Química Nuclear

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Quimica Nuclear: 
Estudia las reacciones nucleares (cambios en la materia cuyo origen está en el núcleo del 
átomo) y su uso en química. 
En las reacciones químicas ordinarias hay una redistribución de los electrones, pero los núcleos 
permanecen inalterados, por lo tanto no se producen modificaciones de las especies atómicas 
que forman parte de la reacción. 
En una reacción nuclear hay un cambio del número de protones o neutrones (o ambos), el 
resultado es la formación de una nueva especie atómica. 
 
Radiactividad: 
En 1896 Henri Becquerel al estudiar el mineral de uranio llamado Pechblenda, descubrió que 
emitía espontáneamente radiacion de alta energía. Esta emisión espontanea de radiación se 
llama Radiactividad. 
Puede ser: 
a) Natural: se refiere a la desintegración de los isotopos inestables de la naturaleza. 
b) Artificial: se produce cuando se bombardea un núcleo estable con otra partícula. 
 
Transmutaciones 
Tipos de radiación 
Radiación alfa (α) 
Son haces de núcleos de helio altamente energéticos y proyectados a miles de km/s. A pesar 
de alto contenido de energía poseen escasa penetrabilidad y son fácilmente detenidos por 
hojas de papel o laminas finas de metales. 
Con pocas excepciones, la desintegración por emisión de partículas alfa ocurre solamente 
entre los elementos de masa mayor de 200 
Ejemplo: 
𝑈 → 𝑇ℎ +90
234 𝐻𝑒2
4
92
238 
 
Radiacion Beta (β) 
Compuesto por partículas Beta de carga negativo, que se identificaron con electrones de alta 
energía. Aportan menor energía que las partículasalfa aunque poseen mas alta poder de 
penetración (100 veces mayor). Para detenerlos se requieren laminas metálicas de mayor 
espesor. 
Ejemplo: 
𝐼53
131 → 𝑋𝑒54
131 + 𝛽−1
0 
2 
 
Se puede representar como una transformación de un neutrón en un protón que permanece 
en el núcleo y en un electrón que es emitido. 
𝑛0
1 → 𝑝1
1 + 𝑒−1
0 
 
Radiación Gamma (𝜹) 
Eléctricamente neutros y constituidos por radiación electromagnética de frecuencia superior al 
espectro de luz visible y a los rayos x. 
Su enorme energía y penetración (1000 veces mayor que la Alfa), dificultan su manejo y la 
excesiva exposición a ellos de los tejidos vivos ocasiona malformaciones en las células que 
pueden provocar efectos irreversibles. 
 
Otros tipos de desintegración radiactiva: 
1) Emisión de positrones: un positrón es una partícula que tiene igual masa que el 
electrón pero de carga opuesta. 
Ejemplo: 
𝐶 →6
11 𝐵5
11 + 𝑒1
0 
 
Esta emisión convierte un protón en un neutrón. 
𝑝 →1
1 𝑛0
1 + 𝑒1
0 
 
2) Captura de electrones: 
Ejemplo: 
 𝑅𝑏37
81 + 𝑒−1
0 → 𝐾𝑟36
81 
 
Esta reacción también convierte un protón en un neutrón. 
𝑝1
1 + 𝑒−1
0 → 𝑛0
1 
 
Reglas útiles para predecir la estabilidad nuclear 
Los núcleos que contienen 2,8,20,50,82,126 protones o neutrones son por lo general más 
estables que los núcleos que no poseen estos números. 
Por ejemplo, existen diez isótopos estables para el estaño(Sn), cuyo numero atomico es 50 
y solo dos isotopos estables para el antimonio (Sb), cuyo númeroatómico es 51. 
 Los números 2,8,20,50,82,126 se llaman números mágicos. 
3 
 
Estos números tienen una importancia significativa en la estabilidad nuclear semejante al 
núcleo de electrones asociados con los gases nobles tan estables (esto es 2,10,18, 36,54,86 
electrones). 
Los núcleos con números pares tanto en neutrones como en protones son generalmente 
más estables que aquellos con números impares para estas partículas. 
Todos los isotopos de los elementos comenzando con el polonio son radiactivos. Todos los 
isótopos del tecnecio y del prometio también son radiactivos. 
 
 
Los núcleos que se encuentran fuera del cinturón de estabilidad, asi como los núcleos que 
tienen más de 83 protones, tienden a ser inestables. La radiactividad natural es la emisión 
espontanea de partículas o de radiación electromagnética, o de ambas, que sufren los núcleos 
inestables. 
Los principales tipos de radiación son las partículas Alfa, laspartículas Beta, y los rayos gamma, 
que son ondas electromagnéticas de longitud de onda muy corta, la emisión de positrones y 
captura de electrones. 
Cuando un núcleo radiactivo se desintegra, los productos formados también pueden ser 
inestables y por lo tanto sufrirán una desintegración posterior. Este proceso se repite hasta 
que finalmente se forma un producto estable. Comenzando con el núcleo radiactivo original, la 
secuencia de desintegración por pasos se conoce como serie de decaiminento. 
El tipo de desintegración radiactiva que sufre un radionucleido depende de la proporción de 
neutrones a protones. 
 Pueden darse tres situaciones. 
 
 
 
4 
 
 
1) Núcleos por encima del cinturón de estabilidad (alta proporción neutrón – protón). 
Avanzan hacia el cinturón reduciendo el número de neutrones por emisión de 
partículas Beta. 
 
𝑛0
1 → 𝑝1
1 + 𝛽−1
0 
 
 
2) Núcleos por debajo del cinturón de estabilidad (baja proporción neutrón – protón). 
Se producen neutrones de dos maneras posibles: 
 
a) 𝑝1
1 → 𝑛0
1 + 𝑒1
0 (positrón) 
 
b) 𝑝1
1 + 𝑒−1
0 → 𝑛0
1 
 
3) Núcleos con Z mayor o igual a 84. 
Tienden a sufrir emisión alfa. 
Disminuye tanto el número de neutrones como el de protones en dos unidades. 
 
Desintegración radiactiva: 
Es un proceso de primer orden. 
La velocidad de desintegración de un núcleo depende de su vida media (tiempo necesario para 
que se reduzca a la mitad una cantidad dada de sustancia). 
Cada isótopo tiene una vida media característica, pueden ser muy cortas o muy largas. 
Como la desintegración radiactiva es un proceso de primer orden (cinética), su velocidad es 
proporcional al número de núcleos radiactivos presentes en la muestra. 
 
𝑣 = 𝑘. 𝑁 𝑘: 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒 𝑑𝑒 𝑑𝑒𝑠𝑖𝑛𝑡𝑒𝑔𝑟𝑎𝑐𝑖ó𝑛 
 𝑁: 𝑛ú𝑚𝑒𝑟𝑜 𝑑𝑒 𝑚𝑜𝑙𝑒𝑠 
ln
𝑁𝑡
𝑁0
= −𝑘. 𝑡 
 
𝑡: 𝑡𝑖𝑒𝑚𝑝𝑜 𝑑𝑒 𝑑𝑒𝑠𝑖𝑛𝑡𝑒𝑔𝑟𝑎𝑐𝑖ó𝑛 
𝑁0: 𝑚𝑜𝑙𝑒𝑠 𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙𝑒𝑠 
𝑁𝑡: 𝑚𝑜𝑙𝑒𝑠 𝑞𝑢𝑒 𝑞𝑢𝑒𝑑𝑎𝑛 𝑑𝑒𝑠𝑝𝑢𝑒𝑠 𝑑𝑒 𝑢𝑛 𝑡𝑖𝑒𝑚𝑝𝑜 𝑡 
 
La relación de moles puede sustituirse por masas o actividades. 
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Además: 
𝑡1
2
=
0,693
𝑘
 𝑡1
2
: 𝑡𝑖𝑒𝑚𝑝𝑜 𝑑𝑒 𝑣𝑖𝑑𝑎 𝑚𝑒𝑑𝑖𝑎 
 
Reacciones nucleares: 
Fisión Nuclear: 
Los núcleos muy pesados liberan masa y energía al fragmentarse en dos núcleos de masa 
media. 
Se usa para generar energía en las plantas nucleares y también en el armamento nuclear 
Ejemplo: 
𝑛0
1 + 𝑈92
235 → 𝐵𝑎56
142 + 𝐾𝑟36
91 + 3 𝑛0
1 
 
Se producen en promedio 2,4 neutrones por cada fisión de U-235. Crece el número de fisiones 
y la energía liberada rápidamente. Si no se controla se puede producir una violenta explosión, 
se produce una reacción en cadena. (Bomba atómica). 
Fusión nuclear 
Los núcleos más ligeros se fusionan para formar otros más pesados. 
Las reacciones de este tipo son el origen de la energía que produce el sol. Donde ocurre la 
fusión entre átomos de hidrogeno para formar helio. 
 
Aplicaciones de la química nuclear 
1) Esterilización: bajo la acción de la radiación, las moléculas orgánicas que constituyen 
los microorganismos son ionizadas, exitadas y destruidas. 
2) Conservación de alimentos: un tratamiento a bajas dosis con radiaciones es capaz de 
inhibir los brotes de los tubérculos, destruir los microorganismos en alimentos 
contaminados, eliminar insectos de los depósitos y prolongar el periodo de frescura de 
alimentos perecederos. 
3) Examen de función tiroidea: se realizan por medio de técnicas que utilizan Iodo-131. 
4) Bomba de cobalto 60: se usa en el tratamiento de tumores profundos o adyacentes a 
hueso y cartílago. Tiene la ventaja de no producir ionización de los tejidos superficiales 
(no produce lesiones). 
5) Radioinmunovaloracion: se utiliza para medir la concentración de hormonas. Se 
marcanhormonas radiactivamente y se puede hacer determinaciones precisas de las 
concentraciones hormonales en líquidos corporales.