los desastres que pue-

den causar la detonacioacuten de una bomba

nuclear

Aquiacute presentamos la explicacioacuten teoacuterica

y coacutemo se pone en praacutectica

COacuteMO FUNCIONA UNA BOMBA NUCLEAR EN LA

TEORIacuteA

El 16 de Julio de 1945 estalloacute la primera bomba

atoacutemica en el campo de pruebas de Trinity cerca

de aacutelamo Gordo (Nuevo Meacutejico) Desde ese pre-

64

ciso instante la historia de la humanidad ha pasado

a una nueva era la era nuclear

Nunca hasta entonces se habiacutean tenido los cono-

cimientos necesarios como para saber que la masa

puede convertirse en grandes cantidades de ener-

giacutea y coacutemo podiacutea realizarse ese proceso hasta

entonces reservado tan soacutelo a las estrellas

La famosa foacutermula de Einstein E = mc2 ha pasa-

do ya ha formar parte de la cultura popular auacuten sin

que en realidad se llegue a saber que implica

Donde E es energiacutea m masa y c la velocidad de la

luz (constante) En esta ecuacioacuten se expresa la

relacioacuten de equivalencia entre masa y energiacutea Por

ejemplo haciendo algunas cuentas se ve que con

un gramo de uranio si se convirtiese totalmente

en energiacutea se obtendriacutean 25 millones de Kw

Aplicado como una bomba nuclear basta decir

que para asolar Hiroshima soacutelo se convirtioacute un

65

gramo de masa (aunque toda la bomba como me-

canismo pesara cuatro toneladas) su potencia fue

de 125 kilotones es decir para igualar su potencia

seriacutean 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 combustibles

de fisioacuten Cuando en un espacio se reuacutene la sufi-

ciente cantidad de materia (denominada masa criacute-

tica) se produce una reaccioacuten en cadena espontaacute-

nea esto es el nuacutecleo de los aacutetomos del material

se divide liberando energiacutea y varios neutrones

raacutepidos que provocan que otros nuacutecleos tam-

bieacuten se dividan y liberen maacutes energiacutea y neutrones

Este proceso se denomina fisioacuten nuclear Sin em-

bargo si la densidad no es suficiente la energiacutea

liberada hace que el material se expanda y se de-

tenga el proceso Para evitar que se pare la reac-

cioacuten se recurre a una materia muy densa de por siacute

(isoacutetopos del uranio y plutonio) que ademaacutes se

comprime de manera muy raacutepida para lograr una

66

altiacutesima densidad que permite que los neutrones

raacutepidos choquen antes con otros nuacutecleos y se

produzcan antes el mayor nuacutemero 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 maacutes energiacutea Para una

explosioacuten de 100 kilotones son necesarias 58 ge-

neraciones las 7 uacuteltimas generan el 999 de la

energiacutea en periodo cortiacutesimo de tiempo Tambieacuten

puede liberarse energiacutea con la fusioacuten en este pro-

ceso los nuacutecleos se unen en vez de separarse pero

se requieren altiacutesimas temperaturas (del orden de

millones de grados) para que este proceso se lleve

a cabo Para esta reaccioacuten se usan aacutetomos ligeros

(maacutes faacuteciles de unir) generalmente hidroacutegeno o

sus isoacutetopos (deuterio y tritio) Para unir dos aacuteto-

mos basta con hacerlos chocar Los protones de

cada aacutetomo 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

67

fusioacuten deben comprimirse fuertemente los nuacute-

cleos y una vez hecho soacutelo podraacuten continuar uni-

dos si pierden un equivalente de la energiacutea que les

hizo apretarse En el caso de usar deuterio y tritio

se libera violentamente un neutroacuten Esta energiacutea

liberada es la que forma una bomba de fusioacuten

tambieacuten denominada bomba H

COMO FUNCIONA UNA BOMBA ATO-MICA EN LA PRACTICA

Sea cual fuere el sistema de funcionamiento de

una bomba nuclear (fusioacuten o fisioacuten) una cantidad

de masa se convierte en energiacutea la potencia soacutelo

depende de la capacidad de la ingenieriacutea para con-

vertir maacutes masa antes de que la reaccioacuten disperse

las moleacuteculas en teoriacutea la potencia es por tanto

ilimitada

Una bomba nuclear consiste baacutesicamente en una

esfera hueca de plutonio que no es lo suficiente-

68

mente densa como para producir una reaccioacuten 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 explosioacuten se disparan los detonado-

res que hacen que el material explosivo estalle de

la manera lo maacutes regular posible para que enviacutee

una onda de choque esfeacuterica hacia el plutonio

Cuando eacutesta impacta contra eacutel lo comprime y re-

duce su volumen empujaacutendolo hacia el centro de

la esfera hasta que alcanza una densidad suficiente

(supercriacutetica) y se dispara el iniciador de neutrones

para comenzar la reaccioacuten en cadena que da lugar

a la explosioacuten nuclear

Las bombas termonucleares de fusioacuten o H nece-

sitan de una gran temperatura para que se puedan

unir los nuacutecleos esto se consigue en el interior de

una explosioacuten de fisioacuten que es el comienzo de

toda bomba H

69

Una vez acabada la reaccioacuten de fusioacuten nos encon-

traremos con una esfera expandida con una tem-

peratura de millones de grados en la que existen

los productos de la fusioacuten (litio e isoacutetopos del

hidroacutegeno) Tal es su velocidad que pueden fun-

dirse unos con otros dando lugar a la reaccioacuten de

fusioacuten Esta reaccioacuten genera maacutes energiacutea que la

anterior y libera gran cantidad de partiacuteculas nu-

cleares pero no es una reaccioacuten en cadena ya que

el propio calor que genera hace que las partiacuteculas

se separen y se expandan en forma de una esfera

de plasma con una temperatura que tan soacutelo expe-

rimenta el universo de manera natural en las estre-

llas En nuestro sol por ejemplo ocurren la fusioacuten

nuclear de hidroacutegeno y helio Pero antes de que la

reaccioacuten se extinga los neutrones generados por

las detonaciones anteriores provocan de nuevo

una reaccioacuten de fusioacuten sobre una camisa de U-

238 pero esta vez mucho mayor que las anterio-

res La potencia de una bomba termonuclear care-

ce de liacutemite una bomba como la de Hiroshima de

70

125 kilotones (un kilotoacuten equivale a 1000 tonela-

das de TNT) se considera dentro de los arsenales

modernos como pequentildea siendo las de un mega-

toacuten (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 la

Segunda Guerra Mundial

Para la construccioacuten de una bomba nuclear nor-

malmente se usa U-235 mezclado con U-238 El

primero no forma parte de la reaccioacuten nuclear

sino que es el segundo el que es fisionable de ma-

nera espontaacutenea emitiendo neutrones que son

absorbidos por el U-235 para evitar que se pro-

duzca de manera accidental la reaccioacuten en cadena

Asiacute el U-235 hace de escudo absorbiendo los neu-

trones del U-238 que es el que produce la detona-

cioacuten 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

71

reactores nucleares a partir del U-238

La desintegracioacuten del uranio en la reaccioacuten en

cadena se produce de manera espontaacutenea para una

masa de 50 Kg si eacuteste elemento es puro El pluto-

nio no es capaz por si solo de comenzar una raacutepi-

da reaccioacuten en cadena de modo que se mezcla de

berilo y polonio dando como resultado un pro-

ducto que aunque no es fisionable por si solo una

pequentildea cantidad actuacutea como catalizador para las

grandes reacciones Asiacute bastan 16 Kg de PU-239

para obtener la masa supercriacutetica y 10 Kg si se

mezcla con U-238

El U-235 es muy difiacutecil de extraer por encontrarse

en la naturaleza muy mezclado con otros com-

puestos Asiacute por cada 25000 toneladas de mineral

de uranio bruto soacutelo se obtienen 50 toneladas de

uranio del que el 993 es U-235 y el resto el

rariacutesimo isoacutetopo U-238 ambos soacutelo se pueden

separar de manera mecaacutenica gracias a la leviacutesima

72

diferencia de peso entre ambos Asiacute el uranio se

mezcla en forma gaseosa con fluor (hexafluoriacutedri-

co) que es impulsado a baja presioacuten hacieacutendolo

pasar por unas caacutemaras que aumentan la concen-

tracioacuten de uranio sensiblemente tras cientos de

pasadas Para una central nuclear la pureza ha de

ser del 2 y para una bomba (teoacutericamente) el

95

Para separar el isoacutetopo se recurre a la centrifuga-

cioacuten del gas siendo el maacutes pesado U-238 despedi-

do hacia el exterior con maacutes fuerza Para obtener

otra vez el uranio separado del gas se recurre a la

separacioacuten magneacutetica

MECANISMOS QUE SUELEN COMPONER UNA

BOMBA NUCLEAR

Los mecanismos que suelen componer una bom-

ba nuclear son los siguientes

73

ALTIacuteMETRO No suele usarse el baromeacutetrico

por verse afectado por las condiciones atmosfeacuteri-

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 seguacuten el tiempo transcu-

rrido en el recorrido puede saberse la altura sin

necesidad de complicar maacutes el sistema para dar

una precisioacuten que en realidad no es importante (2

o 3 m de diferencia no son apreciables maacutes que

en minibombas bastante menores que las de

Hiroshima) siendo la altura normal de detonacioacuten

la de 2000 m

En la praacutectica 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 electroacute-

nicamente para obtener la diferencia de ambas

que es proporcional a la altura Los pulsos suelen

emitirse 120 veces por segundo y alcanzan un

74

rango de 3000 m sobre la tierra y 6000 m sobre

el mar (la reflexioacuten es alliacute mejor) siendo su error

de hasta 15 m

CABEZA DETONADORA Como ya se dijo

estaacute compuesta de una carga explosiva muy bien

calibrada que a la orden del altiacutemetro detona

produciendo una onda de choque uniforme sobre

el elemento radioactivo comprimieacutendolo hasta

alcanzar la masa supercriacutetica

Compantildeiacuteas privadas producen camisas explosivas

que modificadas pueden ser usadas para la fabri-

cacioacuten del objeto que nos ocupa La cantidad de

presioacuten necesaria a aplicar es un secreto por razo-

nes de seguridad aunque se sabe que los explosi-

vos plaacutesticos son ideales sobre todo por su malea-

bilidad y facilidad de manejo

El detonador variacutea si es combustible es uranio o

plutonio

75

DETONADOR DE URANIO La masa total se

divide en dos partes una mayor de forma semies-

feacuterica y coacutencava que se acopla perfectamente con

la otra maacutes pequentildea Como es de suponer ambas

se encuentran separadas hasta el momento de la

detonacioacuten en el que una explosioacuten convencional

dispara la parte pequentildea que impacta contra la

mayor para lograr en un instante la masa supercriacute-

tica

DETONADOR DE PLUTONIO Necesita

una precisioacuten de ingenieriacutea mucho mayor que la

anterior ya que estaacute compuesta de 32 secciones de

plutonio-berilio-polonio todas de igual forma y

posicioacuten distribuidas conceacutentricamente El aspecto

final es parecido al de un baloacuten de fuacutetbol Todas

han de cerrarse simeacutetricamente en una diezmillo-

neacutesima de segundo para conseguir la detonacioacuten

DEFLECTOR DE NEUTRONES Suele ser

U-238 Su funcioacuten es la que ya se explicoacute evitar

76

una reaccioacuten accidental ademaacutes refleja las partiacutecu-

las de vuelta cuando se alcanza la masa supercriacuteti-

ca

ESCUDO PROTECTOR Recibe otros nom-

bres pero su funcioacuten es siempre la de proteger de

la radiacioacuten natural tanto al personal que la maneja

como a los circuitos de la bomba que pueden su-

frir cortocircuitos o puestas en funcionamiento

accidentales

SISTEMA DE ARMADO Es otro sistema maacutes

de seguridad consistente en quitar una parte im-

prescindible de la bomba para evitar detonaciones

accidentales de modo que soacutelo cuando estaacute

proacuteximo su lanzamiento se inserta esta parte Una

analogiacutea seriacutea como si al aparcar nuestro coche le

quitaacuteramos el volante o una bujiacutea asiacute estariacuteamos

seguros de que no nos lo roban porque sin estas

partes el coche no funciona

77

12 EFECTOS DE UNA EXPLOSIOacuteN NUCLEAR

Tenemos frescas en nuestra memo-

ria las imaacutegenes que nos mostroacute la

televisioacuten cuando se produjo el ac-

cidente de Chernobyl

Aquiacute explicamos todas las conse-

cuencias de una detonacioacuten 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

78

bull Radiacioacuten nuclear inicial la altiacutesima

temperatura y la elevada presioacuten que se

genera en el interior de la explosioacuten emi-

ten radiacioacuten en todas las direcciones Esta

se compone de rayos alfa beta y gamma

que son una forma de radiacioacuten electro-

magneacutetica de alta energiacutea que puede causar

la muerte sin que el individuo se de cuenta

de que ha sido irradiado Una explosioacuten de

un megatoacuten (de tamantildeo estaacutendar) matariacutea

a todo ser humano en 15 Km a la redonda

que se encontrase al aire libre

Las partiacuteculas alfa son ideacutenticas a un nuacutecleo de

helio son las que mas larga vida tienen unos mil

antildeos pero su poder de penetracioacuten 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 radiacioacuten Con 45 cm de tierra se

consigue reducir la radiacioacuten veinte veces

Las partiacuteculas beta penetran maacutes siendo suficiente

79

38 cm de pared de ladrillo para reducir a un quin-

to la radiacioacuten (una pared moderna ya espesa se

compone de 1 pie de ladrillo maacutes caacutemara maacutes

aislante maacutes ladrillo hueco y yeso que suele que-

darse en los 37 cm)

Los de maacutes poder de penetracioacuten son las gamma

y por tanto los maacutes peligrosos ya son los que se

introducen en los refugios nucleares auacuten con

grandes espesores de hormigoacuten La uacutenica protec-

cioacuten eficaz es la de interponer grandes masas de

material mejor cuanto maacutes denso siendo el ideal

el plomo ya que pasa por los materiales como la

luz por una tela si esta es maacutes densa mayor canti-

dad de chocaraacute con ella y no la traspasaraacute Para

reducir la dosis a un veinteavo se precisan 30 cm

de hormigoacuten armado

bull Pulso electromagneacutetico La intensa acti-

vidad de los rayos gamma genera mediante

induccioacuten una corriente de alto voltaje so-

80

bre antenas viacuteas feacuterreas tuberiacuteas que des-

truye todas las instalaciones eleacutectricas de

una amplia zona si la explosioacuten se efectuacutea

a gran altura Una detonacioacuten de muchos

kilotones a 200 km sobre Omaha (Ne-

brasca) destruiriacutea todos los circuitos eleacutec-

tricos integrados de toda Norteameacuterica y

parte de Meacutejico y Canadaacute Ante el riesgo

de una detonacioacuten nuclear es conveniente

alejarse de liacuteneas eleacutectricas y viacutea feacuterreas ya

que la corriente inducida puede electrocu-

tarnos

bull Pulso teacutermico al expandirse la bola de

fuego el aire circundante absorbe energiacutea

en forma de rayos X y la irradia en forma

de una luz cegadora y un intensiacutesimo ca-

lor Una bomba de 20 Megatones produci-

riacutea una intensa luz durante 20 segundos y

causariacutea quemaduras de segundo grado a

81

cualquier persona expuesta a 45 Km de

distancia

bull Onda de choque La raacutepida expansioacuten de

la bola de fuego genera una onda de cho-

que como cualquier explosioacuten pero de

una potencia muy superior ya que puede

aplastar o barrer edificios dantildeaacutendolos muy

seriamente o destruyeacutendolos por comple-

to ya que maacutes que empujar por su dura-

cioacuten lo que hace es estrujar Una bomba

de 20 megatones no dejariacutea en un radio de

20 Km maacutes que escombros soacutelo se salva-

riacutean las cimentaciones y construcciones

enterradas

bull Primera lluvia radioactiva o lluvia ra-

diactiva local una explosioacuten de 20 mega-

tones aras de suelo produciriacutea un craacuteter de

183 m de profundidad la elevada tempe-

82

ratura vaporiza todo lo que se encuentra

dentro de la bola de fuego todo se funde

con los materiales radiactivos de la fisioacuten o

fusioacuten y se eleva con el hongo para luego

precipitar en forma de finas cenizas Esto

ocurriraacute durante las 24 h siguientes a la

explosioacuten y afectaraacute a una regioacuten maacutes o

menos amplia para una misma potencia

seguacuten la climatologiacutea El fenoacutemeno se am-

pliacutea considerablemente si la detonacioacuten se

produce cerca del suelo La energiacutea 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 maacutes destructivos los deno-

minados secundarios como incendios en masa

que acabariacutean con los pocos supervivientes y ma-

tariacutean a maacutes que el pulso teacutermico y la onda de

choque

83

Ademaacutes en caso de que se lanzaran muchas

bombas nucleares sus efectos secundarios seriacutean

mucho maacutes 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 10000 mega-

tones miacutenimos para considerar un holocausto

como tal

bull El primero de estos efectos es que la ra-

dioactividad liberada en caso de holocaus-

to penetrariacutea en todos y cada uno de los

seres vivos (y en el mar la tierra y el aire)

Mientras que en dosis altas (seguacuten la espe-

cie) produciriacutea la muerte en otras maacutes ba-

jas los efectos seriacutean de lo maacutes variados

(mutaciones esterilidad)

bull El segundo seriacutea que los materiales im-

pulsados por las detonaciones se elevariacutean

hasta la troposfera donde ocultariacutean la luz

84

del sol durante meses o antildeos haciendo ba-

jar la temperatura de la tierra y alterando la

fotosiacutentesis de los vegetales y el plancton

marino seriacutea el famoso invierno nuclear

Ademaacutes estos materiales radiactivos iriacutean

cayendo durante meses o antildeos convirtieacuten-

dose en una lluvia radiactiva global que

auacuten con menos dosis radiactiva que una

lluvia provocada por una bomba seriacutea

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

antildeos Ese 5 de energiacutea liberada por la

lluvia radiactividad en una bomba es poco

pero en los 10000 megatones de un holo-

causto suponen ya 500 megatones que iraacuten

estallando durante miles de antildeos des-

pueacutes de la cataacutestrofe

85

bull El tercero seriacutea una reduccioacuten en la capa

de ozono producida por el oacutexido de nitroacute-

geno generado por las bolas de fuego de

modo que la radiacioacuten solar que llegase a

la tierra seriacutea mortal Un 70 del ozono

desapareceriacutea en el hemisferio norte y un

40 en el sur siendo necesarios treinta

antildeos para recuperar su estado normal

86

Ejercicios 12

MODELO DE RESOLUCIOacuteN

La distribucioacuten de los electrones de un aacutetomo

en sus niveles y subniveles se puede representar en

forma abreviada de la siguiente manera

a) Un coeficiente que indica el nuacutemero del nivel

de energiacutea (n)

b) Una letra que corresponde al subnivel

c) Un supraiacutendice que sentildeala el nuacutemero de elec-

trones que hay en el subnivel

1H = 1s1

3Li = 1s2 2s1

En razoacuten del entrecruzamiento de subniveles

el orden en que se van completando los subniveles

por energiacutea creciente es el siguiente

87

1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d

4p 5s 4d 5p 6s 4f

5d 6p 7s 5f 6d

7p

Para visualizar la distribucioacuten de los electrones

en orbitales se puede representar cada orbital por

un pequentildeo cuadrado dividido por una diagonal

y cada electroacuten mediante una flecha

Entonces el orbital puede estar

Vaciacuteo incompleto completo

(1 electroacuten) (2 electrones)

En caso del orbital completo las flechas tienen

sentido contrario para indicar que los electrones

presentan spin contrario

El llenado de los orbitales por los electrones

se realiza a partir de los niveles y subniveles en

88

orden creciente de energiacutea Cada nuevo electroacuten se

incorpora a un orbital vaciacuteo

De ese modo los elementos quedan represen-

tados asiacute

1H =

1s

3Li =

1s 2s

7N =

1s 2s 2p

89

Ejercicios 121

1) Un aacutetomo de foacutesforo tiene 15 protones y 16

neutrones Indicaacute cuaacutel es su

a) nuacutemero atoacutemico (Z) b) nuacutemero

de masa (A)

2) Un aacutetomo de potasio tiene Z =19 y A = 39

Indicaacute su nuacutemero de

a) protones b) electrones

c) neutrones

3) Completaacute los datos que faltan en el siguiente

cuadro

90

ELE-

MEN-

TO

NUacute-

MERO

ATOacute-

MICO

NUacute-

MERO

DE

MASA

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) Sentildealaacute el nombre y siacutembolo de los elementos

cuyas configuraciones electroacutenicas 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) Escribiacute la configuracioacuten electroacutenica de los

siguientes elementos

91

a) Na2311 = c) O16

8 =

b) Cl3517 = d) C12

6 =

6) De acuerdo con la siguiente representacioacuten de

los electrones en orbitales indicaacute a queacute ele-

mentos corresponden

a)

b)

c)

d)

7) Representaacute la distribucioacuten de los electrones en

orbitales de los elementos

a) 7N= c) 18Ar =

b) 15AI = d) 19K =

92

Hoja de respuestas121

1) a) 15 b) 31 2) a) 19 b) 19 c) 20

3)

ELE-

MEN-

TO

NUacuteME-

RO

ATOacute-

MICO

NUacute-

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)Argoacuten Ar

d)Escandio Sc

5) a) 1S2 2S2 2p6 3s1

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)middot

94

Ejercicios 1211

Modelo de resolucioacuten

El nuacutemero de oxidacioacuten se asigna seguacuten las si-

guientes reglas

1) El nuacutemero de oxidacioacuten de los elementos en la

sustancia simple es cero

Ejemplo Cu0 02Cl

2) El nuacutemero de oxidacioacuten del oxiacutegeno es 2

excepto en las sustancias como el agua oxige-

nada Ejemplo H2

2Ominus

3) El nuacutemero de oxidacioacuten del hidroacutegeno es +1

excepto en las sustancias donde estaacute combina-

do con los metales Ejemplo 1

H+

2O

4) El nuacutemero de oxidacioacuten de un ion monoatoacute-

mico es igual a la carga del ion Ejemplo Ca2-

Cl-

95

5) En la foacutermula de una sustancia la suma alge-

braica de los nuacutemeros de oxidacioacuten de todos

los aacutetomos debe ser cero Ejemplo 1

H+

2

2Ominus

there42(+1) + (-2) = 0

6) En los iones que tienen maacutes de un aacutetomo la

suma algebraica de los nuacutemeros de oxidacioacuten

de todos los aacutetomos es igual a la carga del ion

El nuacutemero de oxidacioacuten se escribe colocando primero el signo y luego el nuacutemero

Ejemplo el nuacutemero de oxidacioacuten del aluminio es +3

1) Calculaacute los nuacutemeros de oxidacioacuten en la moleacute-

cula de dioacutexido de azufre (SO2)

Datos SO2 nuacutemero de oxidacioacuten del O2

es 2

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de S

Resolucioacuten Cada aacutetomo de oxiacutegeno tiene

nuacutemero de oxidacioacuten 2 por lo tanto el nuacute-

mero de oxidacioacuten del azufre es +4 porque

2(-2) + (+4) = 0

96

2) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten del azufre en

el aacutecido sulfuacuterico (H2SO4)

Datos H2SO2 nuacutemero de oxidacioacuten del

O2 es 2 nuacutemero de oxidacioacuten de H es -1

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de S

Resolucioacuten Se debe cumplir que la suma al-gebraica de todos los nuacutemeros de oxidacioacuten sea cero

4(-2) + 21 + x = 0

-8 + 2 + x = 0

x = 6

Respuesta el nuacutemero de oxidacioacuten del azufre

en el aacutecido sulfuacuterico es +6

3) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten del nitroacutegeno

en el nitrato de sodio (NaNO3)

Datos NaNO3 nuacutemero de oxidacioacuten del

O2 es 2

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de N

97

Resolucioacuten El nuacutemero de oxidacioacuten del

sodio es +1 porque el ion sodio tiene una car-

ga eleacutectrica positiva

+1 + 3(-2) +x = 0

1 6 + x = 0

x = 5

Respuesta el nuacutemero de oxidacioacuten del nitroacute-

geno en el nitrato de sodio es +5

4) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten del azufre en

el ion sulfato (S 24Ominus )

Datos S 24Ominus nuacutemero de oxidacioacuten del O2

es 2

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de S

Resolucioacuten La suma de los nuacutemeros de

oxidacioacuten es igual a 2 porque el ion sulfato

tiene dos cargas negativas (2-)

x + 4(-2) = -2

x 8 = -2

x = 6

98

Respuesta El nuacutemero de oxidacioacuten del azu-

fre en el ion sulfato es +6

99

Ejercicios 1212

1) Dibujaacute los siacutembolos de Lewis para los aacutetomos

de

a) He b) Al c) Si d) Ar e) N

2) iquestCoacutemo adquiere la distribucioacuten electroacutenica del

ineacutertido maacutes cercano cada uno de los siguien-

tes aacutetomos

a) K b)

F c)

S d) Mg e)

Br

3) Escribiacute las ecuaciones ioacutenicas la foacutermula elec-

troacutenica y la foacutermula miacutenima del compuesto

ioacutenico formado por

a) K y Br (bromuro de potasio)

b) Ca y O (oacutexido de calcio)

4) Marcaacute con una X las propiedades correspon-

dientes a las sustancias que presentan uniones

ioacutenicas

100

a) Son soacutelidas y tienen bajo punto de fusioacuten ( )

b) Conducen la corriente eleacutectrica fundidas o di-

sueltas en agua ( )

c) Tienen brillo metaacutelico ( )

d) Forman cristales duros y quebradizos solubles

en agua ( )

e) No conducen la corriente eleacutectrica ( )

5) Explicaacute coacutemo se unen dos aacutetomos de bromo

para formar la moleacutecula Br2 y escribiacute su

foacutermula electroacutenica y su foacutermula desarrollada

6) La foacutermula del monoacutexido de dicloro es Cl2O

a) Indicaacute queacute tipo de unioacuten existe entre el cloro y

el oxiacutegeno

b) Escribiacute su foacutermula electroacutenica y su foacutermula

desarrollada

7) El azufre y el oxiacutegeno forman dos oacutexidos

importantes el dioacutexido de azufre (SO2) y el

101

trioacutexido de azufre (SO3) Para el trioacutexido de

azufre

a) Indicaacute queacute tipo de unioacuten existe entre el azufre

y los tres aacutetomos de oxiacutegeno

b) Escribiacute la foacutermula electroacutenica

c) Escribiacute la foacutermula desarrollada

8) Marcaacute 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

liacutequidas o soacutelidas ( )

c) Son duacutectiles y maleables ( )

d) No forman moleacuteculas son agregados de

iones ( )

e) No son buenas conductoras de la corriente

eleacutectrica ( )

102

9) Coloque en el pareacutentesis UCP si la unioacuten es

covalente polar y UCNP si es covalento no

polar en cada una de las siguientes sustancias

a) cloruro de hidroacutegeno HCl ( )

b) Hidroacutegeno H2 ( )

c) yodo l2 ( )

10) Escribiacute la foacutermula electroacutenica y la foacutermula

desarrollada de cada una de las sustancias

mencionadas en el ejercicio 9

11) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten

a) del azufre (S)en el dioacutexido de azufre (SO2) en

el trioacutexido de azufre (SO3) y en el sulfuro de

sodio (Na2S)

b) del nitroacutegeno (N) en el dioacutexido de nitroacutegeno

(NO2) en el aacutecido niacutetrico (HNO3) y en el ni-

trato de potasio (KNO3)

12) Marcaacute con una X las propiedades que se expli-

can en el concepto de unioacuten metaacutelica

103

a) Tienen bajo punto de fusioacuten y de

ebullicioacuten ( )

b) Tienen brillo metaacutelico ( )

c) Conducen la corriente eleacutectrica sin

alterarse ( )

d) En estado soacutelido son malos conductores de la

corriente eleacutectrica ( )

e) Forman hilos y laacuteminas delgadas ( )

104

Hoja de respuestas 1212

1) a) He b) Al c)

Si d)

Ar e)

N

2) a) cede un electroacuten d) cede electrones c)

gana dos electrones b) y e) gana un electroacuten

3) a) Ecuaciones ioacutenicas

K K1+ + 1 e

Br + 1 e Br1-

K1+ + Br- KBr

Foacutermula electroacutenica K1+minus

1

Br

Foacutermula miacutenima KBr

b) Ecuaciones ioacutenicas

Ca Ca 2+ + 2 e

O + 2 e O2-

Ca2+ + O2- CaO

Foacutermula electroacutenica Ca2+ minus

2

O

105

Foacutermula miacutenima CaO

4) b y d

5) se unen compartiendo un par de electrones

6) a) unioacuten covalente

b) foacutermula electroacutenica

Cl

O

Cl

foacutermula desarrollada Cl O Cl

7) a) una unioacuten covalente doble entre el azufre y

uno de los aacutetomos de oxiacutegeno dos uniones cova-

lentes coordinadas con los otros dos aacutetomos de

oxiacutegeno

b) Foacutermula electroacutenica

Foacutermula desarrollada

106

8) a b y e

9) a) UCP y c) UCNP

10) Foacutermula electroacutenica Foacutermula desarrollada

a) H

Cl H Cl

b) HH H H

c)

I

I l I

11) a) +4 +6 -2 b) +4 +5 +5

12) b c y e

  • RADIACTIVIDAD
    • IacuteNDICE
      • 1 RADIACTIVIDAD NATURAL
      • 2 RELACIOacuteN ENTRE LA LEY DE LAVOISIER Y LA DE EINSTEIN
      • 3 INTERACCIONES ENTRE AacuteTOMOS Y ONDAS
      • 4 PODER DE PENETRACIOacuteN DE LA RADIACIOacuteN
      • 5 VIDA MEDIA
      • 6 RADIACTIVIDAD ARTIFICIAL
      • 7 USOS DE LOS RADIOISOacuteTOPOS
      • 8 MEDICINA NUCLEAR
      • 9 FECHADO POR MEDIO DE RADIOISOacuteTOPOS
      • 10 PLANTAS DE ENERGIacuteA NUCLEAR
      • 11 BOMBA ATOacuteMICA
      • 12 EFECTOS DE UNA EXPLOSIOacuteN NUCLEAR
        • Ejercicios 12
        • Ejercicios 121
        • Hoja de respuestas121
        • Ejercicios 1211
        • Ejercicios 1212
        • Hoja de respuestas 1212

49

cadena los ataques epileacutepticos graves Antes de la

exploracioacuten se inhalan o se inyectan compuestos

que contienen isoacutetopos emisores de positrones

como el carbono 11 Antes de que el positroacuten

emitido pueda recorrer una distancia apreciable en

el cuerpo se topa con un electroacuten (en toda la ma-

teria ordinaria abundan los electrones) y se produ-

cen dos rayos gamma

C116 B11

5 + e01+

e01+ + e0

1minus 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 simultaacuteneamente

dos rayos gamma el sistema no toma en cuenta

los rayos gamma de la radiacioacuten natural de fondo

A continuacioacuten se emplea una computadora para

calcular la ubicacioacuten dentro del cuerpo del punto

50

en el cual ocurrioacute una aniquilacioacuten del positroacuten y

el electroacuten y se genera una imagen en esa regioacuten

La tabla contiene una lista de radioisoacutetopos de

uso comuacuten en la medicina La lista es necesaria-

mente incompleta Incluso con esta exposicioacuten tan

breve puedes hacerte una idea de la importancia

que los radioisoacutetopos tienen en la medicina La

aseveracioacuten de que la ciencia nuclear ha salvado

maacutes vidas de las destruidas por las bombas atoacutemi-

cas no carece el fundamento

51

Isoacutetopo Nombre Vida me-

dia Uso

C11 Carbono 11 203m Exploraciones cere-

brales

Cr51 Cromo 51 278d Determinacioacuten

del volumen sanguiacute-

neo

Co57 Cobalto 57 270d Medicioacuten de la

incorporacioacuten de

vitamina v12

Co60 Cobalto 60 526a Terapia de caacutencer

por radiacioacuten

Gd153 Gadolinio

153

242d Determinacioacuten

de la densidad oacutesea

Ga67 Galio 67 781h Exploracioacuten en

busca de tumores

pulmonares

I131 Yodo 131 807d Terapia de la ti-

roides

Ir192 Iridio 192 74d Terapia del caacuten-

cer de mamaacute

Fe59 Hierro 59 45d Deteccioacuten de

anemia

52

P32 Foacutesforo 32 143d Deteccioacuten de

caacutencer de la piel o

tumores oculares

Pu238 Plutonio

238

86a Suministra ener-

giacutea para marcapasos

Ra226 Radio 226 1600a Terapia de caacutencer

por radiacioacuten

Se75 Selenio 75 120d Exploraciones del

paacutencreas

Na24 Sodio 24 150h Localizacioacuten de

obstrucciones en el

flujo sanguiacuteneo

Tc99 Tecnecio 99 60h Obtencioacuten de imaacute-

genes de cerebro hiacutega-

do meacutedula oacutesea rintildeoacuten o

corazoacuten

Tl201 Talio 201 73h Deteccioacuten de pro-

blemas cardiacos con la

prueba de esfuerzo en

rueda de andar

H3 Tritio 123a Determinacioacuten de

agua corporal total

Xe133 Xenoacuten133 527d Obtencioacuten de imaacute-

genes de pulmoacuten

53

9 FECHADO POR MEDIO DE RADIOISOacuteTOPOS

Una de las aplicaciones maacutes in-

creiacutebles de la quiacutemica nuclear es la po-

sibilidad de averiguar la antiguumledad de

los objetos encontrados en las investi-

gaciones arqueoloacutegicas

Se puede usar la vida media de ciertos isoacuteto-

pos para estimar la antiguumledad de rocas y artefac-

tos arqueoloacutegicos El uranio 238 se desintegra con

una vida media de 4500 millones de anos Los

productos iniciales de esta desintegracioacuten tambieacuten

son radiactivos y la descomposicioacuten continuacutea

54

hasta que se forma un isoacutetopo de plomo (plomo

206) Los quiacutemicos pueden estimar la antiguumledad

de una roca determinando las proporciones relati-

vas de uranio 238 y plomo 206 Se ha encontrado

que algunas de las rocas maacutes antiguas de la Tierra

se formaron hace entre 3000 y 4500 millones de

antildeos En las rocas lunares y en meteoritos se ha

determinado una antiguumledad maacutexima de alrededor

de 4500 millones de antildeos Asiacute pues se considera

en general que la Tierra tiene una antiguumledad de

unos 4500 millones de antildeos

FECHADO POR CARBONO 14

En el fechado de artefactos interviene por lo

general un isoacutetopo radiactivo de carbono Se for-

ma carbono 14 en las capas superiores de la at-

moacutesfera por el bombardeo que experimenta el

nitroacutegeno ordinario por parte de los neutrones de

los rayos coacutesmicos

55

N147 + n1

0 C146 + H1

1

Este proceso origina una concentracioacuten cons-

tante de carbono 14 en el CO2 terrestre Las plan-

tas y animales vivos incorporan este isoacutetopo en

sus propias ceacutelulas Sin embargo cuando estos

seres mueren se interrumpe la incorporacioacuten de

carbono 14 y el carbono 14 que hay en el orga-

nismo se desintegra (con una vida media de 5 730

antildeos) a nitroacutegeno 14

Por consiguiente basta con medir la actividad

residual de carbono 14 en un artefacto de origen

vegetal o animal para determinar su antiguumledad

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 antildeos de antiguumle-

dad es decir ha estado muerta durante un tiempo

equivalente a una vida media Anaacutelogamente un

artefacto que muestra el 25 de la actividad de

carbono 14 del material vegetal reciente tiene

56

11460 anos de antiguumledad 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 aquiacute supone que la formacioacuten del isoacutetopo

fue constante a lo largo del tiempo En realidad no

es asiacute Sin embargo aproximadamente para los

uacuteltimos 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

aacuterboles Se han construido curvas de calibracioacuten

que permiten determinar fechas consideradas co-

mo exactas

En teacuterminos generales el meacutetodo de carbono

14 es razonablemente preciso para fechar objetos

de hasta 50000 antildeos de antiguumledad La cantidad

residual del isoacutetopo en los objetos de una antiguumle-

dad mayor que esa es demasiado pequentildea para

hacer una determinacioacuten exacta

El carboacuten de las fogatas de los pueblos anti-

57

guos fechado por determinacioacuten de la actividad

de carbono 14 se usa para estimar la antiguumledad

de otros artefactos encontrados en el mismo em-

plazamiento arqueoloacutegico La teacutecnica de fechado

por carbono 14 se ha usado tambieacuten para detectar

si supuestos artefactos antiguos han sido falsifica-

dos

EL SUDARIO DE TURIacuteN

Probablemente han oiacutedo hablar del sudario de

Turiacuten Se trata de una pieza de tejido de lino muy

antigua de unos 4 metros de largo que muestra la

impresioacuten aproximada de un cuerpo humano

Desde alrededor del antildeo 1350 dC 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-

bricacioacuten del lienzo habiacutea sido cultivado en alguacuten

memento entre los anos de 1260 y 1390 dC Por

58

tanto el lienzo no podriacutea haber existido en tiem-

pos de Cristo A diferencia de los pergaminos del

Mar Muerto para los que el fechado por carbono

14 demostroacute que son registros auteacutenticos de una

civilizacioacuten que existioacute hace unos 2000 antildeos el

sudario de Turiacuten resultoacute ser falso

FECHADO POR TRITIO

El tritio que es el isoacutetopo radiactivo del

hidroacutegeno sirve tambieacuten para fechar Su vida me-

dia de 123 antildeos lo hace uacutetil para fechar objetos de

hasta 100 antildeos de antiguumledad Una aplicacioacuten inte-

resante es el fechado de aguardientes Estas bebi-

das alcohoacutelicas son muy costosas cuando han sido

antildeejadas de 10 a 50 antildeos El fechado por tritio

permite comprobar la veracidad de los anuncios

publicitarios respecto al proceso de antildeejamiento

de las variedades maacutes caras

Hay muchos otros isoacutetopos que permiten es-

timar la antiguumledad de objetos y materiales

59

Isoacutetopo Vida me-

dia

(antildeos)

Periacuteodo de

utilidad Uso

Carbono 14 5730 500 a 50000

antildeos

Carboacuten vege-

tal material

orgaacutenico

Tritio 123 1 a 100 antildeosVinos antildeeja-

dos

Potasio 40 13 x 109 Desde 10000

antildeos

Rocas corteza

terrestre y

lunar

Renio 187 43 x1010 Desde 4 x

107 antildeos Meteoritos

Ranio238 45 x109 Desde 107

antildeos

Rocas corteza

terrestre

60

10 PLANTAS DE ENERGIacuteA NUCLEAR

iquestSabeacutes de doacutende viene esa energiacutea que nosotros usamos tanto Mucha de la energiacutea eleacutectrica es

producida por plantas nucleares de to-do el mundo

La energiacutea nuclear ha dado origen a bombas

muy destructivas y a la nociva precipitacioacuten ra-

diactiva y podriacutea incluso provocar un devastador

invierno nuclear Sin embargo una cantidad mu-

cho mayor de personas han recibido beneficios de

la energiacutea nuclear que las que han sido perjudica-

das por ella El hecho es que existen muchos usos

de la energiacutea nuclear que son sumamente beneacutefi-

61

cos Ya conocemos el uso de isoacutetopos radiactivos

en el diagnoacutestico cliacutenico y en el fechado de obje-

tos de antiguumledad desconocida Otro uso paciacutefico

de la energiacutea nuclear es la generacioacuten de electri-

cidad Una gran parte de la energiacutea eleacutectrica que

se utiliza hoy en diacutea se genera en plantas de ener-

giacutea nuclear

En la actualidad una quinta parte de toda la

electricidad que se produce en Estados Unidos

proviene de plantas de energiacutea nuclear En Euro-

pa la dependencia respecto a la energiacutea nuclear

para la produccioacuten de electricidad es auacuten mayor

En Francia por ejemplo maacutes del 70 de la ener-

giacutea eleacutectrica del paiacutes proviene de plantas nuclea-

res

No es sorprendente que una reaccioacuten que

desprende tanta energiacutea como lo hace la fisioacuten

nuclear se use como fuente de energiacutea para gene-

rar electricidad En las plantas de energiacutea nuclear

se usa el calor obtenido de una reaccioacuten de fisioacuten

62

en cadena controlada para producir vapor de

agua que mueve las turbinas generadoras de elec-

tricidad El combustible nuclear es normalmente

oacutexido de uranio U3O8 enriquecido hasta alrede-

dor de 3 de uranio 235

La energiacutea nuclear es mucho maacutes limpia que la

que se obtiene quemando combustibles foacutesiles

(carboacuten petroacuteleo y gas) no produce cenizas finas

ni holliacuten no forma dioacutexido de carbono que con-

tribuye al efecto de invernadero y al calentamiento

global y no contamina el aire con oacutexidos de azu-

fre y de nitroacutegeno que dan origen a la lluvia aacutecida

Por otra parte emite grandes cantidades de calor

residual en el ambiente y lo que es mucho maacutes

serio produce muchos residuos radiactivos La

eliminacioacuten de todos estos materiales radiactivos

de desecho es uno de los problemas constantes

que se tienen en relacioacuten con las plantas de energiacutea

nuclear

63

11 BOMBA ATOacuteMICA

Todos sabemos los desastres que pue-

den causar la detonacioacuten de una bomba

nuclear

Aquiacute presentamos la explicacioacuten teoacuterica

y coacutemo se pone en praacutectica

COacuteMO FUNCIONA UNA BOMBA NUCLEAR EN LA

TEORIacuteA

El 16 de Julio de 1945 estalloacute la primera bomba

atoacutemica en el campo de pruebas de Trinity cerca

de aacutelamo Gordo (Nuevo Meacutejico) Desde ese pre-

64

ciso instante la historia de la humanidad ha pasado

a una nueva era la era nuclear

Nunca hasta entonces se habiacutean tenido los cono-

cimientos necesarios como para saber que la masa

puede convertirse en grandes cantidades de ener-

giacutea y coacutemo podiacutea realizarse ese proceso hasta

entonces reservado tan soacutelo a las estrellas

La famosa foacutermula de Einstein E = mc2 ha pasa-

do ya ha formar parte de la cultura popular auacuten sin

que en realidad se llegue a saber que implica

Donde E es energiacutea m masa y c la velocidad de la

luz (constante) En esta ecuacioacuten se expresa la

relacioacuten de equivalencia entre masa y energiacutea Por

ejemplo haciendo algunas cuentas se ve que con

un gramo de uranio si se convirtiese totalmente

en energiacutea se obtendriacutean 25 millones de Kw

Aplicado como una bomba nuclear basta decir

que para asolar Hiroshima soacutelo se convirtioacute un

65

gramo de masa (aunque toda la bomba como me-

canismo pesara cuatro toneladas) su potencia fue

de 125 kilotones es decir para igualar su potencia

seriacutean 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 combustibles

de fisioacuten Cuando en un espacio se reuacutene la sufi-

ciente cantidad de materia (denominada masa criacute-

tica) se produce una reaccioacuten en cadena espontaacute-

nea esto es el nuacutecleo de los aacutetomos del material

se divide liberando energiacutea y varios neutrones

raacutepidos que provocan que otros nuacutecleos tam-

bieacuten se dividan y liberen maacutes energiacutea y neutrones

Este proceso se denomina fisioacuten nuclear Sin em-

bargo si la densidad no es suficiente la energiacutea

liberada hace que el material se expanda y se de-

tenga el proceso Para evitar que se pare la reac-

cioacuten se recurre a una materia muy densa de por siacute

(isoacutetopos del uranio y plutonio) que ademaacutes se

comprime de manera muy raacutepida para lograr una

66

altiacutesima densidad que permite que los neutrones

raacutepidos choquen antes con otros nuacutecleos y se

produzcan antes el mayor nuacutemero 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 maacutes energiacutea Para una

explosioacuten de 100 kilotones son necesarias 58 ge-

neraciones las 7 uacuteltimas generan el 999 de la

energiacutea en periodo cortiacutesimo de tiempo Tambieacuten

puede liberarse energiacutea con la fusioacuten en este pro-

ceso los nuacutecleos se unen en vez de separarse pero

se requieren altiacutesimas temperaturas (del orden de

millones de grados) para que este proceso se lleve

a cabo Para esta reaccioacuten se usan aacutetomos ligeros

(maacutes faacuteciles de unir) generalmente hidroacutegeno o

sus isoacutetopos (deuterio y tritio) Para unir dos aacuteto-

mos basta con hacerlos chocar Los protones de

cada aacutetomo 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

67

fusioacuten deben comprimirse fuertemente los nuacute-

cleos y una vez hecho soacutelo podraacuten continuar uni-

dos si pierden un equivalente de la energiacutea que les

hizo apretarse En el caso de usar deuterio y tritio

se libera violentamente un neutroacuten Esta energiacutea

liberada es la que forma una bomba de fusioacuten

tambieacuten denominada bomba H

COMO FUNCIONA UNA BOMBA ATO-MICA EN LA PRACTICA

Sea cual fuere el sistema de funcionamiento de

una bomba nuclear (fusioacuten o fisioacuten) una cantidad

de masa se convierte en energiacutea la potencia soacutelo

depende de la capacidad de la ingenieriacutea para con-

vertir maacutes masa antes de que la reaccioacuten disperse

las moleacuteculas en teoriacutea la potencia es por tanto

ilimitada

Una bomba nuclear consiste baacutesicamente en una

esfera hueca de plutonio que no es lo suficiente-

68

mente densa como para producir una reaccioacuten 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 explosioacuten se disparan los detonado-

res que hacen que el material explosivo estalle de

la manera lo maacutes regular posible para que enviacutee

una onda de choque esfeacuterica hacia el plutonio

Cuando eacutesta impacta contra eacutel lo comprime y re-

duce su volumen empujaacutendolo hacia el centro de

la esfera hasta que alcanza una densidad suficiente

(supercriacutetica) y se dispara el iniciador de neutrones

para comenzar la reaccioacuten en cadena que da lugar

a la explosioacuten nuclear

Las bombas termonucleares de fusioacuten o H nece-

sitan de una gran temperatura para que se puedan

unir los nuacutecleos esto se consigue en el interior de

una explosioacuten de fisioacuten que es el comienzo de

toda bomba H

69

Una vez acabada la reaccioacuten de fusioacuten nos encon-

traremos con una esfera expandida con una tem-

peratura de millones de grados en la que existen

los productos de la fusioacuten (litio e isoacutetopos del

hidroacutegeno) Tal es su velocidad que pueden fun-

dirse unos con otros dando lugar a la reaccioacuten de

fusioacuten Esta reaccioacuten genera maacutes energiacutea que la

anterior y libera gran cantidad de partiacuteculas nu-

cleares pero no es una reaccioacuten en cadena ya que

el propio calor que genera hace que las partiacuteculas

se separen y se expandan en forma de una esfera

de plasma con una temperatura que tan soacutelo expe-

rimenta el universo de manera natural en las estre-

llas En nuestro sol por ejemplo ocurren la fusioacuten

nuclear de hidroacutegeno y helio Pero antes de que la

reaccioacuten se extinga los neutrones generados por

las detonaciones anteriores provocan de nuevo

una reaccioacuten de fusioacuten sobre una camisa de U-

238 pero esta vez mucho mayor que las anterio-

res La potencia de una bomba termonuclear care-

ce de liacutemite una bomba como la de Hiroshima de

70

125 kilotones (un kilotoacuten equivale a 1000 tonela-

das de TNT) se considera dentro de los arsenales

modernos como pequentildea siendo las de un mega-

toacuten (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 la

Segunda Guerra Mundial

Para la construccioacuten de una bomba nuclear nor-

malmente se usa U-235 mezclado con U-238 El

primero no forma parte de la reaccioacuten nuclear

sino que es el segundo el que es fisionable de ma-

nera espontaacutenea emitiendo neutrones que son

absorbidos por el U-235 para evitar que se pro-

duzca de manera accidental la reaccioacuten en cadena

Asiacute el U-235 hace de escudo absorbiendo los neu-

trones del U-238 que es el que produce la detona-

cioacuten 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

71

reactores nucleares a partir del U-238

La desintegracioacuten del uranio en la reaccioacuten en

cadena se produce de manera espontaacutenea para una

masa de 50 Kg si eacuteste elemento es puro El pluto-

nio no es capaz por si solo de comenzar una raacutepi-

da reaccioacuten en cadena de modo que se mezcla de

berilo y polonio dando como resultado un pro-

ducto que aunque no es fisionable por si solo una

pequentildea cantidad actuacutea como catalizador para las

grandes reacciones Asiacute bastan 16 Kg de PU-239

para obtener la masa supercriacutetica y 10 Kg si se

mezcla con U-238

El U-235 es muy difiacutecil de extraer por encontrarse

en la naturaleza muy mezclado con otros com-

puestos Asiacute por cada 25000 toneladas de mineral

de uranio bruto soacutelo se obtienen 50 toneladas de

uranio del que el 993 es U-235 y el resto el

rariacutesimo isoacutetopo U-238 ambos soacutelo se pueden

separar de manera mecaacutenica gracias a la leviacutesima

72

diferencia de peso entre ambos Asiacute el uranio se

mezcla en forma gaseosa con fluor (hexafluoriacutedri-

co) que es impulsado a baja presioacuten hacieacutendolo

pasar por unas caacutemaras que aumentan la concen-

tracioacuten de uranio sensiblemente tras cientos de

pasadas Para una central nuclear la pureza ha de

ser del 2 y para una bomba (teoacutericamente) el

95

Para separar el isoacutetopo se recurre a la centrifuga-

cioacuten del gas siendo el maacutes pesado U-238 despedi-

do hacia el exterior con maacutes fuerza Para obtener

otra vez el uranio separado del gas se recurre a la

separacioacuten magneacutetica

MECANISMOS QUE SUELEN COMPONER UNA

BOMBA NUCLEAR

Los mecanismos que suelen componer una bom-

ba nuclear son los siguientes

73

ALTIacuteMETRO No suele usarse el baromeacutetrico

por verse afectado por las condiciones atmosfeacuteri-

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 seguacuten el tiempo transcu-

rrido en el recorrido puede saberse la altura sin

necesidad de complicar maacutes el sistema para dar

una precisioacuten que en realidad no es importante (2

o 3 m de diferencia no son apreciables maacutes que

en minibombas bastante menores que las de

Hiroshima) siendo la altura normal de detonacioacuten

la de 2000 m

En la praacutectica 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 electroacute-

nicamente para obtener la diferencia de ambas

que es proporcional a la altura Los pulsos suelen

emitirse 120 veces por segundo y alcanzan un

74

rango de 3000 m sobre la tierra y 6000 m sobre

el mar (la reflexioacuten es alliacute mejor) siendo su error

de hasta 15 m

CABEZA DETONADORA Como ya se dijo

estaacute compuesta de una carga explosiva muy bien

calibrada que a la orden del altiacutemetro detona

produciendo una onda de choque uniforme sobre

el elemento radioactivo comprimieacutendolo hasta

alcanzar la masa supercriacutetica

Compantildeiacuteas privadas producen camisas explosivas

que modificadas pueden ser usadas para la fabri-

cacioacuten del objeto que nos ocupa La cantidad de

presioacuten necesaria a aplicar es un secreto por razo-

nes de seguridad aunque se sabe que los explosi-

vos plaacutesticos son ideales sobre todo por su malea-

bilidad y facilidad de manejo

El detonador variacutea si es combustible es uranio o

plutonio

75

DETONADOR DE URANIO La masa total se

divide en dos partes una mayor de forma semies-

feacuterica y coacutencava que se acopla perfectamente con

la otra maacutes pequentildea Como es de suponer ambas

se encuentran separadas hasta el momento de la

detonacioacuten en el que una explosioacuten convencional

dispara la parte pequentildea que impacta contra la

mayor para lograr en un instante la masa supercriacute-

tica

DETONADOR DE PLUTONIO Necesita

una precisioacuten de ingenieriacutea mucho mayor que la

anterior ya que estaacute compuesta de 32 secciones de

plutonio-berilio-polonio todas de igual forma y

posicioacuten distribuidas conceacutentricamente El aspecto

final es parecido al de un baloacuten de fuacutetbol Todas

han de cerrarse simeacutetricamente en una diezmillo-

neacutesima de segundo para conseguir la detonacioacuten

DEFLECTOR DE NEUTRONES Suele ser

U-238 Su funcioacuten es la que ya se explicoacute evitar

76

una reaccioacuten accidental ademaacutes refleja las partiacutecu-

las de vuelta cuando se alcanza la masa supercriacuteti-

ca

ESCUDO PROTECTOR Recibe otros nom-

bres pero su funcioacuten es siempre la de proteger de

la radiacioacuten natural tanto al personal que la maneja

como a los circuitos de la bomba que pueden su-

frir cortocircuitos o puestas en funcionamiento

accidentales

SISTEMA DE ARMADO Es otro sistema maacutes

de seguridad consistente en quitar una parte im-

prescindible de la bomba para evitar detonaciones

accidentales de modo que soacutelo cuando estaacute

proacuteximo su lanzamiento se inserta esta parte Una

analogiacutea seriacutea como si al aparcar nuestro coche le

quitaacuteramos el volante o una bujiacutea asiacute estariacuteamos

seguros de que no nos lo roban porque sin estas

partes el coche no funciona

77

12 EFECTOS DE UNA EXPLOSIOacuteN NUCLEAR

Tenemos frescas en nuestra memo-

ria las imaacutegenes que nos mostroacute la

televisioacuten cuando se produjo el ac-

cidente de Chernobyl

Aquiacute explicamos todas las conse-

cuencias de una detonacioacuten 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

78

bull Radiacioacuten nuclear inicial la altiacutesima

temperatura y la elevada presioacuten que se

genera en el interior de la explosioacuten emi-

ten radiacioacuten en todas las direcciones Esta

se compone de rayos alfa beta y gamma

que son una forma de radiacioacuten electro-

magneacutetica de alta energiacutea que puede causar

la muerte sin que el individuo se de cuenta

de que ha sido irradiado Una explosioacuten de

un megatoacuten (de tamantildeo estaacutendar) matariacutea

a todo ser humano en 15 Km a la redonda

que se encontrase al aire libre

Las partiacuteculas alfa son ideacutenticas a un nuacutecleo de

helio son las que mas larga vida tienen unos mil

antildeos pero su poder de penetracioacuten 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 radiacioacuten Con 45 cm de tierra se

consigue reducir la radiacioacuten veinte veces

Las partiacuteculas beta penetran maacutes siendo suficiente

79

38 cm de pared de ladrillo para reducir a un quin-

to la radiacioacuten (una pared moderna ya espesa se

compone de 1 pie de ladrillo maacutes caacutemara maacutes

aislante maacutes ladrillo hueco y yeso que suele que-

darse en los 37 cm)

Los de maacutes poder de penetracioacuten son las gamma

y por tanto los maacutes peligrosos ya son los que se

introducen en los refugios nucleares auacuten con

grandes espesores de hormigoacuten La uacutenica protec-

cioacuten eficaz es la de interponer grandes masas de

material mejor cuanto maacutes denso siendo el ideal

el plomo ya que pasa por los materiales como la

luz por una tela si esta es maacutes densa mayor canti-

dad de chocaraacute con ella y no la traspasaraacute Para

reducir la dosis a un veinteavo se precisan 30 cm

de hormigoacuten armado

bull Pulso electromagneacutetico La intensa acti-

vidad de los rayos gamma genera mediante

induccioacuten una corriente de alto voltaje so-

80

bre antenas viacuteas feacuterreas tuberiacuteas que des-

truye todas las instalaciones eleacutectricas de

una amplia zona si la explosioacuten se efectuacutea

a gran altura Una detonacioacuten de muchos

kilotones a 200 km sobre Omaha (Ne-

brasca) destruiriacutea todos los circuitos eleacutec-

tricos integrados de toda Norteameacuterica y

parte de Meacutejico y Canadaacute Ante el riesgo

de una detonacioacuten nuclear es conveniente

alejarse de liacuteneas eleacutectricas y viacutea feacuterreas ya

que la corriente inducida puede electrocu-

tarnos

bull Pulso teacutermico al expandirse la bola de

fuego el aire circundante absorbe energiacutea

en forma de rayos X y la irradia en forma

de una luz cegadora y un intensiacutesimo ca-

lor Una bomba de 20 Megatones produci-

riacutea una intensa luz durante 20 segundos y

causariacutea quemaduras de segundo grado a

81

cualquier persona expuesta a 45 Km de

distancia

bull Onda de choque La raacutepida expansioacuten de

la bola de fuego genera una onda de cho-

que como cualquier explosioacuten pero de

una potencia muy superior ya que puede

aplastar o barrer edificios dantildeaacutendolos muy

seriamente o destruyeacutendolos por comple-

to ya que maacutes que empujar por su dura-

cioacuten lo que hace es estrujar Una bomba

de 20 megatones no dejariacutea en un radio de

20 Km maacutes que escombros soacutelo se salva-

riacutean las cimentaciones y construcciones

enterradas

bull Primera lluvia radioactiva o lluvia ra-

diactiva local una explosioacuten de 20 mega-

tones aras de suelo produciriacutea un craacuteter de

183 m de profundidad la elevada tempe-

82

ratura vaporiza todo lo que se encuentra

dentro de la bola de fuego todo se funde

con los materiales radiactivos de la fisioacuten o

fusioacuten y se eleva con el hongo para luego

precipitar en forma de finas cenizas Esto

ocurriraacute durante las 24 h siguientes a la

explosioacuten y afectaraacute a una regioacuten maacutes o

menos amplia para una misma potencia

seguacuten la climatologiacutea El fenoacutemeno se am-

pliacutea considerablemente si la detonacioacuten se

produce cerca del suelo La energiacutea 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 maacutes destructivos los deno-

minados secundarios como incendios en masa

que acabariacutean con los pocos supervivientes y ma-

tariacutean a maacutes que el pulso teacutermico y la onda de

choque

83

Ademaacutes en caso de que se lanzaran muchas

bombas nucleares sus efectos secundarios seriacutean

mucho maacutes 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 10000 mega-

tones miacutenimos para considerar un holocausto

como tal

bull El primero de estos efectos es que la ra-

dioactividad liberada en caso de holocaus-

to penetrariacutea en todos y cada uno de los

seres vivos (y en el mar la tierra y el aire)

Mientras que en dosis altas (seguacuten la espe-

cie) produciriacutea la muerte en otras maacutes ba-

jas los efectos seriacutean de lo maacutes variados

(mutaciones esterilidad)

bull El segundo seriacutea que los materiales im-

pulsados por las detonaciones se elevariacutean

hasta la troposfera donde ocultariacutean la luz

84

del sol durante meses o antildeos haciendo ba-

jar la temperatura de la tierra y alterando la

fotosiacutentesis de los vegetales y el plancton

marino seriacutea el famoso invierno nuclear

Ademaacutes estos materiales radiactivos iriacutean

cayendo durante meses o antildeos convirtieacuten-

dose en una lluvia radiactiva global que

auacuten con menos dosis radiactiva que una

lluvia provocada por una bomba seriacutea

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

antildeos Ese 5 de energiacutea liberada por la

lluvia radiactividad en una bomba es poco

pero en los 10000 megatones de un holo-

causto suponen ya 500 megatones que iraacuten

estallando durante miles de antildeos des-

pueacutes de la cataacutestrofe

85

bull El tercero seriacutea una reduccioacuten en la capa

de ozono producida por el oacutexido de nitroacute-

geno generado por las bolas de fuego de

modo que la radiacioacuten solar que llegase a

la tierra seriacutea mortal Un 70 del ozono

desapareceriacutea en el hemisferio norte y un

40 en el sur siendo necesarios treinta

antildeos para recuperar su estado normal

86

Ejercicios 12

MODELO DE RESOLUCIOacuteN

La distribucioacuten de los electrones de un aacutetomo

en sus niveles y subniveles se puede representar en

forma abreviada de la siguiente manera

a) Un coeficiente que indica el nuacutemero del nivel

de energiacutea (n)

b) Una letra que corresponde al subnivel

c) Un supraiacutendice que sentildeala el nuacutemero de elec-

trones que hay en el subnivel

1H = 1s1

3Li = 1s2 2s1

En razoacuten del entrecruzamiento de subniveles

el orden en que se van completando los subniveles

por energiacutea creciente es el siguiente

87

1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d

4p 5s 4d 5p 6s 4f

5d 6p 7s 5f 6d

7p

Para visualizar la distribucioacuten de los electrones

en orbitales se puede representar cada orbital por

un pequentildeo cuadrado dividido por una diagonal

y cada electroacuten mediante una flecha

Entonces el orbital puede estar

Vaciacuteo incompleto completo

(1 electroacuten) (2 electrones)

En caso del orbital completo las flechas tienen

sentido contrario para indicar que los electrones

presentan spin contrario

El llenado de los orbitales por los electrones

se realiza a partir de los niveles y subniveles en

88

orden creciente de energiacutea Cada nuevo electroacuten se

incorpora a un orbital vaciacuteo

De ese modo los elementos quedan represen-

tados asiacute

1H =

1s

3Li =

1s 2s

7N =

1s 2s 2p

89

Ejercicios 121

1) Un aacutetomo de foacutesforo tiene 15 protones y 16

neutrones Indicaacute cuaacutel es su

a) nuacutemero atoacutemico (Z) b) nuacutemero

de masa (A)

2) Un aacutetomo de potasio tiene Z =19 y A = 39

Indicaacute su nuacutemero de

a) protones b) electrones

c) neutrones

3) Completaacute los datos que faltan en el siguiente

cuadro

90

ELE-

MEN-

TO

NUacute-

MERO

ATOacute-

MICO

NUacute-

MERO

DE

MASA

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) Sentildealaacute el nombre y siacutembolo de los elementos

cuyas configuraciones electroacutenicas 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) Escribiacute la configuracioacuten electroacutenica de los

siguientes elementos

91

a) Na2311 = c) O16

8 =

b) Cl3517 = d) C12

6 =

6) De acuerdo con la siguiente representacioacuten de

los electrones en orbitales indicaacute a queacute ele-

mentos corresponden

a)

b)

c)

d)

7) Representaacute la distribucioacuten de los electrones en

orbitales de los elementos

a) 7N= c) 18Ar =

b) 15AI = d) 19K =

92

Hoja de respuestas121

1) a) 15 b) 31 2) a) 19 b) 19 c) 20

3)

ELE-

MEN-

TO

NUacuteME-

RO

ATOacute-

MICO

NUacute-

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)Argoacuten Ar

d)Escandio Sc

5) a) 1S2 2S2 2p6 3s1

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)middot

94

Ejercicios 1211

Modelo de resolucioacuten

El nuacutemero de oxidacioacuten se asigna seguacuten las si-

guientes reglas

1) El nuacutemero de oxidacioacuten de los elementos en la

sustancia simple es cero

Ejemplo Cu0 02Cl

2) El nuacutemero de oxidacioacuten del oxiacutegeno es 2

excepto en las sustancias como el agua oxige-

nada Ejemplo H2

2Ominus

3) El nuacutemero de oxidacioacuten del hidroacutegeno es +1

excepto en las sustancias donde estaacute combina-

do con los metales Ejemplo 1

H+

2O

4) El nuacutemero de oxidacioacuten de un ion monoatoacute-

mico es igual a la carga del ion Ejemplo Ca2-

Cl-

95

5) En la foacutermula de una sustancia la suma alge-

braica de los nuacutemeros de oxidacioacuten de todos

los aacutetomos debe ser cero Ejemplo 1

H+

2

2Ominus

there42(+1) + (-2) = 0

6) En los iones que tienen maacutes de un aacutetomo la

suma algebraica de los nuacutemeros de oxidacioacuten

de todos los aacutetomos es igual a la carga del ion

El nuacutemero de oxidacioacuten se escribe colocando primero el signo y luego el nuacutemero

Ejemplo el nuacutemero de oxidacioacuten del aluminio es +3

1) Calculaacute los nuacutemeros de oxidacioacuten en la moleacute-

cula de dioacutexido de azufre (SO2)

Datos SO2 nuacutemero de oxidacioacuten del O2

es 2

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de S

Resolucioacuten Cada aacutetomo de oxiacutegeno tiene

nuacutemero de oxidacioacuten 2 por lo tanto el nuacute-

mero de oxidacioacuten del azufre es +4 porque

2(-2) + (+4) = 0

96

2) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten del azufre en

el aacutecido sulfuacuterico (H2SO4)

Datos H2SO2 nuacutemero de oxidacioacuten del

O2 es 2 nuacutemero de oxidacioacuten de H es -1

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de S

Resolucioacuten Se debe cumplir que la suma al-gebraica de todos los nuacutemeros de oxidacioacuten sea cero

4(-2) + 21 + x = 0

-8 + 2 + x = 0

x = 6

Respuesta el nuacutemero de oxidacioacuten del azufre

en el aacutecido sulfuacuterico es +6

3) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten del nitroacutegeno

en el nitrato de sodio (NaNO3)

Datos NaNO3 nuacutemero de oxidacioacuten del

O2 es 2

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de N

97

Resolucioacuten El nuacutemero de oxidacioacuten del

sodio es +1 porque el ion sodio tiene una car-

ga eleacutectrica positiva

+1 + 3(-2) +x = 0

1 6 + x = 0

x = 5

Respuesta el nuacutemero de oxidacioacuten del nitroacute-

geno en el nitrato de sodio es +5

4) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten del azufre en

el ion sulfato (S 24Ominus )

Datos S 24Ominus nuacutemero de oxidacioacuten del O2

es 2

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de S

Resolucioacuten La suma de los nuacutemeros de

oxidacioacuten es igual a 2 porque el ion sulfato

tiene dos cargas negativas (2-)

x + 4(-2) = -2

x 8 = -2

x = 6

98

Respuesta El nuacutemero de oxidacioacuten del azu-

fre en el ion sulfato es +6

99

Ejercicios 1212

1) Dibujaacute los siacutembolos de Lewis para los aacutetomos

de

a) He b) Al c) Si d) Ar e) N

2) iquestCoacutemo adquiere la distribucioacuten electroacutenica del

ineacutertido maacutes cercano cada uno de los siguien-

tes aacutetomos

a) K b)

F c)

S d) Mg e)

Br

3) Escribiacute las ecuaciones ioacutenicas la foacutermula elec-

troacutenica y la foacutermula miacutenima del compuesto

ioacutenico formado por

a) K y Br (bromuro de potasio)

b) Ca y O (oacutexido de calcio)

4) Marcaacute con una X las propiedades correspon-

dientes a las sustancias que presentan uniones

ioacutenicas

100

a) Son soacutelidas y tienen bajo punto de fusioacuten ( )

b) Conducen la corriente eleacutectrica fundidas o di-

sueltas en agua ( )

c) Tienen brillo metaacutelico ( )

d) Forman cristales duros y quebradizos solubles

en agua ( )

e) No conducen la corriente eleacutectrica ( )

5) Explicaacute coacutemo se unen dos aacutetomos de bromo

para formar la moleacutecula Br2 y escribiacute su

foacutermula electroacutenica y su foacutermula desarrollada

6) La foacutermula del monoacutexido de dicloro es Cl2O

a) Indicaacute queacute tipo de unioacuten existe entre el cloro y

el oxiacutegeno

b) Escribiacute su foacutermula electroacutenica y su foacutermula

desarrollada

7) El azufre y el oxiacutegeno forman dos oacutexidos

importantes el dioacutexido de azufre (SO2) y el

101

trioacutexido de azufre (SO3) Para el trioacutexido de

azufre

a) Indicaacute queacute tipo de unioacuten existe entre el azufre

y los tres aacutetomos de oxiacutegeno

b) Escribiacute la foacutermula electroacutenica

c) Escribiacute la foacutermula desarrollada

8) Marcaacute 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

liacutequidas o soacutelidas ( )

c) Son duacutectiles y maleables ( )

d) No forman moleacuteculas son agregados de

iones ( )

e) No son buenas conductoras de la corriente

eleacutectrica ( )

102

9) Coloque en el pareacutentesis UCP si la unioacuten es

covalente polar y UCNP si es covalento no

polar en cada una de las siguientes sustancias

a) cloruro de hidroacutegeno HCl ( )

b) Hidroacutegeno H2 ( )

c) yodo l2 ( )

10) Escribiacute la foacutermula electroacutenica y la foacutermula

desarrollada de cada una de las sustancias

mencionadas en el ejercicio 9

11) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten

a) del azufre (S)en el dioacutexido de azufre (SO2) en

el trioacutexido de azufre (SO3) y en el sulfuro de

sodio (Na2S)

b) del nitroacutegeno (N) en el dioacutexido de nitroacutegeno

(NO2) en el aacutecido niacutetrico (HNO3) y en el ni-

trato de potasio (KNO3)

12) Marcaacute con una X las propiedades que se expli-

can en el concepto de unioacuten metaacutelica

103

a) Tienen bajo punto de fusioacuten y de

ebullicioacuten ( )

b) Tienen brillo metaacutelico ( )

c) Conducen la corriente eleacutectrica sin

alterarse ( )

d) En estado soacutelido son malos conductores de la

corriente eleacutectrica ( )

e) Forman hilos y laacuteminas delgadas ( )

104

Hoja de respuestas 1212

1) a) He b) Al c)

Si d)

Ar e)

N

2) a) cede un electroacuten d) cede electrones c)

gana dos electrones b) y e) gana un electroacuten

3) a) Ecuaciones ioacutenicas

K K1+ + 1 e

Br + 1 e Br1-

K1+ + Br- KBr

Foacutermula electroacutenica K1+minus

1

Br

Foacutermula miacutenima KBr

b) Ecuaciones ioacutenicas

Ca Ca 2+ + 2 e

O + 2 e O2-

Ca2+ + O2- CaO

Foacutermula electroacutenica Ca2+ minus

2

O

105

Foacutermula miacutenima CaO

4) b y d

5) se unen compartiendo un par de electrones

6) a) unioacuten covalente

b) foacutermula electroacutenica

Cl

O

Cl

foacutermula desarrollada Cl O Cl

7) a) una unioacuten covalente doble entre el azufre y

uno de los aacutetomos de oxiacutegeno dos uniones cova-

lentes coordinadas con los otros dos aacutetomos de

oxiacutegeno

b) Foacutermula electroacutenica

Foacutermula desarrollada

106

8) a b y e

9) a) UCP y c) UCNP

10) Foacutermula electroacutenica Foacutermula desarrollada

a) H

Cl H Cl

b) HH H H

c)

I

I l I

11) a) +4 +6 -2 b) +4 +5 +5

12) b c y e

  • RADIACTIVIDAD
    • IacuteNDICE
      • 1 RADIACTIVIDAD NATURAL
      • 2 RELACIOacuteN ENTRE LA LEY DE LAVOISIER Y LA DE EINSTEIN
      • 3 INTERACCIONES ENTRE AacuteTOMOS Y ONDAS
      • 4 PODER DE PENETRACIOacuteN DE LA RADIACIOacuteN
      • 5 VIDA MEDIA
      • 6 RADIACTIVIDAD ARTIFICIAL
      • 7 USOS DE LOS RADIOISOacuteTOPOS
      • 8 MEDICINA NUCLEAR
      • 9 FECHADO POR MEDIO DE RADIOISOacuteTOPOS
      • 10 PLANTAS DE ENERGIacuteA NUCLEAR
      • 11 BOMBA ATOacuteMICA
      • 12 EFECTOS DE UNA EXPLOSIOacuteN NUCLEAR
        • Ejercicios 12
        • Ejercicios 121
        • Hoja de respuestas121
        • Ejercicios 1211
        • Ejercicios 1212
        • Hoja de respuestas 1212

50

en el cual ocurrioacute una aniquilacioacuten del positroacuten y

el electroacuten y se genera una imagen en esa regioacuten

La tabla contiene una lista de radioisoacutetopos de

uso comuacuten en la medicina La lista es necesaria-

mente incompleta Incluso con esta exposicioacuten tan

breve puedes hacerte una idea de la importancia

que los radioisoacutetopos tienen en la medicina La

aseveracioacuten de que la ciencia nuclear ha salvado

maacutes vidas de las destruidas por las bombas atoacutemi-

cas no carece el fundamento

51

Isoacutetopo Nombre Vida me-

dia Uso

C11 Carbono 11 203m Exploraciones cere-

brales

Cr51 Cromo 51 278d Determinacioacuten

del volumen sanguiacute-

neo

Co57 Cobalto 57 270d Medicioacuten de la

incorporacioacuten de

vitamina v12

Co60 Cobalto 60 526a Terapia de caacutencer

por radiacioacuten

Gd153 Gadolinio

153

242d Determinacioacuten

de la densidad oacutesea

Ga67 Galio 67 781h Exploracioacuten en

busca de tumores

pulmonares

I131 Yodo 131 807d Terapia de la ti-

roides

Ir192 Iridio 192 74d Terapia del caacuten-

cer de mamaacute

Fe59 Hierro 59 45d Deteccioacuten de

anemia

52

P32 Foacutesforo 32 143d Deteccioacuten de

caacutencer de la piel o

tumores oculares

Pu238 Plutonio

238

86a Suministra ener-

giacutea para marcapasos

Ra226 Radio 226 1600a Terapia de caacutencer

por radiacioacuten

Se75 Selenio 75 120d Exploraciones del

paacutencreas

Na24 Sodio 24 150h Localizacioacuten de

obstrucciones en el

flujo sanguiacuteneo

Tc99 Tecnecio 99 60h Obtencioacuten de imaacute-

genes de cerebro hiacutega-

do meacutedula oacutesea rintildeoacuten o

corazoacuten

Tl201 Talio 201 73h Deteccioacuten de pro-

blemas cardiacos con la

prueba de esfuerzo en

rueda de andar

H3 Tritio 123a Determinacioacuten de

agua corporal total

Xe133 Xenoacuten133 527d Obtencioacuten de imaacute-

genes de pulmoacuten

53

9 FECHADO POR MEDIO DE RADIOISOacuteTOPOS

Una de las aplicaciones maacutes in-

creiacutebles de la quiacutemica nuclear es la po-

sibilidad de averiguar la antiguumledad de

los objetos encontrados en las investi-

gaciones arqueoloacutegicas

Se puede usar la vida media de ciertos isoacuteto-

pos para estimar la antiguumledad de rocas y artefac-

tos arqueoloacutegicos El uranio 238 se desintegra con

una vida media de 4500 millones de anos Los

productos iniciales de esta desintegracioacuten tambieacuten

son radiactivos y la descomposicioacuten continuacutea

54

hasta que se forma un isoacutetopo de plomo (plomo

206) Los quiacutemicos pueden estimar la antiguumledad

de una roca determinando las proporciones relati-

vas de uranio 238 y plomo 206 Se ha encontrado

que algunas de las rocas maacutes antiguas de la Tierra

se formaron hace entre 3000 y 4500 millones de

antildeos En las rocas lunares y en meteoritos se ha

determinado una antiguumledad maacutexima de alrededor

de 4500 millones de antildeos Asiacute pues se considera

en general que la Tierra tiene una antiguumledad de

unos 4500 millones de antildeos

FECHADO POR CARBONO 14

En el fechado de artefactos interviene por lo

general un isoacutetopo radiactivo de carbono Se for-

ma carbono 14 en las capas superiores de la at-

moacutesfera por el bombardeo que experimenta el

nitroacutegeno ordinario por parte de los neutrones de

los rayos coacutesmicos

55

N147 + n1

0 C146 + H1

1

Este proceso origina una concentracioacuten cons-

tante de carbono 14 en el CO2 terrestre Las plan-

tas y animales vivos incorporan este isoacutetopo en

sus propias ceacutelulas Sin embargo cuando estos

seres mueren se interrumpe la incorporacioacuten de

carbono 14 y el carbono 14 que hay en el orga-

nismo se desintegra (con una vida media de 5 730

antildeos) a nitroacutegeno 14

Por consiguiente basta con medir la actividad

residual de carbono 14 en un artefacto de origen

vegetal o animal para determinar su antiguumledad

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 antildeos de antiguumle-

dad es decir ha estado muerta durante un tiempo

equivalente a una vida media Anaacutelogamente un

artefacto que muestra el 25 de la actividad de

carbono 14 del material vegetal reciente tiene

56

11460 anos de antiguumledad 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 aquiacute supone que la formacioacuten del isoacutetopo

fue constante a lo largo del tiempo En realidad no

es asiacute Sin embargo aproximadamente para los

uacuteltimos 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

aacuterboles Se han construido curvas de calibracioacuten

que permiten determinar fechas consideradas co-

mo exactas

En teacuterminos generales el meacutetodo de carbono

14 es razonablemente preciso para fechar objetos

de hasta 50000 antildeos de antiguumledad La cantidad

residual del isoacutetopo en los objetos de una antiguumle-

dad mayor que esa es demasiado pequentildea para

hacer una determinacioacuten exacta

El carboacuten de las fogatas de los pueblos anti-

57

guos fechado por determinacioacuten de la actividad

de carbono 14 se usa para estimar la antiguumledad

de otros artefactos encontrados en el mismo em-

plazamiento arqueoloacutegico La teacutecnica de fechado

por carbono 14 se ha usado tambieacuten para detectar

si supuestos artefactos antiguos han sido falsifica-

dos

EL SUDARIO DE TURIacuteN

Probablemente han oiacutedo hablar del sudario de

Turiacuten Se trata de una pieza de tejido de lino muy

antigua de unos 4 metros de largo que muestra la

impresioacuten aproximada de un cuerpo humano

Desde alrededor del antildeo 1350 dC 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-

bricacioacuten del lienzo habiacutea sido cultivado en alguacuten

memento entre los anos de 1260 y 1390 dC Por

58

tanto el lienzo no podriacutea haber existido en tiem-

pos de Cristo A diferencia de los pergaminos del

Mar Muerto para los que el fechado por carbono

14 demostroacute que son registros auteacutenticos de una

civilizacioacuten que existioacute hace unos 2000 antildeos el

sudario de Turiacuten resultoacute ser falso

FECHADO POR TRITIO

El tritio que es el isoacutetopo radiactivo del

hidroacutegeno sirve tambieacuten para fechar Su vida me-

dia de 123 antildeos lo hace uacutetil para fechar objetos de

hasta 100 antildeos de antiguumledad Una aplicacioacuten inte-

resante es el fechado de aguardientes Estas bebi-

das alcohoacutelicas son muy costosas cuando han sido

antildeejadas de 10 a 50 antildeos El fechado por tritio

permite comprobar la veracidad de los anuncios

publicitarios respecto al proceso de antildeejamiento

de las variedades maacutes caras

Hay muchos otros isoacutetopos que permiten es-

timar la antiguumledad de objetos y materiales

59

Isoacutetopo Vida me-

dia

(antildeos)

Periacuteodo de

utilidad Uso

Carbono 14 5730 500 a 50000

antildeos

Carboacuten vege-

tal material

orgaacutenico

Tritio 123 1 a 100 antildeosVinos antildeeja-

dos

Potasio 40 13 x 109 Desde 10000

antildeos

Rocas corteza

terrestre y

lunar

Renio 187 43 x1010 Desde 4 x

107 antildeos Meteoritos

Ranio238 45 x109 Desde 107

antildeos

Rocas corteza

terrestre

60

10 PLANTAS DE ENERGIacuteA NUCLEAR

iquestSabeacutes de doacutende viene esa energiacutea que nosotros usamos tanto Mucha de la energiacutea eleacutectrica es

producida por plantas nucleares de to-do el mundo

La energiacutea nuclear ha dado origen a bombas

muy destructivas y a la nociva precipitacioacuten ra-

diactiva y podriacutea incluso provocar un devastador

invierno nuclear Sin embargo una cantidad mu-

cho mayor de personas han recibido beneficios de

la energiacutea nuclear que las que han sido perjudica-

das por ella El hecho es que existen muchos usos

de la energiacutea nuclear que son sumamente beneacutefi-

61

cos Ya conocemos el uso de isoacutetopos radiactivos

en el diagnoacutestico cliacutenico y en el fechado de obje-

tos de antiguumledad desconocida Otro uso paciacutefico

de la energiacutea nuclear es la generacioacuten de electri-

cidad Una gran parte de la energiacutea eleacutectrica que

se utiliza hoy en diacutea se genera en plantas de ener-

giacutea nuclear

En la actualidad una quinta parte de toda la

electricidad que se produce en Estados Unidos

proviene de plantas de energiacutea nuclear En Euro-

pa la dependencia respecto a la energiacutea nuclear

para la produccioacuten de electricidad es auacuten mayor

En Francia por ejemplo maacutes del 70 de la ener-

giacutea eleacutectrica del paiacutes proviene de plantas nuclea-

res

No es sorprendente que una reaccioacuten que

desprende tanta energiacutea como lo hace la fisioacuten

nuclear se use como fuente de energiacutea para gene-

rar electricidad En las plantas de energiacutea nuclear

se usa el calor obtenido de una reaccioacuten de fisioacuten

62

en cadena controlada para producir vapor de

agua que mueve las turbinas generadoras de elec-

tricidad El combustible nuclear es normalmente

oacutexido de uranio U3O8 enriquecido hasta alrede-

dor de 3 de uranio 235

La energiacutea nuclear es mucho maacutes limpia que la

que se obtiene quemando combustibles foacutesiles

(carboacuten petroacuteleo y gas) no produce cenizas finas

ni holliacuten no forma dioacutexido de carbono que con-

tribuye al efecto de invernadero y al calentamiento

global y no contamina el aire con oacutexidos de azu-

fre y de nitroacutegeno que dan origen a la lluvia aacutecida

Por otra parte emite grandes cantidades de calor

residual en el ambiente y lo que es mucho maacutes

serio produce muchos residuos radiactivos La

eliminacioacuten de todos estos materiales radiactivos

de desecho es uno de los problemas constantes

que se tienen en relacioacuten con las plantas de energiacutea

nuclear

63

11 BOMBA ATOacuteMICA

Todos sabemos los desastres que pue-

den causar la detonacioacuten de una bomba

nuclear

Aquiacute presentamos la explicacioacuten teoacuterica

y coacutemo se pone en praacutectica

COacuteMO FUNCIONA UNA BOMBA NUCLEAR EN LA

TEORIacuteA

El 16 de Julio de 1945 estalloacute la primera bomba

atoacutemica en el campo de pruebas de Trinity cerca

de aacutelamo Gordo (Nuevo Meacutejico) Desde ese pre-

64

ciso instante la historia de la humanidad ha pasado

a una nueva era la era nuclear

Nunca hasta entonces se habiacutean tenido los cono-

cimientos necesarios como para saber que la masa

puede convertirse en grandes cantidades de ener-

giacutea y coacutemo podiacutea realizarse ese proceso hasta

entonces reservado tan soacutelo a las estrellas

La famosa foacutermula de Einstein E = mc2 ha pasa-

do ya ha formar parte de la cultura popular auacuten sin

que en realidad se llegue a saber que implica

Donde E es energiacutea m masa y c la velocidad de la

luz (constante) En esta ecuacioacuten se expresa la

relacioacuten de equivalencia entre masa y energiacutea Por

ejemplo haciendo algunas cuentas se ve que con

un gramo de uranio si se convirtiese totalmente

en energiacutea se obtendriacutean 25 millones de Kw

Aplicado como una bomba nuclear basta decir

que para asolar Hiroshima soacutelo se convirtioacute un

65

gramo de masa (aunque toda la bomba como me-

canismo pesara cuatro toneladas) su potencia fue

de 125 kilotones es decir para igualar su potencia

seriacutean 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 combustibles

de fisioacuten Cuando en un espacio se reuacutene la sufi-

ciente cantidad de materia (denominada masa criacute-

tica) se produce una reaccioacuten en cadena espontaacute-

nea esto es el nuacutecleo de los aacutetomos del material

se divide liberando energiacutea y varios neutrones

raacutepidos que provocan que otros nuacutecleos tam-

bieacuten se dividan y liberen maacutes energiacutea y neutrones

Este proceso se denomina fisioacuten nuclear Sin em-

bargo si la densidad no es suficiente la energiacutea

liberada hace que el material se expanda y se de-

tenga el proceso Para evitar que se pare la reac-

cioacuten se recurre a una materia muy densa de por siacute

(isoacutetopos del uranio y plutonio) que ademaacutes se

comprime de manera muy raacutepida para lograr una

66

altiacutesima densidad que permite que los neutrones

raacutepidos choquen antes con otros nuacutecleos y se

produzcan antes el mayor nuacutemero 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 maacutes energiacutea Para una

explosioacuten de 100 kilotones son necesarias 58 ge-

neraciones las 7 uacuteltimas generan el 999 de la

energiacutea en periodo cortiacutesimo de tiempo Tambieacuten

puede liberarse energiacutea con la fusioacuten en este pro-

ceso los nuacutecleos se unen en vez de separarse pero

se requieren altiacutesimas temperaturas (del orden de

millones de grados) para que este proceso se lleve

a cabo Para esta reaccioacuten se usan aacutetomos ligeros

(maacutes faacuteciles de unir) generalmente hidroacutegeno o

sus isoacutetopos (deuterio y tritio) Para unir dos aacuteto-

mos basta con hacerlos chocar Los protones de

cada aacutetomo 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

67

fusioacuten deben comprimirse fuertemente los nuacute-

cleos y una vez hecho soacutelo podraacuten continuar uni-

dos si pierden un equivalente de la energiacutea que les

hizo apretarse En el caso de usar deuterio y tritio

se libera violentamente un neutroacuten Esta energiacutea

liberada es la que forma una bomba de fusioacuten

tambieacuten denominada bomba H

COMO FUNCIONA UNA BOMBA ATO-MICA EN LA PRACTICA

Sea cual fuere el sistema de funcionamiento de

una bomba nuclear (fusioacuten o fisioacuten) una cantidad

de masa se convierte en energiacutea la potencia soacutelo

depende de la capacidad de la ingenieriacutea para con-

vertir maacutes masa antes de que la reaccioacuten disperse

las moleacuteculas en teoriacutea la potencia es por tanto

ilimitada

Una bomba nuclear consiste baacutesicamente en una

esfera hueca de plutonio que no es lo suficiente-

68

mente densa como para producir una reaccioacuten 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 explosioacuten se disparan los detonado-

res que hacen que el material explosivo estalle de

la manera lo maacutes regular posible para que enviacutee

una onda de choque esfeacuterica hacia el plutonio

Cuando eacutesta impacta contra eacutel lo comprime y re-

duce su volumen empujaacutendolo hacia el centro de

la esfera hasta que alcanza una densidad suficiente

(supercriacutetica) y se dispara el iniciador de neutrones

para comenzar la reaccioacuten en cadena que da lugar

a la explosioacuten nuclear

Las bombas termonucleares de fusioacuten o H nece-

sitan de una gran temperatura para que se puedan

unir los nuacutecleos esto se consigue en el interior de

una explosioacuten de fisioacuten que es el comienzo de

toda bomba H

69

Una vez acabada la reaccioacuten de fusioacuten nos encon-

traremos con una esfera expandida con una tem-

peratura de millones de grados en la que existen

los productos de la fusioacuten (litio e isoacutetopos del

hidroacutegeno) Tal es su velocidad que pueden fun-

dirse unos con otros dando lugar a la reaccioacuten de

fusioacuten Esta reaccioacuten genera maacutes energiacutea que la

anterior y libera gran cantidad de partiacuteculas nu-

cleares pero no es una reaccioacuten en cadena ya que

el propio calor que genera hace que las partiacuteculas

se separen y se expandan en forma de una esfera

de plasma con una temperatura que tan soacutelo expe-

rimenta el universo de manera natural en las estre-

llas En nuestro sol por ejemplo ocurren la fusioacuten

nuclear de hidroacutegeno y helio Pero antes de que la

reaccioacuten se extinga los neutrones generados por

las detonaciones anteriores provocan de nuevo

una reaccioacuten de fusioacuten sobre una camisa de U-

238 pero esta vez mucho mayor que las anterio-

res La potencia de una bomba termonuclear care-

ce de liacutemite una bomba como la de Hiroshima de

70

125 kilotones (un kilotoacuten equivale a 1000 tonela-

das de TNT) se considera dentro de los arsenales

modernos como pequentildea siendo las de un mega-

toacuten (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 la

Segunda Guerra Mundial

Para la construccioacuten de una bomba nuclear nor-

malmente se usa U-235 mezclado con U-238 El

primero no forma parte de la reaccioacuten nuclear

sino que es el segundo el que es fisionable de ma-

nera espontaacutenea emitiendo neutrones que son

absorbidos por el U-235 para evitar que se pro-

duzca de manera accidental la reaccioacuten en cadena

Asiacute el U-235 hace de escudo absorbiendo los neu-

trones del U-238 que es el que produce la detona-

cioacuten 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

71

reactores nucleares a partir del U-238

La desintegracioacuten del uranio en la reaccioacuten en

cadena se produce de manera espontaacutenea para una

masa de 50 Kg si eacuteste elemento es puro El pluto-

nio no es capaz por si solo de comenzar una raacutepi-

da reaccioacuten en cadena de modo que se mezcla de

berilo y polonio dando como resultado un pro-

ducto que aunque no es fisionable por si solo una

pequentildea cantidad actuacutea como catalizador para las

grandes reacciones Asiacute bastan 16 Kg de PU-239

para obtener la masa supercriacutetica y 10 Kg si se

mezcla con U-238

El U-235 es muy difiacutecil de extraer por encontrarse

en la naturaleza muy mezclado con otros com-

puestos Asiacute por cada 25000 toneladas de mineral

de uranio bruto soacutelo se obtienen 50 toneladas de

uranio del que el 993 es U-235 y el resto el

rariacutesimo isoacutetopo U-238 ambos soacutelo se pueden

separar de manera mecaacutenica gracias a la leviacutesima

72

diferencia de peso entre ambos Asiacute el uranio se

mezcla en forma gaseosa con fluor (hexafluoriacutedri-

co) que es impulsado a baja presioacuten hacieacutendolo

pasar por unas caacutemaras que aumentan la concen-

tracioacuten de uranio sensiblemente tras cientos de

pasadas Para una central nuclear la pureza ha de

ser del 2 y para una bomba (teoacutericamente) el

95

Para separar el isoacutetopo se recurre a la centrifuga-

cioacuten del gas siendo el maacutes pesado U-238 despedi-

do hacia el exterior con maacutes fuerza Para obtener

otra vez el uranio separado del gas se recurre a la

separacioacuten magneacutetica

MECANISMOS QUE SUELEN COMPONER UNA

BOMBA NUCLEAR

Los mecanismos que suelen componer una bom-

ba nuclear son los siguientes

73

ALTIacuteMETRO No suele usarse el baromeacutetrico

por verse afectado por las condiciones atmosfeacuteri-

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 seguacuten el tiempo transcu-

rrido en el recorrido puede saberse la altura sin

necesidad de complicar maacutes el sistema para dar

una precisioacuten que en realidad no es importante (2

o 3 m de diferencia no son apreciables maacutes que

en minibombas bastante menores que las de

Hiroshima) siendo la altura normal de detonacioacuten

la de 2000 m

En la praacutectica 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 electroacute-

nicamente para obtener la diferencia de ambas

que es proporcional a la altura Los pulsos suelen

emitirse 120 veces por segundo y alcanzan un

74

rango de 3000 m sobre la tierra y 6000 m sobre

el mar (la reflexioacuten es alliacute mejor) siendo su error

de hasta 15 m

CABEZA DETONADORA Como ya se dijo

estaacute compuesta de una carga explosiva muy bien

calibrada que a la orden del altiacutemetro detona

produciendo una onda de choque uniforme sobre

el elemento radioactivo comprimieacutendolo hasta

alcanzar la masa supercriacutetica

Compantildeiacuteas privadas producen camisas explosivas

que modificadas pueden ser usadas para la fabri-

cacioacuten del objeto que nos ocupa La cantidad de

presioacuten necesaria a aplicar es un secreto por razo-

nes de seguridad aunque se sabe que los explosi-

vos plaacutesticos son ideales sobre todo por su malea-

bilidad y facilidad de manejo

El detonador variacutea si es combustible es uranio o

plutonio

75

DETONADOR DE URANIO La masa total se

divide en dos partes una mayor de forma semies-

feacuterica y coacutencava que se acopla perfectamente con

la otra maacutes pequentildea Como es de suponer ambas

se encuentran separadas hasta el momento de la

detonacioacuten en el que una explosioacuten convencional

dispara la parte pequentildea que impacta contra la

mayor para lograr en un instante la masa supercriacute-

tica

DETONADOR DE PLUTONIO Necesita

una precisioacuten de ingenieriacutea mucho mayor que la

anterior ya que estaacute compuesta de 32 secciones de

plutonio-berilio-polonio todas de igual forma y

posicioacuten distribuidas conceacutentricamente El aspecto

final es parecido al de un baloacuten de fuacutetbol Todas

han de cerrarse simeacutetricamente en una diezmillo-

neacutesima de segundo para conseguir la detonacioacuten

DEFLECTOR DE NEUTRONES Suele ser

U-238 Su funcioacuten es la que ya se explicoacute evitar

76

una reaccioacuten accidental ademaacutes refleja las partiacutecu-

las de vuelta cuando se alcanza la masa supercriacuteti-

ca

ESCUDO PROTECTOR Recibe otros nom-

bres pero su funcioacuten es siempre la de proteger de

la radiacioacuten natural tanto al personal que la maneja

como a los circuitos de la bomba que pueden su-

frir cortocircuitos o puestas en funcionamiento

accidentales

SISTEMA DE ARMADO Es otro sistema maacutes

de seguridad consistente en quitar una parte im-

prescindible de la bomba para evitar detonaciones

accidentales de modo que soacutelo cuando estaacute

proacuteximo su lanzamiento se inserta esta parte Una

analogiacutea seriacutea como si al aparcar nuestro coche le

quitaacuteramos el volante o una bujiacutea asiacute estariacuteamos

seguros de que no nos lo roban porque sin estas

partes el coche no funciona

77

12 EFECTOS DE UNA EXPLOSIOacuteN NUCLEAR

Tenemos frescas en nuestra memo-

ria las imaacutegenes que nos mostroacute la

televisioacuten cuando se produjo el ac-

cidente de Chernobyl

Aquiacute explicamos todas las conse-

cuencias de una detonacioacuten 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

78

bull Radiacioacuten nuclear inicial la altiacutesima

temperatura y la elevada presioacuten que se

genera en el interior de la explosioacuten emi-

ten radiacioacuten en todas las direcciones Esta

se compone de rayos alfa beta y gamma

que son una forma de radiacioacuten electro-

magneacutetica de alta energiacutea que puede causar

la muerte sin que el individuo se de cuenta

de que ha sido irradiado Una explosioacuten de

un megatoacuten (de tamantildeo estaacutendar) matariacutea

a todo ser humano en 15 Km a la redonda

que se encontrase al aire libre

Las partiacuteculas alfa son ideacutenticas a un nuacutecleo de

helio son las que mas larga vida tienen unos mil

antildeos pero su poder de penetracioacuten 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 radiacioacuten Con 45 cm de tierra se

consigue reducir la radiacioacuten veinte veces

Las partiacuteculas beta penetran maacutes siendo suficiente

79

38 cm de pared de ladrillo para reducir a un quin-

to la radiacioacuten (una pared moderna ya espesa se

compone de 1 pie de ladrillo maacutes caacutemara maacutes

aislante maacutes ladrillo hueco y yeso que suele que-

darse en los 37 cm)

Los de maacutes poder de penetracioacuten son las gamma

y por tanto los maacutes peligrosos ya son los que se

introducen en los refugios nucleares auacuten con

grandes espesores de hormigoacuten La uacutenica protec-

cioacuten eficaz es la de interponer grandes masas de

material mejor cuanto maacutes denso siendo el ideal

el plomo ya que pasa por los materiales como la

luz por una tela si esta es maacutes densa mayor canti-

dad de chocaraacute con ella y no la traspasaraacute Para

reducir la dosis a un veinteavo se precisan 30 cm

de hormigoacuten armado

bull Pulso electromagneacutetico La intensa acti-

vidad de los rayos gamma genera mediante

induccioacuten una corriente de alto voltaje so-

80

bre antenas viacuteas feacuterreas tuberiacuteas que des-

truye todas las instalaciones eleacutectricas de

una amplia zona si la explosioacuten se efectuacutea

a gran altura Una detonacioacuten de muchos

kilotones a 200 km sobre Omaha (Ne-

brasca) destruiriacutea todos los circuitos eleacutec-

tricos integrados de toda Norteameacuterica y

parte de Meacutejico y Canadaacute Ante el riesgo

de una detonacioacuten nuclear es conveniente

alejarse de liacuteneas eleacutectricas y viacutea feacuterreas ya

que la corriente inducida puede electrocu-

tarnos

bull Pulso teacutermico al expandirse la bola de

fuego el aire circundante absorbe energiacutea

en forma de rayos X y la irradia en forma

de una luz cegadora y un intensiacutesimo ca-

lor Una bomba de 20 Megatones produci-

riacutea una intensa luz durante 20 segundos y

causariacutea quemaduras de segundo grado a

81

cualquier persona expuesta a 45 Km de

distancia

bull Onda de choque La raacutepida expansioacuten de

la bola de fuego genera una onda de cho-

que como cualquier explosioacuten pero de

una potencia muy superior ya que puede

aplastar o barrer edificios dantildeaacutendolos muy

seriamente o destruyeacutendolos por comple-

to ya que maacutes que empujar por su dura-

cioacuten lo que hace es estrujar Una bomba

de 20 megatones no dejariacutea en un radio de

20 Km maacutes que escombros soacutelo se salva-

riacutean las cimentaciones y construcciones

enterradas

bull Primera lluvia radioactiva o lluvia ra-

diactiva local una explosioacuten de 20 mega-

tones aras de suelo produciriacutea un craacuteter de

183 m de profundidad la elevada tempe-

82

ratura vaporiza todo lo que se encuentra

dentro de la bola de fuego todo se funde

con los materiales radiactivos de la fisioacuten o

fusioacuten y se eleva con el hongo para luego

precipitar en forma de finas cenizas Esto

ocurriraacute durante las 24 h siguientes a la

explosioacuten y afectaraacute a una regioacuten maacutes o

menos amplia para una misma potencia

seguacuten la climatologiacutea El fenoacutemeno se am-

pliacutea considerablemente si la detonacioacuten se

produce cerca del suelo La energiacutea 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 maacutes destructivos los deno-

minados secundarios como incendios en masa

que acabariacutean con los pocos supervivientes y ma-

tariacutean a maacutes que el pulso teacutermico y la onda de

choque

83

Ademaacutes en caso de que se lanzaran muchas

bombas nucleares sus efectos secundarios seriacutean

mucho maacutes 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 10000 mega-

tones miacutenimos para considerar un holocausto

como tal

bull El primero de estos efectos es que la ra-

dioactividad liberada en caso de holocaus-

to penetrariacutea en todos y cada uno de los

seres vivos (y en el mar la tierra y el aire)

Mientras que en dosis altas (seguacuten la espe-

cie) produciriacutea la muerte en otras maacutes ba-

jas los efectos seriacutean de lo maacutes variados

(mutaciones esterilidad)

bull El segundo seriacutea que los materiales im-

pulsados por las detonaciones se elevariacutean

hasta la troposfera donde ocultariacutean la luz

84

del sol durante meses o antildeos haciendo ba-

jar la temperatura de la tierra y alterando la

fotosiacutentesis de los vegetales y el plancton

marino seriacutea el famoso invierno nuclear

Ademaacutes estos materiales radiactivos iriacutean

cayendo durante meses o antildeos convirtieacuten-

dose en una lluvia radiactiva global que

auacuten con menos dosis radiactiva que una

lluvia provocada por una bomba seriacutea

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

antildeos Ese 5 de energiacutea liberada por la

lluvia radiactividad en una bomba es poco

pero en los 10000 megatones de un holo-

causto suponen ya 500 megatones que iraacuten

estallando durante miles de antildeos des-

pueacutes de la cataacutestrofe

85

bull El tercero seriacutea una reduccioacuten en la capa

de ozono producida por el oacutexido de nitroacute-

geno generado por las bolas de fuego de

modo que la radiacioacuten solar que llegase a

la tierra seriacutea mortal Un 70 del ozono

desapareceriacutea en el hemisferio norte y un

40 en el sur siendo necesarios treinta

antildeos para recuperar su estado normal

86

Ejercicios 12

MODELO DE RESOLUCIOacuteN

La distribucioacuten de los electrones de un aacutetomo

en sus niveles y subniveles se puede representar en

forma abreviada de la siguiente manera

a) Un coeficiente que indica el nuacutemero del nivel

de energiacutea (n)

b) Una letra que corresponde al subnivel

c) Un supraiacutendice que sentildeala el nuacutemero de elec-

trones que hay en el subnivel

1H = 1s1

3Li = 1s2 2s1

En razoacuten del entrecruzamiento de subniveles

el orden en que se van completando los subniveles

por energiacutea creciente es el siguiente

87

1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d

4p 5s 4d 5p 6s 4f

5d 6p 7s 5f 6d

7p

Para visualizar la distribucioacuten de los electrones

en orbitales se puede representar cada orbital por

un pequentildeo cuadrado dividido por una diagonal

y cada electroacuten mediante una flecha

Entonces el orbital puede estar

Vaciacuteo incompleto completo

(1 electroacuten) (2 electrones)

En caso del orbital completo las flechas tienen

sentido contrario para indicar que los electrones

presentan spin contrario

El llenado de los orbitales por los electrones

se realiza a partir de los niveles y subniveles en

88

orden creciente de energiacutea Cada nuevo electroacuten se

incorpora a un orbital vaciacuteo

De ese modo los elementos quedan represen-

tados asiacute

1H =

1s

3Li =

1s 2s

7N =

1s 2s 2p

89

Ejercicios 121

1) Un aacutetomo de foacutesforo tiene 15 protones y 16

neutrones Indicaacute cuaacutel es su

a) nuacutemero atoacutemico (Z) b) nuacutemero

de masa (A)

2) Un aacutetomo de potasio tiene Z =19 y A = 39

Indicaacute su nuacutemero de

a) protones b) electrones

c) neutrones

3) Completaacute los datos que faltan en el siguiente

cuadro

90

ELE-

MEN-

TO

NUacute-

MERO

ATOacute-

MICO

NUacute-

MERO

DE

MASA

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) Sentildealaacute el nombre y siacutembolo de los elementos

cuyas configuraciones electroacutenicas 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) Escribiacute la configuracioacuten electroacutenica de los

siguientes elementos

91

a) Na2311 = c) O16

8 =

b) Cl3517 = d) C12

6 =

6) De acuerdo con la siguiente representacioacuten de

los electrones en orbitales indicaacute a queacute ele-

mentos corresponden

a)

b)

c)

d)

7) Representaacute la distribucioacuten de los electrones en

orbitales de los elementos

a) 7N= c) 18Ar =

b) 15AI = d) 19K =

92

Hoja de respuestas121

1) a) 15 b) 31 2) a) 19 b) 19 c) 20

3)

ELE-

MEN-

TO

NUacuteME-

RO

ATOacute-

MICO

NUacute-

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)Argoacuten Ar

d)Escandio Sc

5) a) 1S2 2S2 2p6 3s1

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)middot

94

Ejercicios 1211

Modelo de resolucioacuten

El nuacutemero de oxidacioacuten se asigna seguacuten las si-

guientes reglas

1) El nuacutemero de oxidacioacuten de los elementos en la

sustancia simple es cero

Ejemplo Cu0 02Cl

2) El nuacutemero de oxidacioacuten del oxiacutegeno es 2

excepto en las sustancias como el agua oxige-

nada Ejemplo H2

2Ominus

3) El nuacutemero de oxidacioacuten del hidroacutegeno es +1

excepto en las sustancias donde estaacute combina-

do con los metales Ejemplo 1

H+

2O

4) El nuacutemero de oxidacioacuten de un ion monoatoacute-

mico es igual a la carga del ion Ejemplo Ca2-

Cl-

95

5) En la foacutermula de una sustancia la suma alge-

braica de los nuacutemeros de oxidacioacuten de todos

los aacutetomos debe ser cero Ejemplo 1

H+

2

2Ominus

there42(+1) + (-2) = 0

6) En los iones que tienen maacutes de un aacutetomo la

suma algebraica de los nuacutemeros de oxidacioacuten

de todos los aacutetomos es igual a la carga del ion

El nuacutemero de oxidacioacuten se escribe colocando primero el signo y luego el nuacutemero

Ejemplo el nuacutemero de oxidacioacuten del aluminio es +3

1) Calculaacute los nuacutemeros de oxidacioacuten en la moleacute-

cula de dioacutexido de azufre (SO2)

Datos SO2 nuacutemero de oxidacioacuten del O2

es 2

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de S

Resolucioacuten Cada aacutetomo de oxiacutegeno tiene

nuacutemero de oxidacioacuten 2 por lo tanto el nuacute-

mero de oxidacioacuten del azufre es +4 porque

2(-2) + (+4) = 0

96

2) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten del azufre en

el aacutecido sulfuacuterico (H2SO4)

Datos H2SO2 nuacutemero de oxidacioacuten del

O2 es 2 nuacutemero de oxidacioacuten de H es -1

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de S

Resolucioacuten Se debe cumplir que la suma al-gebraica de todos los nuacutemeros de oxidacioacuten sea cero

4(-2) + 21 + x = 0

-8 + 2 + x = 0

x = 6

Respuesta el nuacutemero de oxidacioacuten del azufre

en el aacutecido sulfuacuterico es +6

3) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten del nitroacutegeno

en el nitrato de sodio (NaNO3)

Datos NaNO3 nuacutemero de oxidacioacuten del

O2 es 2

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de N

97

Resolucioacuten El nuacutemero de oxidacioacuten del

sodio es +1 porque el ion sodio tiene una car-

ga eleacutectrica positiva

+1 + 3(-2) +x = 0

1 6 + x = 0

x = 5

Respuesta el nuacutemero de oxidacioacuten del nitroacute-

geno en el nitrato de sodio es +5

4) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten del azufre en

el ion sulfato (S 24Ominus )

Datos S 24Ominus nuacutemero de oxidacioacuten del O2

es 2

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de S

Resolucioacuten La suma de los nuacutemeros de

oxidacioacuten es igual a 2 porque el ion sulfato

tiene dos cargas negativas (2-)

x + 4(-2) = -2

x 8 = -2

x = 6

98

Respuesta El nuacutemero de oxidacioacuten del azu-

fre en el ion sulfato es +6

99

Ejercicios 1212

1) Dibujaacute los siacutembolos de Lewis para los aacutetomos

de

a) He b) Al c) Si d) Ar e) N

2) iquestCoacutemo adquiere la distribucioacuten electroacutenica del

ineacutertido maacutes cercano cada uno de los siguien-

tes aacutetomos

a) K b)

F c)

S d) Mg e)

Br

3) Escribiacute las ecuaciones ioacutenicas la foacutermula elec-

troacutenica y la foacutermula miacutenima del compuesto

ioacutenico formado por

a) K y Br (bromuro de potasio)

b) Ca y O (oacutexido de calcio)

4) Marcaacute con una X las propiedades correspon-

dientes a las sustancias que presentan uniones

ioacutenicas

100

a) Son soacutelidas y tienen bajo punto de fusioacuten ( )

b) Conducen la corriente eleacutectrica fundidas o di-

sueltas en agua ( )

c) Tienen brillo metaacutelico ( )

d) Forman cristales duros y quebradizos solubles

en agua ( )

e) No conducen la corriente eleacutectrica ( )

5) Explicaacute coacutemo se unen dos aacutetomos de bromo

para formar la moleacutecula Br2 y escribiacute su

foacutermula electroacutenica y su foacutermula desarrollada

6) La foacutermula del monoacutexido de dicloro es Cl2O

a) Indicaacute queacute tipo de unioacuten existe entre el cloro y

el oxiacutegeno

b) Escribiacute su foacutermula electroacutenica y su foacutermula

desarrollada

7) El azufre y el oxiacutegeno forman dos oacutexidos

importantes el dioacutexido de azufre (SO2) y el

101

trioacutexido de azufre (SO3) Para el trioacutexido de

azufre

a) Indicaacute queacute tipo de unioacuten existe entre el azufre

y los tres aacutetomos de oxiacutegeno

b) Escribiacute la foacutermula electroacutenica

c) Escribiacute la foacutermula desarrollada

8) Marcaacute 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

liacutequidas o soacutelidas ( )

c) Son duacutectiles y maleables ( )

d) No forman moleacuteculas son agregados de

iones ( )

e) No son buenas conductoras de la corriente

eleacutectrica ( )

102

9) Coloque en el pareacutentesis UCP si la unioacuten es

covalente polar y UCNP si es covalento no

polar en cada una de las siguientes sustancias

a) cloruro de hidroacutegeno HCl ( )

b) Hidroacutegeno H2 ( )

c) yodo l2 ( )

10) Escribiacute la foacutermula electroacutenica y la foacutermula

desarrollada de cada una de las sustancias

mencionadas en el ejercicio 9

11) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten

a) del azufre (S)en el dioacutexido de azufre (SO2) en

el trioacutexido de azufre (SO3) y en el sulfuro de

sodio (Na2S)

b) del nitroacutegeno (N) en el dioacutexido de nitroacutegeno

(NO2) en el aacutecido niacutetrico (HNO3) y en el ni-

trato de potasio (KNO3)

12) Marcaacute con una X las propiedades que se expli-

can en el concepto de unioacuten metaacutelica

103

a) Tienen bajo punto de fusioacuten y de

ebullicioacuten ( )

b) Tienen brillo metaacutelico ( )

c) Conducen la corriente eleacutectrica sin

alterarse ( )

d) En estado soacutelido son malos conductores de la

corriente eleacutectrica ( )

e) Forman hilos y laacuteminas delgadas ( )

104

Hoja de respuestas 1212

1) a) He b) Al c)

Si d)

Ar e)

N

2) a) cede un electroacuten d) cede electrones c)

gana dos electrones b) y e) gana un electroacuten

3) a) Ecuaciones ioacutenicas

K K1+ + 1 e

Br + 1 e Br1-

K1+ + Br- KBr

Foacutermula electroacutenica K1+minus

1

Br

Foacutermula miacutenima KBr

b) Ecuaciones ioacutenicas

Ca Ca 2+ + 2 e

O + 2 e O2-

Ca2+ + O2- CaO

Foacutermula electroacutenica Ca2+ minus

2

O

105

Foacutermula miacutenima CaO

4) b y d

5) se unen compartiendo un par de electrones

6) a) unioacuten covalente

b) foacutermula electroacutenica

Cl

O

Cl

foacutermula desarrollada Cl O Cl

7) a) una unioacuten covalente doble entre el azufre y

uno de los aacutetomos de oxiacutegeno dos uniones cova-

lentes coordinadas con los otros dos aacutetomos de

oxiacutegeno

b) Foacutermula electroacutenica

Foacutermula desarrollada

106

8) a b y e

9) a) UCP y c) UCNP

10) Foacutermula electroacutenica Foacutermula desarrollada

a) H

Cl H Cl

b) HH H H

c)

I

I l I

11) a) +4 +6 -2 b) +4 +5 +5

12) b c y e

  • RADIACTIVIDAD
    • IacuteNDICE
      • 1 RADIACTIVIDAD NATURAL
      • 2 RELACIOacuteN ENTRE LA LEY DE LAVOISIER Y LA DE EINSTEIN
      • 3 INTERACCIONES ENTRE AacuteTOMOS Y ONDAS
      • 4 PODER DE PENETRACIOacuteN DE LA RADIACIOacuteN
      • 5 VIDA MEDIA
      • 6 RADIACTIVIDAD ARTIFICIAL
      • 7 USOS DE LOS RADIOISOacuteTOPOS
      • 8 MEDICINA NUCLEAR
      • 9 FECHADO POR MEDIO DE RADIOISOacuteTOPOS
      • 10 PLANTAS DE ENERGIacuteA NUCLEAR
      • 11 BOMBA ATOacuteMICA
      • 12 EFECTOS DE UNA EXPLOSIOacuteN NUCLEAR
        • Ejercicios 12
        • Ejercicios 121
        • Hoja de respuestas121
        • Ejercicios 1211
        • Ejercicios 1212
        • Hoja de respuestas 1212

51

Isoacutetopo Nombre Vida me-

dia Uso

C11 Carbono 11 203m Exploraciones cere-

brales

Cr51 Cromo 51 278d Determinacioacuten

del volumen sanguiacute-

neo

Co57 Cobalto 57 270d Medicioacuten de la

incorporacioacuten de

vitamina v12

Co60 Cobalto 60 526a Terapia de caacutencer

por radiacioacuten

Gd153 Gadolinio

153

242d Determinacioacuten

de la densidad oacutesea

Ga67 Galio 67 781h Exploracioacuten en

busca de tumores

pulmonares

I131 Yodo 131 807d Terapia de la ti-

roides

Ir192 Iridio 192 74d Terapia del caacuten-

cer de mamaacute

Fe59 Hierro 59 45d Deteccioacuten de

anemia

52

P32 Foacutesforo 32 143d Deteccioacuten de

caacutencer de la piel o

tumores oculares

Pu238 Plutonio

238

86a Suministra ener-

giacutea para marcapasos

Ra226 Radio 226 1600a Terapia de caacutencer

por radiacioacuten

Se75 Selenio 75 120d Exploraciones del

paacutencreas

Na24 Sodio 24 150h Localizacioacuten de

obstrucciones en el

flujo sanguiacuteneo

Tc99 Tecnecio 99 60h Obtencioacuten de imaacute-

genes de cerebro hiacutega-

do meacutedula oacutesea rintildeoacuten o

corazoacuten

Tl201 Talio 201 73h Deteccioacuten de pro-

blemas cardiacos con la

prueba de esfuerzo en

rueda de andar

H3 Tritio 123a Determinacioacuten de

agua corporal total

Xe133 Xenoacuten133 527d Obtencioacuten de imaacute-

genes de pulmoacuten

53

9 FECHADO POR MEDIO DE RADIOISOacuteTOPOS

Una de las aplicaciones maacutes in-

creiacutebles de la quiacutemica nuclear es la po-

sibilidad de averiguar la antiguumledad de

los objetos encontrados en las investi-

gaciones arqueoloacutegicas

Se puede usar la vida media de ciertos isoacuteto-

pos para estimar la antiguumledad de rocas y artefac-

tos arqueoloacutegicos El uranio 238 se desintegra con

una vida media de 4500 millones de anos Los

productos iniciales de esta desintegracioacuten tambieacuten

son radiactivos y la descomposicioacuten continuacutea

54

hasta que se forma un isoacutetopo de plomo (plomo

206) Los quiacutemicos pueden estimar la antiguumledad

de una roca determinando las proporciones relati-

vas de uranio 238 y plomo 206 Se ha encontrado

que algunas de las rocas maacutes antiguas de la Tierra

se formaron hace entre 3000 y 4500 millones de

antildeos En las rocas lunares y en meteoritos se ha

determinado una antiguumledad maacutexima de alrededor

de 4500 millones de antildeos Asiacute pues se considera

en general que la Tierra tiene una antiguumledad de

unos 4500 millones de antildeos

FECHADO POR CARBONO 14

En el fechado de artefactos interviene por lo

general un isoacutetopo radiactivo de carbono Se for-

ma carbono 14 en las capas superiores de la at-

moacutesfera por el bombardeo que experimenta el

nitroacutegeno ordinario por parte de los neutrones de

los rayos coacutesmicos

55

N147 + n1

0 C146 + H1

1

Este proceso origina una concentracioacuten cons-

tante de carbono 14 en el CO2 terrestre Las plan-

tas y animales vivos incorporan este isoacutetopo en

sus propias ceacutelulas Sin embargo cuando estos

seres mueren se interrumpe la incorporacioacuten de

carbono 14 y el carbono 14 que hay en el orga-

nismo se desintegra (con una vida media de 5 730

antildeos) a nitroacutegeno 14

Por consiguiente basta con medir la actividad

residual de carbono 14 en un artefacto de origen

vegetal o animal para determinar su antiguumledad

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 antildeos de antiguumle-

dad es decir ha estado muerta durante un tiempo

equivalente a una vida media Anaacutelogamente un

artefacto que muestra el 25 de la actividad de

carbono 14 del material vegetal reciente tiene

56

11460 anos de antiguumledad 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 aquiacute supone que la formacioacuten del isoacutetopo

fue constante a lo largo del tiempo En realidad no

es asiacute Sin embargo aproximadamente para los

uacuteltimos 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

aacuterboles Se han construido curvas de calibracioacuten

que permiten determinar fechas consideradas co-

mo exactas

En teacuterminos generales el meacutetodo de carbono

14 es razonablemente preciso para fechar objetos

de hasta 50000 antildeos de antiguumledad La cantidad

residual del isoacutetopo en los objetos de una antiguumle-

dad mayor que esa es demasiado pequentildea para

hacer una determinacioacuten exacta

El carboacuten de las fogatas de los pueblos anti-

57

guos fechado por determinacioacuten de la actividad

de carbono 14 se usa para estimar la antiguumledad

de otros artefactos encontrados en el mismo em-

plazamiento arqueoloacutegico La teacutecnica de fechado

por carbono 14 se ha usado tambieacuten para detectar

si supuestos artefactos antiguos han sido falsifica-

dos

EL SUDARIO DE TURIacuteN

Probablemente han oiacutedo hablar del sudario de

Turiacuten Se trata de una pieza de tejido de lino muy

antigua de unos 4 metros de largo que muestra la

impresioacuten aproximada de un cuerpo humano

Desde alrededor del antildeo 1350 dC 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-

bricacioacuten del lienzo habiacutea sido cultivado en alguacuten

memento entre los anos de 1260 y 1390 dC Por

58

tanto el lienzo no podriacutea haber existido en tiem-

pos de Cristo A diferencia de los pergaminos del

Mar Muerto para los que el fechado por carbono

14 demostroacute que son registros auteacutenticos de una

civilizacioacuten que existioacute hace unos 2000 antildeos el

sudario de Turiacuten resultoacute ser falso

FECHADO POR TRITIO

El tritio que es el isoacutetopo radiactivo del

hidroacutegeno sirve tambieacuten para fechar Su vida me-

dia de 123 antildeos lo hace uacutetil para fechar objetos de

hasta 100 antildeos de antiguumledad Una aplicacioacuten inte-

resante es el fechado de aguardientes Estas bebi-

das alcohoacutelicas son muy costosas cuando han sido

antildeejadas de 10 a 50 antildeos El fechado por tritio

permite comprobar la veracidad de los anuncios

publicitarios respecto al proceso de antildeejamiento

de las variedades maacutes caras

Hay muchos otros isoacutetopos que permiten es-

timar la antiguumledad de objetos y materiales

59

Isoacutetopo Vida me-

dia

(antildeos)

Periacuteodo de

utilidad Uso

Carbono 14 5730 500 a 50000

antildeos

Carboacuten vege-

tal material

orgaacutenico

Tritio 123 1 a 100 antildeosVinos antildeeja-

dos

Potasio 40 13 x 109 Desde 10000

antildeos

Rocas corteza

terrestre y

lunar

Renio 187 43 x1010 Desde 4 x

107 antildeos Meteoritos

Ranio238 45 x109 Desde 107

antildeos

Rocas corteza

terrestre

60

10 PLANTAS DE ENERGIacuteA NUCLEAR

iquestSabeacutes de doacutende viene esa energiacutea que nosotros usamos tanto Mucha de la energiacutea eleacutectrica es

producida por plantas nucleares de to-do el mundo

La energiacutea nuclear ha dado origen a bombas

muy destructivas y a la nociva precipitacioacuten ra-

diactiva y podriacutea incluso provocar un devastador

invierno nuclear Sin embargo una cantidad mu-

cho mayor de personas han recibido beneficios de

la energiacutea nuclear que las que han sido perjudica-

das por ella El hecho es que existen muchos usos

de la energiacutea nuclear que son sumamente beneacutefi-

61

cos Ya conocemos el uso de isoacutetopos radiactivos

en el diagnoacutestico cliacutenico y en el fechado de obje-

tos de antiguumledad desconocida Otro uso paciacutefico

de la energiacutea nuclear es la generacioacuten de electri-

cidad Una gran parte de la energiacutea eleacutectrica que

se utiliza hoy en diacutea se genera en plantas de ener-

giacutea nuclear

En la actualidad una quinta parte de toda la

electricidad que se produce en Estados Unidos

proviene de plantas de energiacutea nuclear En Euro-

pa la dependencia respecto a la energiacutea nuclear

para la produccioacuten de electricidad es auacuten mayor

En Francia por ejemplo maacutes del 70 de la ener-

giacutea eleacutectrica del paiacutes proviene de plantas nuclea-

res

No es sorprendente que una reaccioacuten que

desprende tanta energiacutea como lo hace la fisioacuten

nuclear se use como fuente de energiacutea para gene-

rar electricidad En las plantas de energiacutea nuclear

se usa el calor obtenido de una reaccioacuten de fisioacuten

62

en cadena controlada para producir vapor de

agua que mueve las turbinas generadoras de elec-

tricidad El combustible nuclear es normalmente

oacutexido de uranio U3O8 enriquecido hasta alrede-

dor de 3 de uranio 235

La energiacutea nuclear es mucho maacutes limpia que la

que se obtiene quemando combustibles foacutesiles

(carboacuten petroacuteleo y gas) no produce cenizas finas

ni holliacuten no forma dioacutexido de carbono que con-

tribuye al efecto de invernadero y al calentamiento

global y no contamina el aire con oacutexidos de azu-

fre y de nitroacutegeno que dan origen a la lluvia aacutecida

Por otra parte emite grandes cantidades de calor

residual en el ambiente y lo que es mucho maacutes

serio produce muchos residuos radiactivos La

eliminacioacuten de todos estos materiales radiactivos

de desecho es uno de los problemas constantes

que se tienen en relacioacuten con las plantas de energiacutea

nuclear

63

11 BOMBA ATOacuteMICA

Todos sabemos los desastres que pue-

den causar la detonacioacuten de una bomba

nuclear

Aquiacute presentamos la explicacioacuten teoacuterica

y coacutemo se pone en praacutectica

COacuteMO FUNCIONA UNA BOMBA NUCLEAR EN LA

TEORIacuteA

El 16 de Julio de 1945 estalloacute la primera bomba

atoacutemica en el campo de pruebas de Trinity cerca

de aacutelamo Gordo (Nuevo Meacutejico) Desde ese pre-

64

ciso instante la historia de la humanidad ha pasado

a una nueva era la era nuclear

Nunca hasta entonces se habiacutean tenido los cono-

cimientos necesarios como para saber que la masa

puede convertirse en grandes cantidades de ener-

giacutea y coacutemo podiacutea realizarse ese proceso hasta

entonces reservado tan soacutelo a las estrellas

La famosa foacutermula de Einstein E = mc2 ha pasa-

do ya ha formar parte de la cultura popular auacuten sin

que en realidad se llegue a saber que implica

Donde E es energiacutea m masa y c la velocidad de la

luz (constante) En esta ecuacioacuten se expresa la

relacioacuten de equivalencia entre masa y energiacutea Por

ejemplo haciendo algunas cuentas se ve que con

un gramo de uranio si se convirtiese totalmente

en energiacutea se obtendriacutean 25 millones de Kw

Aplicado como una bomba nuclear basta decir

que para asolar Hiroshima soacutelo se convirtioacute un

65

gramo de masa (aunque toda la bomba como me-

canismo pesara cuatro toneladas) su potencia fue

de 125 kilotones es decir para igualar su potencia

seriacutean 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 combustibles

de fisioacuten Cuando en un espacio se reuacutene la sufi-

ciente cantidad de materia (denominada masa criacute-

tica) se produce una reaccioacuten en cadena espontaacute-

nea esto es el nuacutecleo de los aacutetomos del material

se divide liberando energiacutea y varios neutrones

raacutepidos que provocan que otros nuacutecleos tam-

bieacuten se dividan y liberen maacutes energiacutea y neutrones

Este proceso se denomina fisioacuten nuclear Sin em-

bargo si la densidad no es suficiente la energiacutea

liberada hace que el material se expanda y se de-

tenga el proceso Para evitar que se pare la reac-

cioacuten se recurre a una materia muy densa de por siacute

(isoacutetopos del uranio y plutonio) que ademaacutes se

comprime de manera muy raacutepida para lograr una

66

altiacutesima densidad que permite que los neutrones

raacutepidos choquen antes con otros nuacutecleos y se

produzcan antes el mayor nuacutemero 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 maacutes energiacutea Para una

explosioacuten de 100 kilotones son necesarias 58 ge-

neraciones las 7 uacuteltimas generan el 999 de la

energiacutea en periodo cortiacutesimo de tiempo Tambieacuten

puede liberarse energiacutea con la fusioacuten en este pro-

ceso los nuacutecleos se unen en vez de separarse pero

se requieren altiacutesimas temperaturas (del orden de

millones de grados) para que este proceso se lleve

a cabo Para esta reaccioacuten se usan aacutetomos ligeros

(maacutes faacuteciles de unir) generalmente hidroacutegeno o

sus isoacutetopos (deuterio y tritio) Para unir dos aacuteto-

mos basta con hacerlos chocar Los protones de

cada aacutetomo 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

67

fusioacuten deben comprimirse fuertemente los nuacute-

cleos y una vez hecho soacutelo podraacuten continuar uni-

dos si pierden un equivalente de la energiacutea que les

hizo apretarse En el caso de usar deuterio y tritio

se libera violentamente un neutroacuten Esta energiacutea

liberada es la que forma una bomba de fusioacuten

tambieacuten denominada bomba H

COMO FUNCIONA UNA BOMBA ATO-MICA EN LA PRACTICA

Sea cual fuere el sistema de funcionamiento de

una bomba nuclear (fusioacuten o fisioacuten) una cantidad

de masa se convierte en energiacutea la potencia soacutelo

depende de la capacidad de la ingenieriacutea para con-

vertir maacutes masa antes de que la reaccioacuten disperse

las moleacuteculas en teoriacutea la potencia es por tanto

ilimitada

Una bomba nuclear consiste baacutesicamente en una

esfera hueca de plutonio que no es lo suficiente-

68

mente densa como para producir una reaccioacuten 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 explosioacuten se disparan los detonado-

res que hacen que el material explosivo estalle de

la manera lo maacutes regular posible para que enviacutee

una onda de choque esfeacuterica hacia el plutonio

Cuando eacutesta impacta contra eacutel lo comprime y re-

duce su volumen empujaacutendolo hacia el centro de

la esfera hasta que alcanza una densidad suficiente

(supercriacutetica) y se dispara el iniciador de neutrones

para comenzar la reaccioacuten en cadena que da lugar

a la explosioacuten nuclear

Las bombas termonucleares de fusioacuten o H nece-

sitan de una gran temperatura para que se puedan

unir los nuacutecleos esto se consigue en el interior de

una explosioacuten de fisioacuten que es el comienzo de

toda bomba H

69

Una vez acabada la reaccioacuten de fusioacuten nos encon-

traremos con una esfera expandida con una tem-

peratura de millones de grados en la que existen

los productos de la fusioacuten (litio e isoacutetopos del

hidroacutegeno) Tal es su velocidad que pueden fun-

dirse unos con otros dando lugar a la reaccioacuten de

fusioacuten Esta reaccioacuten genera maacutes energiacutea que la

anterior y libera gran cantidad de partiacuteculas nu-

cleares pero no es una reaccioacuten en cadena ya que

el propio calor que genera hace que las partiacuteculas

se separen y se expandan en forma de una esfera

de plasma con una temperatura que tan soacutelo expe-

rimenta el universo de manera natural en las estre-

llas En nuestro sol por ejemplo ocurren la fusioacuten

nuclear de hidroacutegeno y helio Pero antes de que la

reaccioacuten se extinga los neutrones generados por

las detonaciones anteriores provocan de nuevo

una reaccioacuten de fusioacuten sobre una camisa de U-

238 pero esta vez mucho mayor que las anterio-

res La potencia de una bomba termonuclear care-

ce de liacutemite una bomba como la de Hiroshima de

70

125 kilotones (un kilotoacuten equivale a 1000 tonela-

das de TNT) se considera dentro de los arsenales

modernos como pequentildea siendo las de un mega-

toacuten (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 la

Segunda Guerra Mundial

Para la construccioacuten de una bomba nuclear nor-

malmente se usa U-235 mezclado con U-238 El

primero no forma parte de la reaccioacuten nuclear

sino que es el segundo el que es fisionable de ma-

nera espontaacutenea emitiendo neutrones que son

absorbidos por el U-235 para evitar que se pro-

duzca de manera accidental la reaccioacuten en cadena

Asiacute el U-235 hace de escudo absorbiendo los neu-

trones del U-238 que es el que produce la detona-

cioacuten 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

71

reactores nucleares a partir del U-238

La desintegracioacuten del uranio en la reaccioacuten en

cadena se produce de manera espontaacutenea para una

masa de 50 Kg si eacuteste elemento es puro El pluto-

nio no es capaz por si solo de comenzar una raacutepi-

da reaccioacuten en cadena de modo que se mezcla de

berilo y polonio dando como resultado un pro-

ducto que aunque no es fisionable por si solo una

pequentildea cantidad actuacutea como catalizador para las

grandes reacciones Asiacute bastan 16 Kg de PU-239

para obtener la masa supercriacutetica y 10 Kg si se

mezcla con U-238

El U-235 es muy difiacutecil de extraer por encontrarse

en la naturaleza muy mezclado con otros com-

puestos Asiacute por cada 25000 toneladas de mineral

de uranio bruto soacutelo se obtienen 50 toneladas de

uranio del que el 993 es U-235 y el resto el

rariacutesimo isoacutetopo U-238 ambos soacutelo se pueden

separar de manera mecaacutenica gracias a la leviacutesima

72

diferencia de peso entre ambos Asiacute el uranio se

mezcla en forma gaseosa con fluor (hexafluoriacutedri-

co) que es impulsado a baja presioacuten hacieacutendolo

pasar por unas caacutemaras que aumentan la concen-

tracioacuten de uranio sensiblemente tras cientos de

pasadas Para una central nuclear la pureza ha de

ser del 2 y para una bomba (teoacutericamente) el

95

Para separar el isoacutetopo se recurre a la centrifuga-

cioacuten del gas siendo el maacutes pesado U-238 despedi-

do hacia el exterior con maacutes fuerza Para obtener

otra vez el uranio separado del gas se recurre a la

separacioacuten magneacutetica

MECANISMOS QUE SUELEN COMPONER UNA

BOMBA NUCLEAR

Los mecanismos que suelen componer una bom-

ba nuclear son los siguientes

73

ALTIacuteMETRO No suele usarse el baromeacutetrico

por verse afectado por las condiciones atmosfeacuteri-

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 seguacuten el tiempo transcu-

rrido en el recorrido puede saberse la altura sin

necesidad de complicar maacutes el sistema para dar

una precisioacuten que en realidad no es importante (2

o 3 m de diferencia no son apreciables maacutes que

en minibombas bastante menores que las de

Hiroshima) siendo la altura normal de detonacioacuten

la de 2000 m

En la praacutectica 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 electroacute-

nicamente para obtener la diferencia de ambas

que es proporcional a la altura Los pulsos suelen

emitirse 120 veces por segundo y alcanzan un

74

rango de 3000 m sobre la tierra y 6000 m sobre

el mar (la reflexioacuten es alliacute mejor) siendo su error

de hasta 15 m

CABEZA DETONADORA Como ya se dijo

estaacute compuesta de una carga explosiva muy bien

calibrada que a la orden del altiacutemetro detona

produciendo una onda de choque uniforme sobre

el elemento radioactivo comprimieacutendolo hasta

alcanzar la masa supercriacutetica

Compantildeiacuteas privadas producen camisas explosivas

que modificadas pueden ser usadas para la fabri-

cacioacuten del objeto que nos ocupa La cantidad de

presioacuten necesaria a aplicar es un secreto por razo-

nes de seguridad aunque se sabe que los explosi-

vos plaacutesticos son ideales sobre todo por su malea-

bilidad y facilidad de manejo

El detonador variacutea si es combustible es uranio o

plutonio

75

DETONADOR DE URANIO La masa total se

divide en dos partes una mayor de forma semies-

feacuterica y coacutencava que se acopla perfectamente con

la otra maacutes pequentildea Como es de suponer ambas

se encuentran separadas hasta el momento de la

detonacioacuten en el que una explosioacuten convencional

dispara la parte pequentildea que impacta contra la

mayor para lograr en un instante la masa supercriacute-

tica

DETONADOR DE PLUTONIO Necesita

una precisioacuten de ingenieriacutea mucho mayor que la

anterior ya que estaacute compuesta de 32 secciones de

plutonio-berilio-polonio todas de igual forma y

posicioacuten distribuidas conceacutentricamente El aspecto

final es parecido al de un baloacuten de fuacutetbol Todas

han de cerrarse simeacutetricamente en una diezmillo-

neacutesima de segundo para conseguir la detonacioacuten

DEFLECTOR DE NEUTRONES Suele ser

U-238 Su funcioacuten es la que ya se explicoacute evitar

76

una reaccioacuten accidental ademaacutes refleja las partiacutecu-

las de vuelta cuando se alcanza la masa supercriacuteti-

ca

ESCUDO PROTECTOR Recibe otros nom-

bres pero su funcioacuten es siempre la de proteger de

la radiacioacuten natural tanto al personal que la maneja

como a los circuitos de la bomba que pueden su-

frir cortocircuitos o puestas en funcionamiento

accidentales

SISTEMA DE ARMADO Es otro sistema maacutes

de seguridad consistente en quitar una parte im-

prescindible de la bomba para evitar detonaciones

accidentales de modo que soacutelo cuando estaacute

proacuteximo su lanzamiento se inserta esta parte Una

analogiacutea seriacutea como si al aparcar nuestro coche le

quitaacuteramos el volante o una bujiacutea asiacute estariacuteamos

seguros de que no nos lo roban porque sin estas

partes el coche no funciona

77

12 EFECTOS DE UNA EXPLOSIOacuteN NUCLEAR

Tenemos frescas en nuestra memo-

ria las imaacutegenes que nos mostroacute la

televisioacuten cuando se produjo el ac-

cidente de Chernobyl

Aquiacute explicamos todas las conse-

cuencias de una detonacioacuten 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

78

bull Radiacioacuten nuclear inicial la altiacutesima

temperatura y la elevada presioacuten que se

genera en el interior de la explosioacuten emi-

ten radiacioacuten en todas las direcciones Esta

se compone de rayos alfa beta y gamma

que son una forma de radiacioacuten electro-

magneacutetica de alta energiacutea que puede causar

la muerte sin que el individuo se de cuenta

de que ha sido irradiado Una explosioacuten de

un megatoacuten (de tamantildeo estaacutendar) matariacutea

a todo ser humano en 15 Km a la redonda

que se encontrase al aire libre

Las partiacuteculas alfa son ideacutenticas a un nuacutecleo de

helio son las que mas larga vida tienen unos mil

antildeos pero su poder de penetracioacuten 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 radiacioacuten Con 45 cm de tierra se

consigue reducir la radiacioacuten veinte veces

Las partiacuteculas beta penetran maacutes siendo suficiente

79

38 cm de pared de ladrillo para reducir a un quin-

to la radiacioacuten (una pared moderna ya espesa se

compone de 1 pie de ladrillo maacutes caacutemara maacutes

aislante maacutes ladrillo hueco y yeso que suele que-

darse en los 37 cm)

Los de maacutes poder de penetracioacuten son las gamma

y por tanto los maacutes peligrosos ya son los que se

introducen en los refugios nucleares auacuten con

grandes espesores de hormigoacuten La uacutenica protec-

cioacuten eficaz es la de interponer grandes masas de

material mejor cuanto maacutes denso siendo el ideal

el plomo ya que pasa por los materiales como la

luz por una tela si esta es maacutes densa mayor canti-

dad de chocaraacute con ella y no la traspasaraacute Para

reducir la dosis a un veinteavo se precisan 30 cm

de hormigoacuten armado

bull Pulso electromagneacutetico La intensa acti-

vidad de los rayos gamma genera mediante

induccioacuten una corriente de alto voltaje so-

80

bre antenas viacuteas feacuterreas tuberiacuteas que des-

truye todas las instalaciones eleacutectricas de

una amplia zona si la explosioacuten se efectuacutea

a gran altura Una detonacioacuten de muchos

kilotones a 200 km sobre Omaha (Ne-

brasca) destruiriacutea todos los circuitos eleacutec-

tricos integrados de toda Norteameacuterica y

parte de Meacutejico y Canadaacute Ante el riesgo

de una detonacioacuten nuclear es conveniente

alejarse de liacuteneas eleacutectricas y viacutea feacuterreas ya

que la corriente inducida puede electrocu-

tarnos

bull Pulso teacutermico al expandirse la bola de

fuego el aire circundante absorbe energiacutea

en forma de rayos X y la irradia en forma

de una luz cegadora y un intensiacutesimo ca-

lor Una bomba de 20 Megatones produci-

riacutea una intensa luz durante 20 segundos y

causariacutea quemaduras de segundo grado a

81

cualquier persona expuesta a 45 Km de

distancia

bull Onda de choque La raacutepida expansioacuten de

la bola de fuego genera una onda de cho-

que como cualquier explosioacuten pero de

una potencia muy superior ya que puede

aplastar o barrer edificios dantildeaacutendolos muy

seriamente o destruyeacutendolos por comple-

to ya que maacutes que empujar por su dura-

cioacuten lo que hace es estrujar Una bomba

de 20 megatones no dejariacutea en un radio de

20 Km maacutes que escombros soacutelo se salva-

riacutean las cimentaciones y construcciones

enterradas

bull Primera lluvia radioactiva o lluvia ra-

diactiva local una explosioacuten de 20 mega-

tones aras de suelo produciriacutea un craacuteter de

183 m de profundidad la elevada tempe-

82

ratura vaporiza todo lo que se encuentra

dentro de la bola de fuego todo se funde

con los materiales radiactivos de la fisioacuten o

fusioacuten y se eleva con el hongo para luego

precipitar en forma de finas cenizas Esto

ocurriraacute durante las 24 h siguientes a la

explosioacuten y afectaraacute a una regioacuten maacutes o

menos amplia para una misma potencia

seguacuten la climatologiacutea El fenoacutemeno se am-

pliacutea considerablemente si la detonacioacuten se

produce cerca del suelo La energiacutea 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 maacutes destructivos los deno-

minados secundarios como incendios en masa

que acabariacutean con los pocos supervivientes y ma-

tariacutean a maacutes que el pulso teacutermico y la onda de

choque

83

Ademaacutes en caso de que se lanzaran muchas

bombas nucleares sus efectos secundarios seriacutean

mucho maacutes 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 10000 mega-

tones miacutenimos para considerar un holocausto

como tal

bull El primero de estos efectos es que la ra-

dioactividad liberada en caso de holocaus-

to penetrariacutea en todos y cada uno de los

seres vivos (y en el mar la tierra y el aire)

Mientras que en dosis altas (seguacuten la espe-

cie) produciriacutea la muerte en otras maacutes ba-

jas los efectos seriacutean de lo maacutes variados

(mutaciones esterilidad)

bull El segundo seriacutea que los materiales im-

pulsados por las detonaciones se elevariacutean

hasta la troposfera donde ocultariacutean la luz

84

del sol durante meses o antildeos haciendo ba-

jar la temperatura de la tierra y alterando la

fotosiacutentesis de los vegetales y el plancton

marino seriacutea el famoso invierno nuclear

Ademaacutes estos materiales radiactivos iriacutean

cayendo durante meses o antildeos convirtieacuten-

dose en una lluvia radiactiva global que

auacuten con menos dosis radiactiva que una

lluvia provocada por una bomba seriacutea

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

antildeos Ese 5 de energiacutea liberada por la

lluvia radiactividad en una bomba es poco

pero en los 10000 megatones de un holo-

causto suponen ya 500 megatones que iraacuten

estallando durante miles de antildeos des-

pueacutes de la cataacutestrofe

85

bull El tercero seriacutea una reduccioacuten en la capa

de ozono producida por el oacutexido de nitroacute-

geno generado por las bolas de fuego de

modo que la radiacioacuten solar que llegase a

la tierra seriacutea mortal Un 70 del ozono

desapareceriacutea en el hemisferio norte y un

40 en el sur siendo necesarios treinta

antildeos para recuperar su estado normal

86

Ejercicios 12

MODELO DE RESOLUCIOacuteN

La distribucioacuten de los electrones de un aacutetomo

en sus niveles y subniveles se puede representar en

forma abreviada de la siguiente manera

a) Un coeficiente que indica el nuacutemero del nivel

de energiacutea (n)

b) Una letra que corresponde al subnivel

c) Un supraiacutendice que sentildeala el nuacutemero de elec-

trones que hay en el subnivel

1H = 1s1

3Li = 1s2 2s1

En razoacuten del entrecruzamiento de subniveles

el orden en que se van completando los subniveles

por energiacutea creciente es el siguiente

87

1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d

4p 5s 4d 5p 6s 4f

5d 6p 7s 5f 6d

7p

Para visualizar la distribucioacuten de los electrones

en orbitales se puede representar cada orbital por

un pequentildeo cuadrado dividido por una diagonal

y cada electroacuten mediante una flecha

Entonces el orbital puede estar

Vaciacuteo incompleto completo

(1 electroacuten) (2 electrones)

En caso del orbital completo las flechas tienen

sentido contrario para indicar que los electrones

presentan spin contrario

El llenado de los orbitales por los electrones

se realiza a partir de los niveles y subniveles en

88

orden creciente de energiacutea Cada nuevo electroacuten se

incorpora a un orbital vaciacuteo

De ese modo los elementos quedan represen-

tados asiacute

1H =

1s

3Li =

1s 2s

7N =

1s 2s 2p

89

Ejercicios 121

1) Un aacutetomo de foacutesforo tiene 15 protones y 16

neutrones Indicaacute cuaacutel es su

a) nuacutemero atoacutemico (Z) b) nuacutemero

de masa (A)

2) Un aacutetomo de potasio tiene Z =19 y A = 39

Indicaacute su nuacutemero de

a) protones b) electrones

c) neutrones

3) Completaacute los datos que faltan en el siguiente

cuadro

90

ELE-

MEN-

TO

NUacute-

MERO

ATOacute-

MICO

NUacute-

MERO

DE

MASA

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) Sentildealaacute el nombre y siacutembolo de los elementos

cuyas configuraciones electroacutenicas 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) Escribiacute la configuracioacuten electroacutenica de los

siguientes elementos

91

a) Na2311 = c) O16

8 =

b) Cl3517 = d) C12

6 =

6) De acuerdo con la siguiente representacioacuten de

los electrones en orbitales indicaacute a queacute ele-

mentos corresponden

a)

b)

c)

d)

7) Representaacute la distribucioacuten de los electrones en

orbitales de los elementos

a) 7N= c) 18Ar =

b) 15AI = d) 19K =

92

Hoja de respuestas121

1) a) 15 b) 31 2) a) 19 b) 19 c) 20

3)

ELE-

MEN-

TO

NUacuteME-

RO

ATOacute-

MICO

NUacute-

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)Argoacuten Ar

d)Escandio Sc

5) a) 1S2 2S2 2p6 3s1

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)middot

94

Ejercicios 1211

Modelo de resolucioacuten

El nuacutemero de oxidacioacuten se asigna seguacuten las si-

guientes reglas

1) El nuacutemero de oxidacioacuten de los elementos en la

sustancia simple es cero

Ejemplo Cu0 02Cl

2) El nuacutemero de oxidacioacuten del oxiacutegeno es 2

excepto en las sustancias como el agua oxige-

nada Ejemplo H2

2Ominus

3) El nuacutemero de oxidacioacuten del hidroacutegeno es +1

excepto en las sustancias donde estaacute combina-

do con los metales Ejemplo 1

H+

2O

4) El nuacutemero de oxidacioacuten de un ion monoatoacute-

mico es igual a la carga del ion Ejemplo Ca2-

Cl-

95

5) En la foacutermula de una sustancia la suma alge-

braica de los nuacutemeros de oxidacioacuten de todos

los aacutetomos debe ser cero Ejemplo 1

H+

2

2Ominus

there42(+1) + (-2) = 0

6) En los iones que tienen maacutes de un aacutetomo la

suma algebraica de los nuacutemeros de oxidacioacuten

de todos los aacutetomos es igual a la carga del ion

El nuacutemero de oxidacioacuten se escribe colocando primero el signo y luego el nuacutemero

Ejemplo el nuacutemero de oxidacioacuten del aluminio es +3

1) Calculaacute los nuacutemeros de oxidacioacuten en la moleacute-

cula de dioacutexido de azufre (SO2)

Datos SO2 nuacutemero de oxidacioacuten del O2

es 2

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de S

Resolucioacuten Cada aacutetomo de oxiacutegeno tiene

nuacutemero de oxidacioacuten 2 por lo tanto el nuacute-

mero de oxidacioacuten del azufre es +4 porque

2(-2) + (+4) = 0

96

2) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten del azufre en

el aacutecido sulfuacuterico (H2SO4)

Datos H2SO2 nuacutemero de oxidacioacuten del

O2 es 2 nuacutemero de oxidacioacuten de H es -1

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de S

Resolucioacuten Se debe cumplir que la suma al-gebraica de todos los nuacutemeros de oxidacioacuten sea cero

4(-2) + 21 + x = 0

-8 + 2 + x = 0

x = 6

Respuesta el nuacutemero de oxidacioacuten del azufre

en el aacutecido sulfuacuterico es +6

3) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten del nitroacutegeno

en el nitrato de sodio (NaNO3)

Datos NaNO3 nuacutemero de oxidacioacuten del

O2 es 2

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de N

97

Resolucioacuten El nuacutemero de oxidacioacuten del

sodio es +1 porque el ion sodio tiene una car-

ga eleacutectrica positiva

+1 + 3(-2) +x = 0

1 6 + x = 0

x = 5

Respuesta el nuacutemero de oxidacioacuten del nitroacute-

geno en el nitrato de sodio es +5

4) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten del azufre en

el ion sulfato (S 24Ominus )

