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Área Curricular: Ciencia, Tecnología y Ambiente

CEP Nuestra Señora del Perpetuo Socorro Bimestre Grado

Primero III

Unidad 1 Sesión 5

4.

EL NÚCLEO ATÓMICO (PROBLEMAS)

CAPACIDAD DE ÁREA

Secciones

APRENDIZAJES ESPERADOS Utiliza algoritmos para resolver situaciones problemáticas de Z, A y los tipos de núclidos: isótopos, isóbaros e isótonos.

CI

Todas

Horas

2

5.

INDICADORES

35

trivalente. Este último es isóbaro con el 17 Cl y a la vez 32

Utiliza algoritmos para resolver situaciones problemáticas de Z, A y los tipos de núclidos: isótopos, isóbaros e isótonos.

RESUELVE Completa el cuadro siguiente

1.

ESPECIE 251

Z

Cf

# e-

99

54 103

+2 29 Cu 35

74

18 89 126

128

Te-2

144

51 52

127

-3 129 128 -2 128 -1 125 24 51Sb , 50Sn 52Te 53I 50Sn 12Mg 40 79 -1 40 -3 3 234 33 10Ne 20Ca 34Se 19K 1H 90Th 18Ar 4 3 37 234 -3 17 -3 79 19 -1 17 -2 He Cl Pa O As F O 2 17 91 8 33 9 8

¿Cuáles son isótopos?

1.

¿Cuáles son isóbaros?

El catión divalente de calcio

3.

35

( 4020' Ca 2 )

¿Cuáles son isoelectrónicos?

2x

E

3( x  8) presenta 4 neutrones.

Halla el número de partículas positivas. 13. La masa atómica de un átomo es el triple de su número atómico. Si posee 48 neutrones, determina el número de electrones. 14. En el núcleo de un átomo, los neutrones y protones están en la relación 6 a 4. Si su número atómico es 48, halla su número de masa. 15. La diferencia de los cuadrados de la masa atómica y número atómico es igual a la suma de la masa atómica y número atómico. Halla el número de neutrones. 16. Los números de masa de dos isótopos suman 110 y la suma de sus neutrones es la mitad de la cantidad de protones de dichos átomos. Halla la cantidad de electrones. 17. La diferencia de los números atómicos de dos isóbaros es 24, si sus neutrones suman 40, halla el número de neutrones del átomo que tenga menor Z.

y el anión

1

de cloro ( 17 Cl ), cumplen funciones vitales en el organismo humano. Calcula: A. El número total de neutrones en ambos iones. B. El número atómico de c/u. Si tenemos un átomo neutro de masa 108 y número de neutrones 14 unidades más que el número de electrones, ¿cuál es su Z? En dos isótonos, la suma de sus cargas nucleares es 90 y la diferencia de sus números de masa es 2. Indica para monovalente

2.

¿Cuáles son isótonos?

con 17 Cl . ¿Cuántos nucleones fundamentales posee el anión? 11. Si un anión trivalente posee 54 leptones fundamentales y 76 bariones neutros fundamentales, determina el número de masa. 12. El siguiente núclido

Desígnale un número a cada núclido y utilizando las características de los isótopos, isóbaros e isótonos, complete el cuadro: 20

es isótono con el 15 P . Determina la carga nuclear del primer ión. 6. Hallar la carga nuclear absoluta de uno de los tres isótopos de un elemento, para los cuales la suma de sus números másicos es igual a 381 y el promedio de sus respectivos números de neutrones es 77. 7. Las siguientes especies químicas X-1 e Y+1 son isótonos y tienen en total 38 partículas fundamentales neutras, además de ser isoelectrónicas. Su cantidad total de nucleones fundamentales es 74. ¿Cuál es el número de masa del ión más pesado y la carga nuclear del núcleo ligero? +2 -2 8. El catión X es isoelectrónico con Y (Z=21, A= 43) e +2 isótono con Fe (Z=26, A= 56). Calcula el número de -2 +2 electrones en el ión X y el número másico de X . 9. Para dos isótopos de un elemento , se cumple que la suma de sus neutrones es 38 y la suma de sus números de masa es 72. Halla la carga nuclear del elemento. +1 10. Un anión divalente es isoelectrónico con 19K e isótono 35

63

U-3

Sb

Tipo de IÓN

154

-1

Cl

236

# nº

43

-1

Lr+3

2.

# p+ 98

X Tc

I

A

el isótono más ligero, el número de electrones de su catión tetravalente. En dos isóbaros, la suma total de sus nucleones es 360; en uno de los isóbaros hay 50% más neutrones que protones y excede en 8 unidades a los neutrones del otro isóbaro. Determina, para éste último, el número de electrones de su anión trivalente. Un anión divalente es isoelectrónico con un catión

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-

Artificial o inducida: manifestada por los radioisótopos producidos en transformaciones artificiales.

