11.S: Química Nuclear (Resumen)

• En la mayoría de los átomos, un núcleo que contiene un “exceso” de neutrones (más neutrones que protones) es inestable y el núcleo se descompondrá por desintegración radiactiva, en la que se emiten partículas hasta lograr un núcleo estable. Las partículas comunes emitidas durante la desintegración radiactiva incluyen:
  • Las partículas alfa, constan de dos protones y dos neutrones. Esto equivale a un núcleo de helio y una partícula alfa tiene una carga de 2+. Debido a que es positivo, se sentirá atraído hacia una carga negativa en un campo eléctrico. El símbolo atómico de una partícula alfa es${\ displaystyle {} _ {2} ^ {4} Él}$, o a veces${\ displaystyle {} _ {2} ^ {4}\ alpha}$. Las partículas alfa son de movimiento lento y son fácilmente absorbidas por el aire o una fina hoja de papel. Cuando un elemento expulsa una partícula alfa, la identidad del elemento cambia al elemento con un número atómico que es dos menos que el elemento original. El número de masa del elemento disminuye en cuatro unidades.
  • Las partículas beta son electrones, se consideran que tienen una masa insignificante y tienen una sola carga negativa. Serán atraídos hacia una carga positiva en un campo eléctrico. El símbolo atómico de una partícula beta es${\ displaystyle {} _ {-1} ^ {0}\ beta}$, o a veces${\ displaystyle {} _ {-1} ^ {0} e}$. Las partículas beta tienen energía “intermedia” y normalmente requieren láminas delgadas de metal para el blindaje. Una partícula beta se forma en el núcleo cuando un neutrón “expulsa” su carga negativa (la partícula beta) dejando atrás un protón. Cuando un elemento expulsa una partícula beta, la identidad del elemento cambia al siguiente número atómico más alto, pero el número de masa no cambia.
  • Las partículas gamma (rayos gamma) son fotones de alta energía. No tienen masa y pueden ser bastante enérgicos, requiriendo blindaje grueso.
  • Los positrones son antielectrones, se consideran que tienen una masa insignificante y tienen una sola carga positiva. Serán atraídos hacia una carga negativa en un campo eléctrico. El símbolo atómico para un positrón es símbolo${\ displaystyle {} _ {+1} ^ {0}\ beta}$. Los positrones tienen energía “intermedia” y normalmente requieren láminas delgadas de metal para el blindaje. Un positrón se forma en el núcleo cuando un protón “expulsa” su carga positiva (el positrón) dejando atrás un neutrón. Cuando un elemento expulsa un positrón, la identidad del elemento cambia al siguiente número atómico inferior, pero el número de masa no cambia.
• En una ecuación nuclear, se muestran elementos y partículas subatómicas unidas por una flecha de reacción. Cuando se equilibra una ecuación nuclear, las sumas de los números de masa y los números atómicos de cada lado deben ser las mismas.
• Los elementos radiactivos se descomponen a velocidades constantes y únicas para cada elemento. La velocidad a la que se descompone un elemento radiactivo se mide por su vida media; el tiempo que tarda la mitad de los átomos radiactivos en descomponerse, emitiendo una partícula y formando un nuevo elemento. La cantidad de un elemento original que queda después de n semividas se puede calcular usando la ecuación:\[R=I\left ( \frac{1}{2} \right )^{n} \nonumber \] where I represents the initial mass of the element and R represents the mass remaining.
• In nuclear fission, a nucleus captures a neutron to form an unstable intermediate nucleus, which then splits (undergoes fission) to give nuclei corresponding to lighter elements. Typically, neutrons are also ejected in the process. For heavy isotopes, the process of fission also releases a significant amount of energy. A nuclear equation for a classical fission reaction is shown below: \[_{92}^{235}U+_{0}^{1}n\rightarrow _{56}^{141}Ba+_{36}^{92}Kr+3_{0}^{1}n \nonumber \]
• In nuclear fusion, nuclei combine to form a new element. For light isotopes, the process of fusion also releases a significant amount of energy. A nuclear equation for the fusion cascade that typically occurs in stars the size of our sun is shown below:

\[2_{1}^{1}\rho \rightarrow _{+1}^{0}\beta +_{2}^{3}He \nonumber \]

\[2_{2}^{3}He \rightarrow 2_{1}^{1}\rho +_{2}^{4}He \nonumber \]