Datos S 24Ominus nuacutemero de oxidacioacuten del O2

es 2

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de S

Resolucioacuten La suma de los nuacutemeros de

oxidacioacuten es igual a 2 porque el ion sulfato

tiene dos cargas negativas (2-)

x + 4(-2) = -2

x 8 = -2

x = 6

98

Respuesta El nuacutemero de oxidacioacuten del azu-

fre en el ion sulfato es +6

99

Ejercicios 1212

1) Dibujaacute los siacutembolos de Lewis para los aacutetomos

de

a) He b) Al c) Si d) Ar e) N

2) iquestCoacutemo adquiere la distribucioacuten electroacutenica del

ineacutertido maacutes cercano cada uno de los siguien-

tes aacutetomos

a) K b)

F c)

S d) Mg e)

Br

3) Escribiacute las ecuaciones ioacutenicas la foacutermula elec-

troacutenica y la foacutermula miacutenima del compuesto

ioacutenico formado por

a) K y Br (bromuro de potasio)

b) Ca y O (oacutexido de calcio)

4) Marcaacute con una X las propiedades correspon-

dientes a las sustancias que presentan uniones

ioacutenicas

100

a) Son soacutelidas y tienen bajo punto de fusioacuten ( )

b) Conducen la corriente eleacutectrica fundidas o di-

sueltas en agua ( )

c) Tienen brillo metaacutelico ( )

d) Forman cristales duros y quebradizos solubles

en agua ( )

e) No conducen la corriente eleacutectrica ( )

5) Explicaacute coacutemo se unen dos aacutetomos de bromo

para formar la moleacutecula Br2 y escribiacute su

foacutermula electroacutenica y su foacutermula desarrollada

6) La foacutermula del monoacutexido de dicloro es Cl2O

a) Indicaacute queacute tipo de unioacuten existe entre el cloro y

el oxiacutegeno

b) Escribiacute su foacutermula electroacutenica y su foacutermula

desarrollada

7) El azufre y el oxiacutegeno forman dos oacutexidos

importantes el dioacutexido de azufre (SO2) y el

101

trioacutexido de azufre (SO3) Para el trioacutexido de

azufre

a) Indicaacute queacute tipo de unioacuten existe entre el azufre

y los tres aacutetomos de oxiacutegeno

b) Escribiacute la foacutermula electroacutenica

c) Escribiacute la foacutermula desarrollada

8) Marcaacute 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

liacutequidas o soacutelidas ( )

c) Son duacutectiles y maleables ( )

d) No forman moleacuteculas son agregados de

iones ( )

e) No son buenas conductoras de la corriente

eleacutectrica ( )

102

9) Coloque en el pareacutentesis UCP si la unioacuten es

covalente polar y UCNP si es covalento no

polar en cada una de las siguientes sustancias

a) cloruro de hidroacutegeno HCl ( )

b) Hidroacutegeno H2 ( )

c) yodo l2 ( )

10) Escribiacute la foacutermula electroacutenica y la foacutermula

desarrollada de cada una de las sustancias

mencionadas en el ejercicio 9

11) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten

a) del azufre (S)en el dioacutexido de azufre (SO2) en

el trioacutexido de azufre (SO3) y en el sulfuro de

sodio (Na2S)

b) del nitroacutegeno (N) en el dioacutexido de nitroacutegeno

(NO2) en el aacutecido niacutetrico (HNO3) y en el ni-

trato de potasio (KNO3)

12) Marcaacute con una X las propiedades que se expli-

can en el concepto de unioacuten metaacutelica

103

a) Tienen bajo punto de fusioacuten y de

ebullicioacuten ( )

b) Tienen brillo metaacutelico ( )

c) Conducen la corriente eleacutectrica sin

alterarse ( )

d) En estado soacutelido son malos conductores de la

corriente eleacutectrica ( )

e) Forman hilos y laacuteminas delgadas ( )

104

Hoja de respuestas 1212

1) a) He b) Al c)

Si d)

Ar e)

N

2) a) cede un electroacuten d) cede electrones c)

gana dos electrones b) y e) gana un electroacuten

3) a) Ecuaciones ioacutenicas

K K1+ + 1 e

Br + 1 e Br1-

K1+ + Br- KBr

Foacutermula electroacutenica K1+minus

1

Br

Foacutermula miacutenima KBr

b) Ecuaciones ioacutenicas

Ca Ca 2+ + 2 e

O + 2 e O2-

Ca2+ + O2- CaO

Foacutermula electroacutenica Ca2+ minus

2

O

105

Foacutermula miacutenima CaO

4) b y d

5) se unen compartiendo un par de electrones

6) a) unioacuten covalente

b) foacutermula electroacutenica

Cl

O

Cl

foacutermula desarrollada Cl O Cl

7) a) una unioacuten covalente doble entre el azufre y

uno de los aacutetomos de oxiacutegeno dos uniones cova-

lentes coordinadas con los otros dos aacutetomos de

oxiacutegeno

b) Foacutermula electroacutenica

Foacutermula desarrollada

106

8) a b y e

9) a) UCP y c) UCNP

10) Foacutermula electroacutenica Foacutermula desarrollada

a) H

Cl H Cl

b) HH H H

c)

I

I l I

11) a) +4 +6 -2 b) +4 +5 +5

12) b c y e

  • RADIACTIVIDAD
    • IacuteNDICE
      • 1 RADIACTIVIDAD NATURAL
      • 2 RELACIOacuteN ENTRE LA LEY DE LAVOISIER Y LA DE EINSTEIN
      • 3 INTERACCIONES ENTRE AacuteTOMOS Y ONDAS
      • 4 PODER DE PENETRACIOacuteN DE LA RADIACIOacuteN
      • 5 VIDA MEDIA
      • 6 RADIACTIVIDAD ARTIFICIAL
      • 7 USOS DE LOS RADIOISOacuteTOPOS
      • 8 MEDICINA NUCLEAR
      • 9 FECHADO POR MEDIO DE RADIOISOacuteTOPOS
      • 10 PLANTAS DE ENERGIacuteA NUCLEAR
      • 11 BOMBA ATOacuteMICA
      • 12 EFECTOS DE UNA EXPLOSIOacuteN NUCLEAR
        • Ejercicios 12
        • Ejercicios 121
        • Hoja de respuestas121
        • Ejercicios 1211
        • Ejercicios 1212
        • Hoja de respuestas 1212

52

P32 Foacutesforo 32 143d Deteccioacuten de

caacutencer de la piel o

tumores oculares

Pu238 Plutonio

238

86a Suministra ener-

giacutea para marcapasos

Ra226 Radio 226 1600a Terapia de caacutencer

por radiacioacuten

Se75 Selenio 75 120d Exploraciones del

paacutencreas

Na24 Sodio 24 150h Localizacioacuten de

obstrucciones en el

flujo sanguiacuteneo

Tc99 Tecnecio 99 60h Obtencioacuten de imaacute-

genes de cerebro hiacutega-

do meacutedula oacutesea rintildeoacuten o

corazoacuten

Tl201 Talio 201 73h Deteccioacuten de pro-

blemas cardiacos con la

prueba de esfuerzo en

rueda de andar

H3 Tritio 123a Determinacioacuten de

agua corporal total

Xe133 Xenoacuten133 527d Obtencioacuten de imaacute-

genes de pulmoacuten

53

9 FECHADO POR MEDIO DE RADIOISOacuteTOPOS

Una de las aplicaciones maacutes in-

creiacutebles de la quiacutemica nuclear es la po-

sibilidad de averiguar la antiguumledad de

los objetos encontrados en las investi-

gaciones arqueoloacutegicas

Se puede usar la vida media de ciertos isoacuteto-

pos para estimar la antiguumledad de rocas y artefac-

tos arqueoloacutegicos El uranio 238 se desintegra con

una vida media de 4500 millones de anos Los

productos iniciales de esta desintegracioacuten tambieacuten

son radiactivos y la descomposicioacuten continuacutea

54

hasta que se forma un isoacutetopo de plomo (plomo

206) Los quiacutemicos pueden estimar la antiguumledad

de una roca determinando las proporciones relati-

vas de uranio 238 y plomo 206 Se ha encontrado

que algunas de las rocas maacutes antiguas de la Tierra

se formaron hace entre 3000 y 4500 millones de

antildeos En las rocas lunares y en meteoritos se ha

determinado una antiguumledad maacutexima de alrededor

de 4500 millones de antildeos Asiacute pues se considera

en general que la Tierra tiene una antiguumledad de

unos 4500 millones de antildeos

FECHADO POR CARBONO 14

En el fechado de artefactos interviene por lo

general un isoacutetopo radiactivo de carbono Se for-

ma carbono 14 en las capas superiores de la at-

moacutesfera por el bombardeo que experimenta el

nitroacutegeno ordinario por parte de los neutrones de

los rayos coacutesmicos

55

N147 + n1

0 C146 + H1

1

Este proceso origina una concentracioacuten cons-

tante de carbono 14 en el CO2 terrestre Las plan-

tas y animales vivos incorporan este isoacutetopo en

sus propias ceacutelulas Sin embargo cuando estos

seres mueren se interrumpe la incorporacioacuten de

carbono 14 y el carbono 14 que hay en el orga-

nismo se desintegra (con una vida media de 5 730

antildeos) a nitroacutegeno 14

Por consiguiente basta con medir la actividad

residual de carbono 14 en un artefacto de origen

vegetal o animal para determinar su antiguumledad

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 antildeos de antiguumle-

dad es decir ha estado muerta durante un tiempo

equivalente a una vida media Anaacutelogamente un

artefacto que muestra el 25 de la actividad de

carbono 14 del material vegetal reciente tiene

56

11460 anos de antiguumledad 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 aquiacute supone que la formacioacuten del isoacutetopo

fue constante a lo largo del tiempo En realidad no

es asiacute Sin embargo aproximadamente para los

uacuteltimos 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

aacuterboles Se han construido curvas de calibracioacuten

que permiten determinar fechas consideradas co-

mo exactas

En teacuterminos generales el meacutetodo de carbono

14 es razonablemente preciso para fechar objetos

de hasta 50000 antildeos de antiguumledad La cantidad

residual del isoacutetopo en los objetos de una antiguumle-

dad mayor que esa es demasiado pequentildea para

hacer una determinacioacuten exacta

El carboacuten de las fogatas de los pueblos anti-

57

guos fechado por determinacioacuten de la actividad

de carbono 14 se usa para estimar la antiguumledad

de otros artefactos encontrados en el mismo em-

plazamiento arqueoloacutegico La teacutecnica de fechado

por carbono 14 se ha usado tambieacuten para detectar

si supuestos artefactos antiguos han sido falsifica-

dos

EL SUDARIO DE TURIacuteN

Probablemente han oiacutedo hablar del sudario de

Turiacuten Se trata de una pieza de tejido de lino muy

antigua de unos 4 metros de largo que muestra la

impresioacuten aproximada de un cuerpo humano

Desde alrededor del antildeo 1350 dC 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-

bricacioacuten del lienzo habiacutea sido cultivado en alguacuten

memento entre los anos de 1260 y 1390 dC Por

58

tanto el lienzo no podriacutea haber existido en tiem-

pos de Cristo A diferencia de los pergaminos del

Mar Muerto para los que el fechado por carbono

14 demostroacute que son registros auteacutenticos de una

civilizacioacuten que existioacute hace unos 2000 antildeos el

sudario de Turiacuten resultoacute ser falso

FECHADO POR TRITIO

El tritio que es el isoacutetopo radiactivo del

hidroacutegeno sirve tambieacuten para fechar Su vida me-

dia de 123 antildeos lo hace uacutetil para fechar objetos de

hasta 100 antildeos de antiguumledad Una aplicacioacuten inte-

resante es el fechado de aguardientes Estas bebi-

das alcohoacutelicas son muy costosas cuando han sido

antildeejadas de 10 a 50 antildeos El fechado por tritio

permite comprobar la veracidad de los anuncios

publicitarios respecto al proceso de antildeejamiento

de las variedades maacutes caras

Hay muchos otros isoacutetopos que permiten es-

timar la antiguumledad de objetos y materiales

59

Isoacutetopo Vida me-

dia

(antildeos)

Periacuteodo de

utilidad Uso

Carbono 14 5730 500 a 50000

antildeos

Carboacuten vege-

tal material

orgaacutenico

Tritio 123 1 a 100 antildeosVinos antildeeja-

dos

Potasio 40 13 x 109 Desde 10000

antildeos

Rocas corteza

terrestre y

lunar

Renio 187 43 x1010 Desde 4 x

107 antildeos Meteoritos

Ranio238 45 x109 Desde 107

antildeos

Rocas corteza

terrestre

60

10 PLANTAS DE ENERGIacuteA NUCLEAR

iquestSabeacutes de doacutende viene esa energiacutea que nosotros usamos tanto Mucha de la energiacutea eleacutectrica es

producida por plantas nucleares de to-do el mundo

La energiacutea nuclear ha dado origen a bombas

muy destructivas y a la nociva precipitacioacuten ra-

diactiva y podriacutea incluso provocar un devastador

invierno nuclear Sin embargo una cantidad mu-

cho mayor de personas han recibido beneficios de

la energiacutea nuclear que las que han sido perjudica-

das por ella El hecho es que existen muchos usos

de la energiacutea nuclear que son sumamente beneacutefi-

61

cos Ya conocemos el uso de isoacutetopos radiactivos

en el diagnoacutestico cliacutenico y en el fechado de obje-

tos de antiguumledad desconocida Otro uso paciacutefico

de la energiacutea nuclear es la generacioacuten de electri-

cidad Una gran parte de la energiacutea eleacutectrica que

se utiliza hoy en diacutea se genera en plantas de ener-

giacutea nuclear

En la actualidad una quinta parte de toda la

electricidad que se produce en Estados Unidos

proviene de plantas de energiacutea nuclear En Euro-

pa la dependencia respecto a la energiacutea nuclear

para la produccioacuten de electricidad es auacuten mayor

En Francia por ejemplo maacutes del 70 de la ener-

giacutea eleacutectrica del paiacutes proviene de plantas nuclea-

res

No es sorprendente que una reaccioacuten que

desprende tanta energiacutea como lo hace la fisioacuten

nuclear se use como fuente de energiacutea para gene-

rar electricidad En las plantas de energiacutea nuclear

se usa el calor obtenido de una reaccioacuten de fisioacuten

62

en cadena controlada para producir vapor de

agua que mueve las turbinas generadoras de elec-

tricidad El combustible nuclear es normalmente

oacutexido de uranio U3O8 enriquecido hasta alrede-

dor de 3 de uranio 235

La energiacutea nuclear es mucho maacutes limpia que la

que se obtiene quemando combustibles foacutesiles

(carboacuten petroacuteleo y gas) no produce cenizas finas

ni holliacuten no forma dioacutexido de carbono que con-

tribuye al efecto de invernadero y al calentamiento

global y no contamina el aire con oacutexidos de azu-

fre y de nitroacutegeno que dan origen a la lluvia aacutecida

Por otra parte emite grandes cantidades de calor

residual en el ambiente y lo que es mucho maacutes

serio produce muchos residuos radiactivos La

eliminacioacuten de todos estos materiales radiactivos

de desecho es uno de los problemas constantes

que se tienen en relacioacuten con las plantas de energiacutea

nuclear

63

11 BOMBA ATOacuteMICA

Todos sabemos los desastres que pue-

den causar la detonacioacuten de una bomba

nuclear

Aquiacute presentamos la explicacioacuten teoacuterica

y coacutemo se pone en praacutectica

COacuteMO FUNCIONA UNA BOMBA NUCLEAR EN LA

TEORIacuteA

El 16 de Julio de 1945 estalloacute la primera bomba

atoacutemica en el campo de pruebas de Trinity cerca

de aacutelamo Gordo (Nuevo Meacutejico) Desde ese pre-

64

ciso instante la historia de la humanidad ha pasado

a una nueva era la era nuclear

Nunca hasta entonces se habiacutean tenido los cono-

cimientos necesarios como para saber que la masa

puede convertirse en grandes cantidades de ener-

giacutea y coacutemo podiacutea realizarse ese proceso hasta

entonces reservado tan soacutelo a las estrellas

La famosa foacutermula de Einstein E = mc2 ha pasa-

do ya ha formar parte de la cultura popular auacuten sin

que en realidad se llegue a saber que implica

Donde E es energiacutea m masa y c la velocidad de la

luz (constante) En esta ecuacioacuten se expresa la

relacioacuten de equivalencia entre masa y energiacutea Por

ejemplo haciendo algunas cuentas se ve que con

un gramo de uranio si se convirtiese totalmente

en energiacutea se obtendriacutean 25 millones de Kw

Aplicado como una bomba nuclear basta decir

que para asolar Hiroshima soacutelo se convirtioacute un

65

gramo de masa (aunque toda la bomba como me-

canismo pesara cuatro toneladas) su potencia fue

de 125 kilotones es decir para igualar su potencia

seriacutean 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 combustibles

de fisioacuten Cuando en un espacio se reuacutene la sufi-

ciente cantidad de materia (denominada masa criacute-

tica) se produce una reaccioacuten en cadena espontaacute-

nea esto es el nuacutecleo de los aacutetomos del material

se divide liberando energiacutea y varios neutrones

raacutepidos que provocan que otros nuacutecleos tam-

bieacuten se dividan y liberen maacutes energiacutea y neutrones

Este proceso se denomina fisioacuten nuclear Sin em-

bargo si la densidad no es suficiente la energiacutea

liberada hace que el material se expanda y se de-

tenga el proceso Para evitar que se pare la reac-

cioacuten se recurre a una materia muy densa de por siacute

(isoacutetopos del uranio y plutonio) que ademaacutes se

comprime de manera muy raacutepida para lograr una

66

altiacutesima densidad que permite que los neutrones

raacutepidos choquen antes con otros nuacutecleos y se

produzcan antes el mayor nuacutemero 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 maacutes energiacutea Para una

explosioacuten de 100 kilotones son necesarias 58 ge-

neraciones las 7 uacuteltimas generan el 999 de la

energiacutea en periodo cortiacutesimo de tiempo Tambieacuten

puede liberarse energiacutea con la fusioacuten en este pro-

ceso los nuacutecleos se unen en vez de separarse pero

se requieren altiacutesimas temperaturas (del orden de

millones de grados) para que este proceso se lleve

a cabo Para esta reaccioacuten se usan aacutetomos ligeros

(maacutes faacuteciles de unir) generalmente hidroacutegeno o

sus isoacutetopos (deuterio y tritio) Para unir dos aacuteto-

mos basta con hacerlos chocar Los protones de

cada aacutetomo 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

67

fusioacuten deben comprimirse fuertemente los nuacute-

cleos y una vez hecho soacutelo podraacuten continuar uni-

dos si pierden un equivalente de la energiacutea que les

hizo apretarse En el caso de usar deuterio y tritio

se libera violentamente un neutroacuten Esta energiacutea

liberada es la que forma una bomba de fusioacuten

tambieacuten denominada bomba H

COMO FUNCIONA UNA BOMBA ATO-MICA EN LA PRACTICA

Sea cual fuere el sistema de funcionamiento de

una bomba nuclear (fusioacuten o fisioacuten) una cantidad

de masa se convierte en energiacutea la potencia soacutelo

depende de la capacidad de la ingenieriacutea para con-

vertir maacutes masa antes de que la reaccioacuten disperse

las moleacuteculas en teoriacutea la potencia es por tanto

ilimitada

Una bomba nuclear consiste baacutesicamente en una

esfera hueca de plutonio que no es lo suficiente-

68

mente densa como para producir una reaccioacuten 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 explosioacuten se disparan los detonado-

res que hacen que el material explosivo estalle de

la manera lo maacutes regular posible para que enviacutee

una onda de choque esfeacuterica hacia el plutonio

Cuando eacutesta impacta contra eacutel lo comprime y re-

duce su volumen empujaacutendolo hacia el centro de

la esfera hasta que alcanza una densidad suficiente

(supercriacutetica) y se dispara el iniciador de neutrones

para comenzar la reaccioacuten en cadena que da lugar

a la explosioacuten nuclear

Las bombas termonucleares de fusioacuten o H nece-

sitan de una gran temperatura para que se puedan

unir los nuacutecleos esto se consigue en el interior de

una explosioacuten de fisioacuten que es el comienzo de

toda bomba H

69

Una vez acabada la reaccioacuten de fusioacuten nos encon-

traremos con una esfera expandida con una tem-

peratura de millones de grados en la que existen

los productos de la fusioacuten (litio e isoacutetopos del

hidroacutegeno) Tal es su velocidad que pueden fun-

dirse unos con otros dando lugar a la reaccioacuten de

fusioacuten Esta reaccioacuten genera maacutes energiacutea que la

anterior y libera gran cantidad de partiacuteculas nu-

cleares pero no es una reaccioacuten en cadena ya que

el propio calor que genera hace que las partiacuteculas

se separen y se expandan en forma de una esfera

de plasma con una temperatura que tan soacutelo expe-

rimenta el universo de manera natural en las estre-

llas En nuestro sol por ejemplo ocurren la fusioacuten

nuclear de hidroacutegeno y helio Pero antes de que la

reaccioacuten se extinga los neutrones generados por

las detonaciones anteriores provocan de nuevo

una reaccioacuten de fusioacuten sobre una camisa de U-

238 pero esta vez mucho mayor que las anterio-

res La potencia de una bomba termonuclear care-

ce de liacutemite una bomba como la de Hiroshima de

70

125 kilotones (un kilotoacuten equivale a 1000 tonela-

das de TNT) se considera dentro de los arsenales

modernos como pequentildea siendo las de un mega-

toacuten (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 la

Segunda Guerra Mundial

Para la construccioacuten de una bomba nuclear nor-

malmente se usa U-235 mezclado con U-238 El

primero no forma parte de la reaccioacuten nuclear

sino que es el segundo el que es fisionable de ma-

nera espontaacutenea emitiendo neutrones que son

absorbidos por el U-235 para evitar que se pro-

duzca de manera accidental la reaccioacuten en cadena

Asiacute el U-235 hace de escudo absorbiendo los neu-

trones del U-238 que es el que produce la detona-

cioacuten 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

71

reactores nucleares a partir del U-238

La desintegracioacuten del uranio en la reaccioacuten en

cadena se produce de manera espontaacutenea para una

masa de 50 Kg si eacuteste elemento es puro El pluto-

nio no es capaz por si solo de comenzar una raacutepi-

da reaccioacuten en cadena de modo que se mezcla de

berilo y polonio dando como resultado un pro-

ducto que aunque no es fisionable por si solo una

pequentildea cantidad actuacutea como catalizador para las

grandes reacciones Asiacute bastan 16 Kg de PU-239

para obtener la masa supercriacutetica y 10 Kg si se

mezcla con U-238

El U-235 es muy difiacutecil de extraer por encontrarse

en la naturaleza muy mezclado con otros com-

puestos Asiacute por cada 25000 toneladas de mineral

de uranio bruto soacutelo se obtienen 50 toneladas de

uranio del que el 993 es U-235 y el resto el

rariacutesimo isoacutetopo U-238 ambos soacutelo se pueden

separar de manera mecaacutenica gracias a la leviacutesima

72

diferencia de peso entre ambos Asiacute el uranio se

mezcla en forma gaseosa con fluor (hexafluoriacutedri-

co) que es impulsado a baja presioacuten hacieacutendolo

pasar por unas caacutemaras que aumentan la concen-

tracioacuten de uranio sensiblemente tras cientos de

pasadas Para una central nuclear la pureza ha de

ser del 2 y para una bomba (teoacutericamente) el

95

Para separar el isoacutetopo se recurre a la centrifuga-

cioacuten del gas siendo el maacutes pesado U-238 despedi-

do hacia el exterior con maacutes fuerza Para obtener

otra vez el uranio separado del gas se recurre a la

separacioacuten magneacutetica

MECANISMOS QUE SUELEN COMPONER UNA

BOMBA NUCLEAR

Los mecanismos que suelen componer una bom-

ba nuclear son los siguientes

73

ALTIacuteMETRO No suele usarse el baromeacutetrico

por verse afectado por las condiciones atmosfeacuteri-

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 seguacuten el tiempo transcu-

rrido en el recorrido puede saberse la altura sin

necesidad de complicar maacutes el sistema para dar

una precisioacuten que en realidad no es importante (2

o 3 m de diferencia no son apreciables maacutes que

en minibombas bastante menores que las de

Hiroshima) siendo la altura normal de detonacioacuten

la de 2000 m

En la praacutectica 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 electroacute-

nicamente para obtener la diferencia de ambas

que es proporcional a la altura Los pulsos suelen

emitirse 120 veces por segundo y alcanzan un

74

rango de 3000 m sobre la tierra y 6000 m sobre

el mar (la reflexioacuten es alliacute mejor) siendo su error

de hasta 15 m

CABEZA DETONADORA Como ya se dijo

estaacute compuesta de una carga explosiva muy bien

calibrada que a la orden del altiacutemetro detona

produciendo una onda de choque uniforme sobre

el elemento radioactivo comprimieacutendolo hasta

alcanzar la masa supercriacutetica

Compantildeiacuteas privadas producen camisas explosivas

que modificadas pueden ser usadas para la fabri-

cacioacuten del objeto que nos ocupa La cantidad de

presioacuten necesaria a aplicar es un secreto por razo-

nes de seguridad aunque se sabe que los explosi-

vos plaacutesticos son ideales sobre todo por su malea-

bilidad y facilidad de manejo

El detonador variacutea si es combustible es uranio o

plutonio

75

DETONADOR DE URANIO La masa total se

divide en dos partes una mayor de forma semies-

feacuterica y coacutencava que se acopla perfectamente con

la otra maacutes pequentildea Como es de suponer ambas

se encuentran separadas hasta el momento de la

detonacioacuten en el que una explosioacuten convencional

dispara la parte pequentildea que impacta contra la

mayor para lograr en un instante la masa supercriacute-

tica

DETONADOR DE PLUTONIO Necesita

una precisioacuten de ingenieriacutea mucho mayor que la

anterior ya que estaacute compuesta de 32 secciones de

plutonio-berilio-polonio todas de igual forma y

posicioacuten distribuidas conceacutentricamente El aspecto

final es parecido al de un baloacuten de fuacutetbol Todas

han de cerrarse simeacutetricamente en una diezmillo-

neacutesima de segundo para conseguir la detonacioacuten

DEFLECTOR DE NEUTRONES Suele ser

U-238 Su funcioacuten es la que ya se explicoacute evitar

76

una reaccioacuten accidental ademaacutes refleja las partiacutecu-

las de vuelta cuando se alcanza la masa supercriacuteti-

ca

ESCUDO PROTECTOR Recibe otros nom-

bres pero su funcioacuten es siempre la de proteger de

la radiacioacuten natural tanto al personal que la maneja

como a los circuitos de la bomba que pueden su-

frir cortocircuitos o puestas en funcionamiento

accidentales

SISTEMA DE ARMADO Es otro sistema maacutes

de seguridad consistente en quitar una parte im-

prescindible de la bomba para evitar detonaciones

accidentales de modo que soacutelo cuando estaacute

proacuteximo su lanzamiento se inserta esta parte Una

analogiacutea seriacutea como si al aparcar nuestro coche le

quitaacuteramos el volante o una bujiacutea asiacute estariacuteamos

seguros de que no nos lo roban porque sin estas

partes el coche no funciona

77

12 EFECTOS DE UNA EXPLOSIOacuteN NUCLEAR

Tenemos frescas en nuestra memo-

ria las imaacutegenes que nos mostroacute la

televisioacuten cuando se produjo el ac-

cidente de Chernobyl

Aquiacute explicamos todas las conse-

cuencias de una detonacioacuten 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

78

bull Radiacioacuten nuclear inicial la altiacutesima

temperatura y la elevada presioacuten que se

genera en el interior de la explosioacuten emi-

ten radiacioacuten en todas las direcciones Esta

se compone de rayos alfa beta y gamma

que son una forma de radiacioacuten electro-

magneacutetica de alta energiacutea que puede causar

la muerte sin que el individuo se de cuenta

de que ha sido irradiado Una explosioacuten de

un megatoacuten (de tamantildeo estaacutendar) matariacutea

a todo ser humano en 15 Km a la redonda

que se encontrase al aire libre

Las partiacuteculas alfa son ideacutenticas a un nuacutecleo de

helio son las que mas larga vida tienen unos mil

antildeos pero su poder de penetracioacuten 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 radiacioacuten Con 45 cm de tierra se

consigue reducir la radiacioacuten veinte veces

Las partiacuteculas beta penetran maacutes siendo suficiente

79

38 cm de pared de ladrillo para reducir a un quin-

to la radiacioacuten (una pared moderna ya espesa se

compone de 1 pie de ladrillo maacutes caacutemara maacutes

aislante maacutes ladrillo hueco y yeso que suele que-

darse en los 37 cm)

Los de maacutes poder de penetracioacuten son las gamma

y por tanto los maacutes peligrosos ya son los que se

introducen en los refugios nucleares auacuten con

grandes espesores de hormigoacuten La uacutenica protec-

cioacuten eficaz es la de interponer grandes masas de

material mejor cuanto maacutes denso siendo el ideal

el plomo ya que pasa por los materiales como la

luz por una tela si esta es maacutes densa mayor canti-

dad de chocaraacute con ella y no la traspasaraacute Para

reducir la dosis a un veinteavo se precisan 30 cm

de hormigoacuten armado

bull Pulso electromagneacutetico La intensa acti-

vidad de los rayos gamma genera mediante

induccioacuten una corriente de alto voltaje so-

80

bre antenas viacuteas feacuterreas tuberiacuteas que des-

truye todas las instalaciones eleacutectricas de

una amplia zona si la explosioacuten se efectuacutea

a gran altura Una detonacioacuten de muchos

kilotones a 200 km sobre Omaha (Ne-

brasca) destruiriacutea todos los circuitos eleacutec-

tricos integrados de toda Norteameacuterica y

parte de Meacutejico y Canadaacute Ante el riesgo

de una detonacioacuten nuclear es conveniente

alejarse de liacuteneas eleacutectricas y viacutea feacuterreas ya

que la corriente inducida puede electrocu-

tarnos

bull Pulso teacutermico al expandirse la bola de

fuego el aire circundante absorbe energiacutea

en forma de rayos X y la irradia en forma

de una luz cegadora y un intensiacutesimo ca-

lor Una bomba de 20 Megatones produci-

riacutea una intensa luz durante 20 segundos y

causariacutea quemaduras de segundo grado a

81

cualquier persona expuesta a 45 Km de

distancia

bull Onda de choque La raacutepida expansioacuten de

la bola de fuego genera una onda de cho-

que como cualquier explosioacuten pero de

una potencia muy superior ya que puede

aplastar o barrer edificios dantildeaacutendolos muy

seriamente o destruyeacutendolos por comple-

to ya que maacutes que empujar por su dura-

cioacuten lo que hace es estrujar Una bomba

de 20 megatones no dejariacutea en un radio de

20 Km maacutes que escombros soacutelo se salva-

riacutean las cimentaciones y construcciones

enterradas

bull Primera lluvia radioactiva o lluvia ra-

diactiva local una explosioacuten de 20 mega-

tones aras de suelo produciriacutea un craacuteter de

183 m de profundidad la elevada tempe-

82

ratura vaporiza todo lo que se encuentra

dentro de la bola de fuego todo se funde

con los materiales radiactivos de la fisioacuten o

fusioacuten y se eleva con el hongo para luego

precipitar en forma de finas cenizas Esto

ocurriraacute durante las 24 h siguientes a la

explosioacuten y afectaraacute a una regioacuten maacutes o

menos amplia para una misma potencia

seguacuten la climatologiacutea El fenoacutemeno se am-

pliacutea considerablemente si la detonacioacuten se

produce cerca del suelo La energiacutea 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 maacutes destructivos los deno-

minados secundarios como incendios en masa

que acabariacutean con los pocos supervivientes y ma-

tariacutean a maacutes que el pulso teacutermico y la onda de

choque

83

Ademaacutes en caso de que se lanzaran muchas

bombas nucleares sus efectos secundarios seriacutean

mucho maacutes 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 10000 mega-

tones miacutenimos para considerar un holocausto

como tal

bull El primero de estos efectos es que la ra-

dioactividad liberada en caso de holocaus-

to penetrariacutea en todos y cada uno de los

seres vivos (y en el mar la tierra y el aire)

Mientras que en dosis altas (seguacuten la espe-

cie) produciriacutea la muerte en otras maacutes ba-

jas los efectos seriacutean de lo maacutes variados

(mutaciones esterilidad)

bull El segundo seriacutea que los materiales im-

pulsados por las detonaciones se elevariacutean

hasta la troposfera donde ocultariacutean la luz

84

del sol durante meses o antildeos haciendo ba-

jar la temperatura de la tierra y alterando la

fotosiacutentesis de los vegetales y el plancton

marino seriacutea el famoso invierno nuclear

Ademaacutes estos materiales radiactivos iriacutean

cayendo durante meses o antildeos convirtieacuten-

dose en una lluvia radiactiva global que

auacuten con menos dosis radiactiva que una

lluvia provocada por una bomba seriacutea

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

antildeos Ese 5 de energiacutea liberada por la

lluvia radiactividad en una bomba es poco

pero en los 10000 megatones de un holo-

causto suponen ya 500 megatones que iraacuten

estallando durante miles de antildeos des-

pueacutes de la cataacutestrofe

85

bull El tercero seriacutea una reduccioacuten en la capa

de ozono producida por el oacutexido de nitroacute-

geno generado por las bolas de fuego de

modo que la radiacioacuten solar que llegase a

la tierra seriacutea mortal Un 70 del ozono

desapareceriacutea en el hemisferio norte y un

40 en el sur siendo necesarios treinta

antildeos para recuperar su estado normal

86

Ejercicios 12

MODELO DE RESOLUCIOacuteN

La distribucioacuten de los electrones de un aacutetomo

en sus niveles y subniveles se puede representar en

forma abreviada de la siguiente manera

a) Un coeficiente que indica el nuacutemero del nivel

de energiacutea (n)

b) Una letra que corresponde al subnivel

c) Un supraiacutendice que sentildeala el nuacutemero de elec-

trones que hay en el subnivel

1H = 1s1

3Li = 1s2 2s1

En razoacuten del entrecruzamiento de subniveles

el orden en que se van completando los subniveles

por energiacutea creciente es el siguiente

87

1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d

4p 5s 4d 5p 6s 4f

5d 6p 7s 5f 6d

7p

Para visualizar la distribucioacuten de los electrones

en orbitales se puede representar cada orbital por

un pequentildeo cuadrado dividido por una diagonal

y cada electroacuten mediante una flecha

Entonces el orbital puede estar

Vaciacuteo incompleto completo

(1 electroacuten) (2 electrones)

En caso del orbital completo las flechas tienen

sentido contrario para indicar que los electrones

presentan spin contrario

El llenado de los orbitales por los electrones

se realiza a partir de los niveles y subniveles en

88

orden creciente de energiacutea Cada nuevo electroacuten se

incorpora a un orbital vaciacuteo

De ese modo los elementos quedan represen-

tados asiacute

1H =

1s

3Li =

1s 2s

7N =

1s 2s 2p

89

Ejercicios 121

1) Un aacutetomo de foacutesforo tiene 15 protones y 16

neutrones Indicaacute cuaacutel es su

a) nuacutemero atoacutemico (Z) b) nuacutemero

de masa (A)

2) Un aacutetomo de potasio tiene Z =19 y A = 39

Indicaacute su nuacutemero de

a) protones b) electrones

c) neutrones

3) Completaacute los datos que faltan en el siguiente

cuadro

90

ELE-

MEN-

TO

NUacute-

MERO

ATOacute-

MICO

NUacute-

MERO

DE

MASA

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) Sentildealaacute el nombre y siacutembolo de los elementos

cuyas configuraciones electroacutenicas 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) Escribiacute la configuracioacuten electroacutenica de los

siguientes elementos

91

a) Na2311 = c) O16

8 =

b) Cl3517 = d) C12

6 =

6) De acuerdo con la siguiente representacioacuten de

los electrones en orbitales indicaacute a queacute ele-

mentos corresponden

a)

b)

c)

d)

7) Representaacute la distribucioacuten de los electrones en

orbitales de los elementos

a) 7N= c) 18Ar =

b) 15AI = d) 19K =

92

Hoja de respuestas121

1) a) 15 b) 31 2) a) 19 b) 19 c) 20

3)

ELE-

MEN-

TO

NUacuteME-

RO

ATOacute-

MICO

NUacute-

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)Argoacuten Ar

d)Escandio Sc

5) a) 1S2 2S2 2p6 3s1

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)middot

94

Ejercicios 1211

Modelo de resolucioacuten

El nuacutemero de oxidacioacuten se asigna seguacuten las si-

guientes reglas

1) El nuacutemero de oxidacioacuten de los elementos en la

sustancia simple es cero

Ejemplo Cu0 02Cl

2) El nuacutemero de oxidacioacuten del oxiacutegeno es 2

excepto en las sustancias como el agua oxige-

nada Ejemplo H2

2Ominus

3) El nuacutemero de oxidacioacuten del hidroacutegeno es +1

excepto en las sustancias donde estaacute combina-

do con los metales Ejemplo 1

H+

2O

4) El nuacutemero de oxidacioacuten de un ion monoatoacute-

mico es igual a la carga del ion Ejemplo Ca2-

Cl-

95

5) En la foacutermula de una sustancia la suma alge-

braica de los nuacutemeros de oxidacioacuten de todos

los aacutetomos debe ser cero Ejemplo 1

H+

2

2Ominus

there42(+1) + (-2) = 0

6) En los iones que tienen maacutes de un aacutetomo la

suma algebraica de los nuacutemeros de oxidacioacuten

de todos los aacutetomos es igual a la carga del ion

El nuacutemero de oxidacioacuten se escribe colocando primero el signo y luego el nuacutemero

Ejemplo el nuacutemero de oxidacioacuten del aluminio es +3

1) Calculaacute los nuacutemeros de oxidacioacuten en la moleacute-

cula de dioacutexido de azufre (SO2)

Datos SO2 nuacutemero de oxidacioacuten del O2

es 2

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de S

Resolucioacuten Cada aacutetomo de oxiacutegeno tiene

nuacutemero de oxidacioacuten 2 por lo tanto el nuacute-

mero de oxidacioacuten del azufre es +4 porque

2(-2) + (+4) = 0

96

2) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten del azufre en

el aacutecido sulfuacuterico (H2SO4)

Datos H2SO2 nuacutemero de oxidacioacuten del

O2 es 2 nuacutemero de oxidacioacuten de H es -1

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de S

Resolucioacuten Se debe cumplir que la suma al-gebraica de todos los nuacutemeros de oxidacioacuten sea cero

4(-2) + 21 + x = 0

-8 + 2 + x = 0

x = 6

Respuesta el nuacutemero de oxidacioacuten del azufre

en el aacutecido sulfuacuterico es +6

3) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten del nitroacutegeno

en el nitrato de sodio (NaNO3)

Datos NaNO3 nuacutemero de oxidacioacuten del

O2 es 2

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de N

97

Resolucioacuten El nuacutemero de oxidacioacuten del

sodio es +1 porque el ion sodio tiene una car-

ga eleacutectrica positiva

+1 + 3(-2) +x = 0

1 6 + x = 0

x = 5

Respuesta el nuacutemero de oxidacioacuten del nitroacute-

geno en el nitrato de sodio es +5

4) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten del azufre en

el ion sulfato (S 24Ominus )

Datos S 24Ominus nuacutemero de oxidacioacuten del O2

es 2

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de S

Resolucioacuten La suma de los nuacutemeros de

oxidacioacuten es igual a 2 porque el ion sulfato

tiene dos cargas negativas (2-)

x + 4(-2) = -2

x 8 = -2

x = 6

98

Respuesta El nuacutemero de oxidacioacuten del azu-

fre en el ion sulfato es +6

99

Ejercicios 1212

1) Dibujaacute los siacutembolos de Lewis para los aacutetomos

de

a) He b) Al c) Si d) Ar e) N

2) iquestCoacutemo adquiere la distribucioacuten electroacutenica del

ineacutertido maacutes cercano cada uno de los siguien-

tes aacutetomos

a) K b)

F c)

S d) Mg e)

Br

3) Escribiacute las ecuaciones ioacutenicas la foacutermula elec-

troacutenica y la foacutermula miacutenima del compuesto

ioacutenico formado por

a) K y Br (bromuro de potasio)

b) Ca y O (oacutexido de calcio)

4) Marcaacute con una X las propiedades correspon-

dientes a las sustancias que presentan uniones

ioacutenicas

100

a) Son soacutelidas y tienen bajo punto de fusioacuten ( )

b) Conducen la corriente eleacutectrica fundidas o di-

sueltas en agua ( )

c) Tienen brillo metaacutelico ( )

d) Forman cristales duros y quebradizos solubles

en agua ( )

e) No conducen la corriente eleacutectrica ( )

5) Explicaacute coacutemo se unen dos aacutetomos de bromo

para formar la moleacutecula Br2 y escribiacute su

foacutermula electroacutenica y su foacutermula desarrollada

6) La foacutermula del monoacutexido de dicloro es Cl2O

a) Indicaacute queacute tipo de unioacuten existe entre el cloro y

el oxiacutegeno

b) Escribiacute su foacutermula electroacutenica y su foacutermula

desarrollada

7) El azufre y el oxiacutegeno forman dos oacutexidos

importantes el dioacutexido de azufre (SO2) y el

101

trioacutexido de azufre (SO3) Para el trioacutexido de

azufre

a) Indicaacute queacute tipo de unioacuten existe entre el azufre

y los tres aacutetomos de oxiacutegeno

b) Escribiacute la foacutermula electroacutenica

c) Escribiacute la foacutermula desarrollada

8) Marcaacute 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

liacutequidas o soacutelidas ( )

c) Son duacutectiles y maleables ( )

d) No forman moleacuteculas son agregados de

iones ( )

e) No son buenas conductoras de la corriente

eleacutectrica ( )

102

9) Coloque en el pareacutentesis UCP si la unioacuten es

covalente polar y UCNP si es covalento no

polar en cada una de las siguientes sustancias

a) cloruro de hidroacutegeno HCl ( )

b) Hidroacutegeno H2 ( )

c) yodo l2 ( )

10) Escribiacute la foacutermula electroacutenica y la foacutermula

desarrollada de cada una de las sustancias

mencionadas en el ejercicio 9

11) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten

a) del azufre (S)en el dioacutexido de azufre (SO2) en

el trioacutexido de azufre (SO3) y en el sulfuro de

sodio (Na2S)

b) del nitroacutegeno (N) en el dioacutexido de nitroacutegeno

(NO2) en el aacutecido niacutetrico (HNO3) y en el ni-

trato de potasio (KNO3)

12) Marcaacute con una X las propiedades que se expli-

can en el concepto de unioacuten metaacutelica

103

a) Tienen bajo punto de fusioacuten y de

ebullicioacuten ( )

b) Tienen brillo metaacutelico ( )

c) Conducen la corriente eleacutectrica sin

alterarse ( )

d) En estado soacutelido son malos conductores de la

corriente eleacutectrica ( )

e) Forman hilos y laacuteminas delgadas ( )

104

Hoja de respuestas 1212

1) a) He b) Al c)

Si d)

Ar e)

N

2) a) cede un electroacuten d) cede electrones c)

gana dos electrones b) y e) gana un electroacuten

3) a) Ecuaciones ioacutenicas

K K1+ + 1 e

Br + 1 e Br1-

K1+ + Br- KBr

Foacutermula electroacutenica K1+minus

1

Br

Foacutermula miacutenima KBr

b) Ecuaciones ioacutenicas

Ca Ca 2+ + 2 e

O + 2 e O2-

Ca2+ + O2- CaO

Foacutermula electroacutenica Ca2+ minus

2

O

105

Foacutermula miacutenima CaO

4) b y d

5) se unen compartiendo un par de electrones

6) a) unioacuten covalente

b) foacutermula electroacutenica

Cl

O

Cl

foacutermula desarrollada Cl O Cl

7) a) una unioacuten covalente doble entre el azufre y

uno de los aacutetomos de oxiacutegeno dos uniones cova-

lentes coordinadas con los otros dos aacutetomos de

oxiacutegeno

b) Foacutermula electroacutenica

Foacutermula desarrollada

106

8) a b y e

9) a) UCP y c) UCNP

10) Foacutermula electroacutenica Foacutermula desarrollada

a) H

Cl H Cl

b) HH H H

c)

I

I l I

11) a) +4 +6 -2 b) +4 +5 +5

12) b c y e

  • RADIACTIVIDAD
    • IacuteNDICE
      • 1 RADIACTIVIDAD NATURAL
      • 2 RELACIOacuteN ENTRE LA LEY DE LAVOISIER Y LA DE EINSTEIN
      • 3 INTERACCIONES ENTRE AacuteTOMOS Y ONDAS
      • 4 PODER DE PENETRACIOacuteN DE LA RADIACIOacuteN
      • 5 VIDA MEDIA
      • 6 RADIACTIVIDAD ARTIFICIAL
      • 7 USOS DE LOS RADIOISOacuteTOPOS
      • 8 MEDICINA NUCLEAR
      • 9 FECHADO POR MEDIO DE RADIOISOacuteTOPOS
      • 10 PLANTAS DE ENERGIacuteA NUCLEAR
      • 11 BOMBA ATOacuteMICA
      • 12 EFECTOS DE UNA EXPLOSIOacuteN NUCLEAR
        • Ejercicios 12
        • Ejercicios 121
        • Hoja de respuestas121
        • Ejercicios 1211
        • Ejercicios 1212
        • Hoja de respuestas 1212

53

9 FECHADO POR MEDIO DE RADIOISOacuteTOPOS

Una de las aplicaciones maacutes in-

creiacutebles de la quiacutemica nuclear es la po-

sibilidad de averiguar la antiguumledad de

los objetos encontrados en las investi-

gaciones arqueoloacutegicas

Se puede usar la vida media de ciertos isoacuteto-

pos para estimar la antiguumledad de rocas y artefac-

tos arqueoloacutegicos El uranio 238 se desintegra con

una vida media de 4500 millones de anos Los

productos iniciales de esta desintegracioacuten tambieacuten

son radiactivos y la descomposicioacuten continuacutea

54

hasta que se forma un isoacutetopo de plomo (plomo

206) Los quiacutemicos pueden estimar la antiguumledad

de una roca determinando las proporciones relati-

vas de uranio 238 y plomo 206 Se ha encontrado

que algunas de las rocas maacutes antiguas de la Tierra

se formaron hace entre 3000 y 4500 millones de

antildeos En las rocas lunares y en meteoritos se ha

determinado una antiguumledad maacutexima de alrededor

de 4500 millones de antildeos Asiacute pues se considera

en general que la Tierra tiene una antiguumledad de

unos 4500 millones de antildeos

FECHADO POR CARBONO 14

En el fechado de artefactos interviene por lo

general un isoacutetopo radiactivo de carbono Se for-

ma carbono 14 en las capas superiores de la at-

moacutesfera por el bombardeo que experimenta el

nitroacutegeno ordinario por parte de los neutrones de

los rayos coacutesmicos

55

N147 + n1

0 C146 + H1

1

Este proceso origina una concentracioacuten cons-

tante de carbono 14 en el CO2 terrestre Las plan-

tas y animales vivos incorporan este isoacutetopo en

sus propias ceacutelulas Sin embargo cuando estos

seres mueren se interrumpe la incorporacioacuten de

carbono 14 y el carbono 14 que hay en el orga-

nismo se desintegra (con una vida media de 5 730

antildeos) a nitroacutegeno 14

Por consiguiente basta con medir la actividad

residual de carbono 14 en un artefacto de origen

vegetal o animal para determinar su antiguumledad

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 antildeos de antiguumle-

dad es decir ha estado muerta durante un tiempo

equivalente a una vida media Anaacutelogamente un

artefacto que muestra el 25 de la actividad de

carbono 14 del material vegetal reciente tiene

56

11460 anos de antiguumledad 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 aquiacute supone que la formacioacuten del isoacutetopo

fue constante a lo largo del tiempo En realidad no

es asiacute Sin embargo aproximadamente para los

uacuteltimos 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

aacuterboles Se han construido curvas de calibracioacuten

que permiten determinar fechas consideradas co-

mo exactas

En teacuterminos generales el meacutetodo de carbono

14 es razonablemente preciso para fechar objetos

de hasta 50000 antildeos de antiguumledad La cantidad

residual del isoacutetopo en los objetos de una antiguumle-

dad mayor que esa es demasiado pequentildea para

hacer una determinacioacuten exacta

El carboacuten de las fogatas de los pueblos anti-

57

guos fechado por determinacioacuten de la actividad

de carbono 14 se usa para estimar la antiguumledad

de otros artefactos encontrados en el mismo em-

plazamiento arqueoloacutegico La teacutecnica de fechado

por carbono 14 se ha usado tambieacuten para detectar

si supuestos artefactos antiguos han sido falsifica-

dos

EL SUDARIO DE TURIacuteN

Probablemente han oiacutedo hablar del sudario de

Turiacuten Se trata de una pieza de tejido de lino muy

antigua de unos 4 metros de largo que muestra la

impresioacuten aproximada de un cuerpo humano

Desde alrededor del antildeo 1350 dC 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-

bricacioacuten del lienzo habiacutea sido cultivado en alguacuten

memento entre los anos de 1260 y 1390 dC Por

58

tanto el lienzo no podriacutea haber existido en tiem-

pos de Cristo A diferencia de los pergaminos del

Mar Muerto para los que el fechado por carbono

14 demostroacute que son registros auteacutenticos de una

civilizacioacuten que existioacute hace unos 2000 antildeos el

sudario de Turiacuten resultoacute ser falso

FECHADO POR TRITIO

El tritio que es el isoacutetopo radiactivo del

hidroacutegeno sirve tambieacuten para fechar Su vida me-

dia de 123 antildeos lo hace uacutetil para fechar objetos de

hasta 100 antildeos de antiguumledad Una aplicacioacuten inte-

resante es el fechado de aguardientes Estas bebi-

das alcohoacutelicas son muy costosas cuando han sido

antildeejadas de 10 a 50 antildeos El fechado por tritio

permite comprobar la veracidad de los anuncios

publicitarios respecto al proceso de antildeejamiento

de las variedades maacutes caras

Hay muchos otros isoacutetopos que permiten es-

timar la antiguumledad de objetos y materiales

59

Isoacutetopo Vida me-

dia

(antildeos)

Periacuteodo de

utilidad Uso

Carbono 14 5730 500 a 50000

antildeos

Carboacuten vege-

tal material

orgaacutenico

Tritio 123 1 a 100 antildeosVinos antildeeja-

dos

Potasio 40 13 x 109 Desde 10000

antildeos

Rocas corteza

terrestre y

lunar

Renio 187 43 x1010 Desde 4 x

107 antildeos Meteoritos

Ranio238 45 x109 Desde 107

antildeos

Rocas corteza

terrestre

60

10 PLANTAS DE ENERGIacuteA NUCLEAR

iquestSabeacutes de doacutende viene esa energiacutea que nosotros usamos tanto Mucha de la energiacutea eleacutectrica es

producida por plantas nucleares de to-do el mundo

La energiacutea nuclear ha dado origen a bombas

muy destructivas y a la nociva precipitacioacuten ra-

diactiva y podriacutea incluso provocar un devastador

invierno nuclear Sin embargo una cantidad mu-

cho mayor de personas han recibido beneficios de

la energiacutea nuclear que las que han sido perjudica-

das por ella El hecho es que existen muchos usos

de la energiacutea nuclear que son sumamente beneacutefi-

61

cos Ya conocemos el uso de isoacutetopos radiactivos

en el diagnoacutestico cliacutenico y en el fechado de obje-

tos de antiguumledad desconocida Otro uso paciacutefico

de la energiacutea nuclear es la generacioacuten de electri-

cidad Una gran parte de la energiacutea eleacutectrica que

se utiliza hoy en diacutea se genera en plantas de ener-

giacutea nuclear

En la actualidad una quinta parte de toda la

electricidad que se produce en Estados Unidos

proviene de plantas de energiacutea nuclear En Euro-

pa la dependencia respecto a la energiacutea nuclear

para la produccioacuten de electricidad es auacuten mayor

En Francia por ejemplo maacutes del 70 de la ener-

giacutea eleacutectrica del paiacutes proviene de plantas nuclea-

res

No es sorprendente que una reaccioacuten que

desprende tanta energiacutea como lo hace la fisioacuten

nuclear se use como fuente de energiacutea para gene-

rar electricidad En las plantas de energiacutea nuclear

se usa el calor obtenido de una reaccioacuten de fisioacuten

62

en cadena controlada para producir vapor de

agua que mueve las turbinas generadoras de elec-

tricidad El combustible nuclear es normalmente

oacutexido de uranio U3O8 enriquecido hasta alrede-

dor de 3 de uranio 235

La energiacutea nuclear es mucho maacutes limpia que la

que se obtiene quemando combustibles foacutesiles

(carboacuten petroacuteleo y gas) no produce cenizas finas

ni holliacuten no forma dioacutexido de carbono que con-

tribuye al efecto de invernadero y al calentamiento

global y no contamina el aire con oacutexidos de azu-

fre y de nitroacutegeno que dan origen a la lluvia aacutecida

Por otra parte emite grandes cantidades de calor

residual en el ambiente y lo que es mucho maacutes

serio produce muchos residuos radiactivos La

eliminacioacuten de todos estos materiales radiactivos

de desecho es uno de los problemas constantes

que se tienen en relacioacuten con las plantas de energiacutea

nuclear

63

11 BOMBA ATOacuteMICA

Todos sabemos los desastres que pue-

den causar la detonacioacuten de una bomba

nuclear

Aquiacute presentamos la explicacioacuten teoacuterica

y coacutemo se pone en praacutectica

COacuteMO FUNCIONA UNA BOMBA NUCLEAR EN LA

TEORIacuteA

El 16 de Julio de 1945 estalloacute la primera bomba

atoacutemica en el campo de pruebas de Trinity cerca

de aacutelamo Gordo (Nuevo Meacutejico) Desde ese pre-

64

ciso instante la historia de la humanidad ha pasado

a una nueva era la era nuclear

Nunca hasta entonces se habiacutean tenido los cono-

cimientos necesarios como para saber que la masa

puede convertirse en grandes cantidades de ener-

giacutea y coacutemo podiacutea realizarse ese proceso hasta

entonces reservado tan soacutelo a las estrellas

La famosa foacutermula de Einstein E = mc2 ha pasa-

do ya ha formar parte de la cultura popular auacuten sin

que en realidad se llegue a saber que implica

Donde E es energiacutea m masa y c la velocidad de la

luz (constante) En esta ecuacioacuten se expresa la

relacioacuten de equivalencia entre masa y energiacutea Por

ejemplo haciendo algunas cuentas se ve que con

un gramo de uranio si se convirtiese totalmente

en energiacutea se obtendriacutean 25 millones de Kw

Aplicado como una bomba nuclear basta decir

que para asolar Hiroshima soacutelo se convirtioacute un

65

gramo de masa (aunque toda la bomba como me-

canismo pesara cuatro toneladas) su potencia fue

de 125 kilotones es decir para igualar su potencia

seriacutean 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 combustibles

de fisioacuten Cuando en un espacio se reuacutene la sufi-

ciente cantidad de materia (denominada masa criacute-

tica) se produce una reaccioacuten en cadena espontaacute-

nea esto es el nuacutecleo de los aacutetomos del material

se divide liberando energiacutea y varios neutrones

raacutepidos que provocan que otros nuacutecleos tam-

bieacuten se dividan y liberen maacutes energiacutea y neutrones

Este proceso se denomina fisioacuten nuclear Sin em-

bargo si la densidad no es suficiente la energiacutea

liberada hace que el material se expanda y se de-

tenga el proceso Para evitar que se pare la reac-

cioacuten se recurre a una materia muy densa de por siacute

(isoacutetopos del uranio y plutonio) que ademaacutes se

comprime de manera muy raacutepida para lograr una

66

altiacutesima densidad que permite que los neutrones

raacutepidos choquen antes con otros nuacutecleos y se

produzcan antes el mayor nuacutemero 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 maacutes energiacutea Para una

explosioacuten de 100 kilotones son necesarias 58 ge-

neraciones las 7 uacuteltimas generan el 999 de la

energiacutea en periodo cortiacutesimo de tiempo Tambieacuten

puede liberarse energiacutea con la fusioacuten en este pro-

ceso los nuacutecleos se unen en vez de separarse pero

se requieren altiacutesimas temperaturas (del orden de

millones de grados) para que este proceso se lleve

a cabo Para esta reaccioacuten se usan aacutetomos ligeros

(maacutes faacuteciles de unir) generalmente hidroacutegeno o

sus isoacutetopos (deuterio y tritio) Para unir dos aacuteto-

mos basta con hacerlos chocar Los protones de

cada aacutetomo 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

67

fusioacuten deben comprimirse fuertemente los nuacute-

cleos y una vez hecho soacutelo podraacuten continuar uni-

dos si pierden un equivalente de la energiacutea que les

hizo apretarse En el caso de usar deuterio y tritio

se libera violentamente un neutroacuten Esta energiacutea

liberada es la que forma una bomba de fusioacuten

tambieacuten denominada bomba H

COMO FUNCIONA UNA BOMBA ATO-MICA EN LA PRACTICA

Sea cual fuere el sistema de funcionamiento de

una bomba nuclear (fusioacuten o fisioacuten) una cantidad

de masa se convierte en energiacutea la potencia soacutelo

depende de la capacidad de la ingenieriacutea para con-

vertir maacutes masa antes de que la reaccioacuten disperse

las moleacuteculas en teoriacutea la potencia es por tanto

ilimitada

Una bomba nuclear consiste baacutesicamente en una

esfera hueca de plutonio que no es lo suficiente-

68

mente densa como para producir una reaccioacuten 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 explosioacuten se disparan los detonado-

res que hacen que el material explosivo estalle de

la manera lo maacutes regular posible para que enviacutee

una onda de choque esfeacuterica hacia el plutonio

Cuando eacutesta impacta contra eacutel lo comprime y re-

duce su volumen empujaacutendolo hacia el centro de

la esfera hasta que alcanza una densidad suficiente

(supercriacutetica) y se dispara el iniciador de neutrones

para comenzar la reaccioacuten en cadena que da lugar

a la explosioacuten nuclear

Las bombas termonucleares de fusioacuten o H nece-

sitan de una gran temperatura para que se puedan

unir los nuacutecleos esto se consigue en el interior de

una explosioacuten de fisioacuten que es el comienzo de

toda bomba H

69

Una vez acabada la reaccioacuten de fusioacuten nos encon-

traremos con una esfera expandida con una tem-

peratura de millones de grados en la que existen

los productos de la fusioacuten (litio e isoacutetopos del

hidroacutegeno) Tal es su velocidad que pueden fun-

dirse unos con otros dando lugar a la reaccioacuten de

fusioacuten Esta reaccioacuten genera maacutes energiacutea que la

anterior y libera gran cantidad de partiacuteculas nu-

cleares pero no es una reaccioacuten en cadena ya que

el propio calor que genera hace que las partiacuteculas

se separen y se expandan en forma de una esfera

de plasma con una temperatura que tan soacutelo expe-

rimenta el universo de manera natural en las estre-

llas En nuestro sol por ejemplo ocurren la fusioacuten

nuclear de hidroacutegeno y helio Pero antes de que la

reaccioacuten se extinga los neutrones generados por

las detonaciones anteriores provocan de nuevo

una reaccioacuten de fusioacuten sobre una camisa de U-

238 pero esta vez mucho mayor que las anterio-

res La potencia de una bomba termonuclear care-

ce de liacutemite una bomba como la de Hiroshima de

70

125 kilotones (un kilotoacuten equivale a 1000 tonela-

das de TNT) se considera dentro de los arsenales

modernos como pequentildea siendo las de un mega-

toacuten (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 la

Segunda Guerra Mundial

Para la construccioacuten de una bomba nuclear nor-

malmente se usa U-235 mezclado con U-238 El

primero no forma parte de la reaccioacuten nuclear

sino que es el segundo el que es fisionable de ma-

nera espontaacutenea emitiendo neutrones que son

absorbidos por el U-235 para evitar que se pro-

duzca de manera accidental la reaccioacuten en cadena

Asiacute el U-235 hace de escudo absorbiendo los neu-

trones del U-238 que es el que produce la detona-

cioacuten 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

71

reactores nucleares a partir del U-238

La desintegracioacuten del uranio en la reaccioacuten en

cadena se produce de manera espontaacutenea para una

masa de 50 Kg si eacuteste elemento es puro El pluto-

nio no es capaz por si solo de comenzar una raacutepi-

da reaccioacuten en cadena de modo que se mezcla de

berilo y polonio dando como resultado un pro-

ducto que aunque no es fisionable por si solo una

pequentildea cantidad actuacutea como catalizador para las

grandes reacciones Asiacute bastan 16 Kg de PU-239

para obtener la masa supercriacutetica y 10 Kg si se

mezcla con U-238

El U-235 es muy difiacutecil de extraer por encontrarse

en la naturaleza muy mezclado con otros com-

puestos Asiacute por cada 25000 toneladas de mineral

de uranio bruto soacutelo se obtienen 50 toneladas de

uranio del que el 993 es U-235 y el resto el

rariacutesimo isoacutetopo U-238 ambos soacutelo se pueden

separar de manera mecaacutenica gracias a la leviacutesima

72

diferencia de peso entre ambos Asiacute el uranio se

mezcla en forma gaseosa con fluor (hexafluoriacutedri-

co) que es impulsado a baja presioacuten hacieacutendolo

pasar por unas caacutemaras que aumentan la concen-

tracioacuten de uranio sensiblemente tras cientos de

pasadas Para una central nuclear la pureza ha de

ser del 2 y para una bomba (teoacutericamente) el

95

Para separar el isoacutetopo se recurre a la centrifuga-

cioacuten del gas siendo el maacutes pesado U-238 despedi-

do hacia el exterior con maacutes fuerza Para obtener

otra vez el uranio separado del gas se recurre a la

separacioacuten magneacutetica

MECANISMOS QUE SUELEN COMPONER UNA

BOMBA NUCLEAR

Los mecanismos que suelen componer una bom-

ba nuclear son los siguientes

73

ALTIacuteMETRO No suele usarse el baromeacutetrico

por verse afectado por las condiciones atmosfeacuteri-

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 seguacuten el tiempo transcu-

rrido en el recorrido puede saberse la altura sin

necesidad de complicar maacutes el sistema para dar

una precisioacuten que en realidad no es importante (2

o 3 m de diferencia no son apreciables maacutes que

en minibombas bastante menores que las de

Hiroshima) siendo la altura normal de detonacioacuten

la de 2000 m

En la praacutectica 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 electroacute-

nicamente para obtener la diferencia de ambas

que es proporcional a la altura Los pulsos suelen

emitirse 120 veces por segundo y alcanzan un

74

rango de 3000 m sobre la tierra y 6000 m sobre

el mar (la reflexioacuten es alliacute mejor) siendo su error

de hasta 15 m

CABEZA DETONADORA Como ya se dijo

estaacute compuesta de una carga explosiva muy bien

calibrada que a la orden del altiacutemetro detona

produciendo una onda de choque uniforme sobre

el elemento radioactivo comprimieacutendolo hasta

alcanzar la masa supercriacutetica

Compantildeiacuteas privadas producen camisas explosivas

que modificadas pueden ser usadas para la fabri-

cacioacuten del objeto que nos ocupa La cantidad de

presioacuten necesaria a aplicar es un secreto por razo-

nes de seguridad aunque se sabe que los explosi-

vos plaacutesticos son ideales sobre todo por su malea-

bilidad y facilidad de manejo

El detonador variacutea si es combustible es uranio o

plutonio

75

DETONADOR DE URANIO La masa total se

divide en dos partes una mayor de forma semies-

feacuterica y coacutencava que se acopla perfectamente con

la otra maacutes pequentildea Como es de suponer ambas

se encuentran separadas hasta el momento de la

detonacioacuten en el que una explosioacuten convencional

dispara la parte pequentildea que impacta contra la

mayor para lograr en un instante la masa supercriacute-

tica

DETONADOR DE PLUTONIO Necesita

una precisioacuten de ingenieriacutea mucho mayor que la

anterior ya que estaacute compuesta de 32 secciones de

plutonio-berilio-polonio todas de igual forma y

posicioacuten distribuidas conceacutentricamente El aspecto

final es parecido al de un baloacuten de fuacutetbol Todas

han de cerrarse simeacutetricamente en una diezmillo-

neacutesima de segundo para conseguir la detonacioacuten

DEFLECTOR DE NEUTRONES Suele ser

U-238 Su funcioacuten es la que ya se explicoacute evitar

76

una reaccioacuten accidental ademaacutes refleja las partiacutecu-

las de vuelta cuando se alcanza la masa supercriacuteti-

ca

ESCUDO PROTECTOR Recibe otros nom-

bres pero su funcioacuten es siempre la de proteger de

la radiacioacuten natural tanto al personal que la maneja

como a los circuitos de la bomba que pueden su-

frir cortocircuitos o puestas en funcionamiento

accidentales

SISTEMA DE ARMADO Es otro sistema maacutes

de seguridad consistente en quitar una parte im-

prescindible de la bomba para evitar detonaciones

accidentales de modo que soacutelo cuando estaacute

proacuteximo su lanzamiento se inserta esta parte Una

analogiacutea seriacutea como si al aparcar nuestro coche le

quitaacuteramos el volante o una bujiacutea asiacute estariacuteamos

seguros de que no nos lo roban porque sin estas

partes el coche no funciona

77

12 EFECTOS DE UNA EXPLOSIOacuteN NUCLEAR

Tenemos frescas en nuestra memo-

ria las imaacutegenes que nos mostroacute la

televisioacuten cuando se produjo el ac-

cidente de Chernobyl

Aquiacute explicamos todas las conse-

cuencias de una detonacioacuten 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

78

bull Radiacioacuten nuclear inicial la altiacutesima

temperatura y la elevada presioacuten que se

genera en el interior de la explosioacuten emi-

ten radiacioacuten en todas las direcciones Esta

se compone de rayos alfa beta y gamma

que son una forma de radiacioacuten electro-

magneacutetica de alta energiacutea que puede causar

la muerte sin que el individuo se de cuenta

de que ha sido irradiado Una explosioacuten de

un megatoacuten (de tamantildeo estaacutendar) matariacutea

a todo ser humano en 15 Km a la redonda

que se encontrase al aire libre

Las partiacuteculas alfa son ideacutenticas a un nuacutecleo de

helio son las que mas larga vida tienen unos mil

antildeos pero su poder de penetracioacuten 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 radiacioacuten Con 45 cm de tierra se

consigue reducir la radiacioacuten veinte veces

Las partiacuteculas beta penetran maacutes siendo suficiente

79

38 cm de pared de ladrillo para reducir a un quin-

to la radiacioacuten (una pared moderna ya espesa se

compone de 1 pie de ladrillo maacutes caacutemara maacutes

aislante maacutes ladrillo hueco y yeso que suele que-

darse en los 37 cm)

Los de maacutes poder de penetracioacuten son las gamma

y por tanto los maacutes peligrosos ya son los que se

introducen en los refugios nucleares auacuten con

grandes espesores de hormigoacuten La uacutenica protec-

cioacuten eficaz es la de interponer grandes masas de

material mejor cuanto maacutes denso siendo el ideal

el plomo ya que pasa por los materiales como la

luz por una tela si esta es maacutes densa mayor canti-

dad de chocaraacute con ella y no la traspasaraacute Para

reducir la dosis a un veinteavo se precisan 30 cm

de hormigoacuten armado

bull Pulso electromagneacutetico La intensa acti-

vidad de los rayos gamma genera mediante

induccioacuten una corriente de alto voltaje so-

80

bre antenas viacuteas feacuterreas tuberiacuteas que des-

truye todas las instalaciones eleacutectricas de

una amplia zona si la explosioacuten se efectuacutea

a gran altura Una detonacioacuten de muchos

kilotones a 200 km sobre Omaha (Ne-

brasca) destruiriacutea todos los circuitos eleacutec-

tricos integrados de toda Norteameacuterica y

parte de Meacutejico y Canadaacute Ante el riesgo

de una detonacioacuten nuclear es conveniente

alejarse de liacuteneas eleacutectricas y viacutea feacuterreas ya

que la corriente inducida puede electrocu-

tarnos

bull Pulso teacutermico al expandirse la bola de

fuego el aire circundante absorbe energiacutea

en forma de rayos X y la irradia en forma

de una luz cegadora y un intensiacutesimo ca-

lor Una bomba de 20 Megatones produci-

riacutea una intensa luz durante 20 segundos y

causariacutea quemaduras de segundo grado a

81

cualquier persona expuesta a 45 Km de

distancia

bull Onda de choque La raacutepida expansioacuten de

la bola de fuego genera una onda de cho-

que como cualquier explosioacuten pero de

una potencia muy superior ya que puede

aplastar o barrer edificios dantildeaacutendolos muy

seriamente o destruyeacutendolos por comple-

to ya que maacutes que empujar por su dura-

cioacuten lo que hace es estrujar Una bomba

de 20 megatones no dejariacutea en un radio de

20 Km maacutes que escombros soacutelo se salva-

riacutean las cimentaciones y construcciones

enterradas

bull Primera lluvia radioactiva o lluvia ra-

diactiva local una explosioacuten de 20 mega-

tones aras de suelo produciriacutea un craacuteter de

183 m de profundidad la elevada tempe-

82

ratura vaporiza todo lo que se encuentra

dentro de la bola de fuego todo se funde

con los materiales radiactivos de la fisioacuten o

fusioacuten y se eleva con el hongo para luego

precipitar en forma de finas cenizas Esto

ocurriraacute durante las 24 h siguientes a la

explosioacuten y afectaraacute a una regioacuten maacutes o

menos amplia para una misma potencia

seguacuten la climatologiacutea El fenoacutemeno se am-

pliacutea considerablemente si la detonacioacuten se

produce cerca del suelo La energiacutea 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 maacutes destructivos los deno-

minados secundarios como incendios en masa

que acabariacutean con los pocos supervivientes y ma-

tariacutean a maacutes que el pulso teacutermico y la onda de

choque

83

Ademaacutes en caso de que se lanzaran muchas

bombas nucleares sus efectos secundarios seriacutean

mucho maacutes 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 10000 mega-

tones miacutenimos para considerar un holocausto

como tal

bull El primero de estos efectos es que la ra-

dioactividad liberada en caso de holocaus-

to penetrariacutea en todos y cada uno de los

seres vivos (y en el mar la tierra y el aire)

Mientras que en dosis altas (seguacuten la espe-

cie) produciriacutea la muerte en otras maacutes ba-

jas los efectos seriacutean de lo maacutes variados

(mutaciones esterilidad)

bull El segundo seriacutea que los materiales im-

pulsados por las detonaciones se elevariacutean

hasta la troposfera donde ocultariacutean la luz

84

del sol durante meses o antildeos haciendo ba-

jar la temperatura de la tierra y alterando la

fotosiacutentesis de los vegetales y el plancton

marino seriacutea el famoso invierno nuclear

Ademaacutes estos materiales radiactivos iriacutean

cayendo durante meses o antildeos convirtieacuten-

dose en una lluvia radiactiva global que

auacuten con menos dosis radiactiva que una

lluvia provocada por una bomba seriacutea

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

antildeos Ese 5 de energiacutea liberada por la

lluvia radiactividad en una bomba es poco

pero en los 10000 megatones de un holo-

causto suponen ya 500 megatones que iraacuten

estallando durante miles de antildeos des-

pueacutes de la cataacutestrofe

85

bull El tercero seriacutea una reduccioacuten en la capa

de ozono producida por el oacutexido de nitroacute-

geno generado por las bolas de fuego de

modo que la radiacioacuten solar que llegase a

la tierra seriacutea mortal Un 70 del ozono

desapareceriacutea en el hemisferio norte y un

40 en el sur siendo necesarios treinta

antildeos para recuperar su estado normal

86

Ejercicios 12

MODELO DE RESOLUCIOacuteN

La distribucioacuten de los electrones de un aacutetomo

en sus niveles y subniveles se puede representar en

forma abreviada de la siguiente manera

a) Un coeficiente que indica el nuacutemero del nivel

de energiacutea (n)

b) Una letra que corresponde al subnivel

c) Un supraiacutendice que sentildeala el nuacutemero de elec-

trones que hay en el subnivel

1H = 1s1

3Li = 1s2 2s1

En razoacuten del entrecruzamiento de subniveles

el orden en que se van completando los subniveles

por energiacutea creciente es el siguiente

87

1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d

4p 5s 4d 5p 6s 4f

5d 6p 7s 5f 6d

7p

Para visualizar la distribucioacuten de los electrones

en orbitales se puede representar cada orbital por

un pequentildeo cuadrado dividido por una diagonal

y cada electroacuten mediante una flecha

Entonces el orbital puede estar

Vaciacuteo incompleto completo

(1 electroacuten) (2 electrones)

En caso del orbital completo las flechas tienen

sentido contrario para indicar que los electrones

presentan spin contrario

El llenado de los orbitales por los electrones

se realiza a partir de los niveles y subniveles en

88

orden creciente de energiacutea Cada nuevo electroacuten se

incorpora a un orbital vaciacuteo

De ese modo los elementos quedan represen-

tados asiacute

1H =

1s

3Li =

1s 2s

7N =

1s 2s 2p

89

Ejercicios 121

1) Un aacutetomo de foacutesforo tiene 15 protones y 16

neutrones Indicaacute cuaacutel es su

a) nuacutemero atoacutemico (Z) b) nuacutemero

de masa (A)

2) Un aacutetomo de potasio tiene Z =19 y A = 39

Indicaacute su nuacutemero de

a) protones b) electrones

c) neutrones

3) Completaacute los datos que faltan en el siguiente

cuadro

90

ELE-

MEN-

TO

NUacute-

MERO

ATOacute-

MICO

NUacute-

MERO

DE

MASA

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) Sentildealaacute el nombre y siacutembolo de los elementos

cuyas configuraciones electroacutenicas 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) Escribiacute la configuracioacuten electroacutenica de los

siguientes elementos

91

a) Na2311 = c) O16

8 =

b) Cl3517 = d) C12

6 =

6) De acuerdo con la siguiente representacioacuten de

los electrones en orbitales indicaacute a queacute ele-

mentos corresponden

a)

b)

c)

d)

7) Representaacute la distribucioacuten de los electrones en

orbitales de los elementos

a) 7N= c) 18Ar =

b) 15AI = d) 19K =

92

Hoja de respuestas121

1) a) 15 b) 31 2) a) 19 b) 19 c) 20

3)

ELE-

MEN-

TO

NUacuteME-

RO

ATOacute-

MICO

NUacute-

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)Argoacuten Ar

d)Escandio Sc

5) a) 1S2 2S2 2p6 3s1

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)middot

94

Ejercicios 1211

Modelo de resolucioacuten

El nuacutemero de oxidacioacuten se asigna seguacuten las si-

guientes reglas

1) El nuacutemero de oxidacioacuten de los elementos en la

sustancia simple es cero

Ejemplo Cu0 02Cl

2) El nuacutemero de oxidacioacuten del oxiacutegeno es 2

excepto en las sustancias como el agua oxige-

nada Ejemplo H2

2Ominus

3) El nuacutemero de oxidacioacuten del hidroacutegeno es +1

excepto en las sustancias donde estaacute combina-

do con los metales Ejemplo 1

H+

2O

4) El nuacutemero de oxidacioacuten de un ion monoatoacute-

mico es igual a la carga del ion Ejemplo Ca2-

Cl-

95

5) En la foacutermula de una sustancia la suma alge-

braica de los nuacutemeros de oxidacioacuten de todos

los aacutetomos debe ser cero Ejemplo 1

H+

2

2Ominus

there42(+1) + (-2) = 0

6) En los iones que tienen maacutes de un aacutetomo la

suma algebraica de los nuacutemeros de oxidacioacuten

de todos los aacutetomos es igual a la carga del ion

El nuacutemero de oxidacioacuten se escribe colocando primero el signo y luego el nuacutemero

Ejemplo el nuacutemero de oxidacioacuten del aluminio es +3

1) Calculaacute los nuacutemeros de oxidacioacuten en la moleacute-

cula de dioacutexido de azufre (SO2)

Datos SO2 nuacutemero de oxidacioacuten del O2

es 2

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de S

Resolucioacuten Cada aacutetomo de oxiacutegeno tiene

nuacutemero de oxidacioacuten 2 por lo tanto el nuacute-

mero de oxidacioacuten del azufre es +4 porque

2(-2) + (+4) = 0

96

2) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten del azufre en

el aacutecido sulfuacuterico (H2SO4)

Datos H2SO2 nuacutemero de oxidacioacuten del

O2 es 2 nuacutemero de oxidacioacuten de H es -1

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de S

Resolucioacuten Se debe cumplir que la suma al-gebraica de todos los nuacutemeros de oxidacioacuten sea cero

4(-2) + 21 + x = 0

-8 + 2 + x = 0

x = 6

Respuesta el nuacutemero de oxidacioacuten del azufre

en el aacutecido sulfuacuterico es +6

3) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten del nitroacutegeno

en el nitrato de sodio (NaNO3)

Datos NaNO3 nuacutemero de oxidacioacuten del

O2 es 2

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de N

97

Resolucioacuten El nuacutemero de oxidacioacuten del

sodio es +1 porque el ion sodio tiene una car-

ga eleacutectrica positiva

+1 + 3(-2) +x = 0

1 6 + x = 0

x = 5

Respuesta el nuacutemero de oxidacioacuten del nitroacute-

geno en el nitrato de sodio es +5

4) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten del azufre en

el ion sulfato (S 24Ominus )

Datos S 24Ominus nuacutemero de oxidacioacuten del O2

es 2

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de S

Resolucioacuten La suma de los nuacutemeros de

oxidacioacuten es igual a 2 porque el ion sulfato

tiene dos cargas negativas (2-)

x + 4(-2) = -2

x 8 = -2

x = 6

98

Respuesta El nuacutemero de oxidacioacuten del azu-

fre en el ion sulfato es +6

99

Ejercicios 1212

1) Dibujaacute los siacutembolos de Lewis para los aacutetomos

de

a) He b) Al c) Si d) Ar e) N

2) iquestCoacutemo adquiere la distribucioacuten electroacutenica del

ineacutertido maacutes cercano cada uno de los siguien-

tes aacutetomos

a) K b)

F c)

S d) Mg e)

Br

3) Escribiacute las ecuaciones ioacutenicas la foacutermula elec-

troacutenica y la foacutermula miacutenima del compuesto

ioacutenico formado por

a) K y Br (bromuro de potasio)

b) Ca y O (oacutexido de calcio)

4) Marcaacute con una X las propiedades correspon-

dientes a las sustancias que presentan uniones

ioacutenicas

100

a) Son soacutelidas y tienen bajo punto de fusioacuten ( )

b) Conducen la corriente eleacutectrica fundidas o di-

sueltas en agua ( )

c) Tienen brillo metaacutelico ( )

d) Forman cristales duros y quebradizos solubles

en agua ( )

e) No conducen la corriente eleacutectrica ( )

5) Explicaacute coacutemo se unen dos aacutetomos de bromo

para formar la moleacutecula Br2 y escribiacute su

foacutermula electroacutenica y su foacutermula desarrollada

6) La foacutermula del monoacutexido de dicloro es Cl2O

a) Indicaacute queacute tipo de unioacuten existe entre el cloro y

el oxiacutegeno

b) Escribiacute su foacutermula electroacutenica y su foacutermula

desarrollada

7) El azufre y el oxiacutegeno forman dos oacutexidos

importantes el dioacutexido de azufre (SO2) y el

101

trioacutexido de azufre (SO3) Para el trioacutexido de

azufre

a) Indicaacute queacute tipo de unioacuten existe entre el azufre

y los tres aacutetomos de oxiacutegeno

b) Escribiacute la foacutermula electroacutenica

c) Escribiacute la foacutermula desarrollada

8) Marcaacute 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

liacutequidas o soacutelidas ( )

c) Son duacutectiles y maleables ( )

d) No forman moleacuteculas son agregados de

iones ( )

e) No son buenas conductoras de la corriente

eleacutectrica ( )

102

9) Coloque en el pareacutentesis UCP si la unioacuten es

covalente polar y UCNP si es covalento no

polar en cada una de las siguientes sustancias

a) cloruro de hidroacutegeno HCl ( )

b) Hidroacutegeno H2 ( )

c) yodo l2 ( )

10) Escribiacute la foacutermula electroacutenica y la foacutermula

desarrollada de cada una de las sustancias

mencionadas en el ejercicio 9

11) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten

a) del azufre (S)en el dioacutexido de azufre (SO2) en

el trioacutexido de azufre (SO3) y en el sulfuro de

sodio (Na2S)

b) del nitroacutegeno (N) en el dioacutexido de nitroacutegeno

(NO2) en el aacutecido niacutetrico (HNO3) y en el ni-

trato de potasio (KNO3)

12) Marcaacute con una X las propiedades que se expli-

can en el concepto de unioacuten metaacutelica

103

a) Tienen bajo punto de fusioacuten y de

ebullicioacuten ( )

b) Tienen brillo metaacutelico ( )

c) Conducen la corriente eleacutectrica sin

alterarse ( )

d) En estado soacutelido son malos conductores de la

corriente eleacutectrica ( )

e) Forman hilos y laacuteminas delgadas ( )

104

Hoja de respuestas 1212

1) a) He b) Al c)

Si d)

Ar e)

N

2) a) cede un electroacuten d) cede electrones c)

gana dos electrones b) y e) gana un electroacuten

3) a) Ecuaciones ioacutenicas

K K1+ + 1 e

Br + 1 e Br1-

K1+ + Br- KBr

Foacutermula electroacutenica K1+minus

1

Br

Foacutermula miacutenima KBr

b) Ecuaciones ioacutenicas

Ca Ca 2+ + 2 e

O + 2 e O2-

Ca2+ + O2- CaO

Foacutermula electroacutenica Ca2+ minus

2

O

105

Foacutermula miacutenima CaO

4) b y d

5) se unen compartiendo un par de electrones

6) a) unioacuten covalente

b) foacutermula electroacutenica

Cl

O

Cl

foacutermula desarrollada Cl O Cl

7) a) una unioacuten covalente doble entre el azufre y

uno de los aacutetomos de oxiacutegeno dos uniones cova-

lentes coordinadas con los otros dos aacutetomos de

oxiacutegeno

b) Foacutermula electroacutenica

Foacutermula desarrollada

106

8) a b y e

9) a) UCP y c) UCNP

10) Foacutermula electroacutenica Foacutermula desarrollada

a) H

Cl H Cl

b) HH H H

c)

I

I l I

11) a) +4 +6 -2 b) +4 +5 +5

12) b c y e

  • RADIACTIVIDAD
    • IacuteNDICE
      • 1 RADIACTIVIDAD NATURAL
      • 2 RELACIOacuteN ENTRE LA LEY DE LAVOISIER Y LA DE EINSTEIN
      • 3 INTERACCIONES ENTRE AacuteTOMOS Y ONDAS
      • 4 PODER DE PENETRACIOacuteN DE LA RADIACIOacuteN
      • 5 VIDA MEDIA
      • 6 RADIACTIVIDAD ARTIFICIAL
      • 7 USOS DE LOS RADIOISOacuteTOPOS
      • 8 MEDICINA NUCLEAR
      • 9 FECHADO POR MEDIO DE RADIOISOacuteTOPOS
      • 10 PLANTAS DE ENERGIacuteA NUCLEAR
      • 11 BOMBA ATOacuteMICA
      • 12 EFECTOS DE UNA EXPLOSIOacuteN NUCLEAR
        • Ejercicios 12
        • Ejercicios 121
        • Hoja de respuestas121
        • Ejercicios 1211
        • Ejercicios 1212
        • Hoja de respuestas 1212

54

hasta que se forma un isoacutetopo de plomo (plomo

206) Los quiacutemicos pueden estimar la antiguumledad

de una roca determinando las proporciones relati-

vas de uranio 238 y plomo 206 Se ha encontrado

que algunas de las rocas maacutes antiguas de la Tierra

se formaron hace entre 3000 y 4500 millones de

antildeos En las rocas lunares y en meteoritos se ha

determinado una antiguumledad maacutexima de alrededor

de 4500 millones de antildeos Asiacute pues se considera

en general que la Tierra tiene una antiguumledad de

unos 4500 millones de antildeos

FECHADO POR CARBONO 14

En el fechado de artefactos interviene por lo

general un isoacutetopo radiactivo de carbono Se for-

ma carbono 14 en las capas superiores de la at-

moacutesfera por el bombardeo que experimenta el

nitroacutegeno ordinario por parte de los neutrones de

los rayos coacutesmicos

55

N147 + n1

0 C146 + H1

1

Este proceso origina una concentracioacuten cons-

tante de carbono 14 en el CO2 terrestre Las plan-

tas y animales vivos incorporan este isoacutetopo en

sus propias ceacutelulas Sin embargo cuando estos

seres mueren se interrumpe la incorporacioacuten de

carbono 14 y el carbono 14 que hay en el orga-

nismo se desintegra (con una vida media de 5 730

antildeos) a nitroacutegeno 14

Por consiguiente basta con medir la actividad

residual de carbono 14 en un artefacto de origen

vegetal o animal para determinar su antiguumledad

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 antildeos de antiguumle-

dad es decir ha estado muerta durante un tiempo

equivalente a una vida media Anaacutelogamente un

artefacto que muestra el 25 de la actividad de

carbono 14 del material vegetal reciente tiene

56

11460 anos de antiguumledad 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 aquiacute supone que la formacioacuten del isoacutetopo

fue constante a lo largo del tiempo En realidad no

es asiacute Sin embargo aproximadamente para los

uacuteltimos 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

aacuterboles Se han construido curvas de calibracioacuten

que permiten determinar fechas consideradas co-

mo exactas

En teacuterminos generales el meacutetodo de carbono

14 es razonablemente preciso para fechar objetos

de hasta 50000 antildeos de antiguumledad La cantidad

residual del isoacutetopo en los objetos de una antiguumle-

dad mayor que esa es demasiado pequentildea para

hacer una determinacioacuten exacta

El carboacuten de las fogatas de los pueblos anti-

57

guos fechado por determinacioacuten de la actividad

de carbono 14 se usa para estimar la antiguumledad

de otros artefactos encontrados en el mismo em-

plazamiento arqueoloacutegico La teacutecnica de fechado

por carbono 14 se ha usado tambieacuten para detectar

si supuestos artefactos antiguos han sido falsifica-

dos

EL SUDARIO DE TURIacuteN

Probablemente han oiacutedo hablar del sudario de

Turiacuten Se trata de una pieza de tejido de lino muy

antigua de unos 4 metros de largo que muestra la

impresioacuten aproximada de un cuerpo humano

Desde alrededor del antildeo 1350 dC 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-

bricacioacuten del lienzo habiacutea sido cultivado en alguacuten

memento entre los anos de 1260 y 1390 dC Por

58

tanto el lienzo no podriacutea haber existido en tiem-

pos de Cristo A diferencia de los pergaminos del

Mar Muerto para los que el fechado por carbono

14 demostroacute que son registros auteacutenticos de una

civilizacioacuten que existioacute hace unos 2000 antildeos el

sudario de Turiacuten resultoacute ser falso

FECHADO POR TRITIO

El tritio que es el isoacutetopo radiactivo del

hidroacutegeno sirve tambieacuten para fechar Su vida me-

dia de 123 antildeos lo hace uacutetil para fechar objetos de

hasta 100 antildeos de antiguumledad Una aplicacioacuten inte-

resante es el fechado de aguardientes Estas bebi-

das alcohoacutelicas son muy costosas cuando han sido

antildeejadas de 10 a 50 antildeos El fechado por tritio

permite comprobar la veracidad de los anuncios

publicitarios respecto al proceso de antildeejamiento

de las variedades maacutes caras

Hay muchos otros isoacutetopos que permiten es-

timar la antiguumledad de objetos y materiales

59

Isoacutetopo Vida me-

dia

(antildeos)

Periacuteodo de

utilidad Uso

Carbono 14 5730 500 a 50000

antildeos

Carboacuten vege-

tal material

orgaacutenico

Tritio 123 1 a 100 antildeosVinos antildeeja-

dos

Potasio 40 13 x 109 Desde 10000

antildeos

Rocas corteza

terrestre y

lunar

Renio 187 43 x1010 Desde 4 x

107 antildeos Meteoritos

Ranio238 45 x109 Desde 107

antildeos

Rocas corteza

terrestre

60

10 PLANTAS DE ENERGIacuteA NUCLEAR

iquestSabeacutes de doacutende viene esa energiacutea que nosotros usamos tanto Mucha de la energiacutea eleacutectrica es

producida por plantas nucleares de to-do el mundo

La energiacutea nuclear ha dado origen a bombas

muy destructivas y a la nociva precipitacioacuten ra-

diactiva y podriacutea incluso provocar un devastador

invierno nuclear Sin embargo una cantidad mu-

cho mayor de personas han recibido beneficios de

la energiacutea nuclear que las que han sido perjudica-

das por ella El hecho es que existen muchos usos

de la energiacutea nuclear que son sumamente beneacutefi-

61

cos Ya conocemos el uso de isoacutetopos radiactivos

en el diagnoacutestico cliacutenico y en el fechado de obje-

tos de antiguumledad desconocida Otro uso paciacutefico

de la energiacutea nuclear es la generacioacuten de electri-

cidad Una gran parte de la energiacutea eleacutectrica que

se utiliza hoy en diacutea se genera en plantas de ener-

giacutea nuclear

En la actualidad una quinta parte de toda la

electricidad que se produce en Estados Unidos

proviene de plantas de energiacutea nuclear En Euro-

pa la dependencia respecto a la energiacutea nuclear

para la produccioacuten de electricidad es auacuten mayor

En Francia por ejemplo maacutes del 70 de la ener-

giacutea eleacutectrica del paiacutes proviene de plantas nuclea-

res

No es sorprendente que una reaccioacuten que

desprende tanta energiacutea como lo hace la fisioacuten

nuclear se use como fuente de energiacutea para gene-

rar electricidad En las plantas de energiacutea nuclear

se usa el calor obtenido de una reaccioacuten de fisioacuten

62

en cadena controlada para producir vapor de

agua que mueve las turbinas generadoras de elec-

tricidad El combustible nuclear es normalmente

oacutexido de uranio U3O8 enriquecido hasta alrede-

dor de 3 de uranio 235

La energiacutea nuclear es mucho maacutes limpia que la

que se obtiene quemando combustibles foacutesiles

(carboacuten petroacuteleo y gas) no produce cenizas finas

ni holliacuten no forma dioacutexido de carbono que con-

tribuye al efecto de invernadero y al calentamiento

global y no contamina el aire con oacutexidos de azu-

fre y de nitroacutegeno que dan origen a la lluvia aacutecida

Por otra parte emite grandes cantidades de calor

residual en el ambiente y lo que es mucho maacutes

serio produce muchos residuos radiactivos La

eliminacioacuten de todos estos materiales radiactivos

de desecho es uno de los problemas constantes

que se tienen en relacioacuten con las plantas de energiacutea

nuclear

63

11 BOMBA ATOacuteMICA

Todos sabemos los desastres que pue-

den causar la detonacioacuten de una bomba

nuclear

Aquiacute presentamos la explicacioacuten teoacuterica

y coacutemo se pone en praacutectica

COacuteMO FUNCIONA UNA BOMBA NUCLEAR EN LA

TEORIacuteA

El 16 de Julio de 1945 estalloacute la primera bomba

atoacutemica en el campo de pruebas de Trinity cerca

de aacutelamo Gordo (Nuevo Meacutejico) Desde ese pre-

64

ciso instante la historia de la humanidad ha pasado

a una nueva era la era nuclear

Nunca hasta entonces se habiacutean tenido los cono-

cimientos necesarios como para saber que la masa

puede convertirse en grandes cantidades de ener-

giacutea y coacutemo podiacutea realizarse ese proceso hasta

entonces reservado tan soacutelo a las estrellas

La famosa foacutermula de Einstein E = mc2 ha pasa-

do ya ha formar parte de la cultura popular auacuten sin

que en realidad se llegue a saber que implica

Donde E es energiacutea m masa y c la velocidad de la

luz (constante) En esta ecuacioacuten se expresa la

relacioacuten de equivalencia entre masa y energiacutea Por

ejemplo haciendo algunas cuentas se ve que con

un gramo de uranio si se convirtiese totalmente

en energiacutea se obtendriacutean 25 millones de Kw

Aplicado como una bomba nuclear basta decir

que para asolar Hiroshima soacutelo se convirtioacute un

65

gramo de masa (aunque toda la bomba como me-

canismo pesara cuatro toneladas) su potencia fue

de 125 kilotones es decir para igualar su potencia

seriacutean 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 combustibles

de fisioacuten Cuando en un espacio se reuacutene la sufi-

ciente cantidad de materia (denominada masa criacute-

tica) se produce una reaccioacuten en cadena espontaacute-

nea esto es el nuacutecleo de los aacutetomos del material

se divide liberando energiacutea y varios neutrones

raacutepidos que provocan que otros nuacutecleos tam-

bieacuten se dividan y liberen maacutes energiacutea y neutrones

Este proceso se denomina fisioacuten nuclear Sin em-

bargo si la densidad no es suficiente la energiacutea

liberada hace que el material se expanda y se de-

tenga el proceso Para evitar que se pare la reac-

cioacuten se recurre a una materia muy densa de por siacute

(isoacutetopos del uranio y plutonio) que ademaacutes se

comprime de manera muy raacutepida para lograr una

66

altiacutesima densidad que permite que los neutrones

raacutepidos choquen antes con otros nuacutecleos y se

produzcan antes el mayor nuacutemero 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 maacutes energiacutea Para una

explosioacuten de 100 kilotones son necesarias 58 ge-

neraciones las 7 uacuteltimas generan el 999 de la

energiacutea en periodo cortiacutesimo de tiempo Tambieacuten

puede liberarse energiacutea con la fusioacuten en este pro-

ceso los nuacutecleos se unen en vez de separarse pero

se requieren altiacutesimas temperaturas (del orden de

millones de grados) para que este proceso se lleve

a cabo Para esta reaccioacuten se usan aacutetomos ligeros

(maacutes faacuteciles de unir) generalmente hidroacutegeno o

sus isoacutetopos (deuterio y tritio) Para unir dos aacuteto-

mos basta con hacerlos chocar Los protones de

cada aacutetomo 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

67

fusioacuten deben comprimirse fuertemente los nuacute-

cleos y una vez hecho soacutelo podraacuten continuar uni-

dos si pierden un equivalente de la energiacutea que les

hizo apretarse En el caso de usar deuterio y tritio

se libera violentamente un neutroacuten Esta energiacutea

liberada es la que forma una bomba de fusioacuten

tambieacuten denominada bomba H

COMO FUNCIONA UNA BOMBA ATO-MICA EN LA PRACTICA

Sea cual fuere el sistema de funcionamiento de

una bomba nuclear (fusioacuten o fisioacuten) una cantidad

de masa se convierte en energiacutea la potencia soacutelo

depende de la capacidad de la ingenieriacutea para con-

vertir maacutes masa antes de que la reaccioacuten disperse

las moleacuteculas en teoriacutea la potencia es por tanto

ilimitada

Una bomba nuclear consiste baacutesicamente en una

esfera hueca de plutonio que no es lo suficiente-

68

mente densa como para producir una reaccioacuten 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 explosioacuten se disparan los detonado-

res que hacen que el material explosivo estalle de

la manera lo maacutes regular posible para que enviacutee

una onda de choque esfeacuterica hacia el plutonio

Cuando eacutesta impacta contra eacutel lo comprime y re-

duce su volumen empujaacutendolo hacia el centro de

la esfera hasta que alcanza una densidad suficiente

(supercriacutetica) y se dispara el iniciador de neutrones

para comenzar la reaccioacuten en cadena que da lugar

a la explosioacuten nuclear

Las bombas termonucleares de fusioacuten o H nece-

sitan de una gran temperatura para que se puedan

unir los nuacutecleos esto se consigue en el interior de

una explosioacuten de fisioacuten que es el comienzo de

toda bomba H

69

Una vez acabada la reaccioacuten de fusioacuten nos encon-

traremos con una esfera expandida con una tem-

peratura de millones de grados en la que existen

los productos de la fusioacuten (litio e isoacutetopos del

hidroacutegeno) Tal es su velocidad que pueden fun-

dirse unos con otros dando lugar a la reaccioacuten de

fusioacuten Esta reaccioacuten genera maacutes energiacutea que la

anterior y libera gran cantidad de partiacuteculas nu-

cleares pero no es una reaccioacuten en cadena ya que

el propio calor que genera hace que las partiacuteculas

se separen y se expandan en forma de una esfera

de plasma con una temperatura que tan soacutelo expe-

rimenta el universo de manera natural en las estre-

llas En nuestro sol por ejemplo ocurren la fusioacuten

nuclear de hidroacutegeno y helio Pero antes de que la

reaccioacuten se extinga los neutrones generados por

las detonaciones anteriores provocan de nuevo

una reaccioacuten de fusioacuten sobre una camisa de U-

238 pero esta vez mucho mayor que las anterio-

res La potencia de una bomba termonuclear care-

ce de liacutemite una bomba como la de Hiroshima de

70

125 kilotones (un kilotoacuten equivale a 1000 tonela-

das de TNT) se considera dentro de los arsenales

modernos como pequentildea siendo las de un mega-

toacuten (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 la

Segunda Guerra Mundial

Para la construccioacuten de una bomba nuclear nor-

malmente se usa U-235 mezclado con U-238 El

primero no forma parte de la reaccioacuten nuclear

sino que es el segundo el que es fisionable de ma-

nera espontaacutenea emitiendo neutrones que son

absorbidos por el U-235 para evitar que se pro-

duzca de manera accidental la reaccioacuten en cadena

Asiacute el U-235 hace de escudo absorbiendo los neu-

trones del U-238 que es el que produce la detona-

cioacuten 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

71

reactores nucleares a partir del U-238

La desintegracioacuten del uranio en la reaccioacuten en

cadena se produce de manera espontaacutenea para una

masa de 50 Kg si eacuteste elemento es puro El pluto-

nio no es capaz por si solo de comenzar una raacutepi-

da reaccioacuten en cadena de modo que se mezcla de

berilo y polonio dando como resultado un pro-

ducto que aunque no es fisionable por si solo una

pequentildea cantidad actuacutea como catalizador para las

grandes reacciones Asiacute bastan 16 Kg de PU-239

para obtener la masa supercriacutetica y 10 Kg si se

mezcla con U-238

El U-235 es muy difiacutecil de extraer por encontrarse

en la naturaleza muy mezclado con otros com-

puestos Asiacute por cada 25000 toneladas de mineral

de uranio bruto soacutelo se obtienen 50 toneladas de

uranio del que el 993 es U-235 y el resto el

rariacutesimo isoacutetopo U-238 ambos soacutelo se pueden

separar de manera mecaacutenica gracias a la leviacutesima

72

diferencia de peso entre ambos Asiacute el uranio se

mezcla en forma gaseosa con fluor (hexafluoriacutedri-

co) que es impulsado a baja presioacuten hacieacutendolo

pasar por unas caacutemaras que aumentan la concen-

tracioacuten de uranio sensiblemente tras cientos de

pasadas Para una central nuclear la pureza ha de

ser del 2 y para una bomba (teoacutericamente) el

95

Para separar el isoacutetopo se recurre a la centrifuga-

cioacuten del gas siendo el maacutes pesado U-238 despedi-

do hacia el exterior con maacutes fuerza Para obtener

otra vez el uranio separado del gas se recurre a la

separacioacuten magneacutetica

MECANISMOS QUE SUELEN COMPONER UNA

BOMBA NUCLEAR

Los mecanismos que suelen componer una bom-

ba nuclear son los siguientes

73

ALTIacuteMETRO No suele usarse el baromeacutetrico

por verse afectado por las condiciones atmosfeacuteri-

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 seguacuten el tiempo transcu-

rrido en el recorrido puede saberse la altura sin

necesidad de complicar maacutes el sistema para dar

una precisioacuten que en realidad no es importante (2

o 3 m de diferencia no son apreciables maacutes que

en minibombas bastante menores que las de

Hiroshima) siendo la altura normal de detonacioacuten

la de 2000 m

En la praacutectica 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 electroacute-

nicamente para obtener la diferencia de ambas

que es proporcional a la altura Los pulsos suelen

emitirse 120 veces por segundo y alcanzan un

74

rango de 3000 m sobre la tierra y 6000 m sobre

el mar (la reflexioacuten es alliacute mejor) siendo su error

de hasta 15 m

CABEZA DETONADORA Como ya se dijo

estaacute compuesta de una carga explosiva muy bien

calibrada que a la orden del altiacutemetro detona

produciendo una onda de choque uniforme sobre

el elemento radioactivo comprimieacutendolo hasta

alcanzar la masa supercriacutetica

Compantildeiacuteas privadas producen camisas explosivas

que modificadas pueden ser usadas para la fabri-

cacioacuten del objeto que nos ocupa La cantidad de

presioacuten necesaria a aplicar es un secreto por razo-

nes de seguridad aunque se sabe que los explosi-

vos plaacutesticos son ideales sobre todo por su malea-

bilidad y facilidad de manejo

El detonador variacutea si es combustible es uranio o

plutonio

75

DETONADOR DE URANIO La masa total se

divide en dos partes una mayor de forma semies-

feacuterica y coacutencava que se acopla perfectamente con

la otra maacutes pequentildea Como es de suponer ambas

se encuentran separadas hasta el momento de la

detonacioacuten en el que una explosioacuten convencional

dispara la parte pequentildea que impacta contra la

mayor para lograr en un instante la masa supercriacute-

tica

DETONADOR DE PLUTONIO Necesita

una precisioacuten de ingenieriacutea mucho mayor que la

anterior ya que estaacute compuesta de 32 secciones de

plutonio-berilio-polonio todas de igual forma y

posicioacuten distribuidas conceacutentricamente El aspecto

final es parecido al de un baloacuten de fuacutetbol Todas

han de cerrarse simeacutetricamente en una diezmillo-

neacutesima de segundo para conseguir la detonacioacuten

DEFLECTOR DE NEUTRONES Suele ser

U-238 Su funcioacuten es la que ya se explicoacute evitar

76

una reaccioacuten accidental ademaacutes refleja las partiacutecu-

las de vuelta cuando se alcanza la masa supercriacuteti-

ca

ESCUDO PROTECTOR Recibe otros nom-

bres pero su funcioacuten es siempre la de proteger de

la radiacioacuten natural tanto al personal que la maneja

como a los circuitos de la bomba que pueden su-

frir cortocircuitos o puestas en funcionamiento

accidentales

SISTEMA DE ARMADO Es otro sistema maacutes

de seguridad consistente en quitar una parte im-

prescindible de la bomba para evitar detonaciones

accidentales de modo que soacutelo cuando estaacute

proacuteximo su lanzamiento se inserta esta parte Una

analogiacutea seriacutea como si al aparcar nuestro coche le

quitaacuteramos el volante o una bujiacutea asiacute estariacuteamos

seguros de que no nos lo roban porque sin estas

partes el coche no funciona

77

12 EFECTOS DE UNA EXPLOSIOacuteN NUCLEAR

Tenemos frescas en nuestra memo-

ria las imaacutegenes que nos mostroacute la

televisioacuten cuando se produjo el ac-

cidente de Chernobyl

Aquiacute explicamos todas las conse-

cuencias de una detonacioacuten 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

78

bull Radiacioacuten nuclear inicial la altiacutesima

temperatura y la elevada presioacuten que se

genera en el interior de la explosioacuten emi-

ten radiacioacuten en todas las direcciones Esta

se compone de rayos alfa beta y gamma

que son una forma de radiacioacuten electro-

magneacutetica de alta energiacutea que puede causar

la muerte sin que el individuo se de cuenta

de que ha sido irradiado Una explosioacuten de

un megatoacuten (de tamantildeo estaacutendar) matariacutea

a todo ser humano en 15 Km a la redonda

que se encontrase al aire libre

Las partiacuteculas alfa son ideacutenticas a un nuacutecleo de

helio son las que mas larga vida tienen unos mil

antildeos pero su poder de penetracioacuten 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 radiacioacuten Con 45 cm de tierra se

consigue reducir la radiacioacuten veinte veces

Las partiacuteculas beta penetran maacutes siendo suficiente

79

38 cm de pared de ladrillo para reducir a un quin-

to la radiacioacuten (una pared moderna ya espesa se

compone de 1 pie de ladrillo maacutes caacutemara maacutes

aislante maacutes ladrillo hueco y yeso que suele que-

darse en los 37 cm)

Los de maacutes poder de penetracioacuten son las gamma

y por tanto los maacutes peligrosos ya son los que se

introducen en los refugios nucleares auacuten con

grandes espesores de hormigoacuten La uacutenica protec-

cioacuten eficaz es la de interponer grandes masas de

material mejor cuanto maacutes denso siendo el ideal

el plomo ya que pasa por los materiales como la

luz por una tela si esta es maacutes densa mayor canti-

dad de chocaraacute con ella y no la traspasaraacute Para

reducir la dosis a un veinteavo se precisan 30 cm

de hormigoacuten armado

bull Pulso electromagneacutetico La intensa acti-

vidad de los rayos gamma genera mediante

induccioacuten una corriente de alto voltaje so-

80

bre antenas viacuteas feacuterreas tuberiacuteas que des-

truye todas las instalaciones eleacutectricas de

una amplia zona si la explosioacuten se efectuacutea

a gran altura Una detonacioacuten de muchos

kilotones a 200 km sobre Omaha (Ne-

brasca) destruiriacutea todos los circuitos eleacutec-

tricos integrados de toda Norteameacuterica y

parte de Meacutejico y Canadaacute Ante el riesgo

de una detonacioacuten nuclear es conveniente

alejarse de liacuteneas eleacutectricas y viacutea feacuterreas ya

que la corriente inducida puede electrocu-

tarnos

bull Pulso teacutermico al expandirse la bola de

fuego el aire circundante absorbe energiacutea

en forma de rayos X y la irradia en forma

de una luz cegadora y un intensiacutesimo ca-

lor Una bomba de 20 Megatones produci-

riacutea una intensa luz durante 20 segundos y

causariacutea quemaduras de segundo grado a

81

cualquier persona expuesta a 45 Km de

distancia

bull Onda de choque La raacutepida expansioacuten de

la bola de fuego genera una onda de cho-

que como cualquier explosioacuten pero de

una potencia muy superior ya que puede

aplastar o barrer edificios dantildeaacutendolos muy

seriamente o destruyeacutendolos por comple-

to ya que maacutes que empujar por su dura-

cioacuten lo que hace es estrujar Una bomba

de 20 megatones no dejariacutea en un radio de

20 Km maacutes que escombros soacutelo se salva-

riacutean las cimentaciones y construcciones

enterradas

bull Primera lluvia radioactiva o lluvia ra-

diactiva local una explosioacuten de 20 mega-

tones aras de suelo produciriacutea un craacuteter de

183 m de profundidad la elevada tempe-

82

ratura vaporiza todo lo que se encuentra

dentro de la bola de fuego todo se funde

con los materiales radiactivos de la fisioacuten o

fusioacuten y se eleva con el hongo para luego

precipitar en forma de finas cenizas Esto

ocurriraacute durante las 24 h siguientes a la

explosioacuten y afectaraacute a una regioacuten maacutes o

menos amplia para una misma potencia

seguacuten la climatologiacutea El fenoacutemeno se am-

pliacutea considerablemente si la detonacioacuten se

produce cerca del suelo La energiacutea 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 maacutes destructivos los deno-

minados secundarios como incendios en masa

que acabariacutean con los pocos supervivientes y ma-

tariacutean a maacutes que el pulso teacutermico y la onda de

choque

83

Ademaacutes en caso de que se lanzaran muchas

bombas nucleares sus efectos secundarios seriacutean

mucho maacutes 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 10000 mega-

tones miacutenimos para considerar un holocausto

como tal

bull El primero de estos efectos es que la ra-

dioactividad liberada en caso de holocaus-

to penetrariacutea en todos y cada uno de los

seres vivos (y en el mar la tierra y el aire)

Mientras que en dosis altas (seguacuten la espe-

cie) produciriacutea la muerte en otras maacutes ba-

jas los efectos seriacutean de lo maacutes variados

(mutaciones esterilidad)

bull El segundo seriacutea que los materiales im-

pulsados por las detonaciones se elevariacutean

hasta la troposfera donde ocultariacutean la luz

84

del sol durante meses o antildeos haciendo ba-

jar la temperatura de la tierra y alterando la

fotosiacutentesis de los vegetales y el plancton

marino seriacutea el famoso invierno nuclear

Ademaacutes estos materiales radiactivos iriacutean

cayendo durante meses o antildeos convirtieacuten-

dose en una lluvia radiactiva global que

auacuten con menos dosis radiactiva que una

lluvia provocada por una bomba seriacutea

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

antildeos Ese 5 de energiacutea liberada por la

lluvia radiactividad en una bomba es poco

pero en los 10000 megatones de un holo-

causto suponen ya 500 megatones que iraacuten

estallando durante miles de antildeos des-

pueacutes de la cataacutestrofe

85

bull El tercero seriacutea una reduccioacuten en la capa

de ozono producida por el oacutexido de nitroacute-

geno generado por las bolas de fuego de

modo que la radiacioacuten solar que llegase a

la tierra seriacutea mortal Un 70 del ozono

desapareceriacutea en el hemisferio norte y un

40 en el sur siendo necesarios treinta

antildeos para recuperar su estado normal

86

Ejercicios 12

MODELO DE RESOLUCIOacuteN

La distribucioacuten de los electrones de un aacutetomo

en sus niveles y subniveles se puede representar en

forma abreviada de la siguiente manera

a) Un coeficiente que indica el nuacutemero del nivel

de energiacutea (n)

b) Una letra que corresponde al subnivel

c) Un supraiacutendice que sentildeala el nuacutemero de elec-

trones que hay en el subnivel

1H = 1s1

3Li = 1s2 2s1

En razoacuten del entrecruzamiento de subniveles

el orden en que se van completando los subniveles

por energiacutea creciente es el siguiente

87

1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d

4p 5s 4d 5p 6s 4f

5d 6p 7s 5f 6d

7p

Para visualizar la distribucioacuten de los electrones

en orbitales se puede representar cada orbital por

un pequentildeo cuadrado dividido por una diagonal

y cada electroacuten mediante una flecha

Entonces el orbital puede estar

Vaciacuteo incompleto completo

(1 electroacuten) (2 electrones)

En caso del orbital completo las flechas tienen

sentido contrario para indicar que los electrones

presentan spin contrario

El llenado de los orbitales por los electrones

se realiza a partir de los niveles y subniveles en

88

orden creciente de energiacutea Cada nuevo electroacuten se

incorpora a un orbital vaciacuteo

De ese modo los elementos quedan represen-

tados asiacute

1H =

1s

3Li =

1s 2s

7N =

1s 2s 2p

89

Ejercicios 121

1) Un aacutetomo de foacutesforo tiene 15 protones y 16

neutrones Indicaacute cuaacutel es su

a) nuacutemero atoacutemico (Z) b) nuacutemero

de masa (A)

2) Un aacutetomo de potasio tiene Z =19 y A = 39

Indicaacute su nuacutemero de

a) protones b) electrones

c) neutrones

3) Completaacute los datos que faltan en el siguiente

cuadro

90

ELE-

MEN-

TO

NUacute-

MERO

ATOacute-

MICO

NUacute-

MERO

DE

MASA

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) Sentildealaacute el nombre y siacutembolo de los elementos

cuyas configuraciones electroacutenicas 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) Escribiacute la configuracioacuten electroacutenica de los

siguientes elementos

91

a) Na2311 = c) O16

8 =

b) Cl3517 = d) C12

6 =

6) De acuerdo con la siguiente representacioacuten de

los electrones en orbitales indicaacute a queacute ele-

mentos corresponden

a)

b)

c)

d)

7) Representaacute la distribucioacuten de los electrones en

orbitales de los elementos

a) 7N= c) 18Ar =

b) 15AI = d) 19K =

92

Hoja de respuestas121

1) a) 15 b) 31 2) a) 19 b) 19 c) 20

3)

ELE-

MEN-

TO

NUacuteME-

RO

ATOacute-

MICO

NUacute-

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)Argoacuten Ar

d)Escandio Sc

5) a) 1S2 2S2 2p6 3s1

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)middot

94

Ejercicios 1211

Modelo de resolucioacuten

El nuacutemero de oxidacioacuten se asigna seguacuten las si-

guientes reglas

1) El nuacutemero de oxidacioacuten de los elementos en la

sustancia simple es cero

Ejemplo Cu0 02Cl

2) El nuacutemero de oxidacioacuten del oxiacutegeno es 2

excepto en las sustancias como el agua oxige-

nada Ejemplo H2

2Ominus

3) El nuacutemero de oxidacioacuten del hidroacutegeno es +1

excepto en las sustancias donde estaacute combina-

do con los metales Ejemplo 1

H+

2O

4) El nuacutemero de oxidacioacuten de un ion monoatoacute-

mico es igual a la carga del ion Ejemplo Ca2-

Cl-

95

5) En la foacutermula de una sustancia la suma alge-

braica de los nuacutemeros de oxidacioacuten de todos

los aacutetomos debe ser cero Ejemplo 1

H+

2

2Ominus

there42(+1) + (-2) = 0

6) En los iones que tienen maacutes de un aacutetomo la

suma algebraica de los nuacutemeros de oxidacioacuten

de todos los aacutetomos es igual a la carga del ion

El nuacutemero de oxidacioacuten se escribe colocando primero el signo y luego el nuacutemero

Ejemplo el nuacutemero de oxidacioacuten del aluminio es +3

1) Calculaacute los nuacutemeros de oxidacioacuten en la moleacute-

cula de dioacutexido de azufre (SO2)

Datos SO2 nuacutemero de oxidacioacuten del O2

es 2

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de S

Resolucioacuten Cada aacutetomo de oxiacutegeno tiene

nuacutemero de oxidacioacuten 2 por lo tanto el nuacute-

mero de oxidacioacuten del azufre es +4 porque

2(-2) + (+4) = 0

96

2) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten del azufre en

el aacutecido sulfuacuterico (H2SO4)

Datos H2SO2 nuacutemero de oxidacioacuten del

O2 es 2 nuacutemero de oxidacioacuten de H es -1

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de S

Resolucioacuten Se debe cumplir que la suma al-gebraica de todos los nuacutemeros de oxidacioacuten sea cero

4(-2) + 21 + x = 0

-8 + 2 + x = 0

x = 6

Respuesta el nuacutemero de oxidacioacuten del azufre

en el aacutecido sulfuacuterico es +6

3) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten del nitroacutegeno

en el nitrato de sodio (NaNO3)

Datos NaNO3 nuacutemero de oxidacioacuten del

O2 es 2

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de N

97

Resolucioacuten El nuacutemero de oxidacioacuten del

sodio es +1 porque el ion sodio tiene una car-

ga eleacutectrica positiva

+1 + 3(-2) +x = 0

1 6 + x = 0

x = 5

Respuesta el nuacutemero de oxidacioacuten del nitroacute-

geno en el nitrato de sodio es +5

4) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten del azufre en

el ion sulfato (S 24Ominus )

Datos S 24Ominus nuacutemero de oxidacioacuten del O2

es 2

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de S

Resolucioacuten La suma de los nuacutemeros de

oxidacioacuten es igual a 2 porque el ion sulfato

tiene dos cargas negativas (2-)

x + 4(-2) = -2

x 8 = -2

x = 6

98

Respuesta El nuacutemero de oxidacioacuten del azu-

fre en el ion sulfato es +6

99

Ejercicios 1212

1) Dibujaacute los siacutembolos de Lewis para los aacutetomos

de

a) He b) Al c) Si d) Ar e) N

2) iquestCoacutemo adquiere la distribucioacuten electroacutenica del

ineacutertido maacutes cercano cada uno de los siguien-

tes aacutetomos

a) K b)

F c)

S d) Mg e)

Br

3) Escribiacute las ecuaciones ioacutenicas la foacutermula elec-

troacutenica y la foacutermula miacutenima del compuesto

ioacutenico formado por

a) K y Br (bromuro de potasio)

b) Ca y O (oacutexido de calcio)

4) Marcaacute con una X las propiedades correspon-

dientes a las sustancias que presentan uniones

ioacutenicas

100

a) Son soacutelidas y tienen bajo punto de fusioacuten ( )

b) Conducen la corriente eleacutectrica fundidas o di-

sueltas en agua ( )

c) Tienen brillo metaacutelico ( )

d) Forman cristales duros y quebradizos solubles

en agua ( )

e) No conducen la corriente eleacutectrica ( )

5) Explicaacute coacutemo se unen dos aacutetomos de bromo

para formar la moleacutecula Br2 y escribiacute su

foacutermula electroacutenica y su foacutermula desarrollada

6) La foacutermula del monoacutexido de dicloro es Cl2O

a) Indicaacute queacute tipo de unioacuten existe entre el cloro y

el oxiacutegeno

b) Escribiacute su foacutermula electroacutenica y su foacutermula

desarrollada

7) El azufre y el oxiacutegeno forman dos oacutexidos

importantes el dioacutexido de azufre (SO2) y el

101

trioacutexido de azufre (SO3) Para el trioacutexido de

azufre

a) Indicaacute queacute tipo de unioacuten existe entre el azufre

y los tres aacutetomos de oxiacutegeno

b) Escribiacute la foacutermula electroacutenica

c) Escribiacute la foacutermula desarrollada

8) Marcaacute 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

liacutequidas o soacutelidas ( )

c) Son duacutectiles y maleables ( )

d) No forman moleacuteculas son agregados de

iones ( )

e) No son buenas conductoras de la corriente

eleacutectrica ( )

102

9) Coloque en el pareacutentesis UCP si la unioacuten es

covalente polar y UCNP si es covalento no

polar en cada una de las siguientes sustancias

a) cloruro de hidroacutegeno HCl ( )

b) Hidroacutegeno H2 ( )

c) yodo l2 ( )

10) Escribiacute la foacutermula electroacutenica y la foacutermula

desarrollada de cada una de las sustancias

mencionadas en el ejercicio 9

11) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten

a) del azufre (S)en el dioacutexido de azufre (SO2) en

el trioacutexido de azufre (SO3) y en el sulfuro de

sodio (Na2S)

b) del nitroacutegeno (N) en el dioacutexido de nitroacutegeno

(NO2) en el aacutecido niacutetrico (HNO3) y en el ni-

trato de potasio (KNO3)

12) Marcaacute con una X las propiedades que se expli-

can en el concepto de unioacuten metaacutelica

103

a) Tienen bajo punto de fusioacuten y de

ebullicioacuten ( )

b) Tienen brillo metaacutelico ( )

c) Conducen la corriente eleacutectrica sin

alterarse ( )

d) En estado soacutelido son malos conductores de la

corriente eleacutectrica ( )

e) Forman hilos y laacuteminas delgadas ( )

104

Hoja de respuestas 1212

1) a) He b) Al c)

Si d)

Ar e)

N

2) a) cede un electroacuten d) cede electrones c)

gana dos electrones b) y e) gana un electroacuten

3) a) Ecuaciones ioacutenicas

K K1+ + 1 e

Br + 1 e Br1-

K1+ + Br- KBr

Foacutermula electroacutenica K1+minus

1

Br

Foacutermula miacutenima KBr

b) Ecuaciones ioacutenicas

Ca Ca 2+ + 2 e

O + 2 e O2-

Ca2+ + O2- CaO

Foacutermula electroacutenica Ca2+ minus

2

O

105

Foacutermula miacutenima CaO

4) b y d

5) se unen compartiendo un par de electrones

6) a) unioacuten covalente

b) foacutermula electroacutenica

Cl

O

Cl

foacutermula desarrollada Cl O Cl

7) a) una unioacuten covalente doble entre el azufre y

uno de los aacutetomos de oxiacutegeno dos uniones cova-

lentes coordinadas con los otros dos aacutetomos de

oxiacutegeno

b) Foacutermula electroacutenica

Foacutermula desarrollada

106

8) a b y e

9) a) UCP y c) UCNP

10) Foacutermula electroacutenica Foacutermula desarrollada

a) H

Cl H Cl

b) HH H H

c)

I

I l I

11) a) +4 +6 -2 b) +4 +5 +5

12) b c y e

  • RADIACTIVIDAD
    • IacuteNDICE
      • 1 RADIACTIVIDAD NATURAL
      • 2 RELACIOacuteN ENTRE LA LEY DE LAVOISIER Y LA DE EINSTEIN
      • 3 INTERACCIONES ENTRE AacuteTOMOS Y ONDAS
      • 4 PODER DE PENETRACIOacuteN DE LA RADIACIOacuteN
      • 5 VIDA MEDIA
      • 6 RADIACTIVIDAD ARTIFICIAL
      • 7 USOS DE LOS RADIOISOacuteTOPOS
      • 8 MEDICINA NUCLEAR
      • 9 FECHADO POR MEDIO DE RADIOISOacuteTOPOS
      • 10 PLANTAS DE ENERGIacuteA NUCLEAR
      • 11 BOMBA ATOacuteMICA
      • 12 EFECTOS DE UNA EXPLOSIOacuteN NUCLEAR
        • Ejercicios 12
        • Ejercicios 121
        • Hoja de respuestas121
        • Ejercicios 1211
        • Ejercicios 1212
        • Hoja de respuestas 1212

55

N147 + n1

0 C146 + H1

1

Este proceso origina una concentracioacuten cons-

tante de carbono 14 en el CO2 terrestre Las plan-

tas y animales vivos incorporan este isoacutetopo en

sus propias ceacutelulas Sin embargo cuando estos

seres mueren se interrumpe la incorporacioacuten de

carbono 14 y el carbono 14 que hay en el orga-

nismo se desintegra (con una vida media de 5 730

antildeos) a nitroacutegeno 14

Por consiguiente basta con medir la actividad

residual de carbono 14 en un artefacto de origen

vegetal o animal para determinar su antiguumledad

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 antildeos de antiguumle-

dad es decir ha estado muerta durante un tiempo

equivalente a una vida media Anaacutelogamente un

artefacto que muestra el 25 de la actividad de

carbono 14 del material vegetal reciente tiene

56

11460 anos de antiguumledad 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 aquiacute supone que la formacioacuten del isoacutetopo

fue constante a lo largo del tiempo En realidad no

es asiacute Sin embargo aproximadamente para los

uacuteltimos 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

aacuterboles Se han construido curvas de calibracioacuten

que permiten determinar fechas consideradas co-

mo exactas

En teacuterminos generales el meacutetodo de carbono

14 es razonablemente preciso para fechar objetos

de hasta 50000 antildeos de antiguumledad La cantidad

residual del isoacutetopo en los objetos de una antiguumle-

dad mayor que esa es demasiado pequentildea para

hacer una determinacioacuten exacta

El carboacuten de las fogatas de los pueblos anti-

57

guos fechado por determinacioacuten de la actividad

de carbono 14 se usa para estimar la antiguumledad

de otros artefactos encontrados en el mismo em-

plazamiento arqueoloacutegico La teacutecnica de fechado

por carbono 14 se ha usado tambieacuten para detectar

si supuestos artefactos antiguos han sido falsifica-

dos

EL SUDARIO DE TURIacuteN

Probablemente han oiacutedo hablar del sudario de

Turiacuten Se trata de una pieza de tejido de lino muy

antigua de unos 4 metros de largo que muestra la

impresioacuten aproximada de un cuerpo humano

Desde alrededor del antildeo 1350 dC 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-

bricacioacuten del lienzo habiacutea sido cultivado en alguacuten

memento entre los anos de 1260 y 1390 dC Por

58

tanto el lienzo no podriacutea haber existido en tiem-

pos de Cristo A diferencia de los pergaminos del

Mar Muerto para los que el fechado por carbono

14 demostroacute que son registros auteacutenticos de una

civilizacioacuten que existioacute hace unos 2000 antildeos el

sudario de Turiacuten resultoacute ser falso

FECHADO POR TRITIO

El tritio que es el isoacutetopo radiactivo del

hidroacutegeno sirve tambieacuten para fechar Su vida me-

dia de 123 antildeos lo hace uacutetil para fechar objetos de

hasta 100 antildeos de antiguumledad Una aplicacioacuten inte-

resante es el fechado de aguardientes Estas bebi-

das alcohoacutelicas son muy costosas cuando han sido

antildeejadas de 10 a 50 antildeos El fechado por tritio

permite comprobar la veracidad de los anuncios

publicitarios respecto al proceso de antildeejamiento

de las variedades maacutes caras

Hay muchos otros isoacutetopos que permiten es-

timar la antiguumledad de objetos y materiales

59

Isoacutetopo Vida me-

dia

(antildeos)

Periacuteodo de

utilidad Uso

Carbono 14 5730 500 a 50000

antildeos

Carboacuten vege-

tal material

orgaacutenico

Tritio 123 1 a 100 antildeosVinos antildeeja-

dos

Potasio 40 13 x 109 Desde 10000

antildeos

Rocas corteza

terrestre y

lunar

Renio 187 43 x1010 Desde 4 x

107 antildeos Meteoritos

Ranio238 45 x109 Desde 107

antildeos

Rocas corteza

terrestre

60

10 PLANTAS DE ENERGIacuteA NUCLEAR

iquestSabeacutes de doacutende viene esa energiacutea que nosotros usamos tanto Mucha de la energiacutea eleacutectrica es

producida por plantas nucleares de to-do el mundo

La energiacutea nuclear ha dado origen a bombas

muy destructivas y a la nociva precipitacioacuten ra-

diactiva y podriacutea incluso provocar un devastador

invierno nuclear Sin embargo una cantidad mu-

cho mayor de personas han recibido beneficios de

la energiacutea nuclear que las que han sido perjudica-

das por ella El hecho es que existen muchos usos

de la energiacutea nuclear que son sumamente beneacutefi-

61

cos Ya conocemos el uso de isoacutetopos radiactivos

en el diagnoacutestico cliacutenico y en el fechado de obje-

tos de antiguumledad desconocida Otro uso paciacutefico

de la energiacutea nuclear es la generacioacuten de electri-

cidad Una gran parte de la energiacutea eleacutectrica que

se utiliza hoy en diacutea se genera en plantas de ener-

giacutea nuclear

En la actualidad una quinta parte de toda la

electricidad que se produce en Estados Unidos

proviene de plantas de energiacutea nuclear En Euro-

pa la dependencia respecto a la energiacutea nuclear

para la produccioacuten de electricidad es auacuten mayor

En Francia por ejemplo maacutes del 70 de la ener-

giacutea eleacutectrica del paiacutes proviene de plantas nuclea-

res

No es sorprendente que una reaccioacuten que

desprende tanta energiacutea como lo hace la fisioacuten

nuclear se use como fuente de energiacutea para gene-

rar electricidad En las plantas de energiacutea nuclear

se usa el calor obtenido de una reaccioacuten de fisioacuten

62

en cadena controlada para producir vapor de

agua que mueve las turbinas generadoras de elec-

tricidad El combustible nuclear es normalmente

oacutexido de uranio U3O8 enriquecido hasta alrede-

dor de 3 de uranio 235

La energiacutea nuclear es mucho maacutes limpia que la

que se obtiene quemando combustibles foacutesiles

(carboacuten petroacuteleo y gas) no produce cenizas finas

ni holliacuten no forma dioacutexido de carbono que con-

tribuye al efecto de invernadero y al calentamiento

global y no contamina el aire con oacutexidos de azu-

fre y de nitroacutegeno que dan origen a la lluvia aacutecida

Por otra parte emite grandes cantidades de calor

residual en el ambiente y lo que es mucho maacutes

serio produce muchos residuos radiactivos La

eliminacioacuten de todos estos materiales radiactivos

de desecho es uno de los problemas constantes

que se tienen en relacioacuten con las plantas de energiacutea

nuclear

63

11 BOMBA ATOacuteMICA

Todos sabemos los desastres que pue-

den causar la detonacioacuten de una bomba

nuclear

Aquiacute presentamos la explicacioacuten teoacuterica

y coacutemo se pone en praacutectica

COacuteMO FUNCIONA UNA BOMBA NUCLEAR EN LA

TEORIacuteA

El 16 de Julio de 1945 estalloacute la primera bomba

atoacutemica en el campo de pruebas de Trinity cerca

de aacutelamo Gordo (Nuevo Meacutejico) Desde ese pre-

64

ciso instante la historia de la humanidad ha pasado

a una nueva era la era nuclear

Nunca hasta entonces se habiacutean tenido los cono-

cimientos necesarios como para saber que la masa

puede convertirse en grandes cantidades de ener-

giacutea y coacutemo podiacutea realizarse ese proceso hasta

entonces reservado tan soacutelo a las estrellas

La famosa foacutermula de Einstein E = mc2 ha pasa-

do ya ha formar parte de la cultura popular auacuten sin

que en realidad se llegue a saber que implica

Donde E es energiacutea m masa y c la velocidad de la

luz (constante) En esta ecuacioacuten se expresa la

relacioacuten de equivalencia entre masa y energiacutea Por

ejemplo haciendo algunas cuentas se ve que con

un gramo de uranio si se convirtiese totalmente

en energiacutea se obtendriacutean 25 millones de Kw

Aplicado como una bomba nuclear basta decir

que para asolar Hiroshima soacutelo se convirtioacute un

65

gramo de masa (aunque toda la bomba como me-

canismo pesara cuatro toneladas) su potencia fue

de 125 kilotones es decir para igualar su potencia

seriacutean 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 combustibles

de fisioacuten Cuando en un espacio se reuacutene la sufi-

ciente cantidad de materia (denominada masa criacute-

tica) se produce una reaccioacuten en cadena espontaacute-

nea esto es el nuacutecleo de los aacutetomos del material

se divide liberando energiacutea y varios neutrones

raacutepidos que provocan que otros nuacutecleos tam-

bieacuten se dividan y liberen maacutes energiacutea y neutrones

Este proceso se denomina fisioacuten nuclear Sin em-

bargo si la densidad no es suficiente la energiacutea

liberada hace que el material se expanda y se de-

tenga el proceso Para evitar que se pare la reac-

cioacuten se recurre a una materia muy densa de por siacute

(isoacutetopos del uranio y plutonio) que ademaacutes se

comprime de manera muy raacutepida para lograr una

66

altiacutesima densidad que permite que los neutrones

raacutepidos choquen antes con otros nuacutecleos y se

produzcan antes el mayor nuacutemero 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 maacutes energiacutea Para una

explosioacuten de 100 kilotones son necesarias 58 ge-

neraciones las 7 uacuteltimas generan el 999 de la

energiacutea en periodo cortiacutesimo de tiempo Tambieacuten

puede liberarse energiacutea con la fusioacuten en este pro-

ceso los nuacutecleos se unen en vez de separarse pero

se requieren altiacutesimas temperaturas (del orden de

millones de grados) para que este proceso se lleve

a cabo Para esta reaccioacuten se usan aacutetomos ligeros

(maacutes faacuteciles de unir) generalmente hidroacutegeno o

sus isoacutetopos (deuterio y tritio) Para unir dos aacuteto-

mos basta con hacerlos chocar Los protones de

cada aacutetomo 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

67

fusioacuten deben comprimirse fuertemente los nuacute-

cleos y una vez hecho soacutelo podraacuten continuar uni-

dos si pierden un equivalente de la energiacutea que les

hizo apretarse En el caso de usar deuterio y tritio

se libera violentamente un neutroacuten Esta energiacutea

liberada es la que forma una bomba de fusioacuten

tambieacuten denominada bomba H

COMO FUNCIONA UNA BOMBA ATO-MICA EN LA PRACTICA

Sea cual fuere el sistema de funcionamiento de

una bomba nuclear (fusioacuten o fisioacuten) una cantidad

de masa se convierte en energiacutea la potencia soacutelo

depende de la capacidad de la ingenieriacutea para con-

vertir maacutes masa antes de que la reaccioacuten disperse

las moleacuteculas en teoriacutea la potencia es por tanto

ilimitada

Una bomba nuclear consiste baacutesicamente en una

esfera hueca de plutonio que no es lo suficiente-

68

mente densa como para producir una reaccioacuten 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 explosioacuten se disparan los detonado-

res que hacen que el material explosivo estalle de

la manera lo maacutes regular posible para que enviacutee

una onda de choque esfeacuterica hacia el plutonio

Cuando eacutesta impacta contra eacutel lo comprime y re-

duce su volumen empujaacutendolo hacia el centro de

la esfera hasta que alcanza una densidad suficiente

(supercriacutetica) y se dispara el iniciador de neutrones

para comenzar la reaccioacuten en cadena que da lugar

a la explosioacuten nuclear

Las bombas termonucleares de fusioacuten o H nece-

sitan de una gran temperatura para que se puedan

unir los nuacutecleos esto se consigue en el interior de

una explosioacuten de fisioacuten que es el comienzo de

toda bomba H

69

Una vez acabada la reaccioacuten de fusioacuten nos encon-

traremos con una esfera expandida con una tem-

peratura de millones de grados en la que existen

los productos de la fusioacuten (litio e isoacutetopos del

hidroacutegeno) Tal es su velocidad que pueden fun-

dirse unos con otros dando lugar a la reaccioacuten de

fusioacuten Esta reaccioacuten genera maacutes energiacutea que la

anterior y libera gran cantidad de partiacuteculas nu-

cleares pero no es una reaccioacuten en cadena ya que

el propio calor que genera hace que las partiacuteculas

se separen y se expandan en forma de una esfera

de plasma con una temperatura que tan soacutelo expe-

rimenta el universo de manera natural en las estre-

llas En nuestro sol por ejemplo ocurren la fusioacuten

nuclear de hidroacutegeno y helio Pero antes de que la

reaccioacuten se extinga los neutrones generados por

las detonaciones anteriores provocan de nuevo

una reaccioacuten de fusioacuten sobre una camisa de U-

238 pero esta vez mucho mayor que las anterio-

res La potencia de una bomba termonuclear care-

ce de liacutemite una bomba como la de Hiroshima de

70

125 kilotones (un kilotoacuten equivale a 1000 tonela-

das de TNT) se considera dentro de los arsenales

modernos como pequentildea siendo las de un mega-

toacuten (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 la

Segunda Guerra Mundial

Para la construccioacuten de una bomba nuclear nor-

malmente se usa U-235 mezclado con U-238 El

primero no forma parte de la reaccioacuten nuclear

sino que es el segundo el que es fisionable de ma-

nera espontaacutenea emitiendo neutrones que son

absorbidos por el U-235 para evitar que se pro-

duzca de manera accidental la reaccioacuten en cadena

Asiacute el U-235 hace de escudo absorbiendo los neu-

trones del U-238 que es el que produce la detona-

cioacuten 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

71

reactores nucleares a partir del U-238

La desintegracioacuten del uranio en la reaccioacuten en

cadena se produce de manera espontaacutenea para una

masa de 50 Kg si eacuteste elemento es puro El pluto-

nio no es capaz por si solo de comenzar una raacutepi-

da reaccioacuten en cadena de modo que se mezcla de

berilo y polonio dando como resultado un pro-

ducto que aunque no es fisionable por si solo una

pequentildea cantidad actuacutea como catalizador para las

grandes reacciones Asiacute bastan 16 Kg de PU-239

para obtener la masa supercriacutetica y 10 Kg si se

mezcla con U-238

El U-235 es muy difiacutecil de extraer por encontrarse

en la naturaleza muy mezclado con otros com-

puestos Asiacute por cada 25000 toneladas de mineral

de uranio bruto soacutelo se obtienen 50 toneladas de

uranio del que el 993 es U-235 y el resto el

rariacutesimo isoacutetopo U-238 ambos soacutelo se pueden

separar de manera mecaacutenica gracias a la leviacutesima

72

diferencia de peso entre ambos Asiacute el uranio se

mezcla en forma gaseosa con fluor (hexafluoriacutedri-

co) que es impulsado a baja presioacuten hacieacutendolo

pasar por unas caacutemaras que aumentan la concen-

tracioacuten de uranio sensiblemente tras cientos de

pasadas Para una central nuclear la pureza ha de

ser del 2 y para una bomba (teoacutericamente) el

95

Para separar el isoacutetopo se recurre a la centrifuga-

cioacuten del gas siendo el maacutes pesado U-238 despedi-

do hacia el exterior con maacutes fuerza Para obtener

otra vez el uranio separado del gas se recurre a la

separacioacuten magneacutetica

MECANISMOS QUE SUELEN COMPONER UNA

BOMBA NUCLEAR

Los mecanismos que suelen componer una bom-

ba nuclear son los siguientes

73

ALTIacuteMETRO No suele usarse el baromeacutetrico

por verse afectado por las condiciones atmosfeacuteri-

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 seguacuten el tiempo transcu-

rrido en el recorrido puede saberse la altura sin

necesidad de complicar maacutes el sistema para dar

una precisioacuten que en realidad no es importante (2

o 3 m de diferencia no son apreciables maacutes que

en minibombas bastante menores que las de

Hiroshima) siendo la altura normal de detonacioacuten

la de 2000 m

En la praacutectica 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 electroacute-

nicamente para obtener la diferencia de ambas

que es proporcional a la altura Los pulsos suelen

emitirse 120 veces por segundo y alcanzan un

74

rango de 3000 m sobre la tierra y 6000 m sobre

el mar (la reflexioacuten es alliacute mejor) siendo su error

de hasta 15 m

CABEZA DETONADORA Como ya se dijo

estaacute compuesta de una carga explosiva muy bien

calibrada que a la orden del altiacutemetro detona

produciendo una onda de choque uniforme sobre

el elemento radioactivo comprimieacutendolo hasta

alcanzar la masa supercriacutetica

Compantildeiacuteas privadas producen camisas explosivas

que modificadas pueden ser usadas para la fabri-

cacioacuten del objeto que nos ocupa La cantidad de

presioacuten necesaria a aplicar es un secreto por razo-

nes de seguridad aunque se sabe que los explosi-

vos plaacutesticos son ideales sobre todo por su malea-

bilidad y facilidad de manejo

El detonador variacutea si es combustible es uranio o

plutonio

75

DETONADOR DE URANIO La masa total se

divide en dos partes una mayor de forma semies-

feacuterica y coacutencava que se acopla perfectamente con

la otra maacutes pequentildea Como es de suponer ambas

se encuentran separadas hasta el momento de la

detonacioacuten en el que una explosioacuten convencional

dispara la parte pequentildea que impacta contra la

mayor para lograr en un instante la masa supercriacute-

tica

DETONADOR DE PLUTONIO Necesita

una precisioacuten de ingenieriacutea mucho mayor que la

anterior ya que estaacute compuesta de 32 secciones de

plutonio-berilio-polonio todas de igual forma y

posicioacuten distribuidas conceacutentricamente El aspecto

final es parecido al de un baloacuten de fuacutetbol Todas

han de cerrarse simeacutetricamente en una diezmillo-

neacutesima de segundo para conseguir la detonacioacuten

DEFLECTOR DE NEUTRONES Suele ser

U-238 Su funcioacuten es la que ya se explicoacute evitar

76

una reaccioacuten accidental ademaacutes refleja las partiacutecu-

las de vuelta cuando se alcanza la masa supercriacuteti-

ca

ESCUDO PROTECTOR Recibe otros nom-

bres pero su funcioacuten es siempre la de proteger de

la radiacioacuten natural tanto al personal que la maneja

como a los circuitos de la bomba que pueden su-

frir cortocircuitos o puestas en funcionamiento

accidentales

SISTEMA DE ARMADO Es otro sistema maacutes

de seguridad consistente en quitar una parte im-

prescindible de la bomba para evitar detonaciones

accidentales de modo que soacutelo cuando estaacute

proacuteximo su lanzamiento se inserta esta parte Una

analogiacutea seriacutea como si al aparcar nuestro coche le

quitaacuteramos el volante o una bujiacutea asiacute estariacuteamos

seguros de que no nos lo roban porque sin estas

partes el coche no funciona

77

12 EFECTOS DE UNA EXPLOSIOacuteN NUCLEAR

Tenemos frescas en nuestra memo-

ria las imaacutegenes que nos mostroacute la

televisioacuten cuando se produjo el ac-

cidente de Chernobyl

Aquiacute explicamos todas las conse-

cuencias de una detonacioacuten 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

78

bull Radiacioacuten nuclear inicial la altiacutesima

temperatura y la elevada presioacuten que se

genera en el interior de la explosioacuten emi-

ten radiacioacuten en todas las direcciones Esta

se compone de rayos alfa beta y gamma

que son una forma de radiacioacuten electro-

magneacutetica de alta energiacutea que puede causar

la muerte sin que el individuo se de cuenta

de que ha sido irradiado Una explosioacuten de

un megatoacuten (de tamantildeo estaacutendar) matariacutea

a todo ser humano en 15 Km a la redonda

que se encontrase al aire libre

Las partiacuteculas alfa son ideacutenticas a un nuacutecleo de

helio son las que mas larga vida tienen unos mil

antildeos pero su poder de penetracioacuten 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 radiacioacuten Con 45 cm de tierra se

consigue reducir la radiacioacuten veinte veces

Las partiacuteculas beta penetran maacutes siendo suficiente

79

38 cm de pared de ladrillo para reducir a un quin-

to la radiacioacuten (una pared moderna ya espesa se

compone de 1 pie de ladrillo maacutes caacutemara maacutes

aislante maacutes ladrillo hueco y yeso que suele que-

darse en los 37 cm)

Los de maacutes poder de penetracioacuten son las gamma

y por tanto los maacutes peligrosos ya son los que se

introducen en los refugios nucleares auacuten con

grandes espesores de hormigoacuten La uacutenica protec-

cioacuten eficaz es la de interponer grandes masas de

material mejor cuanto maacutes denso siendo el ideal

el plomo ya que pasa por los materiales como la

luz por una tela si esta es maacutes densa mayor canti-

dad de chocaraacute con ella y no la traspasaraacute Para

reducir la dosis a un veinteavo se precisan 30 cm

de hormigoacuten armado

bull Pulso electromagneacutetico La intensa acti-

vidad de los rayos gamma genera mediante

induccioacuten una corriente de alto voltaje so-

80

bre antenas viacuteas feacuterreas tuberiacuteas que des-

truye todas las instalaciones eleacutectricas de

una amplia zona si la explosioacuten se efectuacutea

a gran altura Una detonacioacuten de muchos

kilotones a 200 km sobre Omaha (Ne-

brasca) destruiriacutea todos los circuitos eleacutec-

tricos integrados de toda Norteameacuterica y

parte de Meacutejico y Canadaacute Ante el riesgo

de una detonacioacuten nuclear es conveniente

alejarse de liacuteneas eleacutectricas y viacutea feacuterreas ya

que la corriente inducida puede electrocu-

tarnos

bull Pulso teacutermico al expandirse la bola de

fuego el aire circundante absorbe energiacutea

en forma de rayos X y la irradia en forma

de una luz cegadora y un intensiacutesimo ca-

lor Una bomba de 20 Megatones produci-

riacutea una intensa luz durante 20 segundos y

causariacutea quemaduras de segundo grado a

81

cualquier persona expuesta a 45 Km de

distancia

bull Onda de choque La raacutepida expansioacuten de

la bola de fuego genera una onda de cho-

que como cualquier explosioacuten pero de

una potencia muy superior ya que puede

aplastar o barrer edificios dantildeaacutendolos muy

seriamente o destruyeacutendolos por comple-

to ya que maacutes que empujar por su dura-

cioacuten lo que hace es estrujar Una bomba

de 20 megatones no dejariacutea en un radio de

20 Km maacutes que escombros soacutelo se salva-

riacutean las cimentaciones y construcciones

enterradas

bull Primera lluvia radioactiva o lluvia ra-

diactiva local una explosioacuten de 20 mega-

tones aras de suelo produciriacutea un craacuteter de

183 m de profundidad la elevada tempe-

82

ratura vaporiza todo lo que se encuentra

dentro de la bola de fuego todo se funde

con los materiales radiactivos de la fisioacuten o

fusioacuten y se eleva con el hongo para luego

precipitar en forma de finas cenizas Esto

ocurriraacute durante las 24 h siguientes a la

explosioacuten y afectaraacute a una regioacuten maacutes o

menos amplia para una misma potencia

seguacuten la climatologiacutea El fenoacutemeno se am-

pliacutea considerablemente si la detonacioacuten se

produce cerca del suelo La energiacutea 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 maacutes destructivos los deno-

minados secundarios como incendios en masa

que acabariacutean con los pocos supervivientes y ma-

tariacutean a maacutes que el pulso teacutermico y la onda de

choque

83

Ademaacutes en caso de que se lanzaran muchas

bombas nucleares sus efectos secundarios seriacutean

mucho maacutes 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 10000 mega-

tones miacutenimos para considerar un holocausto

como tal

bull El primero de estos efectos es que la ra-

dioactividad liberada en caso de holocaus-

to penetrariacutea en todos y cada uno de los

seres vivos (y en el mar la tierra y el aire)