1. RADIACTIVIDAD NATURAL

RADIACTIVIDAD

Bimestre Grado

Primero

Secciones

Todas

III

Unidad 1 Sesión 7

Natural y artificial Horas

2

CAPACIDAD DE ÁREA

APRENDIZAJES ESPERADOS

INDICADORES

CI

Identifica conceptos relacionados con la radiactividad. Compara los tipos de radiactividad.

Identifica conceptos relacionados con la radiactividad en textos proposiciones y gráficos. Compara los tipos de radiactividad en cuadros comparativos a partir de criterios establecidos.

RADIACTIVIDAD

La radiactividad o radioactividad es un fenómeno físico natural, por el cual algunos cuerpos o elementos químicos llamados radiactivos, emiten radiaciones que tienen la propiedad de velar placas fotográficas, ionizar gases, producir fluorescencia, etc. Debido a esa capacidad se les suele denominar radiaciones ionizantes (en contraste con las no ionizantes). La radiactividad es una propiedad de los isótopos que son "inestables", es decir que se mantienen en un estado excitado en sus capas electrónicas, con lo que para alcanzar su estado fundamental (estable) deben perder energía, esto lo logran cuando emiten radiaciones como las mencionadas anteriormente. Para ejemplificar este fenómeno citamos al uranio, que con el transcurrir de los siglos acaba convirtiéndose en plomo.

En 1896 Becquerel descubrió que ciertas sales de U emitían radiaciones espontáneamente, al observar que velaban las placas fotográficas envueltas en papel negro. Hizo ensayos con el mineral en caliente, en frío, pulverizado, disuelto en ácidos y la intensidad de la misteriosa radiación era siempre la misma. Por tanto, esta nueva propiedad de la materia, que recibió el nombre de radiactividad, no dependía de la forma física o química en la que se encontraban los átomos del cuerpo radiactivo, sino que era una propiedad que radicaba en el interior mismo del átomo. El estudio del nuevo fenómeno y su desarrollo posterior se debe casi exclusivamente al matrimonio Curie, quienes encontraron otras sustancias radiactivas como el Th, Po y Ra. La intensidad de la radiación emitida era proporcional a la cantidad de uranio presente, por lo que dedujo Marie Curie que la radiactividad era una propiedad atómica. El fenómeno de la radiactividad se origina exclusivamente en el núcleo de los átomos radiactivos. Se cree que la causa que lo origina es debida a la interacción neutrón-protón del mismo. Al estudiar la radiación emitida por el radio se comprobó que era compleja, pues al aplicarle un campo magnético parte de ella se desviaba de su trayectoria y otra parte no. Pronto se vio que todas estas reacciones provenían del núcleo atómico que describió Rutherford en 1911, quien también demostró que las radiaciones emitidas por las sales de uranio eran capaces de ionizar el aire y de producir la descarga de cuerpos cargados eléctricamente. 2. RADIACTIVIDAD ARTIFICIAL Se produce la radiactividad inducida cuando se bombardean ciertos núcleos estables con partículas apropiadas. Si la energía de estas partículas tiene un valor adecuado penetran dentro del núcleo bombardeado y forman un nuevo núcleo que, en caso de ser inestable, se desintegra después radiactivamente. Fue descubierta por los esposos Jean Frédéric JoliotCurie e Irène Joliot-Curie, bombardeando núcleos de boro y aluminio con partículas alfa. Observaron que las sustancias bombardeadas emitían radiaciones después de retirar el cuerpo radiactivo emisor de las partículas de bombardeo.

Por su origen, la radiactividad puede ser:

-

Natural: manifestada por los isótopos que se encuentran en la naturaleza.

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desintegración nuclear con emisiones alfa, beta y gamma. Identifica conceptos relacionados con la vida media de los principales isótopos.

CI

con emisiones alfa, beta y gamma. Identifica conceptos relacionados con la vida media de los principales isótopos en textos y proposiciones.

