Microsoft PowerPoint - ENERGÍA NUCLEAR 2016

Reacciones químicas versus nucleares
Reacciones químicas
Reacciones nucleares
1
Los átomos se reacomodan
mediante el rompimiento y la
formación de enlaces químicos.
1
Los elementos(o isotopos de los
mismos elementos) se convierten
uno en otro.
2
Sólo los electrones en los
orbitales atómicos o moleculares
están implicados en el
rompimiento y la formación de
enlaces.
2
Pueden estra involucrados los
protones, neutrones, electrones y
otras particulas elementales.
3
Las reacciones están
acompañadas por la absorción o
liberación de pequeñas
cantidades de energía.
3
Las reacciones están
acompañadas por la absorción o
liberación de cantidades enormes
de energía.
4
Le temperatura, la presión,
concentración y catalizadores
influyen en la velocidad de
reacción.
4
La velocidad de reacción
normalmente no se ven
afectadas por la T, P y
catalizadores.
Partículas subatómicas
Partícula
Carga
Masa
+1
1
Neutrón
0
1
Electrón
-1
1/1840
Protón
Núcleo
Número Atómico (Z):
• Número de protones del
átomo.
• Indica el elemento al que
pertenece el átomo.
A
X
Z
Número Másico (A):
• Suma de protones y
neutrones del átomo.
• Indica la masa del átomo
Átomos / iones
• Átomo con mayor número de
electrones que de protones.
Átomo
Negativo
Átomo
Neutro
Átomo
Positivo
• e- > p+
• denominados Aniones.
• Átomo con número de
electrones igual al de protones.
• e- = p+
• Átomo con menor número de
electrones que de protones.
• e- < p+
• denominados Cationes.
Ejemplo
24
12
Mg
79
35
16
8
Br
O
48
22
2+
−
−2
Ti
Protones
Neutrones
Electrones
12
12
10
Protones
Neutrones
Electrones
35
44
36
Protones
Neutrones
Electrones
8
8
10
Protones
Neutrones
Electrones
22
26
22
Tipos de átomos
• Átomos de distinto elemento, pero
con similar masa.
ISÓBAROS
ISÓTOPOS
ISÓTONOS
14
C
6
14
N
7
• Nº de protones difiere entre átomos.
• Átomos de igual elemento, pero con
distinta masa.
35
36
Cl 17Cl
•17
Nº de protones se mantiene.
• Átomos de distinto elemento y con
distinta masa.
11
12
B
C
5
6
• Nº de protones difiere entre átomos.
• Nº de neutrones se mantiene.
Naturaleza de las reacciones nucleares
1.2 Tipos de átomos
Isótopos → Son núcleos del
mismo número atómico pero de
distinta masa atómica.
Isóbaros → Son núcleos de la
misma masa atómica pero de
distinto número atómico.
Isótonos → Son núcleos que
tienen el mismo número de
neutrones y distinto número
atómico y másico.
Ejemplo
1
1
H H
14
7
107
47
3
1
N
12
5
Ag
107
46
12
6
C
Isótopos
B
Isótonos
Pd
Isóbaros
14
6
C
Isótopos
1. Naturaleza de las reacciones nucleares
1.3 Masa atómica promedio
La masa atómica depende de los isótopos constituyentes.
Se pondera la masa de los isótopos con su abundancia
relativa en la corteza terrestre.
Media geométrica
Masa atómica
54
26
Fe → 5,90%
56
26
Fe → 91,72%
57
26
Fe → 2,10%
58
26
Fe → 0,28%
(m isotopo 1 • % abundancia isotopo 1 + m isotopo 2 • % abundancia isotopo 2 +....)
100
(54 • 5,9) + (56 • 91,72) + (57 • 2,1) + (58 • 0,28)
Masa atómica Fe =
100
Masa atómica Fe = 55,91 uma
Introducción a la química
nuclear
• Nos permite mejorar
calidad de vida
emisión de
radiaciones: x,
gamma e isotopos
radiactivos
https://www.youtube.com/watch?v=3J_ww
Xetkn0
https://www.youtube.com/watch?v=5OVGS
ZePuZQ
1896 Becquerel
• Estudia fluorescencia
de oxido de uranio.