Mientras que en dosis altas (seguacuten la espe-

cie) produciriacutea la muerte en otras maacutes ba-

jas los efectos seriacutean de lo maacutes variados

(mutaciones esterilidad)

bull El segundo seriacutea que los materiales im-

pulsados por las detonaciones se elevariacutean

hasta la troposfera donde ocultariacutean la luz

84

del sol durante meses o antildeos haciendo ba-

jar la temperatura de la tierra y alterando la

fotosiacutentesis de los vegetales y el plancton

marino seriacutea el famoso invierno nuclear

Ademaacutes estos materiales radiactivos iriacutean

cayendo durante meses o antildeos convirtieacuten-

dose en una lluvia radiactiva global que

auacuten con menos dosis radiactiva que una

lluvia provocada por una bomba seriacutea

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

antildeos Ese 5 de energiacutea liberada por la

lluvia radiactividad en una bomba es poco

pero en los 10000 megatones de un holo-

causto suponen ya 500 megatones que iraacuten

estallando durante miles de antildeos des-

pueacutes de la cataacutestrofe

85

bull El tercero seriacutea una reduccioacuten en la capa

de ozono producida por el oacutexido de nitroacute-

geno generado por las bolas de fuego de

modo que la radiacioacuten solar que llegase a

la tierra seriacutea mortal Un 70 del ozono

desapareceriacutea en el hemisferio norte y un

40 en el sur siendo necesarios treinta

antildeos para recuperar su estado normal

86

Ejercicios 12

MODELO DE RESOLUCIOacuteN

La distribucioacuten de los electrones de un aacutetomo

en sus niveles y subniveles se puede representar en

forma abreviada de la siguiente manera

a) Un coeficiente que indica el nuacutemero del nivel

de energiacutea (n)

b) Una letra que corresponde al subnivel

c) Un supraiacutendice que sentildeala el nuacutemero de elec-

trones que hay en el subnivel

1H = 1s1

3Li = 1s2 2s1

En razoacuten del entrecruzamiento de subniveles

el orden en que se van completando los subniveles

por energiacutea creciente es el siguiente

87

1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d

4p 5s 4d 5p 6s 4f

5d 6p 7s 5f 6d

7p

Para visualizar la distribucioacuten de los electrones

en orbitales se puede representar cada orbital por

un pequentildeo cuadrado dividido por una diagonal

y cada electroacuten mediante una flecha

Entonces el orbital puede estar

Vaciacuteo incompleto completo

(1 electroacuten) (2 electrones)

En caso del orbital completo las flechas tienen

sentido contrario para indicar que los electrones

presentan spin contrario

El llenado de los orbitales por los electrones

se realiza a partir de los niveles y subniveles en

88

orden creciente de energiacutea Cada nuevo electroacuten se

incorpora a un orbital vaciacuteo

De ese modo los elementos quedan represen-

tados asiacute

1H =

1s

3Li =

1s 2s

7N =

1s 2s 2p

89

Ejercicios 121

1) Un aacutetomo de foacutesforo tiene 15 protones y 16

neutrones Indicaacute cuaacutel es su

a) nuacutemero atoacutemico (Z) b) nuacutemero

de masa (A)

2) Un aacutetomo de potasio tiene Z =19 y A = 39

Indicaacute su nuacutemero de

a) protones b) electrones

c) neutrones

3) Completaacute los datos que faltan en el siguiente

cuadro

90

ELE-

MEN-

TO

NUacute-

MERO

ATOacute-

MICO

NUacute-

MERO

DE

MASA

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) Sentildealaacute el nombre y siacutembolo de los elementos

cuyas configuraciones electroacutenicas 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) Escribiacute la configuracioacuten electroacutenica de los

siguientes elementos

91

a) Na2311 = c) O16

8 =

b) Cl3517 = d) C12

6 =

6) De acuerdo con la siguiente representacioacuten de

los electrones en orbitales indicaacute a queacute ele-

mentos corresponden

a)

b)

c)

d)

7) Representaacute la distribucioacuten de los electrones en

orbitales de los elementos

a) 7N= c) 18Ar =

b) 15AI = d) 19K =

92

Hoja de respuestas121

1) a) 15 b) 31 2) a) 19 b) 19 c) 20

3)

ELE-

MEN-

TO

NUacuteME-

RO

ATOacute-

MICO

NUacute-

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)Argoacuten Ar

d)Escandio Sc

5) a) 1S2 2S2 2p6 3s1

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)middot

94

Ejercicios 1211

Modelo de resolucioacuten

El nuacutemero de oxidacioacuten se asigna seguacuten las si-

guientes reglas

1) El nuacutemero de oxidacioacuten de los elementos en la

sustancia simple es cero

Ejemplo Cu0 02Cl

2) El nuacutemero de oxidacioacuten del oxiacutegeno es 2

excepto en las sustancias como el agua oxige-

nada Ejemplo H2

2Ominus

3) El nuacutemero de oxidacioacuten del hidroacutegeno es +1

excepto en las sustancias donde estaacute combina-

do con los metales Ejemplo 1

H+

2O

4) El nuacutemero de oxidacioacuten de un ion monoatoacute-

mico es igual a la carga del ion Ejemplo Ca2-

Cl-

95

5) En la foacutermula de una sustancia la suma alge-

braica de los nuacutemeros de oxidacioacuten de todos

los aacutetomos debe ser cero Ejemplo 1

H+

2

2Ominus

there42(+1) + (-2) = 0

6) En los iones que tienen maacutes de un aacutetomo la

suma algebraica de los nuacutemeros de oxidacioacuten

de todos los aacutetomos es igual a la carga del ion

El nuacutemero de oxidacioacuten se escribe colocando primero el signo y luego el nuacutemero

Ejemplo el nuacutemero de oxidacioacuten del aluminio es +3

1) Calculaacute los nuacutemeros de oxidacioacuten en la moleacute-

cula de dioacutexido de azufre (SO2)

Datos SO2 nuacutemero de oxidacioacuten del O2

es 2

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de S

Resolucioacuten Cada aacutetomo de oxiacutegeno tiene

nuacutemero de oxidacioacuten 2 por lo tanto el nuacute-

mero de oxidacioacuten del azufre es +4 porque

2(-2) + (+4) = 0

96

2) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten del azufre en

el aacutecido sulfuacuterico (H2SO4)

Datos H2SO2 nuacutemero de oxidacioacuten del

O2 es 2 nuacutemero de oxidacioacuten de H es -1

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de S

Resolucioacuten Se debe cumplir que la suma al-gebraica de todos los nuacutemeros de oxidacioacuten sea cero

4(-2) + 21 + x = 0

-8 + 2 + x = 0

x = 6

Respuesta el nuacutemero de oxidacioacuten del azufre

en el aacutecido sulfuacuterico es +6

3) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten del nitroacutegeno

en el nitrato de sodio (NaNO3)

Datos NaNO3 nuacutemero de oxidacioacuten del

O2 es 2

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de N

97

Resolucioacuten El nuacutemero de oxidacioacuten del

sodio es +1 porque el ion sodio tiene una car-

ga eleacutectrica positiva

+1 + 3(-2) +x = 0

1 6 + x = 0

x = 5

Respuesta el nuacutemero de oxidacioacuten del nitroacute-

geno en el nitrato de sodio es +5

4) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten del azufre en

el ion sulfato (S 24Ominus )

Datos S 24Ominus nuacutemero de oxidacioacuten del O2

es 2

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de S

Resolucioacuten La suma de los nuacutemeros de

oxidacioacuten es igual a 2 porque el ion sulfato

tiene dos cargas negativas (2-)

x + 4(-2) = -2

x 8 = -2

x = 6

98

Respuesta El nuacutemero de oxidacioacuten del azu-

fre en el ion sulfato es +6

99

Ejercicios 1212

1) Dibujaacute los siacutembolos de Lewis para los aacutetomos

de

a) He b) Al c) Si d) Ar e) N

2) iquestCoacutemo adquiere la distribucioacuten electroacutenica del

ineacutertido maacutes cercano cada uno de los siguien-

tes aacutetomos

a) K b)

F c)

S d) Mg e)

Br

3) Escribiacute las ecuaciones ioacutenicas la foacutermula elec-

troacutenica y la foacutermula miacutenima del compuesto

ioacutenico formado por

a) K y Br (bromuro de potasio)

b) Ca y O (oacutexido de calcio)

4) Marcaacute con una X las propiedades correspon-

dientes a las sustancias que presentan uniones

ioacutenicas

100

a) Son soacutelidas y tienen bajo punto de fusioacuten ( )

b) Conducen la corriente eleacutectrica fundidas o di-

sueltas en agua ( )

c) Tienen brillo metaacutelico ( )

d) Forman cristales duros y quebradizos solubles

en agua ( )

e) No conducen la corriente eleacutectrica ( )

5) Explicaacute coacutemo se unen dos aacutetomos de bromo

para formar la moleacutecula Br2 y escribiacute su

foacutermula electroacutenica y su foacutermula desarrollada

6) La foacutermula del monoacutexido de dicloro es Cl2O

a) Indicaacute queacute tipo de unioacuten existe entre el cloro y

el oxiacutegeno

b) Escribiacute su foacutermula electroacutenica y su foacutermula

desarrollada

7) El azufre y el oxiacutegeno forman dos oacutexidos

importantes el dioacutexido de azufre (SO2) y el

101

trioacutexido de azufre (SO3) Para el trioacutexido de

azufre

a) Indicaacute queacute tipo de unioacuten existe entre el azufre

y los tres aacutetomos de oxiacutegeno

b) Escribiacute la foacutermula electroacutenica

c) Escribiacute la foacutermula desarrollada

8) Marcaacute 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

liacutequidas o soacutelidas ( )

c) Son duacutectiles y maleables ( )

d) No forman moleacuteculas son agregados de

iones ( )

e) No son buenas conductoras de la corriente

eleacutectrica ( )

102

9) Coloque en el pareacutentesis UCP si la unioacuten es

covalente polar y UCNP si es covalento no

polar en cada una de las siguientes sustancias

a) cloruro de hidroacutegeno HCl ( )

b) Hidroacutegeno H2 ( )

c) yodo l2 ( )

10) Escribiacute la foacutermula electroacutenica y la foacutermula

desarrollada de cada una de las sustancias

mencionadas en el ejercicio 9

11) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten

a) del azufre (S)en el dioacutexido de azufre (SO2) en

el trioacutexido de azufre (SO3) y en el sulfuro de

sodio (Na2S)

b) del nitroacutegeno (N) en el dioacutexido de nitroacutegeno

(NO2) en el aacutecido niacutetrico (HNO3) y en el ni-

trato de potasio (KNO3)

12) Marcaacute con una X las propiedades que se expli-

can en el concepto de unioacuten metaacutelica

103

a) Tienen bajo punto de fusioacuten y de

ebullicioacuten ( )

b) Tienen brillo metaacutelico ( )

c) Conducen la corriente eleacutectrica sin

alterarse ( )

d) En estado soacutelido son malos conductores de la

corriente eleacutectrica ( )

e) Forman hilos y laacuteminas delgadas ( )

104

Hoja de respuestas 1212

1) a) He b) Al c)

Si d)

Ar e)

N

2) a) cede un electroacuten d) cede electrones c)

gana dos electrones b) y e) gana un electroacuten

3) a) Ecuaciones ioacutenicas

K K1+ + 1 e

Br + 1 e Br1-

K1+ + Br- KBr

Foacutermula electroacutenica K1+minus

1

Br

Foacutermula miacutenima KBr

b) Ecuaciones ioacutenicas

Ca Ca 2+ + 2 e

O + 2 e O2-

Ca2+ + O2- CaO

Foacutermula electroacutenica Ca2+ minus

2

O

105

Foacutermula miacutenima CaO

4) b y d

5) se unen compartiendo un par de electrones

6) a) unioacuten covalente

b) foacutermula electroacutenica

Cl

O

Cl

foacutermula desarrollada Cl O Cl

7) a) una unioacuten covalente doble entre el azufre y

uno de los aacutetomos de oxiacutegeno dos uniones cova-

lentes coordinadas con los otros dos aacutetomos de

oxiacutegeno

b) Foacutermula electroacutenica

Foacutermula desarrollada

106

8) a b y e

9) a) UCP y c) UCNP

10) Foacutermula electroacutenica Foacutermula desarrollada

a) H

Cl H Cl

b) HH H H

c)

I

I l I

11) a) +4 +6 -2 b) +4 +5 +5

12) b c y e

  • RADIACTIVIDAD
    • IacuteNDICE
      • 1 RADIACTIVIDAD NATURAL
      • 2 RELACIOacuteN ENTRE LA LEY DE LAVOISIER Y LA DE EINSTEIN
      • 3 INTERACCIONES ENTRE AacuteTOMOS Y ONDAS
      • 4 PODER DE PENETRACIOacuteN DE LA RADIACIOacuteN
      • 5 VIDA MEDIA
      • 6 RADIACTIVIDAD ARTIFICIAL
      • 7 USOS DE LOS RADIOISOacuteTOPOS
      • 8 MEDICINA NUCLEAR
      • 9 FECHADO POR MEDIO DE RADIOISOacuteTOPOS
      • 10 PLANTAS DE ENERGIacuteA NUCLEAR
      • 11 BOMBA ATOacuteMICA
      • 12 EFECTOS DE UNA EXPLOSIOacuteN NUCLEAR
        • Ejercicios 12
        • Ejercicios 121
        • Hoja de respuestas121
        • Ejercicios 1211
        • Ejercicios 1212
        • Hoja de respuestas 1212

56

11460 anos de antiguumledad 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 aquiacute supone que la formacioacuten del isoacutetopo

fue constante a lo largo del tiempo En realidad no

es asiacute Sin embargo aproximadamente para los

uacuteltimos 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

aacuterboles Se han construido curvas de calibracioacuten

que permiten determinar fechas consideradas co-

mo exactas

En teacuterminos generales el meacutetodo de carbono

14 es razonablemente preciso para fechar objetos

de hasta 50000 antildeos de antiguumledad La cantidad

residual del isoacutetopo en los objetos de una antiguumle-

dad mayor que esa es demasiado pequentildea para

hacer una determinacioacuten exacta

El carboacuten de las fogatas de los pueblos anti-

57

guos fechado por determinacioacuten de la actividad

de carbono 14 se usa para estimar la antiguumledad

de otros artefactos encontrados en el mismo em-

plazamiento arqueoloacutegico La teacutecnica de fechado

por carbono 14 se ha usado tambieacuten para detectar

si supuestos artefactos antiguos han sido falsifica-

dos

EL SUDARIO DE TURIacuteN

Probablemente han oiacutedo hablar del sudario de

Turiacuten Se trata de una pieza de tejido de lino muy

antigua de unos 4 metros de largo que muestra la

impresioacuten aproximada de un cuerpo humano

Desde alrededor del antildeo 1350 dC 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-

bricacioacuten del lienzo habiacutea sido cultivado en alguacuten

memento entre los anos de 1260 y 1390 dC Por

58

tanto el lienzo no podriacutea haber existido en tiem-

pos de Cristo A diferencia de los pergaminos del

Mar Muerto para los que el fechado por carbono

14 demostroacute que son registros auteacutenticos de una

civilizacioacuten que existioacute hace unos 2000 antildeos el

sudario de Turiacuten resultoacute ser falso

FECHADO POR TRITIO

El tritio que es el isoacutetopo radiactivo del

hidroacutegeno sirve tambieacuten para fechar Su vida me-

dia de 123 antildeos lo hace uacutetil para fechar objetos de

hasta 100 antildeos de antiguumledad Una aplicacioacuten inte-

resante es el fechado de aguardientes Estas bebi-

das alcohoacutelicas son muy costosas cuando han sido

antildeejadas de 10 a 50 antildeos El fechado por tritio

permite comprobar la veracidad de los anuncios

publicitarios respecto al proceso de antildeejamiento

de las variedades maacutes caras

Hay muchos otros isoacutetopos que permiten es-

timar la antiguumledad de objetos y materiales

59

Isoacutetopo Vida me-

dia

(antildeos)

Periacuteodo de

utilidad Uso

Carbono 14 5730 500 a 50000

antildeos

Carboacuten vege-

tal material

orgaacutenico

Tritio 123 1 a 100 antildeosVinos antildeeja-

dos

Potasio 40 13 x 109 Desde 10000

antildeos

Rocas corteza

terrestre y

lunar

Renio 187 43 x1010 Desde 4 x

107 antildeos Meteoritos

Ranio238 45 x109 Desde 107

antildeos

Rocas corteza

terrestre

60

10 PLANTAS DE ENERGIacuteA NUCLEAR

iquestSabeacutes de doacutende viene esa energiacutea que nosotros usamos tanto Mucha de la energiacutea eleacutectrica es

producida por plantas nucleares de to-do el mundo

La energiacutea nuclear ha dado origen a bombas

muy destructivas y a la nociva precipitacioacuten ra-

diactiva y podriacutea incluso provocar un devastador

invierno nuclear Sin embargo una cantidad mu-

cho mayor de personas han recibido beneficios de

la energiacutea nuclear que las que han sido perjudica-

das por ella El hecho es que existen muchos usos

de la energiacutea nuclear que son sumamente beneacutefi-

61

cos Ya conocemos el uso de isoacutetopos radiactivos

en el diagnoacutestico cliacutenico y en el fechado de obje-

tos de antiguumledad desconocida Otro uso paciacutefico

de la energiacutea nuclear es la generacioacuten de electri-

cidad Una gran parte de la energiacutea eleacutectrica que

se utiliza hoy en diacutea se genera en plantas de ener-

giacutea nuclear

En la actualidad una quinta parte de toda la

electricidad que se produce en Estados Unidos

proviene de plantas de energiacutea nuclear En Euro-

pa la dependencia respecto a la energiacutea nuclear

para la produccioacuten de electricidad es auacuten mayor

En Francia por ejemplo maacutes del 70 de la ener-

giacutea eleacutectrica del paiacutes proviene de plantas nuclea-

res

No es sorprendente que una reaccioacuten que

desprende tanta energiacutea como lo hace la fisioacuten

nuclear se use como fuente de energiacutea para gene-

rar electricidad En las plantas de energiacutea nuclear

se usa el calor obtenido de una reaccioacuten de fisioacuten

62

en cadena controlada para producir vapor de

agua que mueve las turbinas generadoras de elec-

tricidad El combustible nuclear es normalmente

oacutexido de uranio U3O8 enriquecido hasta alrede-

dor de 3 de uranio 235

La energiacutea nuclear es mucho maacutes limpia que la

que se obtiene quemando combustibles foacutesiles

(carboacuten petroacuteleo y gas) no produce cenizas finas

ni holliacuten no forma dioacutexido de carbono que con-

tribuye al efecto de invernadero y al calentamiento

global y no contamina el aire con oacutexidos de azu-

fre y de nitroacutegeno que dan origen a la lluvia aacutecida

Por otra parte emite grandes cantidades de calor

residual en el ambiente y lo que es mucho maacutes

serio produce muchos residuos radiactivos La

eliminacioacuten de todos estos materiales radiactivos

de desecho es uno de los problemas constantes

que se tienen en relacioacuten con las plantas de energiacutea

nuclear

63

11 BOMBA ATOacuteMICA

Todos sabemos los desastres que pue-

den causar la detonacioacuten de una bomba

nuclear

Aquiacute presentamos la explicacioacuten teoacuterica

y coacutemo se pone en praacutectica

COacuteMO FUNCIONA UNA BOMBA NUCLEAR EN LA

TEORIacuteA

El 16 de Julio de 1945 estalloacute la primera bomba

atoacutemica en el campo de pruebas de Trinity cerca

de aacutelamo Gordo (Nuevo Meacutejico) Desde ese pre-

64

ciso instante la historia de la humanidad ha pasado

a una nueva era la era nuclear

Nunca hasta entonces se habiacutean tenido los cono-

cimientos necesarios como para saber que la masa

puede convertirse en grandes cantidades de ener-

giacutea y coacutemo podiacutea realizarse ese proceso hasta

entonces reservado tan soacutelo a las estrellas

La famosa foacutermula de Einstein E = mc2 ha pasa-

do ya ha formar parte de la cultura popular auacuten sin

que en realidad se llegue a saber que implica

Donde E es energiacutea m masa y c la velocidad de la

luz (constante) En esta ecuacioacuten se expresa la

relacioacuten de equivalencia entre masa y energiacutea Por

ejemplo haciendo algunas cuentas se ve que con

un gramo de uranio si se convirtiese totalmente

en energiacutea se obtendriacutean 25 millones de Kw

Aplicado como una bomba nuclear basta decir

que para asolar Hiroshima soacutelo se convirtioacute un

65

gramo de masa (aunque toda la bomba como me-

canismo pesara cuatro toneladas) su potencia fue

de 125 kilotones es decir para igualar su potencia

seriacutean 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 combustibles

de fisioacuten Cuando en un espacio se reuacutene la sufi-

ciente cantidad de materia (denominada masa criacute-

tica) se produce una reaccioacuten en cadena espontaacute-

nea esto es el nuacutecleo de los aacutetomos del material

se divide liberando energiacutea y varios neutrones

raacutepidos que provocan que otros nuacutecleos tam-

bieacuten se dividan y liberen maacutes energiacutea y neutrones

Este proceso se denomina fisioacuten nuclear Sin em-

bargo si la densidad no es suficiente la energiacutea

liberada hace que el material se expanda y se de-

tenga el proceso Para evitar que se pare la reac-

cioacuten se recurre a una materia muy densa de por siacute

(isoacutetopos del uranio y plutonio) que ademaacutes se

comprime de manera muy raacutepida para lograr una

66

altiacutesima densidad que permite que los neutrones

raacutepidos choquen antes con otros nuacutecleos y se

produzcan antes el mayor nuacutemero 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 maacutes energiacutea Para una

explosioacuten de 100 kilotones son necesarias 58 ge-

neraciones las 7 uacuteltimas generan el 999 de la

energiacutea en periodo cortiacutesimo de tiempo Tambieacuten

puede liberarse energiacutea con la fusioacuten en este pro-

ceso los nuacutecleos se unen en vez de separarse pero

se requieren altiacutesimas temperaturas (del orden de

millones de grados) para que este proceso se lleve

a cabo Para esta reaccioacuten se usan aacutetomos ligeros

(maacutes faacuteciles de unir) generalmente hidroacutegeno o

sus isoacutetopos (deuterio y tritio) Para unir dos aacuteto-

mos basta con hacerlos chocar Los protones de

cada aacutetomo 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

67

fusioacuten deben comprimirse fuertemente los nuacute-

cleos y una vez hecho soacutelo podraacuten continuar uni-

dos si pierden un equivalente de la energiacutea que les

hizo apretarse En el caso de usar deuterio y tritio

se libera violentamente un neutroacuten Esta energiacutea

liberada es la que forma una bomba de fusioacuten

tambieacuten denominada bomba H

COMO FUNCIONA UNA BOMBA ATO-MICA EN LA PRACTICA

Sea cual fuere el sistema de funcionamiento de

una bomba nuclear (fusioacuten o fisioacuten) una cantidad

de masa se convierte en energiacutea la potencia soacutelo

depende de la capacidad de la ingenieriacutea para con-

vertir maacutes masa antes de que la reaccioacuten disperse

las moleacuteculas en teoriacutea la potencia es por tanto

ilimitada

Una bomba nuclear consiste baacutesicamente en una

esfera hueca de plutonio que no es lo suficiente-

68

mente densa como para producir una reaccioacuten 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 explosioacuten se disparan los detonado-

res que hacen que el material explosivo estalle de

la manera lo maacutes regular posible para que enviacutee

una onda de choque esfeacuterica hacia el plutonio

Cuando eacutesta impacta contra eacutel lo comprime y re-

duce su volumen empujaacutendolo hacia el centro de

la esfera hasta que alcanza una densidad suficiente

(supercriacutetica) y se dispara el iniciador de neutrones

para comenzar la reaccioacuten en cadena que da lugar

a la explosioacuten nuclear

Las bombas termonucleares de fusioacuten o H nece-

sitan de una gran temperatura para que se puedan

unir los nuacutecleos esto se consigue en el interior de

una explosioacuten de fisioacuten que es el comienzo de

toda bomba H

69

Una vez acabada la reaccioacuten de fusioacuten nos encon-

traremos con una esfera expandida con una tem-

peratura de millones de grados en la que existen

los productos de la fusioacuten (litio e isoacutetopos del

hidroacutegeno) Tal es su velocidad que pueden fun-

dirse unos con otros dando lugar a la reaccioacuten de

fusioacuten Esta reaccioacuten genera maacutes energiacutea que la

anterior y libera gran cantidad de partiacuteculas nu-

cleares pero no es una reaccioacuten en cadena ya que

el propio calor que genera hace que las partiacuteculas

se separen y se expandan en forma de una esfera

de plasma con una temperatura que tan soacutelo expe-

rimenta el universo de manera natural en las estre-

llas En nuestro sol por ejemplo ocurren la fusioacuten

nuclear de hidroacutegeno y helio Pero antes de que la

reaccioacuten se extinga los neutrones generados por

las detonaciones anteriores provocan de nuevo

una reaccioacuten de fusioacuten sobre una camisa de U-

238 pero esta vez mucho mayor que las anterio-

res La potencia de una bomba termonuclear care-

ce de liacutemite una bomba como la de Hiroshima de

70

125 kilotones (un kilotoacuten equivale a 1000 tonela-

das de TNT) se considera dentro de los arsenales

modernos como pequentildea siendo las de un mega-

toacuten (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 la

Segunda Guerra Mundial

Para la construccioacuten de una bomba nuclear nor-

malmente se usa U-235 mezclado con U-238 El

primero no forma parte de la reaccioacuten nuclear

sino que es el segundo el que es fisionable de ma-

nera espontaacutenea emitiendo neutrones que son

absorbidos por el U-235 para evitar que se pro-

duzca de manera accidental la reaccioacuten en cadena

Asiacute el U-235 hace de escudo absorbiendo los neu-

trones del U-238 que es el que produce la detona-

cioacuten 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

71

reactores nucleares a partir del U-238

La desintegracioacuten del uranio en la reaccioacuten en

cadena se produce de manera espontaacutenea para una

masa de 50 Kg si eacuteste elemento es puro El pluto-

nio no es capaz por si solo de comenzar una raacutepi-

da reaccioacuten en cadena de modo que se mezcla de

berilo y polonio dando como resultado un pro-

ducto que aunque no es fisionable por si solo una

pequentildea cantidad actuacutea como catalizador para las

grandes reacciones Asiacute bastan 16 Kg de PU-239

para obtener la masa supercriacutetica y 10 Kg si se

mezcla con U-238

El U-235 es muy difiacutecil de extraer por encontrarse

en la naturaleza muy mezclado con otros com-

puestos Asiacute por cada 25000 toneladas de mineral

de uranio bruto soacutelo se obtienen 50 toneladas de

uranio del que el 993 es U-235 y el resto el

rariacutesimo isoacutetopo U-238 ambos soacutelo se pueden

separar de manera mecaacutenica gracias a la leviacutesima

72

diferencia de peso entre ambos Asiacute el uranio se

mezcla en forma gaseosa con fluor (hexafluoriacutedri-

co) que es impulsado a baja presioacuten hacieacutendolo

pasar por unas caacutemaras que aumentan la concen-

tracioacuten de uranio sensiblemente tras cientos de

pasadas Para una central nuclear la pureza ha de

ser del 2 y para una bomba (teoacutericamente) el

95

Para separar el isoacutetopo se recurre a la centrifuga-

cioacuten del gas siendo el maacutes pesado U-238 despedi-

do hacia el exterior con maacutes fuerza Para obtener

otra vez el uranio separado del gas se recurre a la

separacioacuten magneacutetica

MECANISMOS QUE SUELEN COMPONER UNA

BOMBA NUCLEAR

Los mecanismos que suelen componer una bom-

ba nuclear son los siguientes

73

ALTIacuteMETRO No suele usarse el baromeacutetrico

por verse afectado por las condiciones atmosfeacuteri-

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 seguacuten el tiempo transcu-

rrido en el recorrido puede saberse la altura sin

necesidad de complicar maacutes el sistema para dar

una precisioacuten que en realidad no es importante (2

o 3 m de diferencia no son apreciables maacutes que

en minibombas bastante menores que las de

Hiroshima) siendo la altura normal de detonacioacuten

la de 2000 m

En la praacutectica 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 electroacute-

nicamente para obtener la diferencia de ambas

que es proporcional a la altura Los pulsos suelen

emitirse 120 veces por segundo y alcanzan un

74

rango de 3000 m sobre la tierra y 6000 m sobre

el mar (la reflexioacuten es alliacute mejor) siendo su error

de hasta 15 m

CABEZA DETONADORA Como ya se dijo

estaacute compuesta de una carga explosiva muy bien

calibrada que a la orden del altiacutemetro detona

produciendo una onda de choque uniforme sobre

el elemento radioactivo comprimieacutendolo hasta

alcanzar la masa supercriacutetica

Compantildeiacuteas privadas producen camisas explosivas

que modificadas pueden ser usadas para la fabri-

cacioacuten del objeto que nos ocupa La cantidad de

presioacuten necesaria a aplicar es un secreto por razo-

nes de seguridad aunque se sabe que los explosi-

vos plaacutesticos son ideales sobre todo por su malea-

bilidad y facilidad de manejo

El detonador variacutea si es combustible es uranio o

plutonio

75

DETONADOR DE URANIO La masa total se

divide en dos partes una mayor de forma semies-

feacuterica y coacutencava que se acopla perfectamente con

la otra maacutes pequentildea Como es de suponer ambas

se encuentran separadas hasta el momento de la

detonacioacuten en el que una explosioacuten convencional

dispara la parte pequentildea que impacta contra la

mayor para lograr en un instante la masa supercriacute-

tica

DETONADOR DE PLUTONIO Necesita

una precisioacuten de ingenieriacutea mucho mayor que la

anterior ya que estaacute compuesta de 32 secciones de

plutonio-berilio-polonio todas de igual forma y

posicioacuten distribuidas conceacutentricamente El aspecto

final es parecido al de un baloacuten de fuacutetbol Todas

han de cerrarse simeacutetricamente en una diezmillo-

neacutesima de segundo para conseguir la detonacioacuten

DEFLECTOR DE NEUTRONES Suele ser

U-238 Su funcioacuten es la que ya se explicoacute evitar

76

una reaccioacuten accidental ademaacutes refleja las partiacutecu-

las de vuelta cuando se alcanza la masa supercriacuteti-

ca

ESCUDO PROTECTOR Recibe otros nom-

bres pero su funcioacuten es siempre la de proteger de

la radiacioacuten natural tanto al personal que la maneja

como a los circuitos de la bomba que pueden su-

frir cortocircuitos o puestas en funcionamiento

accidentales

SISTEMA DE ARMADO Es otro sistema maacutes

de seguridad consistente en quitar una parte im-

prescindible de la bomba para evitar detonaciones

accidentales de modo que soacutelo cuando estaacute

proacuteximo su lanzamiento se inserta esta parte Una

analogiacutea seriacutea como si al aparcar nuestro coche le

quitaacuteramos el volante o una bujiacutea asiacute estariacuteamos

seguros de que no nos lo roban porque sin estas

partes el coche no funciona

77

12 EFECTOS DE UNA EXPLOSIOacuteN NUCLEAR

Tenemos frescas en nuestra memo-

ria las imaacutegenes que nos mostroacute la

televisioacuten cuando se produjo el ac-

cidente de Chernobyl

Aquiacute explicamos todas las conse-

cuencias de una detonacioacuten 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

78

bull Radiacioacuten nuclear inicial la altiacutesima

temperatura y la elevada presioacuten que se

genera en el interior de la explosioacuten emi-

ten radiacioacuten en todas las direcciones Esta

se compone de rayos alfa beta y gamma

que son una forma de radiacioacuten electro-

magneacutetica de alta energiacutea que puede causar

la muerte sin que el individuo se de cuenta

de que ha sido irradiado Una explosioacuten de

un megatoacuten (de tamantildeo estaacutendar) matariacutea

a todo ser humano en 15 Km a la redonda

que se encontrase al aire libre

Las partiacuteculas alfa son ideacutenticas a un nuacutecleo de

helio son las que mas larga vida tienen unos mil

antildeos pero su poder de penetracioacuten 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 radiacioacuten Con 45 cm de tierra se

consigue reducir la radiacioacuten veinte veces

Las partiacuteculas beta penetran maacutes siendo suficiente

79

38 cm de pared de ladrillo para reducir a un quin-

to la radiacioacuten (una pared moderna ya espesa se

compone de 1 pie de ladrillo maacutes caacutemara maacutes

aislante maacutes ladrillo hueco y yeso que suele que-

darse en los 37 cm)

Los de maacutes poder de penetracioacuten son las gamma

y por tanto los maacutes peligrosos ya son los que se

introducen en los refugios nucleares auacuten con

grandes espesores de hormigoacuten La uacutenica protec-

cioacuten eficaz es la de interponer grandes masas de

material mejor cuanto maacutes denso siendo el ideal

el plomo ya que pasa por los materiales como la

luz por una tela si esta es maacutes densa mayor canti-

dad de chocaraacute con ella y no la traspasaraacute Para

reducir la dosis a un veinteavo se precisan 30 cm

de hormigoacuten armado

bull Pulso electromagneacutetico La intensa acti-

vidad de los rayos gamma genera mediante

induccioacuten una corriente de alto voltaje so-

80

bre antenas viacuteas feacuterreas tuberiacuteas que des-

truye todas las instalaciones eleacutectricas de

una amplia zona si la explosioacuten se efectuacutea

a gran altura Una detonacioacuten de muchos

kilotones a 200 km sobre Omaha (Ne-

brasca) destruiriacutea todos los circuitos eleacutec-

tricos integrados de toda Norteameacuterica y

parte de Meacutejico y Canadaacute Ante el riesgo

de una detonacioacuten nuclear es conveniente

alejarse de liacuteneas eleacutectricas y viacutea feacuterreas ya

que la corriente inducida puede electrocu-

tarnos

bull Pulso teacutermico al expandirse la bola de

fuego el aire circundante absorbe energiacutea

en forma de rayos X y la irradia en forma

de una luz cegadora y un intensiacutesimo ca-

lor Una bomba de 20 Megatones produci-

riacutea una intensa luz durante 20 segundos y

causariacutea quemaduras de segundo grado a

81

cualquier persona expuesta a 45 Km de

distancia

bull Onda de choque La raacutepida expansioacuten de

la bola de fuego genera una onda de cho-

que como cualquier explosioacuten pero de

una potencia muy superior ya que puede

aplastar o barrer edificios dantildeaacutendolos muy

seriamente o destruyeacutendolos por comple-

to ya que maacutes que empujar por su dura-

cioacuten lo que hace es estrujar Una bomba

de 20 megatones no dejariacutea en un radio de

20 Km maacutes que escombros soacutelo se salva-

riacutean las cimentaciones y construcciones

enterradas

bull Primera lluvia radioactiva o lluvia ra-

diactiva local una explosioacuten de 20 mega-

tones aras de suelo produciriacutea un craacuteter de

183 m de profundidad la elevada tempe-

82

ratura vaporiza todo lo que se encuentra

dentro de la bola de fuego todo se funde

con los materiales radiactivos de la fisioacuten o

fusioacuten y se eleva con el hongo para luego

precipitar en forma de finas cenizas Esto

ocurriraacute durante las 24 h siguientes a la

explosioacuten y afectaraacute a una regioacuten maacutes o

menos amplia para una misma potencia

seguacuten la climatologiacutea El fenoacutemeno se am-

pliacutea considerablemente si la detonacioacuten se

produce cerca del suelo La energiacutea 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 maacutes destructivos los deno-

minados secundarios como incendios en masa

que acabariacutean con los pocos supervivientes y ma-

tariacutean a maacutes que el pulso teacutermico y la onda de

choque

83

Ademaacutes en caso de que se lanzaran muchas

bombas nucleares sus efectos secundarios seriacutean

mucho maacutes 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 10000 mega-

tones miacutenimos para considerar un holocausto

como tal

bull El primero de estos efectos es que la ra-

dioactividad liberada en caso de holocaus-

to penetrariacutea en todos y cada uno de los

seres vivos (y en el mar la tierra y el aire)

Mientras que en dosis altas (seguacuten la espe-

cie) produciriacutea la muerte en otras maacutes ba-

jas los efectos seriacutean de lo maacutes variados

(mutaciones esterilidad)

bull El segundo seriacutea que los materiales im-

pulsados por las detonaciones se elevariacutean

hasta la troposfera donde ocultariacutean la luz

84

del sol durante meses o antildeos haciendo ba-

jar la temperatura de la tierra y alterando la

fotosiacutentesis de los vegetales y el plancton

marino seriacutea el famoso invierno nuclear

Ademaacutes estos materiales radiactivos iriacutean

cayendo durante meses o antildeos convirtieacuten-

dose en una lluvia radiactiva global que

auacuten con menos dosis radiactiva que una

lluvia provocada por una bomba seriacutea

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

antildeos Ese 5 de energiacutea liberada por la

lluvia radiactividad en una bomba es poco

pero en los 10000 megatones de un holo-

causto suponen ya 500 megatones que iraacuten

estallando durante miles de antildeos des-

pueacutes de la cataacutestrofe

85

bull El tercero seriacutea una reduccioacuten en la capa

de ozono producida por el oacutexido de nitroacute-

geno generado por las bolas de fuego de

modo que la radiacioacuten solar que llegase a

la tierra seriacutea mortal Un 70 del ozono

desapareceriacutea en el hemisferio norte y un

40 en el sur siendo necesarios treinta

antildeos para recuperar su estado normal

86

Ejercicios 12

MODELO DE RESOLUCIOacuteN

La distribucioacuten de los electrones de un aacutetomo

en sus niveles y subniveles se puede representar en

forma abreviada de la siguiente manera

a) Un coeficiente que indica el nuacutemero del nivel

de energiacutea (n)

b) Una letra que corresponde al subnivel

c) Un supraiacutendice que sentildeala el nuacutemero de elec-

trones que hay en el subnivel

1H = 1s1

3Li = 1s2 2s1

En razoacuten del entrecruzamiento de subniveles

el orden en que se van completando los subniveles

por energiacutea creciente es el siguiente

87

1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d

4p 5s 4d 5p 6s 4f

5d 6p 7s 5f 6d

7p

Para visualizar la distribucioacuten de los electrones

en orbitales se puede representar cada orbital por

un pequentildeo cuadrado dividido por una diagonal

y cada electroacuten mediante una flecha

Entonces el orbital puede estar

Vaciacuteo incompleto completo

(1 electroacuten) (2 electrones)

En caso del orbital completo las flechas tienen

sentido contrario para indicar que los electrones

presentan spin contrario

El llenado de los orbitales por los electrones

se realiza a partir de los niveles y subniveles en

88

orden creciente de energiacutea Cada nuevo electroacuten se

incorpora a un orbital vaciacuteo

De ese modo los elementos quedan represen-

tados asiacute

1H =

1s

3Li =

1s 2s

7N =

1s 2s 2p

89

Ejercicios 121

1) Un aacutetomo de foacutesforo tiene 15 protones y 16

neutrones Indicaacute cuaacutel es su

a) nuacutemero atoacutemico (Z) b) nuacutemero

de masa (A)

2) Un aacutetomo de potasio tiene Z =19 y A = 39

Indicaacute su nuacutemero de

a) protones b) electrones

c) neutrones

3) Completaacute los datos que faltan en el siguiente

cuadro

90

ELE-

MEN-

TO

NUacute-

MERO

ATOacute-

MICO

NUacute-

MERO

DE

MASA

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) Sentildealaacute el nombre y siacutembolo de los elementos

cuyas configuraciones electroacutenicas 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) Escribiacute la configuracioacuten electroacutenica de los

siguientes elementos

91

a) Na2311 = c) O16

8 =

b) Cl3517 = d) C12

6 =

6) De acuerdo con la siguiente representacioacuten de

los electrones en orbitales indicaacute a queacute ele-

mentos corresponden

a)

b)

c)

d)

7) Representaacute la distribucioacuten de los electrones en

orbitales de los elementos

a) 7N= c) 18Ar =

b) 15AI = d) 19K =

92

Hoja de respuestas121

1) a) 15 b) 31 2) a) 19 b) 19 c) 20

3)

ELE-

MEN-

TO

NUacuteME-

RO

ATOacute-

MICO

NUacute-

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)Argoacuten Ar

d)Escandio Sc

5) a) 1S2 2S2 2p6 3s1

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)middot

94

Ejercicios 1211

Modelo de resolucioacuten

El nuacutemero de oxidacioacuten se asigna seguacuten las si-

guientes reglas

1) El nuacutemero de oxidacioacuten de los elementos en la

sustancia simple es cero

Ejemplo Cu0 02Cl

2) El nuacutemero de oxidacioacuten del oxiacutegeno es 2

excepto en las sustancias como el agua oxige-

nada Ejemplo H2

2Ominus

3) El nuacutemero de oxidacioacuten del hidroacutegeno es +1

excepto en las sustancias donde estaacute combina-

do con los metales Ejemplo 1

H+

2O

4) El nuacutemero de oxidacioacuten de un ion monoatoacute-

mico es igual a la carga del ion Ejemplo Ca2-

Cl-

95

5) En la foacutermula de una sustancia la suma alge-

braica de los nuacutemeros de oxidacioacuten de todos

los aacutetomos debe ser cero Ejemplo 1

H+

2

2Ominus

there42(+1) + (-2) = 0

6) En los iones que tienen maacutes de un aacutetomo la

suma algebraica de los nuacutemeros de oxidacioacuten

de todos los aacutetomos es igual a la carga del ion

El nuacutemero de oxidacioacuten se escribe colocando primero el signo y luego el nuacutemero

Ejemplo el nuacutemero de oxidacioacuten del aluminio es +3

1) Calculaacute los nuacutemeros de oxidacioacuten en la moleacute-

cula de dioacutexido de azufre (SO2)

Datos SO2 nuacutemero de oxidacioacuten del O2

es 2

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de S

Resolucioacuten Cada aacutetomo de oxiacutegeno tiene

nuacutemero de oxidacioacuten 2 por lo tanto el nuacute-

mero de oxidacioacuten del azufre es +4 porque

2(-2) + (+4) = 0

96

2) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten del azufre en

el aacutecido sulfuacuterico (H2SO4)

Datos H2SO2 nuacutemero de oxidacioacuten del

O2 es 2 nuacutemero de oxidacioacuten de H es -1

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de S

Resolucioacuten Se debe cumplir que la suma al-gebraica de todos los nuacutemeros de oxidacioacuten sea cero

4(-2) + 21 + x = 0

-8 + 2 + x = 0

x = 6

Respuesta el nuacutemero de oxidacioacuten del azufre

en el aacutecido sulfuacuterico es +6

3) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten del nitroacutegeno

en el nitrato de sodio (NaNO3)

Datos NaNO3 nuacutemero de oxidacioacuten del

O2 es 2

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de N

97

Resolucioacuten El nuacutemero de oxidacioacuten del

sodio es +1 porque el ion sodio tiene una car-

ga eleacutectrica positiva

+1 + 3(-2) +x = 0

1 6 + x = 0

x = 5

Respuesta el nuacutemero de oxidacioacuten del nitroacute-

geno en el nitrato de sodio es +5

4) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten del azufre en

el ion sulfato (S 24Ominus )

Datos S 24Ominus nuacutemero de oxidacioacuten del O2

es 2

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de S

Resolucioacuten La suma de los nuacutemeros de

oxidacioacuten es igual a 2 porque el ion sulfato

tiene dos cargas negativas (2-)

x + 4(-2) = -2

x 8 = -2

x = 6

98

Respuesta El nuacutemero de oxidacioacuten del azu-

fre en el ion sulfato es +6

99

Ejercicios 1212

1) Dibujaacute los siacutembolos de Lewis para los aacutetomos

de

a) He b) Al c) Si d) Ar e) N

2) iquestCoacutemo adquiere la distribucioacuten electroacutenica del

ineacutertido maacutes cercano cada uno de los siguien-

tes aacutetomos

a) K b)

F c)

S d) Mg e)

Br

3) Escribiacute las ecuaciones ioacutenicas la foacutermula elec-

troacutenica y la foacutermula miacutenima del compuesto

ioacutenico formado por

a) K y Br (bromuro de potasio)

b) Ca y O (oacutexido de calcio)

4) Marcaacute con una X las propiedades correspon-

dientes a las sustancias que presentan uniones

ioacutenicas

100

a) Son soacutelidas y tienen bajo punto de fusioacuten ( )

b) Conducen la corriente eleacutectrica fundidas o di-

sueltas en agua ( )

c) Tienen brillo metaacutelico ( )

d) Forman cristales duros y quebradizos solubles

en agua ( )

e) No conducen la corriente eleacutectrica ( )

5) Explicaacute coacutemo se unen dos aacutetomos de bromo

para formar la moleacutecula Br2 y escribiacute su

foacutermula electroacutenica y su foacutermula desarrollada

6) La foacutermula del monoacutexido de dicloro es Cl2O

a) Indicaacute queacute tipo de unioacuten existe entre el cloro y

el oxiacutegeno

b) Escribiacute su foacutermula electroacutenica y su foacutermula

desarrollada

7) El azufre y el oxiacutegeno forman dos oacutexidos

importantes el dioacutexido de azufre (SO2) y el

101

trioacutexido de azufre (SO3) Para el trioacutexido de

azufre

a) Indicaacute queacute tipo de unioacuten existe entre el azufre

y los tres aacutetomos de oxiacutegeno

b) Escribiacute la foacutermula electroacutenica

c) Escribiacute la foacutermula desarrollada

8) Marcaacute 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

liacutequidas o soacutelidas ( )

c) Son duacutectiles y maleables ( )

d) No forman moleacuteculas son agregados de

iones ( )

e) No son buenas conductoras de la corriente

eleacutectrica ( )

102

9) Coloque en el pareacutentesis UCP si la unioacuten es

covalente polar y UCNP si es covalento no

polar en cada una de las siguientes sustancias

a) cloruro de hidroacutegeno HCl ( )

b) Hidroacutegeno H2 ( )

c) yodo l2 ( )

10) Escribiacute la foacutermula electroacutenica y la foacutermula

desarrollada de cada una de las sustancias

mencionadas en el ejercicio 9

11) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten

a) del azufre (S)en el dioacutexido de azufre (SO2) en

el trioacutexido de azufre (SO3) y en el sulfuro de

sodio (Na2S)

b) del nitroacutegeno (N) en el dioacutexido de nitroacutegeno

(NO2) en el aacutecido niacutetrico (HNO3) y en el ni-

trato de potasio (KNO3)

12) Marcaacute con una X las propiedades que se expli-

can en el concepto de unioacuten metaacutelica

103

a) Tienen bajo punto de fusioacuten y de

ebullicioacuten ( )

b) Tienen brillo metaacutelico ( )

c) Conducen la corriente eleacutectrica sin

alterarse ( )

d) En estado soacutelido son malos conductores de la

corriente eleacutectrica ( )

e) Forman hilos y laacuteminas delgadas ( )

104

Hoja de respuestas 1212

1) a) He b) Al c)

Si d)

Ar e)

N

2) a) cede un electroacuten d) cede electrones c)

gana dos electrones b) y e) gana un electroacuten

3) a) Ecuaciones ioacutenicas

K K1+ + 1 e

Br + 1 e Br1-

K1+ + Br- KBr

Foacutermula electroacutenica K1+minus

1

Br

Foacutermula miacutenima KBr

b) Ecuaciones ioacutenicas

Ca Ca 2+ + 2 e

O + 2 e O2-

Ca2+ + O2- CaO

Foacutermula electroacutenica Ca2+ minus

2

O

105

Foacutermula miacutenima CaO

4) b y d

5) se unen compartiendo un par de electrones

6) a) unioacuten covalente

b) foacutermula electroacutenica

Cl

O

Cl

foacutermula desarrollada Cl O Cl

7) a) una unioacuten covalente doble entre el azufre y

uno de los aacutetomos de oxiacutegeno dos uniones cova-

lentes coordinadas con los otros dos aacutetomos de

oxiacutegeno

b) Foacutermula electroacutenica

Foacutermula desarrollada

106

8) a b y e

9) a) UCP y c) UCNP

10) Foacutermula electroacutenica Foacutermula desarrollada

a) H

Cl H Cl

b) HH H H

c)

I

I l I

11) a) +4 +6 -2 b) +4 +5 +5

12) b c y e

  • RADIACTIVIDAD
    • IacuteNDICE
      • 1 RADIACTIVIDAD NATURAL
      • 2 RELACIOacuteN ENTRE LA LEY DE LAVOISIER Y LA DE EINSTEIN
      • 3 INTERACCIONES ENTRE AacuteTOMOS Y ONDAS
      • 4 PODER DE PENETRACIOacuteN DE LA RADIACIOacuteN
      • 5 VIDA MEDIA
      • 6 RADIACTIVIDAD ARTIFICIAL
      • 7 USOS DE LOS RADIOISOacuteTOPOS
      • 8 MEDICINA NUCLEAR
      • 9 FECHADO POR MEDIO DE RADIOISOacuteTOPOS
      • 10 PLANTAS DE ENERGIacuteA NUCLEAR
      • 11 BOMBA ATOacuteMICA
      • 12 EFECTOS DE UNA EXPLOSIOacuteN NUCLEAR
        • Ejercicios 12
        • Ejercicios 121
        • Hoja de respuestas121
        • Ejercicios 1211
        • Ejercicios 1212
        • Hoja de respuestas 1212

57

guos fechado por determinacioacuten de la actividad

de carbono 14 se usa para estimar la antiguumledad

de otros artefactos encontrados en el mismo em-

plazamiento arqueoloacutegico La teacutecnica de fechado

por carbono 14 se ha usado tambieacuten para detectar

si supuestos artefactos antiguos han sido falsifica-

dos

EL SUDARIO DE TURIacuteN

Probablemente han oiacutedo hablar del sudario de

Turiacuten Se trata de una pieza de tejido de lino muy

antigua de unos 4 metros de largo que muestra la

impresioacuten aproximada de un cuerpo humano

Desde alrededor del antildeo 1350 dC 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-

bricacioacuten del lienzo habiacutea sido cultivado en alguacuten

memento entre los anos de 1260 y 1390 dC Por

58

tanto el lienzo no podriacutea haber existido en tiem-

pos de Cristo A diferencia de los pergaminos del

Mar Muerto para los que el fechado por carbono

14 demostroacute que son registros auteacutenticos de una

civilizacioacuten que existioacute hace unos 2000 antildeos el

sudario de Turiacuten resultoacute ser falso

FECHADO POR TRITIO

El tritio que es el isoacutetopo radiactivo del

hidroacutegeno sirve tambieacuten para fechar Su vida me-

dia de 123 antildeos lo hace uacutetil para fechar objetos de

hasta 100 antildeos de antiguumledad Una aplicacioacuten inte-

resante es el fechado de aguardientes Estas bebi-

das alcohoacutelicas son muy costosas cuando han sido

antildeejadas de 10 a 50 antildeos El fechado por tritio

permite comprobar la veracidad de los anuncios

publicitarios respecto al proceso de antildeejamiento

de las variedades maacutes caras

Hay muchos otros isoacutetopos que permiten es-

timar la antiguumledad de objetos y materiales

59

Isoacutetopo Vida me-

dia

(antildeos)

Periacuteodo de

utilidad Uso

Carbono 14 5730 500 a 50000

antildeos

Carboacuten vege-

tal material

orgaacutenico

Tritio 123 1 a 100 antildeosVinos antildeeja-

dos

Potasio 40 13 x 109 Desde 10000

antildeos

Rocas corteza

terrestre y

lunar

Renio 187 43 x1010 Desde 4 x

107 antildeos Meteoritos

Ranio238 45 x109 Desde 107

antildeos

Rocas corteza

terrestre

60

10 PLANTAS DE ENERGIacuteA NUCLEAR

iquestSabeacutes de doacutende viene esa energiacutea que nosotros usamos tanto Mucha de la energiacutea eleacutectrica es

producida por plantas nucleares de to-do el mundo

La energiacutea nuclear ha dado origen a bombas

muy destructivas y a la nociva precipitacioacuten ra-

diactiva y podriacutea incluso provocar un devastador

invierno nuclear Sin embargo una cantidad mu-

cho mayor de personas han recibido beneficios de

la energiacutea nuclear que las que han sido perjudica-

das por ella El hecho es que existen muchos usos

de la energiacutea nuclear que son sumamente beneacutefi-

61

cos Ya conocemos el uso de isoacutetopos radiactivos

en el diagnoacutestico cliacutenico y en el fechado de obje-

tos de antiguumledad desconocida Otro uso paciacutefico

de la energiacutea nuclear es la generacioacuten de electri-

cidad Una gran parte de la energiacutea eleacutectrica que

se utiliza hoy en diacutea se genera en plantas de ener-

giacutea nuclear

En la actualidad una quinta parte de toda la

electricidad que se produce en Estados Unidos

proviene de plantas de energiacutea nuclear En Euro-

pa la dependencia respecto a la energiacutea nuclear

para la produccioacuten de electricidad es auacuten mayor

En Francia por ejemplo maacutes del 70 de la ener-

giacutea eleacutectrica del paiacutes proviene de plantas nuclea-

res

No es sorprendente que una reaccioacuten que

desprende tanta energiacutea como lo hace la fisioacuten

nuclear se use como fuente de energiacutea para gene-

rar electricidad En las plantas de energiacutea nuclear

se usa el calor obtenido de una reaccioacuten de fisioacuten

62

en cadena controlada para producir vapor de

agua que mueve las turbinas generadoras de elec-

tricidad El combustible nuclear es normalmente

oacutexido de uranio U3O8 enriquecido hasta alrede-

dor de 3 de uranio 235

La energiacutea nuclear es mucho maacutes limpia que la

que se obtiene quemando combustibles foacutesiles

(carboacuten petroacuteleo y gas) no produce cenizas finas

ni holliacuten no forma dioacutexido de carbono que con-

tribuye al efecto de invernadero y al calentamiento

global y no contamina el aire con oacutexidos de azu-

fre y de nitroacutegeno que dan origen a la lluvia aacutecida

Por otra parte emite grandes cantidades de calor

residual en el ambiente y lo que es mucho maacutes

serio produce muchos residuos radiactivos La

eliminacioacuten de todos estos materiales radiactivos

de desecho es uno de los problemas constantes

que se tienen en relacioacuten con las plantas de energiacutea

nuclear

63

11 BOMBA ATOacuteMICA

Todos sabemos los desastres que pue-

den causar la detonacioacuten de una bomba

nuclear

Aquiacute presentamos la explicacioacuten teoacuterica

y coacutemo se pone en praacutectica

COacuteMO FUNCIONA UNA BOMBA NUCLEAR EN LA

TEORIacuteA

El 16 de Julio de 1945 estalloacute la primera bomba

atoacutemica en el campo de pruebas de Trinity cerca

de aacutelamo Gordo (Nuevo Meacutejico) Desde ese pre-

64

ciso instante la historia de la humanidad ha pasado

a una nueva era la era nuclear

Nunca hasta entonces se habiacutean tenido los cono-

cimientos necesarios como para saber que la masa

puede convertirse en grandes cantidades de ener-

giacutea y coacutemo podiacutea realizarse ese proceso hasta

entonces reservado tan soacutelo a las estrellas

La famosa foacutermula de Einstein E = mc2 ha pasa-

do ya ha formar parte de la cultura popular auacuten sin

que en realidad se llegue a saber que implica

Donde E es energiacutea m masa y c la velocidad de la

luz (constante) En esta ecuacioacuten se expresa la

relacioacuten de equivalencia entre masa y energiacutea Por

ejemplo haciendo algunas cuentas se ve que con

un gramo de uranio si se convirtiese totalmente

en energiacutea se obtendriacutean 25 millones de Kw

Aplicado como una bomba nuclear basta decir

que para asolar Hiroshima soacutelo se convirtioacute un

65

gramo de masa (aunque toda la bomba como me-

canismo pesara cuatro toneladas) su potencia fue

de 125 kilotones es decir para igualar su potencia

seriacutean 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 combustibles

de fisioacuten Cuando en un espacio se reuacutene la sufi-

ciente cantidad de materia (denominada masa criacute-

tica) se produce una reaccioacuten en cadena espontaacute-

nea esto es el nuacutecleo de los aacutetomos del material

se divide liberando energiacutea y varios neutrones

raacutepidos que provocan que otros nuacutecleos tam-

bieacuten se dividan y liberen maacutes energiacutea y neutrones

Este proceso se denomina fisioacuten nuclear Sin em-

bargo si la densidad no es suficiente la energiacutea

liberada hace que el material se expanda y se de-

tenga el proceso Para evitar que se pare la reac-

cioacuten se recurre a una materia muy densa de por siacute

(isoacutetopos del uranio y plutonio) que ademaacutes se

comprime de manera muy raacutepida para lograr una

66

altiacutesima densidad que permite que los neutrones

raacutepidos choquen antes con otros nuacutecleos y se

produzcan antes el mayor nuacutemero 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 maacutes energiacutea Para una

explosioacuten de 100 kilotones son necesarias 58 ge-

neraciones las 7 uacuteltimas generan el 999 de la

energiacutea en periodo cortiacutesimo de tiempo Tambieacuten

puede liberarse energiacutea con la fusioacuten en este pro-

ceso los nuacutecleos se unen en vez de separarse pero

se requieren altiacutesimas temperaturas (del orden de

millones de grados) para que este proceso se lleve

a cabo Para esta reaccioacuten se usan aacutetomos ligeros

(maacutes faacuteciles de unir) generalmente hidroacutegeno o

sus isoacutetopos (deuterio y tritio) Para unir dos aacuteto-

mos basta con hacerlos chocar Los protones de

cada aacutetomo 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

67

fusioacuten deben comprimirse fuertemente los nuacute-

cleos y una vez hecho soacutelo podraacuten continuar uni-

dos si pierden un equivalente de la energiacutea que les

hizo apretarse En el caso de usar deuterio y tritio

se libera violentamente un neutroacuten Esta energiacutea

liberada es la que forma una bomba de fusioacuten

tambieacuten denominada bomba H

COMO FUNCIONA UNA BOMBA ATO-MICA EN LA PRACTICA

Sea cual fuere el sistema de funcionamiento de

una bomba nuclear (fusioacuten o fisioacuten) una cantidad

de masa se convierte en energiacutea la potencia soacutelo

depende de la capacidad de la ingenieriacutea para con-

vertir maacutes masa antes de que la reaccioacuten disperse

las moleacuteculas en teoriacutea la potencia es por tanto

ilimitada

Una bomba nuclear consiste baacutesicamente en una

esfera hueca de plutonio que no es lo suficiente-

68

mente densa como para producir una reaccioacuten 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 explosioacuten se disparan los detonado-

res que hacen que el material explosivo estalle de

la manera lo maacutes regular posible para que enviacutee

una onda de choque esfeacuterica hacia el plutonio

Cuando eacutesta impacta contra eacutel lo comprime y re-

duce su volumen empujaacutendolo hacia el centro de

la esfera hasta que alcanza una densidad suficiente

(supercriacutetica) y se dispara el iniciador de neutrones

para comenzar la reaccioacuten en cadena que da lugar

a la explosioacuten nuclear

Las bombas termonucleares de fusioacuten o H nece-

sitan de una gran temperatura para que se puedan

unir los nuacutecleos esto se consigue en el interior de

una explosioacuten de fisioacuten que es el comienzo de

toda bomba H

69

Una vez acabada la reaccioacuten de fusioacuten nos encon-

traremos con una esfera expandida con una tem-

peratura de millones de grados en la que existen

los productos de la fusioacuten (litio e isoacutetopos del

hidroacutegeno) Tal es su velocidad que pueden fun-

dirse unos con otros dando lugar a la reaccioacuten de

fusioacuten Esta reaccioacuten genera maacutes energiacutea que la

anterior y libera gran cantidad de partiacuteculas nu-

cleares pero no es una reaccioacuten en cadena ya que

el propio calor que genera hace que las partiacuteculas

se separen y se expandan en forma de una esfera

de plasma con una temperatura que tan soacutelo expe-

rimenta el universo de manera natural en las estre-

llas En nuestro sol por ejemplo ocurren la fusioacuten

nuclear de hidroacutegeno y helio Pero antes de que la

reaccioacuten se extinga los neutrones generados por

las detonaciones anteriores provocan de nuevo

una reaccioacuten de fusioacuten sobre una camisa de U-

238 pero esta vez mucho mayor que las anterio-

res La potencia de una bomba termonuclear care-

ce de liacutemite una bomba como la de Hiroshima de

70

125 kilotones (un kilotoacuten equivale a 1000 tonela-

das de TNT) se considera dentro de los arsenales

modernos como pequentildea siendo las de un mega-

toacuten (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 la

Segunda Guerra Mundial

Para la construccioacuten de una bomba nuclear nor-

malmente se usa U-235 mezclado con U-238 El

primero no forma parte de la reaccioacuten nuclear

sino que es el segundo el que es fisionable de ma-

nera espontaacutenea emitiendo neutrones que son

absorbidos por el U-235 para evitar que se pro-

duzca de manera accidental la reaccioacuten en cadena

Asiacute el U-235 hace de escudo absorbiendo los neu-

trones del U-238 que es el que produce la detona-

cioacuten 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

71

reactores nucleares a partir del U-238

La desintegracioacuten del uranio en la reaccioacuten en

cadena se produce de manera espontaacutenea para una

masa de 50 Kg si eacuteste elemento es puro El pluto-

nio no es capaz por si solo de comenzar una raacutepi-

da reaccioacuten en cadena de modo que se mezcla de

berilo y polonio dando como resultado un pro-

ducto que aunque no es fisionable por si solo una

pequentildea cantidad actuacutea como catalizador para las

grandes reacciones Asiacute bastan 16 Kg de PU-239

para obtener la masa supercriacutetica y 10 Kg si se

mezcla con U-238

El U-235 es muy difiacutecil de extraer por encontrarse

en la naturaleza muy mezclado con otros com-

puestos Asiacute por cada 25000 toneladas de mineral

de uranio bruto soacutelo se obtienen 50 toneladas de

uranio del que el 993 es U-235 y el resto el

rariacutesimo isoacutetopo U-238 ambos soacutelo se pueden

separar de manera mecaacutenica gracias a la leviacutesima

72

diferencia de peso entre ambos Asiacute el uranio se

mezcla en forma gaseosa con fluor (hexafluoriacutedri-

co) que es impulsado a baja presioacuten hacieacutendolo

pasar por unas caacutemaras que aumentan la concen-

tracioacuten de uranio sensiblemente tras cientos de

pasadas Para una central nuclear la pureza ha de

ser del 2 y para una bomba (teoacutericamente) el

95

Para separar el isoacutetopo se recurre a la centrifuga-

cioacuten del gas siendo el maacutes pesado U-238 despedi-

do hacia el exterior con maacutes fuerza Para obtener

otra vez el uranio separado del gas se recurre a la

separacioacuten magneacutetica

MECANISMOS QUE SUELEN COMPONER UNA

BOMBA NUCLEAR

Los mecanismos que suelen componer una bom-

ba nuclear son los siguientes

73

ALTIacuteMETRO No suele usarse el baromeacutetrico

por verse afectado por las condiciones atmosfeacuteri-

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 seguacuten el tiempo transcu-

rrido en el recorrido puede saberse la altura sin

necesidad de complicar maacutes el sistema para dar

una precisioacuten que en realidad no es importante (2

o 3 m de diferencia no son apreciables maacutes que

en minibombas bastante menores que las de

Hiroshima) siendo la altura normal de detonacioacuten

la de 2000 m

En la praacutectica 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 electroacute-

nicamente para obtener la diferencia de ambas

que es proporcional a la altura Los pulsos suelen

emitirse 120 veces por segundo y alcanzan un

74

rango de 3000 m sobre la tierra y 6000 m sobre

el mar (la reflexioacuten es alliacute mejor) siendo su error

de hasta 15 m

CABEZA DETONADORA Como ya se dijo

estaacute compuesta de una carga explosiva muy bien

calibrada que a la orden del altiacutemetro detona

produciendo una onda de choque uniforme sobre

el elemento radioactivo comprimieacutendolo hasta

alcanzar la masa supercriacutetica

Compantildeiacuteas privadas producen camisas explosivas

que modificadas pueden ser usadas para la fabri-

cacioacuten del objeto que nos ocupa La cantidad de

presioacuten necesaria a aplicar es un secreto por razo-

nes de seguridad aunque se sabe que los explosi-

vos plaacutesticos son ideales sobre todo por su malea-

bilidad y facilidad de manejo

El detonador variacutea si es combustible es uranio o

plutonio

75

DETONADOR DE URANIO La masa total se

divide en dos partes una mayor de forma semies-

feacuterica y coacutencava que se acopla perfectamente con

la otra maacutes pequentildea Como es de suponer ambas

se encuentran separadas hasta el momento de la

detonacioacuten en el que una explosioacuten convencional

dispara la parte pequentildea que impacta contra la

mayor para lograr en un instante la masa supercriacute-

tica

DETONADOR DE PLUTONIO Necesita

una precisioacuten de ingenieriacutea mucho mayor que la

anterior ya que estaacute compuesta de 32 secciones de

plutonio-berilio-polonio todas de igual forma y

posicioacuten distribuidas conceacutentricamente El aspecto

final es parecido al de un baloacuten de fuacutetbol Todas

han de cerrarse simeacutetricamente en una diezmillo-

neacutesima de segundo para conseguir la detonacioacuten

DEFLECTOR DE NEUTRONES Suele ser

U-238 Su funcioacuten es la que ya se explicoacute evitar

76

una reaccioacuten accidental ademaacutes refleja las partiacutecu-

las de vuelta cuando se alcanza la masa supercriacuteti-

ca

ESCUDO PROTECTOR Recibe otros nom-

bres pero su funcioacuten es siempre la de proteger de

la radiacioacuten natural tanto al personal que la maneja

como a los circuitos de la bomba que pueden su-

frir cortocircuitos o puestas en funcionamiento

accidentales

SISTEMA DE ARMADO Es otro sistema maacutes

de seguridad consistente en quitar una parte im-

prescindible de la bomba para evitar detonaciones

accidentales de modo que soacutelo cuando estaacute

proacuteximo su lanzamiento se inserta esta parte Una

analogiacutea seriacutea como si al aparcar nuestro coche le

quitaacuteramos el volante o una bujiacutea asiacute estariacuteamos

seguros de que no nos lo roban porque sin estas

partes el coche no funciona

77

12 EFECTOS DE UNA EXPLOSIOacuteN NUCLEAR

Tenemos frescas en nuestra memo-

ria las imaacutegenes que nos mostroacute la

televisioacuten cuando se produjo el ac-

cidente de Chernobyl

Aquiacute explicamos todas las conse-

cuencias de una detonacioacuten 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

78

bull Radiacioacuten nuclear inicial la altiacutesima

temperatura y la elevada presioacuten que se

genera en el interior de la explosioacuten emi-

ten radiacioacuten en todas las direcciones Esta

se compone de rayos alfa beta y gamma

que son una forma de radiacioacuten electro-

magneacutetica de alta energiacutea que puede causar

la muerte sin que el individuo se de cuenta

de que ha sido irradiado Una explosioacuten de

un megatoacuten (de tamantildeo estaacutendar) matariacutea

a todo ser humano en 15 Km a la redonda

que se encontrase al aire libre

Las partiacuteculas alfa son ideacutenticas a un nuacutecleo de

helio son las que mas larga vida tienen unos mil

antildeos pero su poder de penetracioacuten 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 radiacioacuten Con 45 cm de tierra se

consigue reducir la radiacioacuten veinte veces

Las partiacuteculas beta penetran maacutes siendo suficiente

79

38 cm de pared de ladrillo para reducir a un quin-

to la radiacioacuten (una pared moderna ya espesa se

compone de 1 pie de ladrillo maacutes caacutemara maacutes

aislante maacutes ladrillo hueco y yeso que suele que-

darse en los 37 cm)

Los de maacutes poder de penetracioacuten son las gamma

y por tanto los maacutes peligrosos ya son los que se

introducen en los refugios nucleares auacuten con

grandes espesores de hormigoacuten La uacutenica protec-

cioacuten eficaz es la de interponer grandes masas de

material mejor cuanto maacutes denso siendo el ideal

el plomo ya que pasa por los materiales como la

luz por una tela si esta es maacutes densa mayor canti-

dad de chocaraacute con ella y no la traspasaraacute Para

reducir la dosis a un veinteavo se precisan 30 cm

de hormigoacuten armado

bull Pulso electromagneacutetico La intensa acti-

vidad de los rayos gamma genera mediante

induccioacuten una corriente de alto voltaje so-

80

bre antenas viacuteas feacuterreas tuberiacuteas que des-

truye todas las instalaciones eleacutectricas de

una amplia zona si la explosioacuten se efectuacutea

a gran altura Una detonacioacuten de muchos

kilotones a 200 km sobre Omaha (Ne-

brasca) destruiriacutea todos los circuitos eleacutec-

tricos integrados de toda Norteameacuterica y

parte de Meacutejico y Canadaacute Ante el riesgo

de una detonacioacuten nuclear es conveniente

alejarse de liacuteneas eleacutectricas y viacutea feacuterreas ya

que la corriente inducida puede electrocu-

tarnos

bull Pulso teacutermico al expandirse la bola de

fuego el aire circundante absorbe energiacutea

en forma de rayos X y la irradia en forma

de una luz cegadora y un intensiacutesimo ca-

lor Una bomba de 20 Megatones produci-

riacutea una intensa luz durante 20 segundos y

causariacutea quemaduras de segundo grado a

81

cualquier persona expuesta a 45 Km de

distancia

bull Onda de choque La raacutepida expansioacuten de

la bola de fuego genera una onda de cho-

que como cualquier explosioacuten pero de

una potencia muy superior ya que puede

aplastar o barrer edificios dantildeaacutendolos muy

seriamente o destruyeacutendolos por comple-

to ya que maacutes que empujar por su dura-

cioacuten lo que hace es estrujar Una bomba

de 20 megatones no dejariacutea en un radio de

20 Km maacutes que escombros soacutelo se salva-

riacutean las cimentaciones y construcciones

enterradas

bull Primera lluvia radioactiva o lluvia ra-

diactiva local una explosioacuten de 20 mega-

tones aras de suelo produciriacutea un craacuteter de

183 m de profundidad la elevada tempe-

82

ratura vaporiza todo lo que se encuentra

dentro de la bola de fuego todo se funde

con los materiales radiactivos de la fisioacuten o

fusioacuten y se eleva con el hongo para luego

precipitar en forma de finas cenizas Esto

ocurriraacute durante las 24 h siguientes a la

explosioacuten y afectaraacute a una regioacuten maacutes o

menos amplia para una misma potencia

seguacuten la climatologiacutea El fenoacutemeno se am-

pliacutea considerablemente si la detonacioacuten se

produce cerca del suelo La energiacutea 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 maacutes destructivos los deno-

minados secundarios como incendios en masa

que acabariacutean con los pocos supervivientes y ma-

tariacutean a maacutes que el pulso teacutermico y la onda de

choque

83

Ademaacutes en caso de que se lanzaran muchas

bombas nucleares sus efectos secundarios seriacutean

mucho maacutes 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 10000 mega-

tones miacutenimos para considerar un holocausto

como tal

bull El primero de estos efectos es que la ra-

dioactividad liberada en caso de holocaus-

to penetrariacutea en todos y cada uno de los

seres vivos (y en el mar la tierra y el aire)

Mientras que en dosis altas (seguacuten la espe-

cie) produciriacutea la muerte en otras maacutes ba-

jas los efectos seriacutean de lo maacutes variados

(mutaciones esterilidad)

bull El segundo seriacutea que los materiales im-

pulsados por las detonaciones se elevariacutean

hasta la troposfera donde ocultariacutean la luz

84

del sol durante meses o antildeos haciendo ba-

jar la temperatura de la tierra y alterando la

fotosiacutentesis de los vegetales y el plancton

marino seriacutea el famoso invierno nuclear

Ademaacutes estos materiales radiactivos iriacutean

cayendo durante meses o antildeos convirtieacuten-

dose en una lluvia radiactiva global que

auacuten con menos dosis radiactiva que una

lluvia provocada por una bomba seriacutea

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

antildeos Ese 5 de energiacutea liberada por la

lluvia radiactividad en una bomba es poco

pero en los 10000 megatones de un holo-

causto suponen ya 500 megatones que iraacuten

estallando durante miles de antildeos des-

pueacutes de la cataacutestrofe

85

bull El tercero seriacutea una reduccioacuten en la capa

de ozono producida por el oacutexido de nitroacute-

geno generado por las bolas de fuego de

modo que la radiacioacuten solar que llegase a

la tierra seriacutea mortal Un 70 del ozono

desapareceriacutea en el hemisferio norte y un

40 en el sur siendo necesarios treinta

antildeos para recuperar su estado normal

86

Ejercicios 12

MODELO DE RESOLUCIOacuteN

La distribucioacuten de los electrones de un aacutetomo

en sus niveles y subniveles se puede representar en

forma abreviada de la siguiente manera

a) Un coeficiente que indica el nuacutemero del nivel

de energiacutea (n)

b) Una letra que corresponde al subnivel

c) Un supraiacutendice que sentildeala el nuacutemero de elec-

trones que hay en el subnivel

1H = 1s1

3Li = 1s2 2s1

En razoacuten del entrecruzamiento de subniveles

el orden en que se van completando los subniveles

por energiacutea creciente es el siguiente

87

1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d

4p 5s 4d 5p 6s 4f

5d 6p 7s 5f 6d

7p

Para visualizar la distribucioacuten de los electrones

en orbitales se puede representar cada orbital por

un pequentildeo cuadrado dividido por una diagonal

y cada electroacuten mediante una flecha

Entonces el orbital puede estar

Vaciacuteo incompleto completo

(1 electroacuten) (2 electrones)

En caso del orbital completo las flechas tienen

sentido contrario para indicar que los electrones

presentan spin contrario

El llenado de los orbitales por los electrones

se realiza a partir de los niveles y subniveles en

88

orden creciente de energiacutea Cada nuevo electroacuten se

incorpora a un orbital vaciacuteo

De ese modo los elementos quedan represen-

tados asiacute

1H =

1s

3Li =

1s 2s

7N =

1s 2s 2p

89

Ejercicios 121

1) Un aacutetomo de foacutesforo tiene 15 protones y 16

neutrones Indicaacute cuaacutel es su

a) nuacutemero atoacutemico (Z) b) nuacutemero

de masa (A)

2) Un aacutetomo de potasio tiene Z =19 y A = 39

Indicaacute su nuacutemero de

a) protones b) electrones

c) neutrones

3) Completaacute los datos que faltan en el siguiente

cuadro

90

ELE-

MEN-

TO

NUacute-

MERO

ATOacute-

MICO

NUacute-

MERO

DE

MASA

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) Sentildealaacute el nombre y siacutembolo de los elementos

cuyas configuraciones electroacutenicas 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) Escribiacute la configuracioacuten electroacutenica de los

siguientes elementos

91

a) Na2311 = c) O16

8 =

b) Cl3517 = d) C12

6 =

6) De acuerdo con la siguiente representacioacuten de

los electrones en orbitales indicaacute a queacute ele-

mentos corresponden

a)

b)

c)

d)

7) Representaacute la distribucioacuten de los electrones en

orbitales de los elementos

a) 7N= c) 18Ar =

b) 15AI = d) 19K =

92

Hoja de respuestas121

1) a) 15 b) 31 2) a) 19 b) 19 c) 20

3)

ELE-

MEN-

TO

NUacuteME-

RO

ATOacute-

MICO

NUacute-

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)Argoacuten Ar

d)Escandio Sc

5) a) 1S2 2S2 2p6 3s1

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)middot

94

Ejercicios 1211

Modelo de resolucioacuten

El nuacutemero de oxidacioacuten se asigna seguacuten las si-

guientes reglas

1) El nuacutemero de oxidacioacuten de los elementos en la

sustancia simple es cero

Ejemplo Cu0 02Cl

2) El nuacutemero de oxidacioacuten del oxiacutegeno es 2

excepto en las sustancias como el agua oxige-

nada Ejemplo H2

2Ominus

3) El nuacutemero de oxidacioacuten del hidroacutegeno es +1

excepto en las sustancias donde estaacute combina-

do con los metales Ejemplo 1

H+

2O

4) El nuacutemero de oxidacioacuten de un ion monoatoacute-

mico es igual a la carga del ion Ejemplo Ca2-

Cl-

95

5) En la foacutermula de una sustancia la suma alge-

braica de los nuacutemeros de oxidacioacuten de todos

los aacutetomos debe ser cero Ejemplo 1

H+

2

2Ominus

there42(+1) + (-2) = 0

6) En los iones que tienen maacutes de un aacutetomo la

suma algebraica de los nuacutemeros de oxidacioacuten

de todos los aacutetomos es igual a la carga del ion

El nuacutemero de oxidacioacuten se escribe colocando primero el signo y luego el nuacutemero

Ejemplo el nuacutemero de oxidacioacuten del aluminio es +3

1) Calculaacute los nuacutemeros de oxidacioacuten en la moleacute-

cula de dioacutexido de azufre (SO2)

Datos SO2 nuacutemero de oxidacioacuten del O2

es 2

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de S

Resolucioacuten Cada aacutetomo de oxiacutegeno tiene

nuacutemero de oxidacioacuten 2 por lo tanto el nuacute-

mero de oxidacioacuten del azufre es +4 porque

2(-2) + (+4) = 0

96

2) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten del azufre en

el aacutecido sulfuacuterico (H2SO4)

Datos H2SO2 nuacutemero de oxidacioacuten del

O2 es 2 nuacutemero de oxidacioacuten de H es -1

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de S

Resolucioacuten Se debe cumplir que la suma al-gebraica de todos los nuacutemeros de oxidacioacuten sea cero

4(-2) + 21 + x = 0

-8 + 2 + x = 0

x = 6

Respuesta el nuacutemero de oxidacioacuten del azufre

en el aacutecido sulfuacuterico es +6

3) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten del nitroacutegeno

en el nitrato de sodio (NaNO3)

Datos NaNO3 nuacutemero de oxidacioacuten del

O2 es 2

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de N

97

Resolucioacuten El nuacutemero de oxidacioacuten del

sodio es +1 porque el ion sodio tiene una car-

ga eleacutectrica positiva

+1 + 3(-2) +x = 0

1 6 + x = 0

x = 5

Respuesta el nuacutemero de oxidacioacuten del nitroacute-

geno en el nitrato de sodio es +5

4) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten del azufre en

el ion sulfato (S 24Ominus )

Datos S 24Ominus nuacutemero de oxidacioacuten del O2

es 2

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de S

Resolucioacuten La suma de los nuacutemeros de

oxidacioacuten es igual a 2 porque el ion sulfato

tiene dos cargas negativas (2-)

x + 4(-2) = -2

x 8 = -2

x = 6

98

Respuesta El nuacutemero de oxidacioacuten del azu-

fre en el ion sulfato es +6

99

Ejercicios 1212

1) Dibujaacute los siacutembolos de Lewis para los aacutetomos

de

a) He b) Al c) Si d) Ar e) N

2) iquestCoacutemo adquiere la distribucioacuten electroacutenica del

ineacutertido maacutes cercano cada uno de los siguien-

tes aacutetomos

a) K b)

F c)

S d) Mg e)

Br

3) Escribiacute las ecuaciones ioacutenicas la foacutermula elec-

troacutenica y la foacutermula miacutenima del compuesto

ioacutenico formado por

a) K y Br (bromuro de potasio)

b) Ca y O (oacutexido de calcio)

4) Marcaacute con una X las propiedades correspon-

dientes a las sustancias que presentan uniones

ioacutenicas

100

a) Son soacutelidas y tienen bajo punto de fusioacuten ( )

b) Conducen la corriente eleacutectrica fundidas o di-

sueltas en agua ( )

c) Tienen brillo metaacutelico ( )

d) Forman cristales duros y quebradizos solubles

en agua ( )

e) No conducen la corriente eleacutectrica ( )

5) Explicaacute coacutemo se unen dos aacutetomos de bromo

para formar la moleacutecula Br2 y escribiacute su

foacutermula electroacutenica y su foacutermula desarrollada

6) La foacutermula del monoacutexido de dicloro es Cl2O

a) Indicaacute queacute tipo de unioacuten existe entre el cloro y

el oxiacutegeno

b) Escribiacute su foacutermula electroacutenica y su foacutermula

desarrollada

7) El azufre y el oxiacutegeno forman dos oacutexidos

importantes el dioacutexido de azufre (SO2) y el

101

trioacutexido de azufre (SO3) Para el trioacutexido de

azufre

a) Indicaacute queacute tipo de unioacuten existe entre el azufre

y los tres aacutetomos de oxiacutegeno

b) Escribiacute la foacutermula electroacutenica

c) Escribiacute la foacutermula desarrollada

8) Marcaacute 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

liacutequidas o soacutelidas ( )

c) Son duacutectiles y maleables ( )

d) No forman moleacuteculas son agregados de

iones ( )

e) No son buenas conductoras de la corriente

eleacutectrica ( )

102

9) Coloque en el pareacutentesis UCP si la unioacuten es

covalente polar y UCNP si es covalento no

polar en cada una de las siguientes sustancias

a) cloruro de hidroacutegeno HCl ( )

b) Hidroacutegeno H2 ( )

c) yodo l2 ( )

10) Escribiacute la foacutermula electroacutenica y la foacutermula

desarrollada de cada una de las sustancias

mencionadas en el ejercicio 9

11) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten

a) del azufre (S)en el dioacutexido de azufre (SO2) en

el trioacutexido de azufre (SO3) y en el sulfuro de

sodio (Na2S)

b) del nitroacutegeno (N) en el dioacutexido de nitroacutegeno

(NO2) en el aacutecido niacutetrico (HNO3) y en el ni-

trato de potasio (KNO3)

12) Marcaacute con una X las propiedades que se expli-

can en el concepto de unioacuten metaacutelica

103

a) Tienen bajo punto de fusioacuten y de

ebullicioacuten ( )

b) Tienen brillo metaacutelico ( )

c) Conducen la corriente eleacutectrica sin

alterarse ( )

d) En estado soacutelido son malos conductores de la

corriente eleacutectrica ( )

e) Forman hilos y laacuteminas delgadas ( )

104

Hoja de respuestas 1212

1) a) He b) Al c)

Si d)

Ar e)

N

2) a) cede un electroacuten d) cede electrones c)

gana dos electrones b) y e) gana un electroacuten

3) a) Ecuaciones ioacutenicas

K K1+ + 1 e

Br + 1 e Br1-

K1+ + Br- KBr

Foacutermula electroacutenica K1+minus

1

Br

Foacutermula miacutenima KBr

b) Ecuaciones ioacutenicas

Ca Ca 2+ + 2 e

O + 2 e O2-

Ca2+ + O2- CaO

Foacutermula electroacutenica Ca2+ minus

2

O

105

Foacutermula miacutenima CaO

4) b y d

5) se unen compartiendo un par de electrones

6) a) unioacuten covalente

b) foacutermula electroacutenica

Cl

O

Cl

foacutermula desarrollada Cl O Cl

7) a) una unioacuten covalente doble entre el azufre y

uno de los aacutetomos de oxiacutegeno dos uniones cova-

lentes coordinadas con los otros dos aacutetomos de

oxiacutegeno

b) Foacutermula electroacutenica

Foacutermula desarrollada

106

8) a b y e

9) a) UCP y c) UCNP

10) Foacutermula electroacutenica Foacutermula desarrollada

a) H

Cl H Cl

b) HH H H

c)

I

I l I

11) a) +4 +6 -2 b) +4 +5 +5

12) b c y e

  • RADIACTIVIDAD
    • IacuteNDICE
      • 1 RADIACTIVIDAD NATURAL
      • 2 RELACIOacuteN ENTRE LA LEY DE LAVOISIER Y LA DE EINSTEIN
      • 3 INTERACCIONES ENTRE AacuteTOMOS Y ONDAS
      • 4 PODER DE PENETRACIOacuteN DE LA RADIACIOacuteN
      • 5 VIDA MEDIA
      • 6 RADIACTIVIDAD ARTIFICIAL
      • 7 USOS DE LOS RADIOISOacuteTOPOS
      • 8 MEDICINA NUCLEAR
      • 9 FECHADO POR MEDIO DE RADIOISOacuteTOPOS
      • 10 PLANTAS DE ENERGIacuteA NUCLEAR
      • 11 BOMBA ATOacuteMICA
      • 12 EFECTOS DE UNA EXPLOSIOacuteN NUCLEAR
        • Ejercicios 12
        • Ejercicios 121
        • Hoja de respuestas121
        • Ejercicios 1211
        • Ejercicios 1212
        • Hoja de respuestas 1212

58

tanto el lienzo no podriacutea haber existido en tiem-

pos de Cristo A diferencia de los pergaminos del

Mar Muerto para los que el fechado por carbono

14 demostroacute que son registros auteacutenticos de una

civilizacioacuten que existioacute hace unos 2000 antildeos el

sudario de Turiacuten resultoacute ser falso

FECHADO POR TRITIO

El tritio que es el isoacutetopo radiactivo del

hidroacutegeno sirve tambieacuten para fechar Su vida me-

dia de 123 antildeos lo hace uacutetil para fechar objetos de

hasta 100 antildeos de antiguumledad Una aplicacioacuten inte-

resante es el fechado de aguardientes Estas bebi-

das alcohoacutelicas son muy costosas cuando han sido

antildeejadas de 10 a 50 antildeos El fechado por tritio

permite comprobar la veracidad de los anuncios

publicitarios respecto al proceso de antildeejamiento

de las variedades maacutes caras

Hay muchos otros isoacutetopos que permiten es-

timar la antiguumledad de objetos y materiales

59

Isoacutetopo Vida me-

dia

(antildeos)

Periacuteodo de

utilidad Uso

Carbono 14 5730 500 a 50000

antildeos

Carboacuten vege-

tal material

orgaacutenico

Tritio 123 1 a 100 antildeosVinos antildeeja-

dos

Potasio 40 13 x 109 Desde 10000

antildeos

Rocas corteza

terrestre y

lunar

Renio 187 43 x1010 Desde 4 x

107 antildeos Meteoritos

Ranio238 45 x109 Desde 107

antildeos

Rocas corteza

terrestre

60

10 PLANTAS DE ENERGIacuteA NUCLEAR

iquestSabeacutes de doacutende viene esa energiacutea que nosotros usamos tanto Mucha de la energiacutea eleacutectrica es

producida por plantas nucleares de to-do el mundo

La energiacutea nuclear ha dado origen a bombas

muy destructivas y a la nociva precipitacioacuten ra-

diactiva y podriacutea incluso provocar un devastador

invierno nuclear Sin embargo una cantidad mu-

cho mayor de personas han recibido beneficios de

la energiacutea nuclear que las que han sido perjudica-

das por ella El hecho es que existen muchos usos

de la energiacutea nuclear que son sumamente beneacutefi-

61

cos Ya conocemos el uso de isoacutetopos radiactivos

en el diagnoacutestico cliacutenico y en el fechado de obje-

tos de antiguumledad desconocida Otro uso paciacutefico

de la energiacutea nuclear es la generacioacuten de electri-

cidad Una gran parte de la energiacutea eleacutectrica que

se utiliza hoy en diacutea se genera en plantas de ener-

giacutea nuclear

En la actualidad una quinta parte de toda la

electricidad que se produce en Estados Unidos

proviene de plantas de energiacutea nuclear En Euro-

pa la dependencia respecto a la energiacutea nuclear

para la produccioacuten de electricidad es auacuten mayor

En Francia por ejemplo maacutes del 70 de la ener-

giacutea eleacutectrica del paiacutes proviene de plantas nuclea-

res

No es sorprendente que una reaccioacuten que

desprende tanta energiacutea como lo hace la fisioacuten

nuclear se use como fuente de energiacutea para gene-

rar electricidad En las plantas de energiacutea nuclear

se usa el calor obtenido de una reaccioacuten de fisioacuten

62

en cadena controlada para producir vapor de

agua que mueve las turbinas generadoras de elec-

tricidad El combustible nuclear es normalmente

oacutexido de uranio U3O8 enriquecido hasta alrede-

dor de 3 de uranio 235

La energiacutea nuclear es mucho maacutes limpia que la

que se obtiene quemando combustibles foacutesiles

(carboacuten petroacuteleo y gas) no produce cenizas finas

ni holliacuten no forma dioacutexido de carbono que con-

tribuye al efecto de invernadero y al calentamiento

global y no contamina el aire con oacutexidos de azu-

fre y de nitroacutegeno que dan origen a la lluvia aacutecida

Por otra parte emite grandes cantidades de calor

residual en el ambiente y lo que es mucho maacutes

serio produce muchos residuos radiactivos La

eliminacioacuten de todos estos materiales radiactivos

de desecho es uno de los problemas constantes

que se tienen en relacioacuten con las plantas de energiacutea

nuclear

63

11 BOMBA ATOacuteMICA

Todos sabemos los desastres que pue-

den causar la detonacioacuten de una bomba

nuclear

Aquiacute presentamos la explicacioacuten teoacuterica

y coacutemo se pone en praacutectica

COacuteMO FUNCIONA UNA BOMBA NUCLEAR EN LA

TEORIacuteA

El 16 de Julio de 1945 estalloacute la primera bomba

atoacutemica en el campo de pruebas de Trinity cerca

de aacutelamo Gordo (Nuevo Meacutejico) Desde ese pre-

64

ciso instante la historia de la humanidad ha pasado

a una nueva era la era nuclear

Nunca hasta entonces se habiacutean tenido los cono-

cimientos necesarios como para saber que la masa

puede convertirse en grandes cantidades de ener-

giacutea y coacutemo podiacutea realizarse ese proceso hasta

entonces reservado tan soacutelo a las estrellas

La famosa foacutermula de Einstein E = mc2 ha pasa-

do ya ha formar parte de la cultura popular auacuten sin

que en realidad se llegue a saber que implica

Donde E es energiacutea m masa y c la velocidad de la

luz (constante) En esta ecuacioacuten se expresa la

relacioacuten de equivalencia entre masa y energiacutea Por

ejemplo haciendo algunas cuentas se ve que con

un gramo de uranio si se convirtiese totalmente

en energiacutea se obtendriacutean 25 millones de Kw

Aplicado como una bomba nuclear basta decir

que para asolar Hiroshima soacutelo se convirtioacute un

65

gramo de masa (aunque toda la bomba como me-

canismo pesara cuatro toneladas) su potencia fue

de 125 kilotones es decir para igualar su potencia

seriacutean 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 combustibles

de fisioacuten Cuando en un espacio se reuacutene la sufi-

ciente cantidad de materia (denominada masa criacute-

tica) se produce una reaccioacuten en cadena espontaacute-

nea esto es el nuacutecleo de los aacutetomos del material

se divide liberando energiacutea y varios neutrones

raacutepidos que provocan que otros nuacutecleos tam-

bieacuten se dividan y liberen maacutes energiacutea y neutrones

Este proceso se denomina fisioacuten nuclear Sin em-

bargo si la densidad no es suficiente la energiacutea

liberada hace que el material se expanda y se de-

tenga el proceso Para evitar que se pare la reac-

cioacuten se recurre a una materia muy densa de por siacute

(isoacutetopos del uranio y plutonio) que ademaacutes se

comprime de manera muy raacutepida para lograr una

66

altiacutesima densidad que permite que los neutrones

raacutepidos choquen antes con otros nuacutecleos y se

produzcan antes el mayor nuacutemero 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 maacutes energiacutea Para una

explosioacuten de 100 kilotones son necesarias 58 ge-

neraciones las 7 uacuteltimas generan el 999 de la

energiacutea en periodo cortiacutesimo de tiempo Tambieacuten

puede liberarse energiacutea con la fusioacuten en este pro-

ceso los nuacutecleos se unen en vez de separarse pero

se requieren altiacutesimas temperaturas (del orden de

millones de grados) para que este proceso se lleve

a cabo Para esta reaccioacuten se usan aacutetomos ligeros

(maacutes faacuteciles de unir) generalmente hidroacutegeno o

sus isoacutetopos (deuterio y tritio) Para unir dos aacuteto-

mos basta con hacerlos chocar Los protones de

cada aacutetomo 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

67

fusioacuten deben comprimirse fuertemente los nuacute-

cleos y una vez hecho soacutelo podraacuten continuar uni-

dos si pierden un equivalente de la energiacutea que les

hizo apretarse En el caso de usar deuterio y tritio

se libera violentamente un neutroacuten Esta energiacutea

liberada es la que forma una bomba de fusioacuten

tambieacuten denominada bomba H

COMO FUNCIONA UNA BOMBA ATO-MICA EN LA PRACTICA

Sea cual fuere el sistema de funcionamiento de

una bomba nuclear (fusioacuten o fisioacuten) una cantidad

de masa se convierte en energiacutea la potencia soacutelo

depende de la capacidad de la ingenieriacutea para con-

vertir maacutes masa antes de que la reaccioacuten disperse

las moleacuteculas en teoriacutea la potencia es por tanto

ilimitada

Una bomba nuclear consiste baacutesicamente en una

esfera hueca de plutonio que no es lo suficiente-

68

mente densa como para producir una reaccioacuten 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 explosioacuten se disparan los detonado-

res que hacen que el material explosivo estalle de

la manera lo maacutes regular posible para que enviacutee

una onda de choque esfeacuterica hacia el plutonio

Cuando eacutesta impacta contra eacutel lo comprime y re-

duce su volumen empujaacutendolo hacia el centro de

la esfera hasta que alcanza una densidad suficiente

(supercriacutetica) y se dispara el iniciador de neutrones

para comenzar la reaccioacuten en cadena que da lugar

a la explosioacuten nuclear

Las bombas termonucleares de fusioacuten o H nece-

sitan de una gran temperatura para que se puedan

unir los nuacutecleos esto se consigue en el interior de

una explosioacuten de fisioacuten que es el comienzo de

toda bomba H

69

Una vez acabada la reaccioacuten de fusioacuten nos encon-

traremos con una esfera expandida con una tem-

peratura de millones de grados en la que existen

los productos de la fusioacuten (litio e isoacutetopos del

hidroacutegeno) Tal es su velocidad que pueden fun-

dirse unos con otros dando lugar a la reaccioacuten de

fusioacuten Esta reaccioacuten genera maacutes energiacutea que la

anterior y libera gran cantidad de partiacuteculas nu-

cleares pero no es una reaccioacuten en cadena ya que

el propio calor que genera hace que las partiacuteculas

se separen y se expandan en forma de una esfera

de plasma con una temperatura que tan soacutelo expe-

rimenta el universo de manera natural en las estre-

llas En nuestro sol por ejemplo ocurren la fusioacuten

nuclear de hidroacutegeno y helio Pero antes de que la

reaccioacuten se extinga los neutrones generados por

las detonaciones anteriores provocan de nuevo

una reaccioacuten de fusioacuten sobre una camisa de U-

238 pero esta vez mucho mayor que las anterio-

res La potencia de una bomba termonuclear care-

ce de liacutemite una bomba como la de Hiroshima de

70

125 kilotones (un kilotoacuten equivale a 1000 tonela-

das de TNT) se considera dentro de los arsenales

modernos como pequentildea siendo las de un mega-

toacuten (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 la

Segunda Guerra Mundial

Para la construccioacuten de una bomba nuclear nor-

malmente se usa U-235 mezclado con U-238 El

primero no forma parte de la reaccioacuten nuclear

sino que es el segundo el que es fisionable de ma-

nera espontaacutenea emitiendo neutrones que son

absorbidos por el U-235 para evitar que se pro-

duzca de manera accidental la reaccioacuten en cadena

Asiacute el U-235 hace de escudo absorbiendo los neu-

trones del U-238 que es el que produce la detona-

cioacuten 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

71

reactores nucleares a partir del U-238

La desintegracioacuten del uranio en la reaccioacuten en

cadena se produce de manera espontaacutenea para una

masa de 50 Kg si eacuteste elemento es puro El pluto-

nio no es capaz por si solo de comenzar una raacutepi-

da reaccioacuten en cadena de modo que se mezcla de

berilo y polonio dando como resultado un pro-

ducto que aunque no es fisionable por si solo una

pequentildea cantidad actuacutea como catalizador para las

grandes reacciones Asiacute bastan 16 Kg de PU-239

para obtener la masa supercriacutetica y 10 Kg si se

mezcla con U-238

El U-235 es muy difiacutecil de extraer por encontrarse

en la naturaleza muy mezclado con otros com-

puestos Asiacute por cada 25000 toneladas de mineral

de uranio bruto soacutelo se obtienen 50 toneladas de

uranio del que el 993 es U-235 y el resto el

rariacutesimo isoacutetopo U-238 ambos soacutelo se pueden

separar de manera mecaacutenica gracias a la leviacutesima

72

diferencia de peso entre ambos Asiacute el uranio se

mezcla en forma gaseosa con fluor (hexafluoriacutedri-

co) que es impulsado a baja presioacuten hacieacutendolo

pasar por unas caacutemaras que aumentan la concen-

tracioacuten de uranio sensiblemente tras cientos de

pasadas Para una central nuclear la pureza ha de

ser del 2 y para una bomba (teoacutericamente) el

95

Para separar el isoacutetopo se recurre a la centrifuga-

cioacuten del gas siendo el maacutes pesado U-238 despedi-

do hacia el exterior con maacutes fuerza Para obtener

otra vez el uranio separado del gas se recurre a la

separacioacuten magneacutetica

MECANISMOS QUE SUELEN COMPONER UNA

BOMBA NUCLEAR

Los mecanismos que suelen componer una bom-

ba nuclear son los siguientes

73

ALTIacuteMETRO No suele usarse el baromeacutetrico

por verse afectado por las condiciones atmosfeacuteri-

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 seguacuten el tiempo transcu-

rrido en el recorrido puede saberse la altura sin

necesidad de complicar maacutes el sistema para dar

una precisioacuten que en realidad no es importante (2

o 3 m de diferencia no son apreciables maacutes que

en minibombas bastante menores que las de

Hiroshima) siendo la altura normal de detonacioacuten

la de 2000 m

En la praacutectica 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 electroacute-

nicamente para obtener la diferencia de ambas

que es proporcional a la altura Los pulsos suelen

emitirse 120 veces por segundo y alcanzan un

74

rango de 3000 m sobre la tierra y 6000 m sobre

el mar (la reflexioacuten es alliacute mejor) siendo su error

de hasta 15 m

CABEZA DETONADORA Como ya se dijo

estaacute compuesta de una carga explosiva muy bien

calibrada que a la orden del altiacutemetro detona

produciendo una onda de choque uniforme sobre

el elemento radioactivo comprimieacutendolo hasta

alcanzar la masa supercriacutetica

Compantildeiacuteas privadas producen camisas explosivas

que modificadas pueden ser usadas para la fabri-

cacioacuten del objeto que nos ocupa La cantidad de

presioacuten necesaria a aplicar es un secreto por razo-

nes de seguridad aunque se sabe que los explosi-

vos plaacutesticos son ideales sobre todo por su malea-

bilidad y facilidad de manejo

El detonador variacutea si es combustible es uranio o

plutonio

75

DETONADOR DE URANIO La masa total se

divide en dos partes una mayor de forma semies-

feacuterica y coacutencava que se acopla perfectamente con

la otra maacutes pequentildea Como es de suponer ambas

se encuentran separadas hasta el momento de la

detonacioacuten en el que una explosioacuten convencional

dispara la parte pequentildea que impacta contra la

mayor para lograr en un instante la masa supercriacute-

tica

DETONADOR DE PLUTONIO Necesita

una precisioacuten de ingenieriacutea mucho mayor que la

anterior ya que estaacute compuesta de 32 secciones de

plutonio-berilio-polonio todas de igual forma y

posicioacuten distribuidas conceacutentricamente El aspecto

final es parecido al de un baloacuten de fuacutetbol Todas

han de cerrarse simeacutetricamente en una diezmillo-

neacutesima de segundo para conseguir la detonacioacuten

DEFLECTOR DE NEUTRONES Suele ser

U-238 Su funcioacuten es la que ya se explicoacute evitar

76

una reaccioacuten accidental ademaacutes refleja las partiacutecu-

las de vuelta cuando se alcanza la masa supercriacuteti-

ca

ESCUDO PROTECTOR Recibe otros nom-

bres pero su funcioacuten es siempre la de proteger de

la radiacioacuten natural tanto al personal que la maneja

como a los circuitos de la bomba que pueden su-

frir cortocircuitos o puestas en funcionamiento

accidentales

SISTEMA DE ARMADO Es otro sistema maacutes

de seguridad consistente en quitar una parte im-

prescindible de la bomba para evitar detonaciones

accidentales de modo que soacutelo cuando estaacute

proacuteximo su lanzamiento se inserta esta parte Una

analogiacutea seriacutea como si al aparcar nuestro coche le

quitaacuteramos el volante o una bujiacutea asiacute estariacuteamos

seguros de que no nos lo roban porque sin estas

partes el coche no funciona

77

12 EFECTOS DE UNA EXPLOSIOacuteN NUCLEAR

Tenemos frescas en nuestra memo-

ria las imaacutegenes que nos mostroacute la

televisioacuten cuando se produjo el ac-

cidente de Chernobyl

Aquiacute explicamos todas las conse-

cuencias de una detonacioacuten 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

78

bull Radiacioacuten nuclear inicial la altiacutesima

temperatura y la elevada presioacuten que se

genera en el interior de la explosioacuten emi-

ten radiacioacuten en todas las direcciones Esta

se compone de rayos alfa beta y gamma

que son una forma de radiacioacuten electro-

magneacutetica de alta energiacutea que puede causar

la muerte sin que el individuo se de cuenta

de que ha sido irradiado Una explosioacuten de

un megatoacuten (de tamantildeo estaacutendar) matariacutea

a todo ser humano en 15 Km a la redonda

que se encontrase al aire libre

Las partiacuteculas alfa son ideacutenticas a un nuacutecleo de

helio son las que mas larga vida tienen unos mil

antildeos pero su poder de penetracioacuten 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 radiacioacuten Con 45 cm de tierra se

consigue reducir la radiacioacuten veinte veces

Las partiacuteculas beta penetran maacutes siendo suficiente

79

38 cm de pared de ladrillo para reducir a un quin-

to la radiacioacuten (una pared moderna ya espesa se

compone de 1 pie de ladrillo maacutes caacutemara maacutes

aislante maacutes ladrillo hueco y yeso que suele que-

darse en los 37 cm)

Los de maacutes poder de penetracioacuten son las gamma

y por tanto los maacutes peligrosos ya son los que se

introducen en los refugios nucleares auacuten con

grandes espesores de hormigoacuten La uacutenica protec-

cioacuten eficaz es la de interponer grandes masas de

material mejor cuanto maacutes denso siendo el ideal

el plomo ya que pasa por los materiales como la

luz por una tela si esta es maacutes densa mayor canti-

dad de chocaraacute con ella y no la traspasaraacute Para

reducir la dosis a un veinteavo se precisan 30 cm

de hormigoacuten armado

bull Pulso electromagneacutetico La intensa acti-

vidad de los rayos gamma genera mediante

induccioacuten una corriente de alto voltaje so-

80

bre antenas viacuteas feacuterreas tuberiacuteas que des-

truye todas las instalaciones eleacutectricas de

una amplia zona si la explosioacuten se efectuacutea

a gran altura Una detonacioacuten de muchos

kilotones a 200 km sobre Omaha (Ne-

brasca) destruiriacutea todos los circuitos eleacutec-

tricos integrados de toda Norteameacuterica y

parte de Meacutejico y Canadaacute Ante el riesgo

de una detonacioacuten nuclear es conveniente

alejarse de liacuteneas eleacutectricas y viacutea feacuterreas ya

que la corriente inducida puede electrocu-

tarnos

bull Pulso teacutermico al expandirse la bola de

fuego el aire circundante absorbe energiacutea

en forma de rayos X y la irradia en forma

de una luz cegadora y un intensiacutesimo ca-

lor Una bomba de 20 Megatones produci-

riacutea una intensa luz durante 20 segundos y

causariacutea quemaduras de segundo grado a

81

cualquier persona expuesta a 45 Km de

distancia

bull Onda de choque La raacutepida expansioacuten de

la bola de fuego genera una onda de cho-

que como cualquier explosioacuten pero de

una potencia muy superior ya que puede

aplastar o barrer edificios dantildeaacutendolos muy

seriamente o destruyeacutendolos por comple-

to ya que maacutes que empujar por su dura-

cioacuten lo que hace es estrujar Una bomba

de 20 megatones no dejariacutea en un radio de

20 Km maacutes que escombros soacutelo se salva-

riacutean las cimentaciones y construcciones

enterradas

bull Primera lluvia radioactiva o lluvia ra-

diactiva local una explosioacuten de 20 mega-

tones aras de suelo produciriacutea un craacuteter de

183 m de profundidad la elevada tempe-

82

ratura vaporiza todo lo que se encuentra

dentro de la bola de fuego todo se funde

con los materiales radiactivos de la fisioacuten o

fusioacuten y se eleva con el hongo para luego

precipitar en forma de finas cenizas Esto

ocurriraacute durante las 24 h siguientes a la

explosioacuten y afectaraacute a una regioacuten maacutes o

menos amplia para una misma potencia

seguacuten la climatologiacutea El fenoacutemeno se am-

pliacutea considerablemente si la detonacioacuten se

produce cerca del suelo La energiacutea 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 maacutes destructivos los deno-

minados secundarios como incendios en masa

que acabariacutean con los pocos supervivientes y ma-

tariacutean a maacutes que el pulso teacutermico y la onda de

choque

83

Ademaacutes en caso de que se lanzaran muchas

bombas nucleares sus efectos secundarios seriacutean

mucho maacutes 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 10000 mega-

tones miacutenimos para considerar un holocausto

como tal

bull El primero de estos efectos es que la ra-

dioactividad liberada en caso de holocaus-

to penetrariacutea en todos y cada uno de los

seres vivos (y en el mar la tierra y el aire)

Mientras que en dosis altas (seguacuten la espe-

cie) produciriacutea la muerte en otras maacutes ba-

jas los efectos seriacutean de lo maacutes variados

(mutaciones esterilidad)

bull El segundo seriacutea que los materiales im-

pulsados por las detonaciones se elevariacutean

hasta la troposfera donde ocultariacutean la luz

84

del sol durante meses o antildeos haciendo ba-

jar la temperatura de la tierra y alterando la

fotosiacutentesis de los vegetales y el plancton

marino seriacutea el famoso invierno nuclear

Ademaacutes estos materiales radiactivos iriacutean

cayendo durante meses o antildeos convirtieacuten-

dose en una lluvia radiactiva global que

auacuten con menos dosis radiactiva que una

lluvia provocada por una bomba seriacutea

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

antildeos Ese 5 de energiacutea liberada por la

lluvia radiactividad en una bomba es poco

pero en los 10000 megatones de un holo-

causto suponen ya 500 megatones que iraacuten

estallando durante miles de antildeos des-

pueacutes de la cataacutestrofe

85

bull El tercero seriacutea una reduccioacuten en la capa

de ozono producida por el oacutexido de nitroacute-

geno generado por las bolas de fuego de

modo que la radiacioacuten solar que llegase a

la tierra seriacutea mortal Un 70 del ozono

desapareceriacutea en el hemisferio norte y un

40 en el sur siendo necesarios treinta

antildeos para recuperar su estado normal

86

Ejercicios 12

MODELO DE RESOLUCIOacuteN

La distribucioacuten de los electrones de un aacutetomo

en sus niveles y subniveles se puede representar en

forma abreviada de la siguiente manera

a) Un coeficiente que indica el nuacutemero del nivel

de energiacutea (n)

b) Una letra que corresponde al subnivel

c) Un supraiacutendice que sentildeala el nuacutemero de elec-

trones que hay en el subnivel

1H = 1s1

3Li = 1s2 2s1

En razoacuten del entrecruzamiento de subniveles

el orden en que se van completando los subniveles

por energiacutea creciente es el siguiente

87

1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d

4p 5s 4d 5p 6s 4f

5d 6p 7s 5f 6d

7p

Para visualizar la distribucioacuten de los electrones

en orbitales se puede representar cada orbital por

un pequentildeo cuadrado dividido por una diagonal

y cada electroacuten mediante una flecha

Entonces el orbital puede estar

Vaciacuteo incompleto completo

(1 electroacuten) (2 electrones)

En caso del orbital completo las flechas tienen

sentido contrario para indicar que los electrones

presentan spin contrario

El llenado de los orbitales por los electrones

se realiza a partir de los niveles y subniveles en

88

orden creciente de energiacutea Cada nuevo electroacuten se

incorpora a un orbital vaciacuteo

De ese modo los elementos quedan represen-

tados asiacute

1H =

1s

3Li =

1s 2s

7N =

1s 2s 2p

89

Ejercicios 121

1) Un aacutetomo de foacutesforo tiene 15 protones y 16

neutrones Indicaacute cuaacutel es su

a) nuacutemero atoacutemico (Z) b) nuacutemero

de masa (A)

2) Un aacutetomo de potasio tiene Z =19 y A = 39

Indicaacute su nuacutemero de

a) protones b) electrones

c) neutrones

3) Completaacute los datos que faltan en el siguiente

cuadro

90

ELE-

MEN-

TO

NUacute-

MERO

ATOacute-

MICO

NUacute-

MERO

DE

MASA

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) Sentildealaacute el nombre y siacutembolo de los elementos

cuyas configuraciones electroacutenicas 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) Escribiacute la configuracioacuten electroacutenica de los

siguientes elementos

91

a) Na2311 = c) O16

8 =

b) Cl3517 = d) C12

6 =

6) De acuerdo con la siguiente representacioacuten de

los electrones en orbitales indicaacute a queacute ele-

mentos corresponden

a)

b)

c)

d)

7) Representaacute la distribucioacuten de los electrones en

orbitales de los elementos

a) 7N= c) 18Ar =

b) 15AI = d) 19K =

92

Hoja de respuestas121

1) a) 15 b) 31 2) a) 19 b) 19 c) 20

3)

ELE-

MEN-

TO

NUacuteME-

RO

ATOacute-

MICO

NUacute-

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)Argoacuten Ar

d)Escandio Sc

5) a) 1S2 2S2 2p6 3s1

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)middot

94

Ejercicios 1211

Modelo de resolucioacuten

El nuacutemero de oxidacioacuten se asigna seguacuten las si-

guientes reglas

1) El nuacutemero de oxidacioacuten de los elementos en la

sustancia simple es cero

Ejemplo Cu0 02Cl

2) El nuacutemero de oxidacioacuten del oxiacutegeno es 2

excepto en las sustancias como el agua oxige-

nada Ejemplo H2

2Ominus

3) El nuacutemero de oxidacioacuten del hidroacutegeno es +1

excepto en las sustancias donde estaacute combina-

do con los metales Ejemplo 1

H+

2O

4) El nuacutemero de oxidacioacuten de un ion monoatoacute-

mico es igual a la carga del ion Ejemplo Ca2-

Cl-

95

5) En la foacutermula de una sustancia la suma alge-

braica de los nuacutemeros de oxidacioacuten de todos

los aacutetomos debe ser cero Ejemplo 1

H+

2

2Ominus

there42(+1) + (-2) = 0

6) En los iones que tienen maacutes de un aacutetomo la

suma algebraica de los nuacutemeros de oxidacioacuten

de todos los aacutetomos es igual a la carga del ion

El nuacutemero de oxidacioacuten se escribe colocando primero el signo y luego el nuacutemero

Ejemplo el nuacutemero de oxidacioacuten del aluminio es +3

1) Calculaacute los nuacutemeros de oxidacioacuten en la moleacute-

cula de dioacutexido de azufre (SO2)

Datos SO2 nuacutemero de oxidacioacuten del O2

es 2

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de S

Resolucioacuten Cada aacutetomo de oxiacutegeno tiene

nuacutemero de oxidacioacuten 2 por lo tanto el nuacute-

mero de oxidacioacuten del azufre es +4 porque

2(-2) + (+4) = 0

96

2) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten del azufre en

el aacutecido sulfuacuterico (H2SO4)

Datos H2SO2 nuacutemero de oxidacioacuten del

O2 es 2 nuacutemero de oxidacioacuten de H es -1

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de S

Resolucioacuten Se debe cumplir que la suma al-gebraica de todos los nuacutemeros de oxidacioacuten sea cero

4(-2) + 21 + x = 0

-8 + 2 + x = 0

x = 6

Respuesta el nuacutemero de oxidacioacuten del azufre

en el aacutecido sulfuacuterico es +6

3) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten del nitroacutegeno

en el nitrato de sodio (NaNO3)

Datos NaNO3 nuacutemero de oxidacioacuten del

O2 es 2

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de N

97

Resolucioacuten El nuacutemero de oxidacioacuten del

sodio es +1 porque el ion sodio tiene una car-

ga eleacutectrica positiva

+1 + 3(-2) +x = 0

1 6 + x = 0

x = 5

Respuesta el nuacutemero de oxidacioacuten del nitroacute-

geno en el nitrato de sodio es +5

4) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten del azufre en

el ion sulfato (S 24Ominus )

Datos S 24Ominus nuacutemero de oxidacioacuten del O2

es 2

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de S

Resolucioacuten La suma de los nuacutemeros de

oxidacioacuten es igual a 2 porque el ion sulfato

tiene dos cargas negativas (2-)

x + 4(-2) = -2

x 8 = -2

x = 6

98

Respuesta El nuacutemero de oxidacioacuten del azu-

fre en el ion sulfato es +6

99

Ejercicios 1212

1) Dibujaacute los siacutembolos de Lewis para los aacutetomos

de

a) He b) Al c) Si d) Ar e) N

2) iquestCoacutemo adquiere la distribucioacuten electroacutenica del

ineacutertido maacutes cercano cada uno de los siguien-

tes aacutetomos

a) K b)

F c)

S d) Mg e)

Br

3) Escribiacute las ecuaciones ioacutenicas la foacutermula elec-

troacutenica y la foacutermula miacutenima del compuesto

ioacutenico formado por

a) K y Br (bromuro de potasio)

b) Ca y O (oacutexido de calcio)

4) Marcaacute con una X las propiedades correspon-

dientes a las sustancias que presentan uniones

ioacutenicas

100

a) Son soacutelidas y tienen bajo punto de fusioacuten ( )

b) Conducen la corriente eleacutectrica fundidas o di-

sueltas en agua ( )

c) Tienen brillo metaacutelico ( )

d) Forman cristales duros y quebradizos solubles

en agua ( )

e) No conducen la corriente eleacutectrica ( )

5) Explicaacute coacutemo se unen dos aacutetomos de bromo

para formar la moleacutecula Br2 y escribiacute su

foacutermula electroacutenica y su foacutermula desarrollada

6) La foacutermula del monoacutexido de dicloro es Cl2O

a) Indicaacute queacute tipo de unioacuten existe entre el cloro y

el oxiacutegeno

b) Escribiacute su foacutermula electroacutenica y su foacutermula

desarrollada

7) El azufre y el oxiacutegeno forman dos oacutexidos

importantes el dioacutexido de azufre (SO2) y el

101

trioacutexido de azufre (SO3) Para el trioacutexido de

azufre

a) Indicaacute queacute tipo de unioacuten existe entre el azufre

y los tres aacutetomos de oxiacutegeno

b) Escribiacute la foacutermula electroacutenica

c) Escribiacute la foacutermula desarrollada

8) Marcaacute 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

liacutequidas o soacutelidas ( )

c) Son duacutectiles y maleables ( )

d) No forman moleacuteculas son agregados de

iones ( )

e) No son buenas conductoras de la corriente

eleacutectrica ( )

102

9) Coloque en el pareacutentesis UCP si la unioacuten es

covalente polar y UCNP si es covalento no

polar en cada una de las siguientes sustancias

a) cloruro de hidroacutegeno HCl ( )

b) Hidroacutegeno H2 ( )

c) yodo l2 ( )

10) Escribiacute la foacutermula electroacutenica y la foacutermula

desarrollada de cada una de las sustancias

mencionadas en el ejercicio 9

11) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten

a) del azufre (S)en el dioacutexido de azufre (SO2) en

el trioacutexido de azufre (SO3) y en el sulfuro de

sodio (Na2S)

b) del nitroacutegeno (N) en el dioacutexido de nitroacutegeno

(NO2) en el aacutecido niacutetrico (HNO3) y en el ni-

trato de potasio (KNO3)

12) Marcaacute con una X las propiedades que se expli-

can en el concepto de unioacuten metaacutelica

103

a) Tienen bajo punto de fusioacuten y de

ebullicioacuten ( )

b) Tienen brillo metaacutelico ( )

c) Conducen la corriente eleacutectrica sin

alterarse ( )

d) En estado soacutelido son malos conductores de la

corriente eleacutectrica ( )

e) Forman hilos y laacuteminas delgadas ( )

104

Hoja de respuestas 1212

1) a) He b) Al c)

Si d)

Ar e)

N

2) a) cede un electroacuten d) cede electrones c)

gana dos electrones b) y e) gana un electroacuten

3) a) Ecuaciones ioacutenicas

K K1+ + 1 e

Br + 1 e Br1-

K1+ + Br- KBr

Foacutermula electroacutenica K1+minus

1

Br

Foacutermula miacutenima KBr

b) Ecuaciones ioacutenicas

Ca Ca 2+ + 2 e

O + 2 e O2-

Ca2+ + O2- CaO

Foacutermula electroacutenica Ca2+ minus

2

O

105

Foacutermula miacutenima CaO

4) b y d

5) se unen compartiendo un par de electrones

6) a) unioacuten covalente

b) foacutermula electroacutenica

Cl

O

Cl

foacutermula desarrollada Cl O Cl

7) a) una unioacuten covalente doble entre el azufre y

uno de los aacutetomos de oxiacutegeno dos uniones cova-

lentes coordinadas con los otros dos aacutetomos de

oxiacutegeno

b) Foacutermula electroacutenica

Foacutermula desarrollada

106

8) a b y e

9) a) UCP y c) UCNP

10) Foacutermula electroacutenica Foacutermula desarrollada

a) H

Cl H Cl

b) HH H H

c)

I

I l I

11) a) +4 +6 -2 b) +4 +5 +5

12) b c y e

  • RADIACTIVIDAD
    • IacuteNDICE
      • 1 RADIACTIVIDAD NATURAL
      • 2 RELACIOacuteN ENTRE LA LEY DE LAVOISIER Y LA DE EINSTEIN
      • 3 INTERACCIONES ENTRE AacuteTOMOS Y ONDAS
      • 4 PODER DE PENETRACIOacuteN DE LA RADIACIOacuteN
      • 5 VIDA MEDIA
      • 6 RADIACTIVIDAD ARTIFICIAL
      • 7 USOS DE LOS RADIOISOacuteTOPOS
      • 8 MEDICINA NUCLEAR
      • 9 FECHADO POR MEDIO DE RADIOISOacuteTOPOS
      • 10 PLANTAS DE ENERGIacuteA NUCLEAR
      • 11 BOMBA ATOacuteMICA
      • 12 EFECTOS DE UNA EXPLOSIOacuteN NUCLEAR
        • Ejercicios 12
        • Ejercicios 121
        • Hoja de respuestas121
        • Ejercicios 1211
        • Ejercicios 1212
        • Hoja de respuestas 1212

59

Isoacutetopo Vida me-

dia

(antildeos)

Periacuteodo de

utilidad Uso

Carbono 14 5730 500 a 50000

antildeos

Carboacuten vege-

tal material

orgaacutenico

Tritio 123 1 a 100 antildeosVinos antildeeja-

dos

Potasio 40 13 x 109 Desde 10000

antildeos

Rocas corteza

terrestre y

lunar

Renio 187 43 x1010 Desde 4 x

107 antildeos Meteoritos

Ranio238 45 x109 Desde 107

antildeos

Rocas corteza

terrestre

60

10 PLANTAS DE ENERGIacuteA NUCLEAR

iquestSabeacutes de doacutende viene esa energiacutea que nosotros usamos tanto Mucha de la energiacutea eleacutectrica es

producida por plantas nucleares de to-do el mundo

La energiacutea nuclear ha dado origen a bombas

muy destructivas y a la nociva precipitacioacuten ra-

diactiva y podriacutea incluso provocar un devastador

invierno nuclear Sin embargo una cantidad mu-

cho mayor de personas han recibido beneficios de

la energiacutea nuclear que las que han sido perjudica-

das por ella El hecho es que existen muchos usos

de la energiacutea nuclear que son sumamente beneacutefi-

61

cos Ya conocemos el uso de isoacutetopos radiactivos

en el diagnoacutestico cliacutenico y en el fechado de obje-

tos de antiguumledad desconocida Otro uso paciacutefico

de la energiacutea nuclear es la generacioacuten de electri-

cidad Una gran parte de la energiacutea eleacutectrica que

se utiliza hoy en diacutea se genera en plantas de ener-

giacutea nuclear

En la actualidad una quinta parte de toda la

electricidad que se produce en Estados Unidos

proviene de plantas de energiacutea nuclear En Euro-

pa la dependencia respecto a la energiacutea nuclear

para la produccioacuten de electricidad es auacuten mayor

En Francia por ejemplo maacutes del 70 de la ener-

giacutea eleacutectrica del paiacutes proviene de plantas nuclea-

res

No es sorprendente que una reaccioacuten que

desprende tanta energiacutea como lo hace la fisioacuten

nuclear se use como fuente de energiacutea para gene-

rar electricidad En las plantas de energiacutea nuclear

se usa el calor obtenido de una reaccioacuten de fisioacuten

62

en cadena controlada para producir vapor de

agua que mueve las turbinas generadoras de elec-

tricidad El combustible nuclear es normalmente

oacutexido de uranio U3O8 enriquecido hasta alrede-

dor de 3 de uranio 235

La energiacutea nuclear es mucho maacutes limpia que la

que se obtiene quemando combustibles foacutesiles

(carboacuten petroacuteleo y gas) no produce cenizas finas

ni holliacuten no forma dioacutexido de carbono que con-

tribuye al efecto de invernadero y al calentamiento

global y no contamina el aire con oacutexidos de azu-

fre y de nitroacutegeno que dan origen a la lluvia aacutecida

Por otra parte emite grandes cantidades de calor

residual en el ambiente y lo que es mucho maacutes

serio produce muchos residuos radiactivos La

eliminacioacuten de todos estos materiales radiactivos

de desecho es uno de los problemas constantes

que se tienen en relacioacuten con las plantas de energiacutea

nuclear

63

11 BOMBA ATOacuteMICA

Todos sabemos los desastres que pue-

den causar la detonacioacuten de una bomba

nuclear

Aquiacute presentamos la explicacioacuten teoacuterica

y coacutemo se pone en praacutectica

COacuteMO FUNCIONA UNA BOMBA NUCLEAR EN LA

TEORIacuteA

El 16 de Julio de 1945 estalloacute la primera bomba

atoacutemica en el campo de pruebas de Trinity cerca

de aacutelamo Gordo (Nuevo Meacutejico) Desde ese pre-

64

ciso instante la historia de la humanidad ha pasado

a una nueva era la era nuclear

Nunca hasta entonces se habiacutean tenido los cono-

cimientos necesarios como para saber que la masa

puede convertirse en grandes cantidades de ener-

giacutea y coacutemo podiacutea realizarse ese proceso hasta

entonces reservado tan soacutelo a las estrellas

La famosa foacutermula de Einstein E = mc2 ha pasa-

do ya ha formar parte de la cultura popular auacuten sin

que en realidad se llegue a saber que implica

Donde E es energiacutea m masa y c la velocidad de la

luz (constante) En esta ecuacioacuten se expresa la

relacioacuten de equivalencia entre masa y energiacutea Por

ejemplo haciendo algunas cuentas se ve que con

un gramo de uranio si se convirtiese totalmente

en energiacutea se obtendriacutean 25 millones de Kw

Aplicado como una bomba nuclear basta decir

que para asolar Hiroshima soacutelo se convirtioacute un

65

gramo de masa (aunque toda la bomba como me-

canismo pesara cuatro toneladas) su potencia fue

de 125 kilotones es decir para igualar su potencia

seriacutean 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 combustibles

de fisioacuten Cuando en un espacio se reuacutene la sufi-

ciente cantidad de materia (denominada masa criacute-

tica) se produce una reaccioacuten en cadena espontaacute-

nea esto es el nuacutecleo de los aacutetomos del material

se divide liberando energiacutea y varios neutrones

raacutepidos que provocan que otros nuacutecleos tam-

bieacuten se dividan y liberen maacutes energiacutea y neutrones

Este proceso se denomina fisioacuten nuclear Sin em-

bargo si la densidad no es suficiente la energiacutea

liberada hace que el material se expanda y se de-

tenga el proceso Para evitar que se pare la reac-

cioacuten se recurre a una materia muy densa de por siacute

(isoacutetopos del uranio y plutonio) que ademaacutes se

comprime de manera muy raacutepida para lograr una

66

altiacutesima densidad que permite que los neutrones

raacutepidos choquen antes con otros nuacutecleos y se

produzcan antes el mayor nuacutemero 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 maacutes energiacutea Para una

explosioacuten de 100 kilotones son necesarias 58 ge-

neraciones las 7 uacuteltimas generan el 999 de la

energiacutea en periodo cortiacutesimo de tiempo Tambieacuten

puede liberarse energiacutea con la fusioacuten en este pro-

ceso los nuacutecleos se unen en vez de separarse pero

se requieren altiacutesimas temperaturas (del orden de

millones de grados) para que este proceso se lleve

a cabo Para esta reaccioacuten se usan aacutetomos ligeros

(maacutes faacuteciles de unir) generalmente hidroacutegeno o

sus isoacutetopos (deuterio y tritio) Para unir dos aacuteto-

mos basta con hacerlos chocar Los protones de

cada aacutetomo 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

67

fusioacuten deben comprimirse fuertemente los nuacute-

cleos y una vez hecho soacutelo podraacuten continuar uni-

dos si pierden un equivalente de la energiacutea que les

hizo apretarse En el caso de usar deuterio y tritio

se libera violentamente un neutroacuten Esta energiacutea

liberada es la que forma una bomba de fusioacuten

tambieacuten denominada bomba H

COMO FUNCIONA UNA BOMBA ATO-MICA EN LA PRACTICA

Sea cual fuere el sistema de funcionamiento de

una bomba nuclear (fusioacuten o fisioacuten) una cantidad

de masa se convierte en energiacutea la potencia soacutelo

depende de la capacidad de la ingenieriacutea para con-

vertir maacutes masa antes de que la reaccioacuten disperse

las moleacuteculas en teoriacutea la potencia es por tanto

ilimitada

Una bomba nuclear consiste baacutesicamente en una

esfera hueca de plutonio que no es lo suficiente-

68

mente densa como para producir una reaccioacuten 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 explosioacuten se disparan los detonado-

res que hacen que el material explosivo estalle de

la manera lo maacutes regular posible para que enviacutee

una onda de choque esfeacuterica hacia el plutonio

Cuando eacutesta impacta contra eacutel lo comprime y re-

duce su volumen empujaacutendolo hacia el centro de

la esfera hasta que alcanza una densidad suficiente

(supercriacutetica) y se dispara el iniciador de neutrones

para comenzar la reaccioacuten en cadena que da lugar

a la explosioacuten nuclear

Las bombas termonucleares de fusioacuten o H nece-

sitan de una gran temperatura para que se puedan

unir los nuacutecleos esto se consigue en el interior de

una explosioacuten de fisioacuten que es el comienzo de

toda bomba H

69

Una vez acabada la reaccioacuten de fusioacuten nos encon-

traremos con una esfera expandida con una tem-

peratura de millones de grados en la que existen

los productos de la fusioacuten (litio e isoacutetopos del

hidroacutegeno) Tal es su velocidad que pueden fun-

dirse unos con otros dando lugar a la reaccioacuten de

fusioacuten Esta reaccioacuten genera maacutes energiacutea que la

anterior y libera gran cantidad de partiacuteculas nu-

cleares pero no es una reaccioacuten en cadena ya que

el propio calor que genera hace que las partiacuteculas

se separen y se expandan en forma de una esfera

de plasma con una temperatura que tan soacutelo expe-

rimenta el universo de manera natural en las estre-

llas En nuestro sol por ejemplo ocurren la fusioacuten

nuclear de hidroacutegeno y helio Pero antes de que la

reaccioacuten se extinga los neutrones generados por

las detonaciones anteriores provocan de nuevo

una reaccioacuten de fusioacuten sobre una camisa de U-

238 pero esta vez mucho mayor que las anterio-

res La potencia de una bomba termonuclear care-

ce de liacutemite una bomba como la de Hiroshima de

70

125 kilotones (un kilotoacuten equivale a 1000 tonela-

das de TNT) se considera dentro de los arsenales

modernos como pequentildea siendo las de un mega-

toacuten (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 la

Segunda Guerra Mundial

Para la construccioacuten de una bomba nuclear nor-

malmente se usa U-235 mezclado con U-238 El

primero no forma parte de la reaccioacuten nuclear

sino que es el segundo el que es fisionable de ma-

nera espontaacutenea emitiendo neutrones que son

absorbidos por el U-235 para evitar que se pro-

duzca de manera accidental la reaccioacuten en cadena

Asiacute el U-235 hace de escudo absorbiendo los neu-

trones del U-238 que es el que produce la detona-

cioacuten 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

71

reactores nucleares a partir del U-238

La desintegracioacuten del uranio en la reaccioacuten en

cadena se produce de manera espontaacutenea para una

masa de 50 Kg si eacuteste elemento es puro El pluto-

nio no es capaz por si solo de comenzar una raacutepi-

da reaccioacuten en cadena de modo que se mezcla de

berilo y polonio dando como resultado un pro-

ducto que aunque no es fisionable por si solo una

pequentildea cantidad actuacutea como catalizador para las

grandes reacciones Asiacute bastan 16 Kg de PU-239

para obtener la masa supercriacutetica y 10 Kg si se

mezcla con U-238

El U-235 es muy difiacutecil de extraer por encontrarse

en la naturaleza muy mezclado con otros com-

puestos Asiacute por cada 25000 toneladas de mineral

de uranio bruto soacutelo se obtienen 50 toneladas de

uranio del que el 993 es U-235 y el resto el

rariacutesimo isoacutetopo U-238 ambos soacutelo se pueden

separar de manera mecaacutenica gracias a la leviacutesima

72

diferencia de peso entre ambos Asiacute el uranio se

mezcla en forma gaseosa con fluor (hexafluoriacutedri-

co) que es impulsado a baja presioacuten hacieacutendolo

pasar por unas caacutemaras que aumentan la concen-

tracioacuten de uranio sensiblemente tras cientos de

pasadas Para una central nuclear la pureza ha de

ser del 2 y para una bomba (teoacutericamente) el

95

Para separar el isoacutetopo se recurre a la centrifuga-

cioacuten del gas siendo el maacutes pesado U-238 despedi-

do hacia el exterior con maacutes fuerza Para obtener

otra vez el uranio separado del gas se recurre a la

separacioacuten magneacutetica

MECANISMOS QUE SUELEN COMPONER UNA

BOMBA NUCLEAR

Los mecanismos que suelen componer una bom-

ba nuclear son los siguientes

73

ALTIacuteMETRO No suele usarse el baromeacutetrico

por verse afectado por las condiciones atmosfeacuteri-

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 seguacuten el tiempo transcu-

rrido en el recorrido puede saberse la altura sin

necesidad de complicar maacutes el sistema para dar

una precisioacuten que en realidad no es importante (2

o 3 m de diferencia no son apreciables maacutes que

en minibombas bastante menores que las de

Hiroshima) siendo la altura normal de detonacioacuten

la de 2000 m

En la praacutectica 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 electroacute-

nicamente para obtener la diferencia de ambas

que es proporcional a la altura Los pulsos suelen

emitirse 120 veces por segundo y alcanzan un

74

rango de 3000 m sobre la tierra y 6000 m sobre

el mar (la reflexioacuten es alliacute mejor) siendo su error

de hasta 15 m

CABEZA DETONADORA Como ya se dijo

estaacute compuesta de una carga explosiva muy bien

calibrada que a la orden del altiacutemetro detona

produciendo una onda de choque uniforme sobre

el elemento radioactivo comprimieacutendolo hasta

alcanzar la masa supercriacutetica

Compantildeiacuteas privadas producen camisas explosivas

que modificadas pueden ser usadas para la fabri-

cacioacuten del objeto que nos ocupa La cantidad de

presioacuten necesaria a aplicar es un secreto por razo-

nes de seguridad aunque se sabe que los explosi-

vos plaacutesticos son ideales sobre todo por su malea-

bilidad y facilidad de manejo

El detonador variacutea si es combustible es uranio o

plutonio

75

DETONADOR DE URANIO La masa total se

divide en dos partes una mayor de forma semies-

feacuterica y coacutencava que se acopla perfectamente con

la otra maacutes pequentildea Como es de suponer ambas

se encuentran separadas hasta el momento de la

detonacioacuten en el que una explosioacuten convencional

dispara la parte pequentildea que impacta contra la

mayor para lograr en un instante la masa supercriacute-

tica

DETONADOR DE PLUTONIO Necesita

una precisioacuten de ingenieriacutea mucho mayor que la

anterior ya que estaacute compuesta de 32 secciones de

plutonio-berilio-polonio todas de igual forma y

posicioacuten distribuidas conceacutentricamente El aspecto

final es parecido al de un baloacuten de fuacutetbol Todas

han de cerrarse simeacutetricamente en una diezmillo-

neacutesima de segundo para conseguir la detonacioacuten

DEFLECTOR DE NEUTRONES Suele ser

U-238 Su funcioacuten es la que ya se explicoacute evitar

76

una reaccioacuten accidental ademaacutes refleja las partiacutecu-

las de vuelta cuando se alcanza la masa supercriacuteti-

ca

ESCUDO PROTECTOR Recibe otros nom-

bres pero su funcioacuten es siempre la de proteger de

la radiacioacuten natural tanto al personal que la maneja

como a los circuitos de la bomba que pueden su-

frir cortocircuitos o puestas en funcionamiento

accidentales

SISTEMA DE ARMADO Es otro sistema maacutes

de seguridad consistente en quitar una parte im-

prescindible de la bomba para evitar detonaciones

accidentales de modo que soacutelo cuando estaacute

proacuteximo su lanzamiento se inserta esta parte Una

analogiacutea seriacutea como si al aparcar nuestro coche le

quitaacuteramos el volante o una bujiacutea asiacute estariacuteamos

seguros de que no nos lo roban porque sin estas

partes el coche no funciona

77

12 EFECTOS DE UNA EXPLOSIOacuteN NUCLEAR

Tenemos frescas en nuestra memo-

ria las imaacutegenes que nos mostroacute la

televisioacuten cuando se produjo el ac-

cidente de Chernobyl

Aquiacute explicamos todas las conse-

cuencias de una detonacioacuten 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

78

bull Radiacioacuten nuclear inicial la altiacutesima

temperatura y la elevada presioacuten que se

genera en el interior de la explosioacuten emi-

ten radiacioacuten en todas las direcciones Esta

se compone de rayos alfa beta y gamma

que son una forma de radiacioacuten electro-

magneacutetica de alta energiacutea que puede causar

la muerte sin que el individuo se de cuenta

de que ha sido irradiado Una explosioacuten de

un megatoacuten (de tamantildeo estaacutendar) matariacutea

a todo ser humano en 15 Km a la redonda

que se encontrase al aire libre

Las partiacuteculas alfa son ideacutenticas a un nuacutecleo de

helio son las que mas larga vida tienen unos mil

antildeos pero su poder de penetracioacuten 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 radiacioacuten Con 45 cm de tierra se

consigue reducir la radiacioacuten veinte veces

Las partiacuteculas beta penetran maacutes siendo suficiente

79

38 cm de pared de ladrillo para reducir a un quin-

to la radiacioacuten (una pared moderna ya espesa se

compone de 1 pie de ladrillo maacutes caacutemara maacutes

aislante maacutes ladrillo hueco y yeso que suele que-

darse en los 37 cm)

Los de maacutes poder de penetracioacuten son las gamma

y por tanto los maacutes peligrosos ya son los que se

introducen en los refugios nucleares auacuten con

grandes espesores de hormigoacuten La uacutenica protec-

cioacuten eficaz es la de interponer grandes masas de

material mejor cuanto maacutes denso siendo el ideal

el plomo ya que pasa por los materiales como la

luz por una tela si esta es maacutes densa mayor canti-

dad de chocaraacute con ella y no la traspasaraacute Para

reducir la dosis a un veinteavo se precisan 30 cm

de hormigoacuten armado

bull Pulso electromagneacutetico La intensa acti-

vidad de los rayos gamma genera mediante

induccioacuten una corriente de alto voltaje so-

80

bre antenas viacuteas feacuterreas tuberiacuteas que des-

truye todas las instalaciones eleacutectricas de

una amplia zona si la explosioacuten se efectuacutea

a gran altura Una detonacioacuten de muchos

kilotones a 200 km sobre Omaha (Ne-

brasca) destruiriacutea todos los circuitos eleacutec-

tricos integrados de toda Norteameacuterica y

parte de Meacutejico y Canadaacute Ante el riesgo

de una detonacioacuten nuclear es conveniente

alejarse de liacuteneas eleacutectricas y viacutea feacuterreas ya

que la corriente inducida puede electrocu-

tarnos

bull Pulso teacutermico al expandirse la bola de

fuego el aire circundante absorbe energiacutea

en forma de rayos X y la irradia en forma

de una luz cegadora y un intensiacutesimo ca-

lor Una bomba de 20 Megatones produci-

riacutea una intensa luz durante 20 segundos y

causariacutea quemaduras de segundo grado a

81

cualquier persona expuesta a 45 Km de

distancia

bull Onda de choque La raacutepida expansioacuten de

la bola de fuego genera una onda de cho-

que como cualquier explosioacuten pero de

una potencia muy superior ya que puede

aplastar o barrer edificios dantildeaacutendolos muy

seriamente o destruyeacutendolos por comple-

to ya que maacutes que empujar por su dura-

cioacuten lo que hace es estrujar Una bomba

de 20 megatones no dejariacutea en un radio de

20 Km maacutes que escombros soacutelo se salva-

riacutean las cimentaciones y construcciones

enterradas

bull Primera lluvia radioactiva o lluvia ra-

diactiva local una explosioacuten de 20 mega-

tones aras de suelo produciriacutea un craacuteter de

183 m de profundidad la elevada tempe-

82

ratura vaporiza todo lo que se encuentra

dentro de la bola de fuego todo se funde

con los materiales radiactivos de la fisioacuten o

fusioacuten y se eleva con el hongo para luego

precipitar en forma de finas cenizas Esto

ocurriraacute durante las 24 h siguientes a la

explosioacuten y afectaraacute a una regioacuten maacutes o

menos amplia para una misma potencia

seguacuten la climatologiacutea El fenoacutemeno se am-

pliacutea considerablemente si la detonacioacuten se

produce cerca del suelo La energiacutea 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 maacutes destructivos los deno-

minados secundarios como incendios en masa

que acabariacutean con los pocos supervivientes y ma-

tariacutean a maacutes que el pulso teacutermico y la onda de

choque

83

Ademaacutes en caso de que se lanzaran muchas

bombas nucleares sus efectos secundarios seriacutean

mucho maacutes 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 10000 mega-

tones miacutenimos para considerar un holocausto

como tal

bull El primero de estos efectos es que la ra-

dioactividad liberada en caso de holocaus-

to penetrariacutea en todos y cada uno de los

seres vivos (y en el mar la tierra y el aire)

Mientras que en dosis altas (seguacuten la espe-

cie) produciriacutea la muerte en otras maacutes ba-

jas los efectos seriacutean de lo maacutes variados

(mutaciones esterilidad)

bull El segundo seriacutea que los materiales im-

pulsados por las detonaciones se elevariacutean

hasta la troposfera donde ocultariacutean la luz

84

del sol durante meses o antildeos haciendo ba-

jar la temperatura de la tierra y alterando la

fotosiacutentesis de los vegetales y el plancton

marino seriacutea el famoso invierno nuclear

Ademaacutes estos materiales radiactivos iriacutean

cayendo durante meses o antildeos convirtieacuten-

dose en una lluvia radiactiva global que

auacuten con menos dosis radiactiva que una

lluvia provocada por una bomba seriacutea

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

antildeos Ese 5 de energiacutea liberada por la

lluvia radiactividad en una bomba es poco

pero en los 10000 megatones de un holo-

causto suponen ya 500 megatones que iraacuten

estallando durante miles de antildeos des-

pueacutes de la cataacutestrofe

85

bull El tercero seriacutea una reduccioacuten en la capa

de ozono producida por el oacutexido de nitroacute-

geno generado por las bolas de fuego de

modo que la radiacioacuten solar que llegase a

la tierra seriacutea mortal Un 70 del ozono

desapareceriacutea en el hemisferio norte y un

40 en el sur siendo necesarios treinta

antildeos para recuperar su estado normal

86

Ejercicios 12

MODELO DE RESOLUCIOacuteN

La distribucioacuten de los electrones de un aacutetomo

en sus niveles y subniveles se puede representar en

forma abreviada de la siguiente manera

a) Un coeficiente que indica el nuacutemero del nivel

de energiacutea (n)

b) Una letra que corresponde al subnivel

c) Un supraiacutendice que sentildeala el nuacutemero de elec-

trones que hay en el subnivel

1H = 1s1

3Li = 1s2 2s1

En razoacuten del entrecruzamiento de subniveles

el orden en que se van completando los subniveles

por energiacutea creciente es el siguiente

87

1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d

4p 5s 4d 5p 6s 4f

5d 6p 7s 5f 6d

7p

Para visualizar la distribucioacuten de los electrones

en orbitales se puede representar cada orbital por

un pequentildeo cuadrado dividido por una diagonal

y cada electroacuten mediante una flecha

Entonces el orbital puede estar

Vaciacuteo incompleto completo

(1 electroacuten) (2 electrones)

En caso del orbital completo las flechas tienen

sentido contrario para indicar que los electrones

presentan spin contrario

El llenado de los orbitales por los electrones

se realiza a partir de los niveles y subniveles en

88

orden creciente de energiacutea Cada nuevo electroacuten se

incorpora a un orbital vaciacuteo

De ese modo los elementos quedan represen-

tados asiacute

1H =

1s

3Li =

1s 2s

7N =

1s 2s 2p

89

Ejercicios 121

1) Un aacutetomo de foacutesforo tiene 15 protones y 16

neutrones Indicaacute cuaacutel es su

a) nuacutemero atoacutemico (Z) b) nuacutemero

de masa (A)

2) Un aacutetomo de potasio tiene Z =19 y A = 39

Indicaacute su nuacutemero de

a) protones b) electrones

c) neutrones

3) Completaacute los datos que faltan en el siguiente

cuadro

90

ELE-

MEN-

TO

NUacute-

MERO

ATOacute-

MICO

NUacute-

MERO

DE

MASA

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) Sentildealaacute el nombre y siacutembolo de los elementos

cuyas configuraciones electroacutenicas 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) Escribiacute la configuracioacuten electroacutenica de los

siguientes elementos

91

a) Na2311 = c) O16

8 =

b) Cl3517 = d) C12

6 =

6) De acuerdo con la siguiente representacioacuten de

los electrones en orbitales indicaacute a queacute ele-

mentos corresponden

a)

b)

c)

d)

7) Representaacute la distribucioacuten de los electrones en

orbitales de los elementos

a) 7N= c) 18Ar =

b) 15AI = d) 19K =

92

Hoja de respuestas121

1) a) 15 b) 31 2) a) 19 b) 19 c) 20

3)

ELE-

MEN-

TO

NUacuteME-

RO

ATOacute-

MICO

NUacute-

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)Argoacuten Ar

d)Escandio Sc

5) a) 1S2 2S2 2p6 3s1

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)middot

94

Ejercicios 1211

Modelo de resolucioacuten

El nuacutemero de oxidacioacuten se asigna seguacuten las si-

guientes reglas

1) El nuacutemero de oxidacioacuten de los elementos en la

sustancia simple es cero

Ejemplo Cu0 02Cl

2) El nuacutemero de oxidacioacuten del oxiacutegeno es 2

excepto en las sustancias como el agua oxige-

nada Ejemplo H2

2Ominus

3) El nuacutemero de oxidacioacuten del hidroacutegeno es +1

excepto en las sustancias donde estaacute combina-

do con los metales Ejemplo 1

H+

2O

4) El nuacutemero de oxidacioacuten de un ion monoatoacute-

mico es igual a la carga del ion Ejemplo Ca2-

Cl-

95

5) En la foacutermula de una sustancia la suma alge-

braica de los nuacutemeros de oxidacioacuten de todos

los aacutetomos debe ser cero Ejemplo 1

H+

2

2Ominus

there42(+1) + (-2) = 0

6) En los iones que tienen maacutes de un aacutetomo la

suma algebraica de los nuacutemeros de oxidacioacuten

de todos los aacutetomos es igual a la carga del ion

El nuacutemero de oxidacioacuten se escribe colocando primero el signo y luego el nuacutemero

Ejemplo el nuacutemero de oxidacioacuten del aluminio es +3

1) Calculaacute los nuacutemeros de oxidacioacuten en la moleacute-

cula de dioacutexido de azufre (SO2)

Datos SO2 nuacutemero de oxidacioacuten del O2

es 2

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de S

Resolucioacuten Cada aacutetomo de oxiacutegeno tiene

nuacutemero de oxidacioacuten 2 por lo tanto el nuacute-

mero de oxidacioacuten del azufre es +4 porque

2(-2) + (+4) = 0

96

2) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten del azufre en

el aacutecido sulfuacuterico (H2SO4)

Datos H2SO2 nuacutemero de oxidacioacuten del

O2 es 2 nuacutemero de oxidacioacuten de H es -1

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de S

Resolucioacuten Se debe cumplir que la suma al-gebraica de todos los nuacutemeros de oxidacioacuten sea cero

4(-2) + 21 + x = 0

-8 + 2 + x = 0

x = 6

Respuesta el nuacutemero de oxidacioacuten del azufre

en el aacutecido sulfuacuterico es +6

3) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten del nitroacutegeno

en el nitrato de sodio (NaNO3)