1. Tipos de radiaciones:

La radiactividad natural emite tres radiaciones que se conocen como radiaciones alfa ( ), beta ( ) y gamma ( ), y nunca se emiten positrones. En 1934 Fermi se encontraba en un experimento bombardeando núcleos de uranio con los neutrones recién descubiertos. En 1938, en Alemania, Lise Meitner, Otto Hahn y Fritz Strassmann verificaron los experimentos de Fermi, luego en 1939 demostraron que parte de los productos que aparecían al llevar a cabo estos experimentos era Ba. Muy pronto confirmaron que era resultado de la división de los núcleos de uranio: la primera observación experimental de la fisión. En Francia, Jean Frédéric Joliot-Curie descubrió que además del bario, se emitían neutrones secundarios en esa reacción, haciendo factible la reacción en cadena. También en 1932 Mark Oliphant teorizó sobre la fusión de núcleos ligeros (de hidrógeno), describiendo poco después Hans Bethe el funcionamiento de las estrellas en base a este mecanismo. El estudio de la radiactividad permitió un mayor conocimiento de la estructura del núcleo atómico y de las partículas subatómicas. Se abre la posibilidad de convertir unos elementos en otros. Incluso el sueño de los alquimistas de transformar otros elementos en oro se hace realidad, aunque no resulte rentable.

a)

b)

Radiación alfa: son flujos de partículas cargadas positivamente compuestas por dos neutrones y dos protones, denominados también como núcleos de He. Son desviadas por campos eléctricos y magnéticos, poco penetrantes aunque muy ionizante y muy energéticos. Radiación beta: son flujos de electrones (beta + negativas: β ) o positrones (beta positivas: β ) resultantes de la desintegración de los neutrones o protones del núcleo cuando este se encuentra en un estado excitado. Este tipo de radiación es desviada por campos magnéticos, es más penetrante aunque su poder de ionización no es tan elevado como el de las partículas alfa. Por lo tanto cuando un átomo expulsa una partícula beta aumenta o disminuye su número atómico una unidad. Como alcance se puede mencionar: - Para obtener electrones se debe destruir un neutrón de lo cual se obtiene un protón, un electrón y un antineutrino. o

+

-

n  p + e + antineutrino

-

Para obtener positrones se debe destruir un protón de lo cual se obtiene un neutrón, un positrón y un neutrino. +

o

+

p  n + e + neutrino c)

Rayos gamma: son ondas electromagnéticas. Es el tipo más penetrante de radiación. Al ser ondas electromagnéticas de longitud de onda corta, tienen mayor penetración y se necesitan capas muy gruesas de plomo u hormigón para detenerlos.

Las leyes de desintegración por Soddy y Fajans, son: Bimestre Grado

Primero

Secciones

Todas

III

Unidad 1 Sesión 8

RADIACTIVIDAD

CAPACIDAD DE ÁREA

Horas

2

APRENDIZAJES ESPERADOS

INDICADORES

Compara los tipos de radiaciones: alfa, beta y gamma. Identifica productos y reactivos en reacciones de

Compara los tipos de radiaciones: alfa, beta y gamma en cuadros comparativos a partir de criterios establecidos. Identifica productos y reactivos en reacciones de desintegración nuclear

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radiactiva,

descritas

Cuando un átomo radiactivo emite una partícula alfa, la masa del átomo (A) resultante disminuye en 4 unidades y el número atómico (Z) en 2. Cuando un átomo radiactivo emite una partícula beta, el número atómico (Z) aumenta o disminuye en una unidad y la masa atómica (A) se mantiene constante. Cuando un núcleo excitado emite radiación gamma no varía ni su masa ni su número atómico, solo pierde una cantidad de energía hν (donde "h" es la constante de Planck y "ν" es la frecuencia de la radiación emitida).

Las dos primeras leyes indican que cuando un átomo emite una radiación alfa o beta se transforma en otro átomo de un elemento diferente. Este nuevo elemento puede ser

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CEP Nuestra Señora del Perpetuo Socorro radiactivo, transformándose en otro, y así sucesivamente, dando lugar a las llamadas series radiactivas.

ocurren las desintegraciones nucleares utilizamos el concepto de vida media.

2. Causa de la radiactividad

En general son radiactivas las sustancias que no presentan un balance correcto entre protones o neutrones, tal como muestra el gráfico al inicio del artículo. Cuando el número de neutrones es excesivo o demasiado pequeño respecto al número de protones se hace más difícil que la fuerza nuclear fuerte debida al efecto del intercambio de piones pueda mantenerlos unidos. Eventualmente el desequilibrio se corrige mediante la liberación del exceso de neutrones o protones, en forma de partículas α que son realmente núcleos de Helio, partículas β que pueden ser electrones o positrones. Estas emisiones llevan a dos tipos de radiactividad mencionados:

 

Radiación α, que aligera los núcleos atómicos en 4 unidades másicas, y cambia el número atómico en dos unidades. Radiación β, que no cambia la masa del núcleo, ya que implica la conversión de un protón en un neutrón o viceversa, y cambia el número atómico en una sola unidad (positiva o negativa, según la partícula emitida sea un electrón o un positrón).