• Imagen de fotografía
no velada.
• Con esposos Curie
concluyen que las
radiaciones provienen
del núcleo
(radiactividad)
Química nuclear
• Ciencia que estudia la
energía emitida por el
núcleo del átomo (
energía nuclear)
El átomo y su modelo
Notación nuclear
Fuerzas Nucleares
• Es la que mantiene unido
p+ y n° en el núcleo y
vencen la repulsión
electrostática que
generan los p+.
• Fuerte mas poderosa que
la eléctrica mantiene
EN LAS REACCIONES NUCLEARES SE
unidos p+ y n°.
GANAN O PIERDEN p+ y n°
• Débil menos intensa que
eléctrica y mas poderosa
que la gravitacional.
Naturaleza de las reacciones nucleares
Algunos núcleos son inestables y espontáneamente emiten partículas
y/o radiaciones electromagnéticas. A este fenómeno se le llama
radioactividad.
La radioactividad es una propiedad de los isótopos que son "inestables", es decir,
que se mantienen en un estado excitado en sus capas electrónicas o nucleares,
con lo que, para alcanzar su estado fundamental, deben perder energía.
Todos los elementos que tienen número
atómico mayor a 83 son radioactivos.
Las reacciones nucleares
pueden ser endotérmicas o
exotérmicas.
Naturaleza de las reacciones nucleares
1.1 Estabilidad nuclear
El factor principal que determina la estabilidad del núcleo es la relación
neutrón/protón (n/p).
ESTABILIDAD NUCLEAR
Relación
Relación
n°
⟩1
+
P
°
n
⟨1
+
P
Emisión de partículas .
Emisión de positrones ( 0 β ) o
+1
captura de electrones.
En general son radiactivas las sustancias que no presentan un balance
equitativo entre protones y neutrones.
(nº/p+)
≠1
Ej.
C–14
(8/6) ≠ 1
Isótopo radioactivo
Estabilidad nuclear
• El 42He es estable?
• Y si le agregamos un neutrón 52He?
• Esta estabilidad depende de la proporción entre p+ y n
en el núcleo.
• Los núcleos estables p+=n , p++n= par
• Para ello emiten partículas α,β,γ (decaimiento
radiactivo).
• Los núcleos livianos Z entre 1 y 20
• Los núcleos pesados Z > 20
• Son radiactivos Z ≥ 83
Actividad estabilidad nuclear
¿Qué sucede a medida
que aumenta Z?
Escribe el símbolo de 5
núcleos estables y 5
inestables.
Escribe el símbolo de 5
núcleos pesados
estables y pesados 5
inestables.
Desintegración nuclear. Radioactividad
Radioactividad natural
Corresponde a núcleos que se desintegran
espontáneamente, debido a su propia inestabilidad,
con emisión de energía en forma de partículas y/o
radiaciones.
Radioactividad artificial o inducida
Ocurre cuando la reacción no es espontánea, sino
provocada por bombardeo con otra partícula para
formar un núcleo inestable.
La radiactividad es una propiedad inherente
a ciertos átomos, es decir, es una propiedad
atómica.
Desintegración nuclear. Radioactividad
2.1 Partículas radioactivas
Radiación alfa (α)
4
• Corresponde a núcleos de helio, 2 He .
• Son partículas de carga +2, y de masa 4 en la
escala de masas atómicas.
• Su emisión se asocia a núcleos pesados.
• Cuando un núcleo emite una partícula α, su
número atómico disminuye en dos unidades, y
su masa atómica disminuye en cuatro unidades
(Ley de Soddy).