Datos NaNO3 nuacutemero de oxidacioacuten del

O2 es 2

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de N

97

Resolucioacuten El nuacutemero de oxidacioacuten del

sodio es +1 porque el ion sodio tiene una car-

ga eleacutectrica positiva

+1 + 3(-2) +x = 0

1 6 + x = 0

x = 5

Respuesta el nuacutemero de oxidacioacuten del nitroacute-

geno en el nitrato de sodio es +5

4) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten del azufre en

el ion sulfato (S 24Ominus )

Datos S 24Ominus nuacutemero de oxidacioacuten del O2

es 2

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de S

Resolucioacuten La suma de los nuacutemeros de

oxidacioacuten es igual a 2 porque el ion sulfato

tiene dos cargas negativas (2-)

x + 4(-2) = -2

x 8 = -2

x = 6

98

Respuesta El nuacutemero de oxidacioacuten del azu-

fre en el ion sulfato es +6

99

Ejercicios 1212

1) Dibujaacute los siacutembolos de Lewis para los aacutetomos

de

a) He b) Al c) Si d) Ar e) N

2) iquestCoacutemo adquiere la distribucioacuten electroacutenica del

ineacutertido maacutes cercano cada uno de los siguien-

tes aacutetomos

a) K b)

F c)

S d) Mg e)

Br

3) Escribiacute las ecuaciones ioacutenicas la foacutermula elec-

troacutenica y la foacutermula miacutenima del compuesto

ioacutenico formado por

a) K y Br (bromuro de potasio)

b) Ca y O (oacutexido de calcio)

4) Marcaacute con una X las propiedades correspon-

dientes a las sustancias que presentan uniones

ioacutenicas

100

a) Son soacutelidas y tienen bajo punto de fusioacuten ( )

b) Conducen la corriente eleacutectrica fundidas o di-

sueltas en agua ( )

c) Tienen brillo metaacutelico ( )

d) Forman cristales duros y quebradizos solubles

en agua ( )

e) No conducen la corriente eleacutectrica ( )

5) Explicaacute coacutemo se unen dos aacutetomos de bromo

para formar la moleacutecula Br2 y escribiacute su

foacutermula electroacutenica y su foacutermula desarrollada

6) La foacutermula del monoacutexido de dicloro es Cl2O

a) Indicaacute queacute tipo de unioacuten existe entre el cloro y

el oxiacutegeno

b) Escribiacute su foacutermula electroacutenica y su foacutermula

desarrollada

7) El azufre y el oxiacutegeno forman dos oacutexidos

importantes el dioacutexido de azufre (SO2) y el

101

trioacutexido de azufre (SO3) Para el trioacutexido de

azufre

a) Indicaacute queacute tipo de unioacuten existe entre el azufre

y los tres aacutetomos de oxiacutegeno

b) Escribiacute la foacutermula electroacutenica

c) Escribiacute la foacutermula desarrollada

8) Marcaacute 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

liacutequidas o soacutelidas ( )

c) Son duacutectiles y maleables ( )

d) No forman moleacuteculas son agregados de

iones ( )

e) No son buenas conductoras de la corriente

eleacutectrica ( )

102

9) Coloque en el pareacutentesis UCP si la unioacuten es

covalente polar y UCNP si es covalento no

polar en cada una de las siguientes sustancias

a) cloruro de hidroacutegeno HCl ( )

b) Hidroacutegeno H2 ( )

c) yodo l2 ( )

10) Escribiacute la foacutermula electroacutenica y la foacutermula

desarrollada de cada una de las sustancias

mencionadas en el ejercicio 9

11) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten

a) del azufre (S)en el dioacutexido de azufre (SO2) en

el trioacutexido de azufre (SO3) y en el sulfuro de

sodio (Na2S)

b) del nitroacutegeno (N) en el dioacutexido de nitroacutegeno

(NO2) en el aacutecido niacutetrico (HNO3) y en el ni-

trato de potasio (KNO3)

12) Marcaacute con una X las propiedades que se expli-

can en el concepto de unioacuten metaacutelica

103

a) Tienen bajo punto de fusioacuten y de

ebullicioacuten ( )

b) Tienen brillo metaacutelico ( )

c) Conducen la corriente eleacutectrica sin

alterarse ( )

d) En estado soacutelido son malos conductores de la

corriente eleacutectrica ( )

e) Forman hilos y laacuteminas delgadas ( )

104

Hoja de respuestas 1212

1) a) He b) Al c)

Si d)

Ar e)

N

2) a) cede un electroacuten d) cede electrones c)

gana dos electrones b) y e) gana un electroacuten

3) a) Ecuaciones ioacutenicas

K K1+ + 1 e

Br + 1 e Br1-

K1+ + Br- KBr

Foacutermula electroacutenica K1+minus

1

Br

Foacutermula miacutenima KBr

b) Ecuaciones ioacutenicas

Ca Ca 2+ + 2 e

O + 2 e O2-

Ca2+ + O2- CaO

Foacutermula electroacutenica Ca2+ minus

2

O

105

Foacutermula miacutenima CaO

4) b y d

5) se unen compartiendo un par de electrones

6) a) unioacuten covalente

b) foacutermula electroacutenica

Cl

O

Cl

foacutermula desarrollada Cl O Cl

7) a) una unioacuten covalente doble entre el azufre y

uno de los aacutetomos de oxiacutegeno dos uniones cova-

lentes coordinadas con los otros dos aacutetomos de

oxiacutegeno

b) Foacutermula electroacutenica

Foacutermula desarrollada

106

8) a b y e

9) a) UCP y c) UCNP

10) Foacutermula electroacutenica Foacutermula desarrollada

a) H

Cl H Cl

b) HH H H

c)

I

I l I

11) a) +4 +6 -2 b) +4 +5 +5

12) b c y e

  • RADIACTIVIDAD
    • IacuteNDICE
      • 1 RADIACTIVIDAD NATURAL
      • 2 RELACIOacuteN ENTRE LA LEY DE LAVOISIER Y LA DE EINSTEIN
      • 3 INTERACCIONES ENTRE AacuteTOMOS Y ONDAS
      • 4 PODER DE PENETRACIOacuteN DE LA RADIACIOacuteN
      • 5 VIDA MEDIA
      • 6 RADIACTIVIDAD ARTIFICIAL
      • 7 USOS DE LOS RADIOISOacuteTOPOS
      • 8 MEDICINA NUCLEAR
      • 9 FECHADO POR MEDIO DE RADIOISOacuteTOPOS
      • 10 PLANTAS DE ENERGIacuteA NUCLEAR
      • 11 BOMBA ATOacuteMICA
      • 12 EFECTOS DE UNA EXPLOSIOacuteN NUCLEAR
        • Ejercicios 12
        • Ejercicios 121
        • Hoja de respuestas121
        • Ejercicios 1211
        • Ejercicios 1212
        • Hoja de respuestas 1212

60

10 PLANTAS DE ENERGIacuteA NUCLEAR

iquestSabeacutes de doacutende viene esa energiacutea que nosotros usamos tanto Mucha de la energiacutea eleacutectrica es

producida por plantas nucleares de to-do el mundo

La energiacutea nuclear ha dado origen a bombas

muy destructivas y a la nociva precipitacioacuten ra-

diactiva y podriacutea incluso provocar un devastador

invierno nuclear Sin embargo una cantidad mu-

cho mayor de personas han recibido beneficios de

la energiacutea nuclear que las que han sido perjudica-

das por ella El hecho es que existen muchos usos

de la energiacutea nuclear que son sumamente beneacutefi-

61

cos Ya conocemos el uso de isoacutetopos radiactivos

en el diagnoacutestico cliacutenico y en el fechado de obje-

tos de antiguumledad desconocida Otro uso paciacutefico

de la energiacutea nuclear es la generacioacuten de electri-

cidad Una gran parte de la energiacutea eleacutectrica que

se utiliza hoy en diacutea se genera en plantas de ener-

giacutea nuclear

En la actualidad una quinta parte de toda la

electricidad que se produce en Estados Unidos

proviene de plantas de energiacutea nuclear En Euro-

pa la dependencia respecto a la energiacutea nuclear

para la produccioacuten de electricidad es auacuten mayor

En Francia por ejemplo maacutes del 70 de la ener-

giacutea eleacutectrica del paiacutes proviene de plantas nuclea-

res

No es sorprendente que una reaccioacuten que

desprende tanta energiacutea como lo hace la fisioacuten

nuclear se use como fuente de energiacutea para gene-

rar electricidad En las plantas de energiacutea nuclear

se usa el calor obtenido de una reaccioacuten de fisioacuten

62

en cadena controlada para producir vapor de

agua que mueve las turbinas generadoras de elec-

tricidad El combustible nuclear es normalmente

oacutexido de uranio U3O8 enriquecido hasta alrede-

dor de 3 de uranio 235

La energiacutea nuclear es mucho maacutes limpia que la

que se obtiene quemando combustibles foacutesiles

(carboacuten petroacuteleo y gas) no produce cenizas finas

ni holliacuten no forma dioacutexido de carbono que con-

tribuye al efecto de invernadero y al calentamiento

global y no contamina el aire con oacutexidos de azu-

fre y de nitroacutegeno que dan origen a la lluvia aacutecida

Por otra parte emite grandes cantidades de calor

residual en el ambiente y lo que es mucho maacutes

serio produce muchos residuos radiactivos La

eliminacioacuten de todos estos materiales radiactivos

de desecho es uno de los problemas constantes

que se tienen en relacioacuten con las plantas de energiacutea

nuclear

63

11 BOMBA ATOacuteMICA

Todos sabemos los desastres que pue-

den causar la detonacioacuten de una bomba

nuclear

Aquiacute presentamos la explicacioacuten teoacuterica

y coacutemo se pone en praacutectica

COacuteMO FUNCIONA UNA BOMBA NUCLEAR EN LA

TEORIacuteA

El 16 de Julio de 1945 estalloacute la primera bomba

atoacutemica en el campo de pruebas de Trinity cerca

de aacutelamo Gordo (Nuevo Meacutejico) Desde ese pre-

64

ciso instante la historia de la humanidad ha pasado

a una nueva era la era nuclear

Nunca hasta entonces se habiacutean tenido los cono-

cimientos necesarios como para saber que la masa

puede convertirse en grandes cantidades de ener-

giacutea y coacutemo podiacutea realizarse ese proceso hasta

entonces reservado tan soacutelo a las estrellas

La famosa foacutermula de Einstein E = mc2 ha pasa-

do ya ha formar parte de la cultura popular auacuten sin

que en realidad se llegue a saber que implica

Donde E es energiacutea m masa y c la velocidad de la

luz (constante) En esta ecuacioacuten se expresa la

relacioacuten de equivalencia entre masa y energiacutea Por

ejemplo haciendo algunas cuentas se ve que con

un gramo de uranio si se convirtiese totalmente

en energiacutea se obtendriacutean 25 millones de Kw

Aplicado como una bomba nuclear basta decir

que para asolar Hiroshima soacutelo se convirtioacute un

65

gramo de masa (aunque toda la bomba como me-

canismo pesara cuatro toneladas) su potencia fue

de 125 kilotones es decir para igualar su potencia

seriacutean 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 combustibles

de fisioacuten Cuando en un espacio se reuacutene la sufi-

ciente cantidad de materia (denominada masa criacute-

tica) se produce una reaccioacuten en cadena espontaacute-

nea esto es el nuacutecleo de los aacutetomos del material

se divide liberando energiacutea y varios neutrones

raacutepidos que provocan que otros nuacutecleos tam-

bieacuten se dividan y liberen maacutes energiacutea y neutrones

Este proceso se denomina fisioacuten nuclear Sin em-

bargo si la densidad no es suficiente la energiacutea

liberada hace que el material se expanda y se de-

tenga el proceso Para evitar que se pare la reac-

cioacuten se recurre a una materia muy densa de por siacute

(isoacutetopos del uranio y plutonio) que ademaacutes se

comprime de manera muy raacutepida para lograr una

66

altiacutesima densidad que permite que los neutrones

raacutepidos choquen antes con otros nuacutecleos y se

produzcan antes el mayor nuacutemero 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 maacutes energiacutea Para una

explosioacuten de 100 kilotones son necesarias 58 ge-

neraciones las 7 uacuteltimas generan el 999 de la

energiacutea en periodo cortiacutesimo de tiempo Tambieacuten

puede liberarse energiacutea con la fusioacuten en este pro-

ceso los nuacutecleos se unen en vez de separarse pero

se requieren altiacutesimas temperaturas (del orden de

millones de grados) para que este proceso se lleve

a cabo Para esta reaccioacuten se usan aacutetomos ligeros

(maacutes faacuteciles de unir) generalmente hidroacutegeno o

sus isoacutetopos (deuterio y tritio) Para unir dos aacuteto-

mos basta con hacerlos chocar Los protones de

cada aacutetomo 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

67

fusioacuten deben comprimirse fuertemente los nuacute-

cleos y una vez hecho soacutelo podraacuten continuar uni-

dos si pierden un equivalente de la energiacutea que les

hizo apretarse En el caso de usar deuterio y tritio

se libera violentamente un neutroacuten Esta energiacutea

liberada es la que forma una bomba de fusioacuten

tambieacuten denominada bomba H

COMO FUNCIONA UNA BOMBA ATO-MICA EN LA PRACTICA

Sea cual fuere el sistema de funcionamiento de

una bomba nuclear (fusioacuten o fisioacuten) una cantidad

de masa se convierte en energiacutea la potencia soacutelo

depende de la capacidad de la ingenieriacutea para con-

vertir maacutes masa antes de que la reaccioacuten disperse

las moleacuteculas en teoriacutea la potencia es por tanto

ilimitada

Una bomba nuclear consiste baacutesicamente en una

esfera hueca de plutonio que no es lo suficiente-

68

mente densa como para producir una reaccioacuten 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 explosioacuten se disparan los detonado-

res que hacen que el material explosivo estalle de

la manera lo maacutes regular posible para que enviacutee

una onda de choque esfeacuterica hacia el plutonio

Cuando eacutesta impacta contra eacutel lo comprime y re-

duce su volumen empujaacutendolo hacia el centro de

la esfera hasta que alcanza una densidad suficiente

(supercriacutetica) y se dispara el iniciador de neutrones

para comenzar la reaccioacuten en cadena que da lugar

a la explosioacuten nuclear

Las bombas termonucleares de fusioacuten o H nece-

sitan de una gran temperatura para que se puedan

unir los nuacutecleos esto se consigue en el interior de

una explosioacuten de fisioacuten que es el comienzo de

toda bomba H

69

Una vez acabada la reaccioacuten de fusioacuten nos encon-

traremos con una esfera expandida con una tem-

peratura de millones de grados en la que existen

los productos de la fusioacuten (litio e isoacutetopos del

hidroacutegeno) Tal es su velocidad que pueden fun-

dirse unos con otros dando lugar a la reaccioacuten de

fusioacuten Esta reaccioacuten genera maacutes energiacutea que la

anterior y libera gran cantidad de partiacuteculas nu-

cleares pero no es una reaccioacuten en cadena ya que

el propio calor que genera hace que las partiacuteculas

se separen y se expandan en forma de una esfera

de plasma con una temperatura que tan soacutelo expe-

rimenta el universo de manera natural en las estre-

llas En nuestro sol por ejemplo ocurren la fusioacuten

nuclear de hidroacutegeno y helio Pero antes de que la

reaccioacuten se extinga los neutrones generados por

las detonaciones anteriores provocan de nuevo

una reaccioacuten de fusioacuten sobre una camisa de U-

238 pero esta vez mucho mayor que las anterio-

res La potencia de una bomba termonuclear care-

ce de liacutemite una bomba como la de Hiroshima de

70

125 kilotones (un kilotoacuten equivale a 1000 tonela-

das de TNT) se considera dentro de los arsenales

modernos como pequentildea siendo las de un mega-

toacuten (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 la

Segunda Guerra Mundial

Para la construccioacuten de una bomba nuclear nor-

malmente se usa U-235 mezclado con U-238 El

primero no forma parte de la reaccioacuten nuclear

sino que es el segundo el que es fisionable de ma-

nera espontaacutenea emitiendo neutrones que son

absorbidos por el U-235 para evitar que se pro-

duzca de manera accidental la reaccioacuten en cadena

Asiacute el U-235 hace de escudo absorbiendo los neu-

trones del U-238 que es el que produce la detona-

cioacuten 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

71

reactores nucleares a partir del U-238

La desintegracioacuten del uranio en la reaccioacuten en

cadena se produce de manera espontaacutenea para una

masa de 50 Kg si eacuteste elemento es puro El pluto-

nio no es capaz por si solo de comenzar una raacutepi-

da reaccioacuten en cadena de modo que se mezcla de

berilo y polonio dando como resultado un pro-

ducto que aunque no es fisionable por si solo una

pequentildea cantidad actuacutea como catalizador para las

grandes reacciones Asiacute bastan 16 Kg de PU-239

para obtener la masa supercriacutetica y 10 Kg si se

mezcla con U-238

El U-235 es muy difiacutecil de extraer por encontrarse

en la naturaleza muy mezclado con otros com-

puestos Asiacute por cada 25000 toneladas de mineral

de uranio bruto soacutelo se obtienen 50 toneladas de

uranio del que el 993 es U-235 y el resto el

rariacutesimo isoacutetopo U-238 ambos soacutelo se pueden

separar de manera mecaacutenica gracias a la leviacutesima

72

diferencia de peso entre ambos Asiacute el uranio se

mezcla en forma gaseosa con fluor (hexafluoriacutedri-

co) que es impulsado a baja presioacuten hacieacutendolo

pasar por unas caacutemaras que aumentan la concen-

tracioacuten de uranio sensiblemente tras cientos de

pasadas Para una central nuclear la pureza ha de

ser del 2 y para una bomba (teoacutericamente) el

95

Para separar el isoacutetopo se recurre a la centrifuga-

cioacuten del gas siendo el maacutes pesado U-238 despedi-

do hacia el exterior con maacutes fuerza Para obtener

otra vez el uranio separado del gas se recurre a la

separacioacuten magneacutetica

MECANISMOS QUE SUELEN COMPONER UNA

BOMBA NUCLEAR

Los mecanismos que suelen componer una bom-

ba nuclear son los siguientes

73

ALTIacuteMETRO No suele usarse el baromeacutetrico

por verse afectado por las condiciones atmosfeacuteri-

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 seguacuten el tiempo transcu-

rrido en el recorrido puede saberse la altura sin

necesidad de complicar maacutes el sistema para dar

una precisioacuten que en realidad no es importante (2

o 3 m de diferencia no son apreciables maacutes que

en minibombas bastante menores que las de

Hiroshima) siendo la altura normal de detonacioacuten

la de 2000 m

En la praacutectica 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 electroacute-

nicamente para obtener la diferencia de ambas

que es proporcional a la altura Los pulsos suelen

emitirse 120 veces por segundo y alcanzan un

74

rango de 3000 m sobre la tierra y 6000 m sobre

el mar (la reflexioacuten es alliacute mejor) siendo su error

de hasta 15 m

CABEZA DETONADORA Como ya se dijo

estaacute compuesta de una carga explosiva muy bien

calibrada que a la orden del altiacutemetro detona

produciendo una onda de choque uniforme sobre

el elemento radioactivo comprimieacutendolo hasta

alcanzar la masa supercriacutetica

Compantildeiacuteas privadas producen camisas explosivas

que modificadas pueden ser usadas para la fabri-

cacioacuten del objeto que nos ocupa La cantidad de

presioacuten necesaria a aplicar es un secreto por razo-

nes de seguridad aunque se sabe que los explosi-

vos plaacutesticos son ideales sobre todo por su malea-

bilidad y facilidad de manejo

El detonador variacutea si es combustible es uranio o

plutonio

75

DETONADOR DE URANIO La masa total se

divide en dos partes una mayor de forma semies-

feacuterica y coacutencava que se acopla perfectamente con

la otra maacutes pequentildea Como es de suponer ambas

se encuentran separadas hasta el momento de la

detonacioacuten en el que una explosioacuten convencional

dispara la parte pequentildea que impacta contra la

mayor para lograr en un instante la masa supercriacute-

tica

DETONADOR DE PLUTONIO Necesita

una precisioacuten de ingenieriacutea mucho mayor que la

anterior ya que estaacute compuesta de 32 secciones de

plutonio-berilio-polonio todas de igual forma y

posicioacuten distribuidas conceacutentricamente El aspecto

final es parecido al de un baloacuten de fuacutetbol Todas

han de cerrarse simeacutetricamente en una diezmillo-

neacutesima de segundo para conseguir la detonacioacuten

DEFLECTOR DE NEUTRONES Suele ser

U-238 Su funcioacuten es la que ya se explicoacute evitar

76

una reaccioacuten accidental ademaacutes refleja las partiacutecu-

las de vuelta cuando se alcanza la masa supercriacuteti-

ca

ESCUDO PROTECTOR Recibe otros nom-

bres pero su funcioacuten es siempre la de proteger de

la radiacioacuten natural tanto al personal que la maneja

como a los circuitos de la bomba que pueden su-

frir cortocircuitos o puestas en funcionamiento

accidentales

SISTEMA DE ARMADO Es otro sistema maacutes

de seguridad consistente en quitar una parte im-

prescindible de la bomba para evitar detonaciones

accidentales de modo que soacutelo cuando estaacute

proacuteximo su lanzamiento se inserta esta parte Una

analogiacutea seriacutea como si al aparcar nuestro coche le

quitaacuteramos el volante o una bujiacutea asiacute estariacuteamos

seguros de que no nos lo roban porque sin estas

partes el coche no funciona

77

12 EFECTOS DE UNA EXPLOSIOacuteN NUCLEAR

Tenemos frescas en nuestra memo-

ria las imaacutegenes que nos mostroacute la

televisioacuten cuando se produjo el ac-

cidente de Chernobyl

Aquiacute explicamos todas las conse-

cuencias de una detonacioacuten 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

78

bull Radiacioacuten nuclear inicial la altiacutesima

temperatura y la elevada presioacuten que se

genera en el interior de la explosioacuten emi-

ten radiacioacuten en todas las direcciones Esta

se compone de rayos alfa beta y gamma

que son una forma de radiacioacuten electro-

magneacutetica de alta energiacutea que puede causar

la muerte sin que el individuo se de cuenta

de que ha sido irradiado Una explosioacuten de

un megatoacuten (de tamantildeo estaacutendar) matariacutea

a todo ser humano en 15 Km a la redonda

que se encontrase al aire libre

Las partiacuteculas alfa son ideacutenticas a un nuacutecleo de

helio son las que mas larga vida tienen unos mil

antildeos pero su poder de penetracioacuten 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 radiacioacuten Con 45 cm de tierra se

consigue reducir la radiacioacuten veinte veces

Las partiacuteculas beta penetran maacutes siendo suficiente

79

38 cm de pared de ladrillo para reducir a un quin-

to la radiacioacuten (una pared moderna ya espesa se

compone de 1 pie de ladrillo maacutes caacutemara maacutes

aislante maacutes ladrillo hueco y yeso que suele que-

darse en los 37 cm)

Los de maacutes poder de penetracioacuten son las gamma

y por tanto los maacutes peligrosos ya son los que se

introducen en los refugios nucleares auacuten con

grandes espesores de hormigoacuten La uacutenica protec-

cioacuten eficaz es la de interponer grandes masas de

material mejor cuanto maacutes denso siendo el ideal

el plomo ya que pasa por los materiales como la

luz por una tela si esta es maacutes densa mayor canti-

dad de chocaraacute con ella y no la traspasaraacute Para

reducir la dosis a un veinteavo se precisan 30 cm

de hormigoacuten armado

bull Pulso electromagneacutetico La intensa acti-

vidad de los rayos gamma genera mediante

induccioacuten una corriente de alto voltaje so-

80

bre antenas viacuteas feacuterreas tuberiacuteas que des-

truye todas las instalaciones eleacutectricas de

una amplia zona si la explosioacuten se efectuacutea

a gran altura Una detonacioacuten de muchos

kilotones a 200 km sobre Omaha (Ne-

brasca) destruiriacutea todos los circuitos eleacutec-

tricos integrados de toda Norteameacuterica y

parte de Meacutejico y Canadaacute Ante el riesgo

de una detonacioacuten nuclear es conveniente

alejarse de liacuteneas eleacutectricas y viacutea feacuterreas ya

que la corriente inducida puede electrocu-

tarnos

bull Pulso teacutermico al expandirse la bola de

fuego el aire circundante absorbe energiacutea

en forma de rayos X y la irradia en forma

de una luz cegadora y un intensiacutesimo ca-

lor Una bomba de 20 Megatones produci-

riacutea una intensa luz durante 20 segundos y

causariacutea quemaduras de segundo grado a

81

cualquier persona expuesta a 45 Km de

distancia

bull Onda de choque La raacutepida expansioacuten de

la bola de fuego genera una onda de cho-

que como cualquier explosioacuten pero de

una potencia muy superior ya que puede

aplastar o barrer edificios dantildeaacutendolos muy

seriamente o destruyeacutendolos por comple-

to ya que maacutes que empujar por su dura-

cioacuten lo que hace es estrujar Una bomba

de 20 megatones no dejariacutea en un radio de

20 Km maacutes que escombros soacutelo se salva-

riacutean las cimentaciones y construcciones

enterradas

bull Primera lluvia radioactiva o lluvia ra-

diactiva local una explosioacuten de 20 mega-

tones aras de suelo produciriacutea un craacuteter de

183 m de profundidad la elevada tempe-

82

ratura vaporiza todo lo que se encuentra

dentro de la bola de fuego todo se funde

con los materiales radiactivos de la fisioacuten o

fusioacuten y se eleva con el hongo para luego

precipitar en forma de finas cenizas Esto

ocurriraacute durante las 24 h siguientes a la

explosioacuten y afectaraacute a una regioacuten maacutes o

menos amplia para una misma potencia

seguacuten la climatologiacutea El fenoacutemeno se am-

pliacutea considerablemente si la detonacioacuten se

produce cerca del suelo La energiacutea 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 maacutes destructivos los deno-

minados secundarios como incendios en masa

que acabariacutean con los pocos supervivientes y ma-

tariacutean a maacutes que el pulso teacutermico y la onda de

choque

83

Ademaacutes en caso de que se lanzaran muchas

bombas nucleares sus efectos secundarios seriacutean

mucho maacutes 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 10000 mega-

tones miacutenimos para considerar un holocausto

como tal

bull El primero de estos efectos es que la ra-

dioactividad liberada en caso de holocaus-

to penetrariacutea en todos y cada uno de los

seres vivos (y en el mar la tierra y el aire)

Mientras que en dosis altas (seguacuten la espe-

cie) produciriacutea la muerte en otras maacutes ba-

jas los efectos seriacutean de lo maacutes variados

(mutaciones esterilidad)

bull El segundo seriacutea que los materiales im-

pulsados por las detonaciones se elevariacutean

hasta la troposfera donde ocultariacutean la luz

84

del sol durante meses o antildeos haciendo ba-

jar la temperatura de la tierra y alterando la

fotosiacutentesis de los vegetales y el plancton

marino seriacutea el famoso invierno nuclear

Ademaacutes estos materiales radiactivos iriacutean

cayendo durante meses o antildeos convirtieacuten-

dose en una lluvia radiactiva global que

auacuten con menos dosis radiactiva que una

lluvia provocada por una bomba seriacutea

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

antildeos Ese 5 de energiacutea liberada por la

lluvia radiactividad en una bomba es poco

pero en los 10000 megatones de un holo-

causto suponen ya 500 megatones que iraacuten

estallando durante miles de antildeos des-

pueacutes de la cataacutestrofe

85

bull El tercero seriacutea una reduccioacuten en la capa

de ozono producida por el oacutexido de nitroacute-

geno generado por las bolas de fuego de

modo que la radiacioacuten solar que llegase a

la tierra seriacutea mortal Un 70 del ozono

desapareceriacutea en el hemisferio norte y un

40 en el sur siendo necesarios treinta

antildeos para recuperar su estado normal

86

Ejercicios 12

MODELO DE RESOLUCIOacuteN

La distribucioacuten de los electrones de un aacutetomo

en sus niveles y subniveles se puede representar en

forma abreviada de la siguiente manera

a) Un coeficiente que indica el nuacutemero del nivel

de energiacutea (n)

b) Una letra que corresponde al subnivel

c) Un supraiacutendice que sentildeala el nuacutemero de elec-

trones que hay en el subnivel

1H = 1s1

3Li = 1s2 2s1

En razoacuten del entrecruzamiento de subniveles

el orden en que se van completando los subniveles

por energiacutea creciente es el siguiente

87

1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d

4p 5s 4d 5p 6s 4f

5d 6p 7s 5f 6d

7p

Para visualizar la distribucioacuten de los electrones

en orbitales se puede representar cada orbital por

un pequentildeo cuadrado dividido por una diagonal

y cada electroacuten mediante una flecha

Entonces el orbital puede estar

Vaciacuteo incompleto completo

(1 electroacuten) (2 electrones)

En caso del orbital completo las flechas tienen

sentido contrario para indicar que los electrones

presentan spin contrario

El llenado de los orbitales por los electrones

se realiza a partir de los niveles y subniveles en

88

orden creciente de energiacutea Cada nuevo electroacuten se

incorpora a un orbital vaciacuteo

De ese modo los elementos quedan represen-

tados asiacute

1H =

1s

3Li =

1s 2s

7N =

1s 2s 2p

89

Ejercicios 121

1) Un aacutetomo de foacutesforo tiene 15 protones y 16

neutrones Indicaacute cuaacutel es su

a) nuacutemero atoacutemico (Z) b) nuacutemero

de masa (A)

2) Un aacutetomo de potasio tiene Z =19 y A = 39

Indicaacute su nuacutemero de

a) protones b) electrones

c) neutrones

3) Completaacute los datos que faltan en el siguiente

cuadro

90

ELE-

MEN-

TO

NUacute-

MERO

ATOacute-

MICO

NUacute-

MERO

DE

MASA

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) Sentildealaacute el nombre y siacutembolo de los elementos

cuyas configuraciones electroacutenicas 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) Escribiacute la configuracioacuten electroacutenica de los

siguientes elementos

91

a) Na2311 = c) O16

8 =

b) Cl3517 = d) C12

6 =

6) De acuerdo con la siguiente representacioacuten de

los electrones en orbitales indicaacute a queacute ele-

mentos corresponden

a)

b)

c)

d)

7) Representaacute la distribucioacuten de los electrones en

orbitales de los elementos

a) 7N= c) 18Ar =

b) 15AI = d) 19K =

92

Hoja de respuestas121

1) a) 15 b) 31 2) a) 19 b) 19 c) 20

3)

ELE-

MEN-

TO

NUacuteME-

RO

ATOacute-

MICO

NUacute-

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)Argoacuten Ar

d)Escandio Sc

5) a) 1S2 2S2 2p6 3s1

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)middot

94

Ejercicios 1211

Modelo de resolucioacuten

El nuacutemero de oxidacioacuten se asigna seguacuten las si-

guientes reglas

1) El nuacutemero de oxidacioacuten de los elementos en la

sustancia simple es cero

Ejemplo Cu0 02Cl

2) El nuacutemero de oxidacioacuten del oxiacutegeno es 2

excepto en las sustancias como el agua oxige-

nada Ejemplo H2

2Ominus

3) El nuacutemero de oxidacioacuten del hidroacutegeno es +1

excepto en las sustancias donde estaacute combina-

do con los metales Ejemplo 1

H+

2O

4) El nuacutemero de oxidacioacuten de un ion monoatoacute-

mico es igual a la carga del ion Ejemplo Ca2-

Cl-

95

5) En la foacutermula de una sustancia la suma alge-

braica de los nuacutemeros de oxidacioacuten de todos

los aacutetomos debe ser cero Ejemplo 1

H+

2

2Ominus

there42(+1) + (-2) = 0

6) En los iones que tienen maacutes de un aacutetomo la

suma algebraica de los nuacutemeros de oxidacioacuten

de todos los aacutetomos es igual a la carga del ion

El nuacutemero de oxidacioacuten se escribe colocando primero el signo y luego el nuacutemero

Ejemplo el nuacutemero de oxidacioacuten del aluminio es +3

1) Calculaacute los nuacutemeros de oxidacioacuten en la moleacute-

cula de dioacutexido de azufre (SO2)

Datos SO2 nuacutemero de oxidacioacuten del O2

es 2

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de S

Resolucioacuten Cada aacutetomo de oxiacutegeno tiene

nuacutemero de oxidacioacuten 2 por lo tanto el nuacute-

mero de oxidacioacuten del azufre es +4 porque

2(-2) + (+4) = 0

96

2) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten del azufre en

el aacutecido sulfuacuterico (H2SO4)

Datos H2SO2 nuacutemero de oxidacioacuten del

O2 es 2 nuacutemero de oxidacioacuten de H es -1

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de S

Resolucioacuten Se debe cumplir que la suma al-gebraica de todos los nuacutemeros de oxidacioacuten sea cero

4(-2) + 21 + x = 0

-8 + 2 + x = 0

x = 6

Respuesta el nuacutemero de oxidacioacuten del azufre

en el aacutecido sulfuacuterico es +6

3) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten del nitroacutegeno

en el nitrato de sodio (NaNO3)

Datos NaNO3 nuacutemero de oxidacioacuten del

O2 es 2

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de N

97

Resolucioacuten El nuacutemero de oxidacioacuten del

sodio es +1 porque el ion sodio tiene una car-

ga eleacutectrica positiva

+1 + 3(-2) +x = 0

1 6 + x = 0

x = 5

Respuesta el nuacutemero de oxidacioacuten del nitroacute-

geno en el nitrato de sodio es +5

4) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten del azufre en

el ion sulfato (S 24Ominus )

Datos S 24Ominus nuacutemero de oxidacioacuten del O2

es 2

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de S

Resolucioacuten La suma de los nuacutemeros de

oxidacioacuten es igual a 2 porque el ion sulfato

tiene dos cargas negativas (2-)

x + 4(-2) = -2

x 8 = -2

x = 6

98

Respuesta El nuacutemero de oxidacioacuten del azu-

fre en el ion sulfato es +6

99

Ejercicios 1212

1) Dibujaacute los siacutembolos de Lewis para los aacutetomos

de

a) He b) Al c) Si d) Ar e) N

2) iquestCoacutemo adquiere la distribucioacuten electroacutenica del

ineacutertido maacutes cercano cada uno de los siguien-

tes aacutetomos

a) K b)

F c)

S d) Mg e)

Br

3) Escribiacute las ecuaciones ioacutenicas la foacutermula elec-

troacutenica y la foacutermula miacutenima del compuesto

ioacutenico formado por

a) K y Br (bromuro de potasio)

b) Ca y O (oacutexido de calcio)

4) Marcaacute con una X las propiedades correspon-

dientes a las sustancias que presentan uniones

ioacutenicas

100

a) Son soacutelidas y tienen bajo punto de fusioacuten ( )

b) Conducen la corriente eleacutectrica fundidas o di-

sueltas en agua ( )

c) Tienen brillo metaacutelico ( )

d) Forman cristales duros y quebradizos solubles

en agua ( )

e) No conducen la corriente eleacutectrica ( )

5) Explicaacute coacutemo se unen dos aacutetomos de bromo

para formar la moleacutecula Br2 y escribiacute su

foacutermula electroacutenica y su foacutermula desarrollada

6) La foacutermula del monoacutexido de dicloro es Cl2O

a) Indicaacute queacute tipo de unioacuten existe entre el cloro y

el oxiacutegeno

b) Escribiacute su foacutermula electroacutenica y su foacutermula

desarrollada

7) El azufre y el oxiacutegeno forman dos oacutexidos

importantes el dioacutexido de azufre (SO2) y el

101

trioacutexido de azufre (SO3) Para el trioacutexido de

azufre

a) Indicaacute queacute tipo de unioacuten existe entre el azufre

y los tres aacutetomos de oxiacutegeno

b) Escribiacute la foacutermula electroacutenica

c) Escribiacute la foacutermula desarrollada

8) Marcaacute 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

liacutequidas o soacutelidas ( )

c) Son duacutectiles y maleables ( )

d) No forman moleacuteculas son agregados de

iones ( )

e) No son buenas conductoras de la corriente

eleacutectrica ( )

102

9) Coloque en el pareacutentesis UCP si la unioacuten es

covalente polar y UCNP si es covalento no

polar en cada una de las siguientes sustancias

a) cloruro de hidroacutegeno HCl ( )

b) Hidroacutegeno H2 ( )

c) yodo l2 ( )

10) Escribiacute la foacutermula electroacutenica y la foacutermula

desarrollada de cada una de las sustancias

mencionadas en el ejercicio 9

11) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten

a) del azufre (S)en el dioacutexido de azufre (SO2) en

el trioacutexido de azufre (SO3) y en el sulfuro de

sodio (Na2S)

b) del nitroacutegeno (N) en el dioacutexido de nitroacutegeno

(NO2) en el aacutecido niacutetrico (HNO3) y en el ni-

trato de potasio (KNO3)

12) Marcaacute con una X las propiedades que se expli-

can en el concepto de unioacuten metaacutelica

103

a) Tienen bajo punto de fusioacuten y de

ebullicioacuten ( )

b) Tienen brillo metaacutelico ( )

c) Conducen la corriente eleacutectrica sin

alterarse ( )

d) En estado soacutelido son malos conductores de la

corriente eleacutectrica ( )

e) Forman hilos y laacuteminas delgadas ( )

104

Hoja de respuestas 1212

1) a) He b) Al c)

Si d)

Ar e)

N

2) a) cede un electroacuten d) cede electrones c)

gana dos electrones b) y e) gana un electroacuten

3) a) Ecuaciones ioacutenicas

K K1+ + 1 e

Br + 1 e Br1-

K1+ + Br- KBr

Foacutermula electroacutenica K1+minus

1

Br

Foacutermula miacutenima KBr

b) Ecuaciones ioacutenicas

Ca Ca 2+ + 2 e

O + 2 e O2-

Ca2+ + O2- CaO

Foacutermula electroacutenica Ca2+ minus

2

O

105

Foacutermula miacutenima CaO

4) b y d

5) se unen compartiendo un par de electrones

6) a) unioacuten covalente

b) foacutermula electroacutenica

Cl

O

Cl

foacutermula desarrollada Cl O Cl

7) a) una unioacuten covalente doble entre el azufre y

uno de los aacutetomos de oxiacutegeno dos uniones cova-

lentes coordinadas con los otros dos aacutetomos de

oxiacutegeno

b) Foacutermula electroacutenica

Foacutermula desarrollada

106

8) a b y e

9) a) UCP y c) UCNP

10) Foacutermula electroacutenica Foacutermula desarrollada

a) H

Cl H Cl

b) HH H H

c)

I

I l I

11) a) +4 +6 -2 b) +4 +5 +5

12) b c y e

  • RADIACTIVIDAD
    • IacuteNDICE
      • 1 RADIACTIVIDAD NATURAL
      • 2 RELACIOacuteN ENTRE LA LEY DE LAVOISIER Y LA DE EINSTEIN
      • 3 INTERACCIONES ENTRE AacuteTOMOS Y ONDAS
      • 4 PODER DE PENETRACIOacuteN DE LA RADIACIOacuteN
      • 5 VIDA MEDIA
      • 6 RADIACTIVIDAD ARTIFICIAL
      • 7 USOS DE LOS RADIOISOacuteTOPOS
      • 8 MEDICINA NUCLEAR
      • 9 FECHADO POR MEDIO DE RADIOISOacuteTOPOS
      • 10 PLANTAS DE ENERGIacuteA NUCLEAR
      • 11 BOMBA ATOacuteMICA
      • 12 EFECTOS DE UNA EXPLOSIOacuteN NUCLEAR
        • Ejercicios 12
        • Ejercicios 121
        • Hoja de respuestas121
        • Ejercicios 1211
        • Ejercicios 1212
        • Hoja de respuestas 1212

61

cos Ya conocemos el uso de isoacutetopos radiactivos

en el diagnoacutestico cliacutenico y en el fechado de obje-

tos de antiguumledad desconocida Otro uso paciacutefico

de la energiacutea nuclear es la generacioacuten de electri-

cidad Una gran parte de la energiacutea eleacutectrica que

se utiliza hoy en diacutea se genera en plantas de ener-

giacutea nuclear

En la actualidad una quinta parte de toda la

electricidad que se produce en Estados Unidos

proviene de plantas de energiacutea nuclear En Euro-

pa la dependencia respecto a la energiacutea nuclear

para la produccioacuten de electricidad es auacuten mayor

En Francia por ejemplo maacutes del 70 de la ener-

giacutea eleacutectrica del paiacutes proviene de plantas nuclea-

res

No es sorprendente que una reaccioacuten que

desprende tanta energiacutea como lo hace la fisioacuten

nuclear se use como fuente de energiacutea para gene-

rar electricidad En las plantas de energiacutea nuclear

se usa el calor obtenido de una reaccioacuten de fisioacuten

62

en cadena controlada para producir vapor de

agua que mueve las turbinas generadoras de elec-

tricidad El combustible nuclear es normalmente

oacutexido de uranio U3O8 enriquecido hasta alrede-

dor de 3 de uranio 235

La energiacutea nuclear es mucho maacutes limpia que la

que se obtiene quemando combustibles foacutesiles

(carboacuten petroacuteleo y gas) no produce cenizas finas

ni holliacuten no forma dioacutexido de carbono que con-

tribuye al efecto de invernadero y al calentamiento

global y no contamina el aire con oacutexidos de azu-

fre y de nitroacutegeno que dan origen a la lluvia aacutecida

Por otra parte emite grandes cantidades de calor

residual en el ambiente y lo que es mucho maacutes

serio produce muchos residuos radiactivos La

eliminacioacuten de todos estos materiales radiactivos

de desecho es uno de los problemas constantes

que se tienen en relacioacuten con las plantas de energiacutea

nuclear

63

11 BOMBA ATOacuteMICA

Todos sabemos los desastres que pue-

den causar la detonacioacuten de una bomba

nuclear

Aquiacute presentamos la explicacioacuten teoacuterica

y coacutemo se pone en praacutectica

COacuteMO FUNCIONA UNA BOMBA NUCLEAR EN LA

TEORIacuteA

El 16 de Julio de 1945 estalloacute la primera bomba

atoacutemica en el campo de pruebas de Trinity cerca

de aacutelamo Gordo (Nuevo Meacutejico) Desde ese pre-

64

ciso instante la historia de la humanidad ha pasado

a una nueva era la era nuclear

Nunca hasta entonces se habiacutean tenido los cono-

cimientos necesarios como para saber que la masa

puede convertirse en grandes cantidades de ener-

giacutea y coacutemo podiacutea realizarse ese proceso hasta

entonces reservado tan soacutelo a las estrellas

La famosa foacutermula de Einstein E = mc2 ha pasa-

do ya ha formar parte de la cultura popular auacuten sin

que en realidad se llegue a saber que implica

Donde E es energiacutea m masa y c la velocidad de la

luz (constante) En esta ecuacioacuten se expresa la

relacioacuten de equivalencia entre masa y energiacutea Por

ejemplo haciendo algunas cuentas se ve que con

un gramo de uranio si se convirtiese totalmente

en energiacutea se obtendriacutean 25 millones de Kw

Aplicado como una bomba nuclear basta decir

que para asolar Hiroshima soacutelo se convirtioacute un

65

gramo de masa (aunque toda la bomba como me-

canismo pesara cuatro toneladas) su potencia fue

de 125 kilotones es decir para igualar su potencia

seriacutean 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 combustibles

de fisioacuten Cuando en un espacio se reuacutene la sufi-

ciente cantidad de materia (denominada masa criacute-

tica) se produce una reaccioacuten en cadena espontaacute-

nea esto es el nuacutecleo de los aacutetomos del material

se divide liberando energiacutea y varios neutrones

raacutepidos que provocan que otros nuacutecleos tam-

bieacuten se dividan y liberen maacutes energiacutea y neutrones

Este proceso se denomina fisioacuten nuclear Sin em-

bargo si la densidad no es suficiente la energiacutea

liberada hace que el material se expanda y se de-

tenga el proceso Para evitar que se pare la reac-

cioacuten se recurre a una materia muy densa de por siacute

(isoacutetopos del uranio y plutonio) que ademaacutes se

comprime de manera muy raacutepida para lograr una

66

altiacutesima densidad que permite que los neutrones

raacutepidos choquen antes con otros nuacutecleos y se

produzcan antes el mayor nuacutemero 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 maacutes energiacutea Para una

explosioacuten de 100 kilotones son necesarias 58 ge-

neraciones las 7 uacuteltimas generan el 999 de la

energiacutea en periodo cortiacutesimo de tiempo Tambieacuten

puede liberarse energiacutea con la fusioacuten en este pro-

ceso los nuacutecleos se unen en vez de separarse pero

se requieren altiacutesimas temperaturas (del orden de

millones de grados) para que este proceso se lleve

a cabo Para esta reaccioacuten se usan aacutetomos ligeros

(maacutes faacuteciles de unir) generalmente hidroacutegeno o

sus isoacutetopos (deuterio y tritio) Para unir dos aacuteto-

mos basta con hacerlos chocar Los protones de

cada aacutetomo 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

67

fusioacuten deben comprimirse fuertemente los nuacute-

cleos y una vez hecho soacutelo podraacuten continuar uni-

dos si pierden un equivalente de la energiacutea que les

hizo apretarse En el caso de usar deuterio y tritio

se libera violentamente un neutroacuten Esta energiacutea

liberada es la que forma una bomba de fusioacuten

tambieacuten denominada bomba H

COMO FUNCIONA UNA BOMBA ATO-MICA EN LA PRACTICA

Sea cual fuere el sistema de funcionamiento de

una bomba nuclear (fusioacuten o fisioacuten) una cantidad

de masa se convierte en energiacutea la potencia soacutelo

depende de la capacidad de la ingenieriacutea para con-

vertir maacutes masa antes de que la reaccioacuten disperse

las moleacuteculas en teoriacutea la potencia es por tanto

ilimitada

Una bomba nuclear consiste baacutesicamente en una

esfera hueca de plutonio que no es lo suficiente-

68

mente densa como para producir una reaccioacuten 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 explosioacuten se disparan los detonado-

res que hacen que el material explosivo estalle de

la manera lo maacutes regular posible para que enviacutee

una onda de choque esfeacuterica hacia el plutonio

Cuando eacutesta impacta contra eacutel lo comprime y re-

duce su volumen empujaacutendolo hacia el centro de

la esfera hasta que alcanza una densidad suficiente

(supercriacutetica) y se dispara el iniciador de neutrones

para comenzar la reaccioacuten en cadena que da lugar

a la explosioacuten nuclear

Las bombas termonucleares de fusioacuten o H nece-

sitan de una gran temperatura para que se puedan

unir los nuacutecleos esto se consigue en el interior de

una explosioacuten de fisioacuten que es el comienzo de

toda bomba H

69

Una vez acabada la reaccioacuten de fusioacuten nos encon-

traremos con una esfera expandida con una tem-

peratura de millones de grados en la que existen

los productos de la fusioacuten (litio e isoacutetopos del

hidroacutegeno) Tal es su velocidad que pueden fun-

dirse unos con otros dando lugar a la reaccioacuten de

fusioacuten Esta reaccioacuten genera maacutes energiacutea que la

anterior y libera gran cantidad de partiacuteculas nu-

cleares pero no es una reaccioacuten en cadena ya que

el propio calor que genera hace que las partiacuteculas

se separen y se expandan en forma de una esfera

de plasma con una temperatura que tan soacutelo expe-

rimenta el universo de manera natural en las estre-

llas En nuestro sol por ejemplo ocurren la fusioacuten

nuclear de hidroacutegeno y helio Pero antes de que la

reaccioacuten se extinga los neutrones generados por

las detonaciones anteriores provocan de nuevo

una reaccioacuten de fusioacuten sobre una camisa de U-

238 pero esta vez mucho mayor que las anterio-

res La potencia de una bomba termonuclear care-

ce de liacutemite una bomba como la de Hiroshima de

70

125 kilotones (un kilotoacuten equivale a 1000 tonela-

das de TNT) se considera dentro de los arsenales

modernos como pequentildea siendo las de un mega-

toacuten (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 la

Segunda Guerra Mundial

Para la construccioacuten de una bomba nuclear nor-

malmente se usa U-235 mezclado con U-238 El

primero no forma parte de la reaccioacuten nuclear

sino que es el segundo el que es fisionable de ma-

nera espontaacutenea emitiendo neutrones que son

absorbidos por el U-235 para evitar que se pro-

duzca de manera accidental la reaccioacuten en cadena

Asiacute el U-235 hace de escudo absorbiendo los neu-

trones del U-238 que es el que produce la detona-

cioacuten 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

71

reactores nucleares a partir del U-238

La desintegracioacuten del uranio en la reaccioacuten en

cadena se produce de manera espontaacutenea para una

masa de 50 Kg si eacuteste elemento es puro El pluto-

nio no es capaz por si solo de comenzar una raacutepi-

da reaccioacuten en cadena de modo que se mezcla de

berilo y polonio dando como resultado un pro-

ducto que aunque no es fisionable por si solo una

pequentildea cantidad actuacutea como catalizador para las

grandes reacciones Asiacute bastan 16 Kg de PU-239

para obtener la masa supercriacutetica y 10 Kg si se

mezcla con U-238

El U-235 es muy difiacutecil de extraer por encontrarse

en la naturaleza muy mezclado con otros com-

puestos Asiacute por cada 25000 toneladas de mineral

de uranio bruto soacutelo se obtienen 50 toneladas de

uranio del que el 993 es U-235 y el resto el

rariacutesimo isoacutetopo U-238 ambos soacutelo se pueden

separar de manera mecaacutenica gracias a la leviacutesima

72

diferencia de peso entre ambos Asiacute el uranio se

mezcla en forma gaseosa con fluor (hexafluoriacutedri-

co) que es impulsado a baja presioacuten hacieacutendolo

pasar por unas caacutemaras que aumentan la concen-

tracioacuten de uranio sensiblemente tras cientos de

pasadas Para una central nuclear la pureza ha de

ser del 2 y para una bomba (teoacutericamente) el

95

Para separar el isoacutetopo se recurre a la centrifuga-

cioacuten del gas siendo el maacutes pesado U-238 despedi-

do hacia el exterior con maacutes fuerza Para obtener

otra vez el uranio separado del gas se recurre a la

separacioacuten magneacutetica

MECANISMOS QUE SUELEN COMPONER UNA

BOMBA NUCLEAR

Los mecanismos que suelen componer una bom-

ba nuclear son los siguientes

73

ALTIacuteMETRO No suele usarse el baromeacutetrico

por verse afectado por las condiciones atmosfeacuteri-

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 seguacuten el tiempo transcu-

rrido en el recorrido puede saberse la altura sin

necesidad de complicar maacutes el sistema para dar

una precisioacuten que en realidad no es importante (2

o 3 m de diferencia no son apreciables maacutes que

en minibombas bastante menores que las de

Hiroshima) siendo la altura normal de detonacioacuten

la de 2000 m

En la praacutectica 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 electroacute-

nicamente para obtener la diferencia de ambas

que es proporcional a la altura Los pulsos suelen

emitirse 120 veces por segundo y alcanzan un

74

rango de 3000 m sobre la tierra y 6000 m sobre

el mar (la reflexioacuten es alliacute mejor) siendo su error

de hasta 15 m

CABEZA DETONADORA Como ya se dijo

estaacute compuesta de una carga explosiva muy bien

calibrada que a la orden del altiacutemetro detona

produciendo una onda de choque uniforme sobre

el elemento radioactivo comprimieacutendolo hasta

alcanzar la masa supercriacutetica

Compantildeiacuteas privadas producen camisas explosivas

que modificadas pueden ser usadas para la fabri-

cacioacuten del objeto que nos ocupa La cantidad de

presioacuten necesaria a aplicar es un secreto por razo-

nes de seguridad aunque se sabe que los explosi-

vos plaacutesticos son ideales sobre todo por su malea-

bilidad y facilidad de manejo

El detonador variacutea si es combustible es uranio o

plutonio

75

DETONADOR DE URANIO La masa total se

divide en dos partes una mayor de forma semies-

feacuterica y coacutencava que se acopla perfectamente con

la otra maacutes pequentildea Como es de suponer ambas

se encuentran separadas hasta el momento de la

detonacioacuten en el que una explosioacuten convencional

dispara la parte pequentildea que impacta contra la

mayor para lograr en un instante la masa supercriacute-

tica

DETONADOR DE PLUTONIO Necesita

una precisioacuten de ingenieriacutea mucho mayor que la

anterior ya que estaacute compuesta de 32 secciones de

plutonio-berilio-polonio todas de igual forma y

posicioacuten distribuidas conceacutentricamente El aspecto

final es parecido al de un baloacuten de fuacutetbol Todas

han de cerrarse simeacutetricamente en una diezmillo-

neacutesima de segundo para conseguir la detonacioacuten

DEFLECTOR DE NEUTRONES Suele ser

U-238 Su funcioacuten es la que ya se explicoacute evitar

76

una reaccioacuten accidental ademaacutes refleja las partiacutecu-

las de vuelta cuando se alcanza la masa supercriacuteti-

ca

ESCUDO PROTECTOR Recibe otros nom-

bres pero su funcioacuten es siempre la de proteger de

la radiacioacuten natural tanto al personal que la maneja

como a los circuitos de la bomba que pueden su-

frir cortocircuitos o puestas en funcionamiento

accidentales

SISTEMA DE ARMADO Es otro sistema maacutes

de seguridad consistente en quitar una parte im-

prescindible de la bomba para evitar detonaciones

accidentales de modo que soacutelo cuando estaacute

proacuteximo su lanzamiento se inserta esta parte Una

analogiacutea seriacutea como si al aparcar nuestro coche le

quitaacuteramos el volante o una bujiacutea asiacute estariacuteamos

seguros de que no nos lo roban porque sin estas

partes el coche no funciona

77

12 EFECTOS DE UNA EXPLOSIOacuteN NUCLEAR

Tenemos frescas en nuestra memo-

ria las imaacutegenes que nos mostroacute la

televisioacuten cuando se produjo el ac-

cidente de Chernobyl

Aquiacute explicamos todas las conse-

cuencias de una detonacioacuten 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

78

bull Radiacioacuten nuclear inicial la altiacutesima

temperatura y la elevada presioacuten que se

genera en el interior de la explosioacuten emi-

ten radiacioacuten en todas las direcciones Esta

se compone de rayos alfa beta y gamma

que son una forma de radiacioacuten electro-

magneacutetica de alta energiacutea que puede causar

la muerte sin que el individuo se de cuenta

de que ha sido irradiado Una explosioacuten de

un megatoacuten (de tamantildeo estaacutendar) matariacutea

a todo ser humano en 15 Km a la redonda

que se encontrase al aire libre

Las partiacuteculas alfa son ideacutenticas a un nuacutecleo de

helio son las que mas larga vida tienen unos mil

antildeos pero su poder de penetracioacuten 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 radiacioacuten Con 45 cm de tierra se

consigue reducir la radiacioacuten veinte veces

Las partiacuteculas beta penetran maacutes siendo suficiente

79

38 cm de pared de ladrillo para reducir a un quin-

to la radiacioacuten (una pared moderna ya espesa se

compone de 1 pie de ladrillo maacutes caacutemara maacutes

aislante maacutes ladrillo hueco y yeso que suele que-

darse en los 37 cm)

Los de maacutes poder de penetracioacuten son las gamma

y por tanto los maacutes peligrosos ya son los que se

introducen en los refugios nucleares auacuten con

grandes espesores de hormigoacuten La uacutenica protec-

cioacuten eficaz es la de interponer grandes masas de

material mejor cuanto maacutes denso siendo el ideal

el plomo ya que pasa por los materiales como la

luz por una tela si esta es maacutes densa mayor canti-

dad de chocaraacute con ella y no la traspasaraacute Para

reducir la dosis a un veinteavo se precisan 30 cm

de hormigoacuten armado

bull Pulso electromagneacutetico La intensa acti-

vidad de los rayos gamma genera mediante

induccioacuten una corriente de alto voltaje so-

80

bre antenas viacuteas feacuterreas tuberiacuteas que des-

truye todas las instalaciones eleacutectricas de

una amplia zona si la explosioacuten se efectuacutea

a gran altura Una detonacioacuten de muchos

kilotones a 200 km sobre Omaha (Ne-

brasca) destruiriacutea todos los circuitos eleacutec-

tricos integrados de toda Norteameacuterica y

parte de Meacutejico y Canadaacute Ante el riesgo

de una detonacioacuten nuclear es conveniente

alejarse de liacuteneas eleacutectricas y viacutea feacuterreas ya

que la corriente inducida puede electrocu-

tarnos

bull Pulso teacutermico al expandirse la bola de

fuego el aire circundante absorbe energiacutea

en forma de rayos X y la irradia en forma

de una luz cegadora y un intensiacutesimo ca-

lor Una bomba de 20 Megatones produci-

riacutea una intensa luz durante 20 segundos y

causariacutea quemaduras de segundo grado a

81

cualquier persona expuesta a 45 Km de

distancia

bull Onda de choque La raacutepida expansioacuten de

la bola de fuego genera una onda de cho-

que como cualquier explosioacuten pero de

una potencia muy superior ya que puede

aplastar o barrer edificios dantildeaacutendolos muy

seriamente o destruyeacutendolos por comple-

to ya que maacutes que empujar por su dura-

cioacuten lo que hace es estrujar Una bomba

de 20 megatones no dejariacutea en un radio de

20 Km maacutes que escombros soacutelo se salva-

riacutean las cimentaciones y construcciones

enterradas

bull Primera lluvia radioactiva o lluvia ra-

diactiva local una explosioacuten de 20 mega-

tones aras de suelo produciriacutea un craacuteter de

183 m de profundidad la elevada tempe-

82

ratura vaporiza todo lo que se encuentra

dentro de la bola de fuego todo se funde

con los materiales radiactivos de la fisioacuten o

fusioacuten y se eleva con el hongo para luego

precipitar en forma de finas cenizas Esto

ocurriraacute durante las 24 h siguientes a la

explosioacuten y afectaraacute a una regioacuten maacutes o

menos amplia para una misma potencia

seguacuten la climatologiacutea El fenoacutemeno se am-

pliacutea considerablemente si la detonacioacuten se

produce cerca del suelo La energiacutea 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 maacutes destructivos los deno-

minados secundarios como incendios en masa

que acabariacutean con los pocos supervivientes y ma-

tariacutean a maacutes que el pulso teacutermico y la onda de

choque

83

Ademaacutes en caso de que se lanzaran muchas

bombas nucleares sus efectos secundarios seriacutean

mucho maacutes 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 10000 mega-

tones miacutenimos para considerar un holocausto

como tal

bull El primero de estos efectos es que la ra-

dioactividad liberada en caso de holocaus-

to penetrariacutea en todos y cada uno de los

seres vivos (y en el mar la tierra y el aire)

Mientras que en dosis altas (seguacuten la espe-

cie) produciriacutea la muerte en otras maacutes ba-

jas los efectos seriacutean de lo maacutes variados

(mutaciones esterilidad)

bull El segundo seriacutea que los materiales im-

pulsados por las detonaciones se elevariacutean

hasta la troposfera donde ocultariacutean la luz

84

del sol durante meses o antildeos haciendo ba-

jar la temperatura de la tierra y alterando la

fotosiacutentesis de los vegetales y el plancton

marino seriacutea el famoso invierno nuclear

Ademaacutes estos materiales radiactivos iriacutean

cayendo durante meses o antildeos convirtieacuten-

dose en una lluvia radiactiva global que

auacuten con menos dosis radiactiva que una

lluvia provocada por una bomba seriacutea

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

antildeos Ese 5 de energiacutea liberada por la

lluvia radiactividad en una bomba es poco

pero en los 10000 megatones de un holo-

causto suponen ya 500 megatones que iraacuten

estallando durante miles de antildeos des-

pueacutes de la cataacutestrofe

85

bull El tercero seriacutea una reduccioacuten en la capa

de ozono producida por el oacutexido de nitroacute-

geno generado por las bolas de fuego de

modo que la radiacioacuten solar que llegase a

la tierra seriacutea mortal Un 70 del ozono

desapareceriacutea en el hemisferio norte y un

40 en el sur siendo necesarios treinta

antildeos para recuperar su estado normal

86

Ejercicios 12

MODELO DE RESOLUCIOacuteN

La distribucioacuten de los electrones de un aacutetomo

en sus niveles y subniveles se puede representar en

forma abreviada de la siguiente manera

a) Un coeficiente que indica el nuacutemero del nivel

de energiacutea (n)

b) Una letra que corresponde al subnivel

c) Un supraiacutendice que sentildeala el nuacutemero de elec-

trones que hay en el subnivel

1H = 1s1

3Li = 1s2 2s1

En razoacuten del entrecruzamiento de subniveles

el orden en que se van completando los subniveles

por energiacutea creciente es el siguiente

87

1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d

4p 5s 4d 5p 6s 4f

5d 6p 7s 5f 6d

7p

Para visualizar la distribucioacuten de los electrones

en orbitales se puede representar cada orbital por

un pequentildeo cuadrado dividido por una diagonal

y cada electroacuten mediante una flecha

Entonces el orbital puede estar

Vaciacuteo incompleto completo

(1 electroacuten) (2 electrones)

En caso del orbital completo las flechas tienen

sentido contrario para indicar que los electrones

presentan spin contrario

El llenado de los orbitales por los electrones

se realiza a partir de los niveles y subniveles en

88

orden creciente de energiacutea Cada nuevo electroacuten se

incorpora a un orbital vaciacuteo

De ese modo los elementos quedan represen-

tados asiacute

1H =

1s

3Li =

1s 2s

7N =

1s 2s 2p

89

Ejercicios 121

1) Un aacutetomo de foacutesforo tiene 15 protones y 16

neutrones Indicaacute cuaacutel es su

a) nuacutemero atoacutemico (Z) b) nuacutemero

de masa (A)

2) Un aacutetomo de potasio tiene Z =19 y A = 39

Indicaacute su nuacutemero de

a) protones b) electrones

c) neutrones

3) Completaacute los datos que faltan en el siguiente

cuadro

90

ELE-

MEN-

TO

NUacute-

MERO

ATOacute-

MICO

NUacute-

MERO

DE

MASA

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) Sentildealaacute el nombre y siacutembolo de los elementos

cuyas configuraciones electroacutenicas 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) Escribiacute la configuracioacuten electroacutenica de los

siguientes elementos

91

a) Na2311 = c) O16

8 =

b) Cl3517 = d) C12

6 =

6) De acuerdo con la siguiente representacioacuten de

los electrones en orbitales indicaacute a queacute ele-

mentos corresponden

a)

b)

c)

d)

7) Representaacute la distribucioacuten de los electrones en

orbitales de los elementos

a) 7N= c) 18Ar =

b) 15AI = d) 19K =

92

Hoja de respuestas121

1) a) 15 b) 31 2) a) 19 b) 19 c) 20

3)

ELE-

MEN-

TO

NUacuteME-

RO

ATOacute-

MICO

NUacute-

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)Argoacuten Ar

d)Escandio Sc

5) a) 1S2 2S2 2p6 3s1

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)middot

94

Ejercicios 1211

Modelo de resolucioacuten

El nuacutemero de oxidacioacuten se asigna seguacuten las si-

guientes reglas

1) El nuacutemero de oxidacioacuten de los elementos en la

sustancia simple es cero

Ejemplo Cu0 02Cl

2) El nuacutemero de oxidacioacuten del oxiacutegeno es 2

excepto en las sustancias como el agua oxige-

nada Ejemplo H2

2Ominus

3) El nuacutemero de oxidacioacuten del hidroacutegeno es +1

excepto en las sustancias donde estaacute combina-

do con los metales Ejemplo 1

H+

2O

4) El nuacutemero de oxidacioacuten de un ion monoatoacute-

mico es igual a la carga del ion Ejemplo Ca2-

Cl-

95

5) En la foacutermula de una sustancia la suma alge-

braica de los nuacutemeros de oxidacioacuten de todos

los aacutetomos debe ser cero Ejemplo 1

H+

2

2Ominus

there42(+1) + (-2) = 0

6) En los iones que tienen maacutes de un aacutetomo la

suma algebraica de los nuacutemeros de oxidacioacuten

de todos los aacutetomos es igual a la carga del ion

El nuacutemero de oxidacioacuten se escribe colocando primero el signo y luego el nuacutemero

Ejemplo el nuacutemero de oxidacioacuten del aluminio es +3

1) Calculaacute los nuacutemeros de oxidacioacuten en la moleacute-

cula de dioacutexido de azufre (SO2)

Datos SO2 nuacutemero de oxidacioacuten del O2

es 2

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de S

Resolucioacuten Cada aacutetomo de oxiacutegeno tiene

nuacutemero de oxidacioacuten 2 por lo tanto el nuacute-

mero de oxidacioacuten del azufre es +4 porque

2(-2) + (+4) = 0

96

2) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten del azufre en

el aacutecido sulfuacuterico (H2SO4)

Datos H2SO2 nuacutemero de oxidacioacuten del

O2 es 2 nuacutemero de oxidacioacuten de H es -1

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de S

Resolucioacuten Se debe cumplir que la suma al-gebraica de todos los nuacutemeros de oxidacioacuten sea cero

4(-2) + 21 + x = 0

-8 + 2 + x = 0

x = 6

Respuesta el nuacutemero de oxidacioacuten del azufre

en el aacutecido sulfuacuterico es +6

3) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten del nitroacutegeno

en el nitrato de sodio (NaNO3)

Datos NaNO3 nuacutemero de oxidacioacuten del

O2 es 2

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de N

97

Resolucioacuten El nuacutemero de oxidacioacuten del

sodio es +1 porque el ion sodio tiene una car-

ga eleacutectrica positiva

+1 + 3(-2) +x = 0

1 6 + x = 0

x = 5

Respuesta el nuacutemero de oxidacioacuten del nitroacute-

geno en el nitrato de sodio es +5

4) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten del azufre en

el ion sulfato (S 24Ominus )

Datos S 24Ominus nuacutemero de oxidacioacuten del O2

es 2

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de S

Resolucioacuten La suma de los nuacutemeros de

oxidacioacuten es igual a 2 porque el ion sulfato

tiene dos cargas negativas (2-)

x + 4(-2) = -2

x 8 = -2

x = 6

98

Respuesta El nuacutemero de oxidacioacuten del azu-

fre en el ion sulfato es +6

99

Ejercicios 1212

1) Dibujaacute los siacutembolos de Lewis para los aacutetomos

de

a) He b) Al c) Si d) Ar e) N

2) iquestCoacutemo adquiere la distribucioacuten electroacutenica del

ineacutertido maacutes cercano cada uno de los siguien-

tes aacutetomos

a) K b)

F c)

S d) Mg e)

Br

3) Escribiacute las ecuaciones ioacutenicas la foacutermula elec-

troacutenica y la foacutermula miacutenima del compuesto

ioacutenico formado por

a) K y Br (bromuro de potasio)

b) Ca y O (oacutexido de calcio)

4) Marcaacute con una X las propiedades correspon-

dientes a las sustancias que presentan uniones

ioacutenicas

100

a) Son soacutelidas y tienen bajo punto de fusioacuten ( )

b) Conducen la corriente eleacutectrica fundidas o di-

sueltas en agua ( )

c) Tienen brillo metaacutelico ( )

d) Forman cristales duros y quebradizos solubles

en agua ( )

e) No conducen la corriente eleacutectrica ( )

5) Explicaacute coacutemo se unen dos aacutetomos de bromo

para formar la moleacutecula Br2 y escribiacute su

foacutermula electroacutenica y su foacutermula desarrollada

6) La foacutermula del monoacutexido de dicloro es Cl2O

a) Indicaacute queacute tipo de unioacuten existe entre el cloro y

el oxiacutegeno

b) Escribiacute su foacutermula electroacutenica y su foacutermula

desarrollada

7) El azufre y el oxiacutegeno forman dos oacutexidos

importantes el dioacutexido de azufre (SO2) y el

101

trioacutexido de azufre (SO3) Para el trioacutexido de

azufre

a) Indicaacute queacute tipo de unioacuten existe entre el azufre

y los tres aacutetomos de oxiacutegeno

b) Escribiacute la foacutermula electroacutenica

c) Escribiacute la foacutermula desarrollada

8) Marcaacute 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

liacutequidas o soacutelidas ( )

c) Son duacutectiles y maleables ( )

d) No forman moleacuteculas son agregados de

iones ( )

e) No son buenas conductoras de la corriente

eleacutectrica ( )

102

9) Coloque en el pareacutentesis UCP si la unioacuten es

covalente polar y UCNP si es covalento no

polar en cada una de las siguientes sustancias

a) cloruro de hidroacutegeno HCl ( )

b) Hidroacutegeno H2 ( )

c) yodo l2 ( )

10) Escribiacute la foacutermula electroacutenica y la foacutermula

desarrollada de cada una de las sustancias

mencionadas en el ejercicio 9

11) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten

a) del azufre (S)en el dioacutexido de azufre (SO2) en

el trioacutexido de azufre (SO3) y en el sulfuro de

sodio (Na2S)

b) del nitroacutegeno (N) en el dioacutexido de nitroacutegeno

(NO2) en el aacutecido niacutetrico (HNO3) y en el ni-

trato de potasio (KNO3)

12) Marcaacute con una X las propiedades que se expli-

can en el concepto de unioacuten metaacutelica

103

a) Tienen bajo punto de fusioacuten y de

ebullicioacuten ( )

b) Tienen brillo metaacutelico ( )

c) Conducen la corriente eleacutectrica sin

alterarse ( )

d) En estado soacutelido son malos conductores de la

corriente eleacutectrica ( )

e) Forman hilos y laacuteminas delgadas ( )

104

Hoja de respuestas 1212

1) a) He b) Al c)

Si d)

Ar e)

N

2) a) cede un electroacuten d) cede electrones c)

gana dos electrones b) y e) gana un electroacuten

3) a) Ecuaciones ioacutenicas

K K1+ + 1 e

Br + 1 e Br1-

K1+ + Br- KBr

Foacutermula electroacutenica K1+minus

1

Br

Foacutermula miacutenima KBr

b) Ecuaciones ioacutenicas

Ca Ca 2+ + 2 e

O + 2 e O2-

Ca2+ + O2- CaO

Foacutermula electroacutenica Ca2+ minus

2

O

105

Foacutermula miacutenima CaO

4) b y d

5) se unen compartiendo un par de electrones

6) a) unioacuten covalente

b) foacutermula electroacutenica

Cl

O

Cl

foacutermula desarrollada Cl O Cl

7) a) una unioacuten covalente doble entre el azufre y

uno de los aacutetomos de oxiacutegeno dos uniones cova-

lentes coordinadas con los otros dos aacutetomos de

oxiacutegeno

b) Foacutermula electroacutenica

Foacutermula desarrollada

106

8) a b y e

9) a) UCP y c) UCNP

10) Foacutermula electroacutenica Foacutermula desarrollada

a) H

Cl H Cl

b) HH H H

c)

I

I l I

11) a) +4 +6 -2 b) +4 +5 +5

12) b c y e

  • RADIACTIVIDAD
    • IacuteNDICE
      • 1 RADIACTIVIDAD NATURAL
      • 2 RELACIOacuteN ENTRE LA LEY DE LAVOISIER Y LA DE EINSTEIN
      • 3 INTERACCIONES ENTRE AacuteTOMOS Y ONDAS
      • 4 PODER DE PENETRACIOacuteN DE LA RADIACIOacuteN
      • 5 VIDA MEDIA
      • 6 RADIACTIVIDAD ARTIFICIAL
      • 7 USOS DE LOS RADIOISOacuteTOPOS
      • 8 MEDICINA NUCLEAR
      • 9 FECHADO POR MEDIO DE RADIOISOacuteTOPOS
      • 10 PLANTAS DE ENERGIacuteA NUCLEAR
      • 11 BOMBA ATOacuteMICA
      • 12 EFECTOS DE UNA EXPLOSIOacuteN NUCLEAR
        • Ejercicios 12
        • Ejercicios 121
        • Hoja de respuestas121
        • Ejercicios 1211
        • Ejercicios 1212
        • Hoja de respuestas 1212

62

en cadena controlada para producir vapor de

agua que mueve las turbinas generadoras de elec-

tricidad El combustible nuclear es normalmente

oacutexido de uranio U3O8 enriquecido hasta alrede-

dor de 3 de uranio 235

La energiacutea nuclear es mucho maacutes limpia que la

que se obtiene quemando combustibles foacutesiles

(carboacuten petroacuteleo y gas) no produce cenizas finas

ni holliacuten no forma dioacutexido de carbono que con-

tribuye al efecto de invernadero y al calentamiento

global y no contamina el aire con oacutexidos de azu-

fre y de nitroacutegeno que dan origen a la lluvia aacutecida

Por otra parte emite grandes cantidades de calor

residual en el ambiente y lo que es mucho maacutes

serio produce muchos residuos radiactivos La

eliminacioacuten de todos estos materiales radiactivos

de desecho es uno de los problemas constantes

que se tienen en relacioacuten con las plantas de energiacutea

nuclear

63

11 BOMBA ATOacuteMICA

Todos sabemos los desastres que pue-

den causar la detonacioacuten de una bomba

nuclear

Aquiacute presentamos la explicacioacuten teoacuterica

y coacutemo se pone en praacutectica

COacuteMO FUNCIONA UNA BOMBA NUCLEAR EN LA

TEORIacuteA

El 16 de Julio de 1945 estalloacute la primera bomba

atoacutemica en el campo de pruebas de Trinity cerca

de aacutelamo Gordo (Nuevo Meacutejico) Desde ese pre-

64

ciso instante la historia de la humanidad ha pasado

a una nueva era la era nuclear

Nunca hasta entonces se habiacutean tenido los cono-

cimientos necesarios como para saber que la masa

puede convertirse en grandes cantidades de ener-

giacutea y coacutemo podiacutea realizarse ese proceso hasta

entonces reservado tan soacutelo a las estrellas

La famosa foacutermula de Einstein E = mc2 ha pasa-

do ya ha formar parte de la cultura popular auacuten sin

que en realidad se llegue a saber que implica

Donde E es energiacutea m masa y c la velocidad de la

luz (constante) En esta ecuacioacuten se expresa la

relacioacuten de equivalencia entre masa y energiacutea Por

ejemplo haciendo algunas cuentas se ve que con

un gramo de uranio si se convirtiese totalmente

en energiacutea se obtendriacutean 25 millones de Kw

Aplicado como una bomba nuclear basta decir

que para asolar Hiroshima soacutelo se convirtioacute un

65

gramo de masa (aunque toda la bomba como me-

canismo pesara cuatro toneladas) su potencia fue

de 125 kilotones es decir para igualar su potencia

seriacutean 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 combustibles

de fisioacuten Cuando en un espacio se reuacutene la sufi-

ciente cantidad de materia (denominada masa criacute-

tica) se produce una reaccioacuten en cadena espontaacute-

nea esto es el nuacutecleo de los aacutetomos del material

se divide liberando energiacutea y varios neutrones

raacutepidos que provocan que otros nuacutecleos tam-

bieacuten se dividan y liberen maacutes energiacutea y neutrones

Este proceso se denomina fisioacuten nuclear Sin em-

bargo si la densidad no es suficiente la energiacutea

liberada hace que el material se expanda y se de-

tenga el proceso Para evitar que se pare la reac-

cioacuten se recurre a una materia muy densa de por siacute

(isoacutetopos del uranio y plutonio) que ademaacutes se

comprime de manera muy raacutepida para lograr una

66

altiacutesima densidad que permite que los neutrones

raacutepidos choquen antes con otros nuacutecleos y se

produzcan antes el mayor nuacutemero 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 maacutes energiacutea Para una

explosioacuten de 100 kilotones son necesarias 58 ge-

neraciones las 7 uacuteltimas generan el 999 de la

energiacutea en periodo cortiacutesimo de tiempo Tambieacuten

puede liberarse energiacutea con la fusioacuten en este pro-

ceso los nuacutecleos se unen en vez de separarse pero

se requieren altiacutesimas temperaturas (del orden de

millones de grados) para que este proceso se lleve

a cabo Para esta reaccioacuten se usan aacutetomos ligeros

(maacutes faacuteciles de unir) generalmente hidroacutegeno o

sus isoacutetopos (deuterio y tritio) Para unir dos aacuteto-

mos basta con hacerlos chocar Los protones de

cada aacutetomo 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

67

fusioacuten deben comprimirse fuertemente los nuacute-

cleos y una vez hecho soacutelo podraacuten continuar uni-

dos si pierden un equivalente de la energiacutea que les

hizo apretarse En el caso de usar deuterio y tritio

se libera violentamente un neutroacuten Esta energiacutea

liberada es la que forma una bomba de fusioacuten

tambieacuten denominada bomba H

COMO FUNCIONA UNA BOMBA ATO-MICA EN LA PRACTICA

Sea cual fuere el sistema de funcionamiento de

una bomba nuclear (fusioacuten o fisioacuten) una cantidad

de masa se convierte en energiacutea la potencia soacutelo

depende de la capacidad de la ingenieriacutea para con-

vertir maacutes masa antes de que la reaccioacuten disperse

las moleacuteculas en teoriacutea la potencia es por tanto

ilimitada

Una bomba nuclear consiste baacutesicamente en una

esfera hueca de plutonio que no es lo suficiente-

68

mente densa como para producir una reaccioacuten 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 explosioacuten se disparan los detonado-

res que hacen que el material explosivo estalle de

la manera lo maacutes regular posible para que enviacutee

una onda de choque esfeacuterica hacia el plutonio

Cuando eacutesta impacta contra eacutel lo comprime y re-

duce su volumen empujaacutendolo hacia el centro de

la esfera hasta que alcanza una densidad suficiente

(supercriacutetica) y se dispara el iniciador de neutrones

para comenzar la reaccioacuten en cadena que da lugar

a la explosioacuten nuclear

Las bombas termonucleares de fusioacuten o H nece-

sitan de una gran temperatura para que se puedan

unir los nuacutecleos esto se consigue en el interior de

una explosioacuten de fisioacuten que es el comienzo de

toda bomba H

69

Una vez acabada la reaccioacuten de fusioacuten nos encon-

traremos con una esfera expandida con una tem-

peratura de millones de grados en la que existen

los productos de la fusioacuten (litio e isoacutetopos del

hidroacutegeno) Tal es su velocidad que pueden fun-

dirse unos con otros dando lugar a la reaccioacuten de

fusioacuten Esta reaccioacuten genera maacutes energiacutea que la

anterior y libera gran cantidad de partiacuteculas nu-

cleares pero no es una reaccioacuten en cadena ya que

el propio calor que genera hace que las partiacuteculas

se separen y se expandan en forma de una esfera

de plasma con una temperatura que tan soacutelo expe-

rimenta el universo de manera natural en las estre-

llas En nuestro sol por ejemplo ocurren la fusioacuten

nuclear de hidroacutegeno y helio Pero antes de que la

reaccioacuten se extinga los neutrones generados por

las detonaciones anteriores provocan de nuevo

una reaccioacuten de fusioacuten sobre una camisa de U-

238 pero esta vez mucho mayor que las anterio-

res La potencia de una bomba termonuclear care-

ce de liacutemite una bomba como la de Hiroshima de

70

125 kilotones (un kilotoacuten equivale a 1000 tonela-

das de TNT) se considera dentro de los arsenales

modernos como pequentildea siendo las de un mega-

toacuten (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 la

Segunda Guerra Mundial

Para la construccioacuten de una bomba nuclear nor-

malmente se usa U-235 mezclado con U-238 El

primero no forma parte de la reaccioacuten nuclear

sino que es el segundo el que es fisionable de ma-

nera espontaacutenea emitiendo neutrones que son

absorbidos por el U-235 para evitar que se pro-

duzca de manera accidental la reaccioacuten en cadena

Asiacute el U-235 hace de escudo absorbiendo los neu-

trones del U-238 que es el que produce la detona-

cioacuten 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

71

reactores nucleares a partir del U-238

La desintegracioacuten del uranio en la reaccioacuten en

cadena se produce de manera espontaacutenea para una

masa de 50 Kg si eacuteste elemento es puro El pluto-

nio no es capaz por si solo de comenzar una raacutepi-

da reaccioacuten en cadena de modo que se mezcla de

berilo y polonio dando como resultado un pro-

ducto que aunque no es fisionable por si solo una

pequentildea cantidad actuacutea como catalizador para las

grandes reacciones Asiacute bastan 16 Kg de PU-239

para obtener la masa supercriacutetica y 10 Kg si se

mezcla con U-238

El U-235 es muy difiacutecil de extraer por encontrarse

en la naturaleza muy mezclado con otros com-

puestos Asiacute por cada 25000 toneladas de mineral

de uranio bruto soacutelo se obtienen 50 toneladas de

uranio del que el 993 es U-235 y el resto el

rariacutesimo isoacutetopo U-238 ambos soacutelo se pueden

separar de manera mecaacutenica gracias a la leviacutesima

72

diferencia de peso entre ambos Asiacute el uranio se

mezcla en forma gaseosa con fluor (hexafluoriacutedri-

co) que es impulsado a baja presioacuten hacieacutendolo

pasar por unas caacutemaras que aumentan la concen-

tracioacuten de uranio sensiblemente tras cientos de

pasadas Para una central nuclear la pureza ha de

ser del 2 y para una bomba (teoacutericamente) el

95

Para separar el isoacutetopo se recurre a la centrifuga-

cioacuten del gas siendo el maacutes pesado U-238 despedi-

do hacia el exterior con maacutes fuerza Para obtener

otra vez el uranio separado del gas se recurre a la

separacioacuten magneacutetica

MECANISMOS QUE SUELEN COMPONER UNA

BOMBA NUCLEAR

Los mecanismos que suelen componer una bom-

ba nuclear son los siguientes

73

ALTIacuteMETRO No suele usarse el baromeacutetrico

por verse afectado por las condiciones atmosfeacuteri-

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 seguacuten el tiempo transcu-

rrido en el recorrido puede saberse la altura sin

necesidad de complicar maacutes el sistema para dar

una precisioacuten que en realidad no es importante (2

o 3 m de diferencia no son apreciables maacutes que

en minibombas bastante menores que las de

Hiroshima) siendo la altura normal de detonacioacuten

la de 2000 m

En la praacutectica 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 electroacute-

nicamente para obtener la diferencia de ambas

que es proporcional a la altura Los pulsos suelen

emitirse 120 veces por segundo y alcanzan un

74

rango de 3000 m sobre la tierra y 6000 m sobre

el mar (la reflexioacuten es alliacute mejor) siendo su error

de hasta 15 m

CABEZA DETONADORA Como ya se dijo

estaacute compuesta de una carga explosiva muy bien

calibrada que a la orden del altiacutemetro detona

produciendo una onda de choque uniforme sobre

el elemento radioactivo comprimieacutendolo hasta

alcanzar la masa supercriacutetica

Compantildeiacuteas privadas producen camisas explosivas

que modificadas pueden ser usadas para la fabri-

cacioacuten del objeto que nos ocupa La cantidad de

presioacuten necesaria a aplicar es un secreto por razo-

nes de seguridad aunque se sabe que los explosi-

vos plaacutesticos son ideales sobre todo por su malea-

bilidad y facilidad de manejo

El detonador variacutea si es combustible es uranio o

plutonio

75

DETONADOR DE URANIO La masa total se

divide en dos partes una mayor de forma semies-

feacuterica y coacutencava que se acopla perfectamente con

la otra maacutes pequentildea Como es de suponer ambas

se encuentran separadas hasta el momento de la

detonacioacuten en el que una explosioacuten convencional

dispara la parte pequentildea que impacta contra la

mayor para lograr en un instante la masa supercriacute-

tica

DETONADOR DE PLUTONIO Necesita

una precisioacuten de ingenieriacutea mucho mayor que la

anterior ya que estaacute compuesta de 32 secciones de

plutonio-berilio-polonio todas de igual forma y

posicioacuten distribuidas conceacutentricamente El aspecto

final es parecido al de un baloacuten de fuacutetbol Todas

han de cerrarse simeacutetricamente en una diezmillo-

neacutesima de segundo para conseguir la detonacioacuten

DEFLECTOR DE NEUTRONES Suele ser

U-238 Su funcioacuten es la que ya se explicoacute evitar

76

una reaccioacuten accidental ademaacutes refleja las partiacutecu-

las de vuelta cuando se alcanza la masa supercriacuteti-

ca

ESCUDO PROTECTOR Recibe otros nom-

bres pero su funcioacuten es siempre la de proteger de

la radiacioacuten natural tanto al personal que la maneja

como a los circuitos de la bomba que pueden su-

frir cortocircuitos o puestas en funcionamiento

accidentales

SISTEMA DE ARMADO Es otro sistema maacutes

de seguridad consistente en quitar una parte im-

prescindible de la bomba para evitar detonaciones

accidentales de modo que soacutelo cuando estaacute

proacuteximo su lanzamiento se inserta esta parte Una

analogiacutea seriacutea como si al aparcar nuestro coche le

quitaacuteramos el volante o una bujiacutea asiacute estariacuteamos

seguros de que no nos lo roban porque sin estas

partes el coche no funciona

77

12 EFECTOS DE UNA EXPLOSIOacuteN NUCLEAR

Tenemos frescas en nuestra memo-

ria las imaacutegenes que nos mostroacute la

televisioacuten cuando se produjo el ac-

cidente de Chernobyl

Aquiacute explicamos todas las conse-

cuencias de una detonacioacuten 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

78

bull Radiacioacuten nuclear inicial la altiacutesima

temperatura y la elevada presioacuten que se

genera en el interior de la explosioacuten emi-

ten radiacioacuten en todas las direcciones Esta

se compone de rayos alfa beta y gamma

que son una forma de radiacioacuten electro-

magneacutetica de alta energiacutea que puede causar

la muerte sin que el individuo se de cuenta

de que ha sido irradiado Una explosioacuten de

un megatoacuten (de tamantildeo estaacutendar) matariacutea

a todo ser humano en 15 Km a la redonda

que se encontrase al aire libre

Las partiacuteculas alfa son ideacutenticas a un nuacutecleo de

helio son las que mas larga vida tienen unos mil

antildeos pero su poder de penetracioacuten 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 radiacioacuten Con 45 cm de tierra se

consigue reducir la radiacioacuten veinte veces

Las partiacuteculas beta penetran maacutes siendo suficiente

79

38 cm de pared de ladrillo para reducir a un quin-

to la radiacioacuten (una pared moderna ya espesa se

compone de 1 pie de ladrillo maacutes caacutemara maacutes

aislante maacutes ladrillo hueco y yeso que suele que-

darse en los 37 cm)

Los de maacutes poder de penetracioacuten son las gamma

y por tanto los maacutes peligrosos ya son los que se

introducen en los refugios nucleares auacuten con

grandes espesores de hormigoacuten La uacutenica protec-

cioacuten eficaz es la de interponer grandes masas de

material mejor cuanto maacutes denso siendo el ideal

el plomo ya que pasa por los materiales como la

luz por una tela si esta es maacutes densa mayor canti-

dad de chocaraacute con ella y no la traspasaraacute Para

reducir la dosis a un veinteavo se precisan 30 cm

de hormigoacuten armado

bull Pulso electromagneacutetico La intensa acti-

vidad de los rayos gamma genera mediante

induccioacuten una corriente de alto voltaje so-

80

bre antenas viacuteas feacuterreas tuberiacuteas que des-

truye todas las instalaciones eleacutectricas de

una amplia zona si la explosioacuten se efectuacutea

a gran altura Una detonacioacuten de muchos

kilotones a 200 km sobre Omaha (Ne-

brasca) destruiriacutea todos los circuitos eleacutec-

tricos integrados de toda Norteameacuterica y

parte de Meacutejico y Canadaacute Ante el riesgo

de una detonacioacuten nuclear es conveniente

alejarse de liacuteneas eleacutectricas y viacutea feacuterreas ya

que la corriente inducida puede electrocu-

tarnos

bull Pulso teacutermico al expandirse la bola de

fuego el aire circundante absorbe energiacutea

en forma de rayos X y la irradia en forma

de una luz cegadora y un intensiacutesimo ca-

lor Una bomba de 20 Megatones produci-

riacutea una intensa luz durante 20 segundos y

causariacutea quemaduras de segundo grado a

81

cualquier persona expuesta a 45 Km de

distancia

bull Onda de choque La raacutepida expansioacuten de

la bola de fuego genera una onda de cho-

que como cualquier explosioacuten pero de

una potencia muy superior ya que puede

aplastar o barrer edificios dantildeaacutendolos muy

seriamente o destruyeacutendolos por comple-

to ya que maacutes que empujar por su dura-

cioacuten lo que hace es estrujar Una bomba

de 20 megatones no dejariacutea en un radio de

20 Km maacutes que escombros soacutelo se salva-

riacutean las cimentaciones y construcciones

enterradas

bull Primera lluvia radioactiva o lluvia ra-

diactiva local una explosioacuten de 20 mega-

tones aras de suelo produciriacutea un craacuteter de

183 m de profundidad la elevada tempe-

82

ratura vaporiza todo lo que se encuentra

dentro de la bola de fuego todo se funde

con los materiales radiactivos de la fisioacuten o

fusioacuten y se eleva con el hongo para luego

precipitar en forma de finas cenizas Esto

ocurriraacute durante las 24 h siguientes a la

explosioacuten y afectaraacute a una regioacuten maacutes o

menos amplia para una misma potencia

seguacuten la climatologiacutea El fenoacutemeno se am-

pliacutea considerablemente si la detonacioacuten se

produce cerca del suelo La energiacutea 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 maacutes destructivos los deno-

minados secundarios como incendios en masa

que acabariacutean con los pocos supervivientes y ma-

tariacutean a maacutes que el pulso teacutermico y la onda de

choque

83

Ademaacutes en caso de que se lanzaran muchas

bombas nucleares sus efectos secundarios seriacutean

mucho maacutes 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 10000 mega-

tones miacutenimos para considerar un holocausto

como tal

bull El primero de estos efectos es que la ra-

dioactividad liberada en caso de holocaus-

to penetrariacutea en todos y cada uno de los

seres vivos (y en el mar la tierra y el aire)

Mientras que en dosis altas (seguacuten la espe-

cie) produciriacutea la muerte en otras maacutes ba-

jas los efectos seriacutean de lo maacutes variados

(mutaciones esterilidad)

bull El segundo seriacutea que los materiales im-

pulsados por las detonaciones se elevariacutean

hasta la troposfera donde ocultariacutean la luz

84

del sol durante meses o antildeos haciendo ba-

jar la temperatura de la tierra y alterando la

fotosiacutentesis de los vegetales y el plancton

marino seriacutea el famoso invierno nuclear

Ademaacutes estos materiales radiactivos iriacutean

cayendo durante meses o antildeos convirtieacuten-

dose en una lluvia radiactiva global que

auacuten con menos dosis radiactiva que una

lluvia provocada por una bomba seriacutea

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

antildeos Ese 5 de energiacutea liberada por la

lluvia radiactividad en una bomba es poco

pero en los 10000 megatones de un holo-

causto suponen ya 500 megatones que iraacuten

estallando durante miles de antildeos des-

pueacutes de la cataacutestrofe

85

bull El tercero seriacutea una reduccioacuten en la capa

de ozono producida por el oacutexido de nitroacute-

geno generado por las bolas de fuego de

modo que la radiacioacuten solar que llegase a

la tierra seriacutea mortal Un 70 del ozono

desapareceriacutea en el hemisferio norte y un

40 en el sur siendo necesarios treinta

antildeos para recuperar su estado normal

86

Ejercicios 12

MODELO DE RESOLUCIOacuteN

La distribucioacuten de los electrones de un aacutetomo

en sus niveles y subniveles se puede representar en

forma abreviada de la siguiente manera

a) Un coeficiente que indica el nuacutemero del nivel

de energiacutea (n)

b) Una letra que corresponde al subnivel

c) Un supraiacutendice que sentildeala el nuacutemero de elec-

trones que hay en el subnivel

1H = 1s1

3Li = 1s2 2s1

En razoacuten del entrecruzamiento de subniveles

el orden en que se van completando los subniveles

por energiacutea creciente es el siguiente

87

1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d

4p 5s 4d 5p 6s 4f

5d 6p 7s 5f 6d

7p

Para visualizar la distribucioacuten de los electrones

en orbitales se puede representar cada orbital por

un pequentildeo cuadrado dividido por una diagonal

y cada electroacuten mediante una flecha

Entonces el orbital puede estar

Vaciacuteo incompleto completo

(1 electroacuten) (2 electrones)

En caso del orbital completo las flechas tienen

sentido contrario para indicar que los electrones

presentan spin contrario

El llenado de los orbitales por los electrones

se realiza a partir de los niveles y subniveles en

88

orden creciente de energiacutea Cada nuevo electroacuten se

incorpora a un orbital vaciacuteo

De ese modo los elementos quedan represen-

tados asiacute

1H =

1s

3Li =

1s 2s

7N =

1s 2s 2p

89

Ejercicios 121

1) Un aacutetomo de foacutesforo tiene 15 protones y 16

neutrones Indicaacute cuaacutel es su

a) nuacutemero atoacutemico (Z) b) nuacutemero

de masa (A)

2) Un aacutetomo de potasio tiene Z =19 y A = 39

Indicaacute su nuacutemero de

a) protones b) electrones

c) neutrones

3) Completaacute los datos que faltan en el siguiente

cuadro

90

ELE-

MEN-

TO

NUacute-

MERO

ATOacute-

MICO

NUacute-

MERO

DE

MASA

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) Sentildealaacute el nombre y siacutembolo de los elementos

cuyas configuraciones electroacutenicas 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) Escribiacute la configuracioacuten electroacutenica de los

siguientes elementos

91

a) Na2311 = c) O16

8 =

b) Cl3517 = d) C12

6 =

6) De acuerdo con la siguiente representacioacuten de

los electrones en orbitales indicaacute a queacute ele-

mentos corresponden

a)

b)

c)

d)

7) Representaacute la distribucioacuten de los electrones en

orbitales de los elementos

a) 7N= c) 18Ar =

b) 15AI = d) 19K =

92

Hoja de respuestas121

1) a) 15 b) 31 2) a) 19 b) 19 c) 20

3)

ELE-

MEN-

TO

NUacuteME-

RO

ATOacute-

MICO

NUacute-

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)Argoacuten Ar

d)Escandio Sc

5) a) 1S2 2S2 2p6 3s1

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)middot

94

Ejercicios 1211

Modelo de resolucioacuten

El nuacutemero de oxidacioacuten se asigna seguacuten las si-

guientes reglas

1) El nuacutemero de oxidacioacuten de los elementos en la

sustancia simple es cero

Ejemplo Cu0 02Cl

2) El nuacutemero de oxidacioacuten del oxiacutegeno es 2

excepto en las sustancias como el agua oxige-

nada Ejemplo H2

2Ominus

3) El nuacutemero de oxidacioacuten del hidroacutegeno es +1

excepto en las sustancias donde estaacute combina-

do con los metales Ejemplo 1

H+

2O

4) El nuacutemero de oxidacioacuten de un ion monoatoacute-

mico es igual a la carga del ion Ejemplo Ca2-

Cl-

95

5) En la foacutermula de una sustancia la suma alge-

braica de los nuacutemeros de oxidacioacuten de todos

los aacutetomos debe ser cero Ejemplo 1

H+

2

2Ominus

there42(+1) + (-2) = 0

6) En los iones que tienen maacutes de un aacutetomo la

suma algebraica de los nuacutemeros de oxidacioacuten

de todos los aacutetomos es igual a la carga del ion

El nuacutemero de oxidacioacuten se escribe colocando primero el signo y luego el nuacutemero

Ejemplo el nuacutemero de oxidacioacuten del aluminio es +3

1) Calculaacute los nuacutemeros de oxidacioacuten en la moleacute-

cula de dioacutexido de azufre (SO2)

Datos SO2 nuacutemero de oxidacioacuten del O2

es 2

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de S

Resolucioacuten Cada aacutetomo de oxiacutegeno tiene

nuacutemero de oxidacioacuten 2 por lo tanto el nuacute-

mero de oxidacioacuten del azufre es +4 porque

2(-2) + (+4) = 0

96

2) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten del azufre en

el aacutecido sulfuacuterico (H2SO4)

Datos H2SO2 nuacutemero de oxidacioacuten del

O2 es 2 nuacutemero de oxidacioacuten de H es -1

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de S

Resolucioacuten Se debe cumplir que la suma al-gebraica de todos los nuacutemeros de oxidacioacuten sea cero

4(-2) + 21 + x = 0

-8 + 2 + x = 0

x = 6

Respuesta el nuacutemero de oxidacioacuten del azufre

en el aacutecido sulfuacuterico es +6

3) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten del nitroacutegeno

en el nitrato de sodio (NaNO3)

Datos NaNO3 nuacutemero de oxidacioacuten del

O2 es 2

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de N

97

Resolucioacuten El nuacutemero de oxidacioacuten del

sodio es +1 porque el ion sodio tiene una car-

ga eleacutectrica positiva

+1 + 3(-2) +x = 0

1 6 + x = 0

x = 5

Respuesta el nuacutemero de oxidacioacuten del nitroacute-

geno en el nitrato de sodio es +5

4) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten del azufre en

el ion sulfato (S 24Ominus )

Datos S 24Ominus nuacutemero de oxidacioacuten del O2

es 2

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de S

Resolucioacuten La suma de los nuacutemeros de

oxidacioacuten es igual a 2 porque el ion sulfato

tiene dos cargas negativas (2-)

x + 4(-2) = -2

x 8 = -2

x = 6

98

Respuesta El nuacutemero de oxidacioacuten del azu-

fre en el ion sulfato es +6

99

Ejercicios 1212

1) Dibujaacute los siacutembolos de Lewis para los aacutetomos

de

a) He b) Al c) Si d) Ar e) N

2) iquestCoacutemo adquiere la distribucioacuten electroacutenica del

ineacutertido maacutes cercano cada uno de los siguien-

tes aacutetomos

a) K b)

F c)

S d) Mg e)

Br

3) Escribiacute las ecuaciones ioacutenicas la foacutermula elec-

troacutenica y la foacutermula miacutenima del compuesto

ioacutenico formado por

a) K y Br (bromuro de potasio)

b) Ca y O (oacutexido de calcio)

4) Marcaacute con una X las propiedades correspon-

dientes a las sustancias que presentan uniones

ioacutenicas

100

a) Son soacutelidas y tienen bajo punto de fusioacuten ( )

b) Conducen la corriente eleacutectrica fundidas o di-

sueltas en agua ( )

c) Tienen brillo metaacutelico ( )

d) Forman cristales duros y quebradizos solubles

en agua ( )

e) No conducen la corriente eleacutectrica ( )

5) Explicaacute coacutemo se unen dos aacutetomos de bromo

para formar la moleacutecula Br2 y escribiacute su

foacutermula electroacutenica y su foacutermula desarrollada

6) La foacutermula del monoacutexido de dicloro es Cl2O

a) Indicaacute queacute tipo de unioacuten existe entre el cloro y

el oxiacutegeno

b) Escribiacute su foacutermula electroacutenica y su foacutermula

desarrollada

7) El azufre y el oxiacutegeno forman dos oacutexidos

importantes el dioacutexido de azufre (SO2) y el

101

trioacutexido de azufre (SO3) Para el trioacutexido de

azufre

a) Indicaacute queacute tipo de unioacuten existe entre el azufre

y los tres aacutetomos de oxiacutegeno

b) Escribiacute la foacutermula electroacutenica

c) Escribiacute la foacutermula desarrollada

8) Marcaacute 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

liacutequidas o soacutelidas ( )

c) Son duacutectiles y maleables ( )

d) No forman moleacuteculas son agregados de

iones ( )

e) No son buenas conductoras de la corriente

eleacutectrica ( )

102

9) Coloque en el pareacutentesis UCP si la unioacuten es

covalente polar y UCNP si es covalento no

polar en cada una de las siguientes sustancias

a) cloruro de hidroacutegeno HCl ( )

b) Hidroacutegeno H2 ( )

c) yodo l2 ( )

10) Escribiacute la foacutermula electroacutenica y la foacutermula

desarrollada de cada una de las sustancias

mencionadas en el ejercicio 9

11) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten

a) del azufre (S)en el dioacutexido de azufre (SO2) en

el trioacutexido de azufre (SO3) y en el sulfuro de

sodio (Na2S)

b) del nitroacutegeno (N) en el dioacutexido de nitroacutegeno

(NO2) en el aacutecido niacutetrico (HNO3) y en el ni-

trato de potasio (KNO3)

12) Marcaacute con una X las propiedades que se expli-

can en el concepto de unioacuten metaacutelica

103

a) Tienen bajo punto de fusioacuten y de

ebullicioacuten ( )

b) Tienen brillo metaacutelico ( )

c) Conducen la corriente eleacutectrica sin

alterarse ( )

d) En estado soacutelido son malos conductores de la

corriente eleacutectrica ( )

e) Forman hilos y laacuteminas delgadas ( )

104

Hoja de respuestas 1212

1) a) He b) Al c)

Si d)

Ar e)

N

2) a) cede un electroacuten d) cede electrones c)

gana dos electrones b) y e) gana un electroacuten

3) a) Ecuaciones ioacutenicas

K K1+ + 1 e

Br + 1 e Br1-

K1+ + Br- KBr

Foacutermula electroacutenica K1+minus

1

Br

Foacutermula miacutenima KBr

b) Ecuaciones ioacutenicas

Ca Ca 2+ + 2 e

O + 2 e O2-

Ca2+ + O2- CaO

Foacutermula electroacutenica Ca2+ minus

2

O

105

Foacutermula miacutenima CaO

4) b y d

5) se unen compartiendo un par de electrones

6) a) unioacuten covalente

b) foacutermula electroacutenica

Cl

O

Cl

foacutermula desarrollada Cl O Cl

7) a) una unioacuten covalente doble entre el azufre y

uno de los aacutetomos de oxiacutegeno dos uniones cova-

lentes coordinadas con los otros dos aacutetomos de

oxiacutegeno

b) Foacutermula electroacutenica

Foacutermula desarrollada

106

8) a b y e

9) a) UCP y c) UCNP

10) Foacutermula electroacutenica Foacutermula desarrollada

a) H

Cl H Cl

b) HH H H

c)

I

I l I

11) a) +4 +6 -2 b) +4 +5 +5

12) b c y e

  • RADIACTIVIDAD
    • IacuteNDICE
      • 1 RADIACTIVIDAD NATURAL
      • 2 RELACIOacuteN ENTRE LA LEY DE LAVOISIER Y LA DE EINSTEIN
      • 3 INTERACCIONES ENTRE AacuteTOMOS Y ONDAS
      • 4 PODER DE PENETRACIOacuteN DE LA RADIACIOacuteN
      • 5 VIDA MEDIA
      • 6 RADIACTIVIDAD ARTIFICIAL
      • 7 USOS DE LOS RADIOISOacuteTOPOS
      • 8 MEDICINA NUCLEAR
      • 9 FECHADO POR MEDIO DE RADIOISOacuteTOPOS
      • 10 PLANTAS DE ENERGIacuteA NUCLEAR
      • 11 BOMBA ATOacuteMICA
      • 12 EFECTOS DE UNA EXPLOSIOacuteN NUCLEAR
        • Ejercicios 12
        • Ejercicios 121
        • Hoja de respuestas121
        • Ejercicios 1211
        • Ejercicios 1212
        • Hoja de respuestas 1212

63

11 BOMBA ATOacuteMICA

Todos sabemos los desastres que pue-

den causar la detonacioacuten de una bomba

nuclear

Aquiacute presentamos la explicacioacuten teoacuterica

y coacutemo se pone en praacutectica

COacuteMO FUNCIONA UNA BOMBA NUCLEAR EN LA

TEORIacuteA

El 16 de Julio de 1945 estalloacute la primera bomba

atoacutemica en el campo de pruebas de Trinity cerca

de aacutelamo Gordo (Nuevo Meacutejico) Desde ese pre-

64

ciso instante la historia de la humanidad ha pasado

a una nueva era la era nuclear

Nunca hasta entonces se habiacutean tenido los cono-

cimientos necesarios como para saber que la masa

puede convertirse en grandes cantidades de ener-

giacutea y coacutemo podiacutea realizarse ese proceso hasta

entonces reservado tan soacutelo a las estrellas

La famosa foacutermula de Einstein E = mc2 ha pasa-

do ya ha formar parte de la cultura popular auacuten sin

que en realidad se llegue a saber que implica

Donde E es energiacutea m masa y c la velocidad de la

luz (constante) En esta ecuacioacuten se expresa la

relacioacuten de equivalencia entre masa y energiacutea Por

ejemplo haciendo algunas cuentas se ve que con

un gramo de uranio si se convirtiese totalmente

en energiacutea se obtendriacutean 25 millones de Kw

Aplicado como una bomba nuclear basta decir

que para asolar Hiroshima soacutelo se convirtioacute un

65

gramo de masa (aunque toda la bomba como me-

canismo pesara cuatro toneladas) su potencia fue

de 125 kilotones es decir para igualar su potencia

seriacutean 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 combustibles

de fisioacuten Cuando en un espacio se reuacutene la sufi-

ciente cantidad de materia (denominada masa criacute-

tica) se produce una reaccioacuten en cadena espontaacute-

nea esto es el nuacutecleo de los aacutetomos del material

se divide liberando energiacutea y varios neutrones

raacutepidos que provocan que otros nuacutecleos tam-

bieacuten se dividan y liberen maacutes energiacutea y neutrones

Este proceso se denomina fisioacuten nuclear Sin em-

bargo si la densidad no es suficiente la energiacutea

liberada hace que el material se expanda y se de-

tenga el proceso Para evitar que se pare la reac-

cioacuten se recurre a una materia muy densa de por siacute

(isoacutetopos del uranio y plutonio) que ademaacutes se

comprime de manera muy raacutepida para lograr una

66

altiacutesima densidad que permite que los neutrones

raacutepidos choquen antes con otros nuacutecleos y se

produzcan antes el mayor nuacutemero 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 maacutes energiacutea Para una

explosioacuten de 100 kilotones son necesarias 58 ge-

neraciones las 7 uacuteltimas generan el 999 de la

energiacutea en periodo cortiacutesimo de tiempo Tambieacuten

puede liberarse energiacutea con la fusioacuten en este pro-

ceso los nuacutecleos se unen en vez de separarse pero

se requieren altiacutesimas temperaturas (del orden de

millones de grados) para que este proceso se lleve

a cabo Para esta reaccioacuten se usan aacutetomos ligeros

(maacutes faacuteciles de unir) generalmente hidroacutegeno o

sus isoacutetopos (deuterio y tritio) Para unir dos aacuteto-

mos basta con hacerlos chocar Los protones de

cada aacutetomo 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

67

fusioacuten deben comprimirse fuertemente los nuacute-

cleos y una vez hecho soacutelo podraacuten continuar uni-

dos si pierden un equivalente de la energiacutea que les

hizo apretarse En el caso de usar deuterio y tritio

se libera violentamente un neutroacuten Esta energiacutea

liberada es la que forma una bomba de fusioacuten

tambieacuten denominada bomba H

COMO FUNCIONA UNA BOMBA ATO-MICA EN LA PRACTICA

Sea cual fuere el sistema de funcionamiento de

una bomba nuclear (fusioacuten o fisioacuten) una cantidad

de masa se convierte en energiacutea la potencia soacutelo

depende de la capacidad de la ingenieriacutea para con-

vertir maacutes masa antes de que la reaccioacuten disperse

las moleacuteculas en teoriacutea la potencia es por tanto

ilimitada

Una bomba nuclear consiste baacutesicamente en una

esfera hueca de plutonio que no es lo suficiente-

68

mente densa como para producir una reaccioacuten 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 explosioacuten se disparan los detonado-

res que hacen que el material explosivo estalle de

la manera lo maacutes regular posible para que enviacutee

una onda de choque esfeacuterica hacia el plutonio

Cuando eacutesta impacta contra eacutel lo comprime y re-

duce su volumen empujaacutendolo hacia el centro de

la esfera hasta que alcanza una densidad suficiente

(supercriacutetica) y se dispara el iniciador de neutrones

para comenzar la reaccioacuten en cadena que da lugar

a la explosioacuten nuclear

Las bombas termonucleares de fusioacuten o H nece-

sitan de una gran temperatura para que se puedan

unir los nuacutecleos esto se consigue en el interior de

una explosioacuten de fisioacuten que es el comienzo de

toda bomba H

69

Una vez acabada la reaccioacuten de fusioacuten nos encon-

traremos con una esfera expandida con una tem-

peratura de millones de grados en la que existen

los productos de la fusioacuten (litio e isoacutetopos del

hidroacutegeno) Tal es su velocidad que pueden fun-

dirse unos con otros dando lugar a la reaccioacuten de

fusioacuten Esta reaccioacuten genera maacutes energiacutea que la

anterior y libera gran cantidad de partiacuteculas nu-

cleares pero no es una reaccioacuten en cadena ya que

el propio calor que genera hace que las partiacuteculas

se separen y se expandan en forma de una esfera

de plasma con una temperatura que tan soacutelo expe-

rimenta el universo de manera natural en las estre-

llas En nuestro sol por ejemplo ocurren la fusioacuten

nuclear de hidroacutegeno y helio Pero antes de que la

reaccioacuten se extinga los neutrones generados por

las detonaciones anteriores provocan de nuevo

una reaccioacuten de fusioacuten sobre una camisa de U-

238 pero esta vez mucho mayor que las anterio-

res La potencia de una bomba termonuclear care-

ce de liacutemite una bomba como la de Hiroshima de

70

125 kilotones (un kilotoacuten equivale a 1000 tonela-

das de TNT) se considera dentro de los arsenales

modernos como pequentildea siendo las de un mega-

toacuten (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 la

Segunda Guerra Mundial

Para la construccioacuten de una bomba nuclear nor-

malmente se usa U-235 mezclado con U-238 El

primero no forma parte de la reaccioacuten nuclear

sino que es el segundo el que es fisionable de ma-

nera espontaacutenea emitiendo neutrones que son

absorbidos por el U-235 para evitar que se pro-

duzca de manera accidental la reaccioacuten en cadena

Asiacute el U-235 hace de escudo absorbiendo los neu-

trones del U-238 que es el que produce la detona-

cioacuten 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

71

reactores nucleares a partir del U-238

La desintegracioacuten del uranio en la reaccioacuten en

cadena se produce de manera espontaacutenea para una

masa de 50 Kg si eacuteste elemento es puro El pluto-

nio no es capaz por si solo de comenzar una raacutepi-

da reaccioacuten en cadena de modo que se mezcla de

berilo y polonio dando como resultado un pro-

ducto que aunque no es fisionable por si solo una

pequentildea cantidad actuacutea como catalizador para las

grandes reacciones Asiacute bastan 16 Kg de PU-239

para obtener la masa supercriacutetica y 10 Kg si se

mezcla con U-238

El U-235 es muy difiacutecil de extraer por encontrarse

en la naturaleza muy mezclado con otros com-

puestos Asiacute por cada 25000 toneladas de mineral

de uranio bruto soacutelo se obtienen 50 toneladas de

uranio del que el 993 es U-235 y el resto el

rariacutesimo isoacutetopo U-238 ambos soacutelo se pueden

separar de manera mecaacutenica gracias a la leviacutesima

72

diferencia de peso entre ambos Asiacute el uranio se

mezcla en forma gaseosa con fluor (hexafluoriacutedri-

co) que es impulsado a baja presioacuten hacieacutendolo

pasar por unas caacutemaras que aumentan la concen-

tracioacuten de uranio sensiblemente tras cientos de

pasadas Para una central nuclear la pureza ha de

ser del 2 y para una bomba (teoacutericamente) el

95

Para separar el isoacutetopo se recurre a la centrifuga-

cioacuten del gas siendo el maacutes pesado U-238 despedi-

do hacia el exterior con maacutes fuerza Para obtener

otra vez el uranio separado del gas se recurre a la

separacioacuten magneacutetica

MECANISMOS QUE SUELEN COMPONER UNA

BOMBA NUCLEAR

Los mecanismos que suelen componer una bom-

ba nuclear son los siguientes

73

ALTIacuteMETRO No suele usarse el baromeacutetrico

por verse afectado por las condiciones atmosfeacuteri-

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 seguacuten el tiempo transcu-

rrido en el recorrido puede saberse la altura sin

necesidad de complicar maacutes el sistema para dar

una precisioacuten que en realidad no es importante (2

o 3 m de diferencia no son apreciables maacutes que

en minibombas bastante menores que las de

Hiroshima) siendo la altura normal de detonacioacuten

la de 2000 m

En la praacutectica 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 electroacute-

nicamente para obtener la diferencia de ambas

que es proporcional a la altura Los pulsos suelen

emitirse 120 veces por segundo y alcanzan un

74

rango de 3000 m sobre la tierra y 6000 m sobre

el mar (la reflexioacuten es alliacute mejor) siendo su error

de hasta 15 m

CABEZA DETONADORA Como ya se dijo

estaacute compuesta de una carga explosiva muy bien

calibrada que a la orden del altiacutemetro detona

produciendo una onda de choque uniforme sobre

el elemento radioactivo comprimieacutendolo hasta

alcanzar la masa supercriacutetica

Compantildeiacuteas privadas producen camisas explosivas

que modificadas pueden ser usadas para la fabri-

cacioacuten del objeto que nos ocupa La cantidad de

presioacuten necesaria a aplicar es un secreto por razo-

nes de seguridad aunque se sabe que los explosi-

vos plaacutesticos son ideales sobre todo por su malea-

bilidad y facilidad de manejo

El detonador variacutea si es combustible es uranio o

plutonio

75

DETONADOR DE URANIO La masa total se

divide en dos partes una mayor de forma semies-

feacuterica y coacutencava que se acopla perfectamente con

la otra maacutes pequentildea Como es de suponer ambas

se encuentran separadas hasta el momento de la

detonacioacuten en el que una explosioacuten convencional

dispara la parte pequentildea que impacta contra la

mayor para lograr en un instante la masa supercriacute-

tica

DETONADOR DE PLUTONIO Necesita

una precisioacuten de ingenieriacutea mucho mayor que la

anterior ya que estaacute compuesta de 32 secciones de

plutonio-berilio-polonio todas de igual forma y

posicioacuten distribuidas conceacutentricamente El aspecto

final es parecido al de un baloacuten de fuacutetbol Todas

han de cerrarse simeacutetricamente en una diezmillo-

neacutesima de segundo para conseguir la detonacioacuten

DEFLECTOR DE NEUTRONES Suele ser

U-238 Su funcioacuten es la que ya se explicoacute evitar

76

una reaccioacuten accidental ademaacutes refleja las partiacutecu-

las de vuelta cuando se alcanza la masa supercriacuteti-

ca

ESCUDO PROTECTOR Recibe otros nom-

bres pero su funcioacuten es siempre la de proteger de

la radiacioacuten natural tanto al personal que la maneja

como a los circuitos de la bomba que pueden su-

frir cortocircuitos o puestas en funcionamiento

accidentales

SISTEMA DE ARMADO Es otro sistema maacutes

de seguridad consistente en quitar una parte im-

prescindible de la bomba para evitar detonaciones

accidentales de modo que soacutelo cuando estaacute

proacuteximo su lanzamiento se inserta esta parte Una

analogiacutea seriacutea como si al aparcar nuestro coche le

quitaacuteramos el volante o una bujiacutea asiacute estariacuteamos

seguros de que no nos lo roban porque sin estas

partes el coche no funciona

77

12 EFECTOS DE UNA EXPLOSIOacuteN NUCLEAR

Tenemos frescas en nuestra memo-

ria las imaacutegenes que nos mostroacute la

televisioacuten cuando se produjo el ac-

cidente de Chernobyl

Aquiacute explicamos todas las conse-

cuencias de una detonacioacuten 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

78

bull Radiacioacuten nuclear inicial la altiacutesima

temperatura y la elevada presioacuten que se

genera en el interior de la explosioacuten emi-

ten radiacioacuten en todas las direcciones Esta

se compone de rayos alfa beta y gamma

que son una forma de radiacioacuten electro-

magneacutetica de alta energiacutea que puede causar

la muerte sin que el individuo se de cuenta

de que ha sido irradiado Una explosioacuten de

un megatoacuten (de tamantildeo estaacutendar) matariacutea

a todo ser humano en 15 Km a la redonda

que se encontrase al aire libre

Las partiacuteculas alfa son ideacutenticas a un nuacutecleo de

helio son las que mas larga vida tienen unos mil

antildeos pero su poder de penetracioacuten 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 radiacioacuten Con 45 cm de tierra se

consigue reducir la radiacioacuten veinte veces

Las partiacuteculas beta penetran maacutes siendo suficiente

79

38 cm de pared de ladrillo para reducir a un quin-

to la radiacioacuten (una pared moderna ya espesa se

compone de 1 pie de ladrillo maacutes caacutemara maacutes

aislante maacutes ladrillo hueco y yeso que suele que-

darse en los 37 cm)

Los de maacutes poder de penetracioacuten son las gamma

y por tanto los maacutes peligrosos ya son los que se

introducen en los refugios nucleares auacuten con

grandes espesores de hormigoacuten La uacutenica protec-

cioacuten eficaz es la de interponer grandes masas de

material mejor cuanto maacutes denso siendo el ideal

el plomo ya que pasa por los materiales como la

luz por una tela si esta es maacutes densa mayor canti-

dad de chocaraacute con ella y no la traspasaraacute Para

reducir la dosis a un veinteavo se precisan 30 cm

de hormigoacuten armado

bull Pulso electromagneacutetico La intensa acti-

vidad de los rayos gamma genera mediante

induccioacuten una corriente de alto voltaje so-

80

bre antenas viacuteas feacuterreas tuberiacuteas que des-

truye todas las instalaciones eleacutectricas de

una amplia zona si la explosioacuten se efectuacutea

a gran altura Una detonacioacuten de muchos

kilotones a 200 km sobre Omaha (Ne-

brasca) destruiriacutea todos los circuitos eleacutec-

tricos integrados de toda Norteameacuterica y

parte de Meacutejico y Canadaacute Ante el riesgo

de una detonacioacuten nuclear es conveniente

alejarse de liacuteneas eleacutectricas y viacutea feacuterreas ya

que la corriente inducida puede electrocu-

tarnos

bull Pulso teacutermico al expandirse la bola de

fuego el aire circundante absorbe energiacutea

en forma de rayos X y la irradia en forma

de una luz cegadora y un intensiacutesimo ca-

lor Una bomba de 20 Megatones produci-

riacutea una intensa luz durante 20 segundos y

causariacutea quemaduras de segundo grado a

81

cualquier persona expuesta a 45 Km de

distancia

bull Onda de choque La raacutepida expansioacuten de

la bola de fuego genera una onda de cho-

que como cualquier explosioacuten pero de

una potencia muy superior ya que puede

aplastar o barrer edificios dantildeaacutendolos muy

seriamente o destruyeacutendolos por comple-

to ya que maacutes que empujar por su dura-

cioacuten lo que hace es estrujar Una bomba

de 20 megatones no dejariacutea en un radio de

20 Km maacutes que escombros soacutelo se salva-

riacutean las cimentaciones y construcciones

enterradas

bull Primera lluvia radioactiva o lluvia ra-

diactiva local una explosioacuten de 20 mega-

tones aras de suelo produciriacutea un craacuteter de

183 m de profundidad la elevada tempe-

82

ratura vaporiza todo lo que se encuentra

dentro de la bola de fuego todo se funde

con los materiales radiactivos de la fisioacuten o

fusioacuten y se eleva con el hongo para luego

precipitar en forma de finas cenizas Esto

ocurriraacute durante las 24 h siguientes a la

explosioacuten y afectaraacute a una regioacuten maacutes o

menos amplia para una misma potencia

seguacuten la climatologiacutea El fenoacutemeno se am-

pliacutea considerablemente si la detonacioacuten se

produce cerca del suelo La energiacutea 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 maacutes destructivos los deno-

minados secundarios como incendios en masa

que acabariacutean con los pocos supervivientes y ma-

tariacutean a maacutes que el pulso teacutermico y la onda de

choque

83

Ademaacutes en caso de que se lanzaran muchas

bombas nucleares sus efectos secundarios seriacutean

mucho maacutes 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 10000 mega-

tones miacutenimos para considerar un holocausto

como tal

bull El primero de estos efectos es que la ra-

dioactividad liberada en caso de holocaus-

to penetrariacutea en todos y cada uno de los

seres vivos (y en el mar la tierra y el aire)

Mientras que en dosis altas (seguacuten la espe-

cie) produciriacutea la muerte en otras maacutes ba-

jas los efectos seriacutean de lo maacutes variados

(mutaciones esterilidad)

bull El segundo seriacutea que los materiales im-

pulsados por las detonaciones se elevariacutean

hasta la troposfera donde ocultariacutean la luz

84

del sol durante meses o antildeos haciendo ba-

jar la temperatura de la tierra y alterando la

fotosiacutentesis de los vegetales y el plancton

marino seriacutea el famoso invierno nuclear

Ademaacutes estos materiales radiactivos iriacutean

cayendo durante meses o antildeos convirtieacuten-

dose en una lluvia radiactiva global que

auacuten con menos dosis radiactiva que una

lluvia provocada por una bomba seriacutea

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

antildeos Ese 5 de energiacutea liberada por la

lluvia radiactividad en una bomba es poco

pero en los 10000 megatones de un holo-

causto suponen ya 500 megatones que iraacuten

estallando durante miles de antildeos des-

pueacutes de la cataacutestrofe

85

bull El tercero seriacutea una reduccioacuten en la capa

de ozono producida por el oacutexido de nitroacute-

geno generado por las bolas de fuego de

modo que la radiacioacuten solar que llegase a

la tierra seriacutea mortal Un 70 del ozono

desapareceriacutea en el hemisferio norte y un

40 en el sur siendo necesarios treinta

antildeos para recuperar su estado normal

86

Ejercicios 12

MODELO DE RESOLUCIOacuteN

La distribucioacuten de los electrones de un aacutetomo

en sus niveles y subniveles se puede representar en

forma abreviada de la siguiente manera

a) Un coeficiente que indica el nuacutemero del nivel

de energiacutea (n)

b) Una letra que corresponde al subnivel

c) Un supraiacutendice que sentildeala el nuacutemero de elec-

trones que hay en el subnivel

1H = 1s1

3Li = 1s2 2s1

En razoacuten del entrecruzamiento de subniveles

el orden en que se van completando los subniveles

por energiacutea creciente es el siguiente

87

1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d

4p 5s 4d 5p 6s 4f

5d 6p 7s 5f 6d

7p

Para visualizar la distribucioacuten de los electrones

en orbitales se puede representar cada orbital por

un pequentildeo cuadrado dividido por una diagonal

y cada electroacuten mediante una flecha

Entonces el orbital puede estar

Vaciacuteo incompleto completo

(1 electroacuten) (2 electrones)

En caso del orbital completo las flechas tienen

sentido contrario para indicar que los electrones

presentan spin contrario

El llenado de los orbitales por los electrones

se realiza a partir de los niveles y subniveles en

88

orden creciente de energiacutea Cada nuevo electroacuten se

incorpora a un orbital vaciacuteo

De ese modo los elementos quedan represen-

tados asiacute

1H =

1s

3Li =

1s 2s

7N =

1s 2s 2p

89

Ejercicios 121

1) Un aacutetomo de foacutesforo tiene 15 protones y 16

neutrones Indicaacute cuaacutel es su

a) nuacutemero atoacutemico (Z) b) nuacutemero

de masa (A)

2) Un aacutetomo de potasio tiene Z =19 y A = 39

Indicaacute su nuacutemero de

a) protones b) electrones

c) neutrones

3) Completaacute los datos que faltan en el siguiente

cuadro

90

ELE-

MEN-

TO

NUacute-

MERO

ATOacute-

MICO

NUacute-

MERO

DE

MASA

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) Sentildealaacute el nombre y siacutembolo de los elementos

cuyas configuraciones electroacutenicas 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) Escribiacute la configuracioacuten electroacutenica de los

siguientes elementos

91

a) Na2311 = c) O16

8 =

b) Cl3517 = d) C12

6 =

6) De acuerdo con la siguiente representacioacuten de

los electrones en orbitales indicaacute a queacute ele-

mentos corresponden

a)

b)

c)

d)

7) Representaacute la distribucioacuten de los electrones en

orbitales de los elementos

a) 7N= c) 18Ar =

b) 15AI = d) 19K =

92

Hoja de respuestas121

1) a) 15 b) 31 2) a) 19 b) 19 c) 20

3)

ELE-

MEN-

TO

NUacuteME-

RO

ATOacute-

MICO

NUacute-

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)Argoacuten Ar

d)Escandio Sc

5) a) 1S2 2S2 2p6 3s1

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)middot

94

Ejercicios 1211

Modelo de resolucioacuten

El nuacutemero de oxidacioacuten se asigna seguacuten las si-

guientes reglas

1) El nuacutemero de oxidacioacuten de los elementos en la

sustancia simple es cero

Ejemplo Cu0 02Cl

2) El nuacutemero de oxidacioacuten del oxiacutegeno es 2

excepto en las sustancias como el agua oxige-

nada Ejemplo H2

2Ominus

3) El nuacutemero de oxidacioacuten del hidroacutegeno es +1

excepto en las sustancias donde estaacute combina-

do con los metales Ejemplo 1

H+

2O

4) El nuacutemero de oxidacioacuten de un ion monoatoacute-

mico es igual a la carga del ion Ejemplo Ca2-

Cl-

95

5) En la foacutermula de una sustancia la suma alge-

braica de los nuacutemeros de oxidacioacuten de todos

los aacutetomos debe ser cero Ejemplo 1

H+

2

2Ominus

there42(+1) + (-2) = 0

6) En los iones que tienen maacutes de un aacutetomo la

suma algebraica de los nuacutemeros de oxidacioacuten

de todos los aacutetomos es igual a la carga del ion

El nuacutemero de oxidacioacuten se escribe colocando primero el signo y luego el nuacutemero

Ejemplo el nuacutemero de oxidacioacuten del aluminio es +3

1) Calculaacute los nuacutemeros de oxidacioacuten en la moleacute-

cula de dioacutexido de azufre (SO2)

Datos SO2 nuacutemero de oxidacioacuten del O2

es 2

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de S

Resolucioacuten Cada aacutetomo de oxiacutegeno tiene

nuacutemero de oxidacioacuten 2 por lo tanto el nuacute-

mero de oxidacioacuten del azufre es +4 porque

2(-2) + (+4) = 0

96

2) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten del azufre en

el aacutecido sulfuacuterico (H2SO4)

Datos H2SO2 nuacutemero de oxidacioacuten del

O2 es 2 nuacutemero de oxidacioacuten de H es -1

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de S

Resolucioacuten Se debe cumplir que la suma al-gebraica de todos los nuacutemeros de oxidacioacuten sea cero

4(-2) + 21 + x = 0

-8 + 2 + x = 0

x = 6

Respuesta el nuacutemero de oxidacioacuten del azufre

en el aacutecido sulfuacuterico es +6

3) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten del nitroacutegeno

en el nitrato de sodio (NaNO3)

Datos NaNO3 nuacutemero de oxidacioacuten del

O2 es 2

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de N

97

Resolucioacuten El nuacutemero de oxidacioacuten del

sodio es +1 porque el ion sodio tiene una car-

ga eleacutectrica positiva

+1 + 3(-2) +x = 0

1 6 + x = 0

x = 5

Respuesta el nuacutemero de oxidacioacuten del nitroacute-

geno en el nitrato de sodio es +5

4) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten del azufre en

el ion sulfato (S 24Ominus )

Datos S 24Ominus nuacutemero de oxidacioacuten del O2

es 2

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de S

Resolucioacuten La suma de los nuacutemeros de

oxidacioacuten es igual a 2 porque el ion sulfato

tiene dos cargas negativas (2-)

x + 4(-2) = -2

x 8 = -2

x = 6

98

Respuesta El nuacutemero de oxidacioacuten del azu-

fre en el ion sulfato es +6

99

Ejercicios 1212

1) Dibujaacute los siacutembolos de Lewis para los aacutetomos

de

a) He b) Al c) Si d) Ar e) N

2) iquestCoacutemo adquiere la distribucioacuten electroacutenica del

ineacutertido maacutes cercano cada uno de los siguien-

tes aacutetomos

a) K b)

F c)

S d) Mg e)

Br

3) Escribiacute las ecuaciones ioacutenicas la foacutermula elec-

troacutenica y la foacutermula miacutenima del compuesto

ioacutenico formado por

a) K y Br (bromuro de potasio)

b) Ca y O (oacutexido de calcio)

4) Marcaacute con una X las propiedades correspon-

dientes a las sustancias que presentan uniones

ioacutenicas

100

a) Son soacutelidas y tienen bajo punto de fusioacuten ( )

b) Conducen la corriente eleacutectrica fundidas o di-

sueltas en agua ( )

c) Tienen brillo metaacutelico ( )

d) Forman cristales duros y quebradizos solubles

en agua ( )

e) No conducen la corriente eleacutectrica ( )

5) Explicaacute coacutemo se unen dos aacutetomos de bromo

para formar la moleacutecula Br2 y escribiacute su

foacutermula electroacutenica y su foacutermula desarrollada

6) La foacutermula del monoacutexido de dicloro es Cl2O

a) Indicaacute queacute tipo de unioacuten existe entre el cloro y

el oxiacutegeno

b) Escribiacute su foacutermula electroacutenica y su foacutermula

desarrollada

7) El azufre y el oxiacutegeno forman dos oacutexidos

importantes el dioacutexido de azufre (SO2) y el

101

trioacutexido de azufre (SO3) Para el trioacutexido de

azufre

a) Indicaacute queacute tipo de unioacuten existe entre el azufre

y los tres aacutetomos de oxiacutegeno

b) Escribiacute la foacutermula electroacutenica

c) Escribiacute la foacutermula desarrollada

8) Marcaacute 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

liacutequidas o soacutelidas ( )

c) Son duacutectiles y maleables ( )

d) No forman moleacuteculas son agregados de

iones ( )

e) No son buenas conductoras de la corriente

eleacutectrica ( )

102

9) Coloque en el pareacutentesis UCP si la unioacuten es

covalente polar y UCNP si es covalento no

polar en cada una de las siguientes sustancias

a) cloruro de hidroacutegeno HCl ( )

b) Hidroacutegeno H2 ( )

c) yodo l2 ( )

10) Escribiacute la foacutermula electroacutenica y la foacutermula

desarrollada de cada una de las sustancias

mencionadas en el ejercicio 9

11) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten

a) del azufre (S)en el dioacutexido de azufre (SO2) en

el trioacutexido de azufre (SO3) y en el sulfuro de

sodio (Na2S)

b) del nitroacutegeno (N) en el dioacutexido de nitroacutegeno

(NO2) en el aacutecido niacutetrico (HNO3) y en el ni-

trato de potasio (KNO3)

12) Marcaacute con una X las propiedades que se expli-

can en el concepto de unioacuten metaacutelica

103

a) Tienen bajo punto de fusioacuten y de

ebullicioacuten ( )

b) Tienen brillo metaacutelico ( )

c) Conducen la corriente eleacutectrica sin

alterarse ( )

d) En estado soacutelido son malos conductores de la

corriente eleacutectrica ( )

e) Forman hilos y laacuteminas delgadas ( )

104

Hoja de respuestas 1212

1) a) He b) Al c)

Si d)

Ar e)

N

2) a) cede un electroacuten d) cede electrones c)

gana dos electrones b) y e) gana un electroacuten

3) a) Ecuaciones ioacutenicas

K K1+ + 1 e

Br + 1 e Br1-

K1+ + Br- KBr

Foacutermula electroacutenica K1+minus

1

Br

Foacutermula miacutenima KBr

b) Ecuaciones ioacutenicas

Ca Ca 2+ + 2 e

O + 2 e O2-

Ca2+ + O2- CaO

Foacutermula electroacutenica Ca2+ minus

2

O

105

Foacutermula miacutenima CaO

4) b y d

5) se unen compartiendo un par de electrones

6) a) unioacuten covalente

b) foacutermula electroacutenica

Cl

O

Cl

foacutermula desarrollada Cl O Cl

7) a) una unioacuten covalente doble entre el azufre y

uno de los aacutetomos de oxiacutegeno dos uniones cova-

lentes coordinadas con los otros dos aacutetomos de

oxiacutegeno

b) Foacutermula electroacutenica

Foacutermula desarrollada

106

8) a b y e

9) a) UCP y c) UCNP

10) Foacutermula electroacutenica Foacutermula desarrollada

a) H

Cl H Cl

b) HH H H

c)

I

I l I

11) a) +4 +6 -2 b) +4 +5 +5

12) b c y e

  • RADIACTIVIDAD
    • IacuteNDICE
      • 1 RADIACTIVIDAD NATURAL
      • 2 RELACIOacuteN ENTRE LA LEY DE LAVOISIER Y LA DE EINSTEIN
      • 3 INTERACCIONES ENTRE AacuteTOMOS Y ONDAS
      • 4 PODER DE PENETRACIOacuteN DE LA RADIACIOacuteN
      • 5 VIDA MEDIA
      • 6 RADIACTIVIDAD ARTIFICIAL
      • 7 USOS DE LOS RADIOISOacuteTOPOS
      • 8 MEDICINA NUCLEAR
      • 9 FECHADO POR MEDIO DE RADIOISOacuteTOPOS
      • 10 PLANTAS DE ENERGIacuteA NUCLEAR
      • 11 BOMBA ATOacuteMICA
      • 12 EFECTOS DE UNA EXPLOSIOacuteN NUCLEAR
        • Ejercicios 12
        • Ejercicios 121
        • Hoja de respuestas121
        • Ejercicios 1211
        • Ejercicios 1212
        • Hoja de respuestas 1212

64

ciso instante la historia de la humanidad ha pasado

a una nueva era la era nuclear

Nunca hasta entonces se habiacutean tenido los cono-

cimientos necesarios como para saber que la masa

puede convertirse en grandes cantidades de ener-

giacutea y coacutemo podiacutea realizarse ese proceso hasta

entonces reservado tan soacutelo a las estrellas

La famosa foacutermula de Einstein E = mc2 ha pasa-

do ya ha formar parte de la cultura popular auacuten sin

que en realidad se llegue a saber que implica

Donde E es energiacutea m masa y c la velocidad de la

luz (constante) En esta ecuacioacuten se expresa la

relacioacuten de equivalencia entre masa y energiacutea Por

ejemplo haciendo algunas cuentas se ve que con

un gramo de uranio si se convirtiese totalmente

en energiacutea se obtendriacutean 25 millones de Kw

Aplicado como una bomba nuclear basta decir

que para asolar Hiroshima soacutelo se convirtioacute un

65

gramo de masa (aunque toda la bomba como me-

canismo pesara cuatro toneladas) su potencia fue

de 125 kilotones es decir para igualar su potencia

seriacutean 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 combustibles

de fisioacuten Cuando en un espacio se reuacutene la sufi-

ciente cantidad de materia (denominada masa criacute-

tica) se produce una reaccioacuten en cadena espontaacute-

nea esto es el nuacutecleo de los aacutetomos del material

se divide liberando energiacutea y varios neutrones

raacutepidos que provocan que otros nuacutecleos tam-

bieacuten se dividan y liberen maacutes energiacutea y neutrones

Este proceso se denomina fisioacuten nuclear Sin em-

bargo si la densidad no es suficiente la energiacutea

liberada hace que el material se expanda y se de-

tenga el proceso Para evitar que se pare la reac-

cioacuten se recurre a una materia muy densa de por siacute

(isoacutetopos del uranio y plutonio) que ademaacutes se

comprime de manera muy raacutepida para lograr una

66

altiacutesima densidad que permite que los neutrones

raacutepidos choquen antes con otros nuacutecleos y se

produzcan antes el mayor nuacutemero 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 maacutes energiacutea Para una

explosioacuten de 100 kilotones son necesarias 58 ge-

neraciones las 7 uacuteltimas generan el 999 de la

energiacutea en periodo cortiacutesimo de tiempo Tambieacuten

puede liberarse energiacutea con la fusioacuten en este pro-

ceso los nuacutecleos se unen en vez de separarse pero

se requieren altiacutesimas temperaturas (del orden de

millones de grados) para que este proceso se lleve

a cabo Para esta reaccioacuten se usan aacutetomos ligeros

(maacutes faacuteciles de unir) generalmente hidroacutegeno o

sus isoacutetopos (deuterio y tritio) Para unir dos aacuteto-

mos basta con hacerlos chocar Los protones de

cada aacutetomo 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

67

fusioacuten deben comprimirse fuertemente los nuacute-

cleos y una vez hecho soacutelo podraacuten continuar uni-

dos si pierden un equivalente de la energiacutea que les

hizo apretarse En el caso de usar deuterio y tritio

se libera violentamente un neutroacuten Esta energiacutea

liberada es la que forma una bomba de fusioacuten

tambieacuten denominada bomba H

COMO FUNCIONA UNA BOMBA ATO-MICA EN LA PRACTICA

Sea cual fuere el sistema de funcionamiento de

una bomba nuclear (fusioacuten o fisioacuten) una cantidad

de masa se convierte en energiacutea la potencia soacutelo

depende de la capacidad de la ingenieriacutea para con-

vertir maacutes masa antes de que la reaccioacuten disperse

las moleacuteculas en teoriacutea la potencia es por tanto

ilimitada

Una bomba nuclear consiste baacutesicamente en una

esfera hueca de plutonio que no es lo suficiente-

68

mente densa como para producir una reaccioacuten 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 explosioacuten se disparan los detonado-

res que hacen que el material explosivo estalle de

la manera lo maacutes regular posible para que enviacutee

una onda de choque esfeacuterica hacia el plutonio

Cuando eacutesta impacta contra eacutel lo comprime y re-

duce su volumen empujaacutendolo hacia el centro de

la esfera hasta que alcanza una densidad suficiente

(supercriacutetica) y se dispara el iniciador de neutrones

para comenzar la reaccioacuten en cadena que da lugar

a la explosioacuten nuclear

Las bombas termonucleares de fusioacuten o H nece-

sitan de una gran temperatura para que se puedan

unir los nuacutecleos esto se consigue en el interior de

una explosioacuten de fisioacuten que es el comienzo de

toda bomba H

69

Una vez acabada la reaccioacuten de fusioacuten nos encon-

traremos con una esfera expandida con una tem-

peratura de millones de grados en la que existen

los productos de la fusioacuten (litio e isoacutetopos del

hidroacutegeno) Tal es su velocidad que pueden fun-

dirse unos con otros dando lugar a la reaccioacuten de

fusioacuten Esta reaccioacuten genera maacutes energiacutea que la

anterior y libera gran cantidad de partiacuteculas nu-

cleares pero no es una reaccioacuten en cadena ya que

el propio calor que genera hace que las partiacuteculas

se separen y se expandan en forma de una esfera

de plasma con una temperatura que tan soacutelo expe-

rimenta el universo de manera natural en las estre-

llas En nuestro sol por ejemplo ocurren la fusioacuten

nuclear de hidroacutegeno y helio Pero antes de que la

reaccioacuten se extinga los neutrones generados por

las detonaciones anteriores provocan de nuevo

una reaccioacuten de fusioacuten sobre una camisa de U-

238 pero esta vez mucho mayor que las anterio-

res La potencia de una bomba termonuclear care-

ce de liacutemite una bomba como la de Hiroshima de

70

125 kilotones (un kilotoacuten equivale a 1000 tonela-

das de TNT) se considera dentro de los arsenales

modernos como pequentildea siendo las de un mega-

toacuten (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 la

Segunda Guerra Mundial

Para la construccioacuten de una bomba nuclear nor-

malmente se usa U-235 mezclado con U-238 El

primero no forma parte de la reaccioacuten nuclear

sino que es el segundo el que es fisionable de ma-

nera espontaacutenea emitiendo neutrones que son

absorbidos por el U-235 para evitar que se pro-

duzca de manera accidental la reaccioacuten en cadena

Asiacute el U-235 hace de escudo absorbiendo los neu-

trones del U-238 que es el que produce la detona-

cioacuten 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

71

reactores nucleares a partir del U-238

La desintegracioacuten del uranio en la reaccioacuten en

cadena se produce de manera espontaacutenea para una

masa de 50 Kg si eacuteste elemento es puro El pluto-

nio no es capaz por si solo de comenzar una raacutepi-

da reaccioacuten en cadena de modo que se mezcla de

berilo y polonio dando como resultado un pro-

ducto que aunque no es fisionable por si solo una

pequentildea cantidad actuacutea como catalizador para las

grandes reacciones Asiacute bastan 16 Kg de PU-239

para obtener la masa supercriacutetica y 10 Kg si se

mezcla con U-238

El U-235 es muy difiacutecil de extraer por encontrarse

en la naturaleza muy mezclado con otros com-

puestos Asiacute por cada 25000 toneladas de mineral

de uranio bruto soacutelo se obtienen 50 toneladas de

uranio del que el 993 es U-235 y el resto el

rariacutesimo isoacutetopo U-238 ambos soacutelo se pueden

separar de manera mecaacutenica gracias a la leviacutesima

72

diferencia de peso entre ambos Asiacute el uranio se

mezcla en forma gaseosa con fluor (hexafluoriacutedri-

co) que es impulsado a baja presioacuten hacieacutendolo

pasar por unas caacutemaras que aumentan la concen-

tracioacuten de uranio sensiblemente tras cientos de

pasadas Para una central nuclear la pureza ha de

ser del 2 y para una bomba (teoacutericamente) el

95

Para separar el isoacutetopo se recurre a la centrifuga-

cioacuten del gas siendo el maacutes pesado U-238 despedi-

do hacia el exterior con maacutes fuerza Para obtener

otra vez el uranio separado del gas se recurre a la

separacioacuten magneacutetica

MECANISMOS QUE SUELEN COMPONER UNA

BOMBA NUCLEAR

Los mecanismos que suelen componer una bom-

ba nuclear son los siguientes

73

ALTIacuteMETRO No suele usarse el baromeacutetrico

por verse afectado por las condiciones atmosfeacuteri-

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 seguacuten el tiempo transcu-

rrido en el recorrido puede saberse la altura sin

necesidad de complicar maacutes el sistema para dar

una precisioacuten que en realidad no es importante (2

o 3 m de diferencia no son apreciables maacutes que

en minibombas bastante menores que las de

Hiroshima) siendo la altura normal de detonacioacuten

la de 2000 m

En la praacutectica 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 electroacute-

nicamente para obtener la diferencia de ambas

que es proporcional a la altura Los pulsos suelen

emitirse 120 veces por segundo y alcanzan un

74

rango de 3000 m sobre la tierra y 6000 m sobre

el mar (la reflexioacuten es alliacute mejor) siendo su error

de hasta 15 m

CABEZA DETONADORA Como ya se dijo

estaacute compuesta de una carga explosiva muy bien

calibrada que a la orden del altiacutemetro detona

produciendo una onda de choque uniforme sobre

el elemento radioactivo comprimieacutendolo hasta

alcanzar la masa supercriacutetica

Compantildeiacuteas privadas producen camisas explosivas

que modificadas pueden ser usadas para la fabri-

cacioacuten del objeto que nos ocupa La cantidad de

presioacuten necesaria a aplicar es un secreto por razo-

nes de seguridad aunque se sabe que los explosi-

vos plaacutesticos son ideales sobre todo por su malea-

bilidad y facilidad de manejo

El detonador variacutea si es combustible es uranio o

plutonio

75

DETONADOR DE URANIO La masa total se

divide en dos partes una mayor de forma semies-

feacuterica y coacutencava que se acopla perfectamente con

la otra maacutes pequentildea Como es de suponer ambas

se encuentran separadas hasta el momento de la

detonacioacuten en el que una explosioacuten convencional

dispara la parte pequentildea que impacta contra la

mayor para lograr en un instante la masa supercriacute-

tica

DETONADOR DE PLUTONIO Necesita

una precisioacuten de ingenieriacutea mucho mayor que la

anterior ya que estaacute compuesta de 32 secciones de

plutonio-berilio-polonio todas de igual forma y

posicioacuten distribuidas conceacutentricamente El aspecto

final es parecido al de un baloacuten de fuacutetbol Todas

han de cerrarse simeacutetricamente en una diezmillo-

neacutesima de segundo para conseguir la detonacioacuten

DEFLECTOR DE NEUTRONES Suele ser

U-238 Su funcioacuten es la que ya se explicoacute evitar

76

una reaccioacuten accidental ademaacutes refleja las partiacutecu-

las de vuelta cuando se alcanza la masa supercriacuteti-

ca

ESCUDO PROTECTOR Recibe otros nom-

bres pero su funcioacuten es siempre la de proteger de

la radiacioacuten natural tanto al personal que la maneja

como a los circuitos de la bomba que pueden su-

frir cortocircuitos o puestas en funcionamiento

accidentales

SISTEMA DE ARMADO Es otro sistema maacutes

de seguridad consistente en quitar una parte im-

prescindible de la bomba para evitar detonaciones

accidentales de modo que soacutelo cuando estaacute

proacuteximo su lanzamiento se inserta esta parte Una

analogiacutea seriacutea como si al aparcar nuestro coche le

quitaacuteramos el volante o una bujiacutea asiacute estariacuteamos

seguros de que no nos lo roban porque sin estas

partes el coche no funciona

77

12 EFECTOS DE UNA EXPLOSIOacuteN NUCLEAR

Tenemos frescas en nuestra memo-

ria las imaacutegenes que nos mostroacute la

televisioacuten cuando se produjo el ac-

cidente de Chernobyl

Aquiacute explicamos todas las conse-

cuencias de una detonacioacuten 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