La radiación por su parte se debe a que el núcleo pasa de un estado excitado de mayor energía a otro de menor energía, que puede seguir siendo inestable y dar lugar a la emisión de más radiación de tipo α, β o γ. La radiación γ es por tanto un tipo de radiación electromagnética muy penetrante ya que tiene una alta energía por fotón emitido. RADIOISÓTOPO Un isótopo radiactivo de un elemento es un isótopo, es decir son variantes de un elemento que difieren en el número de neutrones que poseen. La diferencia de los radioisótopos es que su núcleo atómico es radiactivo. Esto se debe a tener un mal balance entre neutrones y protones. Para compensar esto, el núcleo ha de emitir radiación para desexcitar el núcleo, transmutándolo en un elemento estable u otro isótopo radiactivo. La energía liberada al cambiar de forma puede detectarse con un contador Geiger o con algún tipo de detector de partículas. Varios isótopos radiactivos artificiales tienen usos en medicina. Por ejemplo, un isótopo del Tc puede usarse para identificar vasos sanguíneos bloqueados. Varios isótopos radiactivos naturales se usan para reconstruir cronologías, por ejemplo, arqueológicas. 3. Vida media

La vida media es el promedio de vida de un núcleo antes de desintegrarse. Se representa con la letra griega τ (Tau). La desintegración nuclear es un proceso probabilístico (en concreto sigue la ley de Poisson) por lo que esto no significa que un determinado núcleo vaya a tardar exactamente ese tiempo en desintegrarse. La vida media no debe confundirse con el semiperiodo, vida mitad, semivida o periodo de semidesintegración: son conceptos relacionados, pero diferentes. En particular, este último es de aplicación solamente para sustancias radiactivas.

ACTIVIDADES 1. Completa el cuadro de comparación entre radiactividad natural y artificial. TIPO DE RADIACTIVIDAD

RADIACTIVIDAD NATURAL

RADIACTIVIDAD ARTIFICIAL

CRITERIOS ORIGEN(QUE LO CAUSA) DESCUBRIDORES

2. Completa el cuadro de comparación entre las clases y componentes de las radiaciones. Clases de radiaciones

RADIACIONES ALFA

RADIACIONES BETA

RADIACIONES GAMMA

CRITERIOS PARTÍCULAS U ONDAS TIPOS DE PARTÍCULAS QUE LAS FORMAN (e-, p+, n°) CARGA ELÉCTRICA CAPACIDAD DE PENETRACIÓN SE DETIENEN CON REACCIÓN FRENTE A UN CAMPO MAGNÉTICO REPRESENTACIÓN

Averigua que radioisótopos son muy utilizados en diferentes campos de las actividades humanas. Luego, completa el cuadro resumen siguiente: RADIOISÓTOPO 14C

(carbono 14)

CAMPO DE APLICACIÓN ARQUEOLOGÍA

UTILIDAD Permite determinar la edad de los restos fósiles.

Se ha comprobado que los isótopos de los elementos radiactivos presentan distintos grados de inestabilidad en el tiempo debido a que cada isótopo experimenta una serie radiactiva particular. Para referirnos a la velocidad con que

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CEP Nuestra Señora del Perpetuo Socorro 4. Investiga acerca de la naturaleza de los rayos X, su utilidad y elabora un cuadro de diferencias con respecto a los rayos gamma.

RADIACTIVIDAD

Bimestre Grado

Primero III

Secciones

Todas

Unidad 1 Sesión 9

APLICACIONES

Horas

2

CAPACIDAD DE ÁREA

APRENDIZAJES ESPERADOS

INDICADORES

CI

Argumenta la importancia de la aplicación de la radiactividad en diversas actividades humanas.

Argumenta la importancia de la aplicación de la radiactividad en diversas actividades humanas a partir de casos planteados.

