Desarrollo

Radiactividad artificial o inducida. Reacciones de bombardeo.

    En los últimos 50 años se han obtenido en el laboratorio más de 1200 isótopos radiactivos. El número de isótopos por elemento químico varía desde uno (hidrógeno y boro) hasta 34 (indio).

Todos ellos se obtienen por reacciones de bombardeo, en las que un núcleo estable se transforma en radiactivo. Una reacción típica de bombardeo se produce, por ejemplo, cuando se bombardea el isótopo estable del aluminio ₁₃²⁷Al con neutrones, al absorber un neutrón se transforma en el isótopo ₁₃²⁸Al que es inestable y se desintegra con emisión de un electrón formando un isótopo estable de silicio, ₁₄²⁸Si. Este proceso se representa mediante las ecuaciones nucleares:

₁₃²⁷Al  +  ₀¹n   --->    ₁₃²⁸Al  , para la reacción de bombardeo con neutrones.

₁₃²⁸Al   --->   ₁₄²⁸Si  +  _-1⁰e , para reacción de desintegración.

Los primeros isótopos radiactivos artificiales fueron elaborados, en 1934 por Irene Curie (1897-1956) y Frédéric Joliot (1900-1958), bombardeando isótopos estables con partículas a de alta energía. Por ejemplo, el aluminio se transforma en fósforo-30 radiactivo y se libera un neutrón, se representa mediante la ecuación nuclear:  1327Al  +  24He   --->   1530P  +  01n     El fósforo-30, que es radiactivo, se desintegra emitiendo una partícula llamada positrón, que tiene la misma masa que un electrón pero con carga +1 (10e, e+), este proceso se representa mediante la ecuación nuclear: 1530P   --->   1430Si  +  11e

    En la radiactividad natural nunca se emiten positrones pero es frecuente en la desintegración en la radiactividad inducida. Se puede observar en la ecuación de desintegración del fósforo-30, que el resultado de la emisión de un positrón es la transformación de un protón del núcleo en un neutrón (el ₁₅³⁰P tiene 15 protones y 15 neutrones y el ₁₄³⁰Si tiene 14 protones y 16 neutrones).

    La emisión de positrones se produce en los isótopos “ligeros” con núcleos poco estables, debido al bajo contenido de neutrones. Por ejemplo, el isótopo del carbono-11, ₆¹¹C, (tiene 6 protones y 5 neutrones) se desintegra formando el boro (₅¹¹B) y con la emisión de un positrón, dicho proceso de desintegración se representa mediante la ecuación nuclear siguiente:

₆¹¹C   --->   ₅¹¹B  +  ₁⁰e

    El isótopo pesado del mismo elemento químico, el carbono-14, ₆¹⁴C, (tiene 6 protones y 8 neutrones) se desintegra con la emisión de un electrón (_-1⁰e) transformándose en nitrógeno-14, ₇¹⁴N, (tiene 7 protones y 7 neutrones), lo que se representa mediante la ecuación nuclear siguiente: 

₆¹⁴C   --->   ₇¹⁴N  +  _-1⁰e

Una aplicación de las reacciones de bombardeo es la obtención de elementos químicos muy pesados. Quienes más han contribuido en este campo son los norteamericanos Glenn Theodore Seaborg (1912- ), Albert Ghiorso y sus colaboradores y el grupo ruso dirigido por G. N. Flerov. Seaborg propuso el uso de núcleos muy pesados como partículas de bombardeo para sintetizar elementos químicos de número atómico mucho más grande que cualquier otro conocido. Para utilizar este procedimiento se requiere de grandes aceleradores y por este método se sintetizaron elementos químicos con números atómicos más grandes que el del uranio (del 93 al 106).       El bombardeo con neutrones es efectivo para sintetizar los siguientes elementos químicos al uranio, pero el rendimiento decrece rápidamente al aumentar el número atómico. Por lo que, para sintetizar elementos químicos muy pesados es necesario bombardear blancos apropiados con iones positivos de alta energía, acelerados a velocidades muy altas. Es posible conseguir un aumento grande del número atómico, utilizando como partícula de bombardeo el carbono-12.

   
Síntesis de elementos químicos transuránicos por bombardeo con neutrones.

Uranio-238  --->  Neptunio-239:   ₉₂²³⁸U   +   ₀¹n   --->   ₉₂²³⁹U   --->   ₉₃²³⁹Np  +  _-1⁰

Neptunio-239  --->  Plutonio-239:   ₉₃²³⁹Np   --->  ₉₄²³⁹Pu  +   _-1⁰e

Plutonio-239  --->  Americio-241:    ₉₄²³⁹Pu  +   2  ₀¹n   --->   ₉₄²⁴¹Pu    --->    ₉₅²⁴¹Am  +   _-1⁰e

Síntesis de elementos químicos transuránicos por bombardeo con iones positivos.

Plutonio-239  --->  Curio-242:   ₉₄²³⁹Pu  +   ₂⁴He   --->    ₉₆²⁴²Cm   +   ₀¹n

Curio-242  --->  Californio-245:   ₉₆²⁴²Cm  +   ₂⁴He  --->    ₉₈²⁴⁵Cf   +     ₀¹n

Uranio-238  --->  Californio-246:     ₉₂²³⁸U  +   ₆¹²C   --->    ₉₈²⁴⁶Cf   +   4  ₀¹n

Californio-249  --->  Elemento 104:     ₉₈²⁴⁹Cf   +   ₆¹²C   --->     ₁₀₄²⁵⁷Unq   +   4  ₀¹n

Californio-240  --->  Elemento 105:     ₉₈²⁴⁹Cf   +   ₇¹⁵N   --->     ₁₀₅²⁶⁰Unp   +   4  ₀¹n

Californio-249  --->  Elemento 106:     ₉₈²⁴⁹Cf   +   ₈¹⁸O   --->     ₁₀₆²⁶³Unh   +   4  ₀¹n

Nota.  Los investigadores Estadounidenses propusieron los nombres de  “Rutherfordium”  y “Hahnium” para los elementos químicos 104 respectivamente y los investigadores rusos propusieron “Bohrium” y “Kurchatovium”. La Unión Internacional de Química Aplicada propuso los nombres de “Unnilquadium”, Unq; “Unnilpentium”, Unp; y Unnilhexium”, Unh, para los elementos químicos 104, 105 y 106 respectivamente.

 

    Los isótopos de los elementos muy pesados tienen un periodo de vida media muy cortos. La mayor parte de ellos han sido sintetizados en cantidades muy pequeñas, en algunos casos sólo unos pocos átomos. Uno de los grandes logros de los investigadores de estos elementos químicos es su habilidad para estudiar sus propiedades con muestras inferiores a los microgramos. Las evidencias químicas y físicas de los elementos químicos del 89 (Actino, Ac) al 102 (Nobelio, No) forman una serie de tierras raras, al ir completando el subnivel 5f. El elemento químico 103 forma una nueva serie de elementos químicos de transición.

Introduccion

radiactividad. f. Fís. Propiedad de ciertos cuerpos cuyos átomos, al desintegrarse espontáneamente, emiten radiaciones. Su unidad de medida en el Sistema Internacional es el becquerel.
Microsoft® Encarta® 2006. © 1993-2005 Microsoft Corporation. Reservados todos los derechos.
 
La radioactividad o radiactividad es un fenómeno natural o artificial, por el cual algunas sustancias o elementos químicos llamadas radiactivos, son capaces de emitir radiaciones, las cuales tienen la propiedad de impresionar placas fotográficas, ionizar gases, producir fluorescencia, atravesar cuerpos opacos a la luz ordinaria, etc. Las radiaciones emitidas por las sustancias radiactivas son principalmente partículas alfa, partículas beta y rayos gamma. La radioactividad es una forma de energía nuclear, usada en medicina (radioterapia)y consiste en que algunos átomos como el uranio, radio y torio son “inestables”, y pierden constantemente partículas alfa, beta y gamma (rayos X).

RADIOACTIVIDAD

En este proceso, los núcleos de los átomos de los elementos se desintegran, con formación de nuevos núcleos que corresponden a nuevos elementos y liberación de energía.

En el año 1.896 Henry Becquerel (físico francés), descubrió accidentalmente el proceso de RADIOACTIVIDAD, el cual puede ser natural (en los núcleos de los átomos de los elementos inestables) y artificial (en los núcleos de los átomos de los elementos estables que necesitan ser bombardeados con partículas).

La radiactividad natural es el proceso mediante el cual los núcleos pesados e inestables de algunos materiales radiactivos se desintegran de forma espontánea y producen nuevos núcleos de nuevos elementos y liberación de energía.

La radiactividad artificial Consiste en la ruptura de los núcleos de átomos estables a través del bombardeo con partículas ligeras aceleradas, dando origen a nuevos núcleos que corresponden a nuevos elementos.

Rutherford logró en 1.919, la primera transmutación artificial, al bombardear con partículas alfa, núcleos de átomo de nitrógeno

En 1898, los esposos Curie dedicados al estudio de la radiación observada por Becquerel (físico) descubrieron dos nuevos elementos radiactivos: el Polonio y el Radio, caracterizados por:

Ionizar gases

Impresionar placas fotográficas

Originar destellos de luz en algunas sustancias.

CARACTERÍSTICAS DEL FENÓMENO RADIACTIVO.

La emisión de radiaciones por parte de un material radiactivo no depende del estado de libertad o combinación en que se encuentre, es decir, puede estar como una sustancia simple o como parte de un compuesto y este hecho no incidirá en tales emisiones.

La radiación es independiente de factores que intervienen en las reacciones químicas.

Las radiaciones pueden impresionar placas fotográficas, atravesar materiales opacos, ionizar los gases y producir reacciones químicas.

NATURALEZA DE LA RADIOACTIVIDAD

Las radiaciones pueden ser:

Rayos Alfa (a)

Estos rayos están formados por partículas materiales que presentan dos unidades de carga eléctrica positiva y cuatro unidades de masa. Son ligeramente desviados por la acción de fuerzas magnéticas intensas. Pueden ionizar los gases y penetrar en la materia. Son detenidos o absorbidos cuando se pone ante ellos una lámina metálica. Su velocidad inicial varía desde 109 cm. /s hasta 2 x 109 cm. /s.

Rayos Beta (b)

Las partículas que conforman a los Rayos Beta son de una masa menor a la de los rayos alfa y son de unidad de carga negativa. Se proyectan a grandes velocidades, aunque ésta depende de la fuente de procedencia y en ocasiones son emitidos a una velocidad próxima a la de la luz (3×1010 cm. /s).

Rayos Gamma (g)

Su naturaleza es diferente a los rayos alfa y beta, puesto que no experimentan desviación ante los campos eléctricos y/o magnéticos. A pesar de que tienen una menor longitud de onda que los rayos X, actúan como una radiación electromagnética de igual naturaleza. Pueden atravesar láminas de plomo y recorre grandes distancias en el aire. Su naturaleza es ondulatoria y no tiene carga eléctrica, ni masa. Su capacidad de ionización es más débil en comparación con los rayos alfa y beta.

Es innegable que la radiación afecta a los organismos. Los puede enfermar o curar. Puede ser administrada como cualquier medicina, o tener efectos letales. Depende de cómo se use.

Sabemos que la ionización que produce puede dar lugar a transformaciones químicas en la materia. Si es materia viva, necesariamente interfieren estos cambios con las funciones vitales de las células que reciben radiación. Además, como algunas radiaciones pueden penetrar en el cuerpo, dichos efectos se pueden producir en órganos o en células de muy diversas funciones.

Para tener un punto de comparación, pensemos en una quemadura de Sol. Los rayos solares, principalmente los ultravioleta, producen en la piel efectos que todos conocernos; alguna vez hemos sentido el ardor de una quemadura por exposición al Sol demasiado prolongada. Se debe a los cambios químicos inducidos en la piel, que inclusive pueden matar a las células, como también todos hemos experimentado al desprenderse luego la piel inútil. Ahora bien: la piel está diseñada para soportar estos efectos, pues, al dañarse, fácilmente puede ser reemplazada por nuevas células que a su vez asumen la función vital de proteger al resto del organismo. Las radiaciones ionizantes que penetran en el cuerpo pueden causar daños equivalentes en los tejidos, pero no sólo de la piel, sino de todo el cuerpo. Estos daños pueden resultar permanentes si suceden en órganos que no se regeneran, como el cerebro.

Los efectos que la radiación produce en los organismos se han clasificado en cuatro grupos: los que producen cáncer, las mutaciones genéticas, los efectos en los embriones durante el embarazo y las quemaduras por exposiciones excesivas. Los primeros dos grupos generalmente suceden cuando las dosis recibidas son pequeñas, pero prolongadas. El tercero, en una etapa de la vida en que el organismo es especialmente sensible por estarse reproduciendo sus células a ritmo acelerado. El cuarto sucede en accidentes o en las explosiones nucleares. Se han hecho muchos estudios sobre cómo cada uno de estos casos se presenta bajo diversas circunstancias.  

Portada