78

bull Radiacioacuten nuclear inicial la altiacutesima

temperatura y la elevada presioacuten que se

genera en el interior de la explosioacuten emi-

ten radiacioacuten en todas las direcciones Esta

se compone de rayos alfa beta y gamma

que son una forma de radiacioacuten electro-

magneacutetica de alta energiacutea que puede causar

la muerte sin que el individuo se de cuenta

de que ha sido irradiado Una explosioacuten de

un megatoacuten (de tamantildeo estaacutendar) matariacutea

a todo ser humano en 15 Km a la redonda

que se encontrase al aire libre

Las partiacuteculas alfa son ideacutenticas a un nuacutecleo de

helio son las que mas larga vida tienen unos mil

antildeos pero su poder de penetracioacuten 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 radiacioacuten Con 45 cm de tierra se

consigue reducir la radiacioacuten veinte veces

Las partiacuteculas beta penetran maacutes siendo suficiente

79

38 cm de pared de ladrillo para reducir a un quin-

to la radiacioacuten (una pared moderna ya espesa se

compone de 1 pie de ladrillo maacutes caacutemara maacutes

aislante maacutes ladrillo hueco y yeso que suele que-

darse en los 37 cm)

Los de maacutes poder de penetracioacuten son las gamma

y por tanto los maacutes peligrosos ya son los que se

introducen en los refugios nucleares auacuten con

grandes espesores de hormigoacuten La uacutenica protec-

cioacuten eficaz es la de interponer grandes masas de

material mejor cuanto maacutes denso siendo el ideal

el plomo ya que pasa por los materiales como la

luz por una tela si esta es maacutes densa mayor canti-

dad de chocaraacute con ella y no la traspasaraacute Para

reducir la dosis a un veinteavo se precisan 30 cm

de hormigoacuten armado

bull Pulso electromagneacutetico La intensa acti-

vidad de los rayos gamma genera mediante

induccioacuten una corriente de alto voltaje so-

80

bre antenas viacuteas feacuterreas tuberiacuteas que des-

truye todas las instalaciones eleacutectricas de

una amplia zona si la explosioacuten se efectuacutea

a gran altura Una detonacioacuten de muchos

kilotones a 200 km sobre Omaha (Ne-

brasca) destruiriacutea todos los circuitos eleacutec-

tricos integrados de toda Norteameacuterica y

parte de Meacutejico y Canadaacute Ante el riesgo

de una detonacioacuten nuclear es conveniente

alejarse de liacuteneas eleacutectricas y viacutea feacuterreas ya

que la corriente inducida puede electrocu-

tarnos

bull Pulso teacutermico al expandirse la bola de

fuego el aire circundante absorbe energiacutea

en forma de rayos X y la irradia en forma

de una luz cegadora y un intensiacutesimo ca-

lor Una bomba de 20 Megatones produci-

riacutea una intensa luz durante 20 segundos y

causariacutea quemaduras de segundo grado a

81

cualquier persona expuesta a 45 Km de

distancia

bull Onda de choque La raacutepida expansioacuten de

la bola de fuego genera una onda de cho-

que como cualquier explosioacuten pero de

una potencia muy superior ya que puede

aplastar o barrer edificios dantildeaacutendolos muy

seriamente o destruyeacutendolos por comple-

to ya que maacutes que empujar por su dura-

cioacuten lo que hace es estrujar Una bomba

de 20 megatones no dejariacutea en un radio de

20 Km maacutes que escombros soacutelo se salva-

riacutean las cimentaciones y construcciones

enterradas

bull Primera lluvia radioactiva o lluvia ra-

diactiva local una explosioacuten de 20 mega-

tones aras de suelo produciriacutea un craacuteter de

183 m de profundidad la elevada tempe-

82

ratura vaporiza todo lo que se encuentra

dentro de la bola de fuego todo se funde

con los materiales radiactivos de la fisioacuten o

fusioacuten y se eleva con el hongo para luego

precipitar en forma de finas cenizas Esto

ocurriraacute durante las 24 h siguientes a la

explosioacuten y afectaraacute a una regioacuten maacutes o

menos amplia para una misma potencia

seguacuten la climatologiacutea El fenoacutemeno se am-

pliacutea considerablemente si la detonacioacuten se

produce cerca del suelo La energiacutea 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 maacutes destructivos los deno-

minados secundarios como incendios en masa

que acabariacutean con los pocos supervivientes y ma-

tariacutean a maacutes que el pulso teacutermico y la onda de

choque

83

Ademaacutes en caso de que se lanzaran muchas

bombas nucleares sus efectos secundarios seriacutean

mucho maacutes 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 10000 mega-

tones miacutenimos para considerar un holocausto

como tal

bull El primero de estos efectos es que la ra-

dioactividad liberada en caso de holocaus-

to penetrariacutea en todos y cada uno de los

seres vivos (y en el mar la tierra y el aire)

Mientras que en dosis altas (seguacuten la espe-

cie) produciriacutea la muerte en otras maacutes ba-

jas los efectos seriacutean de lo maacutes variados

(mutaciones esterilidad)

bull El segundo seriacutea que los materiales im-

pulsados por las detonaciones se elevariacutean

hasta la troposfera donde ocultariacutean la luz

84

del sol durante meses o antildeos haciendo ba-

jar la temperatura de la tierra y alterando la

fotosiacutentesis de los vegetales y el plancton

marino seriacutea el famoso invierno nuclear

Ademaacutes estos materiales radiactivos iriacutean

cayendo durante meses o antildeos convirtieacuten-

dose en una lluvia radiactiva global que

auacuten con menos dosis radiactiva que una

lluvia provocada por una bomba seriacutea

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

antildeos Ese 5 de energiacutea liberada por la

lluvia radiactividad en una bomba es poco

pero en los 10000 megatones de un holo-

causto suponen ya 500 megatones que iraacuten

estallando durante miles de antildeos des-

pueacutes de la cataacutestrofe

85

bull El tercero seriacutea una reduccioacuten en la capa

de ozono producida por el oacutexido de nitroacute-

geno generado por las bolas de fuego de

modo que la radiacioacuten solar que llegase a

la tierra seriacutea mortal Un 70 del ozono

desapareceriacutea en el hemisferio norte y un

40 en el sur siendo necesarios treinta

antildeos para recuperar su estado normal

86

Ejercicios 12

MODELO DE RESOLUCIOacuteN

La distribucioacuten de los electrones de un aacutetomo

en sus niveles y subniveles se puede representar en

forma abreviada de la siguiente manera

a) Un coeficiente que indica el nuacutemero del nivel

de energiacutea (n)

b) Una letra que corresponde al subnivel

c) Un supraiacutendice que sentildeala el nuacutemero de elec-

trones que hay en el subnivel

1H = 1s1

3Li = 1s2 2s1

En razoacuten del entrecruzamiento de subniveles

el orden en que se van completando los subniveles

por energiacutea creciente es el siguiente

87

1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d

4p 5s 4d 5p 6s 4f

5d 6p 7s 5f 6d

7p

Para visualizar la distribucioacuten de los electrones

en orbitales se puede representar cada orbital por

un pequentildeo cuadrado dividido por una diagonal

y cada electroacuten mediante una flecha

Entonces el orbital puede estar

Vaciacuteo incompleto completo

(1 electroacuten) (2 electrones)

En caso del orbital completo las flechas tienen

sentido contrario para indicar que los electrones

presentan spin contrario

El llenado de los orbitales por los electrones

se realiza a partir de los niveles y subniveles en

88

orden creciente de energiacutea Cada nuevo electroacuten se

incorpora a un orbital vaciacuteo

De ese modo los elementos quedan represen-

tados asiacute

1H =

1s

3Li =

1s 2s

7N =

1s 2s 2p

89

Ejercicios 121

1) Un aacutetomo de foacutesforo tiene 15 protones y 16

neutrones Indicaacute cuaacutel es su

a) nuacutemero atoacutemico (Z) b) nuacutemero

de masa (A)

2) Un aacutetomo de potasio tiene Z =19 y A = 39

Indicaacute su nuacutemero de

a) protones b) electrones

c) neutrones

3) Completaacute los datos que faltan en el siguiente

cuadro

90

ELE-

MEN-

TO

NUacute-

MERO

ATOacute-

MICO

NUacute-

MERO

DE

MASA

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) Sentildealaacute el nombre y siacutembolo de los elementos

cuyas configuraciones electroacutenicas 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) Escribiacute la configuracioacuten electroacutenica de los

siguientes elementos

91

a) Na2311 = c) O16

8 =

b) Cl3517 = d) C12

6 =

6) De acuerdo con la siguiente representacioacuten de

los electrones en orbitales indicaacute a queacute ele-

mentos corresponden

a)

b)

c)

d)

7) Representaacute la distribucioacuten de los electrones en

orbitales de los elementos

a) 7N= c) 18Ar =

b) 15AI = d) 19K =

92

Hoja de respuestas121

1) a) 15 b) 31 2) a) 19 b) 19 c) 20

3)

ELE-

MEN-

TO

NUacuteME-

RO

ATOacute-

MICO

NUacute-

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)Argoacuten Ar

d)Escandio Sc

5) a) 1S2 2S2 2p6 3s1

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)middot

94

Ejercicios 1211

Modelo de resolucioacuten

El nuacutemero de oxidacioacuten se asigna seguacuten las si-

guientes reglas

1) El nuacutemero de oxidacioacuten de los elementos en la

sustancia simple es cero

Ejemplo Cu0 02Cl

2) El nuacutemero de oxidacioacuten del oxiacutegeno es 2

excepto en las sustancias como el agua oxige-

nada Ejemplo H2

2Ominus

3) El nuacutemero de oxidacioacuten del hidroacutegeno es +1

excepto en las sustancias donde estaacute combina-

do con los metales Ejemplo 1

H+

2O

4) El nuacutemero de oxidacioacuten de un ion monoatoacute-

mico es igual a la carga del ion Ejemplo Ca2-

Cl-

95

5) En la foacutermula de una sustancia la suma alge-

braica de los nuacutemeros de oxidacioacuten de todos

los aacutetomos debe ser cero Ejemplo 1

H+

2

2Ominus

there42(+1) + (-2) = 0

6) En los iones que tienen maacutes de un aacutetomo la

suma algebraica de los nuacutemeros de oxidacioacuten

de todos los aacutetomos es igual a la carga del ion

El nuacutemero de oxidacioacuten se escribe colocando primero el signo y luego el nuacutemero

Ejemplo el nuacutemero de oxidacioacuten del aluminio es +3

1) Calculaacute los nuacutemeros de oxidacioacuten en la moleacute-

cula de dioacutexido de azufre (SO2)

Datos SO2 nuacutemero de oxidacioacuten del O2

es 2

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de S

Resolucioacuten Cada aacutetomo de oxiacutegeno tiene

nuacutemero de oxidacioacuten 2 por lo tanto el nuacute-

mero de oxidacioacuten del azufre es +4 porque

2(-2) + (+4) = 0

96

2) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten del azufre en

el aacutecido sulfuacuterico (H2SO4)

Datos H2SO2 nuacutemero de oxidacioacuten del

O2 es 2 nuacutemero de oxidacioacuten de H es -1

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de S

Resolucioacuten Se debe cumplir que la suma al-gebraica de todos los nuacutemeros de oxidacioacuten sea cero

4(-2) + 21 + x = 0

-8 + 2 + x = 0

x = 6

Respuesta el nuacutemero de oxidacioacuten del azufre

en el aacutecido sulfuacuterico es +6

3) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten del nitroacutegeno

en el nitrato de sodio (NaNO3)

Datos NaNO3 nuacutemero de oxidacioacuten del

O2 es 2

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de N

97

Resolucioacuten El nuacutemero de oxidacioacuten del

sodio es +1 porque el ion sodio tiene una car-

ga eleacutectrica positiva

+1 + 3(-2) +x = 0

1 6 + x = 0

x = 5

Respuesta el nuacutemero de oxidacioacuten del nitroacute-

geno en el nitrato de sodio es +5

4) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten del azufre en

el ion sulfato (S 24Ominus )

Datos S 24Ominus nuacutemero de oxidacioacuten del O2

es 2

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de S

Resolucioacuten La suma de los nuacutemeros de

oxidacioacuten es igual a 2 porque el ion sulfato

tiene dos cargas negativas (2-)

x + 4(-2) = -2

x 8 = -2

x = 6

98

Respuesta El nuacutemero de oxidacioacuten del azu-

fre en el ion sulfato es +6

99

Ejercicios 1212

1) Dibujaacute los siacutembolos de Lewis para los aacutetomos

de

a) He b) Al c) Si d) Ar e) N

2) iquestCoacutemo adquiere la distribucioacuten electroacutenica del

ineacutertido maacutes cercano cada uno de los siguien-

tes aacutetomos

a) K b)

F c)

S d) Mg e)

Br

3) Escribiacute las ecuaciones ioacutenicas la foacutermula elec-

troacutenica y la foacutermula miacutenima del compuesto

ioacutenico formado por

a) K y Br (bromuro de potasio)

b) Ca y O (oacutexido de calcio)

4) Marcaacute con una X las propiedades correspon-

dientes a las sustancias que presentan uniones

ioacutenicas

100

a) Son soacutelidas y tienen bajo punto de fusioacuten ( )

b) Conducen la corriente eleacutectrica fundidas o di-

sueltas en agua ( )

c) Tienen brillo metaacutelico ( )

d) Forman cristales duros y quebradizos solubles

en agua ( )

e) No conducen la corriente eleacutectrica ( )

5) Explicaacute coacutemo se unen dos aacutetomos de bromo

para formar la moleacutecula Br2 y escribiacute su

foacutermula electroacutenica y su foacutermula desarrollada

6) La foacutermula del monoacutexido de dicloro es Cl2O

a) Indicaacute queacute tipo de unioacuten existe entre el cloro y

el oxiacutegeno

b) Escribiacute su foacutermula electroacutenica y su foacutermula

desarrollada

7) El azufre y el oxiacutegeno forman dos oacutexidos

importantes el dioacutexido de azufre (SO2) y el

101

trioacutexido de azufre (SO3) Para el trioacutexido de

azufre

a) Indicaacute queacute tipo de unioacuten existe entre el azufre

y los tres aacutetomos de oxiacutegeno

b) Escribiacute la foacutermula electroacutenica

c) Escribiacute la foacutermula desarrollada

8) Marcaacute 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

liacutequidas o soacutelidas ( )

c) Son duacutectiles y maleables ( )

d) No forman moleacuteculas son agregados de

iones ( )

e) No son buenas conductoras de la corriente

eleacutectrica ( )

102

9) Coloque en el pareacutentesis UCP si la unioacuten es

covalente polar y UCNP si es covalento no

polar en cada una de las siguientes sustancias

a) cloruro de hidroacutegeno HCl ( )

b) Hidroacutegeno H2 ( )

c) yodo l2 ( )

10) Escribiacute la foacutermula electroacutenica y la foacutermula

desarrollada de cada una de las sustancias

mencionadas en el ejercicio 9

11) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten

a) del azufre (S)en el dioacutexido de azufre (SO2) en

el trioacutexido de azufre (SO3) y en el sulfuro de

sodio (Na2S)

b) del nitroacutegeno (N) en el dioacutexido de nitroacutegeno

(NO2) en el aacutecido niacutetrico (HNO3) y en el ni-

trato de potasio (KNO3)

12) Marcaacute con una X las propiedades que se expli-

can en el concepto de unioacuten metaacutelica

103

a) Tienen bajo punto de fusioacuten y de

ebullicioacuten ( )

b) Tienen brillo metaacutelico ( )

c) Conducen la corriente eleacutectrica sin

alterarse ( )

d) En estado soacutelido son malos conductores de la

corriente eleacutectrica ( )

e) Forman hilos y laacuteminas delgadas ( )

104

Hoja de respuestas 1212

1) a) He b) Al c)

Si d)

Ar e)

N

2) a) cede un electroacuten d) cede electrones c)

gana dos electrones b) y e) gana un electroacuten

3) a) Ecuaciones ioacutenicas

K K1+ + 1 e

Br + 1 e Br1-

K1+ + Br- KBr

Foacutermula electroacutenica K1+minus

1

Br

Foacutermula miacutenima KBr

b) Ecuaciones ioacutenicas

Ca Ca 2+ + 2 e

O + 2 e O2-

Ca2+ + O2- CaO

Foacutermula electroacutenica Ca2+ minus

2

O

105

Foacutermula miacutenima CaO

4) b y d

5) se unen compartiendo un par de electrones

6) a) unioacuten covalente

b) foacutermula electroacutenica

Cl

O

Cl

foacutermula desarrollada Cl O Cl

7) a) una unioacuten covalente doble entre el azufre y

uno de los aacutetomos de oxiacutegeno dos uniones cova-

lentes coordinadas con los otros dos aacutetomos de

oxiacutegeno

b) Foacutermula electroacutenica

Foacutermula desarrollada

106

8) a b y e

9) a) UCP y c) UCNP

10) Foacutermula electroacutenica Foacutermula desarrollada

a) H

Cl H Cl

b) HH H H

c)

I

I l I

11) a) +4 +6 -2 b) +4 +5 +5

12) b c y e

  • RADIACTIVIDAD
    • IacuteNDICE
      • 1 RADIACTIVIDAD NATURAL
      • 2 RELACIOacuteN ENTRE LA LEY DE LAVOISIER Y LA DE EINSTEIN
      • 3 INTERACCIONES ENTRE AacuteTOMOS Y ONDAS
      • 4 PODER DE PENETRACIOacuteN DE LA RADIACIOacuteN
      • 5 VIDA MEDIA
      • 6 RADIACTIVIDAD ARTIFICIAL
      • 7 USOS DE LOS RADIOISOacuteTOPOS
      • 8 MEDICINA NUCLEAR
      • 9 FECHADO POR MEDIO DE RADIOISOacuteTOPOS
      • 10 PLANTAS DE ENERGIacuteA NUCLEAR
      • 11 BOMBA ATOacuteMICA
      • 12 EFECTOS DE UNA EXPLOSIOacuteN NUCLEAR
        • Ejercicios 12
        • Ejercicios 121
        • Hoja de respuestas121
        • Ejercicios 1211
        • Ejercicios 1212
        • Hoja de respuestas 1212

65

gramo de masa (aunque toda la bomba como me-

canismo pesara cuatro toneladas) su potencia fue

de 125 kilotones es decir para igualar su potencia

seriacutean 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 combustibles

de fisioacuten Cuando en un espacio se reuacutene la sufi-

ciente cantidad de materia (denominada masa criacute-

tica) se produce una reaccioacuten en cadena espontaacute-

nea esto es el nuacutecleo de los aacutetomos del material

se divide liberando energiacutea y varios neutrones

raacutepidos que provocan que otros nuacutecleos tam-

bieacuten se dividan y liberen maacutes energiacutea y neutrones

Este proceso se denomina fisioacuten nuclear Sin em-

bargo si la densidad no es suficiente la energiacutea

liberada hace que el material se expanda y se de-

tenga el proceso Para evitar que se pare la reac-

cioacuten se recurre a una materia muy densa de por siacute

(isoacutetopos del uranio y plutonio) que ademaacutes se

comprime de manera muy raacutepida para lograr una

66

altiacutesima densidad que permite que los neutrones

raacutepidos choquen antes con otros nuacutecleos y se

produzcan antes el mayor nuacutemero 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 maacutes energiacutea Para una

explosioacuten de 100 kilotones son necesarias 58 ge-

neraciones las 7 uacuteltimas generan el 999 de la

energiacutea en periodo cortiacutesimo de tiempo Tambieacuten

puede liberarse energiacutea con la fusioacuten en este pro-

ceso los nuacutecleos se unen en vez de separarse pero

se requieren altiacutesimas temperaturas (del orden de

millones de grados) para que este proceso se lleve

a cabo Para esta reaccioacuten se usan aacutetomos ligeros

(maacutes faacuteciles de unir) generalmente hidroacutegeno o

sus isoacutetopos (deuterio y tritio) Para unir dos aacuteto-

mos basta con hacerlos chocar Los protones de

cada aacutetomo 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

67

fusioacuten deben comprimirse fuertemente los nuacute-

cleos y una vez hecho soacutelo podraacuten continuar uni-

dos si pierden un equivalente de la energiacutea que les

hizo apretarse En el caso de usar deuterio y tritio

se libera violentamente un neutroacuten Esta energiacutea

liberada es la que forma una bomba de fusioacuten

tambieacuten denominada bomba H

COMO FUNCIONA UNA BOMBA ATO-MICA EN LA PRACTICA

Sea cual fuere el sistema de funcionamiento de

una bomba nuclear (fusioacuten o fisioacuten) una cantidad

de masa se convierte en energiacutea la potencia soacutelo

depende de la capacidad de la ingenieriacutea para con-

vertir maacutes masa antes de que la reaccioacuten disperse

las moleacuteculas en teoriacutea la potencia es por tanto

ilimitada

Una bomba nuclear consiste baacutesicamente en una

esfera hueca de plutonio que no es lo suficiente-

68

mente densa como para producir una reaccioacuten 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 explosioacuten se disparan los detonado-

res que hacen que el material explosivo estalle de

la manera lo maacutes regular posible para que enviacutee

una onda de choque esfeacuterica hacia el plutonio

Cuando eacutesta impacta contra eacutel lo comprime y re-

duce su volumen empujaacutendolo hacia el centro de

la esfera hasta que alcanza una densidad suficiente

(supercriacutetica) y se dispara el iniciador de neutrones

para comenzar la reaccioacuten en cadena que da lugar

a la explosioacuten nuclear

Las bombas termonucleares de fusioacuten o H nece-

sitan de una gran temperatura para que se puedan

unir los nuacutecleos esto se consigue en el interior de

una explosioacuten de fisioacuten que es el comienzo de

toda bomba H

69

Una vez acabada la reaccioacuten de fusioacuten nos encon-

traremos con una esfera expandida con una tem-

peratura de millones de grados en la que existen

los productos de la fusioacuten (litio e isoacutetopos del

hidroacutegeno) Tal es su velocidad que pueden fun-

dirse unos con otros dando lugar a la reaccioacuten de

fusioacuten Esta reaccioacuten genera maacutes energiacutea que la

anterior y libera gran cantidad de partiacuteculas nu-

cleares pero no es una reaccioacuten en cadena ya que

el propio calor que genera hace que las partiacuteculas

se separen y se expandan en forma de una esfera

de plasma con una temperatura que tan soacutelo expe-

rimenta el universo de manera natural en las estre-

llas En nuestro sol por ejemplo ocurren la fusioacuten

nuclear de hidroacutegeno y helio Pero antes de que la

reaccioacuten se extinga los neutrones generados por

las detonaciones anteriores provocan de nuevo

una reaccioacuten de fusioacuten sobre una camisa de U-

238 pero esta vez mucho mayor que las anterio-

res La potencia de una bomba termonuclear care-

ce de liacutemite una bomba como la de Hiroshima de

70

125 kilotones (un kilotoacuten equivale a 1000 tonela-

das de TNT) se considera dentro de los arsenales

modernos como pequentildea siendo las de un mega-

toacuten (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 la

Segunda Guerra Mundial

Para la construccioacuten de una bomba nuclear nor-

malmente se usa U-235 mezclado con U-238 El

primero no forma parte de la reaccioacuten nuclear

sino que es el segundo el que es fisionable de ma-

nera espontaacutenea emitiendo neutrones que son

absorbidos por el U-235 para evitar que se pro-

duzca de manera accidental la reaccioacuten en cadena

Asiacute el U-235 hace de escudo absorbiendo los neu-

trones del U-238 que es el que produce la detona-

cioacuten 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

71

reactores nucleares a partir del U-238

La desintegracioacuten del uranio en la reaccioacuten en

cadena se produce de manera espontaacutenea para una

masa de 50 Kg si eacuteste elemento es puro El pluto-

nio no es capaz por si solo de comenzar una raacutepi-

da reaccioacuten en cadena de modo que se mezcla de

berilo y polonio dando como resultado un pro-

ducto que aunque no es fisionable por si solo una

pequentildea cantidad actuacutea como catalizador para las

grandes reacciones Asiacute bastan 16 Kg de PU-239

para obtener la masa supercriacutetica y 10 Kg si se

mezcla con U-238

El U-235 es muy difiacutecil de extraer por encontrarse

en la naturaleza muy mezclado con otros com-

puestos Asiacute por cada 25000 toneladas de mineral

de uranio bruto soacutelo se obtienen 50 toneladas de

uranio del que el 993 es U-235 y el resto el

rariacutesimo isoacutetopo U-238 ambos soacutelo se pueden

separar de manera mecaacutenica gracias a la leviacutesima

72

diferencia de peso entre ambos Asiacute el uranio se

mezcla en forma gaseosa con fluor (hexafluoriacutedri-

co) que es impulsado a baja presioacuten hacieacutendolo

pasar por unas caacutemaras que aumentan la concen-

tracioacuten de uranio sensiblemente tras cientos de

pasadas Para una central nuclear la pureza ha de

ser del 2 y para una bomba (teoacutericamente) el

95

Para separar el isoacutetopo se recurre a la centrifuga-

cioacuten del gas siendo el maacutes pesado U-238 despedi-

do hacia el exterior con maacutes fuerza Para obtener

otra vez el uranio separado del gas se recurre a la

separacioacuten magneacutetica

MECANISMOS QUE SUELEN COMPONER UNA

BOMBA NUCLEAR

Los mecanismos que suelen componer una bom-

ba nuclear son los siguientes

73

ALTIacuteMETRO No suele usarse el baromeacutetrico

por verse afectado por las condiciones atmosfeacuteri-

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 seguacuten el tiempo transcu-

rrido en el recorrido puede saberse la altura sin

necesidad de complicar maacutes el sistema para dar

una precisioacuten que en realidad no es importante (2

o 3 m de diferencia no son apreciables maacutes que

en minibombas bastante menores que las de

Hiroshima) siendo la altura normal de detonacioacuten

la de 2000 m

En la praacutectica 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 electroacute-

nicamente para obtener la diferencia de ambas

que es proporcional a la altura Los pulsos suelen

emitirse 120 veces por segundo y alcanzan un

74

rango de 3000 m sobre la tierra y 6000 m sobre

el mar (la reflexioacuten es alliacute mejor) siendo su error

de hasta 15 m

CABEZA DETONADORA Como ya se dijo

estaacute compuesta de una carga explosiva muy bien

calibrada que a la orden del altiacutemetro detona

produciendo una onda de choque uniforme sobre

el elemento radioactivo comprimieacutendolo hasta

alcanzar la masa supercriacutetica

Compantildeiacuteas privadas producen camisas explosivas

que modificadas pueden ser usadas para la fabri-

cacioacuten del objeto que nos ocupa La cantidad de

presioacuten necesaria a aplicar es un secreto por razo-

nes de seguridad aunque se sabe que los explosi-

vos plaacutesticos son ideales sobre todo por su malea-

bilidad y facilidad de manejo

El detonador variacutea si es combustible es uranio o

plutonio

75

DETONADOR DE URANIO La masa total se

divide en dos partes una mayor de forma semies-

feacuterica y coacutencava que se acopla perfectamente con

la otra maacutes pequentildea Como es de suponer ambas

se encuentran separadas hasta el momento de la

detonacioacuten en el que una explosioacuten convencional

dispara la parte pequentildea que impacta contra la

mayor para lograr en un instante la masa supercriacute-

tica

DETONADOR DE PLUTONIO Necesita

una precisioacuten de ingenieriacutea mucho mayor que la

anterior ya que estaacute compuesta de 32 secciones de

plutonio-berilio-polonio todas de igual forma y

posicioacuten distribuidas conceacutentricamente El aspecto

final es parecido al de un baloacuten de fuacutetbol Todas

han de cerrarse simeacutetricamente en una diezmillo-

neacutesima de segundo para conseguir la detonacioacuten

DEFLECTOR DE NEUTRONES Suele ser

U-238 Su funcioacuten es la que ya se explicoacute evitar

76

una reaccioacuten accidental ademaacutes refleja las partiacutecu-

las de vuelta cuando se alcanza la masa supercriacuteti-

ca

ESCUDO PROTECTOR Recibe otros nom-

bres pero su funcioacuten es siempre la de proteger de

la radiacioacuten natural tanto al personal que la maneja

como a los circuitos de la bomba que pueden su-

frir cortocircuitos o puestas en funcionamiento

accidentales

SISTEMA DE ARMADO Es otro sistema maacutes

de seguridad consistente en quitar una parte im-

prescindible de la bomba para evitar detonaciones

accidentales de modo que soacutelo cuando estaacute

proacuteximo su lanzamiento se inserta esta parte Una

analogiacutea seriacutea como si al aparcar nuestro coche le

quitaacuteramos el volante o una bujiacutea asiacute estariacuteamos

seguros de que no nos lo roban porque sin estas

partes el coche no funciona

77

12 EFECTOS DE UNA EXPLOSIOacuteN NUCLEAR

Tenemos frescas en nuestra memo-

ria las imaacutegenes que nos mostroacute la

televisioacuten cuando se produjo el ac-

cidente de Chernobyl

Aquiacute explicamos todas las conse-

cuencias de una detonacioacuten 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

78

bull Radiacioacuten nuclear inicial la altiacutesima

temperatura y la elevada presioacuten que se

genera en el interior de la explosioacuten emi-

ten radiacioacuten en todas las direcciones Esta

se compone de rayos alfa beta y gamma

que son una forma de radiacioacuten electro-

magneacutetica de alta energiacutea que puede causar

la muerte sin que el individuo se de cuenta

de que ha sido irradiado Una explosioacuten de

un megatoacuten (de tamantildeo estaacutendar) matariacutea

a todo ser humano en 15 Km a la redonda

que se encontrase al aire libre

Las partiacuteculas alfa son ideacutenticas a un nuacutecleo de

helio son las que mas larga vida tienen unos mil

antildeos pero su poder de penetracioacuten 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 radiacioacuten Con 45 cm de tierra se

consigue reducir la radiacioacuten veinte veces

Las partiacuteculas beta penetran maacutes siendo suficiente

79

38 cm de pared de ladrillo para reducir a un quin-

to la radiacioacuten (una pared moderna ya espesa se

compone de 1 pie de ladrillo maacutes caacutemara maacutes

aislante maacutes ladrillo hueco y yeso que suele que-

darse en los 37 cm)

Los de maacutes poder de penetracioacuten son las gamma

y por tanto los maacutes peligrosos ya son los que se

introducen en los refugios nucleares auacuten con

grandes espesores de hormigoacuten La uacutenica protec-

cioacuten eficaz es la de interponer grandes masas de

material mejor cuanto maacutes denso siendo el ideal

el plomo ya que pasa por los materiales como la

luz por una tela si esta es maacutes densa mayor canti-

dad de chocaraacute con ella y no la traspasaraacute Para

reducir la dosis a un veinteavo se precisan 30 cm

de hormigoacuten armado

bull Pulso electromagneacutetico La intensa acti-

vidad de los rayos gamma genera mediante

induccioacuten una corriente de alto voltaje so-

80

bre antenas viacuteas feacuterreas tuberiacuteas que des-

truye todas las instalaciones eleacutectricas de

una amplia zona si la explosioacuten se efectuacutea

a gran altura Una detonacioacuten de muchos

kilotones a 200 km sobre Omaha (Ne-

brasca) destruiriacutea todos los circuitos eleacutec-

tricos integrados de toda Norteameacuterica y

parte de Meacutejico y Canadaacute Ante el riesgo

de una detonacioacuten nuclear es conveniente

alejarse de liacuteneas eleacutectricas y viacutea feacuterreas ya

que la corriente inducida puede electrocu-

tarnos

bull Pulso teacutermico al expandirse la bola de

fuego el aire circundante absorbe energiacutea

en forma de rayos X y la irradia en forma

de una luz cegadora y un intensiacutesimo ca-

lor Una bomba de 20 Megatones produci-

riacutea una intensa luz durante 20 segundos y

causariacutea quemaduras de segundo grado a

81

cualquier persona expuesta a 45 Km de

distancia

bull Onda de choque La raacutepida expansioacuten de

la bola de fuego genera una onda de cho-

que como cualquier explosioacuten pero de

una potencia muy superior ya que puede

aplastar o barrer edificios dantildeaacutendolos muy

seriamente o destruyeacutendolos por comple-

to ya que maacutes que empujar por su dura-

cioacuten lo que hace es estrujar Una bomba

de 20 megatones no dejariacutea en un radio de

20 Km maacutes que escombros soacutelo se salva-

riacutean las cimentaciones y construcciones

enterradas

bull Primera lluvia radioactiva o lluvia ra-

diactiva local una explosioacuten de 20 mega-

tones aras de suelo produciriacutea un craacuteter de

183 m de profundidad la elevada tempe-

82

ratura vaporiza todo lo que se encuentra

dentro de la bola de fuego todo se funde

con los materiales radiactivos de la fisioacuten o

fusioacuten y se eleva con el hongo para luego

precipitar en forma de finas cenizas Esto

ocurriraacute durante las 24 h siguientes a la

explosioacuten y afectaraacute a una regioacuten maacutes o

menos amplia para una misma potencia

seguacuten la climatologiacutea El fenoacutemeno se am-

pliacutea considerablemente si la detonacioacuten se

produce cerca del suelo La energiacutea 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 maacutes destructivos los deno-

minados secundarios como incendios en masa

que acabariacutean con los pocos supervivientes y ma-

tariacutean a maacutes que el pulso teacutermico y la onda de

choque

83

Ademaacutes en caso de que se lanzaran muchas

bombas nucleares sus efectos secundarios seriacutean

mucho maacutes 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 10000 mega-

tones miacutenimos para considerar un holocausto

como tal

bull El primero de estos efectos es que la ra-

dioactividad liberada en caso de holocaus-

to penetrariacutea en todos y cada uno de los

seres vivos (y en el mar la tierra y el aire)

Mientras que en dosis altas (seguacuten la espe-

cie) produciriacutea la muerte en otras maacutes ba-

jas los efectos seriacutean de lo maacutes variados

(mutaciones esterilidad)

bull El segundo seriacutea que los materiales im-

pulsados por las detonaciones se elevariacutean

hasta la troposfera donde ocultariacutean la luz

84

del sol durante meses o antildeos haciendo ba-

jar la temperatura de la tierra y alterando la

fotosiacutentesis de los vegetales y el plancton

marino seriacutea el famoso invierno nuclear

Ademaacutes estos materiales radiactivos iriacutean

cayendo durante meses o antildeos convirtieacuten-

dose en una lluvia radiactiva global que

auacuten con menos dosis radiactiva que una

lluvia provocada por una bomba seriacutea

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

antildeos Ese 5 de energiacutea liberada por la

lluvia radiactividad en una bomba es poco

pero en los 10000 megatones de un holo-

causto suponen ya 500 megatones que iraacuten

estallando durante miles de antildeos des-

pueacutes de la cataacutestrofe

85

bull El tercero seriacutea una reduccioacuten en la capa

de ozono producida por el oacutexido de nitroacute-

geno generado por las bolas de fuego de

modo que la radiacioacuten solar que llegase a

la tierra seriacutea mortal Un 70 del ozono

desapareceriacutea en el hemisferio norte y un

40 en el sur siendo necesarios treinta

antildeos para recuperar su estado normal

86

Ejercicios 12

MODELO DE RESOLUCIOacuteN

La distribucioacuten de los electrones de un aacutetomo

en sus niveles y subniveles se puede representar en

forma abreviada de la siguiente manera

a) Un coeficiente que indica el nuacutemero del nivel

de energiacutea (n)

b) Una letra que corresponde al subnivel

c) Un supraiacutendice que sentildeala el nuacutemero de elec-

trones que hay en el subnivel

1H = 1s1

3Li = 1s2 2s1

En razoacuten del entrecruzamiento de subniveles

el orden en que se van completando los subniveles

por energiacutea creciente es el siguiente

87

1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d

4p 5s 4d 5p 6s 4f

5d 6p 7s 5f 6d

7p

Para visualizar la distribucioacuten de los electrones

en orbitales se puede representar cada orbital por

un pequentildeo cuadrado dividido por una diagonal

y cada electroacuten mediante una flecha

Entonces el orbital puede estar

Vaciacuteo incompleto completo

(1 electroacuten) (2 electrones)

En caso del orbital completo las flechas tienen

sentido contrario para indicar que los electrones

presentan spin contrario

El llenado de los orbitales por los electrones

se realiza a partir de los niveles y subniveles en

88

orden creciente de energiacutea Cada nuevo electroacuten se

incorpora a un orbital vaciacuteo

De ese modo los elementos quedan represen-

tados asiacute

1H =

1s

3Li =

1s 2s

7N =

1s 2s 2p

89

Ejercicios 121

1) Un aacutetomo de foacutesforo tiene 15 protones y 16

neutrones Indicaacute cuaacutel es su

a) nuacutemero atoacutemico (Z) b) nuacutemero

de masa (A)

2) Un aacutetomo de potasio tiene Z =19 y A = 39

Indicaacute su nuacutemero de

a) protones b) electrones

c) neutrones

3) Completaacute los datos que faltan en el siguiente

cuadro

90

ELE-

MEN-

TO

NUacute-

MERO

ATOacute-

MICO

NUacute-

MERO

DE

MASA

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) Sentildealaacute el nombre y siacutembolo de los elementos

cuyas configuraciones electroacutenicas 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) Escribiacute la configuracioacuten electroacutenica de los

siguientes elementos

91

a) Na2311 = c) O16

8 =

b) Cl3517 = d) C12

6 =

6) De acuerdo con la siguiente representacioacuten de

los electrones en orbitales indicaacute a queacute ele-

mentos corresponden

a)

b)

c)

d)

7) Representaacute la distribucioacuten de los electrones en

orbitales de los elementos

a) 7N= c) 18Ar =

b) 15AI = d) 19K =

92

Hoja de respuestas121

1) a) 15 b) 31 2) a) 19 b) 19 c) 20

3)

ELE-

MEN-

TO

NUacuteME-

RO

ATOacute-

MICO

NUacute-

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)Argoacuten Ar

d)Escandio Sc

5) a) 1S2 2S2 2p6 3s1

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)middot

94

Ejercicios 1211

Modelo de resolucioacuten

El nuacutemero de oxidacioacuten se asigna seguacuten las si-

guientes reglas

1) El nuacutemero de oxidacioacuten de los elementos en la

sustancia simple es cero

Ejemplo Cu0 02Cl

2) El nuacutemero de oxidacioacuten del oxiacutegeno es 2

excepto en las sustancias como el agua oxige-

nada Ejemplo H2

2Ominus

3) El nuacutemero de oxidacioacuten del hidroacutegeno es +1

excepto en las sustancias donde estaacute combina-

do con los metales Ejemplo 1

H+

2O

4) El nuacutemero de oxidacioacuten de un ion monoatoacute-

mico es igual a la carga del ion Ejemplo Ca2-

Cl-

95

5) En la foacutermula de una sustancia la suma alge-

braica de los nuacutemeros de oxidacioacuten de todos

los aacutetomos debe ser cero Ejemplo 1

H+

2

2Ominus

there42(+1) + (-2) = 0

6) En los iones que tienen maacutes de un aacutetomo la

suma algebraica de los nuacutemeros de oxidacioacuten

de todos los aacutetomos es igual a la carga del ion

El nuacutemero de oxidacioacuten se escribe colocando primero el signo y luego el nuacutemero

Ejemplo el nuacutemero de oxidacioacuten del aluminio es +3

1) Calculaacute los nuacutemeros de oxidacioacuten en la moleacute-

cula de dioacutexido de azufre (SO2)

Datos SO2 nuacutemero de oxidacioacuten del O2

es 2

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de S

Resolucioacuten Cada aacutetomo de oxiacutegeno tiene

nuacutemero de oxidacioacuten 2 por lo tanto el nuacute-

mero de oxidacioacuten del azufre es +4 porque

2(-2) + (+4) = 0

96

2) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten del azufre en

el aacutecido sulfuacuterico (H2SO4)

Datos H2SO2 nuacutemero de oxidacioacuten del

O2 es 2 nuacutemero de oxidacioacuten de H es -1

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de S

Resolucioacuten Se debe cumplir que la suma al-gebraica de todos los nuacutemeros de oxidacioacuten sea cero

4(-2) + 21 + x = 0

-8 + 2 + x = 0

x = 6

Respuesta el nuacutemero de oxidacioacuten del azufre

en el aacutecido sulfuacuterico es +6

3) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten del nitroacutegeno

en el nitrato de sodio (NaNO3)

Datos NaNO3 nuacutemero de oxidacioacuten del

O2 es 2

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de N

97

Resolucioacuten El nuacutemero de oxidacioacuten del

sodio es +1 porque el ion sodio tiene una car-

ga eleacutectrica positiva

+1 + 3(-2) +x = 0

1 6 + x = 0

x = 5

Respuesta el nuacutemero de oxidacioacuten del nitroacute-

geno en el nitrato de sodio es +5

4) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten del azufre en

el ion sulfato (S 24Ominus )

Datos S 24Ominus nuacutemero de oxidacioacuten del O2

es 2

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de S

Resolucioacuten La suma de los nuacutemeros de

oxidacioacuten es igual a 2 porque el ion sulfato

tiene dos cargas negativas (2-)

x + 4(-2) = -2

x 8 = -2

x = 6

98

Respuesta El nuacutemero de oxidacioacuten del azu-

fre en el ion sulfato es +6

99

Ejercicios 1212

1) Dibujaacute los siacutembolos de Lewis para los aacutetomos

de

a) He b) Al c) Si d) Ar e) N

2) iquestCoacutemo adquiere la distribucioacuten electroacutenica del

ineacutertido maacutes cercano cada uno de los siguien-

tes aacutetomos

a) K b)

F c)

S d) Mg e)

Br

3) Escribiacute las ecuaciones ioacutenicas la foacutermula elec-

troacutenica y la foacutermula miacutenima del compuesto

ioacutenico formado por

a) K y Br (bromuro de potasio)

b) Ca y O (oacutexido de calcio)

4) Marcaacute con una X las propiedades correspon-

dientes a las sustancias que presentan uniones

ioacutenicas

100

a) Son soacutelidas y tienen bajo punto de fusioacuten ( )

b) Conducen la corriente eleacutectrica fundidas o di-

sueltas en agua ( )

c) Tienen brillo metaacutelico ( )

d) Forman cristales duros y quebradizos solubles

en agua ( )

e) No conducen la corriente eleacutectrica ( )

5) Explicaacute coacutemo se unen dos aacutetomos de bromo

para formar la moleacutecula Br2 y escribiacute su

foacutermula electroacutenica y su foacutermula desarrollada

6) La foacutermula del monoacutexido de dicloro es Cl2O

a) Indicaacute queacute tipo de unioacuten existe entre el cloro y

el oxiacutegeno

b) Escribiacute su foacutermula electroacutenica y su foacutermula

desarrollada

7) El azufre y el oxiacutegeno forman dos oacutexidos

importantes el dioacutexido de azufre (SO2) y el

101

trioacutexido de azufre (SO3) Para el trioacutexido de

azufre

a) Indicaacute queacute tipo de unioacuten existe entre el azufre

y los tres aacutetomos de oxiacutegeno

b) Escribiacute la foacutermula electroacutenica

c) Escribiacute la foacutermula desarrollada

8) Marcaacute 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

liacutequidas o soacutelidas ( )

c) Son duacutectiles y maleables ( )

d) No forman moleacuteculas son agregados de

iones ( )

e) No son buenas conductoras de la corriente

eleacutectrica ( )

102

9) Coloque en el pareacutentesis UCP si la unioacuten es

covalente polar y UCNP si es covalento no

polar en cada una de las siguientes sustancias

a) cloruro de hidroacutegeno HCl ( )

b) Hidroacutegeno H2 ( )

c) yodo l2 ( )

10) Escribiacute la foacutermula electroacutenica y la foacutermula

desarrollada de cada una de las sustancias

mencionadas en el ejercicio 9

11) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten

a) del azufre (S)en el dioacutexido de azufre (SO2) en

el trioacutexido de azufre (SO3) y en el sulfuro de

sodio (Na2S)

b) del nitroacutegeno (N) en el dioacutexido de nitroacutegeno

(NO2) en el aacutecido niacutetrico (HNO3) y en el ni-

trato de potasio (KNO3)

12) Marcaacute con una X las propiedades que se expli-

can en el concepto de unioacuten metaacutelica

103

a) Tienen bajo punto de fusioacuten y de

ebullicioacuten ( )

b) Tienen brillo metaacutelico ( )

c) Conducen la corriente eleacutectrica sin

alterarse ( )

d) En estado soacutelido son malos conductores de la

corriente eleacutectrica ( )

e) Forman hilos y laacuteminas delgadas ( )

104

Hoja de respuestas 1212

1) a) He b) Al c)

Si d)

Ar e)

N

2) a) cede un electroacuten d) cede electrones c)

gana dos electrones b) y e) gana un electroacuten

3) a) Ecuaciones ioacutenicas

K K1+ + 1 e

Br + 1 e Br1-

K1+ + Br- KBr

Foacutermula electroacutenica K1+minus

1

Br

Foacutermula miacutenima KBr

b) Ecuaciones ioacutenicas

Ca Ca 2+ + 2 e

O + 2 e O2-

Ca2+ + O2- CaO

Foacutermula electroacutenica Ca2+ minus

2

O

105

Foacutermula miacutenima CaO

4) b y d

5) se unen compartiendo un par de electrones

6) a) unioacuten covalente

b) foacutermula electroacutenica

Cl

O

Cl

foacutermula desarrollada Cl O Cl

7) a) una unioacuten covalente doble entre el azufre y

uno de los aacutetomos de oxiacutegeno dos uniones cova-

lentes coordinadas con los otros dos aacutetomos de

oxiacutegeno

b) Foacutermula electroacutenica

Foacutermula desarrollada

106

8) a b y e

9) a) UCP y c) UCNP

10) Foacutermula electroacutenica Foacutermula desarrollada

a) H

Cl H Cl

b) HH H H

c)

I

I l I

11) a) +4 +6 -2 b) +4 +5 +5

12) b c y e

  • RADIACTIVIDAD
    • IacuteNDICE
      • 1 RADIACTIVIDAD NATURAL
      • 2 RELACIOacuteN ENTRE LA LEY DE LAVOISIER Y LA DE EINSTEIN
      • 3 INTERACCIONES ENTRE AacuteTOMOS Y ONDAS
      • 4 PODER DE PENETRACIOacuteN DE LA RADIACIOacuteN
      • 5 VIDA MEDIA
      • 6 RADIACTIVIDAD ARTIFICIAL
      • 7 USOS DE LOS RADIOISOacuteTOPOS
      • 8 MEDICINA NUCLEAR
      • 9 FECHADO POR MEDIO DE RADIOISOacuteTOPOS
      • 10 PLANTAS DE ENERGIacuteA NUCLEAR
      • 11 BOMBA ATOacuteMICA
      • 12 EFECTOS DE UNA EXPLOSIOacuteN NUCLEAR
        • Ejercicios 12
        • Ejercicios 121
        • Hoja de respuestas121
        • Ejercicios 1211
        • Ejercicios 1212
        • Hoja de respuestas 1212

66

altiacutesima densidad que permite que los neutrones

raacutepidos choquen antes con otros nuacutecleos y se

produzcan antes el mayor nuacutemero 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 maacutes energiacutea Para una

explosioacuten de 100 kilotones son necesarias 58 ge-

neraciones las 7 uacuteltimas generan el 999 de la

energiacutea en periodo cortiacutesimo de tiempo Tambieacuten

puede liberarse energiacutea con la fusioacuten en este pro-

ceso los nuacutecleos se unen en vez de separarse pero

se requieren altiacutesimas temperaturas (del orden de

millones de grados) para que este proceso se lleve

a cabo Para esta reaccioacuten se usan aacutetomos ligeros

(maacutes faacuteciles de unir) generalmente hidroacutegeno o

sus isoacutetopos (deuterio y tritio) Para unir dos aacuteto-

mos basta con hacerlos chocar Los protones de

cada aacutetomo 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

67

fusioacuten deben comprimirse fuertemente los nuacute-

cleos y una vez hecho soacutelo podraacuten continuar uni-

dos si pierden un equivalente de la energiacutea que les

hizo apretarse En el caso de usar deuterio y tritio

se libera violentamente un neutroacuten Esta energiacutea

liberada es la que forma una bomba de fusioacuten

tambieacuten denominada bomba H

COMO FUNCIONA UNA BOMBA ATO-MICA EN LA PRACTICA

Sea cual fuere el sistema de funcionamiento de

una bomba nuclear (fusioacuten o fisioacuten) una cantidad

de masa se convierte en energiacutea la potencia soacutelo

depende de la capacidad de la ingenieriacutea para con-

vertir maacutes masa antes de que la reaccioacuten disperse

las moleacuteculas en teoriacutea la potencia es por tanto

ilimitada

Una bomba nuclear consiste baacutesicamente en una

esfera hueca de plutonio que no es lo suficiente-

68

mente densa como para producir una reaccioacuten 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 explosioacuten se disparan los detonado-

res que hacen que el material explosivo estalle de

la manera lo maacutes regular posible para que enviacutee

una onda de choque esfeacuterica hacia el plutonio

Cuando eacutesta impacta contra eacutel lo comprime y re-

duce su volumen empujaacutendolo hacia el centro de

la esfera hasta que alcanza una densidad suficiente

(supercriacutetica) y se dispara el iniciador de neutrones

para comenzar la reaccioacuten en cadena que da lugar

a la explosioacuten nuclear

Las bombas termonucleares de fusioacuten o H nece-

sitan de una gran temperatura para que se puedan

unir los nuacutecleos esto se consigue en el interior de

una explosioacuten de fisioacuten que es el comienzo de

toda bomba H

69

Una vez acabada la reaccioacuten de fusioacuten nos encon-

traremos con una esfera expandida con una tem-

peratura de millones de grados en la que existen

los productos de la fusioacuten (litio e isoacutetopos del

hidroacutegeno) Tal es su velocidad que pueden fun-

dirse unos con otros dando lugar a la reaccioacuten de

fusioacuten Esta reaccioacuten genera maacutes energiacutea que la

anterior y libera gran cantidad de partiacuteculas nu-

cleares pero no es una reaccioacuten en cadena ya que

el propio calor que genera hace que las partiacuteculas

se separen y se expandan en forma de una esfera

de plasma con una temperatura que tan soacutelo expe-

rimenta el universo de manera natural en las estre-

llas En nuestro sol por ejemplo ocurren la fusioacuten

nuclear de hidroacutegeno y helio Pero antes de que la

reaccioacuten se extinga los neutrones generados por

las detonaciones anteriores provocan de nuevo

una reaccioacuten de fusioacuten sobre una camisa de U-

238 pero esta vez mucho mayor que las anterio-

res La potencia de una bomba termonuclear care-

ce de liacutemite una bomba como la de Hiroshima de

70

125 kilotones (un kilotoacuten equivale a 1000 tonela-

das de TNT) se considera dentro de los arsenales

modernos como pequentildea siendo las de un mega-

toacuten (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 la

Segunda Guerra Mundial

Para la construccioacuten de una bomba nuclear nor-

malmente se usa U-235 mezclado con U-238 El

primero no forma parte de la reaccioacuten nuclear

sino que es el segundo el que es fisionable de ma-

nera espontaacutenea emitiendo neutrones que son

absorbidos por el U-235 para evitar que se pro-

duzca de manera accidental la reaccioacuten en cadena

Asiacute el U-235 hace de escudo absorbiendo los neu-

trones del U-238 que es el que produce la detona-

cioacuten 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

71

reactores nucleares a partir del U-238

La desintegracioacuten del uranio en la reaccioacuten en

cadena se produce de manera espontaacutenea para una

masa de 50 Kg si eacuteste elemento es puro El pluto-

nio no es capaz por si solo de comenzar una raacutepi-

da reaccioacuten en cadena de modo que se mezcla de

berilo y polonio dando como resultado un pro-

ducto que aunque no es fisionable por si solo una

pequentildea cantidad actuacutea como catalizador para las

grandes reacciones Asiacute bastan 16 Kg de PU-239

para obtener la masa supercriacutetica y 10 Kg si se

mezcla con U-238

El U-235 es muy difiacutecil de extraer por encontrarse

en la naturaleza muy mezclado con otros com-

puestos Asiacute por cada 25000 toneladas de mineral

de uranio bruto soacutelo se obtienen 50 toneladas de

uranio del que el 993 es U-235 y el resto el

rariacutesimo isoacutetopo U-238 ambos soacutelo se pueden

separar de manera mecaacutenica gracias a la leviacutesima

72

diferencia de peso entre ambos Asiacute el uranio se

mezcla en forma gaseosa con fluor (hexafluoriacutedri-

co) que es impulsado a baja presioacuten hacieacutendolo

pasar por unas caacutemaras que aumentan la concen-

tracioacuten de uranio sensiblemente tras cientos de

pasadas Para una central nuclear la pureza ha de

ser del 2 y para una bomba (teoacutericamente) el

95

Para separar el isoacutetopo se recurre a la centrifuga-

cioacuten del gas siendo el maacutes pesado U-238 despedi-

do hacia el exterior con maacutes fuerza Para obtener

otra vez el uranio separado del gas se recurre a la

separacioacuten magneacutetica

MECANISMOS QUE SUELEN COMPONER UNA

BOMBA NUCLEAR

Los mecanismos que suelen componer una bom-

ba nuclear son los siguientes

73

ALTIacuteMETRO No suele usarse el baromeacutetrico

por verse afectado por las condiciones atmosfeacuteri-

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 seguacuten el tiempo transcu-

rrido en el recorrido puede saberse la altura sin

necesidad de complicar maacutes el sistema para dar

una precisioacuten que en realidad no es importante (2

o 3 m de diferencia no son apreciables maacutes que

en minibombas bastante menores que las de

Hiroshima) siendo la altura normal de detonacioacuten

la de 2000 m

En la praacutectica 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 electroacute-

nicamente para obtener la diferencia de ambas

que es proporcional a la altura Los pulsos suelen

emitirse 120 veces por segundo y alcanzan un

74

rango de 3000 m sobre la tierra y 6000 m sobre

el mar (la reflexioacuten es alliacute mejor) siendo su error

de hasta 15 m

CABEZA DETONADORA Como ya se dijo

estaacute compuesta de una carga explosiva muy bien

calibrada que a la orden del altiacutemetro detona

produciendo una onda de choque uniforme sobre

el elemento radioactivo comprimieacutendolo hasta

alcanzar la masa supercriacutetica

Compantildeiacuteas privadas producen camisas explosivas

que modificadas pueden ser usadas para la fabri-

cacioacuten del objeto que nos ocupa La cantidad de

presioacuten necesaria a aplicar es un secreto por razo-

nes de seguridad aunque se sabe que los explosi-

vos plaacutesticos son ideales sobre todo por su malea-

bilidad y facilidad de manejo

El detonador variacutea si es combustible es uranio o

plutonio

75

DETONADOR DE URANIO La masa total se

divide en dos partes una mayor de forma semies-

feacuterica y coacutencava que se acopla perfectamente con

la otra maacutes pequentildea Como es de suponer ambas

se encuentran separadas hasta el momento de la

detonacioacuten en el que una explosioacuten convencional

dispara la parte pequentildea que impacta contra la

mayor para lograr en un instante la masa supercriacute-

tica

DETONADOR DE PLUTONIO Necesita

una precisioacuten de ingenieriacutea mucho mayor que la

anterior ya que estaacute compuesta de 32 secciones de

plutonio-berilio-polonio todas de igual forma y

posicioacuten distribuidas conceacutentricamente El aspecto

final es parecido al de un baloacuten de fuacutetbol Todas

han de cerrarse simeacutetricamente en una diezmillo-

neacutesima de segundo para conseguir la detonacioacuten

DEFLECTOR DE NEUTRONES Suele ser

U-238 Su funcioacuten es la que ya se explicoacute evitar

76

una reaccioacuten accidental ademaacutes refleja las partiacutecu-

las de vuelta cuando se alcanza la masa supercriacuteti-

ca

ESCUDO PROTECTOR Recibe otros nom-

bres pero su funcioacuten es siempre la de proteger de

la radiacioacuten natural tanto al personal que la maneja

como a los circuitos de la bomba que pueden su-

frir cortocircuitos o puestas en funcionamiento

accidentales

SISTEMA DE ARMADO Es otro sistema maacutes

de seguridad consistente en quitar una parte im-

prescindible de la bomba para evitar detonaciones

accidentales de modo que soacutelo cuando estaacute

proacuteximo su lanzamiento se inserta esta parte Una

analogiacutea seriacutea como si al aparcar nuestro coche le

quitaacuteramos el volante o una bujiacutea asiacute estariacuteamos

seguros de que no nos lo roban porque sin estas

partes el coche no funciona

77

12 EFECTOS DE UNA EXPLOSIOacuteN NUCLEAR

Tenemos frescas en nuestra memo-

ria las imaacutegenes que nos mostroacute la

televisioacuten cuando se produjo el ac-

cidente de Chernobyl

Aquiacute explicamos todas las conse-

cuencias de una detonacioacuten 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

78

bull Radiacioacuten nuclear inicial la altiacutesima

temperatura y la elevada presioacuten que se

genera en el interior de la explosioacuten emi-

ten radiacioacuten en todas las direcciones Esta

se compone de rayos alfa beta y gamma

que son una forma de radiacioacuten electro-

magneacutetica de alta energiacutea que puede causar

la muerte sin que el individuo se de cuenta

de que ha sido irradiado Una explosioacuten de

un megatoacuten (de tamantildeo estaacutendar) matariacutea

a todo ser humano en 15 Km a la redonda

que se encontrase al aire libre

Las partiacuteculas alfa son ideacutenticas a un nuacutecleo de

helio son las que mas larga vida tienen unos mil

antildeos pero su poder de penetracioacuten 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 radiacioacuten Con 45 cm de tierra se

consigue reducir la radiacioacuten veinte veces

Las partiacuteculas beta penetran maacutes siendo suficiente

79

38 cm de pared de ladrillo para reducir a un quin-

to la radiacioacuten (una pared moderna ya espesa se

compone de 1 pie de ladrillo maacutes caacutemara maacutes

aislante maacutes ladrillo hueco y yeso que suele que-

darse en los 37 cm)

Los de maacutes poder de penetracioacuten son las gamma

y por tanto los maacutes peligrosos ya son los que se

introducen en los refugios nucleares auacuten con

grandes espesores de hormigoacuten La uacutenica protec-

cioacuten eficaz es la de interponer grandes masas de

material mejor cuanto maacutes denso siendo el ideal

el plomo ya que pasa por los materiales como la

luz por una tela si esta es maacutes densa mayor canti-

dad de chocaraacute con ella y no la traspasaraacute Para

reducir la dosis a un veinteavo se precisan 30 cm

de hormigoacuten armado

bull Pulso electromagneacutetico La intensa acti-

vidad de los rayos gamma genera mediante

induccioacuten una corriente de alto voltaje so-

80

bre antenas viacuteas feacuterreas tuberiacuteas que des-

truye todas las instalaciones eleacutectricas de

una amplia zona si la explosioacuten se efectuacutea

a gran altura Una detonacioacuten de muchos

kilotones a 200 km sobre Omaha (Ne-

brasca) destruiriacutea todos los circuitos eleacutec-

tricos integrados de toda Norteameacuterica y

parte de Meacutejico y Canadaacute Ante el riesgo

de una detonacioacuten nuclear es conveniente

alejarse de liacuteneas eleacutectricas y viacutea feacuterreas ya

que la corriente inducida puede electrocu-

tarnos

bull Pulso teacutermico al expandirse la bola de

fuego el aire circundante absorbe energiacutea

en forma de rayos X y la irradia en forma

de una luz cegadora y un intensiacutesimo ca-

lor Una bomba de 20 Megatones produci-

riacutea una intensa luz durante 20 segundos y

causariacutea quemaduras de segundo grado a

81

cualquier persona expuesta a 45 Km de

distancia

bull Onda de choque La raacutepida expansioacuten de

la bola de fuego genera una onda de cho-

que como cualquier explosioacuten pero de

una potencia muy superior ya que puede

aplastar o barrer edificios dantildeaacutendolos muy

seriamente o destruyeacutendolos por comple-

to ya que maacutes que empujar por su dura-

cioacuten lo que hace es estrujar Una bomba

de 20 megatones no dejariacutea en un radio de

20 Km maacutes que escombros soacutelo se salva-

riacutean las cimentaciones y construcciones

enterradas

bull Primera lluvia radioactiva o lluvia ra-

diactiva local una explosioacuten de 20 mega-

tones aras de suelo produciriacutea un craacuteter de

183 m de profundidad la elevada tempe-

82

ratura vaporiza todo lo que se encuentra

dentro de la bola de fuego todo se funde

con los materiales radiactivos de la fisioacuten o

fusioacuten y se eleva con el hongo para luego

precipitar en forma de finas cenizas Esto

ocurriraacute durante las 24 h siguientes a la

explosioacuten y afectaraacute a una regioacuten maacutes o

menos amplia para una misma potencia

seguacuten la climatologiacutea El fenoacutemeno se am-

pliacutea considerablemente si la detonacioacuten se

produce cerca del suelo La energiacutea 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 maacutes destructivos los deno-

minados secundarios como incendios en masa

que acabariacutean con los pocos supervivientes y ma-

tariacutean a maacutes que el pulso teacutermico y la onda de

choque

83

Ademaacutes en caso de que se lanzaran muchas

bombas nucleares sus efectos secundarios seriacutean

mucho maacutes 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 10000 mega-

tones miacutenimos para considerar un holocausto

como tal

bull El primero de estos efectos es que la ra-

dioactividad liberada en caso de holocaus-

to penetrariacutea en todos y cada uno de los

seres vivos (y en el mar la tierra y el aire)

Mientras que en dosis altas (seguacuten la espe-

cie) produciriacutea la muerte en otras maacutes ba-

jas los efectos seriacutean de lo maacutes variados

(mutaciones esterilidad)

bull El segundo seriacutea que los materiales im-

pulsados por las detonaciones se elevariacutean

hasta la troposfera donde ocultariacutean la luz

84

del sol durante meses o antildeos haciendo ba-

jar la temperatura de la tierra y alterando la

fotosiacutentesis de los vegetales y el plancton

marino seriacutea el famoso invierno nuclear

Ademaacutes estos materiales radiactivos iriacutean

cayendo durante meses o antildeos convirtieacuten-

dose en una lluvia radiactiva global que

auacuten con menos dosis radiactiva que una

lluvia provocada por una bomba seriacutea

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

antildeos Ese 5 de energiacutea liberada por la

lluvia radiactividad en una bomba es poco

pero en los 10000 megatones de un holo-

causto suponen ya 500 megatones que iraacuten

estallando durante miles de antildeos des-

pueacutes de la cataacutestrofe

85

bull El tercero seriacutea una reduccioacuten en la capa

de ozono producida por el oacutexido de nitroacute-

geno generado por las bolas de fuego de

modo que la radiacioacuten solar que llegase a

la tierra seriacutea mortal Un 70 del ozono

desapareceriacutea en el hemisferio norte y un

40 en el sur siendo necesarios treinta

antildeos para recuperar su estado normal

86

Ejercicios 12

MODELO DE RESOLUCIOacuteN

La distribucioacuten de los electrones de un aacutetomo

en sus niveles y subniveles se puede representar en

forma abreviada de la siguiente manera

a) Un coeficiente que indica el nuacutemero del nivel

de energiacutea (n)

b) Una letra que corresponde al subnivel

c) Un supraiacutendice que sentildeala el nuacutemero de elec-

trones que hay en el subnivel

1H = 1s1

3Li = 1s2 2s1

En razoacuten del entrecruzamiento de subniveles

el orden en que se van completando los subniveles

por energiacutea creciente es el siguiente

87

1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d

4p 5s 4d 5p 6s 4f

5d 6p 7s 5f 6d

7p

Para visualizar la distribucioacuten de los electrones

en orbitales se puede representar cada orbital por

un pequentildeo cuadrado dividido por una diagonal

y cada electroacuten mediante una flecha

Entonces el orbital puede estar

Vaciacuteo incompleto completo

(1 electroacuten) (2 electrones)

En caso del orbital completo las flechas tienen

sentido contrario para indicar que los electrones

presentan spin contrario

El llenado de los orbitales por los electrones

se realiza a partir de los niveles y subniveles en

88

orden creciente de energiacutea Cada nuevo electroacuten se

incorpora a un orbital vaciacuteo

De ese modo los elementos quedan represen-

tados asiacute

1H =

1s

3Li =

1s 2s

7N =

1s 2s 2p

89

Ejercicios 121

1) Un aacutetomo de foacutesforo tiene 15 protones y 16

neutrones Indicaacute cuaacutel es su

a) nuacutemero atoacutemico (Z) b) nuacutemero

de masa (A)

2) Un aacutetomo de potasio tiene Z =19 y A = 39

Indicaacute su nuacutemero de

a) protones b) electrones

c) neutrones

3) Completaacute los datos que faltan en el siguiente

cuadro

90

ELE-

MEN-

TO

NUacute-

MERO

ATOacute-

MICO

NUacute-

MERO

DE

MASA

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) Sentildealaacute el nombre y siacutembolo de los elementos

cuyas configuraciones electroacutenicas 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) Escribiacute la configuracioacuten electroacutenica de los

siguientes elementos

91

a) Na2311 = c) O16

8 =

b) Cl3517 = d) C12

6 =

6) De acuerdo con la siguiente representacioacuten de

los electrones en orbitales indicaacute a queacute ele-

mentos corresponden

a)

b)

c)

d)

7) Representaacute la distribucioacuten de los electrones en

orbitales de los elementos

a) 7N= c) 18Ar =

b) 15AI = d) 19K =

92

Hoja de respuestas121

1) a) 15 b) 31 2) a) 19 b) 19 c) 20

3)

ELE-

MEN-

TO

NUacuteME-

RO

ATOacute-

MICO

NUacute-

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)Argoacuten Ar

d)Escandio Sc

5) a) 1S2 2S2 2p6 3s1

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)middot

94

Ejercicios 1211

Modelo de resolucioacuten

El nuacutemero de oxidacioacuten se asigna seguacuten las si-

guientes reglas

1) El nuacutemero de oxidacioacuten de los elementos en la

sustancia simple es cero

Ejemplo Cu0 02Cl

2) El nuacutemero de oxidacioacuten del oxiacutegeno es 2

excepto en las sustancias como el agua oxige-

nada Ejemplo H2

2Ominus

3) El nuacutemero de oxidacioacuten del hidroacutegeno es +1

excepto en las sustancias donde estaacute combina-

do con los metales Ejemplo 1

H+

2O

4) El nuacutemero de oxidacioacuten de un ion monoatoacute-

mico es igual a la carga del ion Ejemplo Ca2-

Cl-

95

5) En la foacutermula de una sustancia la suma alge-

braica de los nuacutemeros de oxidacioacuten de todos

los aacutetomos debe ser cero Ejemplo 1

H+

2

2Ominus

there42(+1) + (-2) = 0

6) En los iones que tienen maacutes de un aacutetomo la

suma algebraica de los nuacutemeros de oxidacioacuten

de todos los aacutetomos es igual a la carga del ion

El nuacutemero de oxidacioacuten se escribe colocando primero el signo y luego el nuacutemero

Ejemplo el nuacutemero de oxidacioacuten del aluminio es +3

1) Calculaacute los nuacutemeros de oxidacioacuten en la moleacute-

cula de dioacutexido de azufre (SO2)

Datos SO2 nuacutemero de oxidacioacuten del O2

es 2

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de S

Resolucioacuten Cada aacutetomo de oxiacutegeno tiene

nuacutemero de oxidacioacuten 2 por lo tanto el nuacute-

mero de oxidacioacuten del azufre es +4 porque

2(-2) + (+4) = 0

96

2) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten del azufre en

el aacutecido sulfuacuterico (H2SO4)

Datos H2SO2 nuacutemero de oxidacioacuten del

O2 es 2 nuacutemero de oxidacioacuten de H es -1

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de S

Resolucioacuten Se debe cumplir que la suma al-gebraica de todos los nuacutemeros de oxidacioacuten sea cero

4(-2) + 21 + x = 0

-8 + 2 + x = 0

x = 6

Respuesta el nuacutemero de oxidacioacuten del azufre

en el aacutecido sulfuacuterico es +6

3) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten del nitroacutegeno

en el nitrato de sodio (NaNO3)

Datos NaNO3 nuacutemero de oxidacioacuten del

O2 es 2

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de N

97

Resolucioacuten El nuacutemero de oxidacioacuten del

sodio es +1 porque el ion sodio tiene una car-

ga eleacutectrica positiva

+1 + 3(-2) +x = 0

1 6 + x = 0

x = 5

Respuesta el nuacutemero de oxidacioacuten del nitroacute-

geno en el nitrato de sodio es +5

4) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten del azufre en

el ion sulfato (S 24Ominus )

Datos S 24Ominus nuacutemero de oxidacioacuten del O2

es 2

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de S

Resolucioacuten La suma de los nuacutemeros de

oxidacioacuten es igual a 2 porque el ion sulfato

tiene dos cargas negativas (2-)

x + 4(-2) = -2

x 8 = -2

x = 6

98

Respuesta El nuacutemero de oxidacioacuten del azu-

fre en el ion sulfato es +6

99

Ejercicios 1212

1) Dibujaacute los siacutembolos de Lewis para los aacutetomos

de

a) He b) Al c) Si d) Ar e) N

2) iquestCoacutemo adquiere la distribucioacuten electroacutenica del

ineacutertido maacutes cercano cada uno de los siguien-

tes aacutetomos

a) K b)

F c)

S d) Mg e)

Br

3) Escribiacute las ecuaciones ioacutenicas la foacutermula elec-

troacutenica y la foacutermula miacutenima del compuesto

ioacutenico formado por

a) K y Br (bromuro de potasio)

b) Ca y O (oacutexido de calcio)

4) Marcaacute con una X las propiedades correspon-

dientes a las sustancias que presentan uniones

ioacutenicas

100

a) Son soacutelidas y tienen bajo punto de fusioacuten ( )

b) Conducen la corriente eleacutectrica fundidas o di-

sueltas en agua ( )

c) Tienen brillo metaacutelico ( )

d) Forman cristales duros y quebradizos solubles

en agua ( )

e) No conducen la corriente eleacutectrica ( )

5) Explicaacute coacutemo se unen dos aacutetomos de bromo

para formar la moleacutecula Br2 y escribiacute su

foacutermula electroacutenica y su foacutermula desarrollada

6) La foacutermula del monoacutexido de dicloro es Cl2O

a) Indicaacute queacute tipo de unioacuten existe entre el cloro y

el oxiacutegeno

b) Escribiacute su foacutermula electroacutenica y su foacutermula

desarrollada

7) El azufre y el oxiacutegeno forman dos oacutexidos

importantes el dioacutexido de azufre (SO2) y el

101

trioacutexido de azufre (SO3) Para el trioacutexido de

azufre

a) Indicaacute queacute tipo de unioacuten existe entre el azufre

y los tres aacutetomos de oxiacutegeno

b) Escribiacute la foacutermula electroacutenica

c) Escribiacute la foacutermula desarrollada

8) Marcaacute 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

liacutequidas o soacutelidas ( )

c) Son duacutectiles y maleables ( )

d) No forman moleacuteculas son agregados de

iones ( )

e) No son buenas conductoras de la corriente

eleacutectrica ( )

102

9) Coloque en el pareacutentesis UCP si la unioacuten es

covalente polar y UCNP si es covalento no

polar en cada una de las siguientes sustancias

a) cloruro de hidroacutegeno HCl ( )

b) Hidroacutegeno H2 ( )

c) yodo l2 ( )

10) Escribiacute la foacutermula electroacutenica y la foacutermula

desarrollada de cada una de las sustancias

mencionadas en el ejercicio 9

11) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten

a) del azufre (S)en el dioacutexido de azufre (SO2) en

el trioacutexido de azufre (SO3) y en el sulfuro de

sodio (Na2S)

b) del nitroacutegeno (N) en el dioacutexido de nitroacutegeno

(NO2) en el aacutecido niacutetrico (HNO3) y en el ni-

trato de potasio (KNO3)

12) Marcaacute con una X las propiedades que se expli-

can en el concepto de unioacuten metaacutelica

103

a) Tienen bajo punto de fusioacuten y de

ebullicioacuten ( )

b) Tienen brillo metaacutelico ( )

c) Conducen la corriente eleacutectrica sin

alterarse ( )

d) En estado soacutelido son malos conductores de la

corriente eleacutectrica ( )

e) Forman hilos y laacuteminas delgadas ( )

104

Hoja de respuestas 1212

1) a) He b) Al c)

Si d)

Ar e)

N

2) a) cede un electroacuten d) cede electrones c)

gana dos electrones b) y e) gana un electroacuten

3) a) Ecuaciones ioacutenicas

K K1+ + 1 e

Br + 1 e Br1-

K1+ + Br- KBr

Foacutermula electroacutenica K1+minus

1

Br

Foacutermula miacutenima KBr

b) Ecuaciones ioacutenicas

Ca Ca 2+ + 2 e

O + 2 e O2-

Ca2+ + O2- CaO

Foacutermula electroacutenica Ca2+ minus

2

O

105

Foacutermula miacutenima CaO

4) b y d

5) se unen compartiendo un par de electrones

6) a) unioacuten covalente

b) foacutermula electroacutenica

Cl

O

Cl

foacutermula desarrollada Cl O Cl

7) a) una unioacuten covalente doble entre el azufre y

uno de los aacutetomos de oxiacutegeno dos uniones cova-

lentes coordinadas con los otros dos aacutetomos de

oxiacutegeno

b) Foacutermula electroacutenica

Foacutermula desarrollada

106

8) a b y e

9) a) UCP y c) UCNP

10) Foacutermula electroacutenica Foacutermula desarrollada

a) H

Cl H Cl

b) HH H H

c)

I

I l I

11) a) +4 +6 -2 b) +4 +5 +5

12) b c y e

  • RADIACTIVIDAD
    • IacuteNDICE
      • 1 RADIACTIVIDAD NATURAL
      • 2 RELACIOacuteN ENTRE LA LEY DE LAVOISIER Y LA DE EINSTEIN
      • 3 INTERACCIONES ENTRE AacuteTOMOS Y ONDAS
      • 4 PODER DE PENETRACIOacuteN DE LA RADIACIOacuteN
      • 5 VIDA MEDIA
      • 6 RADIACTIVIDAD ARTIFICIAL
      • 7 USOS DE LOS RADIOISOacuteTOPOS
      • 8 MEDICINA NUCLEAR
      • 9 FECHADO POR MEDIO DE RADIOISOacuteTOPOS
      • 10 PLANTAS DE ENERGIacuteA NUCLEAR
      • 11 BOMBA ATOacuteMICA
      • 12 EFECTOS DE UNA EXPLOSIOacuteN NUCLEAR
        • Ejercicios 12
        • Ejercicios 121
        • Hoja de respuestas121
        • Ejercicios 1211
        • Ejercicios 1212
        • Hoja de respuestas 1212

67

fusioacuten deben comprimirse fuertemente los nuacute-

cleos y una vez hecho soacutelo podraacuten continuar uni-

dos si pierden un equivalente de la energiacutea que les

hizo apretarse En el caso de usar deuterio y tritio

se libera violentamente un neutroacuten Esta energiacutea

liberada es la que forma una bomba de fusioacuten

tambieacuten denominada bomba H

COMO FUNCIONA UNA BOMBA ATO-MICA EN LA PRACTICA

Sea cual fuere el sistema de funcionamiento de

una bomba nuclear (fusioacuten o fisioacuten) una cantidad

de masa se convierte en energiacutea la potencia soacutelo

depende de la capacidad de la ingenieriacutea para con-

vertir maacutes masa antes de que la reaccioacuten disperse

las moleacuteculas en teoriacutea la potencia es por tanto

ilimitada

Una bomba nuclear consiste baacutesicamente en una

esfera hueca de plutonio que no es lo suficiente-

68

mente densa como para producir una reaccioacuten 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 explosioacuten se disparan los detonado-

res que hacen que el material explosivo estalle de

la manera lo maacutes regular posible para que enviacutee

una onda de choque esfeacuterica hacia el plutonio

Cuando eacutesta impacta contra eacutel lo comprime y re-

duce su volumen empujaacutendolo hacia el centro de

la esfera hasta que alcanza una densidad suficiente

(supercriacutetica) y se dispara el iniciador de neutrones

para comenzar la reaccioacuten en cadena que da lugar

a la explosioacuten nuclear

Las bombas termonucleares de fusioacuten o H nece-

sitan de una gran temperatura para que se puedan

unir los nuacutecleos esto se consigue en el interior de

una explosioacuten de fisioacuten que es el comienzo de

toda bomba H

69

Una vez acabada la reaccioacuten de fusioacuten nos encon-

traremos con una esfera expandida con una tem-

peratura de millones de grados en la que existen

los productos de la fusioacuten (litio e isoacutetopos del

hidroacutegeno) Tal es su velocidad que pueden fun-

dirse unos con otros dando lugar a la reaccioacuten de

fusioacuten Esta reaccioacuten genera maacutes energiacutea que la

anterior y libera gran cantidad de partiacuteculas nu-

cleares pero no es una reaccioacuten en cadena ya que

el propio calor que genera hace que las partiacuteculas

se separen y se expandan en forma de una esfera

de plasma con una temperatura que tan soacutelo expe-

rimenta el universo de manera natural en las estre-

llas En nuestro sol por ejemplo ocurren la fusioacuten

nuclear de hidroacutegeno y helio Pero antes de que la

reaccioacuten se extinga los neutrones generados por

las detonaciones anteriores provocan de nuevo

una reaccioacuten de fusioacuten sobre una camisa de U-

238 pero esta vez mucho mayor que las anterio-

res La potencia de una bomba termonuclear care-

ce de liacutemite una bomba como la de Hiroshima de

70

125 kilotones (un kilotoacuten equivale a 1000 tonela-

das de TNT) se considera dentro de los arsenales

modernos como pequentildea siendo las de un mega-

toacuten (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 la

Segunda Guerra Mundial

Para la construccioacuten de una bomba nuclear nor-

malmente se usa U-235 mezclado con U-238 El

primero no forma parte de la reaccioacuten nuclear

sino que es el segundo el que es fisionable de ma-

nera espontaacutenea emitiendo neutrones que son

absorbidos por el U-235 para evitar que se pro-

duzca de manera accidental la reaccioacuten en cadena

Asiacute el U-235 hace de escudo absorbiendo los neu-

trones del U-238 que es el que produce la detona-

cioacuten 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

71

reactores nucleares a partir del U-238

La desintegracioacuten del uranio en la reaccioacuten en

cadena se produce de manera espontaacutenea para una

masa de 50 Kg si eacuteste elemento es puro El pluto-

nio no es capaz por si solo de comenzar una raacutepi-

da reaccioacuten en cadena de modo que se mezcla de

berilo y polonio dando como resultado un pro-

ducto que aunque no es fisionable por si solo una

pequentildea cantidad actuacutea como catalizador para las

grandes reacciones Asiacute bastan 16 Kg de PU-239

para obtener la masa supercriacutetica y 10 Kg si se

mezcla con U-238

El U-235 es muy difiacutecil de extraer por encontrarse

en la naturaleza muy mezclado con otros com-

puestos Asiacute por cada 25000 toneladas de mineral

de uranio bruto soacutelo se obtienen 50 toneladas de

uranio del que el 993 es U-235 y el resto el

rariacutesimo isoacutetopo U-238 ambos soacutelo se pueden

separar de manera mecaacutenica gracias a la leviacutesima

72

diferencia de peso entre ambos Asiacute el uranio se

mezcla en forma gaseosa con fluor (hexafluoriacutedri-

co) que es impulsado a baja presioacuten hacieacutendolo

pasar por unas caacutemaras que aumentan la concen-

tracioacuten de uranio sensiblemente tras cientos de

pasadas Para una central nuclear la pureza ha de

ser del 2 y para una bomba (teoacutericamente) el

95

Para separar el isoacutetopo se recurre a la centrifuga-

cioacuten del gas siendo el maacutes pesado U-238 despedi-

do hacia el exterior con maacutes fuerza Para obtener

otra vez el uranio separado del gas se recurre a la

separacioacuten magneacutetica

MECANISMOS QUE SUELEN COMPONER UNA

BOMBA NUCLEAR

Los mecanismos que suelen componer una bom-

ba nuclear son los siguientes

73

ALTIacuteMETRO No suele usarse el baromeacutetrico

por verse afectado por las condiciones atmosfeacuteri-

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 seguacuten el tiempo transcu-

rrido en el recorrido puede saberse la altura sin

necesidad de complicar maacutes el sistema para dar

una precisioacuten que en realidad no es importante (2

o 3 m de diferencia no son apreciables maacutes que

en minibombas bastante menores que las de

Hiroshima) siendo la altura normal de detonacioacuten

la de 2000 m

En la praacutectica 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 electroacute-

nicamente para obtener la diferencia de ambas

que es proporcional a la altura Los pulsos suelen

emitirse 120 veces por segundo y alcanzan un

74

rango de 3000 m sobre la tierra y 6000 m sobre

el mar (la reflexioacuten es alliacute mejor) siendo su error

de hasta 15 m

CABEZA DETONADORA Como ya se dijo

estaacute compuesta de una carga explosiva muy bien

calibrada que a la orden del altiacutemetro detona

produciendo una onda de choque uniforme sobre

el elemento radioactivo comprimieacutendolo hasta

alcanzar la masa supercriacutetica

Compantildeiacuteas privadas producen camisas explosivas

que modificadas pueden ser usadas para la fabri-

cacioacuten del objeto que nos ocupa La cantidad de

presioacuten necesaria a aplicar es un secreto por razo-

nes de seguridad aunque se sabe que los explosi-

vos plaacutesticos son ideales sobre todo por su malea-

bilidad y facilidad de manejo

El detonador variacutea si es combustible es uranio o

plutonio

75

DETONADOR DE URANIO La masa total se

divide en dos partes una mayor de forma semies-

feacuterica y coacutencava que se acopla perfectamente con

la otra maacutes pequentildea Como es de suponer ambas

se encuentran separadas hasta el momento de la

detonacioacuten en el que una explosioacuten convencional

dispara la parte pequentildea que impacta contra la

mayor para lograr en un instante la masa supercriacute-

tica

DETONADOR DE PLUTONIO Necesita

una precisioacuten de ingenieriacutea mucho mayor que la

anterior ya que estaacute compuesta de 32 secciones de

plutonio-berilio-polonio todas de igual forma y

posicioacuten distribuidas conceacutentricamente El aspecto

final es parecido al de un baloacuten de fuacutetbol Todas

han de cerrarse simeacutetricamente en una diezmillo-

neacutesima de segundo para conseguir la detonacioacuten

DEFLECTOR DE NEUTRONES Suele ser

U-238 Su funcioacuten es la que ya se explicoacute evitar

76

una reaccioacuten accidental ademaacutes refleja las partiacutecu-

las de vuelta cuando se alcanza la masa supercriacuteti-

ca

ESCUDO PROTECTOR Recibe otros nom-

bres pero su funcioacuten es siempre la de proteger de

la radiacioacuten natural tanto al personal que la maneja

como a los circuitos de la bomba que pueden su-

frir cortocircuitos o puestas en funcionamiento

accidentales

SISTEMA DE ARMADO Es otro sistema maacutes

de seguridad consistente en quitar una parte im-

prescindible de la bomba para evitar detonaciones

accidentales de modo que soacutelo cuando estaacute

proacuteximo su lanzamiento se inserta esta parte Una

analogiacutea seriacutea como si al aparcar nuestro coche le

quitaacuteramos el volante o una bujiacutea asiacute estariacuteamos

seguros de que no nos lo roban porque sin estas

partes el coche no funciona

77

12 EFECTOS DE UNA EXPLOSIOacuteN NUCLEAR

Tenemos frescas en nuestra memo-

ria las imaacutegenes que nos mostroacute la

televisioacuten cuando se produjo el ac-

cidente de Chernobyl

Aquiacute explicamos todas las conse-

cuencias de una detonacioacuten 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

78

bull Radiacioacuten nuclear inicial la altiacutesima

temperatura y la elevada presioacuten que se

genera en el interior de la explosioacuten emi-

ten radiacioacuten en todas las direcciones Esta

se compone de rayos alfa beta y gamma

que son una forma de radiacioacuten electro-

magneacutetica de alta energiacutea que puede causar

la muerte sin que el individuo se de cuenta

de que ha sido irradiado Una explosioacuten de

un megatoacuten (de tamantildeo estaacutendar) matariacutea

a todo ser humano en 15 Km a la redonda

que se encontrase al aire libre

Las partiacuteculas alfa son ideacutenticas a un nuacutecleo de

helio son las que mas larga vida tienen unos mil

antildeos pero su poder de penetracioacuten 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 radiacioacuten Con 45 cm de tierra se

consigue reducir la radiacioacuten veinte veces

Las partiacuteculas beta penetran maacutes siendo suficiente

79

38 cm de pared de ladrillo para reducir a un quin-

to la radiacioacuten (una pared moderna ya espesa se

compone de 1 pie de ladrillo maacutes caacutemara maacutes

aislante maacutes ladrillo hueco y yeso que suele que-

darse en los 37 cm)

Los de maacutes poder de penetracioacuten son las gamma

y por tanto los maacutes peligrosos ya son los que se

introducen en los refugios nucleares auacuten con

grandes espesores de hormigoacuten La uacutenica protec-

cioacuten eficaz es la de interponer grandes masas de

material mejor cuanto maacutes denso siendo el ideal

el plomo ya que pasa por los materiales como la

luz por una tela si esta es maacutes densa mayor canti-

dad de chocaraacute con ella y no la traspasaraacute Para

reducir la dosis a un veinteavo se precisan 30 cm

de hormigoacuten armado

bull Pulso electromagneacutetico La intensa acti-

vidad de los rayos gamma genera mediante

induccioacuten una corriente de alto voltaje so-

80

bre antenas viacuteas feacuterreas tuberiacuteas que des-

truye todas las instalaciones eleacutectricas de

una amplia zona si la explosioacuten se efectuacutea

a gran altura Una detonacioacuten de muchos

kilotones a 200 km sobre Omaha (Ne-

brasca) destruiriacutea todos los circuitos eleacutec-

tricos integrados de toda Norteameacuterica y

parte de Meacutejico y Canadaacute Ante el riesgo

de una detonacioacuten nuclear es conveniente

alejarse de liacuteneas eleacutectricas y viacutea feacuterreas ya

que la corriente inducida puede electrocu-

tarnos

bull Pulso teacutermico al expandirse la bola de

fuego el aire circundante absorbe energiacutea

en forma de rayos X y la irradia en forma

de una luz cegadora y un intensiacutesimo ca-

lor Una bomba de 20 Megatones produci-

riacutea una intensa luz durante 20 segundos y

causariacutea quemaduras de segundo grado a

81

cualquier persona expuesta a 45 Km de

distancia

bull Onda de choque La raacutepida expansioacuten de

la bola de fuego genera una onda de cho-

que como cualquier explosioacuten pero de

una potencia muy superior ya que puede

aplastar o barrer edificios dantildeaacutendolos muy

seriamente o destruyeacutendolos por comple-

to ya que maacutes que empujar por su dura-

cioacuten lo que hace es estrujar Una bomba

de 20 megatones no dejariacutea en un radio de

20 Km maacutes que escombros soacutelo se salva-

riacutean las cimentaciones y construcciones

enterradas

bull Primera lluvia radioactiva o lluvia ra-

diactiva local una explosioacuten de 20 mega-

tones aras de suelo produciriacutea un craacuteter de

183 m de profundidad la elevada tempe-

82

ratura vaporiza todo lo que se encuentra

dentro de la bola de fuego todo se funde

con los materiales radiactivos de la fisioacuten o

fusioacuten y se eleva con el hongo para luego

precipitar en forma de finas cenizas Esto

ocurriraacute durante las 24 h siguientes a la

explosioacuten y afectaraacute a una regioacuten maacutes o

menos amplia para una misma potencia

seguacuten la climatologiacutea El fenoacutemeno se am-

pliacutea considerablemente si la detonacioacuten se

produce cerca del suelo La energiacutea 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 maacutes destructivos los deno-

minados secundarios como incendios en masa

que acabariacutean con los pocos supervivientes y ma-

tariacutean a maacutes que el pulso teacutermico y la onda de

choque

83

Ademaacutes en caso de que se lanzaran muchas

bombas nucleares sus efectos secundarios seriacutean

mucho maacutes 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 10000 mega-

tones miacutenimos para considerar un holocausto

como tal

bull El primero de estos efectos es que la ra-

dioactividad liberada en caso de holocaus-

to penetrariacutea en todos y cada uno de los

seres vivos (y en el mar la tierra y el aire)

Mientras que en dosis altas (seguacuten la espe-

cie) produciriacutea la muerte en otras maacutes ba-

jas los efectos seriacutean de lo maacutes variados

(mutaciones esterilidad)

bull El segundo seriacutea que los materiales im-

pulsados por las detonaciones se elevariacutean

hasta la troposfera donde ocultariacutean la luz

84

del sol durante meses o antildeos haciendo ba-

jar la temperatura de la tierra y alterando la

fotosiacutentesis de los vegetales y el plancton

marino seriacutea el famoso invierno nuclear

Ademaacutes estos materiales radiactivos iriacutean

cayendo durante meses o antildeos convirtieacuten-

dose en una lluvia radiactiva global que

auacuten con menos dosis radiactiva que una

lluvia provocada por una bomba seriacutea

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

antildeos Ese 5 de energiacutea liberada por la

lluvia radiactividad en una bomba es poco

pero en los 10000 megatones de un holo-

causto suponen ya 500 megatones que iraacuten

estallando durante miles de antildeos des-

pueacutes de la cataacutestrofe

85

bull El tercero seriacutea una reduccioacuten en la capa

de ozono producida por el oacutexido de nitroacute-

geno generado por las bolas de fuego de

modo que la radiacioacuten solar que llegase a

la tierra seriacutea mortal Un 70 del ozono

desapareceriacutea en el hemisferio norte y un

40 en el sur siendo necesarios treinta

antildeos para recuperar su estado normal

86

Ejercicios 12

MODELO DE RESOLUCIOacuteN

La distribucioacuten de los electrones de un aacutetomo

en sus niveles y subniveles se puede representar en

forma abreviada de la siguiente manera

a) Un coeficiente que indica el nuacutemero del nivel

de energiacutea (n)

b) Una letra que corresponde al subnivel

c) Un supraiacutendice que sentildeala el nuacutemero de elec-

trones que hay en el subnivel

1H = 1s1

3Li = 1s2 2s1

En razoacuten del entrecruzamiento de subniveles

el orden en que se van completando los subniveles

por energiacutea creciente es el siguiente

87

1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d

4p 5s 4d 5p 6s 4f

5d 6p 7s 5f 6d

7p

Para visualizar la distribucioacuten de los electrones

en orbitales se puede representar cada orbital por

un pequentildeo cuadrado dividido por una diagonal

y cada electroacuten mediante una flecha

Entonces el orbital puede estar

Vaciacuteo incompleto completo

(1 electroacuten) (2 electrones)

En caso del orbital completo las flechas tienen

sentido contrario para indicar que los electrones

presentan spin contrario

El llenado de los orbitales por los electrones

se realiza a partir de los niveles y subniveles en

88

orden creciente de energiacutea Cada nuevo electroacuten se

incorpora a un orbital vaciacuteo

De ese modo los elementos quedan represen-

tados asiacute

1H =

1s

3Li =

1s 2s

7N =

1s 2s 2p

89

Ejercicios 121

1) Un aacutetomo de foacutesforo tiene 15 protones y 16

neutrones Indicaacute cuaacutel es su

a) nuacutemero atoacutemico (Z) b) nuacutemero

de masa (A)

2) Un aacutetomo de potasio tiene Z =19 y A = 39

Indicaacute su nuacutemero de

a) protones b) electrones

c) neutrones

3) Completaacute los datos que faltan en el siguiente

cuadro

90

ELE-

MEN-

TO

NUacute-

MERO

ATOacute-

MICO

NUacute-

MERO

DE

MASA

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) Sentildealaacute el nombre y siacutembolo de los elementos

cuyas configuraciones electroacutenicas 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) Escribiacute la configuracioacuten electroacutenica de los

siguientes elementos

91

a) Na2311 = c) O16

8 =

b) Cl3517 = d) C12

6 =

6) De acuerdo con la siguiente representacioacuten de

los electrones en orbitales indicaacute a queacute ele-

mentos corresponden

a)

b)

c)

d)

7) Representaacute la distribucioacuten de los electrones en

orbitales de los elementos

a) 7N= c) 18Ar =

b) 15AI = d) 19K =

92

Hoja de respuestas121

1) a) 15 b) 31 2) a) 19 b) 19 c) 20

3)

ELE-

MEN-

TO

NUacuteME-

RO

ATOacute-

MICO

NUacute-

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)Argoacuten Ar

d)Escandio Sc

5) a) 1S2 2S2 2p6 3s1

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)middot

94

Ejercicios 1211

Modelo de resolucioacuten

El nuacutemero de oxidacioacuten se asigna seguacuten las si-

guientes reglas

1) El nuacutemero de oxidacioacuten de los elementos en la

sustancia simple es cero

Ejemplo Cu0 02Cl

2) El nuacutemero de oxidacioacuten del oxiacutegeno es 2

excepto en las sustancias como el agua oxige-

nada Ejemplo H2

2Ominus

3) El nuacutemero de oxidacioacuten del hidroacutegeno es +1

excepto en las sustancias donde estaacute combina-

do con los metales Ejemplo 1

H+

2O

4) El nuacutemero de oxidacioacuten de un ion monoatoacute-

mico es igual a la carga del ion Ejemplo Ca2-

Cl-

95

5) En la foacutermula de una sustancia la suma alge-

braica de los nuacutemeros de oxidacioacuten de todos

los aacutetomos debe ser cero Ejemplo 1

H+

2

2Ominus

there42(+1) + (-2) = 0

6) En los iones que tienen maacutes de un aacutetomo la

suma algebraica de los nuacutemeros de oxidacioacuten

de todos los aacutetomos es igual a la carga del ion

El nuacutemero de oxidacioacuten se escribe colocando primero el signo y luego el nuacutemero

Ejemplo el nuacutemero de oxidacioacuten del aluminio es +3

1) Calculaacute los nuacutemeros de oxidacioacuten en la moleacute-

cula de dioacutexido de azufre (SO2)

Datos SO2 nuacutemero de oxidacioacuten del O2

es 2

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de S

Resolucioacuten Cada aacutetomo de oxiacutegeno tiene

nuacutemero de oxidacioacuten 2 por lo tanto el nuacute-

mero de oxidacioacuten del azufre es +4 porque

2(-2) + (+4) = 0

96

2) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten del azufre en

el aacutecido sulfuacuterico (H2SO4)

Datos H2SO2 nuacutemero de oxidacioacuten del

O2 es 2 nuacutemero de oxidacioacuten de H es -1

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de S

Resolucioacuten Se debe cumplir que la suma al-gebraica de todos los nuacutemeros de oxidacioacuten sea cero

4(-2) + 21 + x = 0

-8 + 2 + x = 0

x = 6

Respuesta el nuacutemero de oxidacioacuten del azufre

en el aacutecido sulfuacuterico es +6

3) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten del nitroacutegeno

en el nitrato de sodio (NaNO3)

Datos NaNO3 nuacutemero de oxidacioacuten del

O2 es 2

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de N

97

Resolucioacuten El nuacutemero de oxidacioacuten del

sodio es +1 porque el ion sodio tiene una car-

ga eleacutectrica positiva

+1 + 3(-2) +x = 0

1 6 + x = 0

x = 5

Respuesta el nuacutemero de oxidacioacuten del nitroacute-

geno en el nitrato de sodio es +5

4) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten del azufre en

el ion sulfato (S 24Ominus )

Datos S 24Ominus nuacutemero de oxidacioacuten del O2

es 2

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de S

Resolucioacuten La suma de los nuacutemeros de

oxidacioacuten es igual a 2 porque el ion sulfato

tiene dos cargas negativas (2-)

x + 4(-2) = -2

x 8 = -2

x = 6

98

Respuesta El nuacutemero de oxidacioacuten del azu-

fre en el ion sulfato es +6

99

Ejercicios 1212

1) Dibujaacute los siacutembolos de Lewis para los aacutetomos

de

a) He b) Al c) Si d) Ar e) N

2) iquestCoacutemo adquiere la distribucioacuten electroacutenica del

ineacutertido maacutes cercano cada uno de los siguien-

tes aacutetomos

a) K b)

F c)

S d) Mg e)

Br

3) Escribiacute las ecuaciones ioacutenicas la foacutermula elec-

troacutenica y la foacutermula miacutenima del compuesto

ioacutenico formado por

a) K y Br (bromuro de potasio)

b) Ca y O (oacutexido de calcio)

4) Marcaacute con una X las propiedades correspon-

dientes a las sustancias que presentan uniones

ioacutenicas

100

a) Son soacutelidas y tienen bajo punto de fusioacuten ( )

b) Conducen la corriente eleacutectrica fundidas o di-

sueltas en agua ( )

c) Tienen brillo metaacutelico ( )

d) Forman cristales duros y quebradizos solubles

en agua ( )

e) No conducen la corriente eleacutectrica ( )

5) Explicaacute coacutemo se unen dos aacutetomos de bromo

para formar la moleacutecula Br2 y escribiacute su

foacutermula electroacutenica y su foacutermula desarrollada

6) La foacutermula del monoacutexido de dicloro es Cl2O

a) Indicaacute queacute tipo de unioacuten existe entre el cloro y

el oxiacutegeno

b) Escribiacute su foacutermula electroacutenica y su foacutermula

desarrollada

7) El azufre y el oxiacutegeno forman dos oacutexidos

importantes el dioacutexido de azufre (SO2) y el

101

trioacutexido de azufre (SO3) Para el trioacutexido de

azufre

a) Indicaacute queacute tipo de unioacuten existe entre el azufre

y los tres aacutetomos de oxiacutegeno

b) Escribiacute la foacutermula electroacutenica

c) Escribiacute la foacutermula desarrollada

8) Marcaacute 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

liacutequidas o soacutelidas ( )

c) Son duacutectiles y maleables ( )

d) No forman moleacuteculas son agregados de

iones ( )

e) No son buenas conductoras de la corriente

eleacutectrica ( )

102

9) Coloque en el pareacutentesis UCP si la unioacuten es

covalente polar y UCNP si es covalento no

polar en cada una de las siguientes sustancias

a) cloruro de hidroacutegeno HCl ( )

b) Hidroacutegeno H2 ( )

c) yodo l2 ( )

10) Escribiacute la foacutermula electroacutenica y la foacutermula

desarrollada de cada una de las sustancias

mencionadas en el ejercicio 9

11) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten

a) del azufre (S)en el dioacutexido de azufre (SO2) en

el trioacutexido de azufre (SO3) y en el sulfuro de

sodio (Na2S)

b) del nitroacutegeno (N) en el dioacutexido de nitroacutegeno

(NO2) en el aacutecido niacutetrico (HNO3) y en el ni-

trato de potasio (KNO3)

12) Marcaacute con una X las propiedades que se expli-

can en el concepto de unioacuten metaacutelica

103

a) Tienen bajo punto de fusioacuten y de

ebullicioacuten ( )

b) Tienen brillo metaacutelico ( )

c) Conducen la corriente eleacutectrica sin

alterarse ( )

d) En estado soacutelido son malos conductores de la

corriente eleacutectrica ( )

e) Forman hilos y laacuteminas delgadas ( )

104

Hoja de respuestas 1212

1) a) He b) Al c)

Si d)

Ar e)

N

2) a) cede un electroacuten d) cede electrones c)

gana dos electrones b) y e) gana un electroacuten

3) a) Ecuaciones ioacutenicas

K K1+ + 1 e

Br + 1 e Br1-

K1+ + Br- KBr

Foacutermula electroacutenica K1+minus

1

Br

Foacutermula miacutenima KBr

b) Ecuaciones ioacutenicas

Ca Ca 2+ + 2 e

O + 2 e O2-

Ca2+ + O2- CaO

Foacutermula electroacutenica Ca2+ minus

2

O

105

Foacutermula miacutenima CaO

4) b y d

5) se unen compartiendo un par de electrones

6) a) unioacuten covalente

b) foacutermula electroacutenica

Cl

O

Cl

foacutermula desarrollada Cl O Cl

7) a) una unioacuten covalente doble entre el azufre y

uno de los aacutetomos de oxiacutegeno dos uniones cova-

lentes coordinadas con los otros dos aacutetomos de

oxiacutegeno

b) Foacutermula electroacutenica

Foacutermula desarrollada

106

8) a b y e

9) a) UCP y c) UCNP

10) Foacutermula electroacutenica Foacutermula desarrollada

a) H

Cl H Cl

b) HH H H

c)

I

I l I

11) a) +4 +6 -2 b) +4 +5 +5

12) b c y e

  • RADIACTIVIDAD
    • IacuteNDICE
      • 1 RADIACTIVIDAD NATURAL
      • 2 RELACIOacuteN ENTRE LA LEY DE LAVOISIER Y LA DE EINSTEIN
      • 3 INTERACCIONES ENTRE AacuteTOMOS Y ONDAS
      • 4 PODER DE PENETRACIOacuteN DE LA RADIACIOacuteN
      • 5 VIDA MEDIA
      • 6 RADIACTIVIDAD ARTIFICIAL
      • 7 USOS DE LOS RADIOISOacuteTOPOS
      • 8 MEDICINA NUCLEAR
      • 9 FECHADO POR MEDIO DE RADIOISOacuteTOPOS
      • 10 PLANTAS DE ENERGIacuteA NUCLEAR
      • 11 BOMBA ATOacuteMICA
      • 12 EFECTOS DE UNA EXPLOSIOacuteN NUCLEAR
        • Ejercicios 12
        • Ejercicios 121
        • Hoja de respuestas121
        • Ejercicios 1211
        • Ejercicios 1212
        • Hoja de respuestas 1212

68

mente densa como para producir una reaccioacuten 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 explosioacuten se disparan los detonado-

res que hacen que el material explosivo estalle de

la manera lo maacutes regular posible para que enviacutee

una onda de choque esfeacuterica hacia el plutonio

Cuando eacutesta impacta contra eacutel lo comprime y re-

duce su volumen empujaacutendolo hacia el centro de

la esfera hasta que alcanza una densidad suficiente

(supercriacutetica) y se dispara el iniciador de neutrones

para comenzar la reaccioacuten en cadena que da lugar

a la explosioacuten nuclear

Las bombas termonucleares de fusioacuten o H nece-

sitan de una gran temperatura para que se puedan

unir los nuacutecleos esto se consigue en el interior de

una explosioacuten de fisioacuten que es el comienzo de

toda bomba H

69

Una vez acabada la reaccioacuten de fusioacuten nos encon-

traremos con una esfera expandida con una tem-

peratura de millones de grados en la que existen

los productos de la fusioacuten (litio e isoacutetopos del

hidroacutegeno) Tal es su velocidad que pueden fun-

dirse unos con otros dando lugar a la reaccioacuten de

fusioacuten Esta reaccioacuten genera maacutes energiacutea que la

anterior y libera gran cantidad de partiacuteculas nu-

cleares pero no es una reaccioacuten en cadena ya que

el propio calor que genera hace que las partiacuteculas

se separen y se expandan en forma de una esfera

de plasma con una temperatura que tan soacutelo expe-

rimenta el universo de manera natural en las estre-

llas En nuestro sol por ejemplo ocurren la fusioacuten

nuclear de hidroacutegeno y helio Pero antes de que la

reaccioacuten se extinga los neutrones generados por

las detonaciones anteriores provocan de nuevo

una reaccioacuten de fusioacuten sobre una camisa de U-

238 pero esta vez mucho mayor que las anterio-

res La potencia de una bomba termonuclear care-

ce de liacutemite una bomba como la de Hiroshima de

70

125 kilotones (un kilotoacuten equivale a 1000 tonela-

das de TNT) se considera dentro de los arsenales

modernos como pequentildea siendo las de un mega-

toacuten (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 la

Segunda Guerra Mundial

Para la construccioacuten de una bomba nuclear nor-

malmente se usa U-235 mezclado con U-238 El

primero no forma parte de la reaccioacuten nuclear

sino que es el segundo el que es fisionable de ma-

nera espontaacutenea emitiendo neutrones que son

absorbidos por el U-235 para evitar que se pro-

duzca de manera accidental la reaccioacuten en cadena

Asiacute el U-235 hace de escudo absorbiendo los neu-

trones del U-238 que es el que produce la detona-

cioacuten 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

71

reactores nucleares a partir del U-238

La desintegracioacuten del uranio en la reaccioacuten en

cadena se produce de manera espontaacutenea para una

masa de 50 Kg si eacuteste elemento es puro El pluto-

nio no es capaz por si solo de comenzar una raacutepi-

da reaccioacuten en cadena de modo que se mezcla de

berilo y polonio dando como resultado un pro-

ducto que aunque no es fisionable por si solo una

pequentildea cantidad actuacutea como catalizador para las

grandes reacciones Asiacute bastan 16 Kg de PU-239

para obtener la masa supercriacutetica y 10 Kg si se

mezcla con U-238

El U-235 es muy difiacutecil de extraer por encontrarse

en la naturaleza muy mezclado con otros com-

puestos Asiacute por cada 25000 toneladas de mineral

de uranio bruto soacutelo se obtienen 50 toneladas de

uranio del que el 993 es U-235 y el resto el

rariacutesimo isoacutetopo U-238 ambos soacutelo se pueden

separar de manera mecaacutenica gracias a la leviacutesima

72

diferencia de peso entre ambos Asiacute el uranio se

mezcla en forma gaseosa con fluor (hexafluoriacutedri-

co) que es impulsado a baja presioacuten hacieacutendolo

pasar por unas caacutemaras que aumentan la concen-

tracioacuten de uranio sensiblemente tras cientos de

pasadas Para una central nuclear la pureza ha de

ser del 2 y para una bomba (teoacutericamente) el

95

Para separar el isoacutetopo se recurre a la centrifuga-

cioacuten del gas siendo el maacutes pesado U-238 despedi-

do hacia el exterior con maacutes fuerza Para obtener

otra vez el uranio separado del gas se recurre a la

separacioacuten magneacutetica

MECANISMOS QUE SUELEN COMPONER UNA

BOMBA NUCLEAR

Los mecanismos que suelen componer una bom-

ba nuclear son los siguientes

73

ALTIacuteMETRO No suele usarse el baromeacutetrico

por verse afectado por las condiciones atmosfeacuteri-

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 seguacuten el tiempo transcu-

rrido en el recorrido puede saberse la altura sin

necesidad de complicar maacutes el sistema para dar

una precisioacuten que en realidad no es importante (2

o 3 m de diferencia no son apreciables maacutes que

en minibombas bastante menores que las de

Hiroshima) siendo la altura normal de detonacioacuten

la de 2000 m

En la praacutectica 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 electroacute-

nicamente para obtener la diferencia de ambas

que es proporcional a la altura Los pulsos suelen

emitirse 120 veces por segundo y alcanzan un

74

rango de 3000 m sobre la tierra y 6000 m sobre

el mar (la reflexioacuten es alliacute mejor) siendo su error

de hasta 15 m

CABEZA DETONADORA Como ya se dijo

estaacute compuesta de una carga explosiva muy bien

calibrada que a la orden del altiacutemetro detona

produciendo una onda de choque uniforme sobre

el elemento radioactivo comprimieacutendolo hasta

alcanzar la masa supercriacutetica

Compantildeiacuteas privadas producen camisas explosivas

que modificadas pueden ser usadas para la fabri-

cacioacuten del objeto que nos ocupa La cantidad de

presioacuten necesaria a aplicar es un secreto por razo-

nes de seguridad aunque se sabe que los explosi-

vos plaacutesticos son ideales sobre todo por su malea-

bilidad y facilidad de manejo

El detonador variacutea si es combustible es uranio o

plutonio

75

DETONADOR DE URANIO La masa total se

divide en dos partes una mayor de forma semies-

feacuterica y coacutencava que se acopla perfectamente con

la otra maacutes pequentildea Como es de suponer ambas

se encuentran separadas hasta el momento de la

detonacioacuten en el que una explosioacuten convencional

dispara la parte pequentildea que impacta contra la

mayor para lograr en un instante la masa supercriacute-

tica

DETONADOR DE PLUTONIO Necesita

una precisioacuten de ingenieriacutea mucho mayor que la

anterior ya que estaacute compuesta de 32 secciones de

plutonio-berilio-polonio todas de igual forma y

posicioacuten distribuidas conceacutentricamente El aspecto

final es parecido al de un baloacuten de fuacutetbol Todas

han de cerrarse simeacutetricamente en una diezmillo-

neacutesima de segundo para conseguir la detonacioacuten

DEFLECTOR DE NEUTRONES Suele ser

U-238 Su funcioacuten es la que ya se explicoacute evitar

76

una reaccioacuten accidental ademaacutes refleja las partiacutecu-

las de vuelta cuando se alcanza la masa supercriacuteti-

ca

ESCUDO PROTECTOR Recibe otros nom-

bres pero su funcioacuten es siempre la de proteger de

la radiacioacuten natural tanto al personal que la maneja

como a los circuitos de la bomba que pueden su-

frir cortocircuitos o puestas en funcionamiento

accidentales

SISTEMA DE ARMADO Es otro sistema maacutes

de seguridad consistente en quitar una parte im-

prescindible de la bomba para evitar detonaciones

accidentales de modo que soacutelo cuando estaacute

proacuteximo su lanzamiento se inserta esta parte Una

analogiacutea seriacutea como si al aparcar nuestro coche le

quitaacuteramos el volante o una bujiacutea asiacute estariacuteamos

seguros de que no nos lo roban porque sin estas

partes el coche no funciona

77

12 EFECTOS DE UNA EXPLOSIOacuteN NUCLEAR

Tenemos frescas en nuestra memo-

ria las imaacutegenes que nos mostroacute la

televisioacuten cuando se produjo el ac-

cidente de Chernobyl

Aquiacute explicamos todas las conse-

cuencias de una detonacioacuten 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

78

bull Radiacioacuten nuclear inicial la altiacutesima

temperatura y la elevada presioacuten que se

genera en el interior de la explosioacuten emi-

ten radiacioacuten en todas las direcciones Esta

se compone de rayos alfa beta y gamma

que son una forma de radiacioacuten electro-

magneacutetica de alta energiacutea que puede causar

la muerte sin que el individuo se de cuenta

de que ha sido irradiado Una explosioacuten de

un megatoacuten (de tamantildeo estaacutendar) matariacutea

a todo ser humano en 15 Km a la redonda

que se encontrase al aire libre

Las partiacuteculas alfa son ideacutenticas a un nuacutecleo de

helio son las que mas larga vida tienen unos mil

antildeos pero su poder de penetracioacuten 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 radiacioacuten Con 45 cm de tierra se

consigue reducir la radiacioacuten veinte veces

Las partiacuteculas beta penetran maacutes siendo suficiente

79

38 cm de pared de ladrillo para reducir a un quin-

to la radiacioacuten (una pared moderna ya espesa se

compone de 1 pie de ladrillo maacutes caacutemara maacutes

aislante maacutes ladrillo hueco y yeso que suele que-

darse en los 37 cm)

Los de maacutes poder de penetracioacuten son las gamma

y por tanto los maacutes peligrosos ya son los que se

introducen en los refugios nucleares auacuten con

grandes espesores de hormigoacuten La uacutenica protec-

cioacuten eficaz es la de interponer grandes masas de

material mejor cuanto maacutes denso siendo el ideal

el plomo ya que pasa por los materiales como la

luz por una tela si esta es maacutes densa mayor canti-

dad de chocaraacute con ella y no la traspasaraacute Para

reducir la dosis a un veinteavo se precisan 30 cm

de hormigoacuten armado

bull Pulso electromagneacutetico La intensa acti-

vidad de los rayos gamma genera mediante

induccioacuten una corriente de alto voltaje so-

80

bre antenas viacuteas feacuterreas tuberiacuteas que des-

truye todas las instalaciones eleacutectricas de

una amplia zona si la explosioacuten se efectuacutea

a gran altura Una detonacioacuten de muchos

kilotones a 200 km sobre Omaha (Ne-

brasca) destruiriacutea todos los circuitos eleacutec-

tricos integrados de toda Norteameacuterica y

parte de Meacutejico y Canadaacute Ante el riesgo

de una detonacioacuten nuclear es conveniente

alejarse de liacuteneas eleacutectricas y viacutea feacuterreas ya

que la corriente inducida puede electrocu-

tarnos

bull Pulso teacutermico al expandirse la bola de

fuego el aire circundante absorbe energiacutea

en forma de rayos X y la irradia en forma

de una luz cegadora y un intensiacutesimo ca-

lor Una bomba de 20 Megatones produci-

riacutea una intensa luz durante 20 segundos y

causariacutea quemaduras de segundo grado a

81

cualquier persona expuesta a 45 Km de

distancia

bull Onda de choque La raacutepida expansioacuten de

la bola de fuego genera una onda de cho-

que como cualquier explosioacuten pero de

una potencia muy superior ya que puede

aplastar o barrer edificios dantildeaacutendolos muy

seriamente o destruyeacutendolos por comple-

to ya que maacutes que empujar por su dura-

cioacuten lo que hace es estrujar Una bomba

de 20 megatones no dejariacutea en un radio de

20 Km maacutes que escombros soacutelo se salva-

riacutean las cimentaciones y construcciones

enterradas

bull Primera lluvia radioactiva o lluvia ra-

diactiva local una explosioacuten de 20 mega-

tones aras de suelo produciriacutea un craacuteter de

183 m de profundidad la elevada tempe-

82

ratura vaporiza todo lo que se encuentra

dentro de la bola de fuego todo se funde

con los materiales radiactivos de la fisioacuten o

fusioacuten y se eleva con el hongo para luego

precipitar en forma de finas cenizas Esto

ocurriraacute durante las 24 h siguientes a la

explosioacuten y afectaraacute a una regioacuten maacutes o

menos amplia para una misma potencia

seguacuten la climatologiacutea El fenoacutemeno se am-

pliacutea considerablemente si la detonacioacuten se

produce cerca del suelo La energiacutea 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 maacutes destructivos los deno-

minados secundarios como incendios en masa

que acabariacutean con los pocos supervivientes y ma-

tariacutean a maacutes que el pulso teacutermico y la onda de

choque

83

Ademaacutes en caso de que se lanzaran muchas

bombas nucleares sus efectos secundarios seriacutean

mucho maacutes 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 10000 mega-

tones miacutenimos para considerar un holocausto

como tal

bull El primero de estos efectos es que la ra-

dioactividad liberada en caso de holocaus-

to penetrariacutea en todos y cada uno de los

seres vivos (y en el mar la tierra y el aire)

Mientras que en dosis altas (seguacuten la espe-

cie) produciriacutea la muerte en otras maacutes ba-

jas los efectos seriacutean de lo maacutes variados

(mutaciones esterilidad)

bull El segundo seriacutea que los materiales im-

pulsados por las detonaciones se elevariacutean

hasta la troposfera donde ocultariacutean la luz

84

del sol durante meses o antildeos haciendo ba-

jar la temperatura de la tierra y alterando la

fotosiacutentesis de los vegetales y el plancton

marino seriacutea el famoso invierno nuclear

Ademaacutes estos materiales radiactivos iriacutean

cayendo durante meses o antildeos convirtieacuten-

dose en una lluvia radiactiva global que

auacuten con menos dosis radiactiva que una

lluvia provocada por una bomba seriacutea

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

antildeos Ese 5 de energiacutea liberada por la

lluvia radiactividad en una bomba es poco

pero en los 10000 megatones de un holo-

causto suponen ya 500 megatones que iraacuten

estallando durante miles de antildeos des-

pueacutes de la cataacutestrofe

85

bull El tercero seriacutea una reduccioacuten en la capa

de ozono producida por el oacutexido de nitroacute-

geno generado por las bolas de fuego de

modo que la radiacioacuten solar que llegase a

la tierra seriacutea mortal Un 70 del ozono

desapareceriacutea en el hemisferio norte y un

40 en el sur siendo necesarios treinta

antildeos para recuperar su estado normal

86

Ejercicios 12

MODELO DE RESOLUCIOacuteN

La distribucioacuten de los electrones de un aacutetomo

en sus niveles y subniveles se puede representar en

forma abreviada de la siguiente manera

a) Un coeficiente que indica el nuacutemero del nivel

de energiacutea (n)

b) Una letra que corresponde al subnivel

c) Un supraiacutendice que sentildeala el nuacutemero de elec-

trones que hay en el subnivel

1H = 1s1

3Li = 1s2 2s1

En razoacuten del entrecruzamiento de subniveles

el orden en que se van completando los subniveles

por energiacutea creciente es el siguiente

87

1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d

4p 5s 4d 5p 6s 4f

5d 6p 7s 5f 6d

7p

Para visualizar la distribucioacuten de los electrones

en orbitales se puede representar cada orbital por

un pequentildeo cuadrado dividido por una diagonal

y cada electroacuten mediante una flecha

Entonces el orbital puede estar

Vaciacuteo incompleto completo

(1 electroacuten) (2 electrones)

En caso del orbital completo las flechas tienen

sentido contrario para indicar que los electrones

presentan spin contrario

El llenado de los orbitales por los electrones

se realiza a partir de los niveles y subniveles en

88

orden creciente de energiacutea Cada nuevo electroacuten se

incorpora a un orbital vaciacuteo

De ese modo los elementos quedan represen-

tados asiacute

1H =

1s

3Li =

1s 2s

7N =

1s 2s 2p

89

Ejercicios 121

1) Un aacutetomo de foacutesforo tiene 15 protones y 16

neutrones Indicaacute cuaacutel es su

a) nuacutemero atoacutemico (Z) b) nuacutemero

de masa (A)

2) Un aacutetomo de potasio tiene Z =19 y A = 39

Indicaacute su nuacutemero de

a) protones b) electrones

c) neutrones

3) Completaacute los datos que faltan en el siguiente

cuadro

90

ELE-

MEN-

TO

NUacute-

MERO

ATOacute-

MICO

NUacute-

MERO

DE

MASA

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) Sentildealaacute el nombre y siacutembolo de los elementos

cuyas configuraciones electroacutenicas 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) Escribiacute la configuracioacuten electroacutenica de los

siguientes elementos

91

a) Na2311 = c) O16

8 =

b) Cl3517 = d) C12

6 =

6) De acuerdo con la siguiente representacioacuten de

los electrones en orbitales indicaacute a queacute ele-

mentos corresponden

a)

b)

c)

d)

7) Representaacute la distribucioacuten de los electrones en

orbitales de los elementos

a) 7N= c) 18Ar =

b) 15AI = d) 19K =

92

Hoja de respuestas121

1) a) 15 b) 31 2) a) 19 b) 19 c) 20

3)

ELE-

MEN-

TO

NUacuteME-

RO

ATOacute-

MICO

NUacute-

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)Argoacuten Ar

d)Escandio Sc

5) a) 1S2 2S2 2p6 3s1

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)middot

94

Ejercicios 1211

Modelo de resolucioacuten

El nuacutemero de oxidacioacuten se asigna seguacuten las si-

guientes reglas

1) El nuacutemero de oxidacioacuten de los elementos en la

sustancia simple es cero

Ejemplo Cu0 02Cl

2) El nuacutemero de oxidacioacuten del oxiacutegeno es 2

excepto en las sustancias como el agua oxige-

nada Ejemplo H2

2Ominus

3) El nuacutemero de oxidacioacuten del hidroacutegeno es +1

excepto en las sustancias donde estaacute combina-

do con los metales Ejemplo 1

H+

2O

4) El nuacutemero de oxidacioacuten de un ion monoatoacute-

mico es igual a la carga del ion Ejemplo Ca2-

Cl-

95

5) En la foacutermula de una sustancia la suma alge-

braica de los nuacutemeros de oxidacioacuten de todos

los aacutetomos debe ser cero Ejemplo 1

H+

2

2Ominus

there42(+1) + (-2) = 0

6) En los iones que tienen maacutes de un aacutetomo la

suma algebraica de los nuacutemeros de oxidacioacuten

de todos los aacutetomos es igual a la carga del ion

El nuacutemero de oxidacioacuten se escribe colocando primero el signo y luego el nuacutemero

Ejemplo el nuacutemero de oxidacioacuten del aluminio es +3

1) Calculaacute los nuacutemeros de oxidacioacuten en la moleacute-

cula de dioacutexido de azufre (SO2)

Datos SO2 nuacutemero de oxidacioacuten del O2

es 2

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de S

Resolucioacuten Cada aacutetomo de oxiacutegeno tiene

nuacutemero de oxidacioacuten 2 por lo tanto el nuacute-

mero de oxidacioacuten del azufre es +4 porque

2(-2) + (+4) = 0

96

2) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten del azufre en

el aacutecido sulfuacuterico (H2SO4)

Datos H2SO2 nuacutemero de oxidacioacuten del

O2 es 2 nuacutemero de oxidacioacuten de H es -1

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de S

Resolucioacuten Se debe cumplir que la suma al-gebraica de todos los nuacutemeros de oxidacioacuten sea cero

4(-2) + 21 + x = 0

-8 + 2 + x = 0

x = 6

Respuesta el nuacutemero de oxidacioacuten del azufre

en el aacutecido sulfuacuterico es +6

3) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten del nitroacutegeno

en el nitrato de sodio (NaNO3)

Datos NaNO3 nuacutemero de oxidacioacuten del

O2 es 2

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de N

97

Resolucioacuten El nuacutemero de oxidacioacuten del

sodio es +1 porque el ion sodio tiene una car-

ga eleacutectrica positiva

+1 + 3(-2) +x = 0

1 6 + x = 0

x = 5

Respuesta el nuacutemero de oxidacioacuten del nitroacute-

geno en el nitrato de sodio es +5

4) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten del azufre en

el ion sulfato (S 24Ominus )

Datos S 24Ominus nuacutemero de oxidacioacuten del O2

es 2

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de S

Resolucioacuten La suma de los nuacutemeros de

oxidacioacuten es igual a 2 porque el ion sulfato

tiene dos cargas negativas (2-)

x + 4(-2) = -2

x 8 = -2

x = 6

98

Respuesta El nuacutemero de oxidacioacuten del azu-

fre en el ion sulfato es +6

99

Ejercicios 1212

1) Dibujaacute los siacutembolos de Lewis para los aacutetomos

de

a) He b) Al c) Si d) Ar e) N

2) iquestCoacutemo adquiere la distribucioacuten electroacutenica del

ineacutertido maacutes cercano cada uno de los siguien-

tes aacutetomos

a) K b)

F c)

S d) Mg e)

Br

3) Escribiacute las ecuaciones ioacutenicas la foacutermula elec-

troacutenica y la foacutermula miacutenima del compuesto

ioacutenico formado por

a) K y Br (bromuro de potasio)

b) Ca y O (oacutexido de calcio)

4) Marcaacute con una X las propiedades correspon-

dientes a las sustancias que presentan uniones

ioacutenicas

100

a) Son soacutelidas y tienen bajo punto de fusioacuten ( )

b) Conducen la corriente eleacutectrica fundidas o di-

sueltas en agua ( )

c) Tienen brillo metaacutelico ( )

d) Forman cristales duros y quebradizos solubles

en agua ( )

e) No conducen la corriente eleacutectrica ( )

5) Explicaacute coacutemo se unen dos aacutetomos de bromo

para formar la moleacutecula Br2 y escribiacute su

foacutermula electroacutenica y su foacutermula desarrollada

6) La foacutermula del monoacutexido de dicloro es Cl2O

a) Indicaacute queacute tipo de unioacuten existe entre el cloro y

el oxiacutegeno

b) Escribiacute su foacutermula electroacutenica y su foacutermula

desarrollada

7) El azufre y el oxiacutegeno forman dos oacutexidos

importantes el dioacutexido de azufre (SO2) y el

101

trioacutexido de azufre (SO3) Para el trioacutexido de

azufre

a) Indicaacute queacute tipo de unioacuten existe entre el azufre

y los tres aacutetomos de oxiacutegeno

b) Escribiacute la foacutermula electroacutenica

c) Escribiacute la foacutermula desarrollada

8) Marcaacute 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

liacutequidas o soacutelidas ( )

c) Son duacutectiles y maleables ( )

d) No forman moleacuteculas son agregados de

iones ( )

e) No son buenas conductoras de la corriente

eleacutectrica ( )

102

9) Coloque en el pareacutentesis UCP si la unioacuten es

covalente polar y UCNP si es covalento no

polar en cada una de las siguientes sustancias

a) cloruro de hidroacutegeno HCl ( )

b) Hidroacutegeno H2 ( )

c) yodo l2 ( )

10) Escribiacute la foacutermula electroacutenica y la foacutermula

desarrollada de cada una de las sustancias

mencionadas en el ejercicio 9

11) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten

a) del azufre (S)en el dioacutexido de azufre (SO2) en

el trioacutexido de azufre (SO3) y en el sulfuro de

sodio (Na2S)

b) del nitroacutegeno (N) en el dioacutexido de nitroacutegeno

(NO2) en el aacutecido niacutetrico (HNO3) y en el ni-

trato de potasio (KNO3)

12) Marcaacute con una X las propiedades que se expli-

can en el concepto de unioacuten metaacutelica

103

a) Tienen bajo punto de fusioacuten y de

ebullicioacuten ( )

b) Tienen brillo metaacutelico ( )

c) Conducen la corriente eleacutectrica sin

alterarse ( )

d) En estado soacutelido son malos conductores de la

corriente eleacutectrica ( )

e) Forman hilos y laacuteminas delgadas ( )

104

Hoja de respuestas 1212

1) a) He b) Al c)

Si d)

Ar e)

N

2) a) cede un electroacuten d) cede electrones c)

gana dos electrones b) y e) gana un electroacuten

3) a) Ecuaciones ioacutenicas

K K1+ + 1 e

Br + 1 e Br1-

K1+ + Br- KBr

Foacutermula electroacutenica K1+minus

1

Br

Foacutermula miacutenima KBr

b) Ecuaciones ioacutenicas

Ca Ca 2+ + 2 e

O + 2 e O2-

Ca2+ + O2- CaO

Foacutermula electroacutenica Ca2+ minus

2

O

105

Foacutermula miacutenima CaO

4) b y d

5) se unen compartiendo un par de electrones

6) a) unioacuten covalente

b) foacutermula electroacutenica

Cl

O

Cl

foacutermula desarrollada Cl O Cl

7) a) una unioacuten covalente doble entre el azufre y

uno de los aacutetomos de oxiacutegeno dos uniones cova-

lentes coordinadas con los otros dos aacutetomos de

oxiacutegeno

b) Foacutermula electroacutenica

Foacutermula desarrollada

106

8) a b y e

9) a) UCP y c) UCNP

10) Foacutermula electroacutenica Foacutermula desarrollada

a) H

Cl H Cl

b) HH H H

c)

I

I l I

11) a) +4 +6 -2 b) +4 +5 +5

12) b c y e

  • RADIACTIVIDAD
    • IacuteNDICE
      • 1 RADIACTIVIDAD NATURAL
      • 2 RELACIOacuteN ENTRE LA LEY DE LAVOISIER Y LA DE EINSTEIN
      • 3 INTERACCIONES ENTRE AacuteTOMOS Y ONDAS
      • 4 PODER DE PENETRACIOacuteN DE LA RADIACIOacuteN
      • 5 VIDA MEDIA
      • 6 RADIACTIVIDAD ARTIFICIAL
      • 7 USOS DE LOS RADIOISOacuteTOPOS
      • 8 MEDICINA NUCLEAR
      • 9 FECHADO POR MEDIO DE RADIOISOacuteTOPOS
      • 10 PLANTAS DE ENERGIacuteA NUCLEAR
      • 11 BOMBA ATOacuteMICA
      • 12 EFECTOS DE UNA EXPLOSIOacuteN NUCLEAR
        • Ejercicios 12
        • Ejercicios 121
        • Hoja de respuestas121
        • Ejercicios 1211
        • Ejercicios 1212
        • Hoja de respuestas 1212

69

Una vez acabada la reaccioacuten de fusioacuten nos encon-

traremos con una esfera expandida con una tem-

peratura de millones de grados en la que existen

los productos de la fusioacuten (litio e isoacutetopos del

hidroacutegeno) Tal es su velocidad que pueden fun-

dirse unos con otros dando lugar a la reaccioacuten de

fusioacuten Esta reaccioacuten genera maacutes energiacutea que la

anterior y libera gran cantidad de partiacuteculas nu-

cleares pero no es una reaccioacuten en cadena ya que

el propio calor que genera hace que las partiacuteculas

se separen y se expandan en forma de una esfera

de plasma con una temperatura que tan soacutelo expe-

rimenta el universo de manera natural en las estre-

llas En nuestro sol por ejemplo ocurren la fusioacuten

nuclear de hidroacutegeno y helio Pero antes de que la

reaccioacuten se extinga los neutrones generados por

las detonaciones anteriores provocan de nuevo

una reaccioacuten de fusioacuten sobre una camisa de U-

238 pero esta vez mucho mayor que las anterio-

res La potencia de una bomba termonuclear care-

ce de liacutemite una bomba como la de Hiroshima de

70

125 kilotones (un kilotoacuten equivale a 1000 tonela-

das de TNT) se considera dentro de los arsenales

modernos como pequentildea siendo las de un mega-

toacuten (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 la

Segunda Guerra Mundial

Para la construccioacuten de una bomba nuclear nor-

malmente se usa U-235 mezclado con U-238 El

primero no forma parte de la reaccioacuten nuclear

sino que es el segundo el que es fisionable de ma-

nera espontaacutenea emitiendo neutrones que son

absorbidos por el U-235 para evitar que se pro-

duzca de manera accidental la reaccioacuten en cadena

Asiacute el U-235 hace de escudo absorbiendo los neu-

trones del U-238 que es el que produce la detona-

cioacuten 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

71

reactores nucleares a partir del U-238

La desintegracioacuten del uranio en la reaccioacuten en

cadena se produce de manera espontaacutenea para una

masa de 50 Kg si eacuteste elemento es puro El pluto-

nio no es capaz por si solo de comenzar una raacutepi-

da reaccioacuten en cadena de modo que se mezcla de

berilo y polonio dando como resultado un pro-

ducto que aunque no es fisionable por si solo una

pequentildea cantidad actuacutea como catalizador para las

grandes reacciones Asiacute bastan 16 Kg de PU-239

para obtener la masa supercriacutetica y 10 Kg si se

mezcla con U-238

El U-235 es muy difiacutecil de extraer por encontrarse

en la naturaleza muy mezclado con otros com-

puestos Asiacute por cada 25000 toneladas de mineral

de uranio bruto soacutelo se obtienen 50 toneladas de

uranio del que el 993 es U-235 y el resto el

rariacutesimo isoacutetopo U-238 ambos soacutelo se pueden

separar de manera mecaacutenica gracias a la leviacutesima

72

diferencia de peso entre ambos Asiacute el uranio se

mezcla en forma gaseosa con fluor (hexafluoriacutedri-

co) que es impulsado a baja presioacuten hacieacutendolo

pasar por unas caacutemaras que aumentan la concen-

tracioacuten de uranio sensiblemente tras cientos de

pasadas Para una central nuclear la pureza ha de

ser del 2 y para una bomba (teoacutericamente) el

95

Para separar el isoacutetopo se recurre a la centrifuga-

cioacuten del gas siendo el maacutes pesado U-238 despedi-

do hacia el exterior con maacutes fuerza Para obtener

otra vez el uranio separado del gas se recurre a la

separacioacuten magneacutetica

MECANISMOS QUE SUELEN COMPONER UNA

BOMBA NUCLEAR

Los mecanismos que suelen componer una bom-

ba nuclear son los siguientes

73

ALTIacuteMETRO No suele usarse el baromeacutetrico

por verse afectado por las condiciones atmosfeacuteri-

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 seguacuten el tiempo transcu-

rrido en el recorrido puede saberse la altura sin

necesidad de complicar maacutes el sistema para dar

una precisioacuten que en realidad no es importante (2

o 3 m de diferencia no son apreciables maacutes que

en minibombas bastante menores que las de

Hiroshima) siendo la altura normal de detonacioacuten

la de 2000 m

En la praacutectica 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 electroacute-

nicamente para obtener la diferencia de ambas

que es proporcional a la altura Los pulsos suelen

emitirse 120 veces por segundo y alcanzan un

74

rango de 3000 m sobre la tierra y 6000 m sobre

el mar (la reflexioacuten es alliacute mejor) siendo su error

de hasta 15 m

CABEZA DETONADORA Como ya se dijo

estaacute compuesta de una carga explosiva muy bien

calibrada que a la orden del altiacutemetro detona

produciendo una onda de choque uniforme sobre

el elemento radioactivo comprimieacutendolo hasta

alcanzar la masa supercriacutetica

Compantildeiacuteas privadas producen camisas explosivas

que modificadas pueden ser usadas para la fabri-

cacioacuten del objeto que nos ocupa La cantidad de

presioacuten necesaria a aplicar es un secreto por razo-

nes de seguridad aunque se sabe que los explosi-

vos plaacutesticos son ideales sobre todo por su malea-

bilidad y facilidad de manejo

El detonador variacutea si es combustible es uranio o

plutonio

75

DETONADOR DE URANIO La masa total se

divide en dos partes una mayor de forma semies-

feacuterica y coacutencava que se acopla perfectamente con

la otra maacutes pequentildea Como es de suponer ambas

se encuentran separadas hasta el momento de la

detonacioacuten en el que una explosioacuten convencional

dispara la parte pequentildea que impacta contra la

mayor para lograr en un instante la masa supercriacute-

tica

DETONADOR DE PLUTONIO Necesita

una precisioacuten de ingenieriacutea mucho mayor que la

anterior ya que estaacute compuesta de 32 secciones de

plutonio-berilio-polonio todas de igual forma y

posicioacuten distribuidas conceacutentricamente El aspecto

final es parecido al de un baloacuten de fuacutetbol Todas

han de cerrarse simeacutetricamente en una diezmillo-

neacutesima de segundo para conseguir la detonacioacuten

DEFLECTOR DE NEUTRONES Suele ser

U-238 Su funcioacuten es la que ya se explicoacute evitar

76

una reaccioacuten accidental ademaacutes refleja las partiacutecu-

las de vuelta cuando se alcanza la masa supercriacuteti-

ca

ESCUDO PROTECTOR Recibe otros nom-

bres pero su funcioacuten es siempre la de proteger de

la radiacioacuten natural tanto al personal que la maneja

como a los circuitos de la bomba que pueden su-

frir cortocircuitos o puestas en funcionamiento

accidentales

SISTEMA DE ARMADO Es otro sistema maacutes

de seguridad consistente en quitar una parte im-

prescindible de la bomba para evitar detonaciones

accidentales de modo que soacutelo cuando estaacute

proacuteximo su lanzamiento se inserta esta parte Una

analogiacutea seriacutea como si al aparcar nuestro coche le

quitaacuteramos el volante o una bujiacutea asiacute estariacuteamos

seguros de que no nos lo roban porque sin estas

partes el coche no funciona

77

12 EFECTOS DE UNA EXPLOSIOacuteN NUCLEAR

Tenemos frescas en nuestra memo-

ria las imaacutegenes que nos mostroacute la

televisioacuten cuando se produjo el ac-

cidente de Chernobyl

Aquiacute explicamos todas las conse-

cuencias de una detonacioacuten 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

78

bull Radiacioacuten nuclear inicial la altiacutesima

temperatura y la elevada presioacuten que se

genera en el interior de la explosioacuten emi-

ten radiacioacuten en todas las direcciones Esta

se compone de rayos alfa beta y gamma

que son una forma de radiacioacuten electro-

magneacutetica de alta energiacutea que puede causar

la muerte sin que el individuo se de cuenta

de que ha sido irradiado Una explosioacuten de

un megatoacuten (de tamantildeo estaacutendar) matariacutea

a todo ser humano en 15 Km a la redonda

que se encontrase al aire libre

Las partiacuteculas alfa son ideacutenticas a un nuacutecleo de

helio son las que mas larga vida tienen unos mil

antildeos pero su poder de penetracioacuten 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 radiacioacuten Con 45 cm de tierra se

consigue reducir la radiacioacuten veinte veces

Las partiacuteculas beta penetran maacutes siendo suficiente

79

38 cm de pared de ladrillo para reducir a un quin-

to la radiacioacuten (una pared moderna ya espesa se

compone de 1 pie de ladrillo maacutes caacutemara maacutes

aislante maacutes ladrillo hueco y yeso que suele que-

darse en los 37 cm)

Los de maacutes poder de penetracioacuten son las gamma

y por tanto los maacutes peligrosos ya son los que se

introducen en los refugios nucleares auacuten con

grandes espesores de hormigoacuten La uacutenica protec-

cioacuten eficaz es la de interponer grandes masas de

material mejor cuanto maacutes denso siendo el ideal

el plomo ya que pasa por los materiales como la

luz por una tela si esta es maacutes densa mayor canti-

dad de chocaraacute con ella y no la traspasaraacute Para

reducir la dosis a un veinteavo se precisan 30 cm

de hormigoacuten armado

bull Pulso electromagneacutetico La intensa acti-

vidad de los rayos gamma genera mediante

induccioacuten una corriente de alto voltaje so-

80

bre antenas viacuteas feacuterreas tuberiacuteas que des-

truye todas las instalaciones eleacutectricas de

una amplia zona si la explosioacuten se efectuacutea

a gran altura Una detonacioacuten de muchos

kilotones a 200 km sobre Omaha (Ne-

brasca) destruiriacutea todos los circuitos eleacutec-

tricos integrados de toda Norteameacuterica y

parte de Meacutejico y Canadaacute Ante el riesgo

de una detonacioacuten nuclear es conveniente

alejarse de liacuteneas eleacutectricas y viacutea feacuterreas ya

que la corriente inducida puede electrocu-

tarnos

bull Pulso teacutermico al expandirse la bola de

fuego el aire circundante absorbe energiacutea

en forma de rayos X y la irradia en forma

de una luz cegadora y un intensiacutesimo ca-

lor Una bomba de 20 Megatones produci-

riacutea una intensa luz durante 20 segundos y

causariacutea quemaduras de segundo grado a

81

cualquier persona expuesta a 45 Km de

distancia

bull Onda de choque La raacutepida expansioacuten de

la bola de fuego genera una onda de cho-

que como cualquier explosioacuten pero de

una potencia muy superior ya que puede

aplastar o barrer edificios dantildeaacutendolos muy

seriamente o destruyeacutendolos por comple-

to ya que maacutes que empujar por su dura-

cioacuten lo que hace es estrujar Una bomba

de 20 megatones no dejariacutea en un radio de

20 Km maacutes que escombros soacutelo se salva-

riacutean las cimentaciones y construcciones

enterradas

bull Primera lluvia radioactiva o lluvia ra-

diactiva local una explosioacuten de 20 mega-

tones aras de suelo produciriacutea un craacuteter de

183 m de profundidad la elevada tempe-

82

ratura vaporiza todo lo que se encuentra

dentro de la bola de fuego todo se funde

con los materiales radiactivos de la fisioacuten o

fusioacuten y se eleva con el hongo para luego

precipitar en forma de finas cenizas Esto

ocurriraacute durante las 24 h siguientes a la

explosioacuten y afectaraacute a una regioacuten maacutes o

menos amplia para una misma potencia

seguacuten la climatologiacutea El fenoacutemeno se am-

pliacutea considerablemente si la detonacioacuten se

produce cerca del suelo La energiacutea 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 maacutes destructivos los deno-

minados secundarios como incendios en masa

que acabariacutean con los pocos supervivientes y ma-

tariacutean a maacutes que el pulso teacutermico y la onda de

choque

83

Ademaacutes en caso de que se lanzaran muchas

bombas nucleares sus efectos secundarios seriacutean

mucho maacutes 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 10000 mega-

tones miacutenimos para considerar un holocausto

como tal

bull El primero de estos efectos es que la ra-

dioactividad liberada en caso de holocaus-

to penetrariacutea en todos y cada uno de los

seres vivos (y en el mar la tierra y el aire)

Mientras que en dosis altas (seguacuten la espe-

cie) produciriacutea la muerte en otras maacutes ba-

jas los efectos seriacutean de lo maacutes variados

(mutaciones esterilidad)

bull El segundo seriacutea que los materiales im-

pulsados por las detonaciones se elevariacutean

hasta la troposfera donde ocultariacutean la luz

84

del sol durante meses o antildeos haciendo ba-

jar la temperatura de la tierra y alterando la

fotosiacutentesis de los vegetales y el plancton

marino seriacutea el famoso invierno nuclear

Ademaacutes estos materiales radiactivos iriacutean

cayendo durante meses o antildeos convirtieacuten-

dose en una lluvia radiactiva global que

auacuten con menos dosis radiactiva que una

lluvia provocada por una bomba seriacutea

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

antildeos Ese 5 de energiacutea liberada por la

lluvia radiactividad en una bomba es poco

pero en los 10000 megatones de un holo-

causto suponen ya 500 megatones que iraacuten

estallando durante miles de antildeos des-

pueacutes de la cataacutestrofe

85

bull El tercero seriacutea una reduccioacuten en la capa

de ozono producida por el oacutexido de nitroacute-

geno generado por las bolas de fuego de

modo que la radiacioacuten solar que llegase a

la tierra seriacutea mortal Un 70 del ozono

desapareceriacutea en el hemisferio norte y un

40 en el sur siendo necesarios treinta

antildeos para recuperar su estado normal

86

Ejercicios 12

MODELO DE RESOLUCIOacuteN

La distribucioacuten de los electrones de un aacutetomo

en sus niveles y subniveles se puede representar en

forma abreviada de la siguiente manera

a) Un coeficiente que indica el nuacutemero del nivel

de energiacutea (n)

b) Una letra que corresponde al subnivel

c) Un supraiacutendice que sentildeala el nuacutemero de elec-

trones que hay en el subnivel

1H = 1s1

3Li = 1s2 2s1

En razoacuten del entrecruzamiento de subniveles

el orden en que se van completando los subniveles

por energiacutea creciente es el siguiente

87

1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d

4p 5s 4d 5p 6s 4f

5d 6p 7s 5f 6d

7p

Para visualizar la distribucioacuten de los electrones

en orbitales se puede representar cada orbital por

un pequentildeo cuadrado dividido por una diagonal

y cada electroacuten mediante una flecha

Entonces el orbital puede estar

Vaciacuteo incompleto completo

(1 electroacuten) (2 electrones)

En caso del orbital completo las flechas tienen

sentido contrario para indicar que los electrones

presentan spin contrario

El llenado de los orbitales por los electrones

se realiza a partir de los niveles y subniveles en

88

orden creciente de energiacutea Cada nuevo electroacuten se

incorpora a un orbital vaciacuteo

De ese modo los elementos quedan represen-

tados asiacute

1H =

1s

3Li =

1s 2s

7N =

1s 2s 2p

89

Ejercicios 121

1) Un aacutetomo de foacutesforo tiene 15 protones y 16

neutrones Indicaacute cuaacutel es su

a) nuacutemero atoacutemico (Z) b) nuacutemero

de masa (A)

2) Un aacutetomo de potasio tiene Z =19 y A = 39

Indicaacute su nuacutemero de

a) protones b) electrones

c) neutrones

3) Completaacute los datos que faltan en el siguiente

cuadro

90

ELE-

MEN-

TO

NUacute-

MERO

ATOacute-

MICO

NUacute-

MERO

DE

MASA

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) Sentildealaacute el nombre y siacutembolo de los elementos

cuyas configuraciones electroacutenicas 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) Escribiacute la configuracioacuten electroacutenica de los

siguientes elementos

91

a) Na2311 = c) O16

8 =

b) Cl3517 = d) C12

6 =

6) De acuerdo con la siguiente representacioacuten de

los electrones en orbitales indicaacute a queacute ele-

mentos corresponden

a)

b)

c)

d)

7) Representaacute la distribucioacuten de los electrones en

orbitales de los elementos

a) 7N= c) 18Ar =

b) 15AI = d) 19K =

92

Hoja de respuestas121

1) a) 15 b) 31 2) a) 19 b) 19 c) 20

3)

ELE-

MEN-

TO

NUacuteME-

RO

ATOacute-

MICO

NUacute-

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)Argoacuten Ar

d)Escandio Sc

5) a) 1S2 2S2 2p6 3s1

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)middot

94

Ejercicios 1211

Modelo de resolucioacuten

El nuacutemero de oxidacioacuten se asigna seguacuten las si-

guientes reglas

1) El nuacutemero de oxidacioacuten de los elementos en la

sustancia simple es cero

Ejemplo Cu0 02Cl

2) El nuacutemero de oxidacioacuten del oxiacutegeno es 2

excepto en las sustancias como el agua oxige-

nada Ejemplo H2

2Ominus

3) El nuacutemero de oxidacioacuten del hidroacutegeno es +1

excepto en las sustancias donde estaacute combina-

do con los metales Ejemplo 1

H+

2O

4) El nuacutemero de oxidacioacuten de un ion monoatoacute-

mico es igual a la carga del ion Ejemplo Ca2-

Cl-

95

5) En la foacutermula de una sustancia la suma alge-

braica de los nuacutemeros de oxidacioacuten de todos

los aacutetomos debe ser cero Ejemplo 1

H+

2

2Ominus

there42(+1) + (-2) = 0

6) En los iones que tienen maacutes de un aacutetomo la

suma algebraica de los nuacutemeros de oxidacioacuten

de todos los aacutetomos es igual a la carga del ion

El nuacutemero de oxidacioacuten se escribe colocando primero el signo y luego el nuacutemero

Ejemplo el nuacutemero de oxidacioacuten del aluminio es +3

1) Calculaacute los nuacutemeros de oxidacioacuten en la moleacute-

cula de dioacutexido de azufre (SO2)

Datos SO2 nuacutemero de oxidacioacuten del O2

es 2

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de S

Resolucioacuten Cada aacutetomo de oxiacutegeno tiene

nuacutemero de oxidacioacuten 2 por lo tanto el nuacute-

mero de oxidacioacuten del azufre es +4 porque

2(-2) + (+4) = 0

96

2) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten del azufre en

el aacutecido sulfuacuterico (H2SO4)