FECHA CÍVICA DÍA MUNDIAL DEL AGUA

desarrollo sostenible y la adaptación al cambio climático y la mitigación de sus efectos. El reconocimiento de estos vínculos motivó la declaración del período 2005-2015 como Decenio Internacional para la Acción «El agua como fuente de vida». Nuestros indispensables recursos hídricos han demostrado tener una gran capacidad de recuperación, pero son cada vez más vulnerables y están más amenazados. A fin de obtener el agua que necesita para la alimentación, las materias primas y la energía, nuestra población creciente tiene que competir cada vez más con la demanda de agua de la propia naturaleza para sostener unos ecosistemas en grave peligro, así como los servicios de los que dependemos. Un día tras otro vertemos millones de toneladas de aguas residuales sin tratar y de desechos industriales y agrícolas en los sistemas hídricos del mundo. El agua limpia escasea y escaseará aún más a medida que avance el cambio climático. Y los pobres son las primeras y mayores víctimas de la contaminación, de la escasez de agua y de la falta de un saneamiento adecuado. El tema del Día Mundial del Agua de este año, «Agua limpia para un mundo sano», hace hincapié tanto en la calidad como en la cantidad de los recursos hídricos que están en peligro. Son más las muertes atribuibles al agua contaminada que las causadas por todas las formas de violencia, incluida la guerra. Estas muertes constituyen una afrenta para nuestra condición de seres humanos, y dificultan los esfuerzos de muchos países por aprovechar todo su potencial de desarrollo.

«El agua es fundamental para todos nuestros objetivos de desarrollo. Llegados a la mitad del Decenio Internacional para la Acción, y a la espera de que se celebre este año la Cumbre sobre los Objetivos de Desarrollo del Milenio, protejamos y administremos de manera sostenible nuestros recursos hídricos para los pobres y los grupos vulnerables, y para toda la vida que existe sobre la Tierra».

El mundo dispone de los conocimientos suficientes para resolver estos problemas y gestionar mejor nuestros recursos hídricos. El agua es fundamental para todos nuestros objetivos de desarrollo. Llegados a la mitad del Decenio Internacional para la Acción, y a la espera de que se celebre este año la Cumbre sobre los Objetivos de Desarrollo del Milenio, protejamos y administremos de manera sostenible nuestros recursos hídricos para los pobres y los grupos vulnerables, y para toda la vida que existe sobre la Tierra.

Mensaje del Secretario General Ban Ki-moon APLICACIONES DE LA RADIACTIVIDAD

Símbolo utilizado tradicionalmente para indicar la presencia de radiactividad.

Nuevo símbolo de advertencia de radiactividad adoptado por la ISO en 2007 para fuentes que puedan resultar peligrosas.

Mensaje del Secretari o General Día Mundial del Agua 22 de marzo de 2010

El agua es fuente de vida y es el nexo que une a todos los seres vivos del planeta. Está directamente relacionada con todos nuestros objetivos de las Naciones Unidas: la mejora de la salud maternoinfantil y de la esperanza de vida, el empoderamiento de la mujer, la seguridad alimentaria, el

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Como es sabido, la tecnología nuclear, o energía atómica como muchos la conocen, se dio a conocer al mundo un 6 de agosto de 1945 cuando la explosión de una bomba totalmente desconocida hasta entonces causó cientos de miles de muertos y heridos en Hiroshima, Japón. Lamentablemente, el hecho tendría su segundo acto apenas tres días después, en Nagasaki, otra ciudad del mismo país. Sin embargo, desde entonces, y como contrapartida, la tecnología nuclear ha venido redimiendo con creces su pecado original, al punto que sus beneficios se han multiplicado en forma permanente y han ido alcanzando, progresivamente, a toda la humanidad. Entre estas aplicaciones tenemos las siguientes: 1. Agricultura y alimentación Con el auxilio de especies radiactivas en los fertilizantes, 32 como el F. Se trata de reducir al mínimo el uso de fertilizantes para bajar los costos de producción y reducir los daños que provocan al medio ambiente.

