11: Química Nuclear

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La mayoría de los químicos prestan poca atención al núcleo de un átomo excepto para considerar el número de protones que contiene porque eso determina la identidad de un elemento. Sin embargo, en la química nuclear, la composición del núcleo y los cambios que allí se producen son muy importantes. Las aplicaciones de la química nuclear pueden estar más extendidas de lo que te das cuenta. Mucha gente conoce las centrales nucleares y las bombas nucleares, pero la química nuclear también tiene aplicaciones que van desde los detectores de humo hasta la medicina, desde la esterilización de alimentos hasta el análisis de artefactos antiguos. En este capítulo, examinaremos algunos de los conceptos básicos de la química nuclear y algunas de las reacciones nucleares que son importantes en nuestra vida cotidiana.

11.1: Reacciones nucleares
Las reacciones nucleares son muy diferentes de las reacciones químicas. En las reacciones químicas, los átomos se vuelven más estables al participar en una transferencia de electrones o al compartir electrones con otros átomos. En las reacciones nucleares, es el núcleo del átomo el que gana estabilidad al sufrir algún cambio de algún tipo. Las energías que se liberan en las reacciones nucleares son muchos órdenes de magnitud mayores que las energías involucradas en las reacciones químicas.
11.2: El descubrimiento y la naturaleza de la radiactividad
En 1896, Henri Becquerel encontró que un compuesto de uranio colocado cerca de una placa fotográfica hacía una imagen en la placa y razonó que el compuesto estaba emitiendo algún tipo de radiación. Investigaciones posteriores mostraron que la radiación era una combinación de partículas y rayos electromagnéticos, con su fuente última como núcleo atómico. Estas emanaciones se denominaron en última instancia, colectivamente, radiactividad