Datos H2SO2 nuacutemero de oxidacioacuten del

O2 es 2 nuacutemero de oxidacioacuten de H es -1

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de S

Resolucioacuten Se debe cumplir que la suma al-gebraica de todos los nuacutemeros de oxidacioacuten sea cero

4(-2) + 21 + x = 0

-8 + 2 + x = 0

x = 6

Respuesta el nuacutemero de oxidacioacuten del azufre

en el aacutecido sulfuacuterico es +6

3) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten del nitroacutegeno

en el nitrato de sodio (NaNO3)

Datos NaNO3 nuacutemero de oxidacioacuten del

O2 es 2

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de N

97

Resolucioacuten El nuacutemero de oxidacioacuten del

sodio es +1 porque el ion sodio tiene una car-

ga eleacutectrica positiva

+1 + 3(-2) +x = 0

1 6 + x = 0

x = 5

Respuesta el nuacutemero de oxidacioacuten del nitroacute-

geno en el nitrato de sodio es +5

4) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten del azufre en

el ion sulfato (S 24Ominus )

Datos S 24Ominus nuacutemero de oxidacioacuten del O2

es 2

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de S

Resolucioacuten La suma de los nuacutemeros de

oxidacioacuten es igual a 2 porque el ion sulfato

tiene dos cargas negativas (2-)

x + 4(-2) = -2

x 8 = -2

x = 6

98

Respuesta El nuacutemero de oxidacioacuten del azu-

fre en el ion sulfato es +6

99

Ejercicios 1212

1) Dibujaacute los siacutembolos de Lewis para los aacutetomos

de

a) He b) Al c) Si d) Ar e) N

2) iquestCoacutemo adquiere la distribucioacuten electroacutenica del

ineacutertido maacutes cercano cada uno de los siguien-

tes aacutetomos

a) K b)

F c)

S d) Mg e)

Br

3) Escribiacute las ecuaciones ioacutenicas la foacutermula elec-

troacutenica y la foacutermula miacutenima del compuesto

ioacutenico formado por

a) K y Br (bromuro de potasio)

b) Ca y O (oacutexido de calcio)

4) Marcaacute con una X las propiedades correspon-

dientes a las sustancias que presentan uniones

ioacutenicas

100

a) Son soacutelidas y tienen bajo punto de fusioacuten ( )

b) Conducen la corriente eleacutectrica fundidas o di-

sueltas en agua ( )

c) Tienen brillo metaacutelico ( )

d) Forman cristales duros y quebradizos solubles

en agua ( )

e) No conducen la corriente eleacutectrica ( )

5) Explicaacute coacutemo se unen dos aacutetomos de bromo

para formar la moleacutecula Br2 y escribiacute su

foacutermula electroacutenica y su foacutermula desarrollada

6) La foacutermula del monoacutexido de dicloro es Cl2O

a) Indicaacute queacute tipo de unioacuten existe entre el cloro y

el oxiacutegeno

b) Escribiacute su foacutermula electroacutenica y su foacutermula

desarrollada

7) El azufre y el oxiacutegeno forman dos oacutexidos

importantes el dioacutexido de azufre (SO2) y el

101

trioacutexido de azufre (SO3) Para el trioacutexido de

azufre

a) Indicaacute queacute tipo de unioacuten existe entre el azufre

y los tres aacutetomos de oxiacutegeno

b) Escribiacute la foacutermula electroacutenica

c) Escribiacute la foacutermula desarrollada

8) Marcaacute 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

liacutequidas o soacutelidas ( )

c) Son duacutectiles y maleables ( )

d) No forman moleacuteculas son agregados de

iones ( )

e) No son buenas conductoras de la corriente

eleacutectrica ( )

102

9) Coloque en el pareacutentesis UCP si la unioacuten es

covalente polar y UCNP si es covalento no

polar en cada una de las siguientes sustancias

a) cloruro de hidroacutegeno HCl ( )

b) Hidroacutegeno H2 ( )

c) yodo l2 ( )

10) Escribiacute la foacutermula electroacutenica y la foacutermula

desarrollada de cada una de las sustancias

mencionadas en el ejercicio 9

11) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten

a) del azufre (S)en el dioacutexido de azufre (SO2) en

el trioacutexido de azufre (SO3) y en el sulfuro de

sodio (Na2S)

b) del nitroacutegeno (N) en el dioacutexido de nitroacutegeno

(NO2) en el aacutecido niacutetrico (HNO3) y en el ni-

trato de potasio (KNO3)

12) Marcaacute con una X las propiedades que se expli-

can en el concepto de unioacuten metaacutelica

103

a) Tienen bajo punto de fusioacuten y de

ebullicioacuten ( )

b) Tienen brillo metaacutelico ( )

c) Conducen la corriente eleacutectrica sin

alterarse ( )

d) En estado soacutelido son malos conductores de la

corriente eleacutectrica ( )

e) Forman hilos y laacuteminas delgadas ( )

104

Hoja de respuestas 1212

1) a) He b) Al c)

Si d)

Ar e)

N

2) a) cede un electroacuten d) cede electrones c)

gana dos electrones b) y e) gana un electroacuten

3) a) Ecuaciones ioacutenicas

K K1+ + 1 e

Br + 1 e Br1-

K1+ + Br- KBr

Foacutermula electroacutenica K1+minus

1

Br

Foacutermula miacutenima KBr

b) Ecuaciones ioacutenicas

Ca Ca 2+ + 2 e

O + 2 e O2-

Ca2+ + O2- CaO

Foacutermula electroacutenica Ca2+ minus

2

O

105

Foacutermula miacutenima CaO

4) b y d

5) se unen compartiendo un par de electrones

6) a) unioacuten covalente

b) foacutermula electroacutenica

Cl

O

Cl

foacutermula desarrollada Cl O Cl

7) a) una unioacuten covalente doble entre el azufre y

uno de los aacutetomos de oxiacutegeno dos uniones cova-

lentes coordinadas con los otros dos aacutetomos de

oxiacutegeno

b) Foacutermula electroacutenica

Foacutermula desarrollada

106

8) a b y e

9) a) UCP y c) UCNP

10) Foacutermula electroacutenica Foacutermula desarrollada

a) H

Cl H Cl

b) HH H H

c)

I

I l I

11) a) +4 +6 -2 b) +4 +5 +5

12) b c y e

  • RADIACTIVIDAD
    • IacuteNDICE
      • 1 RADIACTIVIDAD NATURAL
      • 2 RELACIOacuteN ENTRE LA LEY DE LAVOISIER Y LA DE EINSTEIN
      • 3 INTERACCIONES ENTRE AacuteTOMOS Y ONDAS
      • 4 PODER DE PENETRACIOacuteN DE LA RADIACIOacuteN
      • 5 VIDA MEDIA
      • 6 RADIACTIVIDAD ARTIFICIAL
      • 7 USOS DE LOS RADIOISOacuteTOPOS
      • 8 MEDICINA NUCLEAR
      • 9 FECHADO POR MEDIO DE RADIOISOacuteTOPOS
      • 10 PLANTAS DE ENERGIacuteA NUCLEAR
      • 11 BOMBA ATOacuteMICA
      • 12 EFECTOS DE UNA EXPLOSIOacuteN NUCLEAR
        • Ejercicios 12
        • Ejercicios 121
        • Hoja de respuestas121
        • Ejercicios 1211
        • Ejercicios 1212
        • Hoja de respuestas 1212

70

125 kilotones (un kilotoacuten equivale a 1000 tonela-

das de TNT) se considera dentro de los arsenales

modernos como pequentildea siendo las de un mega-

toacuten (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 la

Segunda Guerra Mundial

Para la construccioacuten de una bomba nuclear nor-

malmente se usa U-235 mezclado con U-238 El

primero no forma parte de la reaccioacuten nuclear

sino que es el segundo el que es fisionable de ma-

nera espontaacutenea emitiendo neutrones que son

absorbidos por el U-235 para evitar que se pro-

duzca de manera accidental la reaccioacuten en cadena

Asiacute el U-235 hace de escudo absorbiendo los neu-

trones del U-238 que es el que produce la detona-

cioacuten 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

71

reactores nucleares a partir del U-238

La desintegracioacuten del uranio en la reaccioacuten en

cadena se produce de manera espontaacutenea para una

masa de 50 Kg si eacuteste elemento es puro El pluto-

nio no es capaz por si solo de comenzar una raacutepi-

da reaccioacuten en cadena de modo que se mezcla de

berilo y polonio dando como resultado un pro-

ducto que aunque no es fisionable por si solo una

pequentildea cantidad actuacutea como catalizador para las

grandes reacciones Asiacute bastan 16 Kg de PU-239

para obtener la masa supercriacutetica y 10 Kg si se

mezcla con U-238

El U-235 es muy difiacutecil de extraer por encontrarse

en la naturaleza muy mezclado con otros com-

puestos Asiacute por cada 25000 toneladas de mineral

de uranio bruto soacutelo se obtienen 50 toneladas de

uranio del que el 993 es U-235 y el resto el

rariacutesimo isoacutetopo U-238 ambos soacutelo se pueden

separar de manera mecaacutenica gracias a la leviacutesima

72

diferencia de peso entre ambos Asiacute el uranio se

mezcla en forma gaseosa con fluor (hexafluoriacutedri-

co) que es impulsado a baja presioacuten hacieacutendolo

pasar por unas caacutemaras que aumentan la concen-

tracioacuten de uranio sensiblemente tras cientos de

pasadas Para una central nuclear la pureza ha de

ser del 2 y para una bomba (teoacutericamente) el

95

Para separar el isoacutetopo se recurre a la centrifuga-

cioacuten del gas siendo el maacutes pesado U-238 despedi-

do hacia el exterior con maacutes fuerza Para obtener

otra vez el uranio separado del gas se recurre a la

separacioacuten magneacutetica

MECANISMOS QUE SUELEN COMPONER UNA

BOMBA NUCLEAR

Los mecanismos que suelen componer una bom-

ba nuclear son los siguientes

73

ALTIacuteMETRO No suele usarse el baromeacutetrico

por verse afectado por las condiciones atmosfeacuteri-

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 seguacuten el tiempo transcu-

rrido en el recorrido puede saberse la altura sin

necesidad de complicar maacutes el sistema para dar

una precisioacuten que en realidad no es importante (2

o 3 m de diferencia no son apreciables maacutes que

en minibombas bastante menores que las de

Hiroshima) siendo la altura normal de detonacioacuten

la de 2000 m

En la praacutectica 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 electroacute-

nicamente para obtener la diferencia de ambas

que es proporcional a la altura Los pulsos suelen

emitirse 120 veces por segundo y alcanzan un

74

rango de 3000 m sobre la tierra y 6000 m sobre

el mar (la reflexioacuten es alliacute mejor) siendo su error

de hasta 15 m

CABEZA DETONADORA Como ya se dijo

estaacute compuesta de una carga explosiva muy bien

calibrada que a la orden del altiacutemetro detona

produciendo una onda de choque uniforme sobre

el elemento radioactivo comprimieacutendolo hasta

alcanzar la masa supercriacutetica

Compantildeiacuteas privadas producen camisas explosivas

que modificadas pueden ser usadas para la fabri-

cacioacuten del objeto que nos ocupa La cantidad de

presioacuten necesaria a aplicar es un secreto por razo-

nes de seguridad aunque se sabe que los explosi-

vos plaacutesticos son ideales sobre todo por su malea-

bilidad y facilidad de manejo

El detonador variacutea si es combustible es uranio o

plutonio

75

DETONADOR DE URANIO La masa total se

divide en dos partes una mayor de forma semies-

feacuterica y coacutencava que se acopla perfectamente con

la otra maacutes pequentildea Como es de suponer ambas

se encuentran separadas hasta el momento de la

detonacioacuten en el que una explosioacuten convencional

dispara la parte pequentildea que impacta contra la

mayor para lograr en un instante la masa supercriacute-

tica

DETONADOR DE PLUTONIO Necesita

una precisioacuten de ingenieriacutea mucho mayor que la

anterior ya que estaacute compuesta de 32 secciones de

plutonio-berilio-polonio todas de igual forma y

posicioacuten distribuidas conceacutentricamente El aspecto

final es parecido al de un baloacuten de fuacutetbol Todas

han de cerrarse simeacutetricamente en una diezmillo-

neacutesima de segundo para conseguir la detonacioacuten

DEFLECTOR DE NEUTRONES Suele ser

U-238 Su funcioacuten es la que ya se explicoacute evitar

76

una reaccioacuten accidental ademaacutes refleja las partiacutecu-

las de vuelta cuando se alcanza la masa supercriacuteti-

ca

ESCUDO PROTECTOR Recibe otros nom-

bres pero su funcioacuten es siempre la de proteger de

la radiacioacuten natural tanto al personal que la maneja

como a los circuitos de la bomba que pueden su-

frir cortocircuitos o puestas en funcionamiento

accidentales

SISTEMA DE ARMADO Es otro sistema maacutes

de seguridad consistente en quitar una parte im-

prescindible de la bomba para evitar detonaciones

accidentales de modo que soacutelo cuando estaacute

proacuteximo su lanzamiento se inserta esta parte Una

analogiacutea seriacutea como si al aparcar nuestro coche le

quitaacuteramos el volante o una bujiacutea asiacute estariacuteamos

seguros de que no nos lo roban porque sin estas

partes el coche no funciona

77

12 EFECTOS DE UNA EXPLOSIOacuteN NUCLEAR

Tenemos frescas en nuestra memo-

ria las imaacutegenes que nos mostroacute la

televisioacuten cuando se produjo el ac-

cidente de Chernobyl

Aquiacute explicamos todas las conse-

cuencias de una detonacioacuten 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

78

bull Radiacioacuten nuclear inicial la altiacutesima

temperatura y la elevada presioacuten que se

genera en el interior de la explosioacuten emi-

ten radiacioacuten en todas las direcciones Esta

se compone de rayos alfa beta y gamma

que son una forma de radiacioacuten electro-

magneacutetica de alta energiacutea que puede causar

la muerte sin que el individuo se de cuenta

de que ha sido irradiado Una explosioacuten de

un megatoacuten (de tamantildeo estaacutendar) matariacutea

a todo ser humano en 15 Km a la redonda

que se encontrase al aire libre

Las partiacuteculas alfa son ideacutenticas a un nuacutecleo de

helio son las que mas larga vida tienen unos mil

antildeos pero su poder de penetracioacuten 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 radiacioacuten Con 45 cm de tierra se

consigue reducir la radiacioacuten veinte veces

Las partiacuteculas beta penetran maacutes siendo suficiente

79

38 cm de pared de ladrillo para reducir a un quin-

to la radiacioacuten (una pared moderna ya espesa se

compone de 1 pie de ladrillo maacutes caacutemara maacutes

aislante maacutes ladrillo hueco y yeso que suele que-

darse en los 37 cm)

Los de maacutes poder de penetracioacuten son las gamma

y por tanto los maacutes peligrosos ya son los que se

introducen en los refugios nucleares auacuten con

grandes espesores de hormigoacuten La uacutenica protec-

cioacuten eficaz es la de interponer grandes masas de

material mejor cuanto maacutes denso siendo el ideal

el plomo ya que pasa por los materiales como la

luz por una tela si esta es maacutes densa mayor canti-

dad de chocaraacute con ella y no la traspasaraacute Para

reducir la dosis a un veinteavo se precisan 30 cm

de hormigoacuten armado

bull Pulso electromagneacutetico La intensa acti-

vidad de los rayos gamma genera mediante

induccioacuten una corriente de alto voltaje so-

80

bre antenas viacuteas feacuterreas tuberiacuteas que des-

truye todas las instalaciones eleacutectricas de

una amplia zona si la explosioacuten se efectuacutea

a gran altura Una detonacioacuten de muchos

kilotones a 200 km sobre Omaha (Ne-

brasca) destruiriacutea todos los circuitos eleacutec-

tricos integrados de toda Norteameacuterica y

parte de Meacutejico y Canadaacute Ante el riesgo

de una detonacioacuten nuclear es conveniente

alejarse de liacuteneas eleacutectricas y viacutea feacuterreas ya

que la corriente inducida puede electrocu-

tarnos

bull Pulso teacutermico al expandirse la bola de

fuego el aire circundante absorbe energiacutea

en forma de rayos X y la irradia en forma

de una luz cegadora y un intensiacutesimo ca-

lor Una bomba de 20 Megatones produci-

riacutea una intensa luz durante 20 segundos y

causariacutea quemaduras de segundo grado a

81

cualquier persona expuesta a 45 Km de

distancia

bull Onda de choque La raacutepida expansioacuten de

la bola de fuego genera una onda de cho-

que como cualquier explosioacuten pero de

una potencia muy superior ya que puede

aplastar o barrer edificios dantildeaacutendolos muy

seriamente o destruyeacutendolos por comple-

to ya que maacutes que empujar por su dura-

cioacuten lo que hace es estrujar Una bomba

de 20 megatones no dejariacutea en un radio de

20 Km maacutes que escombros soacutelo se salva-

riacutean las cimentaciones y construcciones

enterradas

bull Primera lluvia radioactiva o lluvia ra-

diactiva local una explosioacuten de 20 mega-

tones aras de suelo produciriacutea un craacuteter de

183 m de profundidad la elevada tempe-

82

ratura vaporiza todo lo que se encuentra

dentro de la bola de fuego todo se funde

con los materiales radiactivos de la fisioacuten o

fusioacuten y se eleva con el hongo para luego

precipitar en forma de finas cenizas Esto

ocurriraacute durante las 24 h siguientes a la

explosioacuten y afectaraacute a una regioacuten maacutes o

menos amplia para una misma potencia

seguacuten la climatologiacutea El fenoacutemeno se am-

pliacutea considerablemente si la detonacioacuten se

produce cerca del suelo La energiacutea 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 maacutes destructivos los deno-

minados secundarios como incendios en masa

que acabariacutean con los pocos supervivientes y ma-

tariacutean a maacutes que el pulso teacutermico y la onda de

choque

83

Ademaacutes en caso de que se lanzaran muchas

bombas nucleares sus efectos secundarios seriacutean

mucho maacutes 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 10000 mega-

tones miacutenimos para considerar un holocausto

como tal

bull El primero de estos efectos es que la ra-

dioactividad liberada en caso de holocaus-

to penetrariacutea en todos y cada uno de los

seres vivos (y en el mar la tierra y el aire)

Mientras que en dosis altas (seguacuten la espe-

cie) produciriacutea la muerte en otras maacutes ba-

jas los efectos seriacutean de lo maacutes variados

(mutaciones esterilidad)

bull El segundo seriacutea que los materiales im-

pulsados por las detonaciones se elevariacutean

hasta la troposfera donde ocultariacutean la luz

84

del sol durante meses o antildeos haciendo ba-

jar la temperatura de la tierra y alterando la

fotosiacutentesis de los vegetales y el plancton

marino seriacutea el famoso invierno nuclear

Ademaacutes estos materiales radiactivos iriacutean

cayendo durante meses o antildeos convirtieacuten-

dose en una lluvia radiactiva global que

auacuten con menos dosis radiactiva que una

lluvia provocada por una bomba seriacutea

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

antildeos Ese 5 de energiacutea liberada por la

lluvia radiactividad en una bomba es poco

pero en los 10000 megatones de un holo-

causto suponen ya 500 megatones que iraacuten

estallando durante miles de antildeos des-

pueacutes de la cataacutestrofe

85

bull El tercero seriacutea una reduccioacuten en la capa

de ozono producida por el oacutexido de nitroacute-

geno generado por las bolas de fuego de

modo que la radiacioacuten solar que llegase a

la tierra seriacutea mortal Un 70 del ozono

desapareceriacutea en el hemisferio norte y un

40 en el sur siendo necesarios treinta

antildeos para recuperar su estado normal

86

Ejercicios 12

MODELO DE RESOLUCIOacuteN

La distribucioacuten de los electrones de un aacutetomo

en sus niveles y subniveles se puede representar en

forma abreviada de la siguiente manera

a) Un coeficiente que indica el nuacutemero del nivel

de energiacutea (n)

b) Una letra que corresponde al subnivel

c) Un supraiacutendice que sentildeala el nuacutemero de elec-

trones que hay en el subnivel

1H = 1s1

3Li = 1s2 2s1

En razoacuten del entrecruzamiento de subniveles

el orden en que se van completando los subniveles

por energiacutea creciente es el siguiente

87

1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d

4p 5s 4d 5p 6s 4f

5d 6p 7s 5f 6d

7p

Para visualizar la distribucioacuten de los electrones

en orbitales se puede representar cada orbital por

un pequentildeo cuadrado dividido por una diagonal

y cada electroacuten mediante una flecha

Entonces el orbital puede estar

Vaciacuteo incompleto completo

(1 electroacuten) (2 electrones)

En caso del orbital completo las flechas tienen

sentido contrario para indicar que los electrones

presentan spin contrario

El llenado de los orbitales por los electrones

se realiza a partir de los niveles y subniveles en

88

orden creciente de energiacutea Cada nuevo electroacuten se

incorpora a un orbital vaciacuteo

De ese modo los elementos quedan represen-

tados asiacute

1H =

1s

3Li =

1s 2s

7N =

1s 2s 2p

89

Ejercicios 121

1) Un aacutetomo de foacutesforo tiene 15 protones y 16

neutrones Indicaacute cuaacutel es su

a) nuacutemero atoacutemico (Z) b) nuacutemero

de masa (A)

2) Un aacutetomo de potasio tiene Z =19 y A = 39

Indicaacute su nuacutemero de

a) protones b) electrones

c) neutrones

3) Completaacute los datos que faltan en el siguiente

cuadro

90

ELE-

MEN-

TO

NUacute-

MERO

ATOacute-

MICO

NUacute-

MERO

DE

MASA

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) Sentildealaacute el nombre y siacutembolo de los elementos

cuyas configuraciones electroacutenicas 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) Escribiacute la configuracioacuten electroacutenica de los

siguientes elementos

91

a) Na2311 = c) O16

8 =

b) Cl3517 = d) C12

6 =

6) De acuerdo con la siguiente representacioacuten de

los electrones en orbitales indicaacute a queacute ele-

mentos corresponden

a)

b)

c)

d)

7) Representaacute la distribucioacuten de los electrones en

orbitales de los elementos

a) 7N= c) 18Ar =

b) 15AI = d) 19K =

92

Hoja de respuestas121

1) a) 15 b) 31 2) a) 19 b) 19 c) 20

3)

ELE-

MEN-

TO

NUacuteME-

RO

ATOacute-

MICO

NUacute-

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)Argoacuten Ar

d)Escandio Sc

5) a) 1S2 2S2 2p6 3s1

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)middot

94

Ejercicios 1211

Modelo de resolucioacuten

El nuacutemero de oxidacioacuten se asigna seguacuten las si-

guientes reglas

1) El nuacutemero de oxidacioacuten de los elementos en la

sustancia simple es cero

Ejemplo Cu0 02Cl

2) El nuacutemero de oxidacioacuten del oxiacutegeno es 2

excepto en las sustancias como el agua oxige-

nada Ejemplo H2

2Ominus

3) El nuacutemero de oxidacioacuten del hidroacutegeno es +1

excepto en las sustancias donde estaacute combina-

do con los metales Ejemplo 1

H+

2O

4) El nuacutemero de oxidacioacuten de un ion monoatoacute-

mico es igual a la carga del ion Ejemplo Ca2-

Cl-

95

5) En la foacutermula de una sustancia la suma alge-

braica de los nuacutemeros de oxidacioacuten de todos

los aacutetomos debe ser cero Ejemplo 1

H+

2

2Ominus

there42(+1) + (-2) = 0

6) En los iones que tienen maacutes de un aacutetomo la

suma algebraica de los nuacutemeros de oxidacioacuten

de todos los aacutetomos es igual a la carga del ion

El nuacutemero de oxidacioacuten se escribe colocando primero el signo y luego el nuacutemero

Ejemplo el nuacutemero de oxidacioacuten del aluminio es +3

1) Calculaacute los nuacutemeros de oxidacioacuten en la moleacute-

cula de dioacutexido de azufre (SO2)

Datos SO2 nuacutemero de oxidacioacuten del O2

es 2

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de S

Resolucioacuten Cada aacutetomo de oxiacutegeno tiene

nuacutemero de oxidacioacuten 2 por lo tanto el nuacute-

mero de oxidacioacuten del azufre es +4 porque

2(-2) + (+4) = 0

96

2) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten del azufre en

el aacutecido sulfuacuterico (H2SO4)

Datos H2SO2 nuacutemero de oxidacioacuten del

O2 es 2 nuacutemero de oxidacioacuten de H es -1

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de S

Resolucioacuten Se debe cumplir que la suma al-gebraica de todos los nuacutemeros de oxidacioacuten sea cero

4(-2) + 21 + x = 0

-8 + 2 + x = 0

x = 6

Respuesta el nuacutemero de oxidacioacuten del azufre

en el aacutecido sulfuacuterico es +6

3) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten del nitroacutegeno

en el nitrato de sodio (NaNO3)

Datos NaNO3 nuacutemero de oxidacioacuten del

O2 es 2

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de N

97

Resolucioacuten El nuacutemero de oxidacioacuten del

sodio es +1 porque el ion sodio tiene una car-

ga eleacutectrica positiva

+1 + 3(-2) +x = 0

1 6 + x = 0

x = 5

Respuesta el nuacutemero de oxidacioacuten del nitroacute-

geno en el nitrato de sodio es +5

4) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten del azufre en

el ion sulfato (S 24Ominus )

Datos S 24Ominus nuacutemero de oxidacioacuten del O2

es 2

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de S

Resolucioacuten La suma de los nuacutemeros de

oxidacioacuten es igual a 2 porque el ion sulfato

tiene dos cargas negativas (2-)

x + 4(-2) = -2

x 8 = -2

x = 6

98

Respuesta El nuacutemero de oxidacioacuten del azu-

fre en el ion sulfato es +6

99

Ejercicios 1212

1) Dibujaacute los siacutembolos de Lewis para los aacutetomos

de

a) He b) Al c) Si d) Ar e) N

2) iquestCoacutemo adquiere la distribucioacuten electroacutenica del

ineacutertido maacutes cercano cada uno de los siguien-

tes aacutetomos

a) K b)

F c)

S d) Mg e)

Br

3) Escribiacute las ecuaciones ioacutenicas la foacutermula elec-

troacutenica y la foacutermula miacutenima del compuesto

ioacutenico formado por

a) K y Br (bromuro de potasio)

b) Ca y O (oacutexido de calcio)

4) Marcaacute con una X las propiedades correspon-

dientes a las sustancias que presentan uniones

ioacutenicas

100

a) Son soacutelidas y tienen bajo punto de fusioacuten ( )

b) Conducen la corriente eleacutectrica fundidas o di-

sueltas en agua ( )

c) Tienen brillo metaacutelico ( )

d) Forman cristales duros y quebradizos solubles

en agua ( )

e) No conducen la corriente eleacutectrica ( )

5) Explicaacute coacutemo se unen dos aacutetomos de bromo

para formar la moleacutecula Br2 y escribiacute su

foacutermula electroacutenica y su foacutermula desarrollada

6) La foacutermula del monoacutexido de dicloro es Cl2O

a) Indicaacute queacute tipo de unioacuten existe entre el cloro y

el oxiacutegeno

b) Escribiacute su foacutermula electroacutenica y su foacutermula

desarrollada

7) El azufre y el oxiacutegeno forman dos oacutexidos

importantes el dioacutexido de azufre (SO2) y el

101

trioacutexido de azufre (SO3) Para el trioacutexido de

azufre

a) Indicaacute queacute tipo de unioacuten existe entre el azufre

y los tres aacutetomos de oxiacutegeno

b) Escribiacute la foacutermula electroacutenica

c) Escribiacute la foacutermula desarrollada

8) Marcaacute 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

liacutequidas o soacutelidas ( )

c) Son duacutectiles y maleables ( )

d) No forman moleacuteculas son agregados de

iones ( )

e) No son buenas conductoras de la corriente

eleacutectrica ( )

102

9) Coloque en el pareacutentesis UCP si la unioacuten es

covalente polar y UCNP si es covalento no

polar en cada una de las siguientes sustancias

a) cloruro de hidroacutegeno HCl ( )

b) Hidroacutegeno H2 ( )

c) yodo l2 ( )

10) Escribiacute la foacutermula electroacutenica y la foacutermula

desarrollada de cada una de las sustancias

mencionadas en el ejercicio 9

11) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten

a) del azufre (S)en el dioacutexido de azufre (SO2) en

el trioacutexido de azufre (SO3) y en el sulfuro de

sodio (Na2S)

b) del nitroacutegeno (N) en el dioacutexido de nitroacutegeno

(NO2) en el aacutecido niacutetrico (HNO3) y en el ni-

trato de potasio (KNO3)

12) Marcaacute con una X las propiedades que se expli-

can en el concepto de unioacuten metaacutelica

103

a) Tienen bajo punto de fusioacuten y de

ebullicioacuten ( )

b) Tienen brillo metaacutelico ( )

c) Conducen la corriente eleacutectrica sin

alterarse ( )

d) En estado soacutelido son malos conductores de la

corriente eleacutectrica ( )

e) Forman hilos y laacuteminas delgadas ( )

104

Hoja de respuestas 1212

1) a) He b) Al c)

Si d)

Ar e)

N

2) a) cede un electroacuten d) cede electrones c)

gana dos electrones b) y e) gana un electroacuten

3) a) Ecuaciones ioacutenicas

K K1+ + 1 e

Br + 1 e Br1-

K1+ + Br- KBr

Foacutermula electroacutenica K1+minus

1

Br

Foacutermula miacutenima KBr

b) Ecuaciones ioacutenicas

Ca Ca 2+ + 2 e

O + 2 e O2-

Ca2+ + O2- CaO

Foacutermula electroacutenica Ca2+ minus

2

O

105

Foacutermula miacutenima CaO

4) b y d

5) se unen compartiendo un par de electrones

6) a) unioacuten covalente

b) foacutermula electroacutenica

Cl

O

Cl

foacutermula desarrollada Cl O Cl

7) a) una unioacuten covalente doble entre el azufre y

uno de los aacutetomos de oxiacutegeno dos uniones cova-

lentes coordinadas con los otros dos aacutetomos de

oxiacutegeno

b) Foacutermula electroacutenica

Foacutermula desarrollada

106

8) a b y e

9) a) UCP y c) UCNP

10) Foacutermula electroacutenica Foacutermula desarrollada

a) H

Cl H Cl

b) HH H H

c)

I

I l I

11) a) +4 +6 -2 b) +4 +5 +5

12) b c y e

  • RADIACTIVIDAD
    • IacuteNDICE
      • 1 RADIACTIVIDAD NATURAL
      • 2 RELACIOacuteN ENTRE LA LEY DE LAVOISIER Y LA DE EINSTEIN
      • 3 INTERACCIONES ENTRE AacuteTOMOS Y ONDAS
      • 4 PODER DE PENETRACIOacuteN DE LA RADIACIOacuteN
      • 5 VIDA MEDIA
      • 6 RADIACTIVIDAD ARTIFICIAL
      • 7 USOS DE LOS RADIOISOacuteTOPOS
      • 8 MEDICINA NUCLEAR
      • 9 FECHADO POR MEDIO DE RADIOISOacuteTOPOS
      • 10 PLANTAS DE ENERGIacuteA NUCLEAR
      • 11 BOMBA ATOacuteMICA
      • 12 EFECTOS DE UNA EXPLOSIOacuteN NUCLEAR
        • Ejercicios 12
        • Ejercicios 121
        • Hoja de respuestas121
        • Ejercicios 1211
        • Ejercicios 1212
        • Hoja de respuestas 1212

71

reactores nucleares a partir del U-238

La desintegracioacuten del uranio en la reaccioacuten en

cadena se produce de manera espontaacutenea para una

masa de 50 Kg si eacuteste elemento es puro El pluto-

nio no es capaz por si solo de comenzar una raacutepi-

da reaccioacuten en cadena de modo que se mezcla de

berilo y polonio dando como resultado un pro-

ducto que aunque no es fisionable por si solo una

pequentildea cantidad actuacutea como catalizador para las

grandes reacciones Asiacute bastan 16 Kg de PU-239

para obtener la masa supercriacutetica y 10 Kg si se

mezcla con U-238

El U-235 es muy difiacutecil de extraer por encontrarse

en la naturaleza muy mezclado con otros com-

puestos Asiacute por cada 25000 toneladas de mineral

de uranio bruto soacutelo se obtienen 50 toneladas de

uranio del que el 993 es U-235 y el resto el

rariacutesimo isoacutetopo U-238 ambos soacutelo se pueden

separar de manera mecaacutenica gracias a la leviacutesima

72

diferencia de peso entre ambos Asiacute el uranio se

mezcla en forma gaseosa con fluor (hexafluoriacutedri-

co) que es impulsado a baja presioacuten hacieacutendolo

pasar por unas caacutemaras que aumentan la concen-

tracioacuten de uranio sensiblemente tras cientos de

pasadas Para una central nuclear la pureza ha de

ser del 2 y para una bomba (teoacutericamente) el

95

Para separar el isoacutetopo se recurre a la centrifuga-

cioacuten del gas siendo el maacutes pesado U-238 despedi-

do hacia el exterior con maacutes fuerza Para obtener

otra vez el uranio separado del gas se recurre a la

separacioacuten magneacutetica

MECANISMOS QUE SUELEN COMPONER UNA

BOMBA NUCLEAR

Los mecanismos que suelen componer una bom-

ba nuclear son los siguientes

73

ALTIacuteMETRO No suele usarse el baromeacutetrico

por verse afectado por las condiciones atmosfeacuteri-

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 seguacuten el tiempo transcu-

rrido en el recorrido puede saberse la altura sin

necesidad de complicar maacutes el sistema para dar

una precisioacuten que en realidad no es importante (2

o 3 m de diferencia no son apreciables maacutes que

en minibombas bastante menores que las de

Hiroshima) siendo la altura normal de detonacioacuten

la de 2000 m

En la praacutectica 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 electroacute-

nicamente para obtener la diferencia de ambas

que es proporcional a la altura Los pulsos suelen

emitirse 120 veces por segundo y alcanzan un

74

rango de 3000 m sobre la tierra y 6000 m sobre

el mar (la reflexioacuten es alliacute mejor) siendo su error

de hasta 15 m

CABEZA DETONADORA Como ya se dijo

estaacute compuesta de una carga explosiva muy bien

calibrada que a la orden del altiacutemetro detona

produciendo una onda de choque uniforme sobre

el elemento radioactivo comprimieacutendolo hasta

alcanzar la masa supercriacutetica

Compantildeiacuteas privadas producen camisas explosivas

que modificadas pueden ser usadas para la fabri-

cacioacuten del objeto que nos ocupa La cantidad de

presioacuten necesaria a aplicar es un secreto por razo-

nes de seguridad aunque se sabe que los explosi-

vos plaacutesticos son ideales sobre todo por su malea-

bilidad y facilidad de manejo

El detonador variacutea si es combustible es uranio o

plutonio

75

DETONADOR DE URANIO La masa total se

divide en dos partes una mayor de forma semies-

feacuterica y coacutencava que se acopla perfectamente con

la otra maacutes pequentildea Como es de suponer ambas

se encuentran separadas hasta el momento de la

detonacioacuten en el que una explosioacuten convencional

dispara la parte pequentildea que impacta contra la

mayor para lograr en un instante la masa supercriacute-

tica

DETONADOR DE PLUTONIO Necesita

una precisioacuten de ingenieriacutea mucho mayor que la

anterior ya que estaacute compuesta de 32 secciones de

plutonio-berilio-polonio todas de igual forma y

posicioacuten distribuidas conceacutentricamente El aspecto

final es parecido al de un baloacuten de fuacutetbol Todas

han de cerrarse simeacutetricamente en una diezmillo-

neacutesima de segundo para conseguir la detonacioacuten

DEFLECTOR DE NEUTRONES Suele ser

U-238 Su funcioacuten es la que ya se explicoacute evitar

76

una reaccioacuten accidental ademaacutes refleja las partiacutecu-

las de vuelta cuando se alcanza la masa supercriacuteti-

ca

ESCUDO PROTECTOR Recibe otros nom-

bres pero su funcioacuten es siempre la de proteger de

la radiacioacuten natural tanto al personal que la maneja

como a los circuitos de la bomba que pueden su-

frir cortocircuitos o puestas en funcionamiento

accidentales

SISTEMA DE ARMADO Es otro sistema maacutes

de seguridad consistente en quitar una parte im-

prescindible de la bomba para evitar detonaciones

accidentales de modo que soacutelo cuando estaacute

proacuteximo su lanzamiento se inserta esta parte Una

analogiacutea seriacutea como si al aparcar nuestro coche le

quitaacuteramos el volante o una bujiacutea asiacute estariacuteamos

seguros de que no nos lo roban porque sin estas

partes el coche no funciona

77

12 EFECTOS DE UNA EXPLOSIOacuteN NUCLEAR

Tenemos frescas en nuestra memo-

ria las imaacutegenes que nos mostroacute la

televisioacuten cuando se produjo el ac-

cidente de Chernobyl

Aquiacute explicamos todas las conse-

cuencias de una detonacioacuten 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

78

bull Radiacioacuten nuclear inicial la altiacutesima

temperatura y la elevada presioacuten que se

genera en el interior de la explosioacuten emi-

ten radiacioacuten en todas las direcciones Esta

se compone de rayos alfa beta y gamma

que son una forma de radiacioacuten electro-

magneacutetica de alta energiacutea que puede causar

la muerte sin que el individuo se de cuenta

de que ha sido irradiado Una explosioacuten de

un megatoacuten (de tamantildeo estaacutendar) matariacutea

a todo ser humano en 15 Km a la redonda

que se encontrase al aire libre

Las partiacuteculas alfa son ideacutenticas a un nuacutecleo de

helio son las que mas larga vida tienen unos mil

antildeos pero su poder de penetracioacuten 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 radiacioacuten Con 45 cm de tierra se

consigue reducir la radiacioacuten veinte veces

Las partiacuteculas beta penetran maacutes siendo suficiente

79

38 cm de pared de ladrillo para reducir a un quin-

to la radiacioacuten (una pared moderna ya espesa se

compone de 1 pie de ladrillo maacutes caacutemara maacutes

aislante maacutes ladrillo hueco y yeso que suele que-

darse en los 37 cm)

Los de maacutes poder de penetracioacuten son las gamma

y por tanto los maacutes peligrosos ya son los que se

introducen en los refugios nucleares auacuten con

grandes espesores de hormigoacuten La uacutenica protec-

cioacuten eficaz es la de interponer grandes masas de

material mejor cuanto maacutes denso siendo el ideal

el plomo ya que pasa por los materiales como la

luz por una tela si esta es maacutes densa mayor canti-

dad de chocaraacute con ella y no la traspasaraacute Para

reducir la dosis a un veinteavo se precisan 30 cm

de hormigoacuten armado

bull Pulso electromagneacutetico La intensa acti-

vidad de los rayos gamma genera mediante

induccioacuten una corriente de alto voltaje so-

80

bre antenas viacuteas feacuterreas tuberiacuteas que des-

truye todas las instalaciones eleacutectricas de

una amplia zona si la explosioacuten se efectuacutea

a gran altura Una detonacioacuten de muchos

kilotones a 200 km sobre Omaha (Ne-

brasca) destruiriacutea todos los circuitos eleacutec-

tricos integrados de toda Norteameacuterica y

parte de Meacutejico y Canadaacute Ante el riesgo

de una detonacioacuten nuclear es conveniente

alejarse de liacuteneas eleacutectricas y viacutea feacuterreas ya

que la corriente inducida puede electrocu-

tarnos

bull Pulso teacutermico al expandirse la bola de

fuego el aire circundante absorbe energiacutea

en forma de rayos X y la irradia en forma

de una luz cegadora y un intensiacutesimo ca-

lor Una bomba de 20 Megatones produci-

riacutea una intensa luz durante 20 segundos y

causariacutea quemaduras de segundo grado a

81

cualquier persona expuesta a 45 Km de

distancia

bull Onda de choque La raacutepida expansioacuten de

la bola de fuego genera una onda de cho-

que como cualquier explosioacuten pero de

una potencia muy superior ya que puede

aplastar o barrer edificios dantildeaacutendolos muy

seriamente o destruyeacutendolos por comple-

to ya que maacutes que empujar por su dura-

cioacuten lo que hace es estrujar Una bomba

de 20 megatones no dejariacutea en un radio de

20 Km maacutes que escombros soacutelo se salva-

riacutean las cimentaciones y construcciones

enterradas

bull Primera lluvia radioactiva o lluvia ra-

diactiva local una explosioacuten de 20 mega-

tones aras de suelo produciriacutea un craacuteter de

183 m de profundidad la elevada tempe-

82

ratura vaporiza todo lo que se encuentra

dentro de la bola de fuego todo se funde

con los materiales radiactivos de la fisioacuten o

fusioacuten y se eleva con el hongo para luego

precipitar en forma de finas cenizas Esto

ocurriraacute durante las 24 h siguientes a la

explosioacuten y afectaraacute a una regioacuten maacutes o

menos amplia para una misma potencia

seguacuten la climatologiacutea El fenoacutemeno se am-

pliacutea considerablemente si la detonacioacuten se

produce cerca del suelo La energiacutea 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 maacutes destructivos los deno-

minados secundarios como incendios en masa

que acabariacutean con los pocos supervivientes y ma-

tariacutean a maacutes que el pulso teacutermico y la onda de

choque

83

Ademaacutes en caso de que se lanzaran muchas

bombas nucleares sus efectos secundarios seriacutean

mucho maacutes 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 10000 mega-

tones miacutenimos para considerar un holocausto

como tal

bull El primero de estos efectos es que la ra-

dioactividad liberada en caso de holocaus-

to penetrariacutea en todos y cada uno de los

seres vivos (y en el mar la tierra y el aire)

Mientras que en dosis altas (seguacuten la espe-

cie) produciriacutea la muerte en otras maacutes ba-

jas los efectos seriacutean de lo maacutes variados

(mutaciones esterilidad)

bull El segundo seriacutea que los materiales im-

pulsados por las detonaciones se elevariacutean

hasta la troposfera donde ocultariacutean la luz

84

del sol durante meses o antildeos haciendo ba-

jar la temperatura de la tierra y alterando la

fotosiacutentesis de los vegetales y el plancton

marino seriacutea el famoso invierno nuclear

Ademaacutes estos materiales radiactivos iriacutean

cayendo durante meses o antildeos convirtieacuten-

dose en una lluvia radiactiva global que

auacuten con menos dosis radiactiva que una

lluvia provocada por una bomba seriacutea

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

antildeos Ese 5 de energiacutea liberada por la

lluvia radiactividad en una bomba es poco

pero en los 10000 megatones de un holo-

causto suponen ya 500 megatones que iraacuten

estallando durante miles de antildeos des-

pueacutes de la cataacutestrofe

85

bull El tercero seriacutea una reduccioacuten en la capa

de ozono producida por el oacutexido de nitroacute-

geno generado por las bolas de fuego de

modo que la radiacioacuten solar que llegase a

la tierra seriacutea mortal Un 70 del ozono

desapareceriacutea en el hemisferio norte y un

40 en el sur siendo necesarios treinta

antildeos para recuperar su estado normal

86

Ejercicios 12

MODELO DE RESOLUCIOacuteN

La distribucioacuten de los electrones de un aacutetomo

en sus niveles y subniveles se puede representar en

forma abreviada de la siguiente manera

a) Un coeficiente que indica el nuacutemero del nivel

de energiacutea (n)

b) Una letra que corresponde al subnivel

c) Un supraiacutendice que sentildeala el nuacutemero de elec-

trones que hay en el subnivel

1H = 1s1

3Li = 1s2 2s1

En razoacuten del entrecruzamiento de subniveles

el orden en que se van completando los subniveles

por energiacutea creciente es el siguiente

87

1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d

4p 5s 4d 5p 6s 4f

5d 6p 7s 5f 6d

7p

Para visualizar la distribucioacuten de los electrones

en orbitales se puede representar cada orbital por

un pequentildeo cuadrado dividido por una diagonal

y cada electroacuten mediante una flecha

Entonces el orbital puede estar

Vaciacuteo incompleto completo

(1 electroacuten) (2 electrones)

En caso del orbital completo las flechas tienen

sentido contrario para indicar que los electrones

presentan spin contrario

El llenado de los orbitales por los electrones

se realiza a partir de los niveles y subniveles en

88

orden creciente de energiacutea Cada nuevo electroacuten se

incorpora a un orbital vaciacuteo

De ese modo los elementos quedan represen-

tados asiacute

1H =

1s

3Li =

1s 2s

7N =

1s 2s 2p

89

Ejercicios 121

1) Un aacutetomo de foacutesforo tiene 15 protones y 16

neutrones Indicaacute cuaacutel es su

a) nuacutemero atoacutemico (Z) b) nuacutemero

de masa (A)

2) Un aacutetomo de potasio tiene Z =19 y A = 39

Indicaacute su nuacutemero de

a) protones b) electrones

c) neutrones

3) Completaacute los datos que faltan en el siguiente

cuadro

90

ELE-

MEN-

TO

NUacute-

MERO

ATOacute-

MICO

NUacute-

MERO

DE

MASA

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) Sentildealaacute el nombre y siacutembolo de los elementos

cuyas configuraciones electroacutenicas 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) Escribiacute la configuracioacuten electroacutenica de los

siguientes elementos

91

a) Na2311 = c) O16

8 =

b) Cl3517 = d) C12

6 =

6) De acuerdo con la siguiente representacioacuten de

los electrones en orbitales indicaacute a queacute ele-

mentos corresponden

a)

b)

c)

d)

7) Representaacute la distribucioacuten de los electrones en

orbitales de los elementos

a) 7N= c) 18Ar =

b) 15AI = d) 19K =

92

Hoja de respuestas121

1) a) 15 b) 31 2) a) 19 b) 19 c) 20

3)

ELE-

MEN-

TO

NUacuteME-

RO

ATOacute-

MICO

NUacute-

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)Argoacuten Ar

d)Escandio Sc

5) a) 1S2 2S2 2p6 3s1

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)middot

94

Ejercicios 1211

Modelo de resolucioacuten

El nuacutemero de oxidacioacuten se asigna seguacuten las si-

guientes reglas

1) El nuacutemero de oxidacioacuten de los elementos en la

sustancia simple es cero

Ejemplo Cu0 02Cl

2) El nuacutemero de oxidacioacuten del oxiacutegeno es 2

excepto en las sustancias como el agua oxige-

nada Ejemplo H2

2Ominus

3) El nuacutemero de oxidacioacuten del hidroacutegeno es +1

excepto en las sustancias donde estaacute combina-

do con los metales Ejemplo 1

H+

2O

4) El nuacutemero de oxidacioacuten de un ion monoatoacute-

mico es igual a la carga del ion Ejemplo Ca2-

Cl-

95

5) En la foacutermula de una sustancia la suma alge-

braica de los nuacutemeros de oxidacioacuten de todos

los aacutetomos debe ser cero Ejemplo 1

H+

2

2Ominus

there42(+1) + (-2) = 0

6) En los iones que tienen maacutes de un aacutetomo la

suma algebraica de los nuacutemeros de oxidacioacuten

de todos los aacutetomos es igual a la carga del ion

El nuacutemero de oxidacioacuten se escribe colocando primero el signo y luego el nuacutemero

Ejemplo el nuacutemero de oxidacioacuten del aluminio es +3

1) Calculaacute los nuacutemeros de oxidacioacuten en la moleacute-

cula de dioacutexido de azufre (SO2)

Datos SO2 nuacutemero de oxidacioacuten del O2

es 2

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de S

Resolucioacuten Cada aacutetomo de oxiacutegeno tiene

nuacutemero de oxidacioacuten 2 por lo tanto el nuacute-

mero de oxidacioacuten del azufre es +4 porque

2(-2) + (+4) = 0

96

2) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten del azufre en

el aacutecido sulfuacuterico (H2SO4)

Datos H2SO2 nuacutemero de oxidacioacuten del

O2 es 2 nuacutemero de oxidacioacuten de H es -1

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de S

Resolucioacuten Se debe cumplir que la suma al-gebraica de todos los nuacutemeros de oxidacioacuten sea cero

4(-2) + 21 + x = 0

-8 + 2 + x = 0

x = 6

Respuesta el nuacutemero de oxidacioacuten del azufre

en el aacutecido sulfuacuterico es +6

3) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten del nitroacutegeno

en el nitrato de sodio (NaNO3)

Datos NaNO3 nuacutemero de oxidacioacuten del

O2 es 2

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de N

97

Resolucioacuten El nuacutemero de oxidacioacuten del

sodio es +1 porque el ion sodio tiene una car-

ga eleacutectrica positiva

+1 + 3(-2) +x = 0

1 6 + x = 0

x = 5

Respuesta el nuacutemero de oxidacioacuten del nitroacute-

geno en el nitrato de sodio es +5

4) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten del azufre en

el ion sulfato (S 24Ominus )

Datos S 24Ominus nuacutemero de oxidacioacuten del O2

es 2

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de S

Resolucioacuten La suma de los nuacutemeros de

oxidacioacuten es igual a 2 porque el ion sulfato

tiene dos cargas negativas (2-)

x + 4(-2) = -2

x 8 = -2

x = 6

98

Respuesta El nuacutemero de oxidacioacuten del azu-

fre en el ion sulfato es +6

99

Ejercicios 1212

1) Dibujaacute los siacutembolos de Lewis para los aacutetomos

de

a) He b) Al c) Si d) Ar e) N

2) iquestCoacutemo adquiere la distribucioacuten electroacutenica del

ineacutertido maacutes cercano cada uno de los siguien-

tes aacutetomos

a) K b)

F c)

S d) Mg e)

Br

3) Escribiacute las ecuaciones ioacutenicas la foacutermula elec-

troacutenica y la foacutermula miacutenima del compuesto

ioacutenico formado por

a) K y Br (bromuro de potasio)

b) Ca y O (oacutexido de calcio)

4) Marcaacute con una X las propiedades correspon-

dientes a las sustancias que presentan uniones

ioacutenicas

100

a) Son soacutelidas y tienen bajo punto de fusioacuten ( )

b) Conducen la corriente eleacutectrica fundidas o di-

sueltas en agua ( )

c) Tienen brillo metaacutelico ( )

d) Forman cristales duros y quebradizos solubles

en agua ( )

e) No conducen la corriente eleacutectrica ( )

5) Explicaacute coacutemo se unen dos aacutetomos de bromo

para formar la moleacutecula Br2 y escribiacute su

foacutermula electroacutenica y su foacutermula desarrollada

6) La foacutermula del monoacutexido de dicloro es Cl2O

a) Indicaacute queacute tipo de unioacuten existe entre el cloro y

el oxiacutegeno

b) Escribiacute su foacutermula electroacutenica y su foacutermula

desarrollada

7) El azufre y el oxiacutegeno forman dos oacutexidos

importantes el dioacutexido de azufre (SO2) y el

101

trioacutexido de azufre (SO3) Para el trioacutexido de

azufre

a) Indicaacute queacute tipo de unioacuten existe entre el azufre

y los tres aacutetomos de oxiacutegeno

b) Escribiacute la foacutermula electroacutenica

c) Escribiacute la foacutermula desarrollada

8) Marcaacute 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

liacutequidas o soacutelidas ( )

c) Son duacutectiles y maleables ( )

d) No forman moleacuteculas son agregados de

iones ( )

e) No son buenas conductoras de la corriente

eleacutectrica ( )

102

9) Coloque en el pareacutentesis UCP si la unioacuten es

covalente polar y UCNP si es covalento no

polar en cada una de las siguientes sustancias

a) cloruro de hidroacutegeno HCl ( )

b) Hidroacutegeno H2 ( )

c) yodo l2 ( )

10) Escribiacute la foacutermula electroacutenica y la foacutermula

desarrollada de cada una de las sustancias

mencionadas en el ejercicio 9

11) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten

a) del azufre (S)en el dioacutexido de azufre (SO2) en

el trioacutexido de azufre (SO3) y en el sulfuro de

sodio (Na2S)

b) del nitroacutegeno (N) en el dioacutexido de nitroacutegeno

(NO2) en el aacutecido niacutetrico (HNO3) y en el ni-

trato de potasio (KNO3)

12) Marcaacute con una X las propiedades que se expli-

can en el concepto de unioacuten metaacutelica

103

a) Tienen bajo punto de fusioacuten y de

ebullicioacuten ( )

b) Tienen brillo metaacutelico ( )

c) Conducen la corriente eleacutectrica sin

alterarse ( )

d) En estado soacutelido son malos conductores de la

corriente eleacutectrica ( )

e) Forman hilos y laacuteminas delgadas ( )

104

Hoja de respuestas 1212

1) a) He b) Al c)

Si d)

Ar e)

N

2) a) cede un electroacuten d) cede electrones c)

gana dos electrones b) y e) gana un electroacuten

3) a) Ecuaciones ioacutenicas

K K1+ + 1 e

Br + 1 e Br1-

K1+ + Br- KBr

Foacutermula electroacutenica K1+minus

1

Br

Foacutermula miacutenima KBr

b) Ecuaciones ioacutenicas

Ca Ca 2+ + 2 e

O + 2 e O2-

Ca2+ + O2- CaO

Foacutermula electroacutenica Ca2+ minus

2

O

105

Foacutermula miacutenima CaO

4) b y d

5) se unen compartiendo un par de electrones

6) a) unioacuten covalente

b) foacutermula electroacutenica

Cl

O

Cl

foacutermula desarrollada Cl O Cl

7) a) una unioacuten covalente doble entre el azufre y

uno de los aacutetomos de oxiacutegeno dos uniones cova-

lentes coordinadas con los otros dos aacutetomos de

oxiacutegeno

b) Foacutermula electroacutenica

Foacutermula desarrollada

106

8) a b y e

9) a) UCP y c) UCNP

10) Foacutermula electroacutenica Foacutermula desarrollada

a) H

Cl H Cl

b) HH H H

c)

I

I l I

11) a) +4 +6 -2 b) +4 +5 +5

12) b c y e

  • RADIACTIVIDAD
    • IacuteNDICE
      • 1 RADIACTIVIDAD NATURAL
      • 2 RELACIOacuteN ENTRE LA LEY DE LAVOISIER Y LA DE EINSTEIN
      • 3 INTERACCIONES ENTRE AacuteTOMOS Y ONDAS
      • 4 PODER DE PENETRACIOacuteN DE LA RADIACIOacuteN
      • 5 VIDA MEDIA
      • 6 RADIACTIVIDAD ARTIFICIAL
      • 7 USOS DE LOS RADIOISOacuteTOPOS
      • 8 MEDICINA NUCLEAR
      • 9 FECHADO POR MEDIO DE RADIOISOacuteTOPOS
      • 10 PLANTAS DE ENERGIacuteA NUCLEAR
      • 11 BOMBA ATOacuteMICA
      • 12 EFECTOS DE UNA EXPLOSIOacuteN NUCLEAR
        • Ejercicios 12
        • Ejercicios 121
        • Hoja de respuestas121
        • Ejercicios 1211
        • Ejercicios 1212
        • Hoja de respuestas 1212

72

diferencia de peso entre ambos Asiacute el uranio se

mezcla en forma gaseosa con fluor (hexafluoriacutedri-

co) que es impulsado a baja presioacuten hacieacutendolo

pasar por unas caacutemaras que aumentan la concen-

tracioacuten de uranio sensiblemente tras cientos de

pasadas Para una central nuclear la pureza ha de

ser del 2 y para una bomba (teoacutericamente) el

95

Para separar el isoacutetopo se recurre a la centrifuga-

cioacuten del gas siendo el maacutes pesado U-238 despedi-

do hacia el exterior con maacutes fuerza Para obtener

otra vez el uranio separado del gas se recurre a la

separacioacuten magneacutetica

MECANISMOS QUE SUELEN COMPONER UNA

BOMBA NUCLEAR

Los mecanismos que suelen componer una bom-

ba nuclear son los siguientes

73

ALTIacuteMETRO No suele usarse el baromeacutetrico

por verse afectado por las condiciones atmosfeacuteri-

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 seguacuten el tiempo transcu-

rrido en el recorrido puede saberse la altura sin

necesidad de complicar maacutes el sistema para dar

una precisioacuten que en realidad no es importante (2

o 3 m de diferencia no son apreciables maacutes que

en minibombas bastante menores que las de

Hiroshima) siendo la altura normal de detonacioacuten

la de 2000 m

En la praacutectica 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 electroacute-

nicamente para obtener la diferencia de ambas

que es proporcional a la altura Los pulsos suelen

emitirse 120 veces por segundo y alcanzan un

74

rango de 3000 m sobre la tierra y 6000 m sobre

el mar (la reflexioacuten es alliacute mejor) siendo su error

de hasta 15 m

CABEZA DETONADORA Como ya se dijo

estaacute compuesta de una carga explosiva muy bien

calibrada que a la orden del altiacutemetro detona

produciendo una onda de choque uniforme sobre

el elemento radioactivo comprimieacutendolo hasta

alcanzar la masa supercriacutetica

Compantildeiacuteas privadas producen camisas explosivas

que modificadas pueden ser usadas para la fabri-

cacioacuten del objeto que nos ocupa La cantidad de

presioacuten necesaria a aplicar es un secreto por razo-

nes de seguridad aunque se sabe que los explosi-

vos plaacutesticos son ideales sobre todo por su malea-

bilidad y facilidad de manejo

El detonador variacutea si es combustible es uranio o

plutonio

75

DETONADOR DE URANIO La masa total se

divide en dos partes una mayor de forma semies-

feacuterica y coacutencava que se acopla perfectamente con

la otra maacutes pequentildea Como es de suponer ambas

se encuentran separadas hasta el momento de la

detonacioacuten en el que una explosioacuten convencional

dispara la parte pequentildea que impacta contra la

mayor para lograr en un instante la masa supercriacute-

tica

DETONADOR DE PLUTONIO Necesita

una precisioacuten de ingenieriacutea mucho mayor que la

anterior ya que estaacute compuesta de 32 secciones de

plutonio-berilio-polonio todas de igual forma y

posicioacuten distribuidas conceacutentricamente El aspecto

final es parecido al de un baloacuten de fuacutetbol Todas

han de cerrarse simeacutetricamente en una diezmillo-

neacutesima de segundo para conseguir la detonacioacuten

DEFLECTOR DE NEUTRONES Suele ser

U-238 Su funcioacuten es la que ya se explicoacute evitar

76

una reaccioacuten accidental ademaacutes refleja las partiacutecu-

las de vuelta cuando se alcanza la masa supercriacuteti-

ca

ESCUDO PROTECTOR Recibe otros nom-

bres pero su funcioacuten es siempre la de proteger de

la radiacioacuten natural tanto al personal que la maneja

como a los circuitos de la bomba que pueden su-

frir cortocircuitos o puestas en funcionamiento

accidentales

SISTEMA DE ARMADO Es otro sistema maacutes

de seguridad consistente en quitar una parte im-

prescindible de la bomba para evitar detonaciones

accidentales de modo que soacutelo cuando estaacute

proacuteximo su lanzamiento se inserta esta parte Una

analogiacutea seriacutea como si al aparcar nuestro coche le

quitaacuteramos el volante o una bujiacutea asiacute estariacuteamos

seguros de que no nos lo roban porque sin estas

partes el coche no funciona

77

12 EFECTOS DE UNA EXPLOSIOacuteN NUCLEAR

Tenemos frescas en nuestra memo-

ria las imaacutegenes que nos mostroacute la

televisioacuten cuando se produjo el ac-

cidente de Chernobyl

Aquiacute explicamos todas las conse-

cuencias de una detonacioacuten 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

78

bull Radiacioacuten nuclear inicial la altiacutesima

temperatura y la elevada presioacuten que se

genera en el interior de la explosioacuten emi-

ten radiacioacuten en todas las direcciones Esta

se compone de rayos alfa beta y gamma

que son una forma de radiacioacuten electro-

magneacutetica de alta energiacutea que puede causar

la muerte sin que el individuo se de cuenta

de que ha sido irradiado Una explosioacuten de

un megatoacuten (de tamantildeo estaacutendar) matariacutea

a todo ser humano en 15 Km a la redonda

que se encontrase al aire libre

Las partiacuteculas alfa son ideacutenticas a un nuacutecleo de

helio son las que mas larga vida tienen unos mil

antildeos pero su poder de penetracioacuten 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 radiacioacuten Con 45 cm de tierra se

consigue reducir la radiacioacuten veinte veces

Las partiacuteculas beta penetran maacutes siendo suficiente

79

38 cm de pared de ladrillo para reducir a un quin-

to la radiacioacuten (una pared moderna ya espesa se

compone de 1 pie de ladrillo maacutes caacutemara maacutes

aislante maacutes ladrillo hueco y yeso que suele que-

darse en los 37 cm)

Los de maacutes poder de penetracioacuten son las gamma

y por tanto los maacutes peligrosos ya son los que se

introducen en los refugios nucleares auacuten con

grandes espesores de hormigoacuten La uacutenica protec-

cioacuten eficaz es la de interponer grandes masas de

material mejor cuanto maacutes denso siendo el ideal

el plomo ya que pasa por los materiales como la

luz por una tela si esta es maacutes densa mayor canti-

dad de chocaraacute con ella y no la traspasaraacute Para

reducir la dosis a un veinteavo se precisan 30 cm

de hormigoacuten armado

bull Pulso electromagneacutetico La intensa acti-

vidad de los rayos gamma genera mediante

induccioacuten una corriente de alto voltaje so-

80

bre antenas viacuteas feacuterreas tuberiacuteas que des-

truye todas las instalaciones eleacutectricas de

una amplia zona si la explosioacuten se efectuacutea

a gran altura Una detonacioacuten de muchos

kilotones a 200 km sobre Omaha (Ne-

brasca) destruiriacutea todos los circuitos eleacutec-

tricos integrados de toda Norteameacuterica y

parte de Meacutejico y Canadaacute Ante el riesgo

de una detonacioacuten nuclear es conveniente

alejarse de liacuteneas eleacutectricas y viacutea feacuterreas ya

que la corriente inducida puede electrocu-

tarnos

bull Pulso teacutermico al expandirse la bola de

fuego el aire circundante absorbe energiacutea

en forma de rayos X y la irradia en forma

de una luz cegadora y un intensiacutesimo ca-

lor Una bomba de 20 Megatones produci-

riacutea una intensa luz durante 20 segundos y

causariacutea quemaduras de segundo grado a

81

cualquier persona expuesta a 45 Km de

distancia

bull Onda de choque La raacutepida expansioacuten de

la bola de fuego genera una onda de cho-

que como cualquier explosioacuten pero de

una potencia muy superior ya que puede

aplastar o barrer edificios dantildeaacutendolos muy

seriamente o destruyeacutendolos por comple-

to ya que maacutes que empujar por su dura-

cioacuten lo que hace es estrujar Una bomba

de 20 megatones no dejariacutea en un radio de

20 Km maacutes que escombros soacutelo se salva-

riacutean las cimentaciones y construcciones

enterradas

bull Primera lluvia radioactiva o lluvia ra-

diactiva local una explosioacuten de 20 mega-

tones aras de suelo produciriacutea un craacuteter de

183 m de profundidad la elevada tempe-

82

ratura vaporiza todo lo que se encuentra

dentro de la bola de fuego todo se funde

con los materiales radiactivos de la fisioacuten o

fusioacuten y se eleva con el hongo para luego

precipitar en forma de finas cenizas Esto

ocurriraacute durante las 24 h siguientes a la

explosioacuten y afectaraacute a una regioacuten maacutes o

menos amplia para una misma potencia

seguacuten la climatologiacutea El fenoacutemeno se am-

pliacutea considerablemente si la detonacioacuten se

produce cerca del suelo La energiacutea 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 maacutes destructivos los deno-

minados secundarios como incendios en masa

que acabariacutean con los pocos supervivientes y ma-

tariacutean a maacutes que el pulso teacutermico y la onda de

choque

83

Ademaacutes en caso de que se lanzaran muchas

bombas nucleares sus efectos secundarios seriacutean

mucho maacutes 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 10000 mega-

tones miacutenimos para considerar un holocausto

como tal

bull El primero de estos efectos es que la ra-

dioactividad liberada en caso de holocaus-

to penetrariacutea en todos y cada uno de los

seres vivos (y en el mar la tierra y el aire)

Mientras que en dosis altas (seguacuten la espe-

cie) produciriacutea la muerte en otras maacutes ba-

jas los efectos seriacutean de lo maacutes variados

(mutaciones esterilidad)

bull El segundo seriacutea que los materiales im-

pulsados por las detonaciones se elevariacutean

hasta la troposfera donde ocultariacutean la luz

84

del sol durante meses o antildeos haciendo ba-

jar la temperatura de la tierra y alterando la

fotosiacutentesis de los vegetales y el plancton

marino seriacutea el famoso invierno nuclear

Ademaacutes estos materiales radiactivos iriacutean

cayendo durante meses o antildeos convirtieacuten-

dose en una lluvia radiactiva global que

auacuten con menos dosis radiactiva que una

lluvia provocada por una bomba seriacutea

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

antildeos Ese 5 de energiacutea liberada por la

lluvia radiactividad en una bomba es poco

pero en los 10000 megatones de un holo-

causto suponen ya 500 megatones que iraacuten

estallando durante miles de antildeos des-

pueacutes de la cataacutestrofe

85

bull El tercero seriacutea una reduccioacuten en la capa

de ozono producida por el oacutexido de nitroacute-

geno generado por las bolas de fuego de

modo que la radiacioacuten solar que llegase a

la tierra seriacutea mortal Un 70 del ozono

desapareceriacutea en el hemisferio norte y un

40 en el sur siendo necesarios treinta

antildeos para recuperar su estado normal

86

Ejercicios 12

MODELO DE RESOLUCIOacuteN

La distribucioacuten de los electrones de un aacutetomo

en sus niveles y subniveles se puede representar en

forma abreviada de la siguiente manera

a) Un coeficiente que indica el nuacutemero del nivel

de energiacutea (n)

b) Una letra que corresponde al subnivel

c) Un supraiacutendice que sentildeala el nuacutemero de elec-

trones que hay en el subnivel

1H = 1s1

3Li = 1s2 2s1

En razoacuten del entrecruzamiento de subniveles

el orden en que se van completando los subniveles

por energiacutea creciente es el siguiente

87

1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d

4p 5s 4d 5p 6s 4f

5d 6p 7s 5f 6d

7p

Para visualizar la distribucioacuten de los electrones

en orbitales se puede representar cada orbital por

un pequentildeo cuadrado dividido por una diagonal

y cada electroacuten mediante una flecha

Entonces el orbital puede estar

Vaciacuteo incompleto completo

(1 electroacuten) (2 electrones)

En caso del orbital completo las flechas tienen

sentido contrario para indicar que los electrones

presentan spin contrario

El llenado de los orbitales por los electrones

se realiza a partir de los niveles y subniveles en

88

orden creciente de energiacutea Cada nuevo electroacuten se

incorpora a un orbital vaciacuteo

De ese modo los elementos quedan represen-

tados asiacute

1H =

1s

3Li =

1s 2s

7N =

1s 2s 2p

89

Ejercicios 121

1) Un aacutetomo de foacutesforo tiene 15 protones y 16

neutrones Indicaacute cuaacutel es su

a) nuacutemero atoacutemico (Z) b) nuacutemero

de masa (A)

2) Un aacutetomo de potasio tiene Z =19 y A = 39

Indicaacute su nuacutemero de

a) protones b) electrones

c) neutrones

3) Completaacute los datos que faltan en el siguiente

cuadro

90

ELE-

MEN-

TO

NUacute-

MERO

ATOacute-

MICO

NUacute-

MERO

DE

MASA

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) Sentildealaacute el nombre y siacutembolo de los elementos

cuyas configuraciones electroacutenicas 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) Escribiacute la configuracioacuten electroacutenica de los

siguientes elementos

91

a) Na2311 = c) O16

8 =

b) Cl3517 = d) C12

6 =

6) De acuerdo con la siguiente representacioacuten de

los electrones en orbitales indicaacute a queacute ele-

mentos corresponden

a)

b)

c)

d)

7) Representaacute la distribucioacuten de los electrones en

orbitales de los elementos

a) 7N= c) 18Ar =

b) 15AI = d) 19K =

92

Hoja de respuestas121

1) a) 15 b) 31 2) a) 19 b) 19 c) 20

3)

ELE-

MEN-

TO

NUacuteME-

RO

ATOacute-

MICO

NUacute-

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)Argoacuten Ar

d)Escandio Sc

5) a) 1S2 2S2 2p6 3s1

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)middot

94

Ejercicios 1211

Modelo de resolucioacuten

El nuacutemero de oxidacioacuten se asigna seguacuten las si-

guientes reglas

1) El nuacutemero de oxidacioacuten de los elementos en la

sustancia simple es cero

Ejemplo Cu0 02Cl

2) El nuacutemero de oxidacioacuten del oxiacutegeno es 2

excepto en las sustancias como el agua oxige-

nada Ejemplo H2

2Ominus

3) El nuacutemero de oxidacioacuten del hidroacutegeno es +1

excepto en las sustancias donde estaacute combina-

do con los metales Ejemplo 1

H+

2O

4) El nuacutemero de oxidacioacuten de un ion monoatoacute-

mico es igual a la carga del ion Ejemplo Ca2-

Cl-

95

5) En la foacutermula de una sustancia la suma alge-

braica de los nuacutemeros de oxidacioacuten de todos

los aacutetomos debe ser cero Ejemplo 1

H+

2

2Ominus

there42(+1) + (-2) = 0

6) En los iones que tienen maacutes de un aacutetomo la

suma algebraica de los nuacutemeros de oxidacioacuten

de todos los aacutetomos es igual a la carga del ion

El nuacutemero de oxidacioacuten se escribe colocando primero el signo y luego el nuacutemero

Ejemplo el nuacutemero de oxidacioacuten del aluminio es +3

1) Calculaacute los nuacutemeros de oxidacioacuten en la moleacute-

cula de dioacutexido de azufre (SO2)

Datos SO2 nuacutemero de oxidacioacuten del O2

es 2

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de S

Resolucioacuten Cada aacutetomo de oxiacutegeno tiene

nuacutemero de oxidacioacuten 2 por lo tanto el nuacute-

mero de oxidacioacuten del azufre es +4 porque

2(-2) + (+4) = 0

96

2) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten del azufre en

el aacutecido sulfuacuterico (H2SO4)

Datos H2SO2 nuacutemero de oxidacioacuten del

O2 es 2 nuacutemero de oxidacioacuten de H es -1

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de S

Resolucioacuten Se debe cumplir que la suma al-gebraica de todos los nuacutemeros de oxidacioacuten sea cero

4(-2) + 21 + x = 0

-8 + 2 + x = 0

x = 6

Respuesta el nuacutemero de oxidacioacuten del azufre

en el aacutecido sulfuacuterico es +6

3) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten del nitroacutegeno

en el nitrato de sodio (NaNO3)

Datos NaNO3 nuacutemero de oxidacioacuten del

O2 es 2

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de N

97

Resolucioacuten El nuacutemero de oxidacioacuten del

sodio es +1 porque el ion sodio tiene una car-

ga eleacutectrica positiva

+1 + 3(-2) +x = 0

1 6 + x = 0

x = 5

Respuesta el nuacutemero de oxidacioacuten del nitroacute-

geno en el nitrato de sodio es +5

4) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten del azufre en

el ion sulfato (S 24Ominus )

Datos S 24Ominus nuacutemero de oxidacioacuten del O2

es 2

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de S

Resolucioacuten La suma de los nuacutemeros de

oxidacioacuten es igual a 2 porque el ion sulfato

tiene dos cargas negativas (2-)

x + 4(-2) = -2

x 8 = -2

x = 6

98

Respuesta El nuacutemero de oxidacioacuten del azu-

fre en el ion sulfato es +6

99

Ejercicios 1212

1) Dibujaacute los siacutembolos de Lewis para los aacutetomos

de

a) He b) Al c) Si d) Ar e) N

2) iquestCoacutemo adquiere la distribucioacuten electroacutenica del

ineacutertido maacutes cercano cada uno de los siguien-

tes aacutetomos

a) K b)

F c)

S d) Mg e)

Br

3) Escribiacute las ecuaciones ioacutenicas la foacutermula elec-

troacutenica y la foacutermula miacutenima del compuesto

ioacutenico formado por

a) K y Br (bromuro de potasio)

b) Ca y O (oacutexido de calcio)

4) Marcaacute con una X las propiedades correspon-

dientes a las sustancias que presentan uniones

ioacutenicas

100

a) Son soacutelidas y tienen bajo punto de fusioacuten ( )

b) Conducen la corriente eleacutectrica fundidas o di-

sueltas en agua ( )

c) Tienen brillo metaacutelico ( )

d) Forman cristales duros y quebradizos solubles

en agua ( )

e) No conducen la corriente eleacutectrica ( )

5) Explicaacute coacutemo se unen dos aacutetomos de bromo

para formar la moleacutecula Br2 y escribiacute su

foacutermula electroacutenica y su foacutermula desarrollada

6) La foacutermula del monoacutexido de dicloro es Cl2O

a) Indicaacute queacute tipo de unioacuten existe entre el cloro y

el oxiacutegeno

b) Escribiacute su foacutermula electroacutenica y su foacutermula

desarrollada

7) El azufre y el oxiacutegeno forman dos oacutexidos

importantes el dioacutexido de azufre (SO2) y el

101

trioacutexido de azufre (SO3) Para el trioacutexido de

azufre

a) Indicaacute queacute tipo de unioacuten existe entre el azufre

y los tres aacutetomos de oxiacutegeno

b) Escribiacute la foacutermula electroacutenica

c) Escribiacute la foacutermula desarrollada

8) Marcaacute 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

liacutequidas o soacutelidas ( )

c) Son duacutectiles y maleables ( )

d) No forman moleacuteculas son agregados de

iones ( )

e) No son buenas conductoras de la corriente

eleacutectrica ( )

102

9) Coloque en el pareacutentesis UCP si la unioacuten es

covalente polar y UCNP si es covalento no

polar en cada una de las siguientes sustancias

a) cloruro de hidroacutegeno HCl ( )

b) Hidroacutegeno H2 ( )

c) yodo l2 ( )

10) Escribiacute la foacutermula electroacutenica y la foacutermula

desarrollada de cada una de las sustancias

mencionadas en el ejercicio 9

11) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten

a) del azufre (S)en el dioacutexido de azufre (SO2) en

el trioacutexido de azufre (SO3) y en el sulfuro de

sodio (Na2S)

b) del nitroacutegeno (N) en el dioacutexido de nitroacutegeno

(NO2) en el aacutecido niacutetrico (HNO3) y en el ni-

trato de potasio (KNO3)

12) Marcaacute con una X las propiedades que se expli-

can en el concepto de unioacuten metaacutelica

103

a) Tienen bajo punto de fusioacuten y de

ebullicioacuten ( )

b) Tienen brillo metaacutelico ( )

c) Conducen la corriente eleacutectrica sin

alterarse ( )

d) En estado soacutelido son malos conductores de la

corriente eleacutectrica ( )

e) Forman hilos y laacuteminas delgadas ( )

104

Hoja de respuestas 1212

1) a) He b) Al c)

Si d)

Ar e)

N

2) a) cede un electroacuten d) cede electrones c)

gana dos electrones b) y e) gana un electroacuten

3) a) Ecuaciones ioacutenicas

K K1+ + 1 e

Br + 1 e Br1-

K1+ + Br- KBr

Foacutermula electroacutenica K1+minus

1

Br

Foacutermula miacutenima KBr

b) Ecuaciones ioacutenicas

Ca Ca 2+ + 2 e

O + 2 e O2-

Ca2+ + O2- CaO

Foacutermula electroacutenica Ca2+ minus

2

O

105

Foacutermula miacutenima CaO

4) b y d

5) se unen compartiendo un par de electrones

6) a) unioacuten covalente

b) foacutermula electroacutenica

Cl

O

Cl

foacutermula desarrollada Cl O Cl

7) a) una unioacuten covalente doble entre el azufre y

uno de los aacutetomos de oxiacutegeno dos uniones cova-

lentes coordinadas con los otros dos aacutetomos de

oxiacutegeno

b) Foacutermula electroacutenica

Foacutermula desarrollada

106

8) a b y e

9) a) UCP y c) UCNP

10) Foacutermula electroacutenica Foacutermula desarrollada

a) H

Cl H Cl

b) HH H H

c)

I

I l I

11) a) +4 +6 -2 b) +4 +5 +5

12) b c y e

  • RADIACTIVIDAD
    • IacuteNDICE
      • 1 RADIACTIVIDAD NATURAL
      • 2 RELACIOacuteN ENTRE LA LEY DE LAVOISIER Y LA DE EINSTEIN
      • 3 INTERACCIONES ENTRE AacuteTOMOS Y ONDAS
      • 4 PODER DE PENETRACIOacuteN DE LA RADIACIOacuteN
      • 5 VIDA MEDIA
      • 6 RADIACTIVIDAD ARTIFICIAL
      • 7 USOS DE LOS RADIOISOacuteTOPOS
      • 8 MEDICINA NUCLEAR
      • 9 FECHADO POR MEDIO DE RADIOISOacuteTOPOS
      • 10 PLANTAS DE ENERGIacuteA NUCLEAR
      • 11 BOMBA ATOacuteMICA
      • 12 EFECTOS DE UNA EXPLOSIOacuteN NUCLEAR
        • Ejercicios 12
        • Ejercicios 121
        • Hoja de respuestas121
        • Ejercicios 1211
        • Ejercicios 1212
        • Hoja de respuestas 1212

73

ALTIacuteMETRO No suele usarse el baromeacutetrico

por verse afectado por las condiciones atmosfeacuteri-

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 seguacuten el tiempo transcu-

rrido en el recorrido puede saberse la altura sin

necesidad de complicar maacutes el sistema para dar

una precisioacuten que en realidad no es importante (2

o 3 m de diferencia no son apreciables maacutes que

en minibombas bastante menores que las de

Hiroshima) siendo la altura normal de detonacioacuten

la de 2000 m

En la praacutectica 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 electroacute-

nicamente para obtener la diferencia de ambas

que es proporcional a la altura Los pulsos suelen

emitirse 120 veces por segundo y alcanzan un

74

rango de 3000 m sobre la tierra y 6000 m sobre

el mar (la reflexioacuten es alliacute mejor) siendo su error

de hasta 15 m

CABEZA DETONADORA Como ya se dijo

estaacute compuesta de una carga explosiva muy bien

calibrada que a la orden del altiacutemetro detona

produciendo una onda de choque uniforme sobre

el elemento radioactivo comprimieacutendolo hasta

alcanzar la masa supercriacutetica

Compantildeiacuteas privadas producen camisas explosivas

que modificadas pueden ser usadas para la fabri-

cacioacuten del objeto que nos ocupa La cantidad de

presioacuten necesaria a aplicar es un secreto por razo-

nes de seguridad aunque se sabe que los explosi-

vos plaacutesticos son ideales sobre todo por su malea-

bilidad y facilidad de manejo

El detonador variacutea si es combustible es uranio o

plutonio

75

DETONADOR DE URANIO La masa total se

divide en dos partes una mayor de forma semies-

feacuterica y coacutencava que se acopla perfectamente con

la otra maacutes pequentildea Como es de suponer ambas

se encuentran separadas hasta el momento de la

detonacioacuten en el que una explosioacuten convencional

dispara la parte pequentildea que impacta contra la

mayor para lograr en un instante la masa supercriacute-

tica

DETONADOR DE PLUTONIO Necesita

una precisioacuten de ingenieriacutea mucho mayor que la

anterior ya que estaacute compuesta de 32 secciones de

plutonio-berilio-polonio todas de igual forma y

posicioacuten distribuidas conceacutentricamente El aspecto

final es parecido al de un baloacuten de fuacutetbol Todas

han de cerrarse simeacutetricamente en una diezmillo-

neacutesima de segundo para conseguir la detonacioacuten

DEFLECTOR DE NEUTRONES Suele ser

U-238 Su funcioacuten es la que ya se explicoacute evitar

76

una reaccioacuten accidental ademaacutes refleja las partiacutecu-

las de vuelta cuando se alcanza la masa supercriacuteti-

ca

ESCUDO PROTECTOR Recibe otros nom-

bres pero su funcioacuten es siempre la de proteger de

la radiacioacuten natural tanto al personal que la maneja

como a los circuitos de la bomba que pueden su-

frir cortocircuitos o puestas en funcionamiento

accidentales

SISTEMA DE ARMADO Es otro sistema maacutes

de seguridad consistente en quitar una parte im-

prescindible de la bomba para evitar detonaciones

accidentales de modo que soacutelo cuando estaacute

proacuteximo su lanzamiento se inserta esta parte Una

analogiacutea seriacutea como si al aparcar nuestro coche le

quitaacuteramos el volante o una bujiacutea asiacute estariacuteamos

seguros de que no nos lo roban porque sin estas

partes el coche no funciona

77

12 EFECTOS DE UNA EXPLOSIOacuteN NUCLEAR

Tenemos frescas en nuestra memo-

ria las imaacutegenes que nos mostroacute la

televisioacuten cuando se produjo el ac-

cidente de Chernobyl

Aquiacute explicamos todas las conse-

cuencias de una detonacioacuten 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

78

bull Radiacioacuten nuclear inicial la altiacutesima

temperatura y la elevada presioacuten que se

genera en el interior de la explosioacuten emi-

ten radiacioacuten en todas las direcciones Esta

se compone de rayos alfa beta y gamma

que son una forma de radiacioacuten electro-

magneacutetica de alta energiacutea que puede causar

la muerte sin que el individuo se de cuenta

de que ha sido irradiado Una explosioacuten de

un megatoacuten (de tamantildeo estaacutendar) matariacutea

a todo ser humano en 15 Km a la redonda

que se encontrase al aire libre

Las partiacuteculas alfa son ideacutenticas a un nuacutecleo de

helio son las que mas larga vida tienen unos mil

antildeos pero su poder de penetracioacuten 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 radiacioacuten Con 45 cm de tierra se

consigue reducir la radiacioacuten veinte veces

Las partiacuteculas beta penetran maacutes siendo suficiente

79

38 cm de pared de ladrillo para reducir a un quin-

to la radiacioacuten (una pared moderna ya espesa se

compone de 1 pie de ladrillo maacutes caacutemara maacutes

aislante maacutes ladrillo hueco y yeso que suele que-

darse en los 37 cm)

Los de maacutes poder de penetracioacuten son las gamma

y por tanto los maacutes peligrosos ya son los que se

introducen en los refugios nucleares auacuten con

grandes espesores de hormigoacuten La uacutenica protec-

cioacuten eficaz es la de interponer grandes masas de

material mejor cuanto maacutes denso siendo el ideal

el plomo ya que pasa por los materiales como la

luz por una tela si esta es maacutes densa mayor canti-

dad de chocaraacute con ella y no la traspasaraacute Para

reducir la dosis a un veinteavo se precisan 30 cm

de hormigoacuten armado

bull Pulso electromagneacutetico La intensa acti-

vidad de los rayos gamma genera mediante

induccioacuten una corriente de alto voltaje so-

80

bre antenas viacuteas feacuterreas tuberiacuteas que des-

truye todas las instalaciones eleacutectricas de

una amplia zona si la explosioacuten se efectuacutea

a gran altura Una detonacioacuten de muchos

kilotones a 200 km sobre Omaha (Ne-

brasca) destruiriacutea todos los circuitos eleacutec-

tricos integrados de toda Norteameacuterica y

parte de Meacutejico y Canadaacute Ante el riesgo

de una detonacioacuten nuclear es conveniente

alejarse de liacuteneas eleacutectricas y viacutea feacuterreas ya

que la corriente inducida puede electrocu-

tarnos

bull Pulso teacutermico al expandirse la bola de

fuego el aire circundante absorbe energiacutea

en forma de rayos X y la irradia en forma

de una luz cegadora y un intensiacutesimo ca-

lor Una bomba de 20 Megatones produci-

riacutea una intensa luz durante 20 segundos y

causariacutea quemaduras de segundo grado a

81

cualquier persona expuesta a 45 Km de

distancia

bull Onda de choque La raacutepida expansioacuten de

la bola de fuego genera una onda de cho-

que como cualquier explosioacuten pero de

una potencia muy superior ya que puede

aplastar o barrer edificios dantildeaacutendolos muy

seriamente o destruyeacutendolos por comple-

to ya que maacutes que empujar por su dura-

cioacuten lo que hace es estrujar Una bomba

de 20 megatones no dejariacutea en un radio de

20 Km maacutes que escombros soacutelo se salva-

riacutean las cimentaciones y construcciones

enterradas

bull Primera lluvia radioactiva o lluvia ra-

diactiva local una explosioacuten de 20 mega-

tones aras de suelo produciriacutea un craacuteter de

183 m de profundidad la elevada tempe-

82

ratura vaporiza todo lo que se encuentra

dentro de la bola de fuego todo se funde

con los materiales radiactivos de la fisioacuten o

fusioacuten y se eleva con el hongo para luego

precipitar en forma de finas cenizas Esto

ocurriraacute durante las 24 h siguientes a la

explosioacuten y afectaraacute a una regioacuten maacutes o

menos amplia para una misma potencia

seguacuten la climatologiacutea El fenoacutemeno se am-

pliacutea considerablemente si la detonacioacuten se

produce cerca del suelo La energiacutea 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 maacutes destructivos los deno-

minados secundarios como incendios en masa

que acabariacutean con los pocos supervivientes y ma-

tariacutean a maacutes que el pulso teacutermico y la onda de

choque

83

Ademaacutes en caso de que se lanzaran muchas

bombas nucleares sus efectos secundarios seriacutean

mucho maacutes 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 10000 mega-

tones miacutenimos para considerar un holocausto

como tal

bull El primero de estos efectos es que la ra-

dioactividad liberada en caso de holocaus-

to penetrariacutea en todos y cada uno de los

seres vivos (y en el mar la tierra y el aire)

Mientras que en dosis altas (seguacuten la espe-

cie) produciriacutea la muerte en otras maacutes ba-

jas los efectos seriacutean de lo maacutes variados

(mutaciones esterilidad)

bull El segundo seriacutea que los materiales im-

pulsados por las detonaciones se elevariacutean

hasta la troposfera donde ocultariacutean la luz

84

del sol durante meses o antildeos haciendo ba-

jar la temperatura de la tierra y alterando la

fotosiacutentesis de los vegetales y el plancton

marino seriacutea el famoso invierno nuclear

Ademaacutes estos materiales radiactivos iriacutean

cayendo durante meses o antildeos convirtieacuten-

dose en una lluvia radiactiva global que

auacuten con menos dosis radiactiva que una

lluvia provocada por una bomba seriacutea

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

antildeos Ese 5 de energiacutea liberada por la

lluvia radiactividad en una bomba es poco

pero en los 10000 megatones de un holo-

causto suponen ya 500 megatones que iraacuten

estallando durante miles de antildeos des-

pueacutes de la cataacutestrofe

85

bull El tercero seriacutea una reduccioacuten en la capa

de ozono producida por el oacutexido de nitroacute-

geno generado por las bolas de fuego de

modo que la radiacioacuten solar que llegase a

la tierra seriacutea mortal Un 70 del ozono

desapareceriacutea en el hemisferio norte y un

40 en el sur siendo necesarios treinta

antildeos para recuperar su estado normal

86

Ejercicios 12

MODELO DE RESOLUCIOacuteN

La distribucioacuten de los electrones de un aacutetomo

en sus niveles y subniveles se puede representar en

forma abreviada de la siguiente manera

a) Un coeficiente que indica el nuacutemero del nivel

de energiacutea (n)

b) Una letra que corresponde al subnivel

c) Un supraiacutendice que sentildeala el nuacutemero de elec-

trones que hay en el subnivel

1H = 1s1

3Li = 1s2 2s1

En razoacuten del entrecruzamiento de subniveles

el orden en que se van completando los subniveles

por energiacutea creciente es el siguiente

87

1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d

4p 5s 4d 5p 6s 4f

5d 6p 7s 5f 6d

7p

Para visualizar la distribucioacuten de los electrones

en orbitales se puede representar cada orbital por

un pequentildeo cuadrado dividido por una diagonal

y cada electroacuten mediante una flecha

Entonces el orbital puede estar

Vaciacuteo incompleto completo

(1 electroacuten) (2 electrones)

En caso del orbital completo las flechas tienen

sentido contrario para indicar que los electrones

presentan spin contrario

El llenado de los orbitales por los electrones

se realiza a partir de los niveles y subniveles en

88

orden creciente de energiacutea Cada nuevo electroacuten se

incorpora a un orbital vaciacuteo

De ese modo los elementos quedan represen-

tados asiacute

1H =

1s

3Li =

1s 2s

7N =

1s 2s 2p

89

Ejercicios 121

1) Un aacutetomo de foacutesforo tiene 15 protones y 16

neutrones Indicaacute cuaacutel es su

a) nuacutemero atoacutemico (Z) b) nuacutemero

de masa (A)

2) Un aacutetomo de potasio tiene Z =19 y A = 39

Indicaacute su nuacutemero de

a) protones b) electrones

c) neutrones

3) Completaacute los datos que faltan en el siguiente

cuadro

90

ELE-

MEN-

TO

NUacute-

MERO

ATOacute-

MICO

NUacute-

MERO

DE

MASA

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) Sentildealaacute el nombre y siacutembolo de los elementos

cuyas configuraciones electroacutenicas 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) Escribiacute la configuracioacuten electroacutenica de los

siguientes elementos

91

a) Na2311 = c) O16

8 =

b) Cl3517 = d) C12

6 =

6) De acuerdo con la siguiente representacioacuten de

los electrones en orbitales indicaacute a queacute ele-

mentos corresponden

a)

b)

c)

d)

7) Representaacute la distribucioacuten de los electrones en

orbitales de los elementos

a) 7N= c) 18Ar =

b) 15AI = d) 19K =

92

Hoja de respuestas121

1) a) 15 b) 31 2) a) 19 b) 19 c) 20

3)

ELE-

MEN-

TO

NUacuteME-

RO

ATOacute-

MICO

NUacute-

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)Argoacuten Ar

d)Escandio Sc

5) a) 1S2 2S2 2p6 3s1

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)middot

94

Ejercicios 1211

Modelo de resolucioacuten

El nuacutemero de oxidacioacuten se asigna seguacuten las si-

guientes reglas

1) El nuacutemero de oxidacioacuten de los elementos en la

sustancia simple es cero

Ejemplo Cu0 02Cl

2) El nuacutemero de oxidacioacuten del oxiacutegeno es 2

excepto en las sustancias como el agua oxige-

nada Ejemplo H2

2Ominus

3) El nuacutemero de oxidacioacuten del hidroacutegeno es +1

excepto en las sustancias donde estaacute combina-

do con los metales Ejemplo 1

H+

2O

4) El nuacutemero de oxidacioacuten de un ion monoatoacute-

mico es igual a la carga del ion Ejemplo Ca2-

Cl-

95

5) En la foacutermula de una sustancia la suma alge-

braica de los nuacutemeros de oxidacioacuten de todos

los aacutetomos debe ser cero Ejemplo 1

H+

2

2Ominus

there42(+1) + (-2) = 0

6) En los iones que tienen maacutes de un aacutetomo la

suma algebraica de los nuacutemeros de oxidacioacuten

de todos los aacutetomos es igual a la carga del ion

El nuacutemero de oxidacioacuten se escribe colocando primero el signo y luego el nuacutemero

Ejemplo el nuacutemero de oxidacioacuten del aluminio es +3

1) Calculaacute los nuacutemeros de oxidacioacuten en la moleacute-

cula de dioacutexido de azufre (SO2)

Datos SO2 nuacutemero de oxidacioacuten del O2

es 2

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de S

Resolucioacuten Cada aacutetomo de oxiacutegeno tiene

nuacutemero de oxidacioacuten 2 por lo tanto el nuacute-

mero de oxidacioacuten del azufre es +4 porque

2(-2) + (+4) = 0

96

2) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten del azufre en

el aacutecido sulfuacuterico (H2SO4)

Datos H2SO2 nuacutemero de oxidacioacuten del

O2 es 2 nuacutemero de oxidacioacuten de H es -1

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de S

Resolucioacuten Se debe cumplir que la suma al-gebraica de todos los nuacutemeros de oxidacioacuten sea cero

4(-2) + 21 + x = 0

-8 + 2 + x = 0

x = 6

Respuesta el nuacutemero de oxidacioacuten del azufre

en el aacutecido sulfuacuterico es +6

3) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten del nitroacutegeno

en el nitrato de sodio (NaNO3)

Datos NaNO3 nuacutemero de oxidacioacuten del

O2 es 2

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de N

97

Resolucioacuten El nuacutemero de oxidacioacuten del

sodio es +1 porque el ion sodio tiene una car-

ga eleacutectrica positiva

+1 + 3(-2) +x = 0

1 6 + x = 0

x = 5

Respuesta el nuacutemero de oxidacioacuten del nitroacute-

geno en el nitrato de sodio es +5

4) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten del azufre en

el ion sulfato (S 24Ominus )

Datos S 24Ominus nuacutemero de oxidacioacuten del O2

es 2

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de S

Resolucioacuten La suma de los nuacutemeros de

oxidacioacuten es igual a 2 porque el ion sulfato

tiene dos cargas negativas (2-)

x + 4(-2) = -2

x 8 = -2

x = 6

98

Respuesta El nuacutemero de oxidacioacuten del azu-

fre en el ion sulfato es +6

99

Ejercicios 1212

1) Dibujaacute los siacutembolos de Lewis para los aacutetomos

de

a) He b) Al c) Si d) Ar e) N

2) iquestCoacutemo adquiere la distribucioacuten electroacutenica del

ineacutertido maacutes cercano cada uno de los siguien-

tes aacutetomos

a) K b)

F c)

S d) Mg e)

Br

3) Escribiacute las ecuaciones ioacutenicas la foacutermula elec-

troacutenica y la foacutermula miacutenima del compuesto

ioacutenico formado por

a) K y Br (bromuro de potasio)

b) Ca y O (oacutexido de calcio)

4) Marcaacute con una X las propiedades correspon-

dientes a las sustancias que presentan uniones

ioacutenicas

100

a) Son soacutelidas y tienen bajo punto de fusioacuten ( )

b) Conducen la corriente eleacutectrica fundidas o di-

sueltas en agua ( )

c) Tienen brillo metaacutelico ( )

d) Forman cristales duros y quebradizos solubles

en agua ( )

e) No conducen la corriente eleacutectrica ( )

5) Explicaacute coacutemo se unen dos aacutetomos de bromo

para formar la moleacutecula Br2 y escribiacute su

foacutermula electroacutenica y su foacutermula desarrollada

6) La foacutermula del monoacutexido de dicloro es Cl2O

a) Indicaacute queacute tipo de unioacuten existe entre el cloro y

el oxiacutegeno

b) Escribiacute su foacutermula electroacutenica y su foacutermula

desarrollada

7) El azufre y el oxiacutegeno forman dos oacutexidos

importantes el dioacutexido de azufre (SO2) y el

101

trioacutexido de azufre (SO3) Para el trioacutexido de

azufre

a) Indicaacute queacute tipo de unioacuten existe entre el azufre

y los tres aacutetomos de oxiacutegeno

b) Escribiacute la foacutermula electroacutenica

c) Escribiacute la foacutermula desarrollada

8) Marcaacute 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

liacutequidas o soacutelidas ( )

c) Son duacutectiles y maleables ( )

d) No forman moleacuteculas son agregados de

iones ( )

e) No son buenas conductoras de la corriente

eleacutectrica ( )

102

9) Coloque en el pareacutentesis UCP si la unioacuten es

covalente polar y UCNP si es covalento no

polar en cada una de las siguientes sustancias

a) cloruro de hidroacutegeno HCl ( )

b) Hidroacutegeno H2 ( )

c) yodo l2 ( )

10) Escribiacute la foacutermula electroacutenica y la foacutermula

desarrollada de cada una de las sustancias

mencionadas en el ejercicio 9

11) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten

a) del azufre (S)en el dioacutexido de azufre (SO2) en

el trioacutexido de azufre (SO3) y en el sulfuro de

sodio (Na2S)

b) del nitroacutegeno (N) en el dioacutexido de nitroacutegeno

(NO2) en el aacutecido niacutetrico (HNO3) y en el ni-

trato de potasio (KNO3)

12) Marcaacute con una X las propiedades que se expli-

can en el concepto de unioacuten metaacutelica

103

a) Tienen bajo punto de fusioacuten y de

ebullicioacuten ( )

b) Tienen brillo metaacutelico ( )

c) Conducen la corriente eleacutectrica sin

alterarse ( )

d) En estado soacutelido son malos conductores de la

corriente eleacutectrica ( )

e) Forman hilos y laacuteminas delgadas ( )

104

Hoja de respuestas 1212

1) a) He b) Al c)

Si d)

Ar e)

N

2) a) cede un electroacuten d) cede electrones c)

gana dos electrones b) y e) gana un electroacuten

3) a) Ecuaciones ioacutenicas

K K1+ + 1 e

Br + 1 e Br1-

K1+ + Br- KBr

Foacutermula electroacutenica K1+minus

1

Br

Foacutermula miacutenima KBr

b) Ecuaciones ioacutenicas

Ca Ca 2+ + 2 e

O + 2 e O2-

Ca2+ + O2- CaO

Foacutermula electroacutenica Ca2+ minus

2

O

105

Foacutermula miacutenima CaO

4) b y d

5) se unen compartiendo un par de electrones

6) a) unioacuten covalente

b) foacutermula electroacutenica

Cl

O

Cl

foacutermula desarrollada Cl O Cl

7) a) una unioacuten covalente doble entre el azufre y

uno de los aacutetomos de oxiacutegeno dos uniones cova-

lentes coordinadas con los otros dos aacutetomos de

oxiacutegeno

b) Foacutermula electroacutenica

Foacutermula desarrollada

106

8) a b y e

9) a) UCP y c) UCNP

10) Foacutermula electroacutenica Foacutermula desarrollada

a) H

Cl H Cl

b) HH H H

c)

I

I l I

11) a) +4 +6 -2 b) +4 +5 +5

12) b c y e

  • RADIACTIVIDAD
    • IacuteNDICE
      • 1 RADIACTIVIDAD NATURAL
      • 2 RELACIOacuteN ENTRE LA LEY DE LAVOISIER Y LA DE EINSTEIN
      • 3 INTERACCIONES ENTRE AacuteTOMOS Y ONDAS
      • 4 PODER DE PENETRACIOacuteN DE LA RADIACIOacuteN
      • 5 VIDA MEDIA
      • 6 RADIACTIVIDAD ARTIFICIAL
      • 7 USOS DE LOS RADIOISOacuteTOPOS
      • 8 MEDICINA NUCLEAR
      • 9 FECHADO POR MEDIO DE RADIOISOacuteTOPOS
      • 10 PLANTAS DE ENERGIacuteA NUCLEAR
      • 11 BOMBA ATOacuteMICA
      • 12 EFECTOS DE UNA EXPLOSIOacuteN NUCLEAR
        • Ejercicios 12
        • Ejercicios 121
        • Hoja de respuestas121
        • Ejercicios 1211
        • Ejercicios 1212
        • Hoja de respuestas 1212

74

rango de 3000 m sobre la tierra y 6000 m sobre

el mar (la reflexioacuten es alliacute mejor) siendo su error

de hasta 15 m

CABEZA DETONADORA Como ya se dijo

estaacute compuesta de una carga explosiva muy bien

calibrada que a la orden del altiacutemetro detona

produciendo una onda de choque uniforme sobre

el elemento radioactivo comprimieacutendolo hasta

alcanzar la masa supercriacutetica

Compantildeiacuteas privadas producen camisas explosivas

que modificadas pueden ser usadas para la fabri-

cacioacuten del objeto que nos ocupa La cantidad de

presioacuten necesaria a aplicar es un secreto por razo-

nes de seguridad aunque se sabe que los explosi-

vos plaacutesticos son ideales sobre todo por su malea-

bilidad y facilidad de manejo

El detonador variacutea si es combustible es uranio o

plutonio

75

DETONADOR DE URANIO La masa total se

divide en dos partes una mayor de forma semies-

feacuterica y coacutencava que se acopla perfectamente con

la otra maacutes pequentildea Como es de suponer ambas

se encuentran separadas hasta el momento de la

detonacioacuten en el que una explosioacuten convencional

dispara la parte pequentildea que impacta contra la

mayor para lograr en un instante la masa supercriacute-

tica

DETONADOR DE PLUTONIO Necesita

una precisioacuten de ingenieriacutea mucho mayor que la

anterior ya que estaacute compuesta de 32 secciones de

plutonio-berilio-polonio todas de igual forma y

posicioacuten distribuidas conceacutentricamente El aspecto

final es parecido al de un baloacuten de fuacutetbol Todas

han de cerrarse simeacutetricamente en una diezmillo-

neacutesima de segundo para conseguir la detonacioacuten

DEFLECTOR DE NEUTRONES Suele ser

U-238 Su funcioacuten es la que ya se explicoacute evitar

76

una reaccioacuten accidental ademaacutes refleja las partiacutecu-

las de vuelta cuando se alcanza la masa supercriacuteti-

ca

ESCUDO PROTECTOR Recibe otros nom-

bres pero su funcioacuten es siempre la de proteger de

la radiacioacuten natural tanto al personal que la maneja

como a los circuitos de la bomba que pueden su-

frir cortocircuitos o puestas en funcionamiento

accidentales

SISTEMA DE ARMADO Es otro sistema maacutes

de seguridad consistente en quitar una parte im-

prescindible de la bomba para evitar detonaciones

accidentales de modo que soacutelo cuando estaacute

proacuteximo su lanzamiento se inserta esta parte Una

analogiacutea seriacutea como si al aparcar nuestro coche le

quitaacuteramos el volante o una bujiacutea asiacute estariacuteamos

seguros de que no nos lo roban porque sin estas

partes el coche no funciona

77

12 EFECTOS DE UNA EXPLOSIOacuteN NUCLEAR

Tenemos frescas en nuestra memo-

ria las imaacutegenes que nos mostroacute la

televisioacuten cuando se produjo el ac-

cidente de Chernobyl

Aquiacute explicamos todas las conse-

cuencias de una detonacioacuten 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

78

bull Radiacioacuten nuclear inicial la altiacutesima

temperatura y la elevada presioacuten que se

genera en el interior de la explosioacuten emi-

ten radiacioacuten en todas las direcciones Esta

se compone de rayos alfa beta y gamma

que son una forma de radiacioacuten electro-

magneacutetica de alta energiacutea que puede causar

la muerte sin que el individuo se de cuenta

de que ha sido irradiado Una explosioacuten de

un megatoacuten (de tamantildeo estaacutendar) matariacutea

a todo ser humano en 15 Km a la redonda

que se encontrase al aire libre

Las partiacuteculas alfa son ideacutenticas a un nuacutecleo de

helio son las que mas larga vida tienen unos mil

antildeos pero su poder de penetracioacuten 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 radiacioacuten Con 45 cm de tierra se

consigue reducir la radiacioacuten veinte veces

Las partiacuteculas beta penetran maacutes siendo suficiente

79

38 cm de pared de ladrillo para reducir a un quin-

to la radiacioacuten (una pared moderna ya espesa se

compone de 1 pie de ladrillo maacutes caacutemara maacutes

aislante maacutes ladrillo hueco y yeso que suele que-

darse en los 37 cm)

Los de maacutes poder de penetracioacuten son las gamma

y por tanto los maacutes peligrosos ya son los que se

introducen en los refugios nucleares auacuten con

grandes espesores de hormigoacuten La uacutenica protec-

cioacuten eficaz es la de interponer grandes masas de

material mejor cuanto maacutes denso siendo el ideal

el plomo ya que pasa por los materiales como la

luz por una tela si esta es maacutes densa mayor canti-

dad de chocaraacute con ella y no la traspasaraacute Para

reducir la dosis a un veinteavo se precisan 30 cm

de hormigoacuten armado

bull Pulso electromagneacutetico La intensa acti-

vidad de los rayos gamma genera mediante

induccioacuten una corriente de alto voltaje so-

80

bre antenas viacuteas feacuterreas tuberiacuteas que des-

truye todas las instalaciones eleacutectricas de

una amplia zona si la explosioacuten se efectuacutea

a gran altura Una detonacioacuten de muchos

kilotones a 200 km sobre Omaha (Ne-

brasca) destruiriacutea todos los circuitos eleacutec-

tricos integrados de toda Norteameacuterica y

parte de Meacutejico y Canadaacute Ante el riesgo

de una detonacioacuten nuclear es conveniente

alejarse de liacuteneas eleacutectricas y viacutea feacuterreas ya

que la corriente inducida puede electrocu-

tarnos

bull Pulso teacutermico al expandirse la bola de

fuego el aire circundante absorbe energiacutea

en forma de rayos X y la irradia en forma

de una luz cegadora y un intensiacutesimo ca-

lor Una bomba de 20 Megatones produci-

riacutea una intensa luz durante 20 segundos y

causariacutea quemaduras de segundo grado a

81

cualquier persona expuesta a 45 Km de

distancia

bull Onda de choque La raacutepida expansioacuten de

la bola de fuego genera una onda de cho-

que como cualquier explosioacuten pero de

una potencia muy superior ya que puede

aplastar o barrer edificios dantildeaacutendolos muy

seriamente o destruyeacutendolos por comple-

to ya que maacutes que empujar por su dura-

cioacuten lo que hace es estrujar Una bomba

de 20 megatones no dejariacutea en un radio de

20 Km maacutes que escombros soacutelo se salva-

riacutean las cimentaciones y construcciones

enterradas

bull Primera lluvia radioactiva o lluvia ra-

diactiva local una explosioacuten de 20 mega-

tones aras de suelo produciriacutea un craacuteter de

183 m de profundidad la elevada tempe-

82

ratura vaporiza todo lo que se encuentra

dentro de la bola de fuego todo se funde

con los materiales radiactivos de la fisioacuten o

fusioacuten y se eleva con el hongo para luego

precipitar en forma de finas cenizas Esto

ocurriraacute durante las 24 h siguientes a la

explosioacuten y afectaraacute a una regioacuten maacutes o

menos amplia para una misma potencia

seguacuten la climatologiacutea El fenoacutemeno se am-

pliacutea considerablemente si la detonacioacuten se

produce cerca del suelo La energiacutea 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 maacutes destructivos los deno-

minados secundarios como incendios en masa

que acabariacutean con los pocos supervivientes y ma-

tariacutean a maacutes que el pulso teacutermico y la onda de

choque

83

Ademaacutes en caso de que se lanzaran muchas

bombas nucleares sus efectos secundarios seriacutean

mucho maacutes 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 10000 mega-

tones miacutenimos para considerar un holocausto

como tal

bull El primero de estos efectos es que la ra-

dioactividad liberada en caso de holocaus-

to penetrariacutea en todos y cada uno de los

seres vivos (y en el mar la tierra y el aire)

Mientras que en dosis altas (seguacuten la espe-

cie) produciriacutea la muerte en otras maacutes ba-

jas los efectos seriacutean de lo maacutes variados

(mutaciones esterilidad)

bull El segundo seriacutea que los materiales im-

pulsados por las detonaciones se elevariacutean

hasta la troposfera donde ocultariacutean la luz

84

del sol durante meses o antildeos haciendo ba-

jar la temperatura de la tierra y alterando la

fotosiacutentesis de los vegetales y el plancton

marino seriacutea el famoso invierno nuclear

Ademaacutes estos materiales radiactivos iriacutean

cayendo durante meses o antildeos convirtieacuten-

dose en una lluvia radiactiva global que

auacuten con menos dosis radiactiva que una

lluvia provocada por una bomba seriacutea

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

antildeos Ese 5 de energiacutea liberada por la

lluvia radiactividad en una bomba es poco

pero en los 10000 megatones de un holo-

causto suponen ya 500 megatones que iraacuten

estallando durante miles de antildeos des-

pueacutes de la cataacutestrofe

85

bull El tercero seriacutea una reduccioacuten en la capa

de ozono producida por el oacutexido de nitroacute-

geno generado por las bolas de fuego de

modo que la radiacioacuten solar que llegase a

la tierra seriacutea mortal Un 70 del ozono

desapareceriacutea en el hemisferio norte y un

40 en el sur siendo necesarios treinta

antildeos para recuperar su estado normal

86

Ejercicios 12

MODELO DE RESOLUCIOacuteN

La distribucioacuten de los electrones de un aacutetomo

en sus niveles y subniveles se puede representar en

forma abreviada de la siguiente manera

a) Un coeficiente que indica el nuacutemero del nivel

de energiacutea (n)

b) Una letra que corresponde al subnivel

c) Un supraiacutendice que sentildeala el nuacutemero de elec-

trones que hay en el subnivel

1H = 1s1

3Li = 1s2 2s1

En razoacuten del entrecruzamiento de subniveles

el orden en que se van completando los subniveles

por energiacutea creciente es el siguiente

87

1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d

4p 5s 4d 5p 6s 4f

5d 6p 7s 5f 6d

7p

Para visualizar la distribucioacuten de los electrones

en orbitales se puede representar cada orbital por

un pequentildeo cuadrado dividido por una diagonal

y cada electroacuten mediante una flecha

Entonces el orbital puede estar

Vaciacuteo incompleto completo

(1 electroacuten) (2 electrones)

En caso del orbital completo las flechas tienen

sentido contrario para indicar que los electrones

presentan spin contrario

El llenado de los orbitales por los electrones

se realiza a partir de los niveles y subniveles en

88

orden creciente de energiacutea Cada nuevo electroacuten se

incorpora a un orbital vaciacuteo

De ese modo los elementos quedan represen-

tados asiacute

1H =

1s

3Li =

1s 2s

7N =

1s 2s 2p

89

Ejercicios 121

1) Un aacutetomo de foacutesforo tiene 15 protones y 16

neutrones Indicaacute cuaacutel es su

a) nuacutemero atoacutemico (Z) b) nuacutemero

de masa (A)

2) Un aacutetomo de potasio tiene Z =19 y A = 39

Indicaacute su nuacutemero de

a) protones b) electrones

c) neutrones

3) Completaacute los datos que faltan en el siguiente

cuadro

90

ELE-

MEN-

TO

NUacute-

MERO

ATOacute-

MICO

NUacute-

MERO

DE

MASA

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) Sentildealaacute el nombre y siacutembolo de los elementos

cuyas configuraciones electroacutenicas 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) Escribiacute la configuracioacuten electroacutenica de los

siguientes elementos

91

a) Na2311 = c) O16

8 =

b) Cl3517 = d) C12

6 =

6) De acuerdo con la siguiente representacioacuten de

los electrones en orbitales indicaacute a queacute ele-

mentos corresponden

a)

b)

c)

d)

7) Representaacute la distribucioacuten de los electrones en

orbitales de los elementos

a) 7N= c) 18Ar =

b) 15AI = d) 19K =

92

Hoja de respuestas121

1) a) 15 b) 31 2) a) 19 b) 19 c) 20

3)

ELE-

MEN-

TO

NUacuteME-

RO

ATOacute-

MICO

NUacute-

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)Argoacuten Ar

d)Escandio Sc

5) a) 1S2 2S2 2p6 3s1

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)middot

94

Ejercicios 1211

Modelo de resolucioacuten

El nuacutemero de oxidacioacuten se asigna seguacuten las si-

guientes reglas

1) El nuacutemero de oxidacioacuten de los elementos en la

sustancia simple es cero

Ejemplo Cu0 02Cl

2) El nuacutemero de oxidacioacuten del oxiacutegeno es 2

excepto en las sustancias como el agua oxige-

nada Ejemplo H2

2Ominus

3) El nuacutemero de oxidacioacuten del hidroacutegeno es +1

excepto en las sustancias donde estaacute combina-

do con los metales Ejemplo 1

H+

2O

4) El nuacutemero de oxidacioacuten de un ion monoatoacute-

mico es igual a la carga del ion Ejemplo Ca2-

Cl-

95

5) En la foacutermula de una sustancia la suma alge-

braica de los nuacutemeros de oxidacioacuten de todos

los aacutetomos debe ser cero Ejemplo 1

H+

2

2Ominus

there42(+1) + (-2) = 0

6) En los iones que tienen maacutes de un aacutetomo la

suma algebraica de los nuacutemeros de oxidacioacuten

de todos los aacutetomos es igual a la carga del ion

El nuacutemero de oxidacioacuten se escribe colocando primero el signo y luego el nuacutemero

Ejemplo el nuacutemero de oxidacioacuten del aluminio es +3

1) Calculaacute los nuacutemeros de oxidacioacuten en la moleacute-

cula de dioacutexido de azufre (SO2)

Datos SO2 nuacutemero de oxidacioacuten del O2

es 2

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de S

Resolucioacuten Cada aacutetomo de oxiacutegeno tiene

nuacutemero de oxidacioacuten 2 por lo tanto el nuacute-

mero de oxidacioacuten del azufre es +4 porque

2(-2) + (+4) = 0

96

2) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten del azufre en

el aacutecido sulfuacuterico (H2SO4)

Datos H2SO2 nuacutemero de oxidacioacuten del

O2 es 2 nuacutemero de oxidacioacuten de H es -1

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de S

Resolucioacuten Se debe cumplir que la suma al-gebraica de todos los nuacutemeros de oxidacioacuten sea cero

4(-2) + 21 + x = 0

-8 + 2 + x = 0

x = 6

Respuesta el nuacutemero de oxidacioacuten del azufre

en el aacutecido sulfuacuterico es +6

3) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten del nitroacutegeno

en el nitrato de sodio (NaNO3)

Datos NaNO3 nuacutemero de oxidacioacuten del

O2 es 2

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de N

97

Resolucioacuten El nuacutemero de oxidacioacuten del

sodio es +1 porque el ion sodio tiene una car-

ga eleacutectrica positiva

+1 + 3(-2) +x = 0

1 6 + x = 0

x = 5

Respuesta el nuacutemero de oxidacioacuten del nitroacute-

geno en el nitrato de sodio es +5

4) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten del azufre en

el ion sulfato (S 24Ominus )

Datos S 24Ominus nuacutemero de oxidacioacuten del O2

es 2

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de S

Resolucioacuten La suma de los nuacutemeros de

oxidacioacuten es igual a 2 porque el ion sulfato

tiene dos cargas negativas (2-)

x + 4(-2) = -2

x 8 = -2

x = 6

98

Respuesta El nuacutemero de oxidacioacuten del azu-

fre en el ion sulfato es +6

99

Ejercicios 1212

1) Dibujaacute los siacutembolos de Lewis para los aacutetomos

de

a) He b) Al c) Si d) Ar e) N

2) iquestCoacutemo adquiere la distribucioacuten electroacutenica del

ineacutertido maacutes cercano cada uno de los siguien-

tes aacutetomos

a) K b)

F c)

S d) Mg e)

Br

3) Escribiacute las ecuaciones ioacutenicas la foacutermula elec-

troacutenica y la foacutermula miacutenima del compuesto

ioacutenico formado por

a) K y Br (bromuro de potasio)

b) Ca y O (oacutexido de calcio)

4) Marcaacute con una X las propiedades correspon-

dientes a las sustancias que presentan uniones

ioacutenicas

100

a) Son soacutelidas y tienen bajo punto de fusioacuten ( )

b) Conducen la corriente eleacutectrica fundidas o di-

sueltas en agua ( )

c) Tienen brillo metaacutelico ( )

d) Forman cristales duros y quebradizos solubles

en agua ( )

e) No conducen la corriente eleacutectrica ( )

5) Explicaacute coacutemo se unen dos aacutetomos de bromo

para formar la moleacutecula Br2 y escribiacute su

foacutermula electroacutenica y su foacutermula desarrollada

6) La foacutermula del monoacutexido de dicloro es Cl2O

a) Indicaacute queacute tipo de unioacuten existe entre el cloro y

el oxiacutegeno

b) Escribiacute su foacutermula electroacutenica y su foacutermula

desarrollada

7) El azufre y el oxiacutegeno forman dos oacutexidos

importantes el dioacutexido de azufre (SO2) y el

101

trioacutexido de azufre (SO3) Para el trioacutexido de

azufre

a) Indicaacute queacute tipo de unioacuten existe entre el azufre

y los tres aacutetomos de oxiacutegeno

b) Escribiacute la foacutermula electroacutenica

c) Escribiacute la foacutermula desarrollada

8) Marcaacute 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

liacutequidas o soacutelidas ( )

c) Son duacutectiles y maleables ( )

d) No forman moleacuteculas son agregados de

iones ( )

e) No son buenas conductoras de la corriente

eleacutectrica ( )

102

9) Coloque en el pareacutentesis UCP si la unioacuten es

covalente polar y UCNP si es covalento no

polar en cada una de las siguientes sustancias

a) cloruro de hidroacutegeno HCl ( )

b) Hidroacutegeno H2 ( )

c) yodo l2 ( )

10) Escribiacute la foacutermula electroacutenica y la foacutermula

desarrollada de cada una de las sustancias

mencionadas en el ejercicio 9

11) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten

a) del azufre (S)en el dioacutexido de azufre (SO2) en

el trioacutexido de azufre (SO3) y en el sulfuro de

sodio (Na2S)

b) del nitroacutegeno (N) en el dioacutexido de nitroacutegeno

(NO2) en el aacutecido niacutetrico (HNO3) y en el ni-

trato de potasio (KNO3)

12) Marcaacute con una X las propiedades que se expli-

can en el concepto de unioacuten metaacutelica

103

a) Tienen bajo punto de fusioacuten y de

ebullicioacuten ( )

b) Tienen brillo metaacutelico ( )

c) Conducen la corriente eleacutectrica sin

alterarse ( )

d) En estado soacutelido son malos conductores de la

corriente eleacutectrica ( )

e) Forman hilos y laacuteminas delgadas ( )

104

Hoja de respuestas 1212

1) a) He b) Al c)

Si d)

Ar e)

N

2) a) cede un electroacuten d) cede electrones c)

gana dos electrones b) y e) gana un electroacuten

3) a) Ecuaciones ioacutenicas

K K1+ + 1 e

Br + 1 e Br1-

K1+ + Br- KBr

Foacutermula electroacutenica K1+minus

1

Br

Foacutermula miacutenima KBr

b) Ecuaciones ioacutenicas

Ca Ca 2+ + 2 e

O + 2 e O2-

Ca2+ + O2- CaO

Foacutermula electroacutenica Ca2+ minus

2

O

105

Foacutermula miacutenima CaO

4) b y d

5) se unen compartiendo un par de electrones

6) a) unioacuten covalente

b) foacutermula electroacutenica

Cl

O

Cl

foacutermula desarrollada Cl O Cl

7) a) una unioacuten covalente doble entre el azufre y

uno de los aacutetomos de oxiacutegeno dos uniones cova-

lentes coordinadas con los otros dos aacutetomos de

oxiacutegeno

b) Foacutermula electroacutenica

Foacutermula desarrollada

106

8) a b y e

9) a) UCP y c) UCNP

10) Foacutermula electroacutenica Foacutermula desarrollada

a) H

Cl H Cl

b) HH H H

c)

I

I l I

11) a) +4 +6 -2 b) +4 +5 +5

12) b c y e

  • RADIACTIVIDAD
    • IacuteNDICE
      • 1 RADIACTIVIDAD NATURAL
      • 2 RELACIOacuteN ENTRE LA LEY DE LAVOISIER Y LA DE EINSTEIN
      • 3 INTERACCIONES ENTRE AacuteTOMOS Y ONDAS
      • 4 PODER DE PENETRACIOacuteN DE LA RADIACIOacuteN
      • 5 VIDA MEDIA
      • 6 RADIACTIVIDAD ARTIFICIAL
      • 7 USOS DE LOS RADIOISOacuteTOPOS
      • 8 MEDICINA NUCLEAR
      • 9 FECHADO POR MEDIO DE RADIOISOacuteTOPOS
      • 10 PLANTAS DE ENERGIacuteA NUCLEAR
      • 11 BOMBA ATOacuteMICA
      • 12 EFECTOS DE UNA EXPLOSIOacuteN NUCLEAR
        • Ejercicios 12
        • Ejercicios 121
        • Hoja de respuestas121
        • Ejercicios 1211
        • Ejercicios 1212
        • Hoja de respuestas 1212

75

DETONADOR DE URANIO La masa total se

divide en dos partes una mayor de forma semies-

feacuterica y coacutencava que se acopla perfectamente con

la otra maacutes pequentildea Como es de suponer ambas

se encuentran separadas hasta el momento de la

detonacioacuten en el que una explosioacuten convencional

dispara la parte pequentildea que impacta contra la

mayor para lograr en un instante la masa supercriacute-

tica

DETONADOR DE PLUTONIO Necesita

una precisioacuten de ingenieriacutea mucho mayor que la

anterior ya que estaacute compuesta de 32 secciones de

plutonio-berilio-polonio todas de igual forma y

posicioacuten distribuidas conceacutentricamente El aspecto

final es parecido al de un baloacuten de fuacutetbol Todas

han de cerrarse simeacutetricamente en una diezmillo-

neacutesima de segundo para conseguir la detonacioacuten

DEFLECTOR DE NEUTRONES Suele ser

U-238 Su funcioacuten es la que ya se explicoacute evitar

76

una reaccioacuten accidental ademaacutes refleja las partiacutecu-

las de vuelta cuando se alcanza la masa supercriacuteti-

ca

ESCUDO PROTECTOR Recibe otros nom-

bres pero su funcioacuten es siempre la de proteger de

la radiacioacuten natural tanto al personal que la maneja

como a los circuitos de la bomba que pueden su-

frir cortocircuitos o puestas en funcionamiento

accidentales

SISTEMA DE ARMADO Es otro sistema maacutes

de seguridad consistente en quitar una parte im-

prescindible de la bomba para evitar detonaciones

accidentales de modo que soacutelo cuando estaacute

proacuteximo su lanzamiento se inserta esta parte Una

analogiacutea seriacutea como si al aparcar nuestro coche le

quitaacuteramos el volante o una bujiacutea asiacute estariacuteamos

seguros de que no nos lo roban porque sin estas

partes el coche no funciona

77

12 EFECTOS DE UNA EXPLOSIOacuteN NUCLEAR

Tenemos frescas en nuestra memo-

ria las imaacutegenes que nos mostroacute la

televisioacuten cuando se produjo el ac-

cidente de Chernobyl

Aquiacute explicamos todas las conse-

cuencias de una detonacioacuten 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

78

bull Radiacioacuten nuclear inicial la altiacutesima

temperatura y la elevada presioacuten que se

genera en el interior de la explosioacuten emi-

ten radiacioacuten en todas las direcciones Esta

se compone de rayos alfa beta y gamma

que son una forma de radiacioacuten electro-

magneacutetica de alta energiacutea que puede causar

la muerte sin que el individuo se de cuenta

de que ha sido irradiado Una explosioacuten de

un megatoacuten (de tamantildeo estaacutendar) matariacutea

a todo ser humano en 15 Km a la redonda

que se encontrase al aire libre

Las partiacuteculas alfa son ideacutenticas a un nuacutecleo de

helio son las que mas larga vida tienen unos mil

antildeos pero su poder de penetracioacuten 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 radiacioacuten Con 45 cm de tierra se

consigue reducir la radiacioacuten veinte veces

Las partiacuteculas beta penetran maacutes siendo suficiente

79

38 cm de pared de ladrillo para reducir a un quin-

to la radiacioacuten (una pared moderna ya espesa se

compone de 1 pie de ladrillo maacutes caacutemara maacutes

aislante maacutes ladrillo hueco y yeso que suele que-

darse en los 37 cm)

Los de maacutes poder de penetracioacuten son las gamma

y por tanto los maacutes peligrosos ya son los que se

introducen en los refugios nucleares auacuten con

grandes espesores de hormigoacuten La uacutenica protec-

cioacuten eficaz es la de interponer grandes masas de

material mejor cuanto maacutes denso siendo el ideal

el plomo ya que pasa por los materiales como la

luz por una tela si esta es maacutes densa mayor canti-

dad de chocaraacute con ella y no la traspasaraacute Para

reducir la dosis a un veinteavo se precisan 30 cm

de hormigoacuten armado

bull Pulso electromagneacutetico La intensa acti-

vidad de los rayos gamma genera mediante

induccioacuten una corriente de alto voltaje so-

80

bre antenas viacuteas feacuterreas tuberiacuteas que des-

truye todas las instalaciones eleacutectricas de

una amplia zona si la explosioacuten se efectuacutea

a gran altura Una detonacioacuten de muchos

kilotones a 200 km sobre Omaha (Ne-

brasca) destruiriacutea todos los circuitos eleacutec-

tricos integrados de toda Norteameacuterica y

parte de Meacutejico y Canadaacute Ante el riesgo

de una detonacioacuten nuclear es conveniente

alejarse de liacuteneas eleacutectricas y viacutea feacuterreas ya

que la corriente inducida puede electrocu-

tarnos

bull Pulso teacutermico al expandirse la bola de

fuego el aire circundante absorbe energiacutea

en forma de rayos X y la irradia en forma

de una luz cegadora y un intensiacutesimo ca-

lor Una bomba de 20 Megatones produci-

riacutea una intensa luz durante 20 segundos y

causariacutea quemaduras de segundo grado a

81

cualquier persona expuesta a 45 Km de

distancia

bull Onda de choque La raacutepida expansioacuten de

la bola de fuego genera una onda de cho-

que como cualquier explosioacuten pero de

una potencia muy superior ya que puede

aplastar o barrer edificios dantildeaacutendolos muy

seriamente o destruyeacutendolos por comple-

to ya que maacutes que empujar por su dura-

cioacuten lo que hace es estrujar Una bomba

de 20 megatones no dejariacutea en un radio de

20 Km maacutes que escombros soacutelo se salva-

riacutean las cimentaciones y construcciones

enterradas

bull Primera lluvia radioactiva o lluvia ra-

diactiva local una explosioacuten de 20 mega-

tones aras de suelo produciriacutea un craacuteter de

183 m de profundidad la elevada tempe-

82

ratura vaporiza todo lo que se encuentra

dentro de la bola de fuego todo se funde

con los materiales radiactivos de la fisioacuten o

fusioacuten y se eleva con el hongo para luego

precipitar en forma de finas cenizas Esto

ocurriraacute durante las 24 h siguientes a la

explosioacuten y afectaraacute a una regioacuten maacutes o

menos amplia para una misma potencia

seguacuten la climatologiacutea El fenoacutemeno se am-

pliacutea considerablemente si la detonacioacuten se

produce cerca del suelo La energiacutea 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 maacutes destructivos los deno-

minados secundarios como incendios en masa

que acabariacutean con los pocos supervivientes y ma-

tariacutean a maacutes que el pulso teacutermico y la onda de

choque

83

Ademaacutes en caso de que se lanzaran muchas

bombas nucleares sus efectos secundarios seriacutean

mucho maacutes 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 10000 mega-

tones miacutenimos para considerar un holocausto

como tal

bull El primero de estos efectos es que la ra-

dioactividad liberada en caso de holocaus-

to penetrariacutea en todos y cada uno de los

seres vivos (y en el mar la tierra y el aire)

Mientras que en dosis altas (seguacuten la espe-

cie) produciriacutea la muerte en otras maacutes ba-

jas los efectos seriacutean de lo maacutes variados

(mutaciones esterilidad)

bull El segundo seriacutea que los materiales im-

pulsados por las detonaciones se elevariacutean

hasta la troposfera donde ocultariacutean la luz

84

del sol durante meses o antildeos haciendo ba-

jar la temperatura de la tierra y alterando la

fotosiacutentesis de los vegetales y el plancton

marino seriacutea el famoso invierno nuclear

Ademaacutes estos materiales radiactivos iriacutean

cayendo durante meses o antildeos convirtieacuten-

dose en una lluvia radiactiva global que

auacuten con menos dosis radiactiva que una

lluvia provocada por una bomba seriacutea

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

antildeos Ese 5 de energiacutea liberada por la

lluvia radiactividad en una bomba es poco

pero en los 10000 megatones de un holo-

causto suponen ya 500 megatones que iraacuten

estallando durante miles de antildeos des-

pueacutes de la cataacutestrofe

85

bull El tercero seriacutea una reduccioacuten en la capa

de ozono producida por el oacutexido de nitroacute-

geno generado por las bolas de fuego de

modo que la radiacioacuten solar que llegase a

la tierra seriacutea mortal Un 70 del ozono

desapareceriacutea en el hemisferio norte y un

40 en el sur siendo necesarios treinta

antildeos para recuperar su estado normal

86

Ejercicios 12

MODELO DE RESOLUCIOacuteN

La distribucioacuten de los electrones de un aacutetomo

en sus niveles y subniveles se puede representar en

forma abreviada de la siguiente manera

a) Un coeficiente que indica el nuacutemero del nivel

de energiacutea (n)

b) Una letra que corresponde al subnivel

c) Un supraiacutendice que sentildeala el nuacutemero de elec-

trones que hay en el subnivel

1H = 1s1

3Li = 1s2 2s1

En razoacuten del entrecruzamiento de subniveles

el orden en que se van completando los subniveles

por energiacutea creciente es el siguiente

87

1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d

4p 5s 4d 5p 6s 4f

5d 6p 7s 5f 6d

7p

Para visualizar la distribucioacuten de los electrones

en orbitales se puede representar cada orbital por

un pequentildeo cuadrado dividido por una diagonal

y cada electroacuten mediante una flecha

Entonces el orbital puede estar

Vaciacuteo incompleto completo

(1 electroacuten) (2 electrones)

En caso del orbital completo las flechas tienen

sentido contrario para indicar que los electrones

presentan spin contrario

El llenado de los orbitales por los electrones

se realiza a partir de los niveles y subniveles en

88

orden creciente de energiacutea Cada nuevo electroacuten se

incorpora a un orbital vaciacuteo

De ese modo los elementos quedan represen-

tados asiacute

1H =

1s

3Li =

1s 2s

7N =

1s 2s 2p

89

Ejercicios 121

1) Un aacutetomo de foacutesforo tiene 15 protones y 16

neutrones Indicaacute cuaacutel es su

a) nuacutemero atoacutemico (Z) b) nuacutemero

de masa (A)

2) Un aacutetomo de potasio tiene Z =19 y A = 39

Indicaacute su nuacutemero de

a) protones b) electrones

c) neutrones

3) Completaacute los datos que faltan en el siguiente

cuadro

90

ELE-

MEN-

TO

NUacute-

MERO

ATOacute-

MICO

NUacute-

MERO

DE

MASA

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) Sentildealaacute el nombre y siacutembolo de los elementos

cuyas configuraciones electroacutenicas 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) Escribiacute la configuracioacuten electroacutenica de los

siguientes elementos

91

a) Na2311 = c) O16

8 =

b) Cl3517 = d) C12

6 =

6) De acuerdo con la siguiente representacioacuten de

los electrones en orbitales indicaacute a queacute ele-

mentos corresponden

a)

b)

c)

d)

7) Representaacute la distribucioacuten de los electrones en

orbitales de los elementos

a) 7N= c) 18Ar =

b) 15AI = d) 19K =

92

Hoja de respuestas121

1) a) 15 b) 31 2) a) 19 b) 19 c) 20

3)

ELE-

MEN-

TO

NUacuteME-

RO

ATOacute-

MICO

NUacute-

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)Argoacuten Ar

d)Escandio Sc

5) a) 1S2 2S2 2p6 3s1

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)middot

94

Ejercicios 1211

Modelo de resolucioacuten

El nuacutemero de oxidacioacuten se asigna seguacuten las si-

guientes reglas

1) El nuacutemero de oxidacioacuten de los elementos en la

sustancia simple es cero

Ejemplo Cu0 02Cl

2) El nuacutemero de oxidacioacuten del oxiacutegeno es 2

excepto en las sustancias como el agua oxige-

nada Ejemplo H2

2Ominus

3) El nuacutemero de oxidacioacuten del hidroacutegeno es +1

excepto en las sustancias donde estaacute combina-

do con los metales Ejemplo 1

H+

2O

4) El nuacutemero de oxidacioacuten de un ion monoatoacute-

mico es igual a la carga del ion Ejemplo Ca2-

Cl-

95

5) En la foacutermula de una sustancia la suma alge-

braica de los nuacutemeros de oxidacioacuten de todos

los aacutetomos debe ser cero Ejemplo 1

H+

2

2Ominus

there42(+1) + (-2) = 0

6) En los iones que tienen maacutes de un aacutetomo la

suma algebraica de los nuacutemeros de oxidacioacuten

de todos los aacutetomos es igual a la carga del ion

El nuacutemero de oxidacioacuten se escribe colocando primero el signo y luego el nuacutemero

Ejemplo el nuacutemero de oxidacioacuten del aluminio es +3

1) Calculaacute los nuacutemeros de oxidacioacuten en la moleacute-

cula de dioacutexido de azufre (SO2)

Datos SO2 nuacutemero de oxidacioacuten del O2

es 2

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de S

Resolucioacuten Cada aacutetomo de oxiacutegeno tiene

nuacutemero de oxidacioacuten 2 por lo tanto el nuacute-

mero de oxidacioacuten del azufre es +4 porque

2(-2) + (+4) = 0

96

2) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten del azufre en

el aacutecido sulfuacuterico (H2SO4)

Datos H2SO2 nuacutemero de oxidacioacuten del

O2 es 2 nuacutemero de oxidacioacuten de H es -1

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de S

Resolucioacuten Se debe cumplir que la suma al-gebraica de todos los nuacutemeros de oxidacioacuten sea cero

4(-2) + 21 + x = 0

-8 + 2 + x = 0

x = 6

Respuesta el nuacutemero de oxidacioacuten del azufre

en el aacutecido sulfuacuterico es +6

3) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten del nitroacutegeno

en el nitrato de sodio (NaNO3)

Datos NaNO3 nuacutemero de oxidacioacuten del

O2 es 2

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de N

97

Resolucioacuten El nuacutemero de oxidacioacuten del

sodio es +1 porque el ion sodio tiene una car-

ga eleacutectrica positiva

+1 + 3(-2) +x = 0

1 6 + x = 0

x = 5

Respuesta el nuacutemero de oxidacioacuten del nitroacute-

geno en el nitrato de sodio es +5

4) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten del azufre en

el ion sulfato (S 24Ominus )

Datos S 24Ominus nuacutemero de oxidacioacuten del O2

es 2

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de S

Resolucioacuten La suma de los nuacutemeros de

oxidacioacuten es igual a 2 porque el ion sulfato

tiene dos cargas negativas (2-)

x + 4(-2) = -2

x 8 = -2

x = 6

98

Respuesta El nuacutemero de oxidacioacuten del azu-

fre en el ion sulfato es +6

99

Ejercicios 1212

1) Dibujaacute los siacutembolos de Lewis para los aacutetomos

de

a) He b) Al c) Si d) Ar e) N

2) iquestCoacutemo adquiere la distribucioacuten electroacutenica del

ineacutertido maacutes cercano cada uno de los siguien-

tes aacutetomos

a) K b)

F c)

S d) Mg e)

Br

3) Escribiacute las ecuaciones ioacutenicas la foacutermula elec-

troacutenica y la foacutermula miacutenima del compuesto

ioacutenico formado por

a) K y Br (bromuro de potasio)

b) Ca y O (oacutexido de calcio)

4) Marcaacute con una X las propiedades correspon-

dientes a las sustancias que presentan uniones

ioacutenicas

100

a) Son soacutelidas y tienen bajo punto de fusioacuten ( )

b) Conducen la corriente eleacutectrica fundidas o di-

sueltas en agua ( )

c) Tienen brillo metaacutelico ( )

d) Forman cristales duros y quebradizos solubles

en agua ( )

e) No conducen la corriente eleacutectrica ( )

5) Explicaacute coacutemo se unen dos aacutetomos de bromo

para formar la moleacutecula Br2 y escribiacute su

foacutermula electroacutenica y su foacutermula desarrollada

6) La foacutermula del monoacutexido de dicloro es Cl2O

a) Indicaacute queacute tipo de unioacuten existe entre el cloro y

el oxiacutegeno

b) Escribiacute su foacutermula electroacutenica y su foacutermula

desarrollada

7) El azufre y el oxiacutegeno forman dos oacutexidos

importantes el dioacutexido de azufre (SO2) y el

101

trioacutexido de azufre (SO3) Para el trioacutexido de

azufre

a) Indicaacute queacute tipo de unioacuten existe entre el azufre

y los tres aacutetomos de oxiacutegeno

b) Escribiacute la foacutermula electroacutenica

c) Escribiacute la foacutermula desarrollada

8) Marcaacute 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

liacutequidas o soacutelidas ( )

c) Son duacutectiles y maleables ( )

d) No forman moleacuteculas son agregados de

iones ( )

e) No son buenas conductoras de la corriente

eleacutectrica ( )

102

9) Coloque en el pareacutentesis UCP si la unioacuten es

covalente polar y UCNP si es covalento no

polar en cada una de las siguientes sustancias

a) cloruro de hidroacutegeno HCl ( )

b) Hidroacutegeno H2 ( )

c) yodo l2 ( )

10) Escribiacute la foacutermula electroacutenica y la foacutermula

desarrollada de cada una de las sustancias

mencionadas en el ejercicio 9

11) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten

a) del azufre (S)en el dioacutexido de azufre (SO2) en

el trioacutexido de azufre (SO3) y en el sulfuro de

sodio (Na2S)

b) del nitroacutegeno (N) en el dioacutexido de nitroacutegeno

(NO2) en el aacutecido niacutetrico (HNO3) y en el ni-

trato de potasio (KNO3)

12) Marcaacute con una X las propiedades que se expli-

can en el concepto de unioacuten metaacutelica

103

a) Tienen bajo punto de fusioacuten y de

ebullicioacuten ( )

b) Tienen brillo metaacutelico ( )

c) Conducen la corriente eleacutectrica sin

alterarse ( )

d) En estado soacutelido son malos conductores de la

corriente eleacutectrica ( )

e) Forman hilos y laacuteminas delgadas ( )

104

Hoja de respuestas 1212

1) a) He b) Al c)

Si d)

Ar e)

N

2) a) cede un electroacuten d) cede electrones c)

gana dos electrones b) y e) gana un electroacuten

3) a) Ecuaciones ioacutenicas

K K1+ + 1 e

Br + 1 e Br1-

K1+ + Br- KBr

Foacutermula electroacutenica K1+minus

1

Br

Foacutermula miacutenima KBr

b) Ecuaciones ioacutenicas

Ca Ca 2+ + 2 e

O + 2 e O2-

Ca2+ + O2- CaO

Foacutermula electroacutenica Ca2+ minus

2

O

105

Foacutermula miacutenima CaO

4) b y d

5) se unen compartiendo un par de electrones

6) a) unioacuten covalente

b) foacutermula electroacutenica

Cl

O

Cl

foacutermula desarrollada Cl O Cl

7) a) una unioacuten covalente doble entre el azufre y

uno de los aacutetomos de oxiacutegeno dos uniones cova-

lentes coordinadas con los otros dos aacutetomos de

oxiacutegeno

b) Foacutermula electroacutenica

Foacutermula desarrollada

106

8) a b y e

9) a) UCP y c) UCNP

10) Foacutermula electroacutenica Foacutermula desarrollada

a) H

Cl H Cl

b) HH H H

c)

I

I l I

11) a) +4 +6 -2 b) +4 +5 +5

12) b c y e

  • RADIACTIVIDAD
    • IacuteNDICE
      • 1 RADIACTIVIDAD NATURAL
      • 2 RELACIOacuteN ENTRE LA LEY DE LAVOISIER Y LA DE EINSTEIN
      • 3 INTERACCIONES ENTRE AacuteTOMOS Y ONDAS
      • 4 PODER DE PENETRACIOacuteN DE LA RADIACIOacuteN
      • 5 VIDA MEDIA
      • 6 RADIACTIVIDAD ARTIFICIAL
      • 7 USOS DE LOS RADIOISOacuteTOPOS
      • 8 MEDICINA NUCLEAR
      • 9 FECHADO POR MEDIO DE RADIOISOacuteTOPOS
      • 10 PLANTAS DE ENERGIacuteA NUCLEAR
      • 11 BOMBA ATOacuteMICA
      • 12 EFECTOS DE UNA EXPLOSIOacuteN NUCLEAR
        • Ejercicios 12
        • Ejercicios 121
        • Hoja de respuestas121
        • Ejercicios 1211
        • Ejercicios 1212
        • Hoja de respuestas 1212

76

una reaccioacuten accidental ademaacutes refleja las partiacutecu-

las de vuelta cuando se alcanza la masa supercriacuteti-

ca

ESCUDO PROTECTOR Recibe otros nom-

bres pero su funcioacuten es siempre la de proteger de

la radiacioacuten natural tanto al personal que la maneja

como a los circuitos de la bomba que pueden su-

frir cortocircuitos o puestas en funcionamiento

accidentales

SISTEMA DE ARMADO Es otro sistema maacutes

de seguridad consistente en quitar una parte im-

prescindible de la bomba para evitar detonaciones

accidentales de modo que soacutelo cuando estaacute

proacuteximo su lanzamiento se inserta esta parte Una

analogiacutea seriacutea como si al aparcar nuestro coche le

quitaacuteramos el volante o una bujiacutea asiacute estariacuteamos

seguros de que no nos lo roban porque sin estas

partes el coche no funciona

77

12 EFECTOS DE UNA EXPLOSIOacuteN NUCLEAR

Tenemos frescas en nuestra memo-

ria las imaacutegenes que nos mostroacute la

televisioacuten cuando se produjo el ac-

cidente de Chernobyl

Aquiacute explicamos todas las conse-

cuencias de una detonacioacuten 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

78

bull Radiacioacuten nuclear inicial la altiacutesima

temperatura y la elevada presioacuten que se

genera en el interior de la explosioacuten emi-

ten radiacioacuten en todas las direcciones Esta

se compone de rayos alfa beta y gamma

que son una forma de radiacioacuten electro-

magneacutetica de alta energiacutea que puede causar

la muerte sin que el individuo se de cuenta

de que ha sido irradiado Una explosioacuten de

un megatoacuten (de tamantildeo estaacutendar) matariacutea

a todo ser humano en 15 Km a la redonda

que se encontrase al aire libre

Las partiacuteculas alfa son ideacutenticas a un nuacutecleo de

helio son las que mas larga vida tienen unos mil

antildeos pero su poder de penetracioacuten 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 radiacioacuten Con 45 cm de tierra se

consigue reducir la radiacioacuten veinte veces

Las partiacuteculas beta penetran maacutes siendo suficiente

79

38 cm de pared de ladrillo para reducir a un quin-

to la radiacioacuten (una pared moderna ya espesa se

compone de 1 pie de ladrillo maacutes caacutemara maacutes

aislante maacutes ladrillo hueco y yeso que suele que-

darse en los 37 cm)

Los de maacutes poder de penetracioacuten son las gamma

y por tanto los maacutes peligrosos ya son los que se

introducen en los refugios nucleares auacuten con

grandes espesores de hormigoacuten La uacutenica protec-

cioacuten eficaz es la de interponer grandes masas de

material mejor cuanto maacutes denso siendo el ideal

el plomo ya que pasa por los materiales como la

luz por una tela si esta es maacutes densa mayor canti-

dad de chocaraacute con ella y no la traspasaraacute Para

reducir la dosis a un veinteavo se precisan 30 cm

de hormigoacuten armado

bull Pulso electromagneacutetico La intensa acti-

vidad de los rayos gamma genera mediante

induccioacuten una corriente de alto voltaje so-

80

bre antenas viacuteas feacuterreas tuberiacuteas que des-

truye todas las instalaciones eleacutectricas de

una amplia zona si la explosioacuten se efectuacutea

a gran altura Una detonacioacuten de muchos

kilotones a 200 km sobre Omaha (Ne-

brasca) destruiriacutea todos los circuitos eleacutec-

tricos integrados de toda Norteameacuterica y

parte de Meacutejico y Canadaacute Ante el riesgo

de una detonacioacuten nuclear es conveniente

alejarse de liacuteneas eleacutectricas y viacutea feacuterreas ya

que la corriente inducida puede electrocu-

tarnos

bull Pulso teacutermico al expandirse la bola de

fuego el aire circundante absorbe energiacutea

en forma de rayos X y la irradia en forma

de una luz cegadora y un intensiacutesimo ca-

lor Una bomba de 20 Megatones produci-

riacutea una intensa luz durante 20 segundos y

causariacutea quemaduras de segundo grado a

81

cualquier persona expuesta a 45 Km de

distancia

bull Onda de choque La raacutepida expansioacuten de

la bola de fuego genera una onda de cho-

que como cualquier explosioacuten pero de

una potencia muy superior ya que puede

aplastar o barrer edificios dantildeaacutendolos muy

seriamente o destruyeacutendolos por comple-

to ya que maacutes que empujar por su dura-

cioacuten lo que hace es estrujar Una bomba

de 20 megatones no dejariacutea en un radio de

20 Km maacutes que escombros soacutelo se salva-

riacutean las cimentaciones y construcciones

enterradas

bull Primera lluvia radioactiva o lluvia ra-

diactiva local una explosioacuten de 20 mega-

tones aras de suelo produciriacutea un craacuteter de

183 m de profundidad la elevada tempe-

82

ratura vaporiza todo lo que se encuentra

dentro de la bola de fuego todo se funde

con los materiales radiactivos de la fisioacuten o

fusioacuten y se eleva con el hongo para luego

precipitar en forma de finas cenizas Esto

ocurriraacute durante las 24 h siguientes a la

explosioacuten y afectaraacute a una regioacuten maacutes o

menos amplia para una misma potencia

seguacuten la climatologiacutea El fenoacutemeno se am-

pliacutea considerablemente si la detonacioacuten se

produce cerca del suelo La energiacutea 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 maacutes destructivos los deno-

minados secundarios como incendios en masa

que acabariacutean con los pocos supervivientes y ma-

tariacutean a maacutes que el pulso teacutermico y la onda de

choque

83

Ademaacutes en caso de que se lanzaran muchas

bombas nucleares sus efectos secundarios seriacutean

mucho maacutes 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 10000 mega-

tones miacutenimos para considerar un holocausto

como tal

bull El primero de estos efectos es que la ra-

dioactividad liberada en caso de holocaus-

to penetrariacutea en todos y cada uno de los

seres vivos (y en el mar la tierra y el aire)