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CEP Nuestra Señora del Perpetuo Socorro El uso de las mutaciones genéticas para el desarrollo de variedades de cultivos agrícolas y hortícolas de alto rendimiento. Los rayos X, los rayos gamma y los neutrones rápidos son los mutágenos físicos que se usan con mayor frecuencia para irradiar las especies que se desea mejorar genéticamente. Algunos de los logros que se puede alcanzar con esta técnica son los que comentamos a continuación. Mejorar las características de los granos como, por ejemplo, aumentar el valor nutritivo (contenido de proteínas o aceites), aumentar la facilidad de cocción y disolución o reducir el tiempo de cocción. Como ejemplo se puede mencionar un mutante de arroz en china que consiguió aumentar el contenido de proteínas a más del 15%. También puede intentarse mejorar los caracteres agronómicos de la planta, como ser, resistencia al frío del invierno, aumento de la tolerancia al calor o una mejor adaptación a las condiciones de los suelos. En la producción pecuaria, se puede mencionar las siguientes: medición de las hormonas que controlan la actividad de los ovarios (en particular la progesterona) se determina con exactitud si las hembras se encuentran en la fase adecuada de su ciclo reproductivo para ser fecundadas. Con auxilio de esta técnica se pudo preservar las alpacas y las vicuñas en los países andinos. Un último capítulo dentro de este gran tema de la agricultura y alimentación es la irradiación de alimentos. Este proceso consiste en exponer a los alimentos, ya sea a granel o envasados, a una cantidad minuciosamente controlada de radiación ionizante. Esa irradiación puede conseguir diversos efectos, entre los cuales voy a mencionar sólo algunos: - Prolongar el período de conservación de los alimentos. - Inhibir la germinación de papas y cebollas. - Retrasar la maduración de los frutos. - Esterilizar alimentos envasados. - Descontaminar aditivos e ingredientes. 2. Salud humana Las aplicaciones de técnicas nucleares asociadas con la salud aparecieron rápidamente después del descubrimiento de los rayos X en 1896. En la actualidad es casi imposible que un hospital moderno no tenga un departamento de radiología y un departamento de medicina nuclear o que no utilice métodos radioquímicos para diagnosticar e investigar enfermedades. Cada año se llevan a cabo más de 30 millones de procedimientos médicos usando radioisótopos. Entre los procedimientos más usados tenemos: - Medicina nuclear (radiofármacos) - Diagnóstico por imágenes - Tomografía por emisión de positrones - Radioinmunoanálisis - Radioterapia - Esterilización de artículos médicos. 3. En minería Al aplicarse ionización en la búsqueda de materiales mineros (metales preciosos), el uso de esta facultad de algunas sustancias químicas es favorable para el uso humano. Aunque es un método de elevados

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costos, la exactitud de la radiactividad para hacer reaccionar algunos metales es sorprendente. 13 14 En el caso de Au, se utiliza Ce o Ce para hacer reaccionar este metal en una frecuencia ultravioleta, el Au bombardeado por Ce brilla con luz propia. 4. Peligros de la radiactividad en humanos La radiactividad puede ser peligrosa y sus riesgos no deben tomarse a la ligera. Puede dañar las células del organismo y la exposición a altos niveles, puede ser nociva e incluso fatal si se trata de manera inadecuada, por eso lleva un largo proceso de investigación y descubrimientos abriéndose las puertas de la era nuclear. 5. Centrales nucleares Una central nuclear puede tener diversos usos: producción de electricidad, producción de radioisótopos (Co-60), calentamiento de agua de ríos o lagos para templar el clima o para calefacción (Rusia, EE.UU.), potabilización de agua salada (EE.UU., Rusia) y uso industrial (Canadá). La gran importancia que tiene la reacción de fisión se debe particularmente a: - La gran cantidad de energía liberada en el proceso. - La liberación de dos o más neutrones. - La posibilidad que tienen esos neutrones de causar nuevas fisiones nucleares lo que asegura la reacción en cadena. - La posibilidad de regular la reacción en cadena a voluntad.

ACTIVIDADES 1. Caracteriza los usos de la radiactividad en las diferentes actividades humanas y luego escribe 2 de ellos en el siguiente cuadro resumen. ACTIVIDAD HUMANA AGRICULTURA

CARACTERÍSTICAS DE SU UTILIZACIÓN

ALIMENTACIÓN SALUD HUMANA

MINERÍA

2. Averigua y describe que efectos biológicos pueden producir las radiaciones en los aspectos indicados en el presente cuadro resumen. ASPECTOS

EFECTOS BIOLÓGICOS

VIDA HUMANA

ECOSISTEMAS EN OTROS SERES VIVOS 3. De acuerdo a las siguientes problemáticas, argumenta con fundamento, planteando un problema de

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CEP Nuestra Señora del Perpetuo Socorro investigación, hipótesis, variables y conceptos puedan sustentar dichos casos.

que

a.

La explosión de la central nuclear en Chernóbil (UCRANIA) en 1986, originó una contaminación radiactiva que afectó a la cadena alimenticia de los ecosistemas aledaños.

b.

Los desperdicios radiactivos arrojados en contendores al mar o enterrados en la corteza terrestre demoran miles de años para que puedan ser inocuos, sin embargo ya se aprecian sus efectos. Bimestre Grado

Primero III

Secciones

Todas

REACCIONES NUCLEARES

CAPACIDAD DE ÁREA

CI

Unidad 1 Sesión 10 Horas

2

APRENDIZAJES ESPERADOS

INDICADORES

Compara los tipos de reacciones nucleares.

Compara los tipos de reacciones nucleares en cuadros comparativos a partir de criterios establecidos.

Identifica productos y reactivos en las reacciones nucleares.

Identifica productos y reactivos en las reacciones nucleares en casos planteados.

