El núcleo atómico es la pequeña parte central del átomo, con carga
eléctrica positiva y en la que se concentra la mayor parte de la masa del átomo.
Las principales partículas
subatómicas de los núcleos de los átomos son los protones y los neutrones. Un
mismo elemento químico se caracteriza por el número de protones del núcleo que
determina la carga positiva total. Este número se denomina número atómico.
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| Fuente: elaboración propia |
¿POR QUÉ UNOS NÚCLEOS SON ESTABLES Y OTROS NO?
En la actualidad se
conocen unos 1800 núclidos, que corresponden a unos 110 elementos.
Representando en unos ejes rectangulares todos estos núclidos que se conocen,
naturales y artificiales, según los valores (Z, N), se obtiene una
representación tal como la que aparece en la figura. Los núclidos estables caen
dentro de la zona azul, los restantes son radiactivos.
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| Fuente: elaboración propia |
Al determinar con precisión las masas de los núcleos de
los átomos, con el espectrógrafo de masas, se obtuvo un resultado sorprendente.
El valor obtenido es siempre inferior a la suma de las masas de los nucleones
que forman el núcleo. Es decir, la masa del núcleo es inferior a la suma de las
masas de los protones y neutrones que lo forman. Esta diferencia se denomina
defecto de masa. De acuerdo con la fórmula de Einstein, la energía equivalente
a este defecto de masa es:
Esta energía se
denomina energía de enlace del núcleo y es la energía que se libera al formarse
el núcleo a partir de sus nucleones constituyentes, coincide con la energía que
hay que proporcionar al núcleo para separar los nucleones que lo forman. Las
energías de enlace de los núcleos son enormemente grandes. Dividiendo la
energía de enlace del núcleo, entre el número de nucleones que contiene, se
obtiene la energía de enlace por nucleón: (E/A).
Cuanto mayor sea la
energía de enlace por nucleón más estable es el núcleo. Si un núcleo pesado se
divide en dos núcleos más ligeros (fisión nuclear), o si dos núcleos ligeros se
unen para formar uno más pesado (fusión nuclear), se obtienen núcleos más
estables, con mayor energía de enlace por nucleón, y se libera energía.
ISÓTOPOS RADIACTIVOS
Los isótopos radiactivos o radioisótopos son átomos con un número
distinto de neutrones que un átomo de costumbre, además se caracteriza por
tener un núcleo atómico inestable que emite energía cuando cambia a una forma
más estable. Una vez estable el isótopo se convierte en un elemento distinto.
Esta desintegración radiactiva ocurre de forma espontánea por lo que no puede
saberse cuándo tendrá lugar o qué tipo de rayos emitirá durante esta
descomposición.
Asimismo, la energía liberada al cambiar de forma puede detectarse con una película fotográfica o un contador geiger, por ello los radioisótopos son útiles en medicina, por ejemplo, el isótopo del talio puede identificar vasos sanguíneos bloqueados en pacientes sin provocar daños.
Asimismo, la energía liberada al cambiar de forma puede detectarse con una película fotográfica o un contador geiger, por ello los radioisótopos son útiles en medicina, por ejemplo, el isótopo del talio puede identificar vasos sanguíneos bloqueados en pacientes sin provocar daños.
TIPOS DE TRANSFORMACIONES
DE LOS NÚCLEOS INESTABLES: RADIACIÓN ALFA, BETA Y GAMMA
La inestabilidad nuclear se debe a la desintegración espontánea del
núcleo, dando origen a un nuevo estado nuclear. Un núcleo se considera
estable si no sufre cambio espontáneamente para convertirse en
otro núclido o se transforma tan lentamente que su cambio no puede detectarse.
Cuando se transforman espontáneamente y con gran rapidez en otros núclidos se
les considera muy inestables.
Un núclido es aquella
especie nuclear que tiene un valor específico para el número de protones
(número atómico), Z, y para el número de neutrones, N. Los núclidos con un
mismo valor de Z, pero diferente de N (número de neutrones), son isótopos del elemento químico de número
atómico Z.
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Los nucleidos estables tienen aproximadamente la
misma cantidad de protones que de neutrones. Los inestables tienden a transformase en
otros nucleidos más estables a través de diferentes mecanismos de decaimiento
radiactivo. Estos procesos suceden naturalmente (son espontáneos) y se llevan a
cabo a través de la emisión de diferentes partículas de acuerdo a las
características de los diferentes núcleos.
El
decaimiento radiactivo se da cuando hay un exceso de energía en el núcleo de un
átomo, la cual es expulsada en forma de radiación, en busca de la estabilidad
del átomo.
Se
distinguen tres radiaciones:
Las radiaciones gamma recorren cientos de metros en el aire y son detenidas por una gruesa pared de cemento o plomo.
1. La radiación α (alfa) está formada por partículas de helio y es emitida cuando
grandes núcleos se transforman en otros más pequeños y estables, no obstante la
carga y número total de nucleones debe conservarse en todas las reacciones
nucleares, por lo que el número atómico del elemento obtenido es dos unidades
menor y su número másico cuatro veces menor (Primera ley de Fajans).
Las radiaciones alfa recorren una distancia muy pequeña y son
detenidas por la piel del cuerpo humano o una hoja de papel.
2. La radiación ß (beta) está formada por electrones y se origina cuando la relación entre
neutrones y protones es demasiado grande, por lo que el núcleo consigue
estabilizarse convirtiendo un neutrón en un protón y un electrón de acuerdo a
la siguiente reacción:
Cuando una transformación radiactiva
origina una partícula beta el número atómico de elemento obtenido es una unidad
mayor y su número másico no varía (Segunda ley de Fajans).
3. La radiación Y (gamma) son ondas electromagnéticas de alta frecuencia emitidas cuando
un núcleo excitado vuelve a su estado fundamental de menor energía. |
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