Mientras que en dosis altas (seguacuten la espe-

cie) produciriacutea la muerte en otras maacutes ba-

jas los efectos seriacutean de lo maacutes variados

(mutaciones esterilidad)

bull El segundo seriacutea que los materiales im-

pulsados por las detonaciones se elevariacutean

hasta la troposfera donde ocultariacutean la luz

84

del sol durante meses o antildeos haciendo ba-

jar la temperatura de la tierra y alterando la

fotosiacutentesis de los vegetales y el plancton

marino seriacutea el famoso invierno nuclear

Ademaacutes estos materiales radiactivos iriacutean

cayendo durante meses o antildeos convirtieacuten-

dose en una lluvia radiactiva global que

auacuten con menos dosis radiactiva que una

lluvia provocada por una bomba seriacutea

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

antildeos Ese 5 de energiacutea liberada por la

lluvia radiactividad en una bomba es poco

pero en los 10000 megatones de un holo-

causto suponen ya 500 megatones que iraacuten

estallando durante miles de antildeos des-

pueacutes de la cataacutestrofe

85

bull El tercero seriacutea una reduccioacuten en la capa

de ozono producida por el oacutexido de nitroacute-

geno generado por las bolas de fuego de

modo que la radiacioacuten solar que llegase a

la tierra seriacutea mortal Un 70 del ozono

desapareceriacutea en el hemisferio norte y un

40 en el sur siendo necesarios treinta

antildeos para recuperar su estado normal

86

Ejercicios 12

MODELO DE RESOLUCIOacuteN

La distribucioacuten de los electrones de un aacutetomo

en sus niveles y subniveles se puede representar en

forma abreviada de la siguiente manera

a) Un coeficiente que indica el nuacutemero del nivel

de energiacutea (n)

b) Una letra que corresponde al subnivel

c) Un supraiacutendice que sentildeala el nuacutemero de elec-

trones que hay en el subnivel

1H = 1s1

3Li = 1s2 2s1

En razoacuten del entrecruzamiento de subniveles

el orden en que se van completando los subniveles

por energiacutea creciente es el siguiente

87

1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d

4p 5s 4d 5p 6s 4f

5d 6p 7s 5f 6d

7p

Para visualizar la distribucioacuten de los electrones

en orbitales se puede representar cada orbital por

un pequentildeo cuadrado dividido por una diagonal

y cada electroacuten mediante una flecha

Entonces el orbital puede estar

Vaciacuteo incompleto completo

(1 electroacuten) (2 electrones)

En caso del orbital completo las flechas tienen

sentido contrario para indicar que los electrones

presentan spin contrario

El llenado de los orbitales por los electrones

se realiza a partir de los niveles y subniveles en

88

orden creciente de energiacutea Cada nuevo electroacuten se

incorpora a un orbital vaciacuteo

De ese modo los elementos quedan represen-

tados asiacute

1H =

1s

3Li =

1s 2s

7N =

1s 2s 2p

89

Ejercicios 121

1) Un aacutetomo de foacutesforo tiene 15 protones y 16

neutrones Indicaacute cuaacutel es su

a) nuacutemero atoacutemico (Z) b) nuacutemero

de masa (A)

2) Un aacutetomo de potasio tiene Z =19 y A = 39

Indicaacute su nuacutemero de

a) protones b) electrones

c) neutrones

3) Completaacute los datos que faltan en el siguiente

cuadro

90

ELE-

MEN-

TO

NUacute-

MERO

ATOacute-

MICO

NUacute-

MERO

DE

MASA

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) Sentildealaacute el nombre y siacutembolo de los elementos

cuyas configuraciones electroacutenicas 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) Escribiacute la configuracioacuten electroacutenica de los

siguientes elementos

91

a) Na2311 = c) O16

8 =

b) Cl3517 = d) C12

6 =

6) De acuerdo con la siguiente representacioacuten de

los electrones en orbitales indicaacute a queacute ele-

mentos corresponden

a)

b)

c)

d)

7) Representaacute la distribucioacuten de los electrones en

orbitales de los elementos

a) 7N= c) 18Ar =

b) 15AI = d) 19K =

92

Hoja de respuestas121

1) a) 15 b) 31 2) a) 19 b) 19 c) 20

3)

ELE-

MEN-

TO

NUacuteME-

RO

ATOacute-

MICO

NUacute-

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)Argoacuten Ar

d)Escandio Sc

5) a) 1S2 2S2 2p6 3s1

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)middot

94

Ejercicios 1211

Modelo de resolucioacuten

El nuacutemero de oxidacioacuten se asigna seguacuten las si-

guientes reglas

1) El nuacutemero de oxidacioacuten de los elementos en la

sustancia simple es cero

Ejemplo Cu0 02Cl

2) El nuacutemero de oxidacioacuten del oxiacutegeno es 2

excepto en las sustancias como el agua oxige-

nada Ejemplo H2

2Ominus

3) El nuacutemero de oxidacioacuten del hidroacutegeno es +1

excepto en las sustancias donde estaacute combina-

do con los metales Ejemplo 1

H+

2O

4) El nuacutemero de oxidacioacuten de un ion monoatoacute-

mico es igual a la carga del ion Ejemplo Ca2-

Cl-

95

5) En la foacutermula de una sustancia la suma alge-

braica de los nuacutemeros de oxidacioacuten de todos

los aacutetomos debe ser cero Ejemplo 1

H+

2

2Ominus

there42(+1) + (-2) = 0

6) En los iones que tienen maacutes de un aacutetomo la

suma algebraica de los nuacutemeros de oxidacioacuten

de todos los aacutetomos es igual a la carga del ion

El nuacutemero de oxidacioacuten se escribe colocando primero el signo y luego el nuacutemero

Ejemplo el nuacutemero de oxidacioacuten del aluminio es +3

1) Calculaacute los nuacutemeros de oxidacioacuten en la moleacute-

cula de dioacutexido de azufre (SO2)

Datos SO2 nuacutemero de oxidacioacuten del O2

es 2

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de S

Resolucioacuten Cada aacutetomo de oxiacutegeno tiene

nuacutemero de oxidacioacuten 2 por lo tanto el nuacute-

mero de oxidacioacuten del azufre es +4 porque

2(-2) + (+4) = 0

96

2) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten del azufre en

el aacutecido sulfuacuterico (H2SO4)

Datos H2SO2 nuacutemero de oxidacioacuten del

O2 es 2 nuacutemero de oxidacioacuten de H es -1

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de S

Resolucioacuten Se debe cumplir que la suma al-gebraica de todos los nuacutemeros de oxidacioacuten sea cero

4(-2) + 21 + x = 0

-8 + 2 + x = 0

x = 6

Respuesta el nuacutemero de oxidacioacuten del azufre

en el aacutecido sulfuacuterico es +6

3) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten del nitroacutegeno

en el nitrato de sodio (NaNO3)

Datos NaNO3 nuacutemero de oxidacioacuten del

O2 es 2

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de N

97

Resolucioacuten El nuacutemero de oxidacioacuten del

sodio es +1 porque el ion sodio tiene una car-

ga eleacutectrica positiva

+1 + 3(-2) +x = 0

1 6 + x = 0

x = 5

Respuesta el nuacutemero de oxidacioacuten del nitroacute-

geno en el nitrato de sodio es +5

4) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten del azufre en

el ion sulfato (S 24Ominus )

Datos S 24Ominus nuacutemero de oxidacioacuten del O2

es 2

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de S

Resolucioacuten La suma de los nuacutemeros de

oxidacioacuten es igual a 2 porque el ion sulfato

tiene dos cargas negativas (2-)

x + 4(-2) = -2

x 8 = -2

x = 6

98

Respuesta El nuacutemero de oxidacioacuten del azu-

fre en el ion sulfato es +6

99

Ejercicios 1212

1) Dibujaacute los siacutembolos de Lewis para los aacutetomos

de

a) He b) Al c) Si d) Ar e) N

2) iquestCoacutemo adquiere la distribucioacuten electroacutenica del

ineacutertido maacutes cercano cada uno de los siguien-

tes aacutetomos

a) K b)

F c)

S d) Mg e)

Br

3) Escribiacute las ecuaciones ioacutenicas la foacutermula elec-

troacutenica y la foacutermula miacutenima del compuesto

ioacutenico formado por

a) K y Br (bromuro de potasio)

b) Ca y O (oacutexido de calcio)

4) Marcaacute con una X las propiedades correspon-

dientes a las sustancias que presentan uniones

ioacutenicas

100

a) Son soacutelidas y tienen bajo punto de fusioacuten ( )

b) Conducen la corriente eleacutectrica fundidas o di-

sueltas en agua ( )

c) Tienen brillo metaacutelico ( )

d) Forman cristales duros y quebradizos solubles

en agua ( )

e) No conducen la corriente eleacutectrica ( )

5) Explicaacute coacutemo se unen dos aacutetomos de bromo

para formar la moleacutecula Br2 y escribiacute su

foacutermula electroacutenica y su foacutermula desarrollada

6) La foacutermula del monoacutexido de dicloro es Cl2O

a) Indicaacute queacute tipo de unioacuten existe entre el cloro y

el oxiacutegeno

b) Escribiacute su foacutermula electroacutenica y su foacutermula

desarrollada

7) El azufre y el oxiacutegeno forman dos oacutexidos

importantes el dioacutexido de azufre (SO2) y el

101

trioacutexido de azufre (SO3) Para el trioacutexido de

azufre

a) Indicaacute queacute tipo de unioacuten existe entre el azufre

y los tres aacutetomos de oxiacutegeno

b) Escribiacute la foacutermula electroacutenica

c) Escribiacute la foacutermula desarrollada

8) Marcaacute 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

liacutequidas o soacutelidas ( )

c) Son duacutectiles y maleables ( )

d) No forman moleacuteculas son agregados de

iones ( )

e) No son buenas conductoras de la corriente

eleacutectrica ( )

102

9) Coloque en el pareacutentesis UCP si la unioacuten es

covalente polar y UCNP si es covalento no

polar en cada una de las siguientes sustancias

a) cloruro de hidroacutegeno HCl ( )

b) Hidroacutegeno H2 ( )

c) yodo l2 ( )

10) Escribiacute la foacutermula electroacutenica y la foacutermula

desarrollada de cada una de las sustancias

mencionadas en el ejercicio 9

11) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten

a) del azufre (S)en el dioacutexido de azufre (SO2) en

el trioacutexido de azufre (SO3) y en el sulfuro de

sodio (Na2S)

b) del nitroacutegeno (N) en el dioacutexido de nitroacutegeno

(NO2) en el aacutecido niacutetrico (HNO3) y en el ni-

trato de potasio (KNO3)

12) Marcaacute con una X las propiedades que se expli-

can en el concepto de unioacuten metaacutelica

103

a) Tienen bajo punto de fusioacuten y de

ebullicioacuten ( )

b) Tienen brillo metaacutelico ( )

c) Conducen la corriente eleacutectrica sin

alterarse ( )

d) En estado soacutelido son malos conductores de la

corriente eleacutectrica ( )

e) Forman hilos y laacuteminas delgadas ( )

104

Hoja de respuestas 1212

1) a) He b) Al c)

Si d)

Ar e)

N

2) a) cede un electroacuten d) cede electrones c)

gana dos electrones b) y e) gana un electroacuten

3) a) Ecuaciones ioacutenicas

K K1+ + 1 e

Br + 1 e Br1-

K1+ + Br- KBr

Foacutermula electroacutenica K1+minus

1

Br

Foacutermula miacutenima KBr

b) Ecuaciones ioacutenicas

Ca Ca 2+ + 2 e

O + 2 e O2-

Ca2+ + O2- CaO

Foacutermula electroacutenica Ca2+ minus

2

O

105

Foacutermula miacutenima CaO

4) b y d

5) se unen compartiendo un par de electrones

6) a) unioacuten covalente

b) foacutermula electroacutenica

Cl

O

Cl

foacutermula desarrollada Cl O Cl

7) a) una unioacuten covalente doble entre el azufre y

uno de los aacutetomos de oxiacutegeno dos uniones cova-

lentes coordinadas con los otros dos aacutetomos de

oxiacutegeno

b) Foacutermula electroacutenica

Foacutermula desarrollada

106

8) a b y e

9) a) UCP y c) UCNP

10) Foacutermula electroacutenica Foacutermula desarrollada

a) H

Cl H Cl

b) HH H H

c)

I

I l I

11) a) +4 +6 -2 b) +4 +5 +5

12) b c y e

  • RADIACTIVIDAD
    • IacuteNDICE
      • 1 RADIACTIVIDAD NATURAL
      • 2 RELACIOacuteN ENTRE LA LEY DE LAVOISIER Y LA DE EINSTEIN
      • 3 INTERACCIONES ENTRE AacuteTOMOS Y ONDAS
      • 4 PODER DE PENETRACIOacuteN DE LA RADIACIOacuteN
      • 5 VIDA MEDIA
      • 6 RADIACTIVIDAD ARTIFICIAL
      • 7 USOS DE LOS RADIOISOacuteTOPOS
      • 8 MEDICINA NUCLEAR
      • 9 FECHADO POR MEDIO DE RADIOISOacuteTOPOS
      • 10 PLANTAS DE ENERGIacuteA NUCLEAR
      • 11 BOMBA ATOacuteMICA
      • 12 EFECTOS DE UNA EXPLOSIOacuteN NUCLEAR
        • Ejercicios 12
        • Ejercicios 121
        • Hoja de respuestas121
        • Ejercicios 1211
        • Ejercicios 1212
        • Hoja de respuestas 1212

77

12 EFECTOS DE UNA EXPLOSIOacuteN NUCLEAR

Tenemos frescas en nuestra memo-

ria las imaacutegenes que nos mostroacute la

televisioacuten cuando se produjo el ac-

cidente de Chernobyl

Aquiacute explicamos todas las conse-

cuencias de una detonacioacuten 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

78

bull Radiacioacuten nuclear inicial la altiacutesima

temperatura y la elevada presioacuten que se

genera en el interior de la explosioacuten emi-

ten radiacioacuten en todas las direcciones Esta

se compone de rayos alfa beta y gamma

que son una forma de radiacioacuten electro-

magneacutetica de alta energiacutea que puede causar

la muerte sin que el individuo se de cuenta

de que ha sido irradiado Una explosioacuten de

un megatoacuten (de tamantildeo estaacutendar) matariacutea

a todo ser humano en 15 Km a la redonda

que se encontrase al aire libre

Las partiacuteculas alfa son ideacutenticas a un nuacutecleo de

helio son las que mas larga vida tienen unos mil

antildeos pero su poder de penetracioacuten 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 radiacioacuten Con 45 cm de tierra se

consigue reducir la radiacioacuten veinte veces

Las partiacuteculas beta penetran maacutes siendo suficiente

79

38 cm de pared de ladrillo para reducir a un quin-

to la radiacioacuten (una pared moderna ya espesa se

compone de 1 pie de ladrillo maacutes caacutemara maacutes

aislante maacutes ladrillo hueco y yeso que suele que-

darse en los 37 cm)

Los de maacutes poder de penetracioacuten son las gamma

y por tanto los maacutes peligrosos ya son los que se

introducen en los refugios nucleares auacuten con

grandes espesores de hormigoacuten La uacutenica protec-

cioacuten eficaz es la de interponer grandes masas de

material mejor cuanto maacutes denso siendo el ideal

el plomo ya que pasa por los materiales como la

luz por una tela si esta es maacutes densa mayor canti-

dad de chocaraacute con ella y no la traspasaraacute Para

reducir la dosis a un veinteavo se precisan 30 cm

de hormigoacuten armado

bull Pulso electromagneacutetico La intensa acti-

vidad de los rayos gamma genera mediante

induccioacuten una corriente de alto voltaje so-

80

bre antenas viacuteas feacuterreas tuberiacuteas que des-

truye todas las instalaciones eleacutectricas de

una amplia zona si la explosioacuten se efectuacutea

a gran altura Una detonacioacuten de muchos

kilotones a 200 km sobre Omaha (Ne-

brasca) destruiriacutea todos los circuitos eleacutec-

tricos integrados de toda Norteameacuterica y

parte de Meacutejico y Canadaacute Ante el riesgo

de una detonacioacuten nuclear es conveniente

alejarse de liacuteneas eleacutectricas y viacutea feacuterreas ya

que la corriente inducida puede electrocu-

tarnos

bull Pulso teacutermico al expandirse la bola de

fuego el aire circundante absorbe energiacutea

en forma de rayos X y la irradia en forma

de una luz cegadora y un intensiacutesimo ca-

lor Una bomba de 20 Megatones produci-

riacutea una intensa luz durante 20 segundos y

causariacutea quemaduras de segundo grado a

81

cualquier persona expuesta a 45 Km de

distancia

bull Onda de choque La raacutepida expansioacuten de

la bola de fuego genera una onda de cho-

que como cualquier explosioacuten pero de

una potencia muy superior ya que puede

aplastar o barrer edificios dantildeaacutendolos muy

seriamente o destruyeacutendolos por comple-

to ya que maacutes que empujar por su dura-

cioacuten lo que hace es estrujar Una bomba

de 20 megatones no dejariacutea en un radio de

20 Km maacutes que escombros soacutelo se salva-

riacutean las cimentaciones y construcciones

enterradas

bull Primera lluvia radioactiva o lluvia ra-

diactiva local una explosioacuten de 20 mega-

tones aras de suelo produciriacutea un craacuteter de

183 m de profundidad la elevada tempe-

82

ratura vaporiza todo lo que se encuentra

dentro de la bola de fuego todo se funde

con los materiales radiactivos de la fisioacuten o

fusioacuten y se eleva con el hongo para luego

precipitar en forma de finas cenizas Esto

ocurriraacute durante las 24 h siguientes a la

explosioacuten y afectaraacute a una regioacuten maacutes o

menos amplia para una misma potencia

seguacuten la climatologiacutea El fenoacutemeno se am-

pliacutea considerablemente si la detonacioacuten se

produce cerca del suelo La energiacutea 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 maacutes destructivos los deno-

minados secundarios como incendios en masa

que acabariacutean con los pocos supervivientes y ma-

tariacutean a maacutes que el pulso teacutermico y la onda de

choque

83

Ademaacutes en caso de que se lanzaran muchas

bombas nucleares sus efectos secundarios seriacutean

mucho maacutes 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 10000 mega-

tones miacutenimos para considerar un holocausto

como tal

bull El primero de estos efectos es que la ra-

dioactividad liberada en caso de holocaus-

to penetrariacutea en todos y cada uno de los

seres vivos (y en el mar la tierra y el aire)

Mientras que en dosis altas (seguacuten la espe-

cie) produciriacutea la muerte en otras maacutes ba-

jas los efectos seriacutean de lo maacutes variados

(mutaciones esterilidad)

bull El segundo seriacutea que los materiales im-

pulsados por las detonaciones se elevariacutean

hasta la troposfera donde ocultariacutean la luz

84

del sol durante meses o antildeos haciendo ba-

jar la temperatura de la tierra y alterando la

fotosiacutentesis de los vegetales y el plancton

marino seriacutea el famoso invierno nuclear

Ademaacutes estos materiales radiactivos iriacutean

cayendo durante meses o antildeos convirtieacuten-

dose en una lluvia radiactiva global que

auacuten con menos dosis radiactiva que una

lluvia provocada por una bomba seriacutea

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

antildeos Ese 5 de energiacutea liberada por la

lluvia radiactividad en una bomba es poco

pero en los 10000 megatones de un holo-

causto suponen ya 500 megatones que iraacuten

estallando durante miles de antildeos des-

pueacutes de la cataacutestrofe

85

bull El tercero seriacutea una reduccioacuten en la capa

de ozono producida por el oacutexido de nitroacute-

geno generado por las bolas de fuego de

modo que la radiacioacuten solar que llegase a

la tierra seriacutea mortal Un 70 del ozono

desapareceriacutea en el hemisferio norte y un

40 en el sur siendo necesarios treinta

antildeos para recuperar su estado normal

86

Ejercicios 12

MODELO DE RESOLUCIOacuteN

La distribucioacuten de los electrones de un aacutetomo

en sus niveles y subniveles se puede representar en

forma abreviada de la siguiente manera

a) Un coeficiente que indica el nuacutemero del nivel

de energiacutea (n)

b) Una letra que corresponde al subnivel

c) Un supraiacutendice que sentildeala el nuacutemero de elec-

trones que hay en el subnivel

1H = 1s1

3Li = 1s2 2s1

En razoacuten del entrecruzamiento de subniveles

el orden en que se van completando los subniveles

por energiacutea creciente es el siguiente

87

1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d

4p 5s 4d 5p 6s 4f

5d 6p 7s 5f 6d

7p

Para visualizar la distribucioacuten de los electrones

en orbitales se puede representar cada orbital por

un pequentildeo cuadrado dividido por una diagonal

y cada electroacuten mediante una flecha

Entonces el orbital puede estar

Vaciacuteo incompleto completo

(1 electroacuten) (2 electrones)

En caso del orbital completo las flechas tienen

sentido contrario para indicar que los electrones

presentan spin contrario

El llenado de los orbitales por los electrones

se realiza a partir de los niveles y subniveles en

88

orden creciente de energiacutea Cada nuevo electroacuten se

incorpora a un orbital vaciacuteo

De ese modo los elementos quedan represen-

tados asiacute

1H =

1s

3Li =

1s 2s

7N =

1s 2s 2p

89

Ejercicios 121

1) Un aacutetomo de foacutesforo tiene 15 protones y 16

neutrones Indicaacute cuaacutel es su

a) nuacutemero atoacutemico (Z) b) nuacutemero

de masa (A)

2) Un aacutetomo de potasio tiene Z =19 y A = 39

Indicaacute su nuacutemero de

a) protones b) electrones

c) neutrones

3) Completaacute los datos que faltan en el siguiente

cuadro

90

ELE-

MEN-

TO

NUacute-

MERO

ATOacute-

MICO

NUacute-

MERO

DE

MASA

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) Sentildealaacute el nombre y siacutembolo de los elementos

cuyas configuraciones electroacutenicas 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) Escribiacute la configuracioacuten electroacutenica de los

siguientes elementos

91

a) Na2311 = c) O16

8 =

b) Cl3517 = d) C12

6 =

6) De acuerdo con la siguiente representacioacuten de

los electrones en orbitales indicaacute a queacute ele-

mentos corresponden

a)

b)

c)

d)

7) Representaacute la distribucioacuten de los electrones en

orbitales de los elementos

a) 7N= c) 18Ar =

b) 15AI = d) 19K =

92

Hoja de respuestas121

1) a) 15 b) 31 2) a) 19 b) 19 c) 20

3)

ELE-

MEN-

TO

NUacuteME-

RO

ATOacute-

MICO

NUacute-

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)Argoacuten Ar

d)Escandio Sc

5) a) 1S2 2S2 2p6 3s1

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)middot

94

Ejercicios 1211

Modelo de resolucioacuten

El nuacutemero de oxidacioacuten se asigna seguacuten las si-

guientes reglas

1) El nuacutemero de oxidacioacuten de los elementos en la

sustancia simple es cero

Ejemplo Cu0 02Cl

2) El nuacutemero de oxidacioacuten del oxiacutegeno es 2

excepto en las sustancias como el agua oxige-

nada Ejemplo H2

2Ominus

3) El nuacutemero de oxidacioacuten del hidroacutegeno es +1

excepto en las sustancias donde estaacute combina-

do con los metales Ejemplo 1

H+

2O

4) El nuacutemero de oxidacioacuten de un ion monoatoacute-

mico es igual a la carga del ion Ejemplo Ca2-

Cl-

95

5) En la foacutermula de una sustancia la suma alge-

braica de los nuacutemeros de oxidacioacuten de todos

los aacutetomos debe ser cero Ejemplo 1

H+

2

2Ominus

there42(+1) + (-2) = 0

6) En los iones que tienen maacutes de un aacutetomo la

suma algebraica de los nuacutemeros de oxidacioacuten

de todos los aacutetomos es igual a la carga del ion

El nuacutemero de oxidacioacuten se escribe colocando primero el signo y luego el nuacutemero

Ejemplo el nuacutemero de oxidacioacuten del aluminio es +3

1) Calculaacute los nuacutemeros de oxidacioacuten en la moleacute-

cula de dioacutexido de azufre (SO2)

Datos SO2 nuacutemero de oxidacioacuten del O2

es 2

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de S

Resolucioacuten Cada aacutetomo de oxiacutegeno tiene

nuacutemero de oxidacioacuten 2 por lo tanto el nuacute-

mero de oxidacioacuten del azufre es +4 porque

2(-2) + (+4) = 0

96

2) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten del azufre en

el aacutecido sulfuacuterico (H2SO4)

Datos H2SO2 nuacutemero de oxidacioacuten del

O2 es 2 nuacutemero de oxidacioacuten de H es -1

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de S

Resolucioacuten Se debe cumplir que la suma al-gebraica de todos los nuacutemeros de oxidacioacuten sea cero

4(-2) + 21 + x = 0

-8 + 2 + x = 0

x = 6

Respuesta el nuacutemero de oxidacioacuten del azufre

en el aacutecido sulfuacuterico es +6

3) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten del nitroacutegeno

en el nitrato de sodio (NaNO3)

Datos NaNO3 nuacutemero de oxidacioacuten del

O2 es 2

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de N

97

Resolucioacuten El nuacutemero de oxidacioacuten del

sodio es +1 porque el ion sodio tiene una car-

ga eleacutectrica positiva

+1 + 3(-2) +x = 0

1 6 + x = 0

x = 5

Respuesta el nuacutemero de oxidacioacuten del nitroacute-

geno en el nitrato de sodio es +5

4) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten del azufre en

el ion sulfato (S 24Ominus )

Datos S 24Ominus nuacutemero de oxidacioacuten del O2

es 2

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de S

Resolucioacuten La suma de los nuacutemeros de

oxidacioacuten es igual a 2 porque el ion sulfato

tiene dos cargas negativas (2-)

x + 4(-2) = -2

x 8 = -2

x = 6

98

Respuesta El nuacutemero de oxidacioacuten del azu-

fre en el ion sulfato es +6

99

Ejercicios 1212

1) Dibujaacute los siacutembolos de Lewis para los aacutetomos

de

a) He b) Al c) Si d) Ar e) N

2) iquestCoacutemo adquiere la distribucioacuten electroacutenica del

ineacutertido maacutes cercano cada uno de los siguien-

tes aacutetomos

a) K b)

F c)

S d) Mg e)

Br

3) Escribiacute las ecuaciones ioacutenicas la foacutermula elec-

troacutenica y la foacutermula miacutenima del compuesto

ioacutenico formado por

a) K y Br (bromuro de potasio)

b) Ca y O (oacutexido de calcio)

4) Marcaacute con una X las propiedades correspon-

dientes a las sustancias que presentan uniones

ioacutenicas

100

a) Son soacutelidas y tienen bajo punto de fusioacuten ( )

b) Conducen la corriente eleacutectrica fundidas o di-

sueltas en agua ( )

c) Tienen brillo metaacutelico ( )

d) Forman cristales duros y quebradizos solubles

en agua ( )

e) No conducen la corriente eleacutectrica ( )

5) Explicaacute coacutemo se unen dos aacutetomos de bromo

para formar la moleacutecula Br2 y escribiacute su

foacutermula electroacutenica y su foacutermula desarrollada

6) La foacutermula del monoacutexido de dicloro es Cl2O

a) Indicaacute queacute tipo de unioacuten existe entre el cloro y

el oxiacutegeno

b) Escribiacute su foacutermula electroacutenica y su foacutermula

desarrollada

7) El azufre y el oxiacutegeno forman dos oacutexidos

importantes el dioacutexido de azufre (SO2) y el

101

trioacutexido de azufre (SO3) Para el trioacutexido de

azufre

a) Indicaacute queacute tipo de unioacuten existe entre el azufre

y los tres aacutetomos de oxiacutegeno

b) Escribiacute la foacutermula electroacutenica

c) Escribiacute la foacutermula desarrollada

8) Marcaacute 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

liacutequidas o soacutelidas ( )

c) Son duacutectiles y maleables ( )

d) No forman moleacuteculas son agregados de

iones ( )

e) No son buenas conductoras de la corriente

eleacutectrica ( )

102

9) Coloque en el pareacutentesis UCP si la unioacuten es

covalente polar y UCNP si es covalento no

polar en cada una de las siguientes sustancias

a) cloruro de hidroacutegeno HCl ( )

b) Hidroacutegeno H2 ( )

c) yodo l2 ( )

10) Escribiacute la foacutermula electroacutenica y la foacutermula

desarrollada de cada una de las sustancias

mencionadas en el ejercicio 9

11) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten

a) del azufre (S)en el dioacutexido de azufre (SO2) en

el trioacutexido de azufre (SO3) y en el sulfuro de

sodio (Na2S)

b) del nitroacutegeno (N) en el dioacutexido de nitroacutegeno

(NO2) en el aacutecido niacutetrico (HNO3) y en el ni-

trato de potasio (KNO3)

12) Marcaacute con una X las propiedades que se expli-

can en el concepto de unioacuten metaacutelica

103

a) Tienen bajo punto de fusioacuten y de

ebullicioacuten ( )

b) Tienen brillo metaacutelico ( )

c) Conducen la corriente eleacutectrica sin

alterarse ( )

d) En estado soacutelido son malos conductores de la

corriente eleacutectrica ( )

e) Forman hilos y laacuteminas delgadas ( )

104

Hoja de respuestas 1212

1) a) He b) Al c)

Si d)

Ar e)

N

2) a) cede un electroacuten d) cede electrones c)

gana dos electrones b) y e) gana un electroacuten

3) a) Ecuaciones ioacutenicas

K K1+ + 1 e

Br + 1 e Br1-

K1+ + Br- KBr

Foacutermula electroacutenica K1+minus

1

Br

Foacutermula miacutenima KBr

b) Ecuaciones ioacutenicas

Ca Ca 2+ + 2 e

O + 2 e O2-

Ca2+ + O2- CaO

Foacutermula electroacutenica Ca2+ minus

2

O

105

Foacutermula miacutenima CaO

4) b y d

5) se unen compartiendo un par de electrones

6) a) unioacuten covalente

b) foacutermula electroacutenica

Cl

O

Cl

foacutermula desarrollada Cl O Cl

7) a) una unioacuten covalente doble entre el azufre y

uno de los aacutetomos de oxiacutegeno dos uniones cova-

lentes coordinadas con los otros dos aacutetomos de

oxiacutegeno

b) Foacutermula electroacutenica

Foacutermula desarrollada

106

8) a b y e

9) a) UCP y c) UCNP

10) Foacutermula electroacutenica Foacutermula desarrollada

a) H

Cl H Cl

b) HH H H

c)

I

I l I

11) a) +4 +6 -2 b) +4 +5 +5

12) b c y e

  • RADIACTIVIDAD
    • IacuteNDICE
      • 1 RADIACTIVIDAD NATURAL
      • 2 RELACIOacuteN ENTRE LA LEY DE LAVOISIER Y LA DE EINSTEIN
      • 3 INTERACCIONES ENTRE AacuteTOMOS Y ONDAS
      • 4 PODER DE PENETRACIOacuteN DE LA RADIACIOacuteN
      • 5 VIDA MEDIA
      • 6 RADIACTIVIDAD ARTIFICIAL
      • 7 USOS DE LOS RADIOISOacuteTOPOS
      • 8 MEDICINA NUCLEAR
      • 9 FECHADO POR MEDIO DE RADIOISOacuteTOPOS
      • 10 PLANTAS DE ENERGIacuteA NUCLEAR
      • 11 BOMBA ATOacuteMICA
      • 12 EFECTOS DE UNA EXPLOSIOacuteN NUCLEAR
        • Ejercicios 12
        • Ejercicios 121
        • Hoja de respuestas121
        • Ejercicios 1211
        • Ejercicios 1212
        • Hoja de respuestas 1212

78

bull Radiacioacuten nuclear inicial la altiacutesima

temperatura y la elevada presioacuten que se

genera en el interior de la explosioacuten emi-

ten radiacioacuten en todas las direcciones Esta

se compone de rayos alfa beta y gamma

que son una forma de radiacioacuten electro-

magneacutetica de alta energiacutea que puede causar

la muerte sin que el individuo se de cuenta

de que ha sido irradiado Una explosioacuten de

un megatoacuten (de tamantildeo estaacutendar) matariacutea

a todo ser humano en 15 Km a la redonda

que se encontrase al aire libre

Las partiacuteculas alfa son ideacutenticas a un nuacutecleo de

helio son las que mas larga vida tienen unos mil

antildeos pero su poder de penetracioacuten 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 radiacioacuten Con 45 cm de tierra se

consigue reducir la radiacioacuten veinte veces

Las partiacuteculas beta penetran maacutes siendo suficiente

79

38 cm de pared de ladrillo para reducir a un quin-

to la radiacioacuten (una pared moderna ya espesa se

compone de 1 pie de ladrillo maacutes caacutemara maacutes

aislante maacutes ladrillo hueco y yeso que suele que-

darse en los 37 cm)

Los de maacutes poder de penetracioacuten son las gamma

y por tanto los maacutes peligrosos ya son los que se

introducen en los refugios nucleares auacuten con

grandes espesores de hormigoacuten La uacutenica protec-

cioacuten eficaz es la de interponer grandes masas de

material mejor cuanto maacutes denso siendo el ideal

el plomo ya que pasa por los materiales como la

luz por una tela si esta es maacutes densa mayor canti-

dad de chocaraacute con ella y no la traspasaraacute Para

reducir la dosis a un veinteavo se precisan 30 cm

de hormigoacuten armado

bull Pulso electromagneacutetico La intensa acti-

vidad de los rayos gamma genera mediante

induccioacuten una corriente de alto voltaje so-

80

bre antenas viacuteas feacuterreas tuberiacuteas que des-

truye todas las instalaciones eleacutectricas de

una amplia zona si la explosioacuten se efectuacutea

a gran altura Una detonacioacuten de muchos

kilotones a 200 km sobre Omaha (Ne-

brasca) destruiriacutea todos los circuitos eleacutec-

tricos integrados de toda Norteameacuterica y

parte de Meacutejico y Canadaacute Ante el riesgo

de una detonacioacuten nuclear es conveniente

alejarse de liacuteneas eleacutectricas y viacutea feacuterreas ya

que la corriente inducida puede electrocu-

tarnos

bull Pulso teacutermico al expandirse la bola de

fuego el aire circundante absorbe energiacutea

en forma de rayos X y la irradia en forma

de una luz cegadora y un intensiacutesimo ca-

lor Una bomba de 20 Megatones produci-

riacutea una intensa luz durante 20 segundos y

causariacutea quemaduras de segundo grado a

81

cualquier persona expuesta a 45 Km de

distancia

bull Onda de choque La raacutepida expansioacuten de

la bola de fuego genera una onda de cho-

que como cualquier explosioacuten pero de

una potencia muy superior ya que puede

aplastar o barrer edificios dantildeaacutendolos muy

seriamente o destruyeacutendolos por comple-

to ya que maacutes que empujar por su dura-

cioacuten lo que hace es estrujar Una bomba

de 20 megatones no dejariacutea en un radio de

20 Km maacutes que escombros soacutelo se salva-

riacutean las cimentaciones y construcciones

enterradas

bull Primera lluvia radioactiva o lluvia ra-

diactiva local una explosioacuten de 20 mega-

tones aras de suelo produciriacutea un craacuteter de

183 m de profundidad la elevada tempe-

82

ratura vaporiza todo lo que se encuentra

dentro de la bola de fuego todo se funde

con los materiales radiactivos de la fisioacuten o

fusioacuten y se eleva con el hongo para luego

precipitar en forma de finas cenizas Esto

ocurriraacute durante las 24 h siguientes a la

explosioacuten y afectaraacute a una regioacuten maacutes o

menos amplia para una misma potencia

seguacuten la climatologiacutea El fenoacutemeno se am-

pliacutea considerablemente si la detonacioacuten se

produce cerca del suelo La energiacutea 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 maacutes destructivos los deno-

minados secundarios como incendios en masa

que acabariacutean con los pocos supervivientes y ma-

tariacutean a maacutes que el pulso teacutermico y la onda de

choque

83

Ademaacutes en caso de que se lanzaran muchas

bombas nucleares sus efectos secundarios seriacutean

mucho maacutes 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 10000 mega-

tones miacutenimos para considerar un holocausto

como tal

bull El primero de estos efectos es que la ra-

dioactividad liberada en caso de holocaus-

to penetrariacutea en todos y cada uno de los

seres vivos (y en el mar la tierra y el aire)

Mientras que en dosis altas (seguacuten la espe-

cie) produciriacutea la muerte en otras maacutes ba-

jas los efectos seriacutean de lo maacutes variados

(mutaciones esterilidad)

bull El segundo seriacutea que los materiales im-

pulsados por las detonaciones se elevariacutean

hasta la troposfera donde ocultariacutean la luz

84

del sol durante meses o antildeos haciendo ba-

jar la temperatura de la tierra y alterando la

fotosiacutentesis de los vegetales y el plancton

marino seriacutea el famoso invierno nuclear

Ademaacutes estos materiales radiactivos iriacutean

cayendo durante meses o antildeos convirtieacuten-

dose en una lluvia radiactiva global que

auacuten con menos dosis radiactiva que una

lluvia provocada por una bomba seriacutea

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

antildeos Ese 5 de energiacutea liberada por la

lluvia radiactividad en una bomba es poco

pero en los 10000 megatones de un holo-

causto suponen ya 500 megatones que iraacuten

estallando durante miles de antildeos des-

pueacutes de la cataacutestrofe

85

bull El tercero seriacutea una reduccioacuten en la capa

de ozono producida por el oacutexido de nitroacute-

geno generado por las bolas de fuego de

modo que la radiacioacuten solar que llegase a

la tierra seriacutea mortal Un 70 del ozono

desapareceriacutea en el hemisferio norte y un

40 en el sur siendo necesarios treinta

antildeos para recuperar su estado normal

86

Ejercicios 12

MODELO DE RESOLUCIOacuteN

La distribucioacuten de los electrones de un aacutetomo

en sus niveles y subniveles se puede representar en

forma abreviada de la siguiente manera

a) Un coeficiente que indica el nuacutemero del nivel

de energiacutea (n)

b) Una letra que corresponde al subnivel

c) Un supraiacutendice que sentildeala el nuacutemero de elec-

trones que hay en el subnivel

1H = 1s1

3Li = 1s2 2s1

En razoacuten del entrecruzamiento de subniveles

el orden en que se van completando los subniveles

por energiacutea creciente es el siguiente

87

1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d

4p 5s 4d 5p 6s 4f

5d 6p 7s 5f 6d

7p

Para visualizar la distribucioacuten de los electrones

en orbitales se puede representar cada orbital por

un pequentildeo cuadrado dividido por una diagonal

y cada electroacuten mediante una flecha

Entonces el orbital puede estar

Vaciacuteo incompleto completo

(1 electroacuten) (2 electrones)

En caso del orbital completo las flechas tienen

sentido contrario para indicar que los electrones

presentan spin contrario

El llenado de los orbitales por los electrones

se realiza a partir de los niveles y subniveles en

88

orden creciente de energiacutea Cada nuevo electroacuten se

incorpora a un orbital vaciacuteo

De ese modo los elementos quedan represen-

tados asiacute

1H =

1s

3Li =

1s 2s

7N =

1s 2s 2p

89

Ejercicios 121

1) Un aacutetomo de foacutesforo tiene 15 protones y 16

neutrones Indicaacute cuaacutel es su

a) nuacutemero atoacutemico (Z) b) nuacutemero

de masa (A)

2) Un aacutetomo de potasio tiene Z =19 y A = 39

Indicaacute su nuacutemero de

a) protones b) electrones

c) neutrones

3) Completaacute los datos que faltan en el siguiente

cuadro

90

ELE-

MEN-

TO

NUacute-

MERO

ATOacute-

MICO

NUacute-

MERO

DE

MASA

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) Sentildealaacute el nombre y siacutembolo de los elementos

cuyas configuraciones electroacutenicas 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) Escribiacute la configuracioacuten electroacutenica de los

siguientes elementos

91

a) Na2311 = c) O16

8 =

b) Cl3517 = d) C12

6 =

6) De acuerdo con la siguiente representacioacuten de

los electrones en orbitales indicaacute a queacute ele-

mentos corresponden

a)

b)

c)

d)

7) Representaacute la distribucioacuten de los electrones en

orbitales de los elementos

a) 7N= c) 18Ar =

b) 15AI = d) 19K =

92

Hoja de respuestas121

1) a) 15 b) 31 2) a) 19 b) 19 c) 20

3)

ELE-

MEN-

TO

NUacuteME-

RO

ATOacute-

MICO

NUacute-

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)Argoacuten Ar

d)Escandio Sc

5) a) 1S2 2S2 2p6 3s1

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)middot

94

Ejercicios 1211

Modelo de resolucioacuten

El nuacutemero de oxidacioacuten se asigna seguacuten las si-

guientes reglas

1) El nuacutemero de oxidacioacuten de los elementos en la

sustancia simple es cero

Ejemplo Cu0 02Cl

2) El nuacutemero de oxidacioacuten del oxiacutegeno es 2

excepto en las sustancias como el agua oxige-

nada Ejemplo H2

2Ominus

3) El nuacutemero de oxidacioacuten del hidroacutegeno es +1

excepto en las sustancias donde estaacute combina-

do con los metales Ejemplo 1

H+

2O

4) El nuacutemero de oxidacioacuten de un ion monoatoacute-

mico es igual a la carga del ion Ejemplo Ca2-

Cl-

95

5) En la foacutermula de una sustancia la suma alge-

braica de los nuacutemeros de oxidacioacuten de todos

los aacutetomos debe ser cero Ejemplo 1

H+

2

2Ominus

there42(+1) + (-2) = 0

6) En los iones que tienen maacutes de un aacutetomo la

suma algebraica de los nuacutemeros de oxidacioacuten

de todos los aacutetomos es igual a la carga del ion

El nuacutemero de oxidacioacuten se escribe colocando primero el signo y luego el nuacutemero

Ejemplo el nuacutemero de oxidacioacuten del aluminio es +3

1) Calculaacute los nuacutemeros de oxidacioacuten en la moleacute-

cula de dioacutexido de azufre (SO2)

Datos SO2 nuacutemero de oxidacioacuten del O2

es 2

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de S

Resolucioacuten Cada aacutetomo de oxiacutegeno tiene

nuacutemero de oxidacioacuten 2 por lo tanto el nuacute-

mero de oxidacioacuten del azufre es +4 porque

2(-2) + (+4) = 0

96

2) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten del azufre en

el aacutecido sulfuacuterico (H2SO4)

Datos H2SO2 nuacutemero de oxidacioacuten del

O2 es 2 nuacutemero de oxidacioacuten de H es -1

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de S

Resolucioacuten Se debe cumplir que la suma al-gebraica de todos los nuacutemeros de oxidacioacuten sea cero

4(-2) + 21 + x = 0

-8 + 2 + x = 0

x = 6

Respuesta el nuacutemero de oxidacioacuten del azufre

en el aacutecido sulfuacuterico es +6

3) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten del nitroacutegeno

en el nitrato de sodio (NaNO3)

Datos NaNO3 nuacutemero de oxidacioacuten del

O2 es 2

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de N

97

Resolucioacuten El nuacutemero de oxidacioacuten del

sodio es +1 porque el ion sodio tiene una car-

ga eleacutectrica positiva

+1 + 3(-2) +x = 0

1 6 + x = 0

x = 5

Respuesta el nuacutemero de oxidacioacuten del nitroacute-

geno en el nitrato de sodio es +5

4) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten del azufre en

el ion sulfato (S 24Ominus )

Datos S 24Ominus nuacutemero de oxidacioacuten del O2

es 2

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de S

Resolucioacuten La suma de los nuacutemeros de

oxidacioacuten es igual a 2 porque el ion sulfato

tiene dos cargas negativas (2-)

x + 4(-2) = -2

x 8 = -2

x = 6

98

Respuesta El nuacutemero de oxidacioacuten del azu-

fre en el ion sulfato es +6

99

Ejercicios 1212

1) Dibujaacute los siacutembolos de Lewis para los aacutetomos

de

a) He b) Al c) Si d) Ar e) N

2) iquestCoacutemo adquiere la distribucioacuten electroacutenica del

ineacutertido maacutes cercano cada uno de los siguien-

tes aacutetomos

a) K b)

F c)

S d) Mg e)

Br

3) Escribiacute las ecuaciones ioacutenicas la foacutermula elec-

troacutenica y la foacutermula miacutenima del compuesto

ioacutenico formado por

a) K y Br (bromuro de potasio)

b) Ca y O (oacutexido de calcio)

4) Marcaacute con una X las propiedades correspon-

dientes a las sustancias que presentan uniones

ioacutenicas

100

a) Son soacutelidas y tienen bajo punto de fusioacuten ( )

b) Conducen la corriente eleacutectrica fundidas o di-

sueltas en agua ( )

c) Tienen brillo metaacutelico ( )

d) Forman cristales duros y quebradizos solubles

en agua ( )

e) No conducen la corriente eleacutectrica ( )

5) Explicaacute coacutemo se unen dos aacutetomos de bromo

para formar la moleacutecula Br2 y escribiacute su

foacutermula electroacutenica y su foacutermula desarrollada

6) La foacutermula del monoacutexido de dicloro es Cl2O

a) Indicaacute queacute tipo de unioacuten existe entre el cloro y

el oxiacutegeno

b) Escribiacute su foacutermula electroacutenica y su foacutermula

desarrollada

7) El azufre y el oxiacutegeno forman dos oacutexidos

importantes el dioacutexido de azufre (SO2) y el

101

trioacutexido de azufre (SO3) Para el trioacutexido de

azufre

a) Indicaacute queacute tipo de unioacuten existe entre el azufre

y los tres aacutetomos de oxiacutegeno

b) Escribiacute la foacutermula electroacutenica

c) Escribiacute la foacutermula desarrollada

8) Marcaacute 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

liacutequidas o soacutelidas ( )

c) Son duacutectiles y maleables ( )

d) No forman moleacuteculas son agregados de

iones ( )

e) No son buenas conductoras de la corriente

eleacutectrica ( )

102

9) Coloque en el pareacutentesis UCP si la unioacuten es

covalente polar y UCNP si es covalento no

polar en cada una de las siguientes sustancias

a) cloruro de hidroacutegeno HCl ( )

b) Hidroacutegeno H2 ( )

c) yodo l2 ( )

10) Escribiacute la foacutermula electroacutenica y la foacutermula

desarrollada de cada una de las sustancias

mencionadas en el ejercicio 9

11) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten

a) del azufre (S)en el dioacutexido de azufre (SO2) en

el trioacutexido de azufre (SO3) y en el sulfuro de

sodio (Na2S)

b) del nitroacutegeno (N) en el dioacutexido de nitroacutegeno

(NO2) en el aacutecido niacutetrico (HNO3) y en el ni-

trato de potasio (KNO3)

12) Marcaacute con una X las propiedades que se expli-

can en el concepto de unioacuten metaacutelica

103

a) Tienen bajo punto de fusioacuten y de

ebullicioacuten ( )

b) Tienen brillo metaacutelico ( )

c) Conducen la corriente eleacutectrica sin

alterarse ( )

d) En estado soacutelido son malos conductores de la

corriente eleacutectrica ( )

e) Forman hilos y laacuteminas delgadas ( )

104

Hoja de respuestas 1212

1) a) He b) Al c)

Si d)

Ar e)

N

2) a) cede un electroacuten d) cede electrones c)

gana dos electrones b) y e) gana un electroacuten

3) a) Ecuaciones ioacutenicas

K K1+ + 1 e

Br + 1 e Br1-

K1+ + Br- KBr

Foacutermula electroacutenica K1+minus

1

Br

Foacutermula miacutenima KBr

b) Ecuaciones ioacutenicas

Ca Ca 2+ + 2 e

O + 2 e O2-

Ca2+ + O2- CaO

Foacutermula electroacutenica Ca2+ minus

2

O

105

Foacutermula miacutenima CaO

4) b y d

5) se unen compartiendo un par de electrones

6) a) unioacuten covalente

b) foacutermula electroacutenica

Cl

O

Cl

foacutermula desarrollada Cl O Cl

7) a) una unioacuten covalente doble entre el azufre y

uno de los aacutetomos de oxiacutegeno dos uniones cova-

lentes coordinadas con los otros dos aacutetomos de

oxiacutegeno

b) Foacutermula electroacutenica

Foacutermula desarrollada

106

8) a b y e

9) a) UCP y c) UCNP

10) Foacutermula electroacutenica Foacutermula desarrollada

a) H

Cl H Cl

b) HH H H

c)

I

I l I

11) a) +4 +6 -2 b) +4 +5 +5

12) b c y e

  • RADIACTIVIDAD
    • IacuteNDICE
      • 1 RADIACTIVIDAD NATURAL
      • 2 RELACIOacuteN ENTRE LA LEY DE LAVOISIER Y LA DE EINSTEIN
      • 3 INTERACCIONES ENTRE AacuteTOMOS Y ONDAS
      • 4 PODER DE PENETRACIOacuteN DE LA RADIACIOacuteN
      • 5 VIDA MEDIA
      • 6 RADIACTIVIDAD ARTIFICIAL
      • 7 USOS DE LOS RADIOISOacuteTOPOS
      • 8 MEDICINA NUCLEAR
      • 9 FECHADO POR MEDIO DE RADIOISOacuteTOPOS
      • 10 PLANTAS DE ENERGIacuteA NUCLEAR
      • 11 BOMBA ATOacuteMICA
      • 12 EFECTOS DE UNA EXPLOSIOacuteN NUCLEAR
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        • Ejercicios 1212
        • Hoja de respuestas 1212

79

38 cm de pared de ladrillo para reducir a un quin-

to la radiacioacuten (una pared moderna ya espesa se

compone de 1 pie de ladrillo maacutes caacutemara maacutes

aislante maacutes ladrillo hueco y yeso que suele que-

darse en los 37 cm)

Los de maacutes poder de penetracioacuten son las gamma

y por tanto los maacutes peligrosos ya son los que se

introducen en los refugios nucleares auacuten con

grandes espesores de hormigoacuten La uacutenica protec-

cioacuten eficaz es la de interponer grandes masas de

material mejor cuanto maacutes denso siendo el ideal

el plomo ya que pasa por los materiales como la

luz por una tela si esta es maacutes densa mayor canti-

dad de chocaraacute con ella y no la traspasaraacute Para

reducir la dosis a un veinteavo se precisan 30 cm

de hormigoacuten armado

bull Pulso electromagneacutetico La intensa acti-

vidad de los rayos gamma genera mediante

induccioacuten una corriente de alto voltaje so-

80

bre antenas viacuteas feacuterreas tuberiacuteas que des-

truye todas las instalaciones eleacutectricas de

una amplia zona si la explosioacuten se efectuacutea

a gran altura Una detonacioacuten de muchos

kilotones a 200 km sobre Omaha (Ne-

brasca) destruiriacutea todos los circuitos eleacutec-

tricos integrados de toda Norteameacuterica y

parte de Meacutejico y Canadaacute Ante el riesgo

de una detonacioacuten nuclear es conveniente

alejarse de liacuteneas eleacutectricas y viacutea feacuterreas ya

que la corriente inducida puede electrocu-

tarnos

bull Pulso teacutermico al expandirse la bola de

fuego el aire circundante absorbe energiacutea

en forma de rayos X y la irradia en forma

de una luz cegadora y un intensiacutesimo ca-

lor Una bomba de 20 Megatones produci-

riacutea una intensa luz durante 20 segundos y

causariacutea quemaduras de segundo grado a

81

cualquier persona expuesta a 45 Km de

distancia

bull Onda de choque La raacutepida expansioacuten de

la bola de fuego genera una onda de cho-

que como cualquier explosioacuten pero de

una potencia muy superior ya que puede

aplastar o barrer edificios dantildeaacutendolos muy

seriamente o destruyeacutendolos por comple-

to ya que maacutes que empujar por su dura-

cioacuten lo que hace es estrujar Una bomba

de 20 megatones no dejariacutea en un radio de

20 Km maacutes que escombros soacutelo se salva-

riacutean las cimentaciones y construcciones

enterradas

bull Primera lluvia radioactiva o lluvia ra-

diactiva local una explosioacuten de 20 mega-

tones aras de suelo produciriacutea un craacuteter de

183 m de profundidad la elevada tempe-

82

ratura vaporiza todo lo que se encuentra

dentro de la bola de fuego todo se funde

con los materiales radiactivos de la fisioacuten o

fusioacuten y se eleva con el hongo para luego

precipitar en forma de finas cenizas Esto

ocurriraacute durante las 24 h siguientes a la

explosioacuten y afectaraacute a una regioacuten maacutes o

menos amplia para una misma potencia

seguacuten la climatologiacutea El fenoacutemeno se am-

pliacutea considerablemente si la detonacioacuten se

produce cerca del suelo La energiacutea 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 maacutes destructivos los deno-

minados secundarios como incendios en masa

que acabariacutean con los pocos supervivientes y ma-

tariacutean a maacutes que el pulso teacutermico y la onda de

choque

83

Ademaacutes en caso de que se lanzaran muchas

bombas nucleares sus efectos secundarios seriacutean

mucho maacutes 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 10000 mega-

tones miacutenimos para considerar un holocausto

como tal

bull El primero de estos efectos es que la ra-

dioactividad liberada en caso de holocaus-

to penetrariacutea en todos y cada uno de los

seres vivos (y en el mar la tierra y el aire)

Mientras que en dosis altas (seguacuten la espe-

cie) produciriacutea la muerte en otras maacutes ba-

jas los efectos seriacutean de lo maacutes variados

(mutaciones esterilidad)

bull El segundo seriacutea que los materiales im-

pulsados por las detonaciones se elevariacutean

hasta la troposfera donde ocultariacutean la luz

84

del sol durante meses o antildeos haciendo ba-

jar la temperatura de la tierra y alterando la

fotosiacutentesis de los vegetales y el plancton

marino seriacutea el famoso invierno nuclear

Ademaacutes estos materiales radiactivos iriacutean

cayendo durante meses o antildeos convirtieacuten-

dose en una lluvia radiactiva global que

auacuten con menos dosis radiactiva que una

lluvia provocada por una bomba seriacutea

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

antildeos Ese 5 de energiacutea liberada por la

lluvia radiactividad en una bomba es poco

pero en los 10000 megatones de un holo-

causto suponen ya 500 megatones que iraacuten

estallando durante miles de antildeos des-

pueacutes de la cataacutestrofe

85

bull El tercero seriacutea una reduccioacuten en la capa

de ozono producida por el oacutexido de nitroacute-

geno generado por las bolas de fuego de

modo que la radiacioacuten solar que llegase a

la tierra seriacutea mortal Un 70 del ozono

desapareceriacutea en el hemisferio norte y un

40 en el sur siendo necesarios treinta

antildeos para recuperar su estado normal

86

Ejercicios 12

MODELO DE RESOLUCIOacuteN

La distribucioacuten de los electrones de un aacutetomo

en sus niveles y subniveles se puede representar en

forma abreviada de la siguiente manera

a) Un coeficiente que indica el nuacutemero del nivel

de energiacutea (n)

b) Una letra que corresponde al subnivel

c) Un supraiacutendice que sentildeala el nuacutemero de elec-

trones que hay en el subnivel

1H = 1s1

3Li = 1s2 2s1

En razoacuten del entrecruzamiento de subniveles

el orden en que se van completando los subniveles

por energiacutea creciente es el siguiente

87

1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d

4p 5s 4d 5p 6s 4f

5d 6p 7s 5f 6d

7p

Para visualizar la distribucioacuten de los electrones

en orbitales se puede representar cada orbital por

un pequentildeo cuadrado dividido por una diagonal

y cada electroacuten mediante una flecha

Entonces el orbital puede estar

Vaciacuteo incompleto completo

(1 electroacuten) (2 electrones)

En caso del orbital completo las flechas tienen

sentido contrario para indicar que los electrones

presentan spin contrario

El llenado de los orbitales por los electrones

se realiza a partir de los niveles y subniveles en

88

orden creciente de energiacutea Cada nuevo electroacuten se

incorpora a un orbital vaciacuteo

De ese modo los elementos quedan represen-

tados asiacute

1H =

1s

3Li =

1s 2s

7N =

1s 2s 2p

89

Ejercicios 121

1) Un aacutetomo de foacutesforo tiene 15 protones y 16

neutrones Indicaacute cuaacutel es su

a) nuacutemero atoacutemico (Z) b) nuacutemero

de masa (A)

2) Un aacutetomo de potasio tiene Z =19 y A = 39

Indicaacute su nuacutemero de

a) protones b) electrones

c) neutrones

3) Completaacute los datos que faltan en el siguiente

cuadro

90

ELE-

MEN-

TO

NUacute-

MERO

ATOacute-

MICO

NUacute-

MERO

DE

MASA

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) Sentildealaacute el nombre y siacutembolo de los elementos

cuyas configuraciones electroacutenicas 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) Escribiacute la configuracioacuten electroacutenica de los

siguientes elementos

91

a) Na2311 = c) O16

8 =

b) Cl3517 = d) C12

6 =

6) De acuerdo con la siguiente representacioacuten de

los electrones en orbitales indicaacute a queacute ele-

mentos corresponden

a)

b)

c)

d)

7) Representaacute la distribucioacuten de los electrones en

orbitales de los elementos

a) 7N= c) 18Ar =

b) 15AI = d) 19K =

92

Hoja de respuestas121

1) a) 15 b) 31 2) a) 19 b) 19 c) 20

3)

ELE-

MEN-

TO

NUacuteME-

RO

ATOacute-

MICO

NUacute-

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)Argoacuten Ar

d)Escandio Sc

5) a) 1S2 2S2 2p6 3s1

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)middot

94

Ejercicios 1211

Modelo de resolucioacuten

El nuacutemero de oxidacioacuten se asigna seguacuten las si-

guientes reglas

1) El nuacutemero de oxidacioacuten de los elementos en la

sustancia simple es cero

Ejemplo Cu0 02Cl

2) El nuacutemero de oxidacioacuten del oxiacutegeno es 2

excepto en las sustancias como el agua oxige-

nada Ejemplo H2

2Ominus

3) El nuacutemero de oxidacioacuten del hidroacutegeno es +1

excepto en las sustancias donde estaacute combina-

do con los metales Ejemplo 1

H+

2O

4) El nuacutemero de oxidacioacuten de un ion monoatoacute-

mico es igual a la carga del ion Ejemplo Ca2-

Cl-

95

5) En la foacutermula de una sustancia la suma alge-

braica de los nuacutemeros de oxidacioacuten de todos

los aacutetomos debe ser cero Ejemplo 1

H+

2

2Ominus

there42(+1) + (-2) = 0

6) En los iones que tienen maacutes de un aacutetomo la

suma algebraica de los nuacutemeros de oxidacioacuten

de todos los aacutetomos es igual a la carga del ion

El nuacutemero de oxidacioacuten se escribe colocando primero el signo y luego el nuacutemero

Ejemplo el nuacutemero de oxidacioacuten del aluminio es +3

1) Calculaacute los nuacutemeros de oxidacioacuten en la moleacute-

cula de dioacutexido de azufre (SO2)

Datos SO2 nuacutemero de oxidacioacuten del O2

es 2

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de S

Resolucioacuten Cada aacutetomo de oxiacutegeno tiene

nuacutemero de oxidacioacuten 2 por lo tanto el nuacute-

mero de oxidacioacuten del azufre es +4 porque

2(-2) + (+4) = 0

96

2) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten del azufre en

el aacutecido sulfuacuterico (H2SO4)

Datos H2SO2 nuacutemero de oxidacioacuten del

O2 es 2 nuacutemero de oxidacioacuten de H es -1

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de S

Resolucioacuten Se debe cumplir que la suma al-gebraica de todos los nuacutemeros de oxidacioacuten sea cero

4(-2) + 21 + x = 0

-8 + 2 + x = 0

x = 6

Respuesta el nuacutemero de oxidacioacuten del azufre

en el aacutecido sulfuacuterico es +6

3) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten del nitroacutegeno

en el nitrato de sodio (NaNO3)

Datos NaNO3 nuacutemero de oxidacioacuten del

O2 es 2

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de N

97

Resolucioacuten El nuacutemero de oxidacioacuten del

sodio es +1 porque el ion sodio tiene una car-

ga eleacutectrica positiva

+1 + 3(-2) +x = 0

1 6 + x = 0

x = 5

Respuesta el nuacutemero de oxidacioacuten del nitroacute-

geno en el nitrato de sodio es +5

4) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten del azufre en

el ion sulfato (S 24Ominus )

Datos S 24Ominus nuacutemero de oxidacioacuten del O2

es 2

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de S

Resolucioacuten La suma de los nuacutemeros de

oxidacioacuten es igual a 2 porque el ion sulfato

tiene dos cargas negativas (2-)

x + 4(-2) = -2

x 8 = -2

x = 6

98

Respuesta El nuacutemero de oxidacioacuten del azu-

fre en el ion sulfato es +6

99

Ejercicios 1212

1) Dibujaacute los siacutembolos de Lewis para los aacutetomos

de

a) He b) Al c) Si d) Ar e) N

2) iquestCoacutemo adquiere la distribucioacuten electroacutenica del

ineacutertido maacutes cercano cada uno de los siguien-

tes aacutetomos

a) K b)

F c)

S d) Mg e)

Br

3) Escribiacute las ecuaciones ioacutenicas la foacutermula elec-

troacutenica y la foacutermula miacutenima del compuesto

ioacutenico formado por

a) K y Br (bromuro de potasio)

b) Ca y O (oacutexido de calcio)

4) Marcaacute con una X las propiedades correspon-

dientes a las sustancias que presentan uniones

ioacutenicas

100

a) Son soacutelidas y tienen bajo punto de fusioacuten ( )

b) Conducen la corriente eleacutectrica fundidas o di-

sueltas en agua ( )

c) Tienen brillo metaacutelico ( )

d) Forman cristales duros y quebradizos solubles

en agua ( )

e) No conducen la corriente eleacutectrica ( )

5) Explicaacute coacutemo se unen dos aacutetomos de bromo

para formar la moleacutecula Br2 y escribiacute su

foacutermula electroacutenica y su foacutermula desarrollada

6) La foacutermula del monoacutexido de dicloro es Cl2O

a) Indicaacute queacute tipo de unioacuten existe entre el cloro y

el oxiacutegeno

b) Escribiacute su foacutermula electroacutenica y su foacutermula

desarrollada

7) El azufre y el oxiacutegeno forman dos oacutexidos

importantes el dioacutexido de azufre (SO2) y el

101

trioacutexido de azufre (SO3) Para el trioacutexido de

azufre

a) Indicaacute queacute tipo de unioacuten existe entre el azufre

y los tres aacutetomos de oxiacutegeno

b) Escribiacute la foacutermula electroacutenica

c) Escribiacute la foacutermula desarrollada

8) Marcaacute 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

liacutequidas o soacutelidas ( )

c) Son duacutectiles y maleables ( )

d) No forman moleacuteculas son agregados de

iones ( )

e) No son buenas conductoras de la corriente

eleacutectrica ( )

102

9) Coloque en el pareacutentesis UCP si la unioacuten es

covalente polar y UCNP si es covalento no

polar en cada una de las siguientes sustancias

a) cloruro de hidroacutegeno HCl ( )

b) Hidroacutegeno H2 ( )

c) yodo l2 ( )

10) Escribiacute la foacutermula electroacutenica y la foacutermula

desarrollada de cada una de las sustancias

mencionadas en el ejercicio 9

11) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten

a) del azufre (S)en el dioacutexido de azufre (SO2) en

el trioacutexido de azufre (SO3) y en el sulfuro de

sodio (Na2S)

b) del nitroacutegeno (N) en el dioacutexido de nitroacutegeno

(NO2) en el aacutecido niacutetrico (HNO3) y en el ni-

trato de potasio (KNO3)

12) Marcaacute con una X las propiedades que se expli-

can en el concepto de unioacuten metaacutelica

103

a) Tienen bajo punto de fusioacuten y de

ebullicioacuten ( )

b) Tienen brillo metaacutelico ( )

c) Conducen la corriente eleacutectrica sin

alterarse ( )

d) En estado soacutelido son malos conductores de la

corriente eleacutectrica ( )

e) Forman hilos y laacuteminas delgadas ( )

104

Hoja de respuestas 1212

1) a) He b) Al c)

Si d)

Ar e)

N

2) a) cede un electroacuten d) cede electrones c)

gana dos electrones b) y e) gana un electroacuten

3) a) Ecuaciones ioacutenicas

K K1+ + 1 e

Br + 1 e Br1-

K1+ + Br- KBr

Foacutermula electroacutenica K1+minus

1

Br

Foacutermula miacutenima KBr

b) Ecuaciones ioacutenicas

Ca Ca 2+ + 2 e

O + 2 e O2-

Ca2+ + O2- CaO

Foacutermula electroacutenica Ca2+ minus

2

O

105

Foacutermula miacutenima CaO

4) b y d

5) se unen compartiendo un par de electrones

6) a) unioacuten covalente

b) foacutermula electroacutenica

Cl

O

Cl

foacutermula desarrollada Cl O Cl

7) a) una unioacuten covalente doble entre el azufre y

uno de los aacutetomos de oxiacutegeno dos uniones cova-

lentes coordinadas con los otros dos aacutetomos de

oxiacutegeno

b) Foacutermula electroacutenica

Foacutermula desarrollada

106

8) a b y e

9) a) UCP y c) UCNP

10) Foacutermula electroacutenica Foacutermula desarrollada

a) H

Cl H Cl

b) HH H H

c)

I

I l I

11) a) +4 +6 -2 b) +4 +5 +5

12) b c y e

  • RADIACTIVIDAD
    • IacuteNDICE
      • 1 RADIACTIVIDAD NATURAL
      • 2 RELACIOacuteN ENTRE LA LEY DE LAVOISIER Y LA DE EINSTEIN
      • 3 INTERACCIONES ENTRE AacuteTOMOS Y ONDAS
      • 4 PODER DE PENETRACIOacuteN DE LA RADIACIOacuteN
      • 5 VIDA MEDIA
      • 6 RADIACTIVIDAD ARTIFICIAL
      • 7 USOS DE LOS RADIOISOacuteTOPOS
      • 8 MEDICINA NUCLEAR
      • 9 FECHADO POR MEDIO DE RADIOISOacuteTOPOS
      • 10 PLANTAS DE ENERGIacuteA NUCLEAR
      • 11 BOMBA ATOacuteMICA
      • 12 EFECTOS DE UNA EXPLOSIOacuteN NUCLEAR
        • Ejercicios 12
        • Ejercicios 121
        • Hoja de respuestas121
        • Ejercicios 1211
        • Ejercicios 1212
        • Hoja de respuestas 1212

80

bre antenas viacuteas feacuterreas tuberiacuteas que des-

truye todas las instalaciones eleacutectricas de

una amplia zona si la explosioacuten se efectuacutea

a gran altura Una detonacioacuten de muchos

kilotones a 200 km sobre Omaha (Ne-

brasca) destruiriacutea todos los circuitos eleacutec-

tricos integrados de toda Norteameacuterica y

parte de Meacutejico y Canadaacute Ante el riesgo

de una detonacioacuten nuclear es conveniente

alejarse de liacuteneas eleacutectricas y viacutea feacuterreas ya

que la corriente inducida puede electrocu-

tarnos

bull Pulso teacutermico al expandirse la bola de

fuego el aire circundante absorbe energiacutea

en forma de rayos X y la irradia en forma

de una luz cegadora y un intensiacutesimo ca-

lor Una bomba de 20 Megatones produci-

riacutea una intensa luz durante 20 segundos y

causariacutea quemaduras de segundo grado a

81

cualquier persona expuesta a 45 Km de

distancia

bull Onda de choque La raacutepida expansioacuten de

la bola de fuego genera una onda de cho-

que como cualquier explosioacuten pero de

una potencia muy superior ya que puede

aplastar o barrer edificios dantildeaacutendolos muy

seriamente o destruyeacutendolos por comple-

to ya que maacutes que empujar por su dura-

cioacuten lo que hace es estrujar Una bomba

de 20 megatones no dejariacutea en un radio de

20 Km maacutes que escombros soacutelo se salva-

riacutean las cimentaciones y construcciones

enterradas

bull Primera lluvia radioactiva o lluvia ra-

diactiva local una explosioacuten de 20 mega-

tones aras de suelo produciriacutea un craacuteter de

183 m de profundidad la elevada tempe-

82

ratura vaporiza todo lo que se encuentra

dentro de la bola de fuego todo se funde

con los materiales radiactivos de la fisioacuten o

fusioacuten y se eleva con el hongo para luego

precipitar en forma de finas cenizas Esto

ocurriraacute durante las 24 h siguientes a la

explosioacuten y afectaraacute a una regioacuten maacutes o

menos amplia para una misma potencia

seguacuten la climatologiacutea El fenoacutemeno se am-

pliacutea considerablemente si la detonacioacuten se

produce cerca del suelo La energiacutea 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 maacutes destructivos los deno-

minados secundarios como incendios en masa

que acabariacutean con los pocos supervivientes y ma-

tariacutean a maacutes que el pulso teacutermico y la onda de

choque

83

Ademaacutes en caso de que se lanzaran muchas

bombas nucleares sus efectos secundarios seriacutean

mucho maacutes 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 10000 mega-

tones miacutenimos para considerar un holocausto

como tal

bull El primero de estos efectos es que la ra-

dioactividad liberada en caso de holocaus-

to penetrariacutea en todos y cada uno de los

seres vivos (y en el mar la tierra y el aire)

Mientras que en dosis altas (seguacuten la espe-

cie) produciriacutea la muerte en otras maacutes ba-

jas los efectos seriacutean de lo maacutes variados

(mutaciones esterilidad)

bull El segundo seriacutea que los materiales im-

pulsados por las detonaciones se elevariacutean

hasta la troposfera donde ocultariacutean la luz

84

del sol durante meses o antildeos haciendo ba-

jar la temperatura de la tierra y alterando la

fotosiacutentesis de los vegetales y el plancton

marino seriacutea el famoso invierno nuclear

Ademaacutes estos materiales radiactivos iriacutean

cayendo durante meses o antildeos convirtieacuten-

dose en una lluvia radiactiva global que

auacuten con menos dosis radiactiva que una

lluvia provocada por una bomba seriacutea

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

antildeos Ese 5 de energiacutea liberada por la

lluvia radiactividad en una bomba es poco

pero en los 10000 megatones de un holo-

causto suponen ya 500 megatones que iraacuten

estallando durante miles de antildeos des-

pueacutes de la cataacutestrofe

85

bull El tercero seriacutea una reduccioacuten en la capa

de ozono producida por el oacutexido de nitroacute-

geno generado por las bolas de fuego de

modo que la radiacioacuten solar que llegase a

la tierra seriacutea mortal Un 70 del ozono

desapareceriacutea en el hemisferio norte y un

40 en el sur siendo necesarios treinta

antildeos para recuperar su estado normal

86

Ejercicios 12

MODELO DE RESOLUCIOacuteN

La distribucioacuten de los electrones de un aacutetomo

en sus niveles y subniveles se puede representar en

forma abreviada de la siguiente manera

a) Un coeficiente que indica el nuacutemero del nivel

de energiacutea (n)

b) Una letra que corresponde al subnivel

c) Un supraiacutendice que sentildeala el nuacutemero de elec-

trones que hay en el subnivel

1H = 1s1

3Li = 1s2 2s1

En razoacuten del entrecruzamiento de subniveles

el orden en que se van completando los subniveles

por energiacutea creciente es el siguiente

87

1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d

4p 5s 4d 5p 6s 4f

5d 6p 7s 5f 6d

7p

Para visualizar la distribucioacuten de los electrones

en orbitales se puede representar cada orbital por

un pequentildeo cuadrado dividido por una diagonal

y cada electroacuten mediante una flecha

Entonces el orbital puede estar

Vaciacuteo incompleto completo

(1 electroacuten) (2 electrones)

En caso del orbital completo las flechas tienen

sentido contrario para indicar que los electrones

presentan spin contrario

El llenado de los orbitales por los electrones

se realiza a partir de los niveles y subniveles en

88

orden creciente de energiacutea Cada nuevo electroacuten se

incorpora a un orbital vaciacuteo

De ese modo los elementos quedan represen-

tados asiacute

1H =

1s

3Li =

1s 2s

7N =

1s 2s 2p

89

Ejercicios 121

1) Un aacutetomo de foacutesforo tiene 15 protones y 16

neutrones Indicaacute cuaacutel es su

a) nuacutemero atoacutemico (Z) b) nuacutemero

de masa (A)

2) Un aacutetomo de potasio tiene Z =19 y A = 39

Indicaacute su nuacutemero de

a) protones b) electrones

c) neutrones

3) Completaacute los datos que faltan en el siguiente

cuadro

90

ELE-

MEN-

TO

NUacute-

MERO

ATOacute-

MICO

NUacute-

MERO

DE

MASA

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) Sentildealaacute el nombre y siacutembolo de los elementos

cuyas configuraciones electroacutenicas 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) Escribiacute la configuracioacuten electroacutenica de los

siguientes elementos

91

a) Na2311 = c) O16

8 =

b) Cl3517 = d) C12

6 =

6) De acuerdo con la siguiente representacioacuten de

los electrones en orbitales indicaacute a queacute ele-

mentos corresponden

a)

b)

c)

d)

7) Representaacute la distribucioacuten de los electrones en

orbitales de los elementos

a) 7N= c) 18Ar =

b) 15AI = d) 19K =

92

Hoja de respuestas121

1) a) 15 b) 31 2) a) 19 b) 19 c) 20

3)

ELE-

MEN-

TO

NUacuteME-

RO

ATOacute-

MICO

NUacute-

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)Argoacuten Ar

d)Escandio Sc

5) a) 1S2 2S2 2p6 3s1

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)middot

94

Ejercicios 1211

Modelo de resolucioacuten

El nuacutemero de oxidacioacuten se asigna seguacuten las si-

guientes reglas

1) El nuacutemero de oxidacioacuten de los elementos en la

sustancia simple es cero

Ejemplo Cu0 02Cl

2) El nuacutemero de oxidacioacuten del oxiacutegeno es 2

excepto en las sustancias como el agua oxige-

nada Ejemplo H2

2Ominus

3) El nuacutemero de oxidacioacuten del hidroacutegeno es +1

excepto en las sustancias donde estaacute combina-

do con los metales Ejemplo 1

H+

2O

4) El nuacutemero de oxidacioacuten de un ion monoatoacute-

mico es igual a la carga del ion Ejemplo Ca2-

Cl-

95

5) En la foacutermula de una sustancia la suma alge-

braica de los nuacutemeros de oxidacioacuten de todos

los aacutetomos debe ser cero Ejemplo 1

H+

2

2Ominus

there42(+1) + (-2) = 0

6) En los iones que tienen maacutes de un aacutetomo la

suma algebraica de los nuacutemeros de oxidacioacuten

de todos los aacutetomos es igual a la carga del ion

El nuacutemero de oxidacioacuten se escribe colocando primero el signo y luego el nuacutemero

Ejemplo el nuacutemero de oxidacioacuten del aluminio es +3

1) Calculaacute los nuacutemeros de oxidacioacuten en la moleacute-

cula de dioacutexido de azufre (SO2)

Datos SO2 nuacutemero de oxidacioacuten del O2

es 2

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de S

Resolucioacuten Cada aacutetomo de oxiacutegeno tiene

nuacutemero de oxidacioacuten 2 por lo tanto el nuacute-

mero de oxidacioacuten del azufre es +4 porque

2(-2) + (+4) = 0

96

2) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten del azufre en

el aacutecido sulfuacuterico (H2SO4)

Datos H2SO2 nuacutemero de oxidacioacuten del

O2 es 2 nuacutemero de oxidacioacuten de H es -1

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de S

Resolucioacuten Se debe cumplir que la suma al-gebraica de todos los nuacutemeros de oxidacioacuten sea cero

4(-2) + 21 + x = 0

-8 + 2 + x = 0

x = 6

Respuesta el nuacutemero de oxidacioacuten del azufre

en el aacutecido sulfuacuterico es +6

3) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten del nitroacutegeno

en el nitrato de sodio (NaNO3)

Datos NaNO3 nuacutemero de oxidacioacuten del

O2 es 2

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de N

97

Resolucioacuten El nuacutemero de oxidacioacuten del

sodio es +1 porque el ion sodio tiene una car-

ga eleacutectrica positiva

+1 + 3(-2) +x = 0

1 6 + x = 0

x = 5

Respuesta el nuacutemero de oxidacioacuten del nitroacute-

geno en el nitrato de sodio es +5

4) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten del azufre en

el ion sulfato (S 24Ominus )

Datos S 24Ominus nuacutemero de oxidacioacuten del O2

es 2

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de S

Resolucioacuten La suma de los nuacutemeros de

oxidacioacuten es igual a 2 porque el ion sulfato

tiene dos cargas negativas (2-)

x + 4(-2) = -2

x 8 = -2

x = 6

98

Respuesta El nuacutemero de oxidacioacuten del azu-

fre en el ion sulfato es +6

99

Ejercicios 1212

1) Dibujaacute los siacutembolos de Lewis para los aacutetomos

de

a) He b) Al c) Si d) Ar e) N

2) iquestCoacutemo adquiere la distribucioacuten electroacutenica del

ineacutertido maacutes cercano cada uno de los siguien-

tes aacutetomos

a) K b)

F c)

S d) Mg e)

Br

3) Escribiacute las ecuaciones ioacutenicas la foacutermula elec-

troacutenica y la foacutermula miacutenima del compuesto

ioacutenico formado por

a) K y Br (bromuro de potasio)

b) Ca y O (oacutexido de calcio)

4) Marcaacute con una X las propiedades correspon-

dientes a las sustancias que presentan uniones

ioacutenicas

100

a) Son soacutelidas y tienen bajo punto de fusioacuten ( )

b) Conducen la corriente eleacutectrica fundidas o di-

sueltas en agua ( )

c) Tienen brillo metaacutelico ( )

d) Forman cristales duros y quebradizos solubles

en agua ( )

e) No conducen la corriente eleacutectrica ( )

5) Explicaacute coacutemo se unen dos aacutetomos de bromo

para formar la moleacutecula Br2 y escribiacute su

foacutermula electroacutenica y su foacutermula desarrollada

6) La foacutermula del monoacutexido de dicloro es Cl2O

a) Indicaacute queacute tipo de unioacuten existe entre el cloro y

el oxiacutegeno

b) Escribiacute su foacutermula electroacutenica y su foacutermula

desarrollada

7) El azufre y el oxiacutegeno forman dos oacutexidos

importantes el dioacutexido de azufre (SO2) y el

101

trioacutexido de azufre (SO3) Para el trioacutexido de

azufre

a) Indicaacute queacute tipo de unioacuten existe entre el azufre

y los tres aacutetomos de oxiacutegeno

b) Escribiacute la foacutermula electroacutenica

c) Escribiacute la foacutermula desarrollada

8) Marcaacute 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

liacutequidas o soacutelidas ( )

c) Son duacutectiles y maleables ( )

d) No forman moleacuteculas son agregados de

iones ( )

e) No son buenas conductoras de la corriente

eleacutectrica ( )

102

9) Coloque en el pareacutentesis UCP si la unioacuten es

covalente polar y UCNP si es covalento no

polar en cada una de las siguientes sustancias

a) cloruro de hidroacutegeno HCl ( )

b) Hidroacutegeno H2 ( )

c) yodo l2 ( )

10) Escribiacute la foacutermula electroacutenica y la foacutermula

desarrollada de cada una de las sustancias

mencionadas en el ejercicio 9

11) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten

a) del azufre (S)en el dioacutexido de azufre (SO2) en

el trioacutexido de azufre (SO3) y en el sulfuro de

sodio (Na2S)

b) del nitroacutegeno (N) en el dioacutexido de nitroacutegeno

(NO2) en el aacutecido niacutetrico (HNO3) y en el ni-

trato de potasio (KNO3)

12) Marcaacute con una X las propiedades que se expli-

can en el concepto de unioacuten metaacutelica

103

a) Tienen bajo punto de fusioacuten y de

ebullicioacuten ( )

b) Tienen brillo metaacutelico ( )

c) Conducen la corriente eleacutectrica sin

alterarse ( )

d) En estado soacutelido son malos conductores de la

corriente eleacutectrica ( )

e) Forman hilos y laacuteminas delgadas ( )

104

Hoja de respuestas 1212

1) a) He b) Al c)

Si d)

Ar e)

N

2) a) cede un electroacuten d) cede electrones c)

gana dos electrones b) y e) gana un electroacuten

3) a) Ecuaciones ioacutenicas

K K1+ + 1 e

Br + 1 e Br1-

K1+ + Br- KBr

Foacutermula electroacutenica K1+minus

1

Br

Foacutermula miacutenima KBr

b) Ecuaciones ioacutenicas

Ca Ca 2+ + 2 e

O + 2 e O2-

Ca2+ + O2- CaO

Foacutermula electroacutenica Ca2+ minus

2

O

105

Foacutermula miacutenima CaO

4) b y d

5) se unen compartiendo un par de electrones

6) a) unioacuten covalente

b) foacutermula electroacutenica

Cl

O

Cl

foacutermula desarrollada Cl O Cl

7) a) una unioacuten covalente doble entre el azufre y

uno de los aacutetomos de oxiacutegeno dos uniones cova-

lentes coordinadas con los otros dos aacutetomos de

oxiacutegeno

b) Foacutermula electroacutenica

Foacutermula desarrollada

106

8) a b y e

9) a) UCP y c) UCNP

10) Foacutermula electroacutenica Foacutermula desarrollada

a) H

Cl H Cl

b) HH H H

c)

I

I l I

11) a) +4 +6 -2 b) +4 +5 +5

12) b c y e

  • RADIACTIVIDAD
    • IacuteNDICE
      • 1 RADIACTIVIDAD NATURAL
      • 2 RELACIOacuteN ENTRE LA LEY DE LAVOISIER Y LA DE EINSTEIN
      • 3 INTERACCIONES ENTRE AacuteTOMOS Y ONDAS
      • 4 PODER DE PENETRACIOacuteN DE LA RADIACIOacuteN
      • 5 VIDA MEDIA
      • 6 RADIACTIVIDAD ARTIFICIAL
      • 7 USOS DE LOS RADIOISOacuteTOPOS
      • 8 MEDICINA NUCLEAR
      • 9 FECHADO POR MEDIO DE RADIOISOacuteTOPOS
      • 10 PLANTAS DE ENERGIacuteA NUCLEAR
      • 11 BOMBA ATOacuteMICA
      • 12 EFECTOS DE UNA EXPLOSIOacuteN NUCLEAR
        • Ejercicios 12
        • Ejercicios 121
        • Hoja de respuestas121
        • Ejercicios 1211
        • Ejercicios 1212
        • Hoja de respuestas 1212

81

cualquier persona expuesta a 45 Km de

distancia

bull Onda de choque La raacutepida expansioacuten de

la bola de fuego genera una onda de cho-

que como cualquier explosioacuten pero de

una potencia muy superior ya que puede

aplastar o barrer edificios dantildeaacutendolos muy

seriamente o destruyeacutendolos por comple-

to ya que maacutes que empujar por su dura-

cioacuten lo que hace es estrujar Una bomba

de 20 megatones no dejariacutea en un radio de

20 Km maacutes que escombros soacutelo se salva-

riacutean las cimentaciones y construcciones

enterradas

bull Primera lluvia radioactiva o lluvia ra-

diactiva local una explosioacuten de 20 mega-

tones aras de suelo produciriacutea un craacuteter de

183 m de profundidad la elevada tempe-

82

ratura vaporiza todo lo que se encuentra

dentro de la bola de fuego todo se funde

con los materiales radiactivos de la fisioacuten o

fusioacuten y se eleva con el hongo para luego

precipitar en forma de finas cenizas Esto

ocurriraacute durante las 24 h siguientes a la

explosioacuten y afectaraacute a una regioacuten maacutes o

menos amplia para una misma potencia

seguacuten la climatologiacutea El fenoacutemeno se am-

pliacutea considerablemente si la detonacioacuten se

produce cerca del suelo La energiacutea 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 maacutes destructivos los deno-

minados secundarios como incendios en masa

que acabariacutean con los pocos supervivientes y ma-

tariacutean a maacutes que el pulso teacutermico y la onda de

choque

83

Ademaacutes en caso de que se lanzaran muchas

bombas nucleares sus efectos secundarios seriacutean

mucho maacutes 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 10000 mega-

tones miacutenimos para considerar un holocausto

como tal

bull El primero de estos efectos es que la ra-

dioactividad liberada en caso de holocaus-

to penetrariacutea en todos y cada uno de los

seres vivos (y en el mar la tierra y el aire)

Mientras que en dosis altas (seguacuten la espe-

cie) produciriacutea la muerte en otras maacutes ba-

jas los efectos seriacutean de lo maacutes variados

(mutaciones esterilidad)

bull El segundo seriacutea que los materiales im-

pulsados por las detonaciones se elevariacutean

hasta la troposfera donde ocultariacutean la luz

84

del sol durante meses o antildeos haciendo ba-

jar la temperatura de la tierra y alterando la

fotosiacutentesis de los vegetales y el plancton

marino seriacutea el famoso invierno nuclear

Ademaacutes estos materiales radiactivos iriacutean

cayendo durante meses o antildeos convirtieacuten-

dose en una lluvia radiactiva global que

auacuten con menos dosis radiactiva que una

lluvia provocada por una bomba seriacutea

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

antildeos Ese 5 de energiacutea liberada por la

lluvia radiactividad en una bomba es poco

pero en los 10000 megatones de un holo-

causto suponen ya 500 megatones que iraacuten

estallando durante miles de antildeos des-

pueacutes de la cataacutestrofe

85

bull El tercero seriacutea una reduccioacuten en la capa

de ozono producida por el oacutexido de nitroacute-

geno generado por las bolas de fuego de

modo que la radiacioacuten solar que llegase a

la tierra seriacutea mortal Un 70 del ozono

desapareceriacutea en el hemisferio norte y un

40 en el sur siendo necesarios treinta

antildeos para recuperar su estado normal

86

Ejercicios 12

MODELO DE RESOLUCIOacuteN

La distribucioacuten de los electrones de un aacutetomo

en sus niveles y subniveles se puede representar en

forma abreviada de la siguiente manera

a) Un coeficiente que indica el nuacutemero del nivel

de energiacutea (n)

b) Una letra que corresponde al subnivel

c) Un supraiacutendice que sentildeala el nuacutemero de elec-

trones que hay en el subnivel

1H = 1s1

3Li = 1s2 2s1

En razoacuten del entrecruzamiento de subniveles

el orden en que se van completando los subniveles

por energiacutea creciente es el siguiente

87

1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d

4p 5s 4d 5p 6s 4f

5d 6p 7s 5f 6d

7p

Para visualizar la distribucioacuten de los electrones

en orbitales se puede representar cada orbital por

un pequentildeo cuadrado dividido por una diagonal

y cada electroacuten mediante una flecha

Entonces el orbital puede estar

Vaciacuteo incompleto completo

(1 electroacuten) (2 electrones)

En caso del orbital completo las flechas tienen

sentido contrario para indicar que los electrones

presentan spin contrario

El llenado de los orbitales por los electrones

se realiza a partir de los niveles y subniveles en

88

orden creciente de energiacutea Cada nuevo electroacuten se

incorpora a un orbital vaciacuteo

De ese modo los elementos quedan represen-

tados asiacute

1H =

1s

3Li =

1s 2s

7N =

1s 2s 2p

89

Ejercicios 121

1) Un aacutetomo de foacutesforo tiene 15 protones y 16

neutrones Indicaacute cuaacutel es su

a) nuacutemero atoacutemico (Z) b) nuacutemero

de masa (A)

2) Un aacutetomo de potasio tiene Z =19 y A = 39

Indicaacute su nuacutemero de

a) protones b) electrones

c) neutrones

3) Completaacute los datos que faltan en el siguiente

cuadro

90

ELE-

MEN-

TO

NUacute-

MERO

ATOacute-

MICO

NUacute-

MERO

DE

MASA

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) Sentildealaacute el nombre y siacutembolo de los elementos

cuyas configuraciones electroacutenicas 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) Escribiacute la configuracioacuten electroacutenica de los

siguientes elementos

91

a) Na2311 = c) O16

8 =

b) Cl3517 = d) C12

6 =

6) De acuerdo con la siguiente representacioacuten de

los electrones en orbitales indicaacute a queacute ele-

mentos corresponden

a)

b)

c)

d)

7) Representaacute la distribucioacuten de los electrones en

orbitales de los elementos

a) 7N= c) 18Ar =

b) 15AI = d) 19K =

92

Hoja de respuestas121

1) a) 15 b) 31 2) a) 19 b) 19 c) 20

3)

ELE-

MEN-

TO

NUacuteME-

RO

ATOacute-

MICO

NUacute-

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)Argoacuten Ar

d)Escandio Sc

5) a) 1S2 2S2 2p6 3s1

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)middot

94

Ejercicios 1211

Modelo de resolucioacuten

El nuacutemero de oxidacioacuten se asigna seguacuten las si-

guientes reglas

1) El nuacutemero de oxidacioacuten de los elementos en la

sustancia simple es cero

Ejemplo Cu0 02Cl

2) El nuacutemero de oxidacioacuten del oxiacutegeno es 2

excepto en las sustancias como el agua oxige-

nada Ejemplo H2

2Ominus

3) El nuacutemero de oxidacioacuten del hidroacutegeno es +1

excepto en las sustancias donde estaacute combina-

do con los metales Ejemplo 1

H+

2O

4) El nuacutemero de oxidacioacuten de un ion monoatoacute-

mico es igual a la carga del ion Ejemplo Ca2-

Cl-

95

5) En la foacutermula de una sustancia la suma alge-

braica de los nuacutemeros de oxidacioacuten de todos

los aacutetomos debe ser cero Ejemplo 1

H+

2

2Ominus

there42(+1) + (-2) = 0

6) En los iones que tienen maacutes de un aacutetomo la

suma algebraica de los nuacutemeros de oxidacioacuten

de todos los aacutetomos es igual a la carga del ion

El nuacutemero de oxidacioacuten se escribe colocando primero el signo y luego el nuacutemero

Ejemplo el nuacutemero de oxidacioacuten del aluminio es +3

1) Calculaacute los nuacutemeros de oxidacioacuten en la moleacute-

cula de dioacutexido de azufre (SO2)

Datos SO2 nuacutemero de oxidacioacuten del O2

es 2

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de S

Resolucioacuten Cada aacutetomo de oxiacutegeno tiene

nuacutemero de oxidacioacuten 2 por lo tanto el nuacute-

mero de oxidacioacuten del azufre es +4 porque

2(-2) + (+4) = 0

96

2) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten del azufre en

el aacutecido sulfuacuterico (H2SO4)

Datos H2SO2 nuacutemero de oxidacioacuten del

O2 es 2 nuacutemero de oxidacioacuten de H es -1

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de S

Resolucioacuten Se debe cumplir que la suma al-gebraica de todos los nuacutemeros de oxidacioacuten sea cero

4(-2) + 21 + x = 0

-8 + 2 + x = 0

x = 6

Respuesta el nuacutemero de oxidacioacuten del azufre

en el aacutecido sulfuacuterico es +6

3) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten del nitroacutegeno

en el nitrato de sodio (NaNO3)

Datos NaNO3 nuacutemero de oxidacioacuten del

O2 es 2

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de N

97

Resolucioacuten El nuacutemero de oxidacioacuten del

sodio es +1 porque el ion sodio tiene una car-

ga eleacutectrica positiva

+1 + 3(-2) +x = 0

1 6 + x = 0

x = 5

Respuesta el nuacutemero de oxidacioacuten del nitroacute-

geno en el nitrato de sodio es +5

4) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten del azufre en

el ion sulfato (S 24Ominus )

Datos S 24Ominus nuacutemero de oxidacioacuten del O2

es 2

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de S

Resolucioacuten La suma de los nuacutemeros de

oxidacioacuten es igual a 2 porque el ion sulfato

tiene dos cargas negativas (2-)

x + 4(-2) = -2

x 8 = -2

x = 6

98

Respuesta El nuacutemero de oxidacioacuten del azu-

fre en el ion sulfato es +6

99

Ejercicios 1212

1) Dibujaacute los siacutembolos de Lewis para los aacutetomos

de

a) He b) Al c) Si d) Ar e) N

2) iquestCoacutemo adquiere la distribucioacuten electroacutenica del

ineacutertido maacutes cercano cada uno de los siguien-

tes aacutetomos

a) K b)

F c)

S d) Mg e)

Br

3) Escribiacute las ecuaciones ioacutenicas la foacutermula elec-

troacutenica y la foacutermula miacutenima del compuesto

ioacutenico formado por

a) K y Br (bromuro de potasio)

b) Ca y O (oacutexido de calcio)

4) Marcaacute con una X las propiedades correspon-

dientes a las sustancias que presentan uniones

ioacutenicas

100

a) Son soacutelidas y tienen bajo punto de fusioacuten ( )

b) Conducen la corriente eleacutectrica fundidas o di-

sueltas en agua ( )

c) Tienen brillo metaacutelico ( )

d) Forman cristales duros y quebradizos solubles

en agua ( )

e) No conducen la corriente eleacutectrica ( )

5) Explicaacute coacutemo se unen dos aacutetomos de bromo

para formar la moleacutecula Br2 y escribiacute su

foacutermula electroacutenica y su foacutermula desarrollada

6) La foacutermula del monoacutexido de dicloro es Cl2O

a) Indicaacute queacute tipo de unioacuten existe entre el cloro y

el oxiacutegeno

b) Escribiacute su foacutermula electroacutenica y su foacutermula

desarrollada

7) El azufre y el oxiacutegeno forman dos oacutexidos

importantes el dioacutexido de azufre (SO2) y el

101

trioacutexido de azufre (SO3) Para el trioacutexido de

azufre

a) Indicaacute queacute tipo de unioacuten existe entre el azufre

y los tres aacutetomos de oxiacutegeno

b) Escribiacute la foacutermula electroacutenica

c) Escribiacute la foacutermula desarrollada

8) Marcaacute 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

liacutequidas o soacutelidas ( )

c) Son duacutectiles y maleables ( )

d) No forman moleacuteculas son agregados de

iones ( )

e) No son buenas conductoras de la corriente

eleacutectrica ( )

102

9) Coloque en el pareacutentesis UCP si la unioacuten es

covalente polar y UCNP si es covalento no

polar en cada una de las siguientes sustancias

a) cloruro de hidroacutegeno HCl ( )

b) Hidroacutegeno H2 ( )

c) yodo l2 ( )

10) Escribiacute la foacutermula electroacutenica y la foacutermula

desarrollada de cada una de las sustancias

mencionadas en el ejercicio 9

11) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten

a) del azufre (S)en el dioacutexido de azufre (SO2) en

el trioacutexido de azufre (SO3) y en el sulfuro de

sodio (Na2S)

b) del nitroacutegeno (N) en el dioacutexido de nitroacutegeno

(NO2) en el aacutecido niacutetrico (HNO3) y en el ni-

trato de potasio (KNO3)

12) Marcaacute con una X las propiedades que se expli-

can en el concepto de unioacuten metaacutelica

103

a) Tienen bajo punto de fusioacuten y de

ebullicioacuten ( )

b) Tienen brillo metaacutelico ( )

c) Conducen la corriente eleacutectrica sin

alterarse ( )

d) En estado soacutelido son malos conductores de la

corriente eleacutectrica ( )

e) Forman hilos y laacuteminas delgadas ( )

104

Hoja de respuestas 1212

1) a) He b) Al c)

Si d)

Ar e)

N

2) a) cede un electroacuten d) cede electrones c)

gana dos electrones b) y e) gana un electroacuten

3) a) Ecuaciones ioacutenicas

K K1+ + 1 e

Br + 1 e Br1-

K1+ + Br- KBr

Foacutermula electroacutenica K1+minus

1

Br

Foacutermula miacutenima KBr

b) Ecuaciones ioacutenicas

Ca Ca 2+ + 2 e

O + 2 e O2-

Ca2+ + O2- CaO

Foacutermula electroacutenica Ca2+ minus

2

O

105

Foacutermula miacutenima CaO

4) b y d

5) se unen compartiendo un par de electrones

6) a) unioacuten covalente

b) foacutermula electroacutenica

Cl

O

Cl

foacutermula desarrollada Cl O Cl

7) a) una unioacuten covalente doble entre el azufre y

uno de los aacutetomos de oxiacutegeno dos uniones cova-

lentes coordinadas con los otros dos aacutetomos de

oxiacutegeno

b) Foacutermula electroacutenica

Foacutermula desarrollada

106

8) a b y e

9) a) UCP y c) UCNP

10) Foacutermula electroacutenica Foacutermula desarrollada

a) H

Cl H Cl

b) HH H H

c)

I

I l I

11) a) +4 +6 -2 b) +4 +5 +5

12) b c y e

  • RADIACTIVIDAD
    • IacuteNDICE
      • 1 RADIACTIVIDAD NATURAL
      • 2 RELACIOacuteN ENTRE LA LEY DE LAVOISIER Y LA DE EINSTEIN
      • 3 INTERACCIONES ENTRE AacuteTOMOS Y ONDAS
      • 4 PODER DE PENETRACIOacuteN DE LA RADIACIOacuteN
      • 5 VIDA MEDIA
      • 6 RADIACTIVIDAD ARTIFICIAL
      • 7 USOS DE LOS RADIOISOacuteTOPOS
      • 8 MEDICINA NUCLEAR
      • 9 FECHADO POR MEDIO DE RADIOISOacuteTOPOS
      • 10 PLANTAS DE ENERGIacuteA NUCLEAR
      • 11 BOMBA ATOacuteMICA
      • 12 EFECTOS DE UNA EXPLOSIOacuteN NUCLEAR
        • Ejercicios 12
        • Ejercicios 121
        • Hoja de respuestas121
        • Ejercicios 1211
        • Ejercicios 1212
        • Hoja de respuestas 1212

82

ratura vaporiza todo lo que se encuentra

dentro de la bola de fuego todo se funde

con los materiales radiactivos de la fisioacuten o

fusioacuten y se eleva con el hongo para luego

precipitar en forma de finas cenizas Esto

ocurriraacute durante las 24 h siguientes a la

explosioacuten y afectaraacute a una regioacuten maacutes o

menos amplia para una misma potencia

seguacuten la climatologiacutea El fenoacutemeno se am-

pliacutea considerablemente si la detonacioacuten se

produce cerca del suelo La energiacutea 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 maacutes destructivos los deno-

minados secundarios como incendios en masa

que acabariacutean con los pocos supervivientes y ma-

tariacutean a maacutes que el pulso teacutermico y la onda de

choque

83

Ademaacutes en caso de que se lanzaran muchas

bombas nucleares sus efectos secundarios seriacutean

mucho maacutes 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 10000 mega-

tones miacutenimos para considerar un holocausto

como tal

bull El primero de estos efectos es que la ra-

dioactividad liberada en caso de holocaus-

to penetrariacutea en todos y cada uno de los

seres vivos (y en el mar la tierra y el aire)

Mientras que en dosis altas (seguacuten la espe-

cie) produciriacutea la muerte en otras maacutes ba-

jas los efectos seriacutean de lo maacutes variados

(mutaciones esterilidad)

bull El segundo seriacutea que los materiales im-

pulsados por las detonaciones se elevariacutean

hasta la troposfera donde ocultariacutean la luz

84

del sol durante meses o antildeos haciendo ba-

jar la temperatura de la tierra y alterando la

fotosiacutentesis de los vegetales y el plancton

marino seriacutea el famoso invierno nuclear

Ademaacutes estos materiales radiactivos iriacutean

cayendo durante meses o antildeos convirtieacuten-

dose en una lluvia radiactiva global que

auacuten con menos dosis radiactiva que una

lluvia provocada por una bomba seriacutea

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

antildeos Ese 5 de energiacutea liberada por la

lluvia radiactividad en una bomba es poco

pero en los 10000 megatones de un holo-

causto suponen ya 500 megatones que iraacuten

estallando durante miles de antildeos des-

pueacutes de la cataacutestrofe

85

bull El tercero seriacutea una reduccioacuten en la capa

de ozono producida por el oacutexido de nitroacute-

geno generado por las bolas de fuego de

modo que la radiacioacuten solar que llegase a

la tierra seriacutea mortal Un 70 del ozono

desapareceriacutea en el hemisferio norte y un

40 en el sur siendo necesarios treinta

antildeos para recuperar su estado normal

86

Ejercicios 12

MODELO DE RESOLUCIOacuteN

La distribucioacuten de los electrones de un aacutetomo

en sus niveles y subniveles se puede representar en

forma abreviada de la siguiente manera

a) Un coeficiente que indica el nuacutemero del nivel

de energiacutea (n)

b) Una letra que corresponde al subnivel

c) Un supraiacutendice que sentildeala el nuacutemero de elec-

trones que hay en el subnivel

1H = 1s1

3Li = 1s2 2s1

En razoacuten del entrecruzamiento de subniveles

el orden en que se van completando los subniveles

por energiacutea creciente es el siguiente

87

1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d

4p 5s 4d 5p 6s 4f

5d 6p 7s 5f 6d

7p

Para visualizar la distribucioacuten de los electrones

en orbitales se puede representar cada orbital por

un pequentildeo cuadrado dividido por una diagonal

y cada electroacuten mediante una flecha

Entonces el orbital puede estar

Vaciacuteo incompleto completo

(1 electroacuten) (2 electrones)

En caso del orbital completo las flechas tienen

sentido contrario para indicar que los electrones

presentan spin contrario

El llenado de los orbitales por los electrones

se realiza a partir de los niveles y subniveles en

88

orden creciente de energiacutea Cada nuevo electroacuten se

incorpora a un orbital vaciacuteo

De ese modo los elementos quedan represen-

tados asiacute

1H =

1s

3Li =

1s 2s

7N =

1s 2s 2p

89

Ejercicios 121

1) Un aacutetomo de foacutesforo tiene 15 protones y 16

neutrones Indicaacute cuaacutel es su

a) nuacutemero atoacutemico (Z) b) nuacutemero

de masa (A)

2) Un aacutetomo de potasio tiene Z =19 y A = 39

Indicaacute su nuacutemero de

a) protones b) electrones

c) neutrones

3) Completaacute los datos que faltan en el siguiente

cuadro

90

ELE-

MEN-

TO

NUacute-

MERO

ATOacute-

MICO

NUacute-

MERO

DE

MASA

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) Sentildealaacute el nombre y siacutembolo de los elementos

cuyas configuraciones electroacutenicas 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) Escribiacute la configuracioacuten electroacutenica de los

siguientes elementos

91

a) Na2311 = c) O16

8 =

b) Cl3517 = d) C12

6 =

6) De acuerdo con la siguiente representacioacuten de

los electrones en orbitales indicaacute a queacute ele-

mentos corresponden

a)

b)

c)

d)

7) Representaacute la distribucioacuten de los electrones en

orbitales de los elementos

a) 7N= c) 18Ar =

b) 15AI = d) 19K =

92

Hoja de respuestas121

1) a) 15 b) 31 2) a) 19 b) 19 c) 20

3)

ELE-

MEN-

TO

NUacuteME-

RO

ATOacute-

MICO

NUacute-

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)Argoacuten Ar

d)Escandio Sc

5) a) 1S2 2S2 2p6 3s1

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)middot

94

Ejercicios 1211

Modelo de resolucioacuten

El nuacutemero de oxidacioacuten se asigna seguacuten las si-

guientes reglas

1) El nuacutemero de oxidacioacuten de los elementos en la

sustancia simple es cero

Ejemplo Cu0 02Cl

2) El nuacutemero de oxidacioacuten del oxiacutegeno es 2

excepto en las sustancias como el agua oxige-

nada Ejemplo H2

2Ominus

3) El nuacutemero de oxidacioacuten del hidroacutegeno es +1

excepto en las sustancias donde estaacute combina-

do con los metales Ejemplo 1

H+

2O

4) El nuacutemero de oxidacioacuten de un ion monoatoacute-

mico es igual a la carga del ion Ejemplo Ca2-

Cl-

95

5) En la foacutermula de una sustancia la suma alge-

braica de los nuacutemeros de oxidacioacuten de todos

los aacutetomos debe ser cero Ejemplo 1

H+

2

2Ominus

there42(+1) + (-2) = 0

6) En los iones que tienen maacutes de un aacutetomo la

suma algebraica de los nuacutemeros de oxidacioacuten

de todos los aacutetomos es igual a la carga del ion

El nuacutemero de oxidacioacuten se escribe colocando primero el signo y luego el nuacutemero

Ejemplo el nuacutemero de oxidacioacuten del aluminio es +3

1) Calculaacute los nuacutemeros de oxidacioacuten en la moleacute-

cula de dioacutexido de azufre (SO2)

Datos SO2 nuacutemero de oxidacioacuten del O2

es 2

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de S

Resolucioacuten Cada aacutetomo de oxiacutegeno tiene

nuacutemero de oxidacioacuten 2 por lo tanto el nuacute-

mero de oxidacioacuten del azufre es +4 porque

2(-2) + (+4) = 0

96

2) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten del azufre en

el aacutecido sulfuacuterico (H2SO4)

Datos H2SO2 nuacutemero de oxidacioacuten del

O2 es 2 nuacutemero de oxidacioacuten de H es -1

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de S

Resolucioacuten Se debe cumplir que la suma al-gebraica de todos los nuacutemeros de oxidacioacuten sea cero

4(-2) + 21 + x = 0

-8 + 2 + x = 0

x = 6

Respuesta el nuacutemero de oxidacioacuten del azufre

en el aacutecido sulfuacuterico es +6

3) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten del nitroacutegeno

en el nitrato de sodio (NaNO3)

Datos NaNO3 nuacutemero de oxidacioacuten del

O2 es 2

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de N

97

Resolucioacuten El nuacutemero de oxidacioacuten del

sodio es +1 porque el ion sodio tiene una car-

ga eleacutectrica positiva

+1 + 3(-2) +x = 0

1 6 + x = 0

x = 5

Respuesta el nuacutemero de oxidacioacuten del nitroacute-

geno en el nitrato de sodio es +5

4) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten del azufre en

el ion sulfato (S 24Ominus )

Datos S 24Ominus nuacutemero de oxidacioacuten del O2

es 2

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de S

Resolucioacuten La suma de los nuacutemeros de

oxidacioacuten es igual a 2 porque el ion sulfato

tiene dos cargas negativas (2-)

x + 4(-2) = -2

x 8 = -2

x = 6

98

Respuesta El nuacutemero de oxidacioacuten del azu-

fre en el ion sulfato es +6

99

Ejercicios 1212

1) Dibujaacute los siacutembolos de Lewis para los aacutetomos

de

a) He b) Al c) Si d) Ar e) N

2) iquestCoacutemo adquiere la distribucioacuten electroacutenica del

ineacutertido maacutes cercano cada uno de los siguien-

tes aacutetomos

a) K b)

F c)

S d) Mg e)

Br

3) Escribiacute las ecuaciones ioacutenicas la foacutermula elec-

troacutenica y la foacutermula miacutenima del compuesto

ioacutenico formado por

a) K y Br (bromuro de potasio)

b) Ca y O (oacutexido de calcio)

4) Marcaacute con una X las propiedades correspon-

dientes a las sustancias que presentan uniones

ioacutenicas

100

a) Son soacutelidas y tienen bajo punto de fusioacuten ( )

b) Conducen la corriente eleacutectrica fundidas o di-

sueltas en agua ( )

c) Tienen brillo metaacutelico ( )

d) Forman cristales duros y quebradizos solubles

en agua ( )

e) No conducen la corriente eleacutectrica ( )

5) Explicaacute coacutemo se unen dos aacutetomos de bromo

para formar la moleacutecula Br2 y escribiacute su

foacutermula electroacutenica y su foacutermula desarrollada

6) La foacutermula del monoacutexido de dicloro es Cl2O

a) Indicaacute queacute tipo de unioacuten existe entre el cloro y

el oxiacutegeno

b) Escribiacute su foacutermula electroacutenica y su foacutermula

desarrollada

7) El azufre y el oxiacutegeno forman dos oacutexidos

importantes el dioacutexido de azufre (SO2) y el

101

trioacutexido de azufre (SO3) Para el trioacutexido de

azufre

a) Indicaacute queacute tipo de unioacuten existe entre el azufre

y los tres aacutetomos de oxiacutegeno

b) Escribiacute la foacutermula electroacutenica

c) Escribiacute la foacutermula desarrollada

8) Marcaacute 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

liacutequidas o soacutelidas ( )

c) Son duacutectiles y maleables ( )

d) No forman moleacuteculas son agregados de

iones ( )

e) No son buenas conductoras de la corriente

eleacutectrica ( )

102

9) Coloque en el pareacutentesis UCP si la unioacuten es

covalente polar y UCNP si es covalento no

polar en cada una de las siguientes sustancias

a) cloruro de hidroacutegeno HCl ( )

b) Hidroacutegeno H2 ( )

c) yodo l2 ( )

10) Escribiacute la foacutermula electroacutenica y la foacutermula

desarrollada de cada una de las sustancias

mencionadas en el ejercicio 9

11) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten

a) del azufre (S)en el dioacutexido de azufre (SO2) en

el trioacutexido de azufre (SO3) y en el sulfuro de

sodio (Na2S)

b) del nitroacutegeno (N) en el dioacutexido de nitroacutegeno

(NO2) en el aacutecido niacutetrico (HNO3) y en el ni-

trato de potasio (KNO3)

12) Marcaacute con una X las propiedades que se expli-

can en el concepto de unioacuten metaacutelica

103

a) Tienen bajo punto de fusioacuten y de

ebullicioacuten ( )

b) Tienen brillo metaacutelico ( )

c) Conducen la corriente eleacutectrica sin

alterarse ( )

d) En estado soacutelido son malos conductores de la

corriente eleacutectrica ( )

e) Forman hilos y laacuteminas delgadas ( )

104

Hoja de respuestas 1212

1) a) He b) Al c)

Si d)

Ar e)

N

2) a) cede un electroacuten d) cede electrones c)

gana dos electrones b) y e) gana un electroacuten

3) a) Ecuaciones ioacutenicas

K K1+ + 1 e

Br + 1 e Br1-

K1+ + Br- KBr

Foacutermula electroacutenica K1+minus

1

Br

Foacutermula miacutenima KBr

b) Ecuaciones ioacutenicas

Ca Ca 2+ + 2 e

O + 2 e O2-

Ca2+ + O2- CaO

Foacutermula electroacutenica Ca2+ minus

2

O

105

Foacutermula miacutenima CaO

4) b y d

5) se unen compartiendo un par de electrones

6) a) unioacuten covalente

b) foacutermula electroacutenica

Cl

O

Cl

foacutermula desarrollada Cl O Cl

7) a) una unioacuten covalente doble entre el azufre y

uno de los aacutetomos de oxiacutegeno dos uniones cova-

lentes coordinadas con los otros dos aacutetomos de

oxiacutegeno

b) Foacutermula electroacutenica

Foacutermula desarrollada

106

8) a b y e

9) a) UCP y c) UCNP

10) Foacutermula electroacutenica Foacutermula desarrollada

a) H

Cl H Cl

b) HH H H

c)

I

I l I

11) a) +4 +6 -2 b) +4 +5 +5

12) b c y e

  • RADIACTIVIDAD
    • IacuteNDICE
      • 1 RADIACTIVIDAD NATURAL
      • 2 RELACIOacuteN ENTRE LA LEY DE LAVOISIER Y LA DE EINSTEIN
      • 3 INTERACCIONES ENTRE AacuteTOMOS Y ONDAS
      • 4 PODER DE PENETRACIOacuteN DE LA RADIACIOacuteN
      • 5 VIDA MEDIA
      • 6 RADIACTIVIDAD ARTIFICIAL
      • 7 USOS DE LOS RADIOISOacuteTOPOS
      • 8 MEDICINA NUCLEAR
      • 9 FECHADO POR MEDIO DE RADIOISOacuteTOPOS
      • 10 PLANTAS DE ENERGIacuteA NUCLEAR
      • 11 BOMBA ATOacuteMICA
      • 12 EFECTOS DE UNA EXPLOSIOacuteN NUCLEAR
        • Ejercicios 12
        • Ejercicios 121
        • Hoja de respuestas121
        • Ejercicios 1211
        • Ejercicios 1212
        • Hoja de respuestas 1212

83

Ademaacutes en caso de que se lanzaran muchas

bombas nucleares sus efectos secundarios seriacutean

mucho maacutes 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 10000 mega-

tones miacutenimos para considerar un holocausto

como tal

bull El primero de estos efectos es que la ra-

dioactividad liberada en caso de holocaus-

to penetrariacutea en todos y cada uno de los

seres vivos (y en el mar la tierra y el aire)

Mientras que en dosis altas (seguacuten la espe-

cie) produciriacutea la muerte en otras maacutes ba-

jas los efectos seriacutean de lo maacutes variados

(mutaciones esterilidad)

bull El segundo seriacutea que los materiales im-

pulsados por las detonaciones se elevariacutean

hasta la troposfera donde ocultariacutean la luz

84

del sol durante meses o antildeos haciendo ba-

jar la temperatura de la tierra y alterando la

fotosiacutentesis de los vegetales y el plancton

marino seriacutea el famoso invierno nuclear

Ademaacutes estos materiales radiactivos iriacutean

cayendo durante meses o antildeos convirtieacuten-

dose en una lluvia radiactiva global que

auacuten con menos dosis radiactiva que una

lluvia provocada por una bomba seriacutea

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

antildeos Ese 5 de energiacutea liberada por la

lluvia radiactividad en una bomba es poco

pero en los 10000 megatones de un holo-

causto suponen ya 500 megatones que iraacuten

estallando durante miles de antildeos des-

pueacutes de la cataacutestrofe

85

bull El tercero seriacutea una reduccioacuten en la capa

de ozono producida por el oacutexido de nitroacute-

geno generado por las bolas de fuego de

modo que la radiacioacuten solar que llegase a

la tierra seriacutea mortal Un 70 del ozono

desapareceriacutea en el hemisferio norte y un

40 en el sur siendo necesarios treinta

antildeos para recuperar su estado normal

86

Ejercicios 12

MODELO DE RESOLUCIOacuteN

La distribucioacuten de los electrones de un aacutetomo

en sus niveles y subniveles se puede representar en

forma abreviada de la siguiente manera

a) Un coeficiente que indica el nuacutemero del nivel

de energiacutea (n)

b) Una letra que corresponde al subnivel

c) Un supraiacutendice que sentildeala el nuacutemero de elec-

trones que hay en el subnivel

1H = 1s1

3Li = 1s2 2s1

En razoacuten del entrecruzamiento de subniveles

el orden en que se van completando los subniveles

por energiacutea creciente es el siguiente

87

1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d

4p 5s 4d 5p 6s 4f

5d 6p 7s 5f 6d

7p

Para visualizar la distribucioacuten de los electrones

en orbitales se puede representar cada orbital por

un pequentildeo cuadrado dividido por una diagonal

y cada electroacuten mediante una flecha

Entonces el orbital puede estar

Vaciacuteo incompleto completo

(1 electroacuten) (2 electrones)

En caso del orbital completo las flechas tienen

sentido contrario para indicar que los electrones

presentan spin contrario

El llenado de los orbitales por los electrones

se realiza a partir de los niveles y subniveles en

88

orden creciente de energiacutea Cada nuevo electroacuten se

incorpora a un orbital vaciacuteo

De ese modo los elementos quedan represen-

tados asiacute

1H =

1s

3Li =

1s 2s

7N =

1s 2s 2p

89

Ejercicios 121

1) Un aacutetomo de foacutesforo tiene 15 protones y 16

neutrones Indicaacute cuaacutel es su

a) nuacutemero atoacutemico (Z) b) nuacutemero

de masa (A)

2) Un aacutetomo de potasio tiene Z =19 y A = 39

Indicaacute su nuacutemero de

a) protones b) electrones

c) neutrones

3) Completaacute los datos que faltan en el siguiente

cuadro

90

ELE-

MEN-

TO

NUacute-

MERO

ATOacute-

MICO

NUacute-

MERO

DE

MASA

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) Sentildealaacute el nombre y siacutembolo de los elementos

cuyas configuraciones electroacutenicas 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) Escribiacute la configuracioacuten electroacutenica de los

siguientes elementos

91

a) Na2311 = c) O16

8 =

b) Cl3517 = d) C12

6 =

6) De acuerdo con la siguiente representacioacuten de

los electrones en orbitales indicaacute a queacute ele-

mentos corresponden

a)

b)

c)

d)

7) Representaacute la distribucioacuten de los electrones en

orbitales de los elementos

a) 7N= c) 18Ar =

b) 15AI = d) 19K =

92

Hoja de respuestas121

1) a) 15 b) 31 2) a) 19 b) 19 c) 20

3)

ELE-

MEN-

TO

NUacuteME-

RO

ATOacute-

MICO

NUacute-

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)Argoacuten Ar

d)Escandio Sc

5) a) 1S2 2S2 2p6 3s1

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)middot

94

Ejercicios 1211

Modelo de resolucioacuten

El nuacutemero de oxidacioacuten se asigna seguacuten las si-

guientes reglas

1) El nuacutemero de oxidacioacuten de los elementos en la

sustancia simple es cero

Ejemplo Cu0 02Cl

2) El nuacutemero de oxidacioacuten del oxiacutegeno es 2

excepto en las sustancias como el agua oxige-

nada Ejemplo H2

2Ominus

3) El nuacutemero de oxidacioacuten del hidroacutegeno es +1

excepto en las sustancias donde estaacute combina-

do con los metales Ejemplo 1

H+

2O

4) El nuacutemero de oxidacioacuten de un ion monoatoacute-

mico es igual a la carga del ion Ejemplo Ca2-

Cl-

95

5) En la foacutermula de una sustancia la suma alge-

braica de los nuacutemeros de oxidacioacuten de todos

los aacutetomos debe ser cero Ejemplo 1

H+

2

2Ominus

there42(+1) + (-2) = 0

6) En los iones que tienen maacutes de un aacutetomo la

suma algebraica de los nuacutemeros de oxidacioacuten

de todos los aacutetomos es igual a la carga del ion

El nuacutemero de oxidacioacuten se escribe colocando primero el signo y luego el nuacutemero

Ejemplo el nuacutemero de oxidacioacuten del aluminio es +3

1) Calculaacute los nuacutemeros de oxidacioacuten en la moleacute-

cula de dioacutexido de azufre (SO2)

Datos SO2 nuacutemero de oxidacioacuten del O2

es 2

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de S

Resolucioacuten Cada aacutetomo de oxiacutegeno tiene

nuacutemero de oxidacioacuten 2 por lo tanto el nuacute-

mero de oxidacioacuten del azufre es +4 porque

2(-2) + (+4) = 0

96

2) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten del azufre en

el aacutecido sulfuacuterico (H2SO4)

Datos H2SO2 nuacutemero de oxidacioacuten del

O2 es 2 nuacutemero de oxidacioacuten de H es -1

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de S

Resolucioacuten Se debe cumplir que la suma al-gebraica de todos los nuacutemeros de oxidacioacuten sea cero

4(-2) + 21 + x = 0

-8 + 2 + x = 0

x = 6

Respuesta el nuacutemero de oxidacioacuten del azufre

en el aacutecido sulfuacuterico es +6

3) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten del nitroacutegeno

en el nitrato de sodio (NaNO3)

Datos NaNO3 nuacutemero de oxidacioacuten del

O2 es 2

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de N

97

Resolucioacuten El nuacutemero de oxidacioacuten del

sodio es +1 porque el ion sodio tiene una car-

ga eleacutectrica positiva

+1 + 3(-2) +x = 0

1 6 + x = 0

x = 5

Respuesta el nuacutemero de oxidacioacuten del nitroacute-

geno en el nitrato de sodio es +5

4) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten del azufre en

el ion sulfato (S 24Ominus )

Datos S 24Ominus nuacutemero de oxidacioacuten del O2

es 2

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de S

Resolucioacuten La suma de los nuacutemeros de

oxidacioacuten es igual a 2 porque el ion sulfato

tiene dos cargas negativas (2-)

x + 4(-2) = -2

x 8 = -2

x = 6

98

Respuesta El nuacutemero de oxidacioacuten del azu-

fre en el ion sulfato es +6

99

Ejercicios 1212

1) Dibujaacute los siacutembolos de Lewis para los aacutetomos

de

a) He b) Al c) Si d) Ar e) N

2) iquestCoacutemo adquiere la distribucioacuten electroacutenica del

ineacutertido maacutes cercano cada uno de los siguien-

tes aacutetomos

a) K b)

F c)

S d) Mg e)

Br

3) Escribiacute las ecuaciones ioacutenicas la foacutermula elec-

troacutenica y la foacutermula miacutenima del compuesto

ioacutenico formado por

a) K y Br (bromuro de potasio)

b) Ca y O (oacutexido de calcio)

4) Marcaacute con una X las propiedades correspon-

dientes a las sustancias que presentan uniones

ioacutenicas

100

a) Son soacutelidas y tienen bajo punto de fusioacuten ( )

b) Conducen la corriente eleacutectrica fundidas o di-

sueltas en agua ( )

c) Tienen brillo metaacutelico ( )

d) Forman cristales duros y quebradizos solubles

en agua ( )

e) No conducen la corriente eleacutectrica ( )

5) Explicaacute coacutemo se unen dos aacutetomos de bromo

para formar la moleacutecula Br2 y escribiacute su

foacutermula electroacutenica y su foacutermula desarrollada

6) La foacutermula del monoacutexido de dicloro es Cl2O

a) Indicaacute queacute tipo de unioacuten existe entre el cloro y

el oxiacutegeno

b) Escribiacute su foacutermula electroacutenica y su foacutermula

desarrollada

7) El azufre y el oxiacutegeno forman dos oacutexidos

importantes el dioacutexido de azufre (SO2) y el

101

trioacutexido de azufre (SO3) Para el trioacutexido de

azufre

a) Indicaacute queacute tipo de unioacuten existe entre el azufre

y los tres aacutetomos de oxiacutegeno

b) Escribiacute la foacutermula electroacutenica

c) Escribiacute la foacutermula desarrollada

8) Marcaacute 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

liacutequidas o soacutelidas ( )

c) Son duacutectiles y maleables ( )

d) No forman moleacuteculas son agregados de

iones ( )

e) No son buenas conductoras de la corriente

eleacutectrica ( )

102

9) Coloque en el pareacutentesis UCP si la unioacuten es

covalente polar y UCNP si es covalento no

polar en cada una de las siguientes sustancias

a) cloruro de hidroacutegeno HCl ( )

b) Hidroacutegeno H2 ( )

c) yodo l2 ( )

10) Escribiacute la foacutermula electroacutenica y la foacutermula

desarrollada de cada una de las sustancias

mencionadas en el ejercicio 9

11) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten

a) del azufre (S)en el dioacutexido de azufre (SO2) en

el trioacutexido de azufre (SO3) y en el sulfuro de

sodio (Na2S)

b) del nitroacutegeno (N) en el dioacutexido de nitroacutegeno

(NO2) en el aacutecido niacutetrico (HNO3) y en el ni-

trato de potasio (KNO3)

12) Marcaacute con una X las propiedades que se expli-

can en el concepto de unioacuten metaacutelica

103

a) Tienen bajo punto de fusioacuten y de

ebullicioacuten ( )

b) Tienen brillo metaacutelico ( )

c) Conducen la corriente eleacutectrica sin

alterarse ( )

d) En estado soacutelido son malos conductores de la

corriente eleacutectrica ( )

e) Forman hilos y laacuteminas delgadas ( )

104

Hoja de respuestas 1212

1) a) He b) Al c)

Si d)

Ar e)

N

2) a) cede un electroacuten d) cede electrones c)

gana dos electrones b) y e) gana un electroacuten

3) a) Ecuaciones ioacutenicas

K K1+ + 1 e

Br + 1 e Br1-

K1+ + Br- KBr

Foacutermula electroacutenica K1+minus

1

Br

Foacutermula miacutenima KBr

b) Ecuaciones ioacutenicas

Ca Ca 2+ + 2 e

O + 2 e O2-

Ca2+ + O2- CaO

Foacutermula electroacutenica Ca2+ minus

2

O

105

Foacutermula miacutenima CaO

4) b y d

5) se unen compartiendo un par de electrones

6) a) unioacuten covalente

b) foacutermula electroacutenica

Cl

O

Cl

foacutermula desarrollada Cl O Cl

7) a) una unioacuten covalente doble entre el azufre y

uno de los aacutetomos de oxiacutegeno dos uniones cova-

lentes coordinadas con los otros dos aacutetomos de

oxiacutegeno

b) Foacutermula electroacutenica

Foacutermula desarrollada

106

8) a b y e

9) a) UCP y c) UCNP

10) Foacutermula electroacutenica Foacutermula desarrollada

a) H

Cl H Cl

b) HH H H

c)

I

I l I

11) a) +4 +6 -2 b) +4 +5 +5

12) b c y e

  • RADIACTIVIDAD
    • IacuteNDICE
      • 1 RADIACTIVIDAD NATURAL
      • 2 RELACIOacuteN ENTRE LA LEY DE LAVOISIER Y LA DE EINSTEIN
      • 3 INTERACCIONES ENTRE AacuteTOMOS Y ONDAS
      • 4 PODER DE PENETRACIOacuteN DE LA RADIACIOacuteN
      • 5 VIDA MEDIA
      • 6 RADIACTIVIDAD ARTIFICIAL
      • 7 USOS DE LOS RADIOISOacuteTOPOS
      • 8 MEDICINA NUCLEAR
      • 9 FECHADO POR MEDIO DE RADIOISOacuteTOPOS
      • 10 PLANTAS DE ENERGIacuteA NUCLEAR
      • 11 BOMBA ATOacuteMICA
      • 12 EFECTOS DE UNA EXPLOSIOacuteN NUCLEAR
        • Ejercicios 12
        • Ejercicios 121
        • Hoja de respuestas121
        • Ejercicios 1211
        • Ejercicios 1212
        • Hoja de respuestas 1212

84

del sol durante meses o antildeos haciendo ba-

jar la temperatura de la tierra y alterando la

fotosiacutentesis de los vegetales y el plancton

marino seriacutea el famoso invierno nuclear

Ademaacutes estos materiales radiactivos iriacutean

cayendo durante meses o antildeos convirtieacuten-

dose en una lluvia radiactiva global que

auacuten con menos dosis radiactiva que una

lluvia provocada por una bomba seriacutea

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

antildeos Ese 5 de energiacutea liberada por la

lluvia radiactividad en una bomba es poco

pero en los 10000 megatones de un holo-

causto suponen ya 500 megatones que iraacuten

estallando durante miles de antildeos des-

pueacutes de la cataacutestrofe

85

bull El tercero seriacutea una reduccioacuten en la capa

de ozono producida por el oacutexido de nitroacute-

geno generado por las bolas de fuego de

modo que la radiacioacuten solar que llegase a

la tierra seriacutea mortal Un 70 del ozono

desapareceriacutea en el hemisferio norte y un

40 en el sur siendo necesarios treinta

antildeos para recuperar su estado normal

86

Ejercicios 12

MODELO DE RESOLUCIOacuteN

La distribucioacuten de los electrones de un aacutetomo

en sus niveles y subniveles se puede representar en

forma abreviada de la siguiente manera

a) Un coeficiente que indica el nuacutemero del nivel

de energiacutea (n)

b) Una letra que corresponde al subnivel

c) Un supraiacutendice que sentildeala el nuacutemero de elec-

trones que hay en el subnivel

1H = 1s1

3Li = 1s2 2s1

En razoacuten del entrecruzamiento de subniveles

el orden en que se van completando los subniveles

por energiacutea creciente es el siguiente

87

1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d

4p 5s 4d 5p 6s 4f

5d 6p 7s 5f 6d

7p

Para visualizar la distribucioacuten de los electrones

en orbitales se puede representar cada orbital por

un pequentildeo cuadrado dividido por una diagonal

y cada electroacuten mediante una flecha

Entonces el orbital puede estar

Vaciacuteo incompleto completo

(1 electroacuten) (2 electrones)

En caso del orbital completo las flechas tienen

sentido contrario para indicar que los electrones

presentan spin contrario

El llenado de los orbitales por los electrones

se realiza a partir de los niveles y subniveles en

88

orden creciente de energiacutea Cada nuevo electroacuten se

incorpora a un orbital vaciacuteo

De ese modo los elementos quedan represen-

tados asiacute

1H =

1s

3Li =

1s 2s

7N =

1s 2s 2p

89

Ejercicios 121

1) Un aacutetomo de foacutesforo tiene 15 protones y 16

neutrones Indicaacute cuaacutel es su

a) nuacutemero atoacutemico (Z) b) nuacutemero

de masa (A)

2) Un aacutetomo de potasio tiene Z =19 y A = 39

Indicaacute su nuacutemero de

a) protones b) electrones

c) neutrones

3) Completaacute los datos que faltan en el siguiente

cuadro

90

ELE-

MEN-

TO

NUacute-

MERO

ATOacute-

MICO

NUacute-

MERO

DE

MASA

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) Sentildealaacute el nombre y siacutembolo de los elementos

cuyas configuraciones electroacutenicas 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) Escribiacute la configuracioacuten electroacutenica de los

siguientes elementos

91

a) Na2311 = c) O16

8 =

b) Cl3517 = d) C12

6 =

6) De acuerdo con la siguiente representacioacuten de

los electrones en orbitales indicaacute a queacute ele-

mentos corresponden

a)

b)

c)

d)

7) Representaacute la distribucioacuten de los electrones en

orbitales de los elementos

a) 7N= c) 18Ar =

b) 15AI = d) 19K =

92

Hoja de respuestas121

1) a) 15 b) 31 2) a) 19 b) 19 c) 20

3)

ELE-

MEN-

TO

NUacuteME-

RO

ATOacute-

MICO

NUacute-

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)Argoacuten Ar

d)Escandio Sc

5) a) 1S2 2S2 2p6 3s1

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)middot

94

Ejercicios 1211

Modelo de resolucioacuten

El nuacutemero de oxidacioacuten se asigna seguacuten las si-

guientes reglas

1) El nuacutemero de oxidacioacuten de los elementos en la

sustancia simple es cero

Ejemplo Cu0 02Cl

2) El nuacutemero de oxidacioacuten del oxiacutegeno es 2

excepto en las sustancias como el agua oxige-

nada Ejemplo H2

2Ominus

3) El nuacutemero de oxidacioacuten del hidroacutegeno es +1

excepto en las sustancias donde estaacute combina-

do con los metales Ejemplo 1

H+

2O

4) El nuacutemero de oxidacioacuten de un ion monoatoacute-

mico es igual a la carga del ion Ejemplo Ca2-

Cl-

95

5) En la foacutermula de una sustancia la suma alge-

braica de los nuacutemeros de oxidacioacuten de todos

los aacutetomos debe ser cero Ejemplo 1

H+

2

2Ominus

there42(+1) + (-2) = 0

6) En los iones que tienen maacutes de un aacutetomo la

suma algebraica de los nuacutemeros de oxidacioacuten

de todos los aacutetomos es igual a la carga del ion

El nuacutemero de oxidacioacuten se escribe colocando primero el signo y luego el nuacutemero

Ejemplo el nuacutemero de oxidacioacuten del aluminio es +3

1) Calculaacute los nuacutemeros de oxidacioacuten en la moleacute-

cula de dioacutexido de azufre (SO2)

Datos SO2 nuacutemero de oxidacioacuten del O2

es 2

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de S

Resolucioacuten Cada aacutetomo de oxiacutegeno tiene

nuacutemero de oxidacioacuten 2 por lo tanto el nuacute-

mero de oxidacioacuten del azufre es +4 porque

2(-2) + (+4) = 0

96

2) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten del azufre en

el aacutecido sulfuacuterico (H2SO4)

Datos H2SO2 nuacutemero de oxidacioacuten del

O2 es 2 nuacutemero de oxidacioacuten de H es -1

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de S

Resolucioacuten Se debe cumplir que la suma al-gebraica de todos los nuacutemeros de oxidacioacuten sea cero

4(-2) + 21 + x = 0

-8 + 2 + x = 0

x = 6

Respuesta el nuacutemero de oxidacioacuten del azufre

en el aacutecido sulfuacuterico es +6

3) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten del nitroacutegeno

en el nitrato de sodio (NaNO3)

Datos NaNO3 nuacutemero de oxidacioacuten del

O2 es 2

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de N

97

Resolucioacuten El nuacutemero de oxidacioacuten del

sodio es +1 porque el ion sodio tiene una car-

ga eleacutectrica positiva

+1 + 3(-2) +x = 0

1 6 + x = 0

x = 5

Respuesta el nuacutemero de oxidacioacuten del nitroacute-

geno en el nitrato de sodio es +5

4) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten del azufre en

el ion sulfato (S 24Ominus )

Datos S 24Ominus nuacutemero de oxidacioacuten del O2

es 2

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de S

Resolucioacuten La suma de los nuacutemeros de

oxidacioacuten es igual a 2 porque el ion sulfato

tiene dos cargas negativas (2-)

x + 4(-2) = -2

x 8 = -2

x = 6

98

Respuesta El nuacutemero de oxidacioacuten del azu-

fre en el ion sulfato es +6

99

Ejercicios 1212

1) Dibujaacute los siacutembolos de Lewis para los aacutetomos

de

a) He b) Al c) Si d) Ar e) N

2) iquestCoacutemo adquiere la distribucioacuten electroacutenica del

ineacutertido maacutes cercano cada uno de los siguien-

tes aacutetomos

a) K b)

F c)

S d) Mg e)

Br

3) Escribiacute las ecuaciones ioacutenicas la foacutermula elec-

troacutenica y la foacutermula miacutenima del compuesto

ioacutenico formado por

a) K y Br (bromuro de potasio)

b) Ca y O (oacutexido de calcio)

4) Marcaacute con una X las propiedades correspon-

dientes a las sustancias que presentan uniones

ioacutenicas

100

a) Son soacutelidas y tienen bajo punto de fusioacuten ( )

b) Conducen la corriente eleacutectrica fundidas o di-

sueltas en agua ( )

c) Tienen brillo metaacutelico ( )

d) Forman cristales duros y quebradizos solubles

en agua ( )

e) No conducen la corriente eleacutectrica ( )

5) Explicaacute coacutemo se unen dos aacutetomos de bromo

para formar la moleacutecula Br2 y escribiacute su

foacutermula electroacutenica y su foacutermula desarrollada

6) La foacutermula del monoacutexido de dicloro es Cl2O

a) Indicaacute queacute tipo de unioacuten existe entre el cloro y

el oxiacutegeno

b) Escribiacute su foacutermula electroacutenica y su foacutermula

desarrollada

7) El azufre y el oxiacutegeno forman dos oacutexidos

importantes el dioacutexido de azufre (SO2) y el

101

trioacutexido de azufre (SO3) Para el trioacutexido de

azufre

a) Indicaacute queacute tipo de unioacuten existe entre el azufre

y los tres aacutetomos de oxiacutegeno

b) Escribiacute la foacutermula electroacutenica

c) Escribiacute la foacutermula desarrollada

8) Marcaacute 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

liacutequidas o soacutelidas ( )

c) Son duacutectiles y maleables ( )

d) No forman moleacuteculas son agregados de

iones ( )

e) No son buenas conductoras de la corriente

eleacutectrica ( )

102

9) Coloque en el pareacutentesis UCP si la unioacuten es

covalente polar y UCNP si es covalento no

polar en cada una de las siguientes sustancias

a) cloruro de hidroacutegeno HCl ( )

b) Hidroacutegeno H2 ( )

c) yodo l2 ( )

10) Escribiacute la foacutermula electroacutenica y la foacutermula

desarrollada de cada una de las sustancias

mencionadas en el ejercicio 9

11) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten

a) del azufre (S)en el dioacutexido de azufre (SO2) en

el trioacutexido de azufre (SO3) y en el sulfuro de

sodio (Na2S)

b) del nitroacutegeno (N) en el dioacutexido de nitroacutegeno

(NO2) en el aacutecido niacutetrico (HNO3) y en el ni-

trato de potasio (KNO3)

12) Marcaacute con una X las propiedades que se expli-

can en el concepto de unioacuten metaacutelica

103

a) Tienen bajo punto de fusioacuten y de

ebullicioacuten ( )

b) Tienen brillo metaacutelico ( )

c) Conducen la corriente eleacutectrica sin

alterarse ( )

d) En estado soacutelido son malos conductores de la

corriente eleacutectrica ( )

e) Forman hilos y laacuteminas delgadas ( )

104

Hoja de respuestas 1212

1) a) He b) Al c)

Si d)

Ar e)

N

2) a) cede un electroacuten d) cede electrones c)

gana dos electrones b) y e) gana un electroacuten

3) a) Ecuaciones ioacutenicas

K K1+ + 1 e

Br + 1 e Br1-

K1+ + Br- KBr

Foacutermula electroacutenica K1+minus

1

Br

Foacutermula miacutenima KBr

b) Ecuaciones ioacutenicas

Ca Ca 2+ + 2 e

O + 2 e O2-

Ca2+ + O2- CaO

Foacutermula electroacutenica Ca2+ minus

2

O

105

Foacutermula miacutenima CaO

4) b y d

5) se unen compartiendo un par de electrones

6) a) unioacuten covalente

b) foacutermula electroacutenica

Cl

O

Cl

foacutermula desarrollada Cl O Cl

7) a) una unioacuten covalente doble entre el azufre y

uno de los aacutetomos de oxiacutegeno dos uniones cova-

lentes coordinadas con los otros dos aacutetomos de

oxiacutegeno

b) Foacutermula electroacutenica

Foacutermula desarrollada

106

8) a b y e

9) a) UCP y c) UCNP

10) Foacutermula electroacutenica Foacutermula desarrollada

a) H

Cl H Cl

b) HH H H

c)

I

I l I

11) a) +4 +6 -2 b) +4 +5 +5

12) b c y e

  • RADIACTIVIDAD
    • IacuteNDICE
      • 1 RADIACTIVIDAD NATURAL
      • 2 RELACIOacuteN ENTRE LA LEY DE LAVOISIER Y LA DE EINSTEIN
      • 3 INTERACCIONES ENTRE AacuteTOMOS Y ONDAS
      • 4 PODER DE PENETRACIOacuteN DE LA RADIACIOacuteN
      • 5 VIDA MEDIA
      • 6 RADIACTIVIDAD ARTIFICIAL
      • 7 USOS DE LOS RADIOISOacuteTOPOS
      • 8 MEDICINA NUCLEAR
      • 9 FECHADO POR MEDIO DE RADIOISOacuteTOPOS
      • 10 PLANTAS DE ENERGIacuteA NUCLEAR
      • 11 BOMBA ATOacuteMICA
      • 12 EFECTOS DE UNA EXPLOSIOacuteN NUCLEAR
        • Ejercicios 12
        • Ejercicios 121
        • Hoja de respuestas121
        • Ejercicios 1211
        • Ejercicios 1212
        • Hoja de respuestas 1212

85

bull El tercero seriacutea una reduccioacuten en la capa

de ozono producida por el oacutexido de nitroacute-

geno generado por las bolas de fuego de

modo que la radiacioacuten solar que llegase a

la tierra seriacutea mortal Un 70 del ozono

desapareceriacutea en el hemisferio norte y un

40 en el sur siendo necesarios treinta

antildeos para recuperar su estado normal

86

Ejercicios 12

MODELO DE RESOLUCIOacuteN

La distribucioacuten de los electrones de un aacutetomo

en sus niveles y subniveles se puede representar en

forma abreviada de la siguiente manera

a) Un coeficiente que indica el nuacutemero del nivel

de energiacutea (n)

b) Una letra que corresponde al subnivel

c) Un supraiacutendice que sentildeala el nuacutemero de elec-

trones que hay en el subnivel

1H = 1s1

3Li = 1s2 2s1

En razoacuten del entrecruzamiento de subniveles

el orden en que se van completando los subniveles

por energiacutea creciente es el siguiente

87

1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d

4p 5s 4d 5p 6s 4f

5d 6p 7s 5f 6d

7p

Para visualizar la distribucioacuten de los electrones

en orbitales se puede representar cada orbital por

un pequentildeo cuadrado dividido por una diagonal

y cada electroacuten mediante una flecha

Entonces el orbital puede estar

Vaciacuteo incompleto completo

(1 electroacuten) (2 electrones)

En caso del orbital completo las flechas tienen

sentido contrario para indicar que los electrones

presentan spin contrario

El llenado de los orbitales por los electrones

se realiza a partir de los niveles y subniveles en

88

orden creciente de energiacutea Cada nuevo electroacuten se

incorpora a un orbital vaciacuteo

De ese modo los elementos quedan represen-

tados asiacute

1H =

1s

3Li =

1s 2s

7N =

1s 2s 2p

89

Ejercicios 121

1) Un aacutetomo de foacutesforo tiene 15 protones y 16

neutrones Indicaacute cuaacutel es su

a) nuacutemero atoacutemico (Z) b) nuacutemero

de masa (A)

2) Un aacutetomo de potasio tiene Z =19 y A = 39

Indicaacute su nuacutemero de

a) protones b) electrones

c) neutrones

3) Completaacute los datos que faltan en el siguiente

cuadro

90

ELE-

MEN-

TO

NUacute-

MERO

ATOacute-

MICO

NUacute-

MERO

DE

MASA

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) Sentildealaacute el nombre y siacutembolo de los elementos

cuyas configuraciones electroacutenicas 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) Escribiacute la configuracioacuten electroacutenica de los

siguientes elementos

91

a) Na2311 = c) O16

8 =

b) Cl3517 = d) C12

6 =

6) De acuerdo con la siguiente representacioacuten de

los electrones en orbitales indicaacute a queacute ele-

mentos corresponden

a)

b)

c)

d)

7) Representaacute la distribucioacuten de los electrones en

orbitales de los elementos

a) 7N= c) 18Ar =

b) 15AI = d) 19K =

92

Hoja de respuestas121

1) a) 15 b) 31 2) a) 19 b) 19 c) 20

3)

ELE-

MEN-

TO

NUacuteME-

RO

ATOacute-

MICO

NUacute-

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)Argoacuten Ar

d)Escandio Sc

5) a) 1S2 2S2 2p6 3s1

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)middot

94

Ejercicios 1211

Modelo de resolucioacuten

El nuacutemero de oxidacioacuten se asigna seguacuten las si-

guientes reglas

1) El nuacutemero de oxidacioacuten de los elementos en la

sustancia simple es cero

Ejemplo Cu0 02Cl

2) El nuacutemero de oxidacioacuten del oxiacutegeno es 2

excepto en las sustancias como el agua oxige-

nada Ejemplo H2

2Ominus

3) El nuacutemero de oxidacioacuten del hidroacutegeno es +1

excepto en las sustancias donde estaacute combina-

do con los metales Ejemplo 1

H+

2O

4) El nuacutemero de oxidacioacuten de un ion monoatoacute-

mico es igual a la carga del ion Ejemplo Ca2-

Cl-

95

5) En la foacutermula de una sustancia la suma alge-

braica de los nuacutemeros de oxidacioacuten de todos

los aacutetomos debe ser cero Ejemplo 1

H+

2

2Ominus

there42(+1) + (-2) = 0

6) En los iones que tienen maacutes de un aacutetomo la

suma algebraica de los nuacutemeros de oxidacioacuten

de todos los aacutetomos es igual a la carga del ion

El nuacutemero de oxidacioacuten se escribe colocando primero el signo y luego el nuacutemero

Ejemplo el nuacutemero de oxidacioacuten del aluminio es +3

1) Calculaacute los nuacutemeros de oxidacioacuten en la moleacute-

cula de dioacutexido de azufre (SO2)

Datos SO2 nuacutemero de oxidacioacuten del O2

es 2

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de S

Resolucioacuten Cada aacutetomo de oxiacutegeno tiene

nuacutemero de oxidacioacuten 2 por lo tanto el nuacute-

mero de oxidacioacuten del azufre es +4 porque

2(-2) + (+4) = 0

96

2) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten del azufre en

el aacutecido sulfuacuterico (H2SO4)

Datos H2SO2 nuacutemero de oxidacioacuten del

O2 es 2 nuacutemero de oxidacioacuten de H es -1

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de S

Resolucioacuten Se debe cumplir que la suma al-gebraica de todos los nuacutemeros de oxidacioacuten sea cero

4(-2) + 21 + x = 0

-8 + 2 + x = 0

x = 6

Respuesta el nuacutemero de oxidacioacuten del azufre

en el aacutecido sulfuacuterico es +6

3) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten del nitroacutegeno

en el nitrato de sodio (NaNO3)

Datos NaNO3 nuacutemero de oxidacioacuten del

O2 es 2

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de N

97

Resolucioacuten El nuacutemero de oxidacioacuten del

sodio es +1 porque el ion sodio tiene una car-

ga eleacutectrica positiva

+1 + 3(-2) +x = 0

1 6 + x = 0

x = 5

Respuesta el nuacutemero de oxidacioacuten del nitroacute-

geno en el nitrato de sodio es +5

4) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten del azufre en

el ion sulfato (S 24Ominus )

