1. Propiedades del núcleo

2. Propiedades del núcleo Átomo (repaso)

3. Propiedades del núcleo Átomo (repaso) ÁTOMO NEUTRO Es cuando la cantidad de protones es IGUAL a la cantidad de electrones; p+ = e-. Ejemplo: C carbono 6 protones 6 electrones

4. Propiedades del núcleo Átomo (repaso) Tabla periódica de los elementos

5. Propiedades del núcleo Átomo (repaso) Descripción del átomo NÚMERO ATÓMICO (Z):Es el número de protones que posee un átomo en su núcleo, y es lo que identifica a un elemento; Z = p+. NÚMERO MÁSICO (A):Es la suma de protones y neutrones, en el se expresa la composición nuclear que determina la masa atómica; A = p+ + n o A = Z + n.

6. Propiedades del núcleo Conclusión: “con estos dos números podemos obtener información acerca de cuántos protones, neutros y electrones tiene un determinado átomo”

7. Propiedades del núcleo Actividad nº 1 en clases

8. Propiedades del núcleo Responde las siguientes preguntas: El calcio tiene número atómico 20 y numero masico40 a) Explica el significado de esos dos datos b) ¿En qué deben parecerse dos elementos para que den lugar a sustancias de comportamiento parecido: en su numero másico, en su número atómico, o en su configuración electrónica? Explica tu respuesta.

9. Propiedades del núcleo 2) Completa la siguiente tabla:

10. Propiedades del núcleo NÚMERO ATÓMICO (Z) Entonces: 10Ne 6C 9F

11. Propiedades del núcleo NÚMERO MASICO (A) Entonces:

12. Esteban Tapia Moya. Profesor de enseñanza media con mención química. Universidad de Chile. Liceo José Toribio Medina Química común tercero medio Primera Unidad FENÒMENOS NUCLEARES

13. Introducción ¿Qué es la radiactividad? ¿con que la asociamos?

14. Introducción Bombas nucleares Reactores nucleares Desechos nucleares

15. Introducción El sol Aplicaciones en medicina Esterilización

16. Introducción Núcleo atómico

17. Comparación de las Rx químicas y nucleares

18. Propiedades del núcleo Sabemos que todos los átomos de un mismo elemento tiene la misma cantidad de protones, pero la cantidad de neutrones puede variar. Los átomos de un mismo elemento pueden tener masa diferentes. ISOTOPOS

19. Masa atomica promedio Los átomos de un elemento tienen isótopos que difieren en el número de neutrones,. La masa atómica promedio de un elemento se establece considerando la abundancia de cada uno de los isótopos en la naturaleza. Se sabe que el carbono tiene tres isótopos: el isótopo C-14, ampliamente utilizado en la estimación de las edades de fósiles orgánicos, se encuentra en muy baja proporción en la naturaleza, por lo que su aporte se puede despreciar el isótopo C-12 es 98,89% y del isótopo C-13 es de 1,11%. ¿Cuál es la masa atómica promedio del carbono?

20. Propiedades del núcleo Estabilidad nuclear

21. FUERZAS EN EL NUCLEO Al interior de un núcleo actúan dos tipos de fuerzas: la fuerza de repulsión eléctrica la fuerza nuclear. Para romper núcleos es necesario vencer la fuerza nuclear y para agregar p+ o no se requiere superar la repulsión eléctrica. Ambos procesos liberan gran cantidad de energía. En esto consiste la FISION NUCLEAR Y LA FUSION NUCLEAR

23. Procedimiento Observaciones empíricas han determinado que la estabilidad nuclear depende de la relación entre el número de protones y de neutrones, tal como se muestra en el gráfico Nº 1.

24. Análisis y conclusiones: Analiza el gráfico y responde las preguntas. 1. ¿Qué representa la línea recta que cruza el gráfico? 2. ¿Qué relación hay entre los protones y los neutrones de los núcleos estables de número atómico pequeño (hasta alrededor de 20)? 3. ¿Qué ocurre con los núcleos de mayor número atómico?, ¿cómo se relaciona el número de neutrones y de protones? 4. ¿Por qué crees que el número de neutrones necesario para mantener un núcleo estable aumenta al haber más protones? 5. ¿En qué elemento termina la franja de estabilidad?, ¿por qué? 6. ¿Qué sucede con los elementos de Z > 83?

26. X Y n/p demasiado grande Desintegración beta Cinturón de estabilidad Neutrone/protones = 1 n/p demasiado pequeño Desintegración de positrón o captura de eléctrón 23.2

27. LA RADIACTIVIDAD O RADIOACTIVIDAD Es un fenómeno físico natural, por el cual algunos cuerpos o elementos químicos llamados radiactivos, emiten radiaciones Las radiaciones emitidas pueden ser: electromagnéticas en forma de rayos X o rayos gamma o bien corpusculares, como: núcleos de Helio, electrones o positrones, protones u otras. En resumen, es un fenómeno que ocurre en los núcleos de ciertos elementos, que son capaces de transformarse en núcleos de elementos de otros átomos.

29. Radiación beta

31. RADIACIÓN ALFA:

33. RADIACIÓN BETA:

35. RADIACIÓN GAMMA:

37. Rayos gamma: fotónes (sin carga ni masa)

38. Partículas beta: electrones a gran velocidad

40. VIDA MEDIA DE LOS ELEMENTOS RADIACTIVOS 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 referirse a la velocidad con que ocurren las desintegraciones nucleares utilizamos el concepto de vida media. Vida media ( t1/2 ) de un elemento radiactivo es el tiempo que tarda en desintegrarse la mitad de los átomos de cualquier sustancia radiactiva.

41. VALORES DE LOS TIEMPOS DE VIDA MEDIA Los valores de vida media de los isótopos radiactivos pueden variar desde fracciones de segundos hasta millones de años. El isótopo más inestable conocido es el Helio-5, su vida media es de 2 x 10-21seg. En cambio los isótopos U-235 y U- 238 tienen vidas medias muy largas, 7,1 x 10(8) y 4,5 x 10(9) años respectivamente.

42. EJEMPLO El grafico presenta la desintegración de una muestra de Co – 60 1.- Indicar la cantidad inicial del Co-60 2.- ¿Qué cantidad se desintegra en t½? ¿A cuantos años corresponde? 3.- ¿Qué cantidad se desintegra en 2 t½? ¿A cuantos años corresponde? 4.- ¿Qué cantidad se desintegra en 3t½? ¿A cuantos años corresponde? 5.- ¿Cuál es el tiempo de vida media del Co-60?

43. RADIACTIVIDAD INDUCIDA La primera conversión de un núcleo en otro fue obtenida en 1919 por Hernest Rutherford. Convirtió el nitrógeno -14 en oxígeno – 17 más un protón, empleando partículas alfa. En la radiactividad inducida intervienen cuatro partículas: un núcleo objetivo, una partícula que bombardea, un producto y una partícula expulsada.

44. CONVERTIR UN NUCLEO EN OTRO En 1939, los químicos alemanes Otto Hahn y Fritz Strassman encontraron al elemento bario ( Ba ) en una muestra de uranio que había sido bombardeada con neutrones. Un núcleo de uranio – 235 había captado un neutrón y sufrido fisión nuclear.

45. FISION NUCLEAR Cuando un núcleo pesado se somete a un bombardeo con neutrones ( 0n1 ) este se divide, formando otros núcleos más pequeños y estables. En la fisión de U- 235, el núcleo de Uranio se escinde en un núcleo de Bario-139 y un núcleo de kriptón-94,liberando 3 neutrones y una enorme cantidad de energía, según la ecuación:

46. Ecuación de la FISION

47. REACCIONES EN CADENA Durante el proceso de fisión, los nuevos núcleos colisionan con las moléculas que se encuentran a su paso, transformando su energía cinética en calor; y los neutrones liberados, impactan a otros átomos, desprendiéndose así nuevos neutrones que fisionaran otros núcleos, y así sucesivamente, ocurre una reacción en cadena. Masa crítica es una determinada y suficiente cantidad de átomos fisionables capaces de sostener una reacción en cadena.

48. FUSION NUCLEAR Es el proceso por el cual núcleos muy ligeros se: Fusionan para formar núcleos más pesados y más estables, generando grandes cantidades de energía. Las reacciones que ocurren en el interior de las estrellas son reacciones nucleares de fusión Por ejemplo, el Sol genera la mayor parte de su energía por medio de la fusión: hidrógeno-2 ( deuterio ) e hidrógeno-3 (tritio) Para formar un núcleo de Helio

49. ECUACIONES QUE OCURREN EN EL SOL La fusión de los átomos de Hidrógeno libera cuatro veces más energía por gramo que lo emitido en una reacción de fisión nuclear. Pero el proceso requiere de temperaturas elevadísimas, del orden de 10 (6 ) a 10(7 ) grados Kelvin, para vencer las fuerzas de repulsión entre los núcleos y lograr que se fusionen

51. Los componentes de un reactor son:

52. 1.- Un material moderador ( grafito ) desacelerar los neutrones

53. 2.- Barras de control ( cadmio ) controlar la velocidad de la fisiones

54. 3.- Un sistema de transferencia de energía calórica que transporta hacia un sistema de generador de vapor de agua.

56. APLICACIONES DE LA ENERGIA NUCLEAR La E. N. Puede ser empleada en múltiples campos 1.- Obtención de electricidad 2.- Producción de radioisótopos ( trazadores de los procesos químicos y biológicos) -En la medicina -En la industria -En la agricultura La COMISION CHILENA de ENERGIA NUCLEAR Desde 1974 cuenta con el Centro de Estudios Nucleares La Reina – Reactor Experimental Rech –1 Producción de radioisótopos y análisis por activación neutrónica ( Salud, Minería y Agricultura)

58. Tratamiento equivalente a la pasteurización o esterilización

59. “Esterilización fría”: Implica incrementos de T° insignificantes

62. Dosis Baja (hasta 1 kGy): es usada para demorar los procesos fisiológicos, como maduración y senescencia de frutas frescas y vegetales, y para controlar insectos y parásitos en los alimentos.

63. Dosis Media (hasta 10 kGy): es usada para reducir los microorganismos patógenos y descomponedores de distintos alimentos; para mejorar propiedades tecnológicas de los alimentos, como reducir los tiempos de cocción de vegetales deshidratados; y para extender la vida en anaquel de varios alimentos.

65. Medicina nuclear 54 Dentro del uso de la radiactividad en las actividades humanas, muy conocidas son sus aplicaciones médicas. El uso de la radiación en el diagnóstico y el tratamiento de enfermedades se ha convertido en una herramienta básica en medicina. Con ella se ha podido realizar exploraciones del cerebro y los huesos, tratar el cáncer y usar elementos radiactivos para dar seguimiento a hormonas y otros compuestos químicos de los organismos.

66. 55 Algunos isótopos radiactivos, sus vidas medias y sus aplicaciones médicas Núcleo Vida media Área del cuerpo que se estudia 131 I 8.1 días Tiroides 59 Fe 45.1 días Glóbulos rojos 99 Mo 67 horas Metabolismo 32 P 14.3 días Ojos, hígado, tumores 51 Cr 27.8 días Glóbulos rojos 87 Sr 2.8 horas Huesos 99 To 6.0 horas Corazón, huesos, hígado, pulmones 133 Xe 5.3 días Pulmones 24 Na 14.8 horas Sistema circulatorio Medicina nuclear

67. 56 Medicina nuclear SPECT (Tomografía Computerizada por Emisión de Fotón Simple): Un radioisótopo emisor de fotones gamma es introducido en el paciente. Los fotones emitidos son detectados en una gammcámara plana. Mediante técnicas de reconstrucción de imagen se puede conseguir una imagen funcional del interior del cuerpo.

68. MEDICINA NUCLEAR 57 PET (Tomografía por Emisión de Positrones): Un radiotrazador emisor de positrones en introducido en el paciente. Al producirse la desintegración se emiten positrones que posteriormente se aniquilan dando lugar a 2 fotones colineales de 511 KeV. Estos fotones son detectados en coincidencia. Mediante técnicas de reconstrucción de imágenes se obtiene una imagen funcional del interior del cuerpo

69. 58 Medicina nuclear Radioterapia: Consiste en el uso de las radiaciones como tratamiento terapéutico en oncología. Se irradia al paciente con fotones de alta energía para eliminar las células tumorales intentando afectar lo mínimo posible a las células sanas. La aplicación de la radiación se puede hacer de manera externa con cámaras de cobalto o aceleradores lineales, o de manera interna mediante la introducción de implantes radiactivos (braquiterapia).

71. Medicina nuclear 60 RMN (Resonancia Magnética Nuclear): Un campo magnético estático provoca un desdoblamiento Zeeman de subestados nucleares magnéticos y una señal de radiofrecuencia es aplicada de modo que induce transiciones entre subestados. Lo que se mide en este caso es la absorción de la radiofrecuencia y su posterior reemisión.

72. Cáncer inducido por la radiación El desarrollo del cáncer involucra múltiples cambios en genes, señales celulares, reguladores de crecimiento, apoptosis, angiogénesis, respuesta del ADN al daño y reparación. Estos cambios pueden afectar: (1) mutaciones genéticas o translocaciones del ADN que transforman los protooncogenes en oncogenes y (2) mutaciones que resultan en pérdida de genes supresores (deleciones).

73. Cáncer inducido por la radiación El largo período de latencia entre la exposición a la radiación y la aparición del cáncer, así como también la naturaleza multifactorial de la carcinogénesis, hacen difícil distinguir los efectos de la radiación y diferenciarlos de los demás factores.

74. Cáncer inducido por la radiación Se ha demostrado que el efecto de la radiación que una mayor importancia tendría en el inicio de las alteraciones que llevan al cáncer sería la ruptura de la cadena de ADN y la posterior reparación defectuosa. La mutaciones más frecuentes producida por la radiación es la pérdida de material genético.

76. 1862: Lord Kelvin: Estudia la luminosidad del sol, mareas de la luna, rotación de la tierra, etc. Supone con bases científicas que la edad de la tierra es de 100 Ma. Mas tarde en 1897: entre 20 y 40 Ma. 1896: Henri Becquerel: Descubre la radiactividad. 1898: Marie Curie: Descubre el Th, Po, Ra. 1899: Rutherford: Investiga estas sustancias radiactivas y encuentra que están compuestas de partículasa (= 4He), b (positivos y negativos) yg(similares a Rayos-X). 1900: Soddy y Rutherford estudian el Th y sus componentes, además encuentran la tasa de desintegración (ACTIVIDAD): –dN/ dt =lN (l = constante de decaimiento; t = tiempo; N = número de átomos radiactivos presentes) 1912: Bohr propone el modelo atómico 1H. 1914: Richard y Lambert: Descubren que los pesos atómicos no son números enteros e introducen el término isótopo. 1919: Rutherford encuentra que el núcleo del átomo tiene protones(p+).

77. OTROS PUNTOS IMPORTANTES 1903: Marie y Pierre Curie descubren que el decaimiento radiactivo es un proceso exotérmico. Afecta tasas de calor en la tierra > Premio Nobel de Física. Los halos pleocroicos (p.ej. en micas) son resultado de daños por radiación. 1913: Holmes determina la edad del Arqueano en 1,300 Ma. 1931: Urey descubre el 2H= D (Deuterio) a partir de la diferencia de presiones de vapor en el hidrógeno. También descubre que el O sufre un fraccionamiento natural en carbonatos marinos.