Reacciones nucleares Es la alteración del núcleo atómico, con emisión de partículas nucleares y energía nuclear, con la consiguiente formación de nuevos núcleos. Las reacciones nucleares pueden ser:   

Radioisótopos naturales Uranio 235U y 238U Torio 234Th y 232Th Radio 226Ra y 228Ra Carbono 14C Tritio 3H Radón 222Rn Potasio 40K Polonio 210Po

Radioisótopos artificiales Plutonio 239Pu y 241Pu Curio 242Cm y 244Cm Americio 241Am Cesio 134Cs, 135Cs y 137Cs Yodo 129I, 131I y 133I Antimonio 125Sb Rutenio 106Ru Estroncio 90Sr Kriptón 85Kr y 89Kr Selenio 75Se Cobalto 60Co Cloro 36Cl 1. Reacciones nucleares de decaimiento radiactivo Son procesos nucleares espontáneos, donde un núcleo inestable emite partículas o radiación electromagnética. 1.1. Emisión o decaimiento alfa ( . Ocurre en núcleos pesados con carga nuclear (Z) mayor a 83 y número de masa mayor a 200. Ejemplos:

De decaimiento radiactivo Reacciones por bombardeo (trasmutación nuclear y fisión nuclear) Fusión nuclear

Las reacciones nucleares se representan mediante las ecuaciones nucleares, donde se cumple el balance de de número de masa y de carga nuclear. Conservación del número de masa:

1.2. Emisión o decaimiento beta ( . Llamada también decaimiento radiactivo electrónico, ocurre generalmente en núcleos inestables donde N > Z (núcleos con exceso de número de neutrones). Ejemplos:

Conservación del número de nuclear:

El núcleo padre y el núcleo hijo son isóbaros.

1.3. Emisión alfa ( se emite en todo núcleo excitado y de ese modo logra un estado de menor energía. La radiación gamma se produce como producto d), así:

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Ejemplos:

(por ejemplo Kriptón y Bario; o Xenon y Estroncio), desprendiendo 2 ó 3 neutrones (los neutrones desprendidos, dependen de los átomos obtenidos, nosotros tomamos como ejemplo 3 neutrones, pero puede que solo se desprendan 2. En caso de obtener Bario y Kriptón, se desprenden 3 neutrones; mientras que si se obtiene Xenon y estroncio, solo se liberan 2 neutrones), y liberando energía. Estos 3 neutrones, vuelven a chocar con otros 3 átomos de Uranio-235, liberando en total 9 neutrones, energía y otros dos átomos más ligeros, y así sucesivamente, generando de esta forma una reacción en cadena.

Como se puede comprobar, en cada reacción sucesiva, n-1 se rompen 3 átomos, donde n es 1º, 2º, 3º, 4º, ., reacción. De esta forma, donde más energía se libera es al final, ya que se rompen gran cantidad de átomos, n-1 según la relación 3 , liberándose gran cantidad de energía. 2. Trasmutación nuclear: Consiste en obtener nuevos núcleos estables o inestables a partir de núcleos específicos (“núcleos blancos”) para ellos se utilizan como proyectiles otros núcleos o partículas simples (neutrones, protones, deuterones, rayos alfa, etc). La primera trasmutación lo realizó E. Rutherford (1 919) quien al bombardear gas nitrógeno con radiación alfa obtuvo un isótopo del oxígeno y protón. El proceso es:

Fision Nuclear del atomo de Uranio-235, liberándose 2 neutrones, Xenon, Estroncio y Energia

Luego en 1932, Chadwick descubrió el neutrón por 4 4 trasmutación de 2 Be a 2 C:

3. FISIÓN NUCLEAR: la fisión es una reacción nuclear, lo que significa que tiene lugar en el núcleo atómico. La fisión ocurre cuando un núcleo pesado se divide en dos o más núcleos pequeños, además de algunos subproductos como neutrones libres, fotones (generalmente rayos gamma) y otros fragmentos del núcleo como partículas alfa (núcleos de helio) y beta (electrones y positrones de alta energía). Es el utilizado actualmente en las centrales nucleares. Cuando un átomo pesado (como por ejemplo el Uranio o el Plutonio) se divide o rompe en dos átomos más ligeros, la suma de las masas de estos últimos átomos obtenidos, más la de los neutrones desprendidos es menor que la masa del átomo original, luego se verifica 2 la fórmula de Albert Einstein E=MC , con lo que se desprende Energía. Para romper un átomo, se emplea un neutrón (ya que es neutro eléctricamente, y no es desviado de su trayectoria), que se lanza contra el átomo a romper, por ejemplo, Uranio. Al chocar el neutrón, el átomo de Uranio-235 se convierte en Uranio236 durante un brevísimo espacio de tiempo, pues tiene un neutrón más que es el que ha chocado con él, siendo este último átomo sumamente inestable, dividiéndose en dos átomos diferentes y más ligeros que el Uranio-236

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Reaccion en cadena de fision Nuclear del atomo de Uranio-235, liberándoes 3 neutrones, Kripton, Bario y energía.

Los principales siguientes:

materiales

fisionables

son

los

Uranio-233 Uranio-235 Uranio-238 Plutonio-239 Torio-232 Los más utilizados para combustible en los reactores nucleares son el uranio-235 y el plutonio-239. Estos se

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CEP Nuestra Señora del Perpetuo Socorro convierten en inestables cuando absorben un neutrón lento (también conocido como "térmico"). Estos materiales no son fáciles de encontrar o producir y el proceso de producción suele ser la parte más costosa. El uranio-233 fue utilizado en un par de bombas de prueba en EE.UU. y que se supone que es el principal componente en las bombas. Torio-232 es también fisionable, pero este necesita absorber un neutrón rápido para iniciar la reacción en cadena. 3.1. Reacción de Fisión del Uranio-235 Las reacciones de fisión son: Uranio 235 235 1 1 U + n —> Productos de Fisión + 2.4 n + 192.9 Mev

Este tipo de reacciones es la que tiene lugar en el interior de las estrellas, proporcionándoles su brillo y su producción energética. En la escala terrestre, los experimentos realizados sobre fusión nuclear enfrentan un problema de primer orden: la dificultad de controlar las enormes cantidades de energía que se producen en el proceso.

4.1. Reacciones de Fusión. No todas las reacciones de fusión producen la misma energía, depende siempre de los núcleos que se unen y de los productos de la reacción. La reacción más fácil de conseguir es la del deuterio (un protón más un neutrón) y tritio (un protón y dos neutrones) para formar helio (dos neutrones y dos protones, también conocido como partícula alfa (α)) y un neutrón, liberando una energía de 17,6 MeV, es decir:

Uranio-233 y Torio-232 232

1

Th + n —> Mev

233

U

+ 1

n —> Productos de Fisión + 200

D + T → He4 (3,52 MeV) + n (14,06 MeV)

Uranio-238 238

1

U + n —> 198.5 Mev

239

1

1

Pu + n —> Productos de Fisión + 2.9 n +

En las centrales nucleares, el proceso que se controla es el final, ya que en ellas, se genera energía de forma lenta, pues de lo contrario el reactor se convertiría en una bomba atómica, debido a que la mayor parte de la energía se libera al final, como hemos expuesto anteriormente. 4. FUSIÓN NUCLEAR

Es aquella en la que se unen dos núcleos ligeros para formar otro más pesado. Este proceso genera energía porque el peso del núcleo resultante es menor que la suma de los pesos de los núcleos más ligeros. Esta diferencia en las masas, llamado defecto de masa o energía de amarre, se transforma en energía mediante la fórmula de Einstein , donde m es la diferencia de masa observada en el sistema antes y después de la fusión y es la velocidad de la luz (300 000 km/s). Aunque el defecto de masa es muy pequeño, es una energía muy concentrada ya que en un gramo de materia hay millones de átomos, con lo que una pequeña cantidad de combustible proporcionaría una cantidad grande de energía.

4.2.Ventajas de la fusión La fusión nuclear es un proceso del que potencialmente se puede obtener energía a gran escala y que puede ser muy útil para cubrir el esperado aumento de demanda de energía a nivel mundial. Sus principales ventajas respecto a otros tipos de fuentes energéticas son: Los combustibles primarios son baratos, abundantes, no radioactivos y repartidos geográficamente de manera uniforme (el agua de los lagos y los océanos contiene hidrógeno pesado suficiente para millones de años, al ritmo actual de consumo de energía). Sistema intrínsecamente seguro: el reactor sólo contiene el combustible necesario para los diez segundos siguientes de operación. Además el medio ambiente no sufre ninguna agresión: no hay contaminación atmosférica que provoque la “lluvia ácida” o el “efecto invernadero”.

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La radiactividad de la estructura del reactor, producida por los neutrones emitidos en las reacciones de fusión, puede ser minimizada escogiendo cuidadosamente materiales de baja activación. Por tanto, no es preciso almacenar los elementos del reactor durante cientos o miles de años. ACTIVIDAD 1. Observa la imagen y compara la dos formas de reacciones nucleares.

2.

Investiga acerca de la bomba atómica y elabora una reseña histórica de las primeras dos bombas atómicas que se han utilizado en la historia.

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COMPENDIO DE TERCERON SESION 5 - 8