Datos S 24Ominus nuacutemero de oxidacioacuten del O2

es 2

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de S

Resolucioacuten La suma de los nuacutemeros de

oxidacioacuten es igual a 2 porque el ion sulfato

tiene dos cargas negativas (2-)

x + 4(-2) = -2

x 8 = -2

x = 6

98

Respuesta El nuacutemero de oxidacioacuten del azu-

fre en el ion sulfato es +6

99

Ejercicios 1212

1) Dibujaacute los siacutembolos de Lewis para los aacutetomos

de

a) He b) Al c) Si d) Ar e) N

2) iquestCoacutemo adquiere la distribucioacuten electroacutenica del

ineacutertido maacutes cercano cada uno de los siguien-

tes aacutetomos

a) K b)

F c)

S d) Mg e)

Br

3) Escribiacute las ecuaciones ioacutenicas la foacutermula elec-

troacutenica y la foacutermula miacutenima del compuesto

ioacutenico formado por

a) K y Br (bromuro de potasio)

b) Ca y O (oacutexido de calcio)

4) Marcaacute con una X las propiedades correspon-

dientes a las sustancias que presentan uniones

ioacutenicas

100

a) Son soacutelidas y tienen bajo punto de fusioacuten ( )

b) Conducen la corriente eleacutectrica fundidas o di-

sueltas en agua ( )

c) Tienen brillo metaacutelico ( )

d) Forman cristales duros y quebradizos solubles

en agua ( )

e) No conducen la corriente eleacutectrica ( )

5) Explicaacute coacutemo se unen dos aacutetomos de bromo

para formar la moleacutecula Br2 y escribiacute su

foacutermula electroacutenica y su foacutermula desarrollada

6) La foacutermula del monoacutexido de dicloro es Cl2O

a) Indicaacute queacute tipo de unioacuten existe entre el cloro y

el oxiacutegeno

b) Escribiacute su foacutermula electroacutenica y su foacutermula

desarrollada

7) El azufre y el oxiacutegeno forman dos oacutexidos

importantes el dioacutexido de azufre (SO2) y el

101

trioacutexido de azufre (SO3) Para el trioacutexido de

azufre

a) Indicaacute queacute tipo de unioacuten existe entre el azufre

y los tres aacutetomos de oxiacutegeno

b) Escribiacute la foacutermula electroacutenica

c) Escribiacute la foacutermula desarrollada

8) Marcaacute 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

liacutequidas o soacutelidas ( )

c) Son duacutectiles y maleables ( )

d) No forman moleacuteculas son agregados de

iones ( )

e) No son buenas conductoras de la corriente

eleacutectrica ( )

102

9) Coloque en el pareacutentesis UCP si la unioacuten es

covalente polar y UCNP si es covalento no

polar en cada una de las siguientes sustancias

a) cloruro de hidroacutegeno HCl ( )

b) Hidroacutegeno H2 ( )

c) yodo l2 ( )

10) Escribiacute la foacutermula electroacutenica y la foacutermula

desarrollada de cada una de las sustancias

mencionadas en el ejercicio 9

11) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten

a) del azufre (S)en el dioacutexido de azufre (SO2) en

el trioacutexido de azufre (SO3) y en el sulfuro de

sodio (Na2S)

b) del nitroacutegeno (N) en el dioacutexido de nitroacutegeno

(NO2) en el aacutecido niacutetrico (HNO3) y en el ni-

trato de potasio (KNO3)

12) Marcaacute con una X las propiedades que se expli-

can en el concepto de unioacuten metaacutelica

103

a) Tienen bajo punto de fusioacuten y de

ebullicioacuten ( )

b) Tienen brillo metaacutelico ( )

c) Conducen la corriente eleacutectrica sin

alterarse ( )

d) En estado soacutelido son malos conductores de la

corriente eleacutectrica ( )

e) Forman hilos y laacuteminas delgadas ( )

104

Hoja de respuestas 1212

1) a) He b) Al c)

Si d)

Ar e)

N

2) a) cede un electroacuten d) cede electrones c)

gana dos electrones b) y e) gana un electroacuten

3) a) Ecuaciones ioacutenicas

K K1+ + 1 e

Br + 1 e Br1-

K1+ + Br- KBr

Foacutermula electroacutenica K1+minus

1

Br

Foacutermula miacutenima KBr

b) Ecuaciones ioacutenicas

Ca Ca 2+ + 2 e

O + 2 e O2-

Ca2+ + O2- CaO

Foacutermula electroacutenica Ca2+ minus

2

O

105

Foacutermula miacutenima CaO

4) b y d

5) se unen compartiendo un par de electrones

6) a) unioacuten covalente

b) foacutermula electroacutenica

Cl

O

Cl

foacutermula desarrollada Cl O Cl

7) a) una unioacuten covalente doble entre el azufre y

uno de los aacutetomos de oxiacutegeno dos uniones cova-

lentes coordinadas con los otros dos aacutetomos de

oxiacutegeno

b) Foacutermula electroacutenica

Foacutermula desarrollada

106

8) a b y e

9) a) UCP y c) UCNP

10) Foacutermula electroacutenica Foacutermula desarrollada

a) H

Cl H Cl

b) HH H H

c)

I

I l I

11) a) +4 +6 -2 b) +4 +5 +5

12) b c y e

  • RADIACTIVIDAD
    • IacuteNDICE
      • 1 RADIACTIVIDAD NATURAL
      • 2 RELACIOacuteN ENTRE LA LEY DE LAVOISIER Y LA DE EINSTEIN
      • 3 INTERACCIONES ENTRE AacuteTOMOS Y ONDAS
      • 4 PODER DE PENETRACIOacuteN DE LA RADIACIOacuteN
      • 5 VIDA MEDIA
      • 6 RADIACTIVIDAD ARTIFICIAL
      • 7 USOS DE LOS RADIOISOacuteTOPOS
      • 8 MEDICINA NUCLEAR
      • 9 FECHADO POR MEDIO DE RADIOISOacuteTOPOS
      • 10 PLANTAS DE ENERGIacuteA NUCLEAR
      • 11 BOMBA ATOacuteMICA
      • 12 EFECTOS DE UNA EXPLOSIOacuteN NUCLEAR
        • Ejercicios 12
        • Ejercicios 121
        • Hoja de respuestas121
        • Ejercicios 1211
        • Ejercicios 1212
        • Hoja de respuestas 1212

86

Ejercicios 12

MODELO DE RESOLUCIOacuteN

La distribucioacuten de los electrones de un aacutetomo

en sus niveles y subniveles se puede representar en

forma abreviada de la siguiente manera

a) Un coeficiente que indica el nuacutemero del nivel

de energiacutea (n)

b) Una letra que corresponde al subnivel

c) Un supraiacutendice que sentildeala el nuacutemero de elec-

trones que hay en el subnivel

1H = 1s1

3Li = 1s2 2s1

En razoacuten del entrecruzamiento de subniveles

el orden en que se van completando los subniveles

por energiacutea creciente es el siguiente

87

1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d

4p 5s 4d 5p 6s 4f

5d 6p 7s 5f 6d

7p

Para visualizar la distribucioacuten de los electrones

en orbitales se puede representar cada orbital por

un pequentildeo cuadrado dividido por una diagonal

y cada electroacuten mediante una flecha

Entonces el orbital puede estar

Vaciacuteo incompleto completo

(1 electroacuten) (2 electrones)

En caso del orbital completo las flechas tienen

sentido contrario para indicar que los electrones

presentan spin contrario

El llenado de los orbitales por los electrones

se realiza a partir de los niveles y subniveles en

88

orden creciente de energiacutea Cada nuevo electroacuten se

incorpora a un orbital vaciacuteo

De ese modo los elementos quedan represen-

tados asiacute

1H =

1s

3Li =

1s 2s

7N =

1s 2s 2p

89

Ejercicios 121

1) Un aacutetomo de foacutesforo tiene 15 protones y 16

neutrones Indicaacute cuaacutel es su

a) nuacutemero atoacutemico (Z) b) nuacutemero

de masa (A)

2) Un aacutetomo de potasio tiene Z =19 y A = 39

Indicaacute su nuacutemero de

a) protones b) electrones

c) neutrones

3) Completaacute los datos que faltan en el siguiente

cuadro

90

ELE-

MEN-

TO

NUacute-

MERO

ATOacute-

MICO

NUacute-

MERO

DE

MASA

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) Sentildealaacute el nombre y siacutembolo de los elementos

cuyas configuraciones electroacutenicas 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) Escribiacute la configuracioacuten electroacutenica de los

siguientes elementos

91

a) Na2311 = c) O16

8 =

b) Cl3517 = d) C12

6 =

6) De acuerdo con la siguiente representacioacuten de

los electrones en orbitales indicaacute a queacute ele-

mentos corresponden

a)

b)

c)

d)

7) Representaacute la distribucioacuten de los electrones en

orbitales de los elementos

a) 7N= c) 18Ar =

b) 15AI = d) 19K =

92

Hoja de respuestas121

1) a) 15 b) 31 2) a) 19 b) 19 c) 20

3)

ELE-

MEN-

TO

NUacuteME-

RO

ATOacute-

MICO

NUacute-

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)Argoacuten Ar

d)Escandio Sc

5) a) 1S2 2S2 2p6 3s1

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)middot

94

Ejercicios 1211

Modelo de resolucioacuten

El nuacutemero de oxidacioacuten se asigna seguacuten las si-

guientes reglas

1) El nuacutemero de oxidacioacuten de los elementos en la

sustancia simple es cero

Ejemplo Cu0 02Cl

2) El nuacutemero de oxidacioacuten del oxiacutegeno es 2

excepto en las sustancias como el agua oxige-

nada Ejemplo H2

2Ominus

3) El nuacutemero de oxidacioacuten del hidroacutegeno es +1

excepto en las sustancias donde estaacute combina-

do con los metales Ejemplo 1

H+

2O

4) El nuacutemero de oxidacioacuten de un ion monoatoacute-

mico es igual a la carga del ion Ejemplo Ca2-

Cl-

95

5) En la foacutermula de una sustancia la suma alge-

braica de los nuacutemeros de oxidacioacuten de todos

los aacutetomos debe ser cero Ejemplo 1

H+

2

2Ominus

there42(+1) + (-2) = 0

6) En los iones que tienen maacutes de un aacutetomo la

suma algebraica de los nuacutemeros de oxidacioacuten

de todos los aacutetomos es igual a la carga del ion

El nuacutemero de oxidacioacuten se escribe colocando primero el signo y luego el nuacutemero

Ejemplo el nuacutemero de oxidacioacuten del aluminio es +3

1) Calculaacute los nuacutemeros de oxidacioacuten en la moleacute-

cula de dioacutexido de azufre (SO2)

Datos SO2 nuacutemero de oxidacioacuten del O2

es 2

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de S

Resolucioacuten Cada aacutetomo de oxiacutegeno tiene

nuacutemero de oxidacioacuten 2 por lo tanto el nuacute-

mero de oxidacioacuten del azufre es +4 porque

2(-2) + (+4) = 0

96

2) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten del azufre en

el aacutecido sulfuacuterico (H2SO4)

Datos H2SO2 nuacutemero de oxidacioacuten del

O2 es 2 nuacutemero de oxidacioacuten de H es -1

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de S

Resolucioacuten Se debe cumplir que la suma al-gebraica de todos los nuacutemeros de oxidacioacuten sea cero

4(-2) + 21 + x = 0

-8 + 2 + x = 0

x = 6

Respuesta el nuacutemero de oxidacioacuten del azufre

en el aacutecido sulfuacuterico es +6

3) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten del nitroacutegeno

en el nitrato de sodio (NaNO3)

Datos NaNO3 nuacutemero de oxidacioacuten del

O2 es 2

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de N

97

Resolucioacuten El nuacutemero de oxidacioacuten del

sodio es +1 porque el ion sodio tiene una car-

ga eleacutectrica positiva

+1 + 3(-2) +x = 0

1 6 + x = 0

x = 5

Respuesta el nuacutemero de oxidacioacuten del nitroacute-

geno en el nitrato de sodio es +5

4) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten del azufre en

el ion sulfato (S 24Ominus )

Datos S 24Ominus nuacutemero de oxidacioacuten del O2

es 2

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de S

Resolucioacuten La suma de los nuacutemeros de

oxidacioacuten es igual a 2 porque el ion sulfato

tiene dos cargas negativas (2-)

x + 4(-2) = -2

x 8 = -2

x = 6

98

Respuesta El nuacutemero de oxidacioacuten del azu-

fre en el ion sulfato es +6

99

Ejercicios 1212

1) Dibujaacute los siacutembolos de Lewis para los aacutetomos

de

a) He b) Al c) Si d) Ar e) N

2) iquestCoacutemo adquiere la distribucioacuten electroacutenica del

ineacutertido maacutes cercano cada uno de los siguien-

tes aacutetomos

a) K b)

F c)

S d) Mg e)

Br

3) Escribiacute las ecuaciones ioacutenicas la foacutermula elec-

troacutenica y la foacutermula miacutenima del compuesto

ioacutenico formado por

a) K y Br (bromuro de potasio)

b) Ca y O (oacutexido de calcio)

4) Marcaacute con una X las propiedades correspon-

dientes a las sustancias que presentan uniones

ioacutenicas

100

a) Son soacutelidas y tienen bajo punto de fusioacuten ( )

b) Conducen la corriente eleacutectrica fundidas o di-

sueltas en agua ( )

c) Tienen brillo metaacutelico ( )

d) Forman cristales duros y quebradizos solubles

en agua ( )

e) No conducen la corriente eleacutectrica ( )

5) Explicaacute coacutemo se unen dos aacutetomos de bromo

para formar la moleacutecula Br2 y escribiacute su

foacutermula electroacutenica y su foacutermula desarrollada

6) La foacutermula del monoacutexido de dicloro es Cl2O

a) Indicaacute queacute tipo de unioacuten existe entre el cloro y

el oxiacutegeno

b) Escribiacute su foacutermula electroacutenica y su foacutermula

desarrollada

7) El azufre y el oxiacutegeno forman dos oacutexidos

importantes el dioacutexido de azufre (SO2) y el

101

trioacutexido de azufre (SO3) Para el trioacutexido de

azufre

a) Indicaacute queacute tipo de unioacuten existe entre el azufre

y los tres aacutetomos de oxiacutegeno

b) Escribiacute la foacutermula electroacutenica

c) Escribiacute la foacutermula desarrollada

8) Marcaacute 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

liacutequidas o soacutelidas ( )

c) Son duacutectiles y maleables ( )

d) No forman moleacuteculas son agregados de

iones ( )

e) No son buenas conductoras de la corriente

eleacutectrica ( )

102

9) Coloque en el pareacutentesis UCP si la unioacuten es

covalente polar y UCNP si es covalento no

polar en cada una de las siguientes sustancias

a) cloruro de hidroacutegeno HCl ( )

b) Hidroacutegeno H2 ( )

c) yodo l2 ( )

10) Escribiacute la foacutermula electroacutenica y la foacutermula

desarrollada de cada una de las sustancias

mencionadas en el ejercicio 9

11) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten

a) del azufre (S)en el dioacutexido de azufre (SO2) en

el trioacutexido de azufre (SO3) y en el sulfuro de

sodio (Na2S)

b) del nitroacutegeno (N) en el dioacutexido de nitroacutegeno

(NO2) en el aacutecido niacutetrico (HNO3) y en el ni-

trato de potasio (KNO3)

12) Marcaacute con una X las propiedades que se expli-

can en el concepto de unioacuten metaacutelica

103

a) Tienen bajo punto de fusioacuten y de

ebullicioacuten ( )

b) Tienen brillo metaacutelico ( )

c) Conducen la corriente eleacutectrica sin

alterarse ( )

d) En estado soacutelido son malos conductores de la

corriente eleacutectrica ( )

e) Forman hilos y laacuteminas delgadas ( )

104

Hoja de respuestas 1212

1) a) He b) Al c)

Si d)

Ar e)

N

2) a) cede un electroacuten d) cede electrones c)

gana dos electrones b) y e) gana un electroacuten

3) a) Ecuaciones ioacutenicas

K K1+ + 1 e

Br + 1 e Br1-

K1+ + Br- KBr

Foacutermula electroacutenica K1+minus

1

Br

Foacutermula miacutenima KBr

b) Ecuaciones ioacutenicas

Ca Ca 2+ + 2 e

O + 2 e O2-

Ca2+ + O2- CaO

Foacutermula electroacutenica Ca2+ minus

2

O

105

Foacutermula miacutenima CaO

4) b y d

5) se unen compartiendo un par de electrones

6) a) unioacuten covalente

b) foacutermula electroacutenica

Cl

O

Cl

foacutermula desarrollada Cl O Cl

7) a) una unioacuten covalente doble entre el azufre y

uno de los aacutetomos de oxiacutegeno dos uniones cova-

lentes coordinadas con los otros dos aacutetomos de

oxiacutegeno

b) Foacutermula electroacutenica

Foacutermula desarrollada

106

8) a b y e

9) a) UCP y c) UCNP

10) Foacutermula electroacutenica Foacutermula desarrollada

a) H

Cl H Cl

b) HH H H

c)

I

I l I

11) a) +4 +6 -2 b) +4 +5 +5

12) b c y e

  • RADIACTIVIDAD
    • IacuteNDICE
      • 1 RADIACTIVIDAD NATURAL
      • 2 RELACIOacuteN ENTRE LA LEY DE LAVOISIER Y LA DE EINSTEIN
      • 3 INTERACCIONES ENTRE AacuteTOMOS Y ONDAS
      • 4 PODER DE PENETRACIOacuteN DE LA RADIACIOacuteN
      • 5 VIDA MEDIA
      • 6 RADIACTIVIDAD ARTIFICIAL
      • 7 USOS DE LOS RADIOISOacuteTOPOS
      • 8 MEDICINA NUCLEAR
      • 9 FECHADO POR MEDIO DE RADIOISOacuteTOPOS
      • 10 PLANTAS DE ENERGIacuteA NUCLEAR
      • 11 BOMBA ATOacuteMICA
      • 12 EFECTOS DE UNA EXPLOSIOacuteN NUCLEAR
        • Ejercicios 12
        • Ejercicios 121
        • Hoja de respuestas121
        • Ejercicios 1211
        • Ejercicios 1212
        • Hoja de respuestas 1212

87

1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d

4p 5s 4d 5p 6s 4f

5d 6p 7s 5f 6d

7p

Para visualizar la distribucioacuten de los electrones

en orbitales se puede representar cada orbital por

un pequentildeo cuadrado dividido por una diagonal

y cada electroacuten mediante una flecha

Entonces el orbital puede estar

Vaciacuteo incompleto completo

(1 electroacuten) (2 electrones)

En caso del orbital completo las flechas tienen

sentido contrario para indicar que los electrones

presentan spin contrario

El llenado de los orbitales por los electrones

se realiza a partir de los niveles y subniveles en

88

orden creciente de energiacutea Cada nuevo electroacuten se

incorpora a un orbital vaciacuteo

De ese modo los elementos quedan represen-

tados asiacute

1H =

1s

3Li =

1s 2s

7N =

1s 2s 2p

89

Ejercicios 121

1) Un aacutetomo de foacutesforo tiene 15 protones y 16

neutrones Indicaacute cuaacutel es su

a) nuacutemero atoacutemico (Z) b) nuacutemero

de masa (A)

2) Un aacutetomo de potasio tiene Z =19 y A = 39

Indicaacute su nuacutemero de

a) protones b) electrones

c) neutrones

3) Completaacute los datos que faltan en el siguiente

cuadro

90

ELE-

MEN-

TO

NUacute-

MERO

ATOacute-

MICO

NUacute-

MERO

DE

MASA

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) Sentildealaacute el nombre y siacutembolo de los elementos

cuyas configuraciones electroacutenicas 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) Escribiacute la configuracioacuten electroacutenica de los

siguientes elementos

91

a) Na2311 = c) O16

8 =

b) Cl3517 = d) C12

6 =

6) De acuerdo con la siguiente representacioacuten de

los electrones en orbitales indicaacute a queacute ele-

mentos corresponden

a)

b)

c)

d)

7) Representaacute la distribucioacuten de los electrones en

orbitales de los elementos

a) 7N= c) 18Ar =

b) 15AI = d) 19K =

92

Hoja de respuestas121

1) a) 15 b) 31 2) a) 19 b) 19 c) 20

3)

ELE-

MEN-

TO

NUacuteME-

RO

ATOacute-

MICO

NUacute-

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)Argoacuten Ar

d)Escandio Sc

5) a) 1S2 2S2 2p6 3s1

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)middot

94

Ejercicios 1211

Modelo de resolucioacuten

El nuacutemero de oxidacioacuten se asigna seguacuten las si-

guientes reglas

1) El nuacutemero de oxidacioacuten de los elementos en la

sustancia simple es cero

Ejemplo Cu0 02Cl

2) El nuacutemero de oxidacioacuten del oxiacutegeno es 2

excepto en las sustancias como el agua oxige-

nada Ejemplo H2

2Ominus

3) El nuacutemero de oxidacioacuten del hidroacutegeno es +1

excepto en las sustancias donde estaacute combina-

do con los metales Ejemplo 1

H+

2O

4) El nuacutemero de oxidacioacuten de un ion monoatoacute-

mico es igual a la carga del ion Ejemplo Ca2-

Cl-

95

5) En la foacutermula de una sustancia la suma alge-

braica de los nuacutemeros de oxidacioacuten de todos

los aacutetomos debe ser cero Ejemplo 1

H+

2

2Ominus

there42(+1) + (-2) = 0

6) En los iones que tienen maacutes de un aacutetomo la

suma algebraica de los nuacutemeros de oxidacioacuten

de todos los aacutetomos es igual a la carga del ion

El nuacutemero de oxidacioacuten se escribe colocando primero el signo y luego el nuacutemero

Ejemplo el nuacutemero de oxidacioacuten del aluminio es +3

1) Calculaacute los nuacutemeros de oxidacioacuten en la moleacute-

cula de dioacutexido de azufre (SO2)

Datos SO2 nuacutemero de oxidacioacuten del O2

es 2

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de S

Resolucioacuten Cada aacutetomo de oxiacutegeno tiene

nuacutemero de oxidacioacuten 2 por lo tanto el nuacute-

mero de oxidacioacuten del azufre es +4 porque

2(-2) + (+4) = 0

96

2) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten del azufre en

el aacutecido sulfuacuterico (H2SO4)

Datos H2SO2 nuacutemero de oxidacioacuten del

O2 es 2 nuacutemero de oxidacioacuten de H es -1

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de S

Resolucioacuten Se debe cumplir que la suma al-gebraica de todos los nuacutemeros de oxidacioacuten sea cero

4(-2) + 21 + x = 0

-8 + 2 + x = 0

x = 6

Respuesta el nuacutemero de oxidacioacuten del azufre

en el aacutecido sulfuacuterico es +6

3) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten del nitroacutegeno

en el nitrato de sodio (NaNO3)

Datos NaNO3 nuacutemero de oxidacioacuten del

O2 es 2

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de N

97

Resolucioacuten El nuacutemero de oxidacioacuten del

sodio es +1 porque el ion sodio tiene una car-

ga eleacutectrica positiva

+1 + 3(-2) +x = 0

1 6 + x = 0

x = 5

Respuesta el nuacutemero de oxidacioacuten del nitroacute-

geno en el nitrato de sodio es +5

4) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten del azufre en

el ion sulfato (S 24Ominus )

Datos S 24Ominus nuacutemero de oxidacioacuten del O2

es 2

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de S

Resolucioacuten La suma de los nuacutemeros de

oxidacioacuten es igual a 2 porque el ion sulfato

tiene dos cargas negativas (2-)

x + 4(-2) = -2

x 8 = -2

x = 6

98

Respuesta El nuacutemero de oxidacioacuten del azu-

fre en el ion sulfato es +6

99

Ejercicios 1212

1) Dibujaacute los siacutembolos de Lewis para los aacutetomos

de

a) He b) Al c) Si d) Ar e) N

2) iquestCoacutemo adquiere la distribucioacuten electroacutenica del

ineacutertido maacutes cercano cada uno de los siguien-

tes aacutetomos

a) K b)

F c)

S d) Mg e)

Br

3) Escribiacute las ecuaciones ioacutenicas la foacutermula elec-

troacutenica y la foacutermula miacutenima del compuesto

ioacutenico formado por

a) K y Br (bromuro de potasio)

b) Ca y O (oacutexido de calcio)

4) Marcaacute con una X las propiedades correspon-

dientes a las sustancias que presentan uniones

ioacutenicas

100

a) Son soacutelidas y tienen bajo punto de fusioacuten ( )

b) Conducen la corriente eleacutectrica fundidas o di-

sueltas en agua ( )

c) Tienen brillo metaacutelico ( )

d) Forman cristales duros y quebradizos solubles

en agua ( )

e) No conducen la corriente eleacutectrica ( )

5) Explicaacute coacutemo se unen dos aacutetomos de bromo

para formar la moleacutecula Br2 y escribiacute su

foacutermula electroacutenica y su foacutermula desarrollada

6) La foacutermula del monoacutexido de dicloro es Cl2O

a) Indicaacute queacute tipo de unioacuten existe entre el cloro y

el oxiacutegeno

b) Escribiacute su foacutermula electroacutenica y su foacutermula

desarrollada

7) El azufre y el oxiacutegeno forman dos oacutexidos

importantes el dioacutexido de azufre (SO2) y el

101

trioacutexido de azufre (SO3) Para el trioacutexido de

azufre

a) Indicaacute queacute tipo de unioacuten existe entre el azufre

y los tres aacutetomos de oxiacutegeno

b) Escribiacute la foacutermula electroacutenica

c) Escribiacute la foacutermula desarrollada

8) Marcaacute 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

liacutequidas o soacutelidas ( )

c) Son duacutectiles y maleables ( )

d) No forman moleacuteculas son agregados de

iones ( )

e) No son buenas conductoras de la corriente

eleacutectrica ( )

102

9) Coloque en el pareacutentesis UCP si la unioacuten es

covalente polar y UCNP si es covalento no

polar en cada una de las siguientes sustancias

a) cloruro de hidroacutegeno HCl ( )

b) Hidroacutegeno H2 ( )

c) yodo l2 ( )

10) Escribiacute la foacutermula electroacutenica y la foacutermula

desarrollada de cada una de las sustancias

mencionadas en el ejercicio 9

11) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten

a) del azufre (S)en el dioacutexido de azufre (SO2) en

el trioacutexido de azufre (SO3) y en el sulfuro de

sodio (Na2S)

b) del nitroacutegeno (N) en el dioacutexido de nitroacutegeno

(NO2) en el aacutecido niacutetrico (HNO3) y en el ni-

trato de potasio (KNO3)

12) Marcaacute con una X las propiedades que se expli-

can en el concepto de unioacuten metaacutelica

103

a) Tienen bajo punto de fusioacuten y de

ebullicioacuten ( )

b) Tienen brillo metaacutelico ( )

c) Conducen la corriente eleacutectrica sin

alterarse ( )

d) En estado soacutelido son malos conductores de la

corriente eleacutectrica ( )

e) Forman hilos y laacuteminas delgadas ( )

104

Hoja de respuestas 1212

1) a) He b) Al c)

Si d)

Ar e)

N

2) a) cede un electroacuten d) cede electrones c)

gana dos electrones b) y e) gana un electroacuten

3) a) Ecuaciones ioacutenicas

K K1+ + 1 e

Br + 1 e Br1-

K1+ + Br- KBr

Foacutermula electroacutenica K1+minus

1

Br

Foacutermula miacutenima KBr

b) Ecuaciones ioacutenicas

Ca Ca 2+ + 2 e

O + 2 e O2-

Ca2+ + O2- CaO

Foacutermula electroacutenica Ca2+ minus

2

O

105

Foacutermula miacutenima CaO

4) b y d

5) se unen compartiendo un par de electrones

6) a) unioacuten covalente

b) foacutermula electroacutenica

Cl

O

Cl

foacutermula desarrollada Cl O Cl

7) a) una unioacuten covalente doble entre el azufre y

uno de los aacutetomos de oxiacutegeno dos uniones cova-

lentes coordinadas con los otros dos aacutetomos de

oxiacutegeno

b) Foacutermula electroacutenica

Foacutermula desarrollada

106

8) a b y e

9) a) UCP y c) UCNP

10) Foacutermula electroacutenica Foacutermula desarrollada

a) H

Cl H Cl

b) HH H H

c)

I

I l I

11) a) +4 +6 -2 b) +4 +5 +5

12) b c y e

  • RADIACTIVIDAD
    • IacuteNDICE
      • 1 RADIACTIVIDAD NATURAL
      • 2 RELACIOacuteN ENTRE LA LEY DE LAVOISIER Y LA DE EINSTEIN
      • 3 INTERACCIONES ENTRE AacuteTOMOS Y ONDAS
      • 4 PODER DE PENETRACIOacuteN DE LA RADIACIOacuteN
      • 5 VIDA MEDIA
      • 6 RADIACTIVIDAD ARTIFICIAL
      • 7 USOS DE LOS RADIOISOacuteTOPOS
      • 8 MEDICINA NUCLEAR
      • 9 FECHADO POR MEDIO DE RADIOISOacuteTOPOS
      • 10 PLANTAS DE ENERGIacuteA NUCLEAR
      • 11 BOMBA ATOacuteMICA
      • 12 EFECTOS DE UNA EXPLOSIOacuteN NUCLEAR
        • Ejercicios 12
        • Ejercicios 121
        • Hoja de respuestas121
        • Ejercicios 1211
        • Ejercicios 1212
        • Hoja de respuestas 1212

88

orden creciente de energiacutea Cada nuevo electroacuten se

incorpora a un orbital vaciacuteo

De ese modo los elementos quedan represen-

tados asiacute

1H =

1s

3Li =

1s 2s

7N =

1s 2s 2p

89

Ejercicios 121

1) Un aacutetomo de foacutesforo tiene 15 protones y 16

neutrones Indicaacute cuaacutel es su

a) nuacutemero atoacutemico (Z) b) nuacutemero

de masa (A)

2) Un aacutetomo de potasio tiene Z =19 y A = 39

Indicaacute su nuacutemero de

a) protones b) electrones

c) neutrones

3) Completaacute los datos que faltan en el siguiente

cuadro

90

ELE-

MEN-

TO

NUacute-

MERO

ATOacute-

MICO

NUacute-

MERO

DE

MASA

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) Sentildealaacute el nombre y siacutembolo de los elementos

cuyas configuraciones electroacutenicas 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) Escribiacute la configuracioacuten electroacutenica de los

siguientes elementos

91

a) Na2311 = c) O16

8 =

b) Cl3517 = d) C12

6 =

6) De acuerdo con la siguiente representacioacuten de

los electrones en orbitales indicaacute a queacute ele-

mentos corresponden

a)

b)

c)

d)

7) Representaacute la distribucioacuten de los electrones en

orbitales de los elementos

a) 7N= c) 18Ar =

b) 15AI = d) 19K =

92

Hoja de respuestas121

1) a) 15 b) 31 2) a) 19 b) 19 c) 20

3)

ELE-

MEN-

TO

NUacuteME-

RO

ATOacute-

MICO

NUacute-

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)Argoacuten Ar

d)Escandio Sc

5) a) 1S2 2S2 2p6 3s1

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)middot

94

Ejercicios 1211

Modelo de resolucioacuten

El nuacutemero de oxidacioacuten se asigna seguacuten las si-

guientes reglas

1) El nuacutemero de oxidacioacuten de los elementos en la

sustancia simple es cero

Ejemplo Cu0 02Cl

2) El nuacutemero de oxidacioacuten del oxiacutegeno es 2

excepto en las sustancias como el agua oxige-

nada Ejemplo H2

2Ominus

3) El nuacutemero de oxidacioacuten del hidroacutegeno es +1

excepto en las sustancias donde estaacute combina-

do con los metales Ejemplo 1

H+

2O

4) El nuacutemero de oxidacioacuten de un ion monoatoacute-

mico es igual a la carga del ion Ejemplo Ca2-

Cl-

95

5) En la foacutermula de una sustancia la suma alge-

braica de los nuacutemeros de oxidacioacuten de todos

los aacutetomos debe ser cero Ejemplo 1

H+

2

2Ominus

there42(+1) + (-2) = 0

6) En los iones que tienen maacutes de un aacutetomo la

suma algebraica de los nuacutemeros de oxidacioacuten

de todos los aacutetomos es igual a la carga del ion

El nuacutemero de oxidacioacuten se escribe colocando primero el signo y luego el nuacutemero

Ejemplo el nuacutemero de oxidacioacuten del aluminio es +3

1) Calculaacute los nuacutemeros de oxidacioacuten en la moleacute-

cula de dioacutexido de azufre (SO2)

Datos SO2 nuacutemero de oxidacioacuten del O2

es 2

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de S

Resolucioacuten Cada aacutetomo de oxiacutegeno tiene

nuacutemero de oxidacioacuten 2 por lo tanto el nuacute-

mero de oxidacioacuten del azufre es +4 porque

2(-2) + (+4) = 0

96

2) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten del azufre en

el aacutecido sulfuacuterico (H2SO4)

Datos H2SO2 nuacutemero de oxidacioacuten del

O2 es 2 nuacutemero de oxidacioacuten de H es -1

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de S

Resolucioacuten Se debe cumplir que la suma al-gebraica de todos los nuacutemeros de oxidacioacuten sea cero

4(-2) + 21 + x = 0

-8 + 2 + x = 0

x = 6

Respuesta el nuacutemero de oxidacioacuten del azufre

en el aacutecido sulfuacuterico es +6

3) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten del nitroacutegeno

en el nitrato de sodio (NaNO3)

Datos NaNO3 nuacutemero de oxidacioacuten del

O2 es 2

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de N

97

Resolucioacuten El nuacutemero de oxidacioacuten del

sodio es +1 porque el ion sodio tiene una car-

ga eleacutectrica positiva

+1 + 3(-2) +x = 0

1 6 + x = 0

x = 5

Respuesta el nuacutemero de oxidacioacuten del nitroacute-

geno en el nitrato de sodio es +5

4) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten del azufre en

el ion sulfato (S 24Ominus )

Datos S 24Ominus nuacutemero de oxidacioacuten del O2

es 2

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de S

Resolucioacuten La suma de los nuacutemeros de

oxidacioacuten es igual a 2 porque el ion sulfato

tiene dos cargas negativas (2-)

x + 4(-2) = -2

x 8 = -2

x = 6

98

Respuesta El nuacutemero de oxidacioacuten del azu-

fre en el ion sulfato es +6

99

Ejercicios 1212

1) Dibujaacute los siacutembolos de Lewis para los aacutetomos

de

a) He b) Al c) Si d) Ar e) N

2) iquestCoacutemo adquiere la distribucioacuten electroacutenica del

ineacutertido maacutes cercano cada uno de los siguien-

tes aacutetomos

a) K b)

F c)

S d) Mg e)

Br

3) Escribiacute las ecuaciones ioacutenicas la foacutermula elec-

troacutenica y la foacutermula miacutenima del compuesto

ioacutenico formado por

a) K y Br (bromuro de potasio)

b) Ca y O (oacutexido de calcio)

4) Marcaacute con una X las propiedades correspon-

dientes a las sustancias que presentan uniones

ioacutenicas

100

a) Son soacutelidas y tienen bajo punto de fusioacuten ( )

b) Conducen la corriente eleacutectrica fundidas o di-

sueltas en agua ( )

c) Tienen brillo metaacutelico ( )

d) Forman cristales duros y quebradizos solubles

en agua ( )

e) No conducen la corriente eleacutectrica ( )

5) Explicaacute coacutemo se unen dos aacutetomos de bromo

para formar la moleacutecula Br2 y escribiacute su

foacutermula electroacutenica y su foacutermula desarrollada

6) La foacutermula del monoacutexido de dicloro es Cl2O

a) Indicaacute queacute tipo de unioacuten existe entre el cloro y

el oxiacutegeno

b) Escribiacute su foacutermula electroacutenica y su foacutermula

desarrollada

7) El azufre y el oxiacutegeno forman dos oacutexidos

importantes el dioacutexido de azufre (SO2) y el

101

trioacutexido de azufre (SO3) Para el trioacutexido de

azufre

a) Indicaacute queacute tipo de unioacuten existe entre el azufre

y los tres aacutetomos de oxiacutegeno

b) Escribiacute la foacutermula electroacutenica

c) Escribiacute la foacutermula desarrollada

8) Marcaacute 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

liacutequidas o soacutelidas ( )

c) Son duacutectiles y maleables ( )

d) No forman moleacuteculas son agregados de

iones ( )

e) No son buenas conductoras de la corriente

eleacutectrica ( )

102

9) Coloque en el pareacutentesis UCP si la unioacuten es

covalente polar y UCNP si es covalento no

polar en cada una de las siguientes sustancias

a) cloruro de hidroacutegeno HCl ( )

b) Hidroacutegeno H2 ( )

c) yodo l2 ( )

10) Escribiacute la foacutermula electroacutenica y la foacutermula

desarrollada de cada una de las sustancias

mencionadas en el ejercicio 9

11) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten

a) del azufre (S)en el dioacutexido de azufre (SO2) en

el trioacutexido de azufre (SO3) y en el sulfuro de

sodio (Na2S)

b) del nitroacutegeno (N) en el dioacutexido de nitroacutegeno

(NO2) en el aacutecido niacutetrico (HNO3) y en el ni-

trato de potasio (KNO3)

12) Marcaacute con una X las propiedades que se expli-

can en el concepto de unioacuten metaacutelica

103

a) Tienen bajo punto de fusioacuten y de

ebullicioacuten ( )

b) Tienen brillo metaacutelico ( )

c) Conducen la corriente eleacutectrica sin

alterarse ( )

d) En estado soacutelido son malos conductores de la

corriente eleacutectrica ( )

e) Forman hilos y laacuteminas delgadas ( )

104

Hoja de respuestas 1212

1) a) He b) Al c)

Si d)

Ar e)

N

2) a) cede un electroacuten d) cede electrones c)

gana dos electrones b) y e) gana un electroacuten

3) a) Ecuaciones ioacutenicas

K K1+ + 1 e

Br + 1 e Br1-

K1+ + Br- KBr

Foacutermula electroacutenica K1+minus

1

Br

Foacutermula miacutenima KBr

b) Ecuaciones ioacutenicas

Ca Ca 2+ + 2 e

O + 2 e O2-

Ca2+ + O2- CaO

Foacutermula electroacutenica Ca2+ minus

2

O

105

Foacutermula miacutenima CaO

4) b y d

5) se unen compartiendo un par de electrones

6) a) unioacuten covalente

b) foacutermula electroacutenica

Cl

O

Cl

foacutermula desarrollada Cl O Cl

7) a) una unioacuten covalente doble entre el azufre y

uno de los aacutetomos de oxiacutegeno dos uniones cova-

lentes coordinadas con los otros dos aacutetomos de

oxiacutegeno

b) Foacutermula electroacutenica

Foacutermula desarrollada

106

8) a b y e

9) a) UCP y c) UCNP

10) Foacutermula electroacutenica Foacutermula desarrollada

a) H

Cl H Cl

b) HH H H

c)

I

I l I

11) a) +4 +6 -2 b) +4 +5 +5

12) b c y e

  • RADIACTIVIDAD
    • IacuteNDICE
      • 1 RADIACTIVIDAD NATURAL
      • 2 RELACIOacuteN ENTRE LA LEY DE LAVOISIER Y LA DE EINSTEIN
      • 3 INTERACCIONES ENTRE AacuteTOMOS Y ONDAS
      • 4 PODER DE PENETRACIOacuteN DE LA RADIACIOacuteN
      • 5 VIDA MEDIA
      • 6 RADIACTIVIDAD ARTIFICIAL
      • 7 USOS DE LOS RADIOISOacuteTOPOS
      • 8 MEDICINA NUCLEAR
      • 9 FECHADO POR MEDIO DE RADIOISOacuteTOPOS
      • 10 PLANTAS DE ENERGIacuteA NUCLEAR
      • 11 BOMBA ATOacuteMICA
      • 12 EFECTOS DE UNA EXPLOSIOacuteN NUCLEAR
        • Ejercicios 12
        • Ejercicios 121
        • Hoja de respuestas121
        • Ejercicios 1211
        • Ejercicios 1212
        • Hoja de respuestas 1212

89

Ejercicios 121

1) Un aacutetomo de foacutesforo tiene 15 protones y 16

neutrones Indicaacute cuaacutel es su

a) nuacutemero atoacutemico (Z) b) nuacutemero

de masa (A)

2) Un aacutetomo de potasio tiene Z =19 y A = 39

Indicaacute su nuacutemero de

a) protones b) electrones

c) neutrones

3) Completaacute los datos que faltan en el siguiente

cuadro

90

ELE-

MEN-

TO

NUacute-

MERO

ATOacute-

MICO

NUacute-

MERO

DE

MASA

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) Sentildealaacute el nombre y siacutembolo de los elementos

cuyas configuraciones electroacutenicas 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) Escribiacute la configuracioacuten electroacutenica de los

siguientes elementos

91

a) Na2311 = c) O16

8 =

b) Cl3517 = d) C12

6 =

6) De acuerdo con la siguiente representacioacuten de

los electrones en orbitales indicaacute a queacute ele-

mentos corresponden

a)

b)

c)

d)

7) Representaacute la distribucioacuten de los electrones en

orbitales de los elementos

a) 7N= c) 18Ar =

b) 15AI = d) 19K =

92

Hoja de respuestas121

1) a) 15 b) 31 2) a) 19 b) 19 c) 20

3)

ELE-

MEN-

TO

NUacuteME-

RO

ATOacute-

MICO

NUacute-

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)Argoacuten Ar

d)Escandio Sc

5) a) 1S2 2S2 2p6 3s1

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)middot

94

Ejercicios 1211

Modelo de resolucioacuten

El nuacutemero de oxidacioacuten se asigna seguacuten las si-

guientes reglas

1) El nuacutemero de oxidacioacuten de los elementos en la

sustancia simple es cero

Ejemplo Cu0 02Cl

2) El nuacutemero de oxidacioacuten del oxiacutegeno es 2

excepto en las sustancias como el agua oxige-

nada Ejemplo H2

2Ominus

3) El nuacutemero de oxidacioacuten del hidroacutegeno es +1

excepto en las sustancias donde estaacute combina-

do con los metales Ejemplo 1

H+

2O

4) El nuacutemero de oxidacioacuten de un ion monoatoacute-

mico es igual a la carga del ion Ejemplo Ca2-

Cl-

95

5) En la foacutermula de una sustancia la suma alge-

braica de los nuacutemeros de oxidacioacuten de todos

los aacutetomos debe ser cero Ejemplo 1

H+

2

2Ominus

there42(+1) + (-2) = 0

6) En los iones que tienen maacutes de un aacutetomo la

suma algebraica de los nuacutemeros de oxidacioacuten

de todos los aacutetomos es igual a la carga del ion

El nuacutemero de oxidacioacuten se escribe colocando primero el signo y luego el nuacutemero

Ejemplo el nuacutemero de oxidacioacuten del aluminio es +3

1) Calculaacute los nuacutemeros de oxidacioacuten en la moleacute-

cula de dioacutexido de azufre (SO2)

Datos SO2 nuacutemero de oxidacioacuten del O2

es 2

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de S

Resolucioacuten Cada aacutetomo de oxiacutegeno tiene

nuacutemero de oxidacioacuten 2 por lo tanto el nuacute-

mero de oxidacioacuten del azufre es +4 porque

2(-2) + (+4) = 0

96

2) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten del azufre en

el aacutecido sulfuacuterico (H2SO4)

Datos H2SO2 nuacutemero de oxidacioacuten del

O2 es 2 nuacutemero de oxidacioacuten de H es -1

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de S

Resolucioacuten Se debe cumplir que la suma al-gebraica de todos los nuacutemeros de oxidacioacuten sea cero

4(-2) + 21 + x = 0

-8 + 2 + x = 0

x = 6

Respuesta el nuacutemero de oxidacioacuten del azufre

en el aacutecido sulfuacuterico es +6

3) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten del nitroacutegeno

en el nitrato de sodio (NaNO3)

Datos NaNO3 nuacutemero de oxidacioacuten del

O2 es 2

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de N

97

Resolucioacuten El nuacutemero de oxidacioacuten del

sodio es +1 porque el ion sodio tiene una car-

ga eleacutectrica positiva

+1 + 3(-2) +x = 0

1 6 + x = 0

x = 5

Respuesta el nuacutemero de oxidacioacuten del nitroacute-

geno en el nitrato de sodio es +5

4) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten del azufre en

el ion sulfato (S 24Ominus )

Datos S 24Ominus nuacutemero de oxidacioacuten del O2

es 2

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de S

Resolucioacuten La suma de los nuacutemeros de

oxidacioacuten es igual a 2 porque el ion sulfato

tiene dos cargas negativas (2-)

x + 4(-2) = -2

x 8 = -2

x = 6

98

Respuesta El nuacutemero de oxidacioacuten del azu-

fre en el ion sulfato es +6

99

Ejercicios 1212

1) Dibujaacute los siacutembolos de Lewis para los aacutetomos

de

a) He b) Al c) Si d) Ar e) N

2) iquestCoacutemo adquiere la distribucioacuten electroacutenica del

ineacutertido maacutes cercano cada uno de los siguien-

tes aacutetomos

a) K b)

F c)

S d) Mg e)

Br

3) Escribiacute las ecuaciones ioacutenicas la foacutermula elec-

troacutenica y la foacutermula miacutenima del compuesto

ioacutenico formado por

a) K y Br (bromuro de potasio)

b) Ca y O (oacutexido de calcio)

4) Marcaacute con una X las propiedades correspon-

dientes a las sustancias que presentan uniones

ioacutenicas

100

a) Son soacutelidas y tienen bajo punto de fusioacuten ( )

b) Conducen la corriente eleacutectrica fundidas o di-

sueltas en agua ( )

c) Tienen brillo metaacutelico ( )

d) Forman cristales duros y quebradizos solubles

en agua ( )

e) No conducen la corriente eleacutectrica ( )

5) Explicaacute coacutemo se unen dos aacutetomos de bromo

para formar la moleacutecula Br2 y escribiacute su

foacutermula electroacutenica y su foacutermula desarrollada

6) La foacutermula del monoacutexido de dicloro es Cl2O

a) Indicaacute queacute tipo de unioacuten existe entre el cloro y

el oxiacutegeno

b) Escribiacute su foacutermula electroacutenica y su foacutermula

desarrollada

7) El azufre y el oxiacutegeno forman dos oacutexidos

importantes el dioacutexido de azufre (SO2) y el

101

trioacutexido de azufre (SO3) Para el trioacutexido de

azufre

a) Indicaacute queacute tipo de unioacuten existe entre el azufre

y los tres aacutetomos de oxiacutegeno

b) Escribiacute la foacutermula electroacutenica

c) Escribiacute la foacutermula desarrollada

8) Marcaacute 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

liacutequidas o soacutelidas ( )

c) Son duacutectiles y maleables ( )

d) No forman moleacuteculas son agregados de

iones ( )

e) No son buenas conductoras de la corriente

eleacutectrica ( )

102

9) Coloque en el pareacutentesis UCP si la unioacuten es

covalente polar y UCNP si es covalento no

polar en cada una de las siguientes sustancias

a) cloruro de hidroacutegeno HCl ( )

b) Hidroacutegeno H2 ( )

c) yodo l2 ( )

10) Escribiacute la foacutermula electroacutenica y la foacutermula

desarrollada de cada una de las sustancias

mencionadas en el ejercicio 9

11) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten

a) del azufre (S)en el dioacutexido de azufre (SO2) en

el trioacutexido de azufre (SO3) y en el sulfuro de

sodio (Na2S)

b) del nitroacutegeno (N) en el dioacutexido de nitroacutegeno

(NO2) en el aacutecido niacutetrico (HNO3) y en el ni-

trato de potasio (KNO3)

12) Marcaacute con una X las propiedades que se expli-

can en el concepto de unioacuten metaacutelica

103

a) Tienen bajo punto de fusioacuten y de

ebullicioacuten ( )

b) Tienen brillo metaacutelico ( )

c) Conducen la corriente eleacutectrica sin

alterarse ( )

d) En estado soacutelido son malos conductores de la

corriente eleacutectrica ( )

e) Forman hilos y laacuteminas delgadas ( )

104

Hoja de respuestas 1212

1) a) He b) Al c)

Si d)

Ar e)

N

2) a) cede un electroacuten d) cede electrones c)

gana dos electrones b) y e) gana un electroacuten

3) a) Ecuaciones ioacutenicas

K K1+ + 1 e

Br + 1 e Br1-

K1+ + Br- KBr

Foacutermula electroacutenica K1+minus

1

Br

Foacutermula miacutenima KBr

b) Ecuaciones ioacutenicas

Ca Ca 2+ + 2 e

O + 2 e O2-

Ca2+ + O2- CaO

Foacutermula electroacutenica Ca2+ minus

2

O

105

Foacutermula miacutenima CaO

4) b y d

5) se unen compartiendo un par de electrones

6) a) unioacuten covalente

b) foacutermula electroacutenica

Cl

O

Cl

foacutermula desarrollada Cl O Cl

7) a) una unioacuten covalente doble entre el azufre y

uno de los aacutetomos de oxiacutegeno dos uniones cova-

lentes coordinadas con los otros dos aacutetomos de

oxiacutegeno

b) Foacutermula electroacutenica

Foacutermula desarrollada

106

8) a b y e

9) a) UCP y c) UCNP

10) Foacutermula electroacutenica Foacutermula desarrollada

a) H

Cl H Cl

b) HH H H

c)

I

I l I

11) a) +4 +6 -2 b) +4 +5 +5

12) b c y e

  • RADIACTIVIDAD
    • IacuteNDICE
      • 1 RADIACTIVIDAD NATURAL
      • 2 RELACIOacuteN ENTRE LA LEY DE LAVOISIER Y LA DE EINSTEIN
      • 3 INTERACCIONES ENTRE AacuteTOMOS Y ONDAS
      • 4 PODER DE PENETRACIOacuteN DE LA RADIACIOacuteN
      • 5 VIDA MEDIA
      • 6 RADIACTIVIDAD ARTIFICIAL
      • 7 USOS DE LOS RADIOISOacuteTOPOS
      • 8 MEDICINA NUCLEAR
      • 9 FECHADO POR MEDIO DE RADIOISOacuteTOPOS
      • 10 PLANTAS DE ENERGIacuteA NUCLEAR
      • 11 BOMBA ATOacuteMICA
      • 12 EFECTOS DE UNA EXPLOSIOacuteN NUCLEAR
        • Ejercicios 12
        • Ejercicios 121
        • Hoja de respuestas121
        • Ejercicios 1211
        • Ejercicios 1212
        • Hoja de respuestas 1212

90

ELE-

MEN-

TO

NUacute-

MERO

ATOacute-

MICO

NUacute-

MERO

DE

MASA

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) Sentildealaacute el nombre y siacutembolo de los elementos

cuyas configuraciones electroacutenicas 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) Escribiacute la configuracioacuten electroacutenica de los

siguientes elementos

91

a) Na2311 = c) O16

8 =

b) Cl3517 = d) C12

6 =

6) De acuerdo con la siguiente representacioacuten de

los electrones en orbitales indicaacute a queacute ele-

mentos corresponden

a)

b)

c)

d)

7) Representaacute la distribucioacuten de los electrones en

orbitales de los elementos

a) 7N= c) 18Ar =

b) 15AI = d) 19K =

92

Hoja de respuestas121

1) a) 15 b) 31 2) a) 19 b) 19 c) 20

3)

ELE-

MEN-

TO

NUacuteME-

RO

ATOacute-

MICO

NUacute-

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)Argoacuten Ar

d)Escandio Sc

5) a) 1S2 2S2 2p6 3s1

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)middot

94

Ejercicios 1211

Modelo de resolucioacuten

El nuacutemero de oxidacioacuten se asigna seguacuten las si-

guientes reglas

1) El nuacutemero de oxidacioacuten de los elementos en la

sustancia simple es cero

Ejemplo Cu0 02Cl

2) El nuacutemero de oxidacioacuten del oxiacutegeno es 2

excepto en las sustancias como el agua oxige-

nada Ejemplo H2

2Ominus

3) El nuacutemero de oxidacioacuten del hidroacutegeno es +1

excepto en las sustancias donde estaacute combina-

do con los metales Ejemplo 1

H+

2O

4) El nuacutemero de oxidacioacuten de un ion monoatoacute-

mico es igual a la carga del ion Ejemplo Ca2-

Cl-

95

5) En la foacutermula de una sustancia la suma alge-

braica de los nuacutemeros de oxidacioacuten de todos

los aacutetomos debe ser cero Ejemplo 1

H+

2

2Ominus

there42(+1) + (-2) = 0

6) En los iones que tienen maacutes de un aacutetomo la

suma algebraica de los nuacutemeros de oxidacioacuten

de todos los aacutetomos es igual a la carga del ion

El nuacutemero de oxidacioacuten se escribe colocando primero el signo y luego el nuacutemero

Ejemplo el nuacutemero de oxidacioacuten del aluminio es +3

1) Calculaacute los nuacutemeros de oxidacioacuten en la moleacute-

cula de dioacutexido de azufre (SO2)

Datos SO2 nuacutemero de oxidacioacuten del O2

es 2

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de S

Resolucioacuten Cada aacutetomo de oxiacutegeno tiene

nuacutemero de oxidacioacuten 2 por lo tanto el nuacute-

mero de oxidacioacuten del azufre es +4 porque

2(-2) + (+4) = 0

96

2) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten del azufre en

el aacutecido sulfuacuterico (H2SO4)

Datos H2SO2 nuacutemero de oxidacioacuten del

O2 es 2 nuacutemero de oxidacioacuten de H es -1

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de S

Resolucioacuten Se debe cumplir que la suma al-gebraica de todos los nuacutemeros de oxidacioacuten sea cero

4(-2) + 21 + x = 0

-8 + 2 + x = 0

x = 6

Respuesta el nuacutemero de oxidacioacuten del azufre

en el aacutecido sulfuacuterico es +6

3) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten del nitroacutegeno

en el nitrato de sodio (NaNO3)

Datos NaNO3 nuacutemero de oxidacioacuten del

O2 es 2

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de N

97

Resolucioacuten El nuacutemero de oxidacioacuten del

sodio es +1 porque el ion sodio tiene una car-

ga eleacutectrica positiva

+1 + 3(-2) +x = 0

1 6 + x = 0

x = 5

Respuesta el nuacutemero de oxidacioacuten del nitroacute-

geno en el nitrato de sodio es +5

4) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten del azufre en

el ion sulfato (S 24Ominus )

Datos S 24Ominus nuacutemero de oxidacioacuten del O2

es 2

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de S

Resolucioacuten La suma de los nuacutemeros de

oxidacioacuten es igual a 2 porque el ion sulfato

tiene dos cargas negativas (2-)

x + 4(-2) = -2

x 8 = -2

x = 6

98

Respuesta El nuacutemero de oxidacioacuten del azu-

fre en el ion sulfato es +6

99

Ejercicios 1212

1) Dibujaacute los siacutembolos de Lewis para los aacutetomos

de

a) He b) Al c) Si d) Ar e) N

2) iquestCoacutemo adquiere la distribucioacuten electroacutenica del

ineacutertido maacutes cercano cada uno de los siguien-

tes aacutetomos

a) K b)

F c)

S d) Mg e)

Br

3) Escribiacute las ecuaciones ioacutenicas la foacutermula elec-

troacutenica y la foacutermula miacutenima del compuesto

ioacutenico formado por

a) K y Br (bromuro de potasio)

b) Ca y O (oacutexido de calcio)

4) Marcaacute con una X las propiedades correspon-

dientes a las sustancias que presentan uniones

ioacutenicas

100

a) Son soacutelidas y tienen bajo punto de fusioacuten ( )

b) Conducen la corriente eleacutectrica fundidas o di-

sueltas en agua ( )

c) Tienen brillo metaacutelico ( )

d) Forman cristales duros y quebradizos solubles

en agua ( )

e) No conducen la corriente eleacutectrica ( )

5) Explicaacute coacutemo se unen dos aacutetomos de bromo

para formar la moleacutecula Br2 y escribiacute su

foacutermula electroacutenica y su foacutermula desarrollada

6) La foacutermula del monoacutexido de dicloro es Cl2O

a) Indicaacute queacute tipo de unioacuten existe entre el cloro y

el oxiacutegeno

b) Escribiacute su foacutermula electroacutenica y su foacutermula

desarrollada

7) El azufre y el oxiacutegeno forman dos oacutexidos

importantes el dioacutexido de azufre (SO2) y el

101

trioacutexido de azufre (SO3) Para el trioacutexido de

azufre

a) Indicaacute queacute tipo de unioacuten existe entre el azufre

y los tres aacutetomos de oxiacutegeno

b) Escribiacute la foacutermula electroacutenica

c) Escribiacute la foacutermula desarrollada

8) Marcaacute 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

liacutequidas o soacutelidas ( )

c) Son duacutectiles y maleables ( )

d) No forman moleacuteculas son agregados de

iones ( )

e) No son buenas conductoras de la corriente

eleacutectrica ( )

102

9) Coloque en el pareacutentesis UCP si la unioacuten es

covalente polar y UCNP si es covalento no

polar en cada una de las siguientes sustancias

a) cloruro de hidroacutegeno HCl ( )

b) Hidroacutegeno H2 ( )

c) yodo l2 ( )

10) Escribiacute la foacutermula electroacutenica y la foacutermula

desarrollada de cada una de las sustancias

mencionadas en el ejercicio 9

11) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten

a) del azufre (S)en el dioacutexido de azufre (SO2) en

el trioacutexido de azufre (SO3) y en el sulfuro de

sodio (Na2S)

b) del nitroacutegeno (N) en el dioacutexido de nitroacutegeno

(NO2) en el aacutecido niacutetrico (HNO3) y en el ni-

trato de potasio (KNO3)

12) Marcaacute con una X las propiedades que se expli-

can en el concepto de unioacuten metaacutelica

103

a) Tienen bajo punto de fusioacuten y de

ebullicioacuten ( )

b) Tienen brillo metaacutelico ( )

c) Conducen la corriente eleacutectrica sin

alterarse ( )

d) En estado soacutelido son malos conductores de la

corriente eleacutectrica ( )

e) Forman hilos y laacuteminas delgadas ( )

104

Hoja de respuestas 1212

1) a) He b) Al c)

Si d)

Ar e)

N

2) a) cede un electroacuten d) cede electrones c)

gana dos electrones b) y e) gana un electroacuten

3) a) Ecuaciones ioacutenicas

K K1+ + 1 e

Br + 1 e Br1-

K1+ + Br- KBr

Foacutermula electroacutenica K1+minus

1

Br

Foacutermula miacutenima KBr

b) Ecuaciones ioacutenicas

Ca Ca 2+ + 2 e

O + 2 e O2-

Ca2+ + O2- CaO

Foacutermula electroacutenica Ca2+ minus

2

O

105

Foacutermula miacutenima CaO

4) b y d

5) se unen compartiendo un par de electrones

6) a) unioacuten covalente

b) foacutermula electroacutenica

Cl

O

Cl

foacutermula desarrollada Cl O Cl

7) a) una unioacuten covalente doble entre el azufre y

uno de los aacutetomos de oxiacutegeno dos uniones cova-

lentes coordinadas con los otros dos aacutetomos de

oxiacutegeno

b) Foacutermula electroacutenica

Foacutermula desarrollada

106

8) a b y e

9) a) UCP y c) UCNP

10) Foacutermula electroacutenica Foacutermula desarrollada

a) H

Cl H Cl

b) HH H H

c)

I

I l I

11) a) +4 +6 -2 b) +4 +5 +5

12) b c y e

  • RADIACTIVIDAD
    • IacuteNDICE
      • 1 RADIACTIVIDAD NATURAL
      • 2 RELACIOacuteN ENTRE LA LEY DE LAVOISIER Y LA DE EINSTEIN
      • 3 INTERACCIONES ENTRE AacuteTOMOS Y ONDAS
      • 4 PODER DE PENETRACIOacuteN DE LA RADIACIOacuteN
      • 5 VIDA MEDIA
      • 6 RADIACTIVIDAD ARTIFICIAL
      • 7 USOS DE LOS RADIOISOacuteTOPOS
      • 8 MEDICINA NUCLEAR
      • 9 FECHADO POR MEDIO DE RADIOISOacuteTOPOS
      • 10 PLANTAS DE ENERGIacuteA NUCLEAR
      • 11 BOMBA ATOacuteMICA
      • 12 EFECTOS DE UNA EXPLOSIOacuteN NUCLEAR
        • Ejercicios 12
        • Ejercicios 121
        • Hoja de respuestas121
        • Ejercicios 1211
        • Ejercicios 1212
        • Hoja de respuestas 1212

91

a) Na2311 = c) O16

8 =

b) Cl3517 = d) C12

6 =

6) De acuerdo con la siguiente representacioacuten de

los electrones en orbitales indicaacute a queacute ele-

mentos corresponden

a)

b)

c)

d)

7) Representaacute la distribucioacuten de los electrones en

orbitales de los elementos

a) 7N= c) 18Ar =

b) 15AI = d) 19K =

92

Hoja de respuestas121

1) a) 15 b) 31 2) a) 19 b) 19 c) 20

3)

ELE-

MEN-

TO

NUacuteME-

RO

ATOacute-

MICO

NUacute-

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)Argoacuten Ar

d)Escandio Sc

5) a) 1S2 2S2 2p6 3s1

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)middot

94

Ejercicios 1211

Modelo de resolucioacuten

El nuacutemero de oxidacioacuten se asigna seguacuten las si-

guientes reglas

1) El nuacutemero de oxidacioacuten de los elementos en la

sustancia simple es cero

Ejemplo Cu0 02Cl

2) El nuacutemero de oxidacioacuten del oxiacutegeno es 2

excepto en las sustancias como el agua oxige-

nada Ejemplo H2

2Ominus

3) El nuacutemero de oxidacioacuten del hidroacutegeno es +1

excepto en las sustancias donde estaacute combina-

do con los metales Ejemplo 1

H+

2O

4) El nuacutemero de oxidacioacuten de un ion monoatoacute-

mico es igual a la carga del ion Ejemplo Ca2-

Cl-

95

5) En la foacutermula de una sustancia la suma alge-

braica de los nuacutemeros de oxidacioacuten de todos

los aacutetomos debe ser cero Ejemplo 1

H+

2

2Ominus

there42(+1) + (-2) = 0

6) En los iones que tienen maacutes de un aacutetomo la

suma algebraica de los nuacutemeros de oxidacioacuten

de todos los aacutetomos es igual a la carga del ion

El nuacutemero de oxidacioacuten se escribe colocando primero el signo y luego el nuacutemero

Ejemplo el nuacutemero de oxidacioacuten del aluminio es +3

1) Calculaacute los nuacutemeros de oxidacioacuten en la moleacute-

cula de dioacutexido de azufre (SO2)

Datos SO2 nuacutemero de oxidacioacuten del O2

es 2

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de S

Resolucioacuten Cada aacutetomo de oxiacutegeno tiene

nuacutemero de oxidacioacuten 2 por lo tanto el nuacute-

mero de oxidacioacuten del azufre es +4 porque

2(-2) + (+4) = 0

96

2) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten del azufre en

el aacutecido sulfuacuterico (H2SO4)

Datos H2SO2 nuacutemero de oxidacioacuten del

O2 es 2 nuacutemero de oxidacioacuten de H es -1

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de S

Resolucioacuten Se debe cumplir que la suma al-gebraica de todos los nuacutemeros de oxidacioacuten sea cero

4(-2) + 21 + x = 0

-8 + 2 + x = 0

x = 6

Respuesta el nuacutemero de oxidacioacuten del azufre

en el aacutecido sulfuacuterico es +6

3) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten del nitroacutegeno

en el nitrato de sodio (NaNO3)

Datos NaNO3 nuacutemero de oxidacioacuten del

O2 es 2

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de N

97

Resolucioacuten El nuacutemero de oxidacioacuten del

sodio es +1 porque el ion sodio tiene una car-

ga eleacutectrica positiva

+1 + 3(-2) +x = 0

1 6 + x = 0

x = 5

Respuesta el nuacutemero de oxidacioacuten del nitroacute-

geno en el nitrato de sodio es +5

4) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten del azufre en

el ion sulfato (S 24Ominus )

Datos S 24Ominus nuacutemero de oxidacioacuten del O2

es 2

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de S

Resolucioacuten La suma de los nuacutemeros de

oxidacioacuten es igual a 2 porque el ion sulfato

tiene dos cargas negativas (2-)

x + 4(-2) = -2

x 8 = -2

x = 6

98

Respuesta El nuacutemero de oxidacioacuten del azu-

fre en el ion sulfato es +6

99

Ejercicios 1212

1) Dibujaacute los siacutembolos de Lewis para los aacutetomos

de

a) He b) Al c) Si d) Ar e) N

2) iquestCoacutemo adquiere la distribucioacuten electroacutenica del

ineacutertido maacutes cercano cada uno de los siguien-

tes aacutetomos

a) K b)

F c)

S d) Mg e)

Br

3) Escribiacute las ecuaciones ioacutenicas la foacutermula elec-

troacutenica y la foacutermula miacutenima del compuesto

ioacutenico formado por

a) K y Br (bromuro de potasio)

b) Ca y O (oacutexido de calcio)

4) Marcaacute con una X las propiedades correspon-

dientes a las sustancias que presentan uniones

ioacutenicas

100

a) Son soacutelidas y tienen bajo punto de fusioacuten ( )

b) Conducen la corriente eleacutectrica fundidas o di-

sueltas en agua ( )

c) Tienen brillo metaacutelico ( )

d) Forman cristales duros y quebradizos solubles

en agua ( )

e) No conducen la corriente eleacutectrica ( )

5) Explicaacute coacutemo se unen dos aacutetomos de bromo

para formar la moleacutecula Br2 y escribiacute su

foacutermula electroacutenica y su foacutermula desarrollada

6) La foacutermula del monoacutexido de dicloro es Cl2O

a) Indicaacute queacute tipo de unioacuten existe entre el cloro y

el oxiacutegeno

b) Escribiacute su foacutermula electroacutenica y su foacutermula

desarrollada

7) El azufre y el oxiacutegeno forman dos oacutexidos

importantes el dioacutexido de azufre (SO2) y el

101

trioacutexido de azufre (SO3) Para el trioacutexido de

azufre

a) Indicaacute queacute tipo de unioacuten existe entre el azufre

y los tres aacutetomos de oxiacutegeno

b) Escribiacute la foacutermula electroacutenica

c) Escribiacute la foacutermula desarrollada

8) Marcaacute 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

liacutequidas o soacutelidas ( )

c) Son duacutectiles y maleables ( )

d) No forman moleacuteculas son agregados de

iones ( )

e) No son buenas conductoras de la corriente

eleacutectrica ( )

102

9) Coloque en el pareacutentesis UCP si la unioacuten es

covalente polar y UCNP si es covalento no

polar en cada una de las siguientes sustancias

a) cloruro de hidroacutegeno HCl ( )

b) Hidroacutegeno H2 ( )

c) yodo l2 ( )

10) Escribiacute la foacutermula electroacutenica y la foacutermula

desarrollada de cada una de las sustancias

mencionadas en el ejercicio 9

11) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten

a) del azufre (S)en el dioacutexido de azufre (SO2) en

el trioacutexido de azufre (SO3) y en el sulfuro de

sodio (Na2S)

b) del nitroacutegeno (N) en el dioacutexido de nitroacutegeno

(NO2) en el aacutecido niacutetrico (HNO3) y en el ni-

trato de potasio (KNO3)

12) Marcaacute con una X las propiedades que se expli-

can en el concepto de unioacuten metaacutelica

103

a) Tienen bajo punto de fusioacuten y de

ebullicioacuten ( )

b) Tienen brillo metaacutelico ( )

c) Conducen la corriente eleacutectrica sin

alterarse ( )

d) En estado soacutelido son malos conductores de la

corriente eleacutectrica ( )

e) Forman hilos y laacuteminas delgadas ( )

104

Hoja de respuestas 1212

1) a) He b) Al c)

Si d)

Ar e)

N

2) a) cede un electroacuten d) cede electrones c)

gana dos electrones b) y e) gana un electroacuten

3) a) Ecuaciones ioacutenicas

K K1+ + 1 e

Br + 1 e Br1-

K1+ + Br- KBr

Foacutermula electroacutenica K1+minus

1

Br

Foacutermula miacutenima KBr

b) Ecuaciones ioacutenicas

Ca Ca 2+ + 2 e

O + 2 e O2-

Ca2+ + O2- CaO

Foacutermula electroacutenica Ca2+ minus

2

O

105

Foacutermula miacutenima CaO

4) b y d

5) se unen compartiendo un par de electrones

6) a) unioacuten covalente

b) foacutermula electroacutenica

Cl

O

Cl

foacutermula desarrollada Cl O Cl

7) a) una unioacuten covalente doble entre el azufre y

uno de los aacutetomos de oxiacutegeno dos uniones cova-

lentes coordinadas con los otros dos aacutetomos de

oxiacutegeno

b) Foacutermula electroacutenica

Foacutermula desarrollada

106

8) a b y e

9) a) UCP y c) UCNP

10) Foacutermula electroacutenica Foacutermula desarrollada

a) H

Cl H Cl

b) HH H H

c)

I

I l I

11) a) +4 +6 -2 b) +4 +5 +5

12) b c y e

  • RADIACTIVIDAD
    • IacuteNDICE
      • 1 RADIACTIVIDAD NATURAL
      • 2 RELACIOacuteN ENTRE LA LEY DE LAVOISIER Y LA DE EINSTEIN
      • 3 INTERACCIONES ENTRE AacuteTOMOS Y ONDAS
      • 4 PODER DE PENETRACIOacuteN DE LA RADIACIOacuteN
      • 5 VIDA MEDIA
      • 6 RADIACTIVIDAD ARTIFICIAL
      • 7 USOS DE LOS RADIOISOacuteTOPOS
      • 8 MEDICINA NUCLEAR
      • 9 FECHADO POR MEDIO DE RADIOISOacuteTOPOS
      • 10 PLANTAS DE ENERGIacuteA NUCLEAR
      • 11 BOMBA ATOacuteMICA
      • 12 EFECTOS DE UNA EXPLOSIOacuteN NUCLEAR
        • Ejercicios 12
        • Ejercicios 121
        • Hoja de respuestas121
        • Ejercicios 1211
        • Ejercicios 1212
        • Hoja de respuestas 1212

92

Hoja de respuestas121

1) a) 15 b) 31 2) a) 19 b) 19 c) 20

3)

ELE-

MEN-

TO

NUacuteME-

RO

ATOacute-

MICO

NUacute-

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)Argoacuten Ar

d)Escandio Sc

5) a) 1S2 2S2 2p6 3s1

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)middot

94

Ejercicios 1211

Modelo de resolucioacuten

El nuacutemero de oxidacioacuten se asigna seguacuten las si-

guientes reglas

1) El nuacutemero de oxidacioacuten de los elementos en la

sustancia simple es cero

Ejemplo Cu0 02Cl

2) El nuacutemero de oxidacioacuten del oxiacutegeno es 2

excepto en las sustancias como el agua oxige-

nada Ejemplo H2

2Ominus

3) El nuacutemero de oxidacioacuten del hidroacutegeno es +1

excepto en las sustancias donde estaacute combina-

do con los metales Ejemplo 1

H+

2O

4) El nuacutemero de oxidacioacuten de un ion monoatoacute-

mico es igual a la carga del ion Ejemplo Ca2-

Cl-

95

5) En la foacutermula de una sustancia la suma alge-

braica de los nuacutemeros de oxidacioacuten de todos

los aacutetomos debe ser cero Ejemplo 1

H+

2

2Ominus

there42(+1) + (-2) = 0

6) En los iones que tienen maacutes de un aacutetomo la

suma algebraica de los nuacutemeros de oxidacioacuten

de todos los aacutetomos es igual a la carga del ion

El nuacutemero de oxidacioacuten se escribe colocando primero el signo y luego el nuacutemero

Ejemplo el nuacutemero de oxidacioacuten del aluminio es +3

1) Calculaacute los nuacutemeros de oxidacioacuten en la moleacute-

cula de dioacutexido de azufre (SO2)

Datos SO2 nuacutemero de oxidacioacuten del O2

es 2

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de S

Resolucioacuten Cada aacutetomo de oxiacutegeno tiene

nuacutemero de oxidacioacuten 2 por lo tanto el nuacute-

mero de oxidacioacuten del azufre es +4 porque

2(-2) + (+4) = 0

96

2) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten del azufre en

el aacutecido sulfuacuterico (H2SO4)

Datos H2SO2 nuacutemero de oxidacioacuten del

O2 es 2 nuacutemero de oxidacioacuten de H es -1

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de S

Resolucioacuten Se debe cumplir que la suma al-gebraica de todos los nuacutemeros de oxidacioacuten sea cero

4(-2) + 21 + x = 0

-8 + 2 + x = 0

x = 6

Respuesta el nuacutemero de oxidacioacuten del azufre

en el aacutecido sulfuacuterico es +6

3) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten del nitroacutegeno

en el nitrato de sodio (NaNO3)

Datos NaNO3 nuacutemero de oxidacioacuten del

O2 es 2

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de N

97

Resolucioacuten El nuacutemero de oxidacioacuten del

sodio es +1 porque el ion sodio tiene una car-

ga eleacutectrica positiva

+1 + 3(-2) +x = 0

1 6 + x = 0

x = 5

Respuesta el nuacutemero de oxidacioacuten del nitroacute-

geno en el nitrato de sodio es +5

4) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten del azufre en

el ion sulfato (S 24Ominus )

Datos S 24Ominus nuacutemero de oxidacioacuten del O2

es 2

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de S

Resolucioacuten La suma de los nuacutemeros de

oxidacioacuten es igual a 2 porque el ion sulfato

tiene dos cargas negativas (2-)

x + 4(-2) = -2

x 8 = -2

x = 6

98

Respuesta El nuacutemero de oxidacioacuten del azu-

fre en el ion sulfato es +6

99

Ejercicios 1212

1) Dibujaacute los siacutembolos de Lewis para los aacutetomos

de

a) He b) Al c) Si d) Ar e) N

2) iquestCoacutemo adquiere la distribucioacuten electroacutenica del

ineacutertido maacutes cercano cada uno de los siguien-

tes aacutetomos

a) K b)

F c)

S d) Mg e)

Br

3) Escribiacute las ecuaciones ioacutenicas la foacutermula elec-

troacutenica y la foacutermula miacutenima del compuesto

ioacutenico formado por

a) K y Br (bromuro de potasio)

b) Ca y O (oacutexido de calcio)

4) Marcaacute con una X las propiedades correspon-

dientes a las sustancias que presentan uniones

ioacutenicas

100

a) Son soacutelidas y tienen bajo punto de fusioacuten ( )

b) Conducen la corriente eleacutectrica fundidas o di-

sueltas en agua ( )

c) Tienen brillo metaacutelico ( )

d) Forman cristales duros y quebradizos solubles

en agua ( )

e) No conducen la corriente eleacutectrica ( )

5) Explicaacute coacutemo se unen dos aacutetomos de bromo

para formar la moleacutecula Br2 y escribiacute su

foacutermula electroacutenica y su foacutermula desarrollada

6) La foacutermula del monoacutexido de dicloro es Cl2O

a) Indicaacute queacute tipo de unioacuten existe entre el cloro y

el oxiacutegeno

b) Escribiacute su foacutermula electroacutenica y su foacutermula

desarrollada

7) El azufre y el oxiacutegeno forman dos oacutexidos

importantes el dioacutexido de azufre (SO2) y el

101

trioacutexido de azufre (SO3) Para el trioacutexido de

azufre

a) Indicaacute queacute tipo de unioacuten existe entre el azufre

y los tres aacutetomos de oxiacutegeno

b) Escribiacute la foacutermula electroacutenica

c) Escribiacute la foacutermula desarrollada

8) Marcaacute 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

liacutequidas o soacutelidas ( )

c) Son duacutectiles y maleables ( )

d) No forman moleacuteculas son agregados de

iones ( )

e) No son buenas conductoras de la corriente

eleacutectrica ( )

102

9) Coloque en el pareacutentesis UCP si la unioacuten es

covalente polar y UCNP si es covalento no

polar en cada una de las siguientes sustancias

a) cloruro de hidroacutegeno HCl ( )

b) Hidroacutegeno H2 ( )

c) yodo l2 ( )

10) Escribiacute la foacutermula electroacutenica y la foacutermula

desarrollada de cada una de las sustancias

mencionadas en el ejercicio 9

11) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten

a) del azufre (S)en el dioacutexido de azufre (SO2) en

el trioacutexido de azufre (SO3) y en el sulfuro de

sodio (Na2S)

b) del nitroacutegeno (N) en el dioacutexido de nitroacutegeno

(NO2) en el aacutecido niacutetrico (HNO3) y en el ni-

trato de potasio (KNO3)

12) Marcaacute con una X las propiedades que se expli-

can en el concepto de unioacuten metaacutelica

103

a) Tienen bajo punto de fusioacuten y de

ebullicioacuten ( )

b) Tienen brillo metaacutelico ( )

c) Conducen la corriente eleacutectrica sin

alterarse ( )

d) En estado soacutelido son malos conductores de la

corriente eleacutectrica ( )

e) Forman hilos y laacuteminas delgadas ( )

104

Hoja de respuestas 1212

1) a) He b) Al c)

Si d)

Ar e)

N

2) a) cede un electroacuten d) cede electrones c)

gana dos electrones b) y e) gana un electroacuten

3) a) Ecuaciones ioacutenicas

K K1+ + 1 e

Br + 1 e Br1-

K1+ + Br- KBr

Foacutermula electroacutenica K1+minus

1

Br

Foacutermula miacutenima KBr

b) Ecuaciones ioacutenicas

Ca Ca 2+ + 2 e

O + 2 e O2-

Ca2+ + O2- CaO

Foacutermula electroacutenica Ca2+ minus

2

O

105

Foacutermula miacutenima CaO

4) b y d

5) se unen compartiendo un par de electrones

6) a) unioacuten covalente

b) foacutermula electroacutenica

Cl

O

Cl

foacutermula desarrollada Cl O Cl

7) a) una unioacuten covalente doble entre el azufre y

uno de los aacutetomos de oxiacutegeno dos uniones cova-

lentes coordinadas con los otros dos aacutetomos de

oxiacutegeno

b) Foacutermula electroacutenica

Foacutermula desarrollada

106

8) a b y e

9) a) UCP y c) UCNP

10) Foacutermula electroacutenica Foacutermula desarrollada

a) H

Cl H Cl

b) HH H H

c)

I

I l I

11) a) +4 +6 -2 b) +4 +5 +5

12) b c y e

  • RADIACTIVIDAD
    • IacuteNDICE
      • 1 RADIACTIVIDAD NATURAL
      • 2 RELACIOacuteN ENTRE LA LEY DE LAVOISIER Y LA DE EINSTEIN
      • 3 INTERACCIONES ENTRE AacuteTOMOS Y ONDAS
      • 4 PODER DE PENETRACIOacuteN DE LA RADIACIOacuteN
      • 5 VIDA MEDIA
      • 6 RADIACTIVIDAD ARTIFICIAL
      • 7 USOS DE LOS RADIOISOacuteTOPOS
      • 8 MEDICINA NUCLEAR
      • 9 FECHADO POR MEDIO DE RADIOISOacuteTOPOS
      • 10 PLANTAS DE ENERGIacuteA NUCLEAR
      • 11 BOMBA ATOacuteMICA
      • 12 EFECTOS DE UNA EXPLOSIOacuteN NUCLEAR
        • Ejercicios 12
        • Ejercicios 121
        • Hoja de respuestas121
        • Ejercicios 1211
        • Ejercicios 1212
        • Hoja de respuestas 1212

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)middot

94

Ejercicios 1211

Modelo de resolucioacuten

El nuacutemero de oxidacioacuten se asigna seguacuten las si-

guientes reglas

1) El nuacutemero de oxidacioacuten de los elementos en la

sustancia simple es cero

Ejemplo Cu0 02Cl

2) El nuacutemero de oxidacioacuten del oxiacutegeno es 2

excepto en las sustancias como el agua oxige-

nada Ejemplo H2

2Ominus

3) El nuacutemero de oxidacioacuten del hidroacutegeno es +1

excepto en las sustancias donde estaacute combina-

do con los metales Ejemplo 1

H+

2O

4) El nuacutemero de oxidacioacuten de un ion monoatoacute-

mico es igual a la carga del ion Ejemplo Ca2-

Cl-

95

5) En la foacutermula de una sustancia la suma alge-

braica de los nuacutemeros de oxidacioacuten de todos

los aacutetomos debe ser cero Ejemplo 1

H+

2

2Ominus

there42(+1) + (-2) = 0

6) En los iones que tienen maacutes de un aacutetomo la

suma algebraica de los nuacutemeros de oxidacioacuten

de todos los aacutetomos es igual a la carga del ion

El nuacutemero de oxidacioacuten se escribe colocando primero el signo y luego el nuacutemero

Ejemplo el nuacutemero de oxidacioacuten del aluminio es +3

1) Calculaacute los nuacutemeros de oxidacioacuten en la moleacute-

cula de dioacutexido de azufre (SO2)

Datos SO2 nuacutemero de oxidacioacuten del O2

es 2

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de S

Resolucioacuten Cada aacutetomo de oxiacutegeno tiene

nuacutemero de oxidacioacuten 2 por lo tanto el nuacute-

mero de oxidacioacuten del azufre es +4 porque

2(-2) + (+4) = 0

96

2) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten del azufre en

el aacutecido sulfuacuterico (H2SO4)

Datos H2SO2 nuacutemero de oxidacioacuten del

O2 es 2 nuacutemero de oxidacioacuten de H es -1

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de S

Resolucioacuten Se debe cumplir que la suma al-gebraica de todos los nuacutemeros de oxidacioacuten sea cero

4(-2) + 21 + x = 0

-8 + 2 + x = 0

x = 6

Respuesta el nuacutemero de oxidacioacuten del azufre

en el aacutecido sulfuacuterico es +6

3) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten del nitroacutegeno

en el nitrato de sodio (NaNO3)

Datos NaNO3 nuacutemero de oxidacioacuten del

O2 es 2

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de N

97

Resolucioacuten El nuacutemero de oxidacioacuten del

sodio es +1 porque el ion sodio tiene una car-

ga eleacutectrica positiva

+1 + 3(-2) +x = 0

1 6 + x = 0

x = 5

Respuesta el nuacutemero de oxidacioacuten del nitroacute-

geno en el nitrato de sodio es +5

4) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten del azufre en

el ion sulfato (S 24Ominus )

Datos S 24Ominus nuacutemero de oxidacioacuten del O2

es 2

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de S

Resolucioacuten La suma de los nuacutemeros de

oxidacioacuten es igual a 2 porque el ion sulfato

tiene dos cargas negativas (2-)

x + 4(-2) = -2

x 8 = -2

x = 6

98

Respuesta El nuacutemero de oxidacioacuten del azu-

fre en el ion sulfato es +6

99

Ejercicios 1212

1) Dibujaacute los siacutembolos de Lewis para los aacutetomos

de

a) He b) Al c) Si d) Ar e) N

2) iquestCoacutemo adquiere la distribucioacuten electroacutenica del

ineacutertido maacutes cercano cada uno de los siguien-

tes aacutetomos

a) K b)

F c)

S d) Mg e)

Br

3) Escribiacute las ecuaciones ioacutenicas la foacutermula elec-

troacutenica y la foacutermula miacutenima del compuesto

ioacutenico formado por

a) K y Br (bromuro de potasio)

b) Ca y O (oacutexido de calcio)

4) Marcaacute con una X las propiedades correspon-

dientes a las sustancias que presentan uniones

ioacutenicas

100

a) Son soacutelidas y tienen bajo punto de fusioacuten ( )

b) Conducen la corriente eleacutectrica fundidas o di-

sueltas en agua ( )

c) Tienen brillo metaacutelico ( )

d) Forman cristales duros y quebradizos solubles

en agua ( )

e) No conducen la corriente eleacutectrica ( )

5) Explicaacute coacutemo se unen dos aacutetomos de bromo

para formar la moleacutecula Br2 y escribiacute su

foacutermula electroacutenica y su foacutermula desarrollada

6) La foacutermula del monoacutexido de dicloro es Cl2O

a) Indicaacute queacute tipo de unioacuten existe entre el cloro y

el oxiacutegeno

b) Escribiacute su foacutermula electroacutenica y su foacutermula

desarrollada

7) El azufre y el oxiacutegeno forman dos oacutexidos

importantes el dioacutexido de azufre (SO2) y el

101

trioacutexido de azufre (SO3) Para el trioacutexido de

azufre

a) Indicaacute queacute tipo de unioacuten existe entre el azufre

y los tres aacutetomos de oxiacutegeno

b) Escribiacute la foacutermula electroacutenica

c) Escribiacute la foacutermula desarrollada

8) Marcaacute 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

liacutequidas o soacutelidas ( )

c) Son duacutectiles y maleables ( )

d) No forman moleacuteculas son agregados de

iones ( )

e) No son buenas conductoras de la corriente

eleacutectrica ( )

102

9) Coloque en el pareacutentesis UCP si la unioacuten es

covalente polar y UCNP si es covalento no

polar en cada una de las siguientes sustancias

a) cloruro de hidroacutegeno HCl ( )

b) Hidroacutegeno H2 ( )

c) yodo l2 ( )

10) Escribiacute la foacutermula electroacutenica y la foacutermula

desarrollada de cada una de las sustancias

mencionadas en el ejercicio 9

11) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten

a) del azufre (S)en el dioacutexido de azufre (SO2) en

el trioacutexido de azufre (SO3) y en el sulfuro de

sodio (Na2S)

b) del nitroacutegeno (N) en el dioacutexido de nitroacutegeno

(NO2) en el aacutecido niacutetrico (HNO3) y en el ni-

trato de potasio (KNO3)

12) Marcaacute con una X las propiedades que se expli-

can en el concepto de unioacuten metaacutelica

103

a) Tienen bajo punto de fusioacuten y de

ebullicioacuten ( )

b) Tienen brillo metaacutelico ( )

c) Conducen la corriente eleacutectrica sin

alterarse ( )

d) En estado soacutelido son malos conductores de la

corriente eleacutectrica ( )

e) Forman hilos y laacuteminas delgadas ( )

104

Hoja de respuestas 1212

1) a) He b) Al c)

Si d)

Ar e)

N

2) a) cede un electroacuten d) cede electrones c)

gana dos electrones b) y e) gana un electroacuten

3) a) Ecuaciones ioacutenicas

K K1+ + 1 e

Br + 1 e Br1-

K1+ + Br- KBr

Foacutermula electroacutenica K1+minus

1

Br

Foacutermula miacutenima KBr

b) Ecuaciones ioacutenicas

Ca Ca 2+ + 2 e

O + 2 e O2-

Ca2+ + O2- CaO

Foacutermula electroacutenica Ca2+ minus

2

O

105

Foacutermula miacutenima CaO

4) b y d

5) se unen compartiendo un par de electrones

6) a) unioacuten covalente

b) foacutermula electroacutenica

Cl

O

Cl

foacutermula desarrollada Cl O Cl

7) a) una unioacuten covalente doble entre el azufre y

uno de los aacutetomos de oxiacutegeno dos uniones cova-

lentes coordinadas con los otros dos aacutetomos de

oxiacutegeno

b) Foacutermula electroacutenica

Foacutermula desarrollada

106

8) a b y e

9) a) UCP y c) UCNP

10) Foacutermula electroacutenica Foacutermula desarrollada

a) H

Cl H Cl

b) HH H H

c)

I

I l I

11) a) +4 +6 -2 b) +4 +5 +5

12) b c y e

  • RADIACTIVIDAD
    • IacuteNDICE
      • 1 RADIACTIVIDAD NATURAL
      • 2 RELACIOacuteN ENTRE LA LEY DE LAVOISIER Y LA DE EINSTEIN
      • 3 INTERACCIONES ENTRE AacuteTOMOS Y ONDAS
      • 4 PODER DE PENETRACIOacuteN DE LA RADIACIOacuteN
      • 5 VIDA MEDIA
      • 6 RADIACTIVIDAD ARTIFICIAL
      • 7 USOS DE LOS RADIOISOacuteTOPOS
      • 8 MEDICINA NUCLEAR
      • 9 FECHADO POR MEDIO DE RADIOISOacuteTOPOS
      • 10 PLANTAS DE ENERGIacuteA NUCLEAR
      • 11 BOMBA ATOacuteMICA
      • 12 EFECTOS DE UNA EXPLOSIOacuteN NUCLEAR
        • Ejercicios 12
        • Ejercicios 121
        • Hoja de respuestas121
        • Ejercicios 1211
        • Ejercicios 1212
        • Hoja de respuestas 1212

94

Ejercicios 1211

Modelo de resolucioacuten

El nuacutemero de oxidacioacuten se asigna seguacuten las si-

guientes reglas

1) El nuacutemero de oxidacioacuten de los elementos en la

sustancia simple es cero

Ejemplo Cu0 02Cl

2) El nuacutemero de oxidacioacuten del oxiacutegeno es 2

excepto en las sustancias como el agua oxige-

nada Ejemplo H2

2Ominus

3) El nuacutemero de oxidacioacuten del hidroacutegeno es +1

excepto en las sustancias donde estaacute combina-

do con los metales Ejemplo 1

H+

2O

4) El nuacutemero de oxidacioacuten de un ion monoatoacute-

mico es igual a la carga del ion Ejemplo Ca2-

Cl-

95

5) En la foacutermula de una sustancia la suma alge-

braica de los nuacutemeros de oxidacioacuten de todos

los aacutetomos debe ser cero Ejemplo 1

H+

2

2Ominus

there42(+1) + (-2) = 0

6) En los iones que tienen maacutes de un aacutetomo la

suma algebraica de los nuacutemeros de oxidacioacuten

de todos los aacutetomos es igual a la carga del ion

El nuacutemero de oxidacioacuten se escribe colocando primero el signo y luego el nuacutemero

Ejemplo el nuacutemero de oxidacioacuten del aluminio es +3

1) Calculaacute los nuacutemeros de oxidacioacuten en la moleacute-

cula de dioacutexido de azufre (SO2)

Datos SO2 nuacutemero de oxidacioacuten del O2

es 2

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de S

Resolucioacuten Cada aacutetomo de oxiacutegeno tiene

nuacutemero de oxidacioacuten 2 por lo tanto el nuacute-

mero de oxidacioacuten del azufre es +4 porque

2(-2) + (+4) = 0

96

2) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten del azufre en

el aacutecido sulfuacuterico (H2SO4)

Datos H2SO2 nuacutemero de oxidacioacuten del

O2 es 2 nuacutemero de oxidacioacuten de H es -1

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de S

Resolucioacuten Se debe cumplir que la suma al-gebraica de todos los nuacutemeros de oxidacioacuten sea cero

4(-2) + 21 + x = 0

-8 + 2 + x = 0

x = 6

Respuesta el nuacutemero de oxidacioacuten del azufre

en el aacutecido sulfuacuterico es +6

3) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten del nitroacutegeno

en el nitrato de sodio (NaNO3)

Datos NaNO3 nuacutemero de oxidacioacuten del

O2 es 2

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de N

97

Resolucioacuten El nuacutemero de oxidacioacuten del

sodio es +1 porque el ion sodio tiene una car-

ga eleacutectrica positiva

+1 + 3(-2) +x = 0

1 6 + x = 0

x = 5

Respuesta el nuacutemero de oxidacioacuten del nitroacute-

geno en el nitrato de sodio es +5

4) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten del azufre en

el ion sulfato (S 24Ominus )

Datos S 24Ominus nuacutemero de oxidacioacuten del O2

es 2

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de S

Resolucioacuten La suma de los nuacutemeros de

oxidacioacuten es igual a 2 porque el ion sulfato

tiene dos cargas negativas (2-)

x + 4(-2) = -2

x 8 = -2

x = 6

98

Respuesta El nuacutemero de oxidacioacuten del azu-

fre en el ion sulfato es +6

99

Ejercicios 1212

1) Dibujaacute los siacutembolos de Lewis para los aacutetomos

de

a) He b) Al c) Si d) Ar e) N

2) iquestCoacutemo adquiere la distribucioacuten electroacutenica del

ineacutertido maacutes cercano cada uno de los siguien-

tes aacutetomos

a) K b)

F c)

S d) Mg e)

Br

3) Escribiacute las ecuaciones ioacutenicas la foacutermula elec-

troacutenica y la foacutermula miacutenima del compuesto

ioacutenico formado por

a) K y Br (bromuro de potasio)

b) Ca y O (oacutexido de calcio)

4) Marcaacute con una X las propiedades correspon-

dientes a las sustancias que presentan uniones

ioacutenicas

100

a) Son soacutelidas y tienen bajo punto de fusioacuten ( )

b) Conducen la corriente eleacutectrica fundidas o di-

sueltas en agua ( )

c) Tienen brillo metaacutelico ( )

d) Forman cristales duros y quebradizos solubles

en agua ( )

e) No conducen la corriente eleacutectrica ( )

5) Explicaacute coacutemo se unen dos aacutetomos de bromo

para formar la moleacutecula Br2 y escribiacute su

foacutermula electroacutenica y su foacutermula desarrollada

6) La foacutermula del monoacutexido de dicloro es Cl2O

a) Indicaacute queacute tipo de unioacuten existe entre el cloro y

el oxiacutegeno

b) Escribiacute su foacutermula electroacutenica y su foacutermula

desarrollada

7) El azufre y el oxiacutegeno forman dos oacutexidos

importantes el dioacutexido de azufre (SO2) y el

101

trioacutexido de azufre (SO3) Para el trioacutexido de

azufre

a) Indicaacute queacute tipo de unioacuten existe entre el azufre

y los tres aacutetomos de oxiacutegeno

b) Escribiacute la foacutermula electroacutenica

c) Escribiacute la foacutermula desarrollada

8) Marcaacute 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

liacutequidas o soacutelidas ( )

c) Son duacutectiles y maleables ( )

d) No forman moleacuteculas son agregados de

iones ( )

e) No son buenas conductoras de la corriente

eleacutectrica ( )

102

9) Coloque en el pareacutentesis UCP si la unioacuten es

covalente polar y UCNP si es covalento no

polar en cada una de las siguientes sustancias

a) cloruro de hidroacutegeno HCl ( )

b) Hidroacutegeno H2 ( )

c) yodo l2 ( )

10) Escribiacute la foacutermula electroacutenica y la foacutermula

desarrollada de cada una de las sustancias

mencionadas en el ejercicio 9

11) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten

a) del azufre (S)en el dioacutexido de azufre (SO2) en

el trioacutexido de azufre (SO3) y en el sulfuro de

sodio (Na2S)

b) del nitroacutegeno (N) en el dioacutexido de nitroacutegeno

(NO2) en el aacutecido niacutetrico (HNO3) y en el ni-

trato de potasio (KNO3)

12) Marcaacute con una X las propiedades que se expli-

can en el concepto de unioacuten metaacutelica

103

a) Tienen bajo punto de fusioacuten y de

ebullicioacuten ( )

b) Tienen brillo metaacutelico ( )

c) Conducen la corriente eleacutectrica sin

alterarse ( )

d) En estado soacutelido son malos conductores de la

corriente eleacutectrica ( )

e) Forman hilos y laacuteminas delgadas ( )

104

Hoja de respuestas 1212

1) a) He b) Al c)

Si d)

Ar e)

N

2) a) cede un electroacuten d) cede electrones c)

gana dos electrones b) y e) gana un electroacuten

3) a) Ecuaciones ioacutenicas

K K1+ + 1 e

Br + 1 e Br1-

K1+ + Br- KBr

Foacutermula electroacutenica K1+minus

1

Br

Foacutermula miacutenima KBr

b) Ecuaciones ioacutenicas

Ca Ca 2+ + 2 e

O + 2 e O2-

Ca2+ + O2- CaO

Foacutermula electroacutenica Ca2+ minus

2

O

105

Foacutermula miacutenima CaO

4) b y d

5) se unen compartiendo un par de electrones

6) a) unioacuten covalente

b) foacutermula electroacutenica

Cl

O

Cl

foacutermula desarrollada Cl O Cl

7) a) una unioacuten covalente doble entre el azufre y

uno de los aacutetomos de oxiacutegeno dos uniones cova-

lentes coordinadas con los otros dos aacutetomos de

oxiacutegeno

b) Foacutermula electroacutenica

Foacutermula desarrollada

106

8) a b y e

9) a) UCP y c) UCNP

10) Foacutermula electroacutenica Foacutermula desarrollada

a) H

Cl H Cl

b) HH H H

c)

I

I l I

11) a) +4 +6 -2 b) +4 +5 +5

12) b c y e

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    • IacuteNDICE
      • 1 RADIACTIVIDAD NATURAL
      • 2 RELACIOacuteN ENTRE LA LEY DE LAVOISIER Y LA DE EINSTEIN
      • 3 INTERACCIONES ENTRE AacuteTOMOS Y ONDAS
      • 4 PODER DE PENETRACIOacuteN DE LA RADIACIOacuteN
      • 5 VIDA MEDIA
      • 6 RADIACTIVIDAD ARTIFICIAL
      • 7 USOS DE LOS RADIOISOacuteTOPOS
      • 8 MEDICINA NUCLEAR
      • 9 FECHADO POR MEDIO DE RADIOISOacuteTOPOS
      • 10 PLANTAS DE ENERGIacuteA NUCLEAR
      • 11 BOMBA ATOacuteMICA
      • 12 EFECTOS DE UNA EXPLOSIOacuteN NUCLEAR
        • Ejercicios 12
        • Ejercicios 121
        • Hoja de respuestas121
        • Ejercicios 1211
        • Ejercicios 1212
        • Hoja de respuestas 1212

95

5) En la foacutermula de una sustancia la suma alge-

braica de los nuacutemeros de oxidacioacuten de todos

los aacutetomos debe ser cero Ejemplo 1

H+

2

2Ominus

there42(+1) + (-2) = 0

6) En los iones que tienen maacutes de un aacutetomo la

suma algebraica de los nuacutemeros de oxidacioacuten

de todos los aacutetomos es igual a la carga del ion

El nuacutemero de oxidacioacuten se escribe colocando primero el signo y luego el nuacutemero

Ejemplo el nuacutemero de oxidacioacuten del aluminio es +3

1) Calculaacute los nuacutemeros de oxidacioacuten en la moleacute-

cula de dioacutexido de azufre (SO2)

Datos SO2 nuacutemero de oxidacioacuten del O2

es 2

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de S

Resolucioacuten Cada aacutetomo de oxiacutegeno tiene

nuacutemero de oxidacioacuten 2 por lo tanto el nuacute-

mero de oxidacioacuten del azufre es +4 porque

2(-2) + (+4) = 0

96

2) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten del azufre en

el aacutecido sulfuacuterico (H2SO4)

Datos H2SO2 nuacutemero de oxidacioacuten del

O2 es 2 nuacutemero de oxidacioacuten de H es -1

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de S

Resolucioacuten Se debe cumplir que la suma al-gebraica de todos los nuacutemeros de oxidacioacuten sea cero

4(-2) + 21 + x = 0

-8 + 2 + x = 0

x = 6

Respuesta el nuacutemero de oxidacioacuten del azufre

en el aacutecido sulfuacuterico es +6

3) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten del nitroacutegeno

en el nitrato de sodio (NaNO3)

Datos NaNO3 nuacutemero de oxidacioacuten del

O2 es 2

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de N

97

Resolucioacuten El nuacutemero de oxidacioacuten del

sodio es +1 porque el ion sodio tiene una car-

ga eleacutectrica positiva

+1 + 3(-2) +x = 0

1 6 + x = 0

x = 5

Respuesta el nuacutemero de oxidacioacuten del nitroacute-

geno en el nitrato de sodio es +5

4) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten del azufre en

el ion sulfato (S 24Ominus )

Datos S 24Ominus nuacutemero de oxidacioacuten del O2

es 2

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de S

Resolucioacuten La suma de los nuacutemeros de

oxidacioacuten es igual a 2 porque el ion sulfato

tiene dos cargas negativas (2-)

x + 4(-2) = -2

x 8 = -2

x = 6

98

Respuesta El nuacutemero de oxidacioacuten del azu-

fre en el ion sulfato es +6

99

Ejercicios 1212

1) Dibujaacute los siacutembolos de Lewis para los aacutetomos

de

a) He b) Al c) Si d) Ar e) N

2) iquestCoacutemo adquiere la distribucioacuten electroacutenica del

ineacutertido maacutes cercano cada uno de los siguien-

tes aacutetomos

a) K b)

F c)

S d) Mg e)

Br

3) Escribiacute las ecuaciones ioacutenicas la foacutermula elec-

troacutenica y la foacutermula miacutenima del compuesto

ioacutenico formado por

a) K y Br (bromuro de potasio)

b) Ca y O (oacutexido de calcio)

4) Marcaacute con una X las propiedades correspon-

dientes a las sustancias que presentan uniones

ioacutenicas

100

a) Son soacutelidas y tienen bajo punto de fusioacuten ( )

b) Conducen la corriente eleacutectrica fundidas o di-

sueltas en agua ( )

c) Tienen brillo metaacutelico ( )

d) Forman cristales duros y quebradizos solubles

en agua ( )

e) No conducen la corriente eleacutectrica ( )

5) Explicaacute coacutemo se unen dos aacutetomos de bromo

para formar la moleacutecula Br2 y escribiacute su

foacutermula electroacutenica y su foacutermula desarrollada

6) La foacutermula del monoacutexido de dicloro es Cl2O

a) Indicaacute queacute tipo de unioacuten existe entre el cloro y

el oxiacutegeno

b) Escribiacute su foacutermula electroacutenica y su foacutermula

desarrollada

7) El azufre y el oxiacutegeno forman dos oacutexidos

importantes el dioacutexido de azufre (SO2) y el

101

trioacutexido de azufre (SO3) Para el trioacutexido de

azufre

a) Indicaacute queacute tipo de unioacuten existe entre el azufre

y los tres aacutetomos de oxiacutegeno

b) Escribiacute la foacutermula electroacutenica

c) Escribiacute la foacutermula desarrollada

8) Marcaacute 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

liacutequidas o soacutelidas ( )

c) Son duacutectiles y maleables ( )

d) No forman moleacuteculas son agregados de

iones ( )

e) No son buenas conductoras de la corriente

eleacutectrica ( )

102

9) Coloque en el pareacutentesis UCP si la unioacuten es

covalente polar y UCNP si es covalento no

polar en cada una de las siguientes sustancias

a) cloruro de hidroacutegeno HCl ( )

b) Hidroacutegeno H2 ( )

c) yodo l2 ( )

10) Escribiacute la foacutermula electroacutenica y la foacutermula

desarrollada de cada una de las sustancias

mencionadas en el ejercicio 9

11) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten

a) del azufre (S)en el dioacutexido de azufre (SO2) en

el trioacutexido de azufre (SO3) y en el sulfuro de

sodio (Na2S)

b) del nitroacutegeno (N) en el dioacutexido de nitroacutegeno

(NO2) en el aacutecido niacutetrico (HNO3) y en el ni-

trato de potasio (KNO3)

12) Marcaacute con una X las propiedades que se expli-

can en el concepto de unioacuten metaacutelica

103

a) Tienen bajo punto de fusioacuten y de

ebullicioacuten ( )

b) Tienen brillo metaacutelico ( )

c) Conducen la corriente eleacutectrica sin

alterarse ( )

d) En estado soacutelido son malos conductores de la

corriente eleacutectrica ( )

e) Forman hilos y laacuteminas delgadas ( )

104

Hoja de respuestas 1212

1) a) He b) Al c)

Si d)

Ar e)

N

2) a) cede un electroacuten d) cede electrones c)

gana dos electrones b) y e) gana un electroacuten

3) a) Ecuaciones ioacutenicas

K K1+ + 1 e

Br + 1 e Br1-

K1+ + Br- KBr

Foacutermula electroacutenica K1+minus

1

Br

Foacutermula miacutenima KBr

b) Ecuaciones ioacutenicas

Ca Ca 2+ + 2 e

O + 2 e O2-

Ca2+ + O2- CaO

Foacutermula electroacutenica Ca2+ minus

2

O

105

Foacutermula miacutenima CaO

4) b y d

5) se unen compartiendo un par de electrones

6) a) unioacuten covalente

b) foacutermula electroacutenica

Cl

O

Cl

foacutermula desarrollada Cl O Cl

7) a) una unioacuten covalente doble entre el azufre y

uno de los aacutetomos de oxiacutegeno dos uniones cova-

lentes coordinadas con los otros dos aacutetomos de

oxiacutegeno

b) Foacutermula electroacutenica

Foacutermula desarrollada

106

8) a b y e

9) a) UCP y c) UCNP

10) Foacutermula electroacutenica Foacutermula desarrollada

a) H

Cl H Cl

b) HH H H

c)

I

I l I

11) a) +4 +6 -2 b) +4 +5 +5

12) b c y e

  • RADIACTIVIDAD
    • IacuteNDICE
      • 1 RADIACTIVIDAD NATURAL
      • 2 RELACIOacuteN ENTRE LA LEY DE LAVOISIER Y LA DE EINSTEIN
      • 3 INTERACCIONES ENTRE AacuteTOMOS Y ONDAS
      • 4 PODER DE PENETRACIOacuteN DE LA RADIACIOacuteN
      • 5 VIDA MEDIA
      • 6 RADIACTIVIDAD ARTIFICIAL
      • 7 USOS DE LOS RADIOISOacuteTOPOS
      • 8 MEDICINA NUCLEAR
      • 9 FECHADO POR MEDIO DE RADIOISOacuteTOPOS
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      • 12 EFECTOS DE UNA EXPLOSIOacuteN NUCLEAR
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        • Ejercicios 1212
        • Hoja de respuestas 1212

96

2) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten del azufre en

el aacutecido sulfuacuterico (H2SO4)

Datos H2SO2 nuacutemero de oxidacioacuten del

O2 es 2 nuacutemero de oxidacioacuten de H es -1

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de S

Resolucioacuten Se debe cumplir que la suma al-gebraica de todos los nuacutemeros de oxidacioacuten sea cero

4(-2) + 21 + x = 0

-8 + 2 + x = 0

x = 6

Respuesta el nuacutemero de oxidacioacuten del azufre

en el aacutecido sulfuacuterico es +6

3) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten del nitroacutegeno

en el nitrato de sodio (NaNO3)

Datos NaNO3 nuacutemero de oxidacioacuten del

O2 es 2

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de N

97

Resolucioacuten El nuacutemero de oxidacioacuten del

sodio es +1 porque el ion sodio tiene una car-

ga eleacutectrica positiva

+1 + 3(-2) +x = 0

1 6 + x = 0

x = 5

Respuesta el nuacutemero de oxidacioacuten del nitroacute-

geno en el nitrato de sodio es +5

4) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten del azufre en

el ion sulfato (S 24Ominus )

Datos S 24Ominus nuacutemero de oxidacioacuten del O2

es 2

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de S

Resolucioacuten La suma de los nuacutemeros de

oxidacioacuten es igual a 2 porque el ion sulfato

tiene dos cargas negativas (2-)

x + 4(-2) = -2

x 8 = -2

x = 6

98

Respuesta El nuacutemero de oxidacioacuten del azu-

fre en el ion sulfato es +6

99

Ejercicios 1212

1) Dibujaacute los siacutembolos de Lewis para los aacutetomos

de

a) He b) Al c) Si d) Ar e) N

2) iquestCoacutemo adquiere la distribucioacuten electroacutenica del

ineacutertido maacutes cercano cada uno de los siguien-

tes aacutetomos

a) K b)

F c)

S d) Mg e)

Br

3) Escribiacute las ecuaciones ioacutenicas la foacutermula elec-

troacutenica y la foacutermula miacutenima del compuesto

ioacutenico formado por

a) K y Br (bromuro de potasio)

b) Ca y O (oacutexido de calcio)

4) Marcaacute con una X las propiedades correspon-

dientes a las sustancias que presentan uniones

ioacutenicas

100

a) Son soacutelidas y tienen bajo punto de fusioacuten ( )

b) Conducen la corriente eleacutectrica fundidas o di-

sueltas en agua ( )

c) Tienen brillo metaacutelico ( )

d) Forman cristales duros y quebradizos solubles

en agua ( )

e) No conducen la corriente eleacutectrica ( )

5) Explicaacute coacutemo se unen dos aacutetomos de bromo

para formar la moleacutecula Br2 y escribiacute su

foacutermula electroacutenica y su foacutermula desarrollada

6) La foacutermula del monoacutexido de dicloro es Cl2O

a) Indicaacute queacute tipo de unioacuten existe entre el cloro y

el oxiacutegeno

b) Escribiacute su foacutermula electroacutenica y su foacutermula

desarrollada

7) El azufre y el oxiacutegeno forman dos oacutexidos

importantes el dioacutexido de azufre (SO2) y el

101

trioacutexido de azufre (SO3) Para el trioacutexido de

azufre

a) Indicaacute queacute tipo de unioacuten existe entre el azufre

y los tres aacutetomos de oxiacutegeno

b) Escribiacute la foacutermula electroacutenica

c) Escribiacute la foacutermula desarrollada

8) Marcaacute 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

liacutequidas o soacutelidas ( )

c) Son duacutectiles y maleables ( )

d) No forman moleacuteculas son agregados de

iones ( )

e) No son buenas conductoras de la corriente

eleacutectrica ( )

102

9) Coloque en el pareacutentesis UCP si la unioacuten es

covalente polar y UCNP si es covalento no

polar en cada una de las siguientes sustancias

a) cloruro de hidroacutegeno HCl ( )

b) Hidroacutegeno H2 ( )

c) yodo l2 ( )

10) Escribiacute la foacutermula electroacutenica y la foacutermula

desarrollada de cada una de las sustancias

mencionadas en el ejercicio 9

11) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten

a) del azufre (S)en el dioacutexido de azufre (SO2) en

el trioacutexido de azufre (SO3) y en el sulfuro de

sodio (Na2S)

b) del nitroacutegeno (N) en el dioacutexido de nitroacutegeno

(NO2) en el aacutecido niacutetrico (HNO3) y en el ni-

trato de potasio (KNO3)

12) Marcaacute con una X las propiedades que se expli-

can en el concepto de unioacuten metaacutelica

103

a) Tienen bajo punto de fusioacuten y de

ebullicioacuten ( )

b) Tienen brillo metaacutelico ( )

c) Conducen la corriente eleacutectrica sin

alterarse ( )

d) En estado soacutelido son malos conductores de la

corriente eleacutectrica ( )

e) Forman hilos y laacuteminas delgadas ( )

104

Hoja de respuestas 1212

1) a) He b) Al c)

Si d)

Ar e)

N

2) a) cede un electroacuten d) cede electrones c)

gana dos electrones b) y e) gana un electroacuten

3) a) Ecuaciones ioacutenicas

K K1+ + 1 e

Br + 1 e Br1-

K1+ + Br- KBr

Foacutermula electroacutenica K1+minus

1

Br

Foacutermula miacutenima KBr

b) Ecuaciones ioacutenicas

Ca Ca 2+ + 2 e

O + 2 e O2-

Ca2+ + O2- CaO

Foacutermula electroacutenica Ca2+ minus

2

O

105

Foacutermula miacutenima CaO

4) b y d

5) se unen compartiendo un par de electrones

6) a) unioacuten covalente

b) foacutermula electroacutenica

Cl

O

Cl

foacutermula desarrollada Cl O Cl

7) a) una unioacuten covalente doble entre el azufre y

uno de los aacutetomos de oxiacutegeno dos uniones cova-

lentes coordinadas con los otros dos aacutetomos de

oxiacutegeno

b) Foacutermula electroacutenica

Foacutermula desarrollada

106

8) a b y e

9) a) UCP y c) UCNP

10) Foacutermula electroacutenica Foacutermula desarrollada

a) H

Cl H Cl

b) HH H H

c)

I

I l I

11) a) +4 +6 -2 b) +4 +5 +5

12) b c y e

  • RADIACTIVIDAD
    • IacuteNDICE
      • 1 RADIACTIVIDAD NATURAL
      • 2 RELACIOacuteN ENTRE LA LEY DE LAVOISIER Y LA DE EINSTEIN
      • 3 INTERACCIONES ENTRE AacuteTOMOS Y ONDAS
      • 4 PODER DE PENETRACIOacuteN DE LA RADIACIOacuteN
      • 5 VIDA MEDIA
      • 6 RADIACTIVIDAD ARTIFICIAL
      • 7 USOS DE LOS RADIOISOacuteTOPOS
      • 8 MEDICINA NUCLEAR
      • 9 FECHADO POR MEDIO DE RADIOISOacuteTOPOS
      • 10 PLANTAS DE ENERGIacuteA NUCLEAR
      • 11 BOMBA ATOacuteMICA
      • 12 EFECTOS DE UNA EXPLOSIOacuteN NUCLEAR
        • Ejercicios 12
        • Ejercicios 121
        • Hoja de respuestas121
        • Ejercicios 1211
        • Ejercicios 1212
        • Hoja de respuestas 1212

97

Resolucioacuten El nuacutemero de oxidacioacuten del

sodio es +1 porque el ion sodio tiene una car-

ga eleacutectrica positiva

+1 + 3(-2) +x = 0

1 6 + x = 0

x = 5

Respuesta el nuacutemero de oxidacioacuten del nitroacute-

geno en el nitrato de sodio es +5

4) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten del azufre en

el ion sulfato (S 24Ominus )

Datos S 24Ominus nuacutemero de oxidacioacuten del O2

es 2

Incoacutegnita nuacutemero de oxidacioacuten de S

Resolucioacuten La suma de los nuacutemeros de

oxidacioacuten es igual a 2 porque el ion sulfato

tiene dos cargas negativas (2-)

x + 4(-2) = -2

x 8 = -2

x = 6

98

Respuesta El nuacutemero de oxidacioacuten del azu-

fre en el ion sulfato es +6

99

Ejercicios 1212

1) Dibujaacute los siacutembolos de Lewis para los aacutetomos

de

a) He b) Al c) Si d) Ar e) N

2) iquestCoacutemo adquiere la distribucioacuten electroacutenica del

ineacutertido maacutes cercano cada uno de los siguien-

tes aacutetomos

a) K b)

F c)

S d) Mg e)

Br

3) Escribiacute las ecuaciones ioacutenicas la foacutermula elec-

troacutenica y la foacutermula miacutenima del compuesto

ioacutenico formado por

a) K y Br (bromuro de potasio)

b) Ca y O (oacutexido de calcio)

4) Marcaacute con una X las propiedades correspon-

dientes a las sustancias que presentan uniones

ioacutenicas

100

a) Son soacutelidas y tienen bajo punto de fusioacuten ( )

b) Conducen la corriente eleacutectrica fundidas o di-

sueltas en agua ( )

c) Tienen brillo metaacutelico ( )

d) Forman cristales duros y quebradizos solubles

en agua ( )

e) No conducen la corriente eleacutectrica ( )

5) Explicaacute coacutemo se unen dos aacutetomos de bromo

para formar la moleacutecula Br2 y escribiacute su

foacutermula electroacutenica y su foacutermula desarrollada

6) La foacutermula del monoacutexido de dicloro es Cl2O

a) Indicaacute queacute tipo de unioacuten existe entre el cloro y

el oxiacutegeno

b) Escribiacute su foacutermula electroacutenica y su foacutermula

desarrollada

7) El azufre y el oxiacutegeno forman dos oacutexidos

importantes el dioacutexido de azufre (SO2) y el

101

trioacutexido de azufre (SO3) Para el trioacutexido de

azufre

a) Indicaacute queacute tipo de unioacuten existe entre el azufre

y los tres aacutetomos de oxiacutegeno

b) Escribiacute la foacutermula electroacutenica

c) Escribiacute la foacutermula desarrollada

8) Marcaacute 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

liacutequidas o soacutelidas ( )

c) Son duacutectiles y maleables ( )

d) No forman moleacuteculas son agregados de

iones ( )

e) No son buenas conductoras de la corriente

eleacutectrica ( )

102

9) Coloque en el pareacutentesis UCP si la unioacuten es

covalente polar y UCNP si es covalento no

polar en cada una de las siguientes sustancias

a) cloruro de hidroacutegeno HCl ( )

b) Hidroacutegeno H2 ( )

c) yodo l2 ( )

10) Escribiacute la foacutermula electroacutenica y la foacutermula

desarrollada de cada una de las sustancias

mencionadas en el ejercicio 9

11) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten

a) del azufre (S)en el dioacutexido de azufre (SO2) en

el trioacutexido de azufre (SO3) y en el sulfuro de

sodio (Na2S)

b) del nitroacutegeno (N) en el dioacutexido de nitroacutegeno

(NO2) en el aacutecido niacutetrico (HNO3) y en el ni-

trato de potasio (KNO3)

12) Marcaacute con una X las propiedades que se expli-

can en el concepto de unioacuten metaacutelica

103

a) Tienen bajo punto de fusioacuten y de

ebullicioacuten ( )

b) Tienen brillo metaacutelico ( )

c) Conducen la corriente eleacutectrica sin

alterarse ( )

d) En estado soacutelido son malos conductores de la

corriente eleacutectrica ( )

e) Forman hilos y laacuteminas delgadas ( )

104

Hoja de respuestas 1212

1) a) He b) Al c)

Si d)

Ar e)

N

2) a) cede un electroacuten d) cede electrones c)

gana dos electrones b) y e) gana un electroacuten

3) a) Ecuaciones ioacutenicas

K K1+ + 1 e

Br + 1 e Br1-

K1+ + Br- KBr

Foacutermula electroacutenica K1+minus

1

Br

Foacutermula miacutenima KBr

b) Ecuaciones ioacutenicas

Ca Ca 2+ + 2 e

O + 2 e O2-

Ca2+ + O2- CaO

Foacutermula electroacutenica Ca2+ minus

2

O

105

Foacutermula miacutenima CaO

4) b y d

5) se unen compartiendo un par de electrones

6) a) unioacuten covalente

b) foacutermula electroacutenica

Cl

O

Cl

foacutermula desarrollada Cl O Cl

7) a) una unioacuten covalente doble entre el azufre y

uno de los aacutetomos de oxiacutegeno dos uniones cova-

lentes coordinadas con los otros dos aacutetomos de

oxiacutegeno

b) Foacutermula electroacutenica

Foacutermula desarrollada

106

8) a b y e

9) a) UCP y c) UCNP

10) Foacutermula electroacutenica Foacutermula desarrollada

a) H

Cl H Cl

b) HH H H

c)

I

I l I

11) a) +4 +6 -2 b) +4 +5 +5

12) b c y e

  • RADIACTIVIDAD
    • IacuteNDICE
      • 1 RADIACTIVIDAD NATURAL
      • 2 RELACIOacuteN ENTRE LA LEY DE LAVOISIER Y LA DE EINSTEIN
      • 3 INTERACCIONES ENTRE AacuteTOMOS Y ONDAS
      • 4 PODER DE PENETRACIOacuteN DE LA RADIACIOacuteN
      • 5 VIDA MEDIA
      • 6 RADIACTIVIDAD ARTIFICIAL
      • 7 USOS DE LOS RADIOISOacuteTOPOS
      • 8 MEDICINA NUCLEAR
      • 9 FECHADO POR MEDIO DE RADIOISOacuteTOPOS
      • 10 PLANTAS DE ENERGIacuteA NUCLEAR
      • 11 BOMBA ATOacuteMICA
      • 12 EFECTOS DE UNA EXPLOSIOacuteN NUCLEAR
        • Ejercicios 12
        • Ejercicios 121
        • Hoja de respuestas121
        • Ejercicios 1211
        • Ejercicios 1212
        • Hoja de respuestas 1212

98

Respuesta El nuacutemero de oxidacioacuten del azu-

fre en el ion sulfato es +6

99

Ejercicios 1212

1) Dibujaacute los siacutembolos de Lewis para los aacutetomos

de

a) He b) Al c) Si d) Ar e) N

2) iquestCoacutemo adquiere la distribucioacuten electroacutenica del

ineacutertido maacutes cercano cada uno de los siguien-

tes aacutetomos

a) K b)

F c)

S d) Mg e)

Br

3) Escribiacute las ecuaciones ioacutenicas la foacutermula elec-

troacutenica y la foacutermula miacutenima del compuesto

ioacutenico formado por

a) K y Br (bromuro de potasio)

b) Ca y O (oacutexido de calcio)

4) Marcaacute con una X las propiedades correspon-

dientes a las sustancias que presentan uniones

ioacutenicas

100

a) Son soacutelidas y tienen bajo punto de fusioacuten ( )

b) Conducen la corriente eleacutectrica fundidas o di-

sueltas en agua ( )

c) Tienen brillo metaacutelico ( )

d) Forman cristales duros y quebradizos solubles

en agua ( )

e) No conducen la corriente eleacutectrica ( )

5) Explicaacute coacutemo se unen dos aacutetomos de bromo

para formar la moleacutecula Br2 y escribiacute su

foacutermula electroacutenica y su foacutermula desarrollada

6) La foacutermula del monoacutexido de dicloro es Cl2O

a) Indicaacute queacute tipo de unioacuten existe entre el cloro y

el oxiacutegeno

b) Escribiacute su foacutermula electroacutenica y su foacutermula

desarrollada

7) El azufre y el oxiacutegeno forman dos oacutexidos

importantes el dioacutexido de azufre (SO2) y el

101

trioacutexido de azufre (SO3) Para el trioacutexido de

azufre

a) Indicaacute queacute tipo de unioacuten existe entre el azufre

y los tres aacutetomos de oxiacutegeno

b) Escribiacute la foacutermula electroacutenica

c) Escribiacute la foacutermula desarrollada

8) Marcaacute 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

liacutequidas o soacutelidas ( )

c) Son duacutectiles y maleables ( )

d) No forman moleacuteculas son agregados de

iones ( )

e) No son buenas conductoras de la corriente

eleacutectrica ( )

102

9) Coloque en el pareacutentesis UCP si la unioacuten es

covalente polar y UCNP si es covalento no

polar en cada una de las siguientes sustancias

a) cloruro de hidroacutegeno HCl ( )

b) Hidroacutegeno H2 ( )

c) yodo l2 ( )

10) Escribiacute la foacutermula electroacutenica y la foacutermula

desarrollada de cada una de las sustancias

mencionadas en el ejercicio 9

11) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten

a) del azufre (S)en el dioacutexido de azufre (SO2) en

el trioacutexido de azufre (SO3) y en el sulfuro de

sodio (Na2S)

b) del nitroacutegeno (N) en el dioacutexido de nitroacutegeno

(NO2) en el aacutecido niacutetrico (HNO3) y en el ni-

trato de potasio (KNO3)

12) Marcaacute con una X las propiedades que se expli-

can en el concepto de unioacuten metaacutelica

103

a) Tienen bajo punto de fusioacuten y de

ebullicioacuten ( )

b) Tienen brillo metaacutelico ( )

c) Conducen la corriente eleacutectrica sin

alterarse ( )

d) En estado soacutelido son malos conductores de la

corriente eleacutectrica ( )

e) Forman hilos y laacuteminas delgadas ( )

104

Hoja de respuestas 1212

1) a) He b) Al c)

Si d)

Ar e)

N

2) a) cede un electroacuten d) cede electrones c)

gana dos electrones b) y e) gana un electroacuten

3) a) Ecuaciones ioacutenicas

K K1+ + 1 e

Br + 1 e Br1-

K1+ + Br- KBr

Foacutermula electroacutenica K1+minus

1

Br

Foacutermula miacutenima KBr

b) Ecuaciones ioacutenicas

Ca Ca 2+ + 2 e

O + 2 e O2-

Ca2+ + O2- CaO

Foacutermula electroacutenica Ca2+ minus

2

O

105

Foacutermula miacutenima CaO

4) b y d

5) se unen compartiendo un par de electrones

6) a) unioacuten covalente

b) foacutermula electroacutenica

Cl

O

Cl

foacutermula desarrollada Cl O Cl

7) a) una unioacuten covalente doble entre el azufre y

uno de los aacutetomos de oxiacutegeno dos uniones cova-

lentes coordinadas con los otros dos aacutetomos de

oxiacutegeno

b) Foacutermula electroacutenica

Foacutermula desarrollada

106

8) a b y e

9) a) UCP y c) UCNP

10) Foacutermula electroacutenica Foacutermula desarrollada

a) H

Cl H Cl

b) HH H H

c)

I

I l I

11) a) +4 +6 -2 b) +4 +5 +5

12) b c y e

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    • IacuteNDICE
      • 1 RADIACTIVIDAD NATURAL
      • 2 RELACIOacuteN ENTRE LA LEY DE LAVOISIER Y LA DE EINSTEIN
      • 3 INTERACCIONES ENTRE AacuteTOMOS Y ONDAS
      • 4 PODER DE PENETRACIOacuteN DE LA RADIACIOacuteN
      • 5 VIDA MEDIA
      • 6 RADIACTIVIDAD ARTIFICIAL
      • 7 USOS DE LOS RADIOISOacuteTOPOS
      • 8 MEDICINA NUCLEAR
      • 9 FECHADO POR MEDIO DE RADIOISOacuteTOPOS
      • 10 PLANTAS DE ENERGIacuteA NUCLEAR
      • 11 BOMBA ATOacuteMICA
      • 12 EFECTOS DE UNA EXPLOSIOacuteN NUCLEAR
        • Ejercicios 12
        • Ejercicios 121
        • Hoja de respuestas121
        • Ejercicios 1211
        • Ejercicios 1212
        • Hoja de respuestas 1212

99

Ejercicios 1212

1) Dibujaacute los siacutembolos de Lewis para los aacutetomos

de

a) He b) Al c) Si d) Ar e) N

2) iquestCoacutemo adquiere la distribucioacuten electroacutenica del

ineacutertido maacutes cercano cada uno de los siguien-

tes aacutetomos

a) K b)

F c)

S d) Mg e)

Br

3) Escribiacute las ecuaciones ioacutenicas la foacutermula elec-

troacutenica y la foacutermula miacutenima del compuesto

ioacutenico formado por

a) K y Br (bromuro de potasio)

b) Ca y O (oacutexido de calcio)

4) Marcaacute con una X las propiedades correspon-

dientes a las sustancias que presentan uniones

ioacutenicas

100

a) Son soacutelidas y tienen bajo punto de fusioacuten ( )

b) Conducen la corriente eleacutectrica fundidas o di-

sueltas en agua ( )

c) Tienen brillo metaacutelico ( )

d) Forman cristales duros y quebradizos solubles

en agua ( )

e) No conducen la corriente eleacutectrica ( )

5) Explicaacute coacutemo se unen dos aacutetomos de bromo

para formar la moleacutecula Br2 y escribiacute su

foacutermula electroacutenica y su foacutermula desarrollada

6) La foacutermula del monoacutexido de dicloro es Cl2O

a) Indicaacute queacute tipo de unioacuten existe entre el cloro y

el oxiacutegeno

b) Escribiacute su foacutermula electroacutenica y su foacutermula

desarrollada

7) El azufre y el oxiacutegeno forman dos oacutexidos

importantes el dioacutexido de azufre (SO2) y el

101

trioacutexido de azufre (SO3) Para el trioacutexido de

azufre

a) Indicaacute queacute tipo de unioacuten existe entre el azufre

y los tres aacutetomos de oxiacutegeno

b) Escribiacute la foacutermula electroacutenica

c) Escribiacute la foacutermula desarrollada

8) Marcaacute 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

liacutequidas o soacutelidas ( )

c) Son duacutectiles y maleables ( )

d) No forman moleacuteculas son agregados de

iones ( )

e) No son buenas conductoras de la corriente

eleacutectrica ( )

102

9) Coloque en el pareacutentesis UCP si la unioacuten es

covalente polar y UCNP si es covalento no

polar en cada una de las siguientes sustancias

a) cloruro de hidroacutegeno HCl ( )

b) Hidroacutegeno H2 ( )

c) yodo l2 ( )

10) Escribiacute la foacutermula electroacutenica y la foacutermula

desarrollada de cada una de las sustancias

mencionadas en el ejercicio 9

11) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten

a) del azufre (S)en el dioacutexido de azufre (SO2) en

el trioacutexido de azufre (SO3) y en el sulfuro de

sodio (Na2S)

b) del nitroacutegeno (N) en el dioacutexido de nitroacutegeno

(NO2) en el aacutecido niacutetrico (HNO3) y en el ni-

trato de potasio (KNO3)

12) Marcaacute con una X las propiedades que se expli-

can en el concepto de unioacuten metaacutelica

103

a) Tienen bajo punto de fusioacuten y de

ebullicioacuten ( )

b) Tienen brillo metaacutelico ( )

c) Conducen la corriente eleacutectrica sin

alterarse ( )

d) En estado soacutelido son malos conductores de la

corriente eleacutectrica ( )

e) Forman hilos y laacuteminas delgadas ( )

104

Hoja de respuestas 1212

1) a) He b) Al c)

Si d)

Ar e)

N

2) a) cede un electroacuten d) cede electrones c)

gana dos electrones b) y e) gana un electroacuten

3) a) Ecuaciones ioacutenicas

K K1+ + 1 e

Br + 1 e Br1-

K1+ + Br- KBr

Foacutermula electroacutenica K1+minus

1

Br

Foacutermula miacutenima KBr

b) Ecuaciones ioacutenicas

Ca Ca 2+ + 2 e

O + 2 e O2-

Ca2+ + O2- CaO

Foacutermula electroacutenica Ca2+ minus

2

O

105

Foacutermula miacutenima CaO

4) b y d

5) se unen compartiendo un par de electrones

6) a) unioacuten covalente

b) foacutermula electroacutenica

Cl

O

Cl

foacutermula desarrollada Cl O Cl

7) a) una unioacuten covalente doble entre el azufre y

uno de los aacutetomos de oxiacutegeno dos uniones cova-

lentes coordinadas con los otros dos aacutetomos de

oxiacutegeno

b) Foacutermula electroacutenica

Foacutermula desarrollada

106

8) a b y e

9) a) UCP y c) UCNP

10) Foacutermula electroacutenica Foacutermula desarrollada

a) H

Cl H Cl

b) HH H H

c)

I

I l I

11) a) +4 +6 -2 b) +4 +5 +5

12) b c y e

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      • 4 PODER DE PENETRACIOacuteN DE LA RADIACIOacuteN
      • 5 VIDA MEDIA
      • 6 RADIACTIVIDAD ARTIFICIAL
      • 7 USOS DE LOS RADIOISOacuteTOPOS
      • 8 MEDICINA NUCLEAR
      • 9 FECHADO POR MEDIO DE RADIOISOacuteTOPOS
      • 10 PLANTAS DE ENERGIacuteA NUCLEAR
      • 11 BOMBA ATOacuteMICA
      • 12 EFECTOS DE UNA EXPLOSIOacuteN NUCLEAR
        • Ejercicios 12
        • Ejercicios 121
        • Hoja de respuestas121
        • Ejercicios 1211
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        • Hoja de respuestas 1212

100

a) Son soacutelidas y tienen bajo punto de fusioacuten ( )

b) Conducen la corriente eleacutectrica fundidas o di-

sueltas en agua ( )

c) Tienen brillo metaacutelico ( )

d) Forman cristales duros y quebradizos solubles

en agua ( )

e) No conducen la corriente eleacutectrica ( )

5) Explicaacute coacutemo se unen dos aacutetomos de bromo

para formar la moleacutecula Br2 y escribiacute su

foacutermula electroacutenica y su foacutermula desarrollada

6) La foacutermula del monoacutexido de dicloro es Cl2O

a) Indicaacute queacute tipo de unioacuten existe entre el cloro y

el oxiacutegeno

b) Escribiacute su foacutermula electroacutenica y su foacutermula

desarrollada

7) El azufre y el oxiacutegeno forman dos oacutexidos

importantes el dioacutexido de azufre (SO2) y el

101

trioacutexido de azufre (SO3) Para el trioacutexido de

azufre

a) Indicaacute queacute tipo de unioacuten existe entre el azufre

y los tres aacutetomos de oxiacutegeno

b) Escribiacute la foacutermula electroacutenica

c) Escribiacute la foacutermula desarrollada

8) Marcaacute 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

liacutequidas o soacutelidas ( )

c) Son duacutectiles y maleables ( )

d) No forman moleacuteculas son agregados de

iones ( )

e) No son buenas conductoras de la corriente

eleacutectrica ( )

102

9) Coloque en el pareacutentesis UCP si la unioacuten es

covalente polar y UCNP si es covalento no

polar en cada una de las siguientes sustancias

a) cloruro de hidroacutegeno HCl ( )

b) Hidroacutegeno H2 ( )

c) yodo l2 ( )

10) Escribiacute la foacutermula electroacutenica y la foacutermula

desarrollada de cada una de las sustancias

mencionadas en el ejercicio 9

11) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten

a) del azufre (S)en el dioacutexido de azufre (SO2) en

el trioacutexido de azufre (SO3) y en el sulfuro de

sodio (Na2S)

b) del nitroacutegeno (N) en el dioacutexido de nitroacutegeno

(NO2) en el aacutecido niacutetrico (HNO3) y en el ni-

trato de potasio (KNO3)

12) Marcaacute con una X las propiedades que se expli-

can en el concepto de unioacuten metaacutelica

103

a) Tienen bajo punto de fusioacuten y de

ebullicioacuten ( )

b) Tienen brillo metaacutelico ( )

c) Conducen la corriente eleacutectrica sin

alterarse ( )

d) En estado soacutelido son malos conductores de la

corriente eleacutectrica ( )

e) Forman hilos y laacuteminas delgadas ( )

104

Hoja de respuestas 1212

1) a) He b) Al c)

Si d)

Ar e)

N

2) a) cede un electroacuten d) cede electrones c)

gana dos electrones b) y e) gana un electroacuten

3) a) Ecuaciones ioacutenicas

K K1+ + 1 e

Br + 1 e Br1-

K1+ + Br- KBr

Foacutermula electroacutenica K1+minus

1

Br

Foacutermula miacutenima KBr

b) Ecuaciones ioacutenicas

Ca Ca 2+ + 2 e

O + 2 e O2-

Ca2+ + O2- CaO

Foacutermula electroacutenica Ca2+ minus

2

O

105

Foacutermula miacutenima CaO

4) b y d

5) se unen compartiendo un par de electrones

6) a) unioacuten covalente

b) foacutermula electroacutenica

Cl

O

Cl

foacutermula desarrollada Cl O Cl

7) a) una unioacuten covalente doble entre el azufre y

uno de los aacutetomos de oxiacutegeno dos uniones cova-

lentes coordinadas con los otros dos aacutetomos de

oxiacutegeno

b) Foacutermula electroacutenica

Foacutermula desarrollada

106

8) a b y e

9) a) UCP y c) UCNP

10) Foacutermula electroacutenica Foacutermula desarrollada

a) H

Cl H Cl

b) HH H H

c)

I

I l I

11) a) +4 +6 -2 b) +4 +5 +5

12) b c y e

  • RADIACTIVIDAD
    • IacuteNDICE
      • 1 RADIACTIVIDAD NATURAL
      • 2 RELACIOacuteN ENTRE LA LEY DE LAVOISIER Y LA DE EINSTEIN
      • 3 INTERACCIONES ENTRE AacuteTOMOS Y ONDAS
      • 4 PODER DE PENETRACIOacuteN DE LA RADIACIOacuteN
      • 5 VIDA MEDIA
      • 6 RADIACTIVIDAD ARTIFICIAL
      • 7 USOS DE LOS RADIOISOacuteTOPOS
      • 8 MEDICINA NUCLEAR
      • 9 FECHADO POR MEDIO DE RADIOISOacuteTOPOS
      • 10 PLANTAS DE ENERGIacuteA NUCLEAR
      • 11 BOMBA ATOacuteMICA
      • 12 EFECTOS DE UNA EXPLOSIOacuteN NUCLEAR
        • Ejercicios 12
        • Ejercicios 121
        • Hoja de respuestas121
        • Ejercicios 1211
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101

trioacutexido de azufre (SO3) Para el trioacutexido de

azufre

a) Indicaacute queacute tipo de unioacuten existe entre el azufre

y los tres aacutetomos de oxiacutegeno

b) Escribiacute la foacutermula electroacutenica

c) Escribiacute la foacutermula desarrollada

8) Marcaacute 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

liacutequidas o soacutelidas ( )

c) Son duacutectiles y maleables ( )

d) No forman moleacuteculas son agregados de

iones ( )

e) No son buenas conductoras de la corriente

eleacutectrica ( )

102

9) Coloque en el pareacutentesis UCP si la unioacuten es

covalente polar y UCNP si es covalento no

polar en cada una de las siguientes sustancias

a) cloruro de hidroacutegeno HCl ( )

b) Hidroacutegeno H2 ( )

c) yodo l2 ( )

10) Escribiacute la foacutermula electroacutenica y la foacutermula

desarrollada de cada una de las sustancias

mencionadas en el ejercicio 9

11) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten

a) del azufre (S)en el dioacutexido de azufre (SO2) en

el trioacutexido de azufre (SO3) y en el sulfuro de

sodio (Na2S)

b) del nitroacutegeno (N) en el dioacutexido de nitroacutegeno

(NO2) en el aacutecido niacutetrico (HNO3) y en el ni-

trato de potasio (KNO3)

12) Marcaacute con una X las propiedades que se expli-

can en el concepto de unioacuten metaacutelica

103

a) Tienen bajo punto de fusioacuten y de

ebullicioacuten ( )

b) Tienen brillo metaacutelico ( )

c) Conducen la corriente eleacutectrica sin

alterarse ( )

d) En estado soacutelido son malos conductores de la

corriente eleacutectrica ( )

e) Forman hilos y laacuteminas delgadas ( )

104

Hoja de respuestas 1212

1) a) He b) Al c)

Si d)

Ar e)

N

2) a) cede un electroacuten d) cede electrones c)

gana dos electrones b) y e) gana un electroacuten

3) a) Ecuaciones ioacutenicas

K K1+ + 1 e

Br + 1 e Br1-

K1+ + Br- KBr

Foacutermula electroacutenica K1+minus

1

Br

Foacutermula miacutenima KBr

b) Ecuaciones ioacutenicas

Ca Ca 2+ + 2 e

O + 2 e O2-

Ca2+ + O2- CaO

Foacutermula electroacutenica Ca2+ minus

2

O

105

Foacutermula miacutenima CaO

4) b y d

5) se unen compartiendo un par de electrones

6) a) unioacuten covalente

b) foacutermula electroacutenica

Cl

O

Cl

foacutermula desarrollada Cl O Cl

7) a) una unioacuten covalente doble entre el azufre y

uno de los aacutetomos de oxiacutegeno dos uniones cova-

lentes coordinadas con los otros dos aacutetomos de

oxiacutegeno

b) Foacutermula electroacutenica

Foacutermula desarrollada

106

8) a b y e

9) a) UCP y c) UCNP

10) Foacutermula electroacutenica Foacutermula desarrollada

a) H

Cl H Cl

b) HH H H

c)

I

I l I

11) a) +4 +6 -2 b) +4 +5 +5

12) b c y e

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      • 1 RADIACTIVIDAD NATURAL
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102

9) Coloque en el pareacutentesis UCP si la unioacuten es

covalente polar y UCNP si es covalento no

polar en cada una de las siguientes sustancias

a) cloruro de hidroacutegeno HCl ( )

b) Hidroacutegeno H2 ( )

c) yodo l2 ( )

10) Escribiacute la foacutermula electroacutenica y la foacutermula

desarrollada de cada una de las sustancias

mencionadas en el ejercicio 9

11) Calculaacute el nuacutemero de oxidacioacuten

a) del azufre (S)en el dioacutexido de azufre (SO2) en

el trioacutexido de azufre (SO3) y en el sulfuro de

sodio (Na2S)

b) del nitroacutegeno (N) en el dioacutexido de nitroacutegeno

(NO2) en el aacutecido niacutetrico (HNO3) y en el ni-

trato de potasio (KNO3)

12) Marcaacute con una X las propiedades que se expli-

can en el concepto de unioacuten metaacutelica

103

a) Tienen bajo punto de fusioacuten y de

ebullicioacuten ( )

b) Tienen brillo metaacutelico ( )

c) Conducen la corriente eleacutectrica sin

alterarse ( )

d) En estado soacutelido son malos conductores de la

corriente eleacutectrica ( )

e) Forman hilos y laacuteminas delgadas ( )

104

Hoja de respuestas 1212

1) a) He b) Al c)

Si d)

Ar e)

N

2) a) cede un electroacuten d) cede electrones c)

gana dos electrones b) y e) gana un electroacuten

3) a) Ecuaciones ioacutenicas

K K1+ + 1 e

Br + 1 e Br1-

K1+ + Br- KBr

Foacutermula electroacutenica K1+minus

1

Br

Foacutermula miacutenima KBr

b) Ecuaciones ioacutenicas

Ca Ca 2+ + 2 e

O + 2 e O2-

Ca2+ + O2- CaO

Foacutermula electroacutenica Ca2+ minus

2

O

105

Foacutermula miacutenima CaO

4) b y d

5) se unen compartiendo un par de electrones

6) a) unioacuten covalente

b) foacutermula electroacutenica

Cl

O

Cl

foacutermula desarrollada Cl O Cl

7) a) una unioacuten covalente doble entre el azufre y

uno de los aacutetomos de oxiacutegeno dos uniones cova-

lentes coordinadas con los otros dos aacutetomos de

oxiacutegeno

b) Foacutermula electroacutenica

Foacutermula desarrollada

106

8) a b y e

9) a) UCP y c) UCNP

10) Foacutermula electroacutenica Foacutermula desarrollada

a) H

Cl H Cl

b) HH H H

c)

I

I l I

11) a) +4 +6 -2 b) +4 +5 +5

12) b c y e

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103

a) Tienen bajo punto de fusioacuten y de

ebullicioacuten ( )

b) Tienen brillo metaacutelico ( )

c) Conducen la corriente eleacutectrica sin

alterarse ( )

d) En estado soacutelido son malos conductores de la

corriente eleacutectrica ( )

e) Forman hilos y laacuteminas delgadas ( )

104

Hoja de respuestas 1212

1) a) He b) Al c)

Si d)

Ar e)

N

2) a) cede un electroacuten d) cede electrones c)

gana dos electrones b) y e) gana un electroacuten

3) a) Ecuaciones ioacutenicas

K K1+ + 1 e

Br + 1 e Br1-

K1+ + Br- KBr

Foacutermula electroacutenica K1+minus

1

Br

Foacutermula miacutenima KBr

b) Ecuaciones ioacutenicas

Ca Ca 2+ + 2 e

O + 2 e O2-

Ca2+ + O2- CaO

Foacutermula electroacutenica Ca2+ minus

2

O

105

Foacutermula miacutenima CaO

4) b y d

5) se unen compartiendo un par de electrones

6) a) unioacuten covalente

b) foacutermula electroacutenica

Cl

O

Cl

foacutermula desarrollada Cl O Cl

7) a) una unioacuten covalente doble entre el azufre y

uno de los aacutetomos de oxiacutegeno dos uniones cova-

lentes coordinadas con los otros dos aacutetomos de

oxiacutegeno

b) Foacutermula electroacutenica

Foacutermula desarrollada

106

8) a b y e

9) a) UCP y c) UCNP

10) Foacutermula electroacutenica Foacutermula desarrollada

a) H

Cl H Cl

b) HH H H

c)

I

I l I

11) a) +4 +6 -2 b) +4 +5 +5

12) b c y e

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Hoja de respuestas 1212

1) a) He b) Al c)

Si d)

Ar e)

N

2) a) cede un electroacuten d) cede electrones c)

gana dos electrones b) y e) gana un electroacuten

3) a) Ecuaciones ioacutenicas

K K1+ + 1 e

Br + 1 e Br1-

K1+ + Br- KBr

Foacutermula electroacutenica K1+minus

1

Br

Foacutermula miacutenima KBr

b) Ecuaciones ioacutenicas

Ca Ca 2+ + 2 e

O + 2 e O2-

Ca2+ + O2- CaO

Foacutermula electroacutenica Ca2+ minus

2

O

105

Foacutermula miacutenima CaO

4) b y d

5) se unen compartiendo un par de electrones

6) a) unioacuten covalente

b) foacutermula electroacutenica

Cl

O

Cl

foacutermula desarrollada Cl O Cl

7) a) una unioacuten covalente doble entre el azufre y

uno de los aacutetomos de oxiacutegeno dos uniones cova-

lentes coordinadas con los otros dos aacutetomos de

oxiacutegeno

b) Foacutermula electroacutenica

Foacutermula desarrollada

106

8) a b y e

9) a) UCP y c) UCNP

10) Foacutermula electroacutenica Foacutermula desarrollada

a) H

Cl H Cl

b) HH H H

c)

I

I l I

11) a) +4 +6 -2 b) +4 +5 +5

12) b c y e

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105

Foacutermula miacutenima CaO

4) b y d

5) se unen compartiendo un par de electrones

6) a) unioacuten covalente

b) foacutermula electroacutenica

Cl

O

Cl

foacutermula desarrollada Cl O Cl

7) a) una unioacuten covalente doble entre el azufre y

uno de los aacutetomos de oxiacutegeno dos uniones cova-

lentes coordinadas con los otros dos aacutetomos de

oxiacutegeno

b) Foacutermula electroacutenica

Foacutermula desarrollada

106

8) a b y e

9) a) UCP y c) UCNP

10) Foacutermula electroacutenica Foacutermula desarrollada

a) H

Cl H Cl

b) HH H H

c)

I

I l I

11) a) +4 +6 -2 b) +4 +5 +5

12) b c y e

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106

8) a b y e

9) a) UCP y c) UCNP

10) Foacutermula electroacutenica Foacutermula desarrollada

a) H

Cl H Cl

b) HH H H

c)

I

I l I

11) a) +4 +6 -2 b) +4 +5 +5

12) b c y e

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