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.