24: Química Nuclear
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Hasta ahora, se han estudiado procesos químicos en los que los átomos comparten o transfieren electrones para formar nuevos compuestos, dejando los núcleos atómicos en gran parte inafectados. En este capítulo, examinamos algunas propiedades del núcleo atómico y los cambios que pueden ocurrir en los núcleos atómicos. Las reacciones nucleares difieren de otros procesos químicos de una manera crítica: en una reacción nuclear, las identidades de los elementos cambian. Además, las reacciones nucleares suelen ir acompañadas de la liberación de enormes cantidades de energía, hasta mil millones de veces más que la energía liberada por las reacciones químicas. Además, los rendimientos y velocidades de una reacción nuclear generalmente no se ven afectados por cambios en la temperatura, presión o la presencia de un catalizador.
Comenzamos examinando la estructura del núcleo atómico y los factores que determinan si un núcleo particular es estable o decae espontáneamente en otro elemento. Luego discutimos los principales tipos de reacciones de desintegración nuclear, así como las propiedades y usos de la radiación emitida cuando los núcleos se descomponen. Aprenderás cómo se pueden utilizar las emisiones radiactivas para estudiar los mecanismos de las reacciones químicas y los procesos biológicos y cómo calcular la cantidad de energía liberada durante una reacción nuclear. También descubrirás por qué las casas son probadas para detectar gas radón, cómo se usa la radiación para sondear órganos como el cerebro y cómo se puede aprovechar la energía de las reacciones nucleares para producir electricidad. Por último, exploramos la química nuclear que tiene lugar en las estrellas, y describimos el papel que juegan las estrellas en la producción de la mayoría de los elementos del universo.
- 24.3: Reacciones Nucleares
- Las reacciones de desintegración nuclear ocurren espontáneamente en todas las condiciones y producen núcleos hijos más estables, mientras que las reacciones de transmutación nuclear se inducen y forman un núcleo producto que es más masivo que el material de partida.
- 24.5: Estabilidad Termodinámica del Núcleo Atómico
- A diferencia de una reacción química, una reacción nuclear da como resultado un cambio significativo en la masa y un cambio asociado de energía, como lo describe la ecuación de Einstein. Las reacciones nucleares van acompañadas de grandes cambios en la energía, que resultan en cambios detectables en la masa. El cambio en masa está relacionado con el cambio en la energía según la ecuación de Einstein:\(ΔE = (Δm)c^2\).
- 24.6: Química Nuclear Aplicada
- Todas las aplicaciones prácticas de la energía nuclear se han basado en reacciones de fisión nuclear, que las centrales nucleares utilizan para generar electricidad. En las centrales nucleares, las reacciones nucleares generan electricidad. Los reactores de agua ligera utilizan uranio enriquecido como combustible. Incluyen barras de combustible, un moderador, barras de control y un potente sistema de enfriamiento para absorber el calor generado en el núcleo del reactor. Las reacciones de fusión son reacciones termonucleares porque requieren altas temperaturas para su inicio.
- 24.E: Química Nuclear (Ejercicios)
- Problemas y soluciones selectas al Capítulo 20.