Desintegración nuclear. Radioactividad
2.1 Partículas radioactivas
Por ejemplo, cuando el núcleo 23290Th emite una partícula α se convierte en
228
el núcleo de radio 88 Ra . La reacción nuclear que ilustra este hecho es:
α + Ra
232
4
228
Th
→
He
+
Ra
90
2
88
o bien
Th →
232
90
228
88
Nuclear. Radioactividad
2.1 Partículas radioactivas
Radiación beta (β)
• Corresponden a electrones, − 10 e .
• Son partículas de masa aproximadamente igual a
0 y de carga –1.
• La emisión de un electrón procede de la
conversión de un neutrón en un protón.
1
0
n →
1
1
p+
0
−1
e
• Su emisión se asocia a núcleos con exceso de
neutrones.
• Un núcleo se transforma en otro núcleo situado
un lugar adelante en la Tabla Periódica, sin
cambiar su masa atómica (Ley de Fajans).
Desintegración nuclear. Radioactividad
2.1 Partículas radioactivas
Por ejemplo, cuando el núcleo
228
88
228
88
Ra emite un electrón se convierte en 228
89 Ac.
Ra → e +
0
−1
228
89
Ac
o bien
228
88
Ra →  +
228
89
Ac
2. Desintegración nuclear. Radioactividad
2.1 Partículas radioactivas
Radiación gama (γ)
• Es
una
radiación
electromagnética.
Corresponde a fotones de alta energía.
• Suele acompañar a la emisión de partículas
α y β, estabilizando el núcleo resultante.
• Esta radiación no implica ningún cambio en
el número atómico ni en el número másico.
2. Desintegración nuclear. Radioactividad
2.1 Partículas radioactivas
Otras radiaciones
Emisión de positrones
Captura de electrones
Ocurre cuando un protón se
convierte en neutrón.
Emite un “electrón
0
positivo” +1 e .
Se aplica para la
obtención de núcleos
muy pesados.
Captura de un
electrón de capa
interna.
También se denomina
a este proceso
captura K.
2. Desintegración nuclear. Radioactividad
2.1 Partículas radioactivas
Ejemplos de cada uno de los procesos mencionados:
α: sinCU
β:
γ:
cambiosHe
+ + N Th
238
4
234
Emisión
→ 2
92
90
Emisión
14
6
→
0
−1
14
7
e
Emisión
Emisión positrón:
40
19
Captura electrónica:
K →
197
80
40
18
Hg +
Ar +
0
−1
0
+1
e →
e
197
79
Au
2. Desintegración nuclear. Radioactividad
2.2 Características de las partículas radioactivas
Nivel de penetración
Depende de la velocidad y la masa
asociada a las partículas.
Los rayos gamma son de alta energía y
de longitudes de onda muy cortas. Son
las de mayor nivel de penetración.
Poder de ionización
Depende de la cantidad de energía y carga asociada.
α ion > β ion > ɣ ion
Átomos
ISÓTOPOS
INESTABLES
Elementos buscan
generar estabilidad
RADIOACTIVIDAD
Emisiones
Alfa
Beta
Aumento nivel de penetración
Aumento poder de ionización
Gamma
Ecuaciones nucleares
•
A
ZX
→
núcleo padre
A-4 X
Z-2
núcleo hijo
•
A
A
0 β
X→
X
+
Z
Z+1
-1
•
A
A X
X→
Z
Z-1
+ 0+1β
+ 42α
Serie radiactiva
Conjunto
secuenciado de
reacciones
nucleares que
comienza con
núcleo radiactivo
y termina con
núcleo estable.
Actividad: Series de desintegración
radiactiva
• Basándote en el esquema anterior
representa la serie radiactiva del U-238 y
teniendo en cuenta la tabla periódica de
los elementos, escribe cada una de las
series nucleares que ocurren en la
desintegración del U-238 por emisión de α
hasta Pb-218.
Período de Semidesintegración t1/2
• Es el tiempo que tarda una muestra
radiactiva en reducirse a la mitad. Esto es
independiente de la cantidad de muestra
radiactiva.
• C-14
5570 años
• Po-214
10-6 segundos
• U-239
4,56*109 años
• Ac-228
6,2 horas
• Rn-220
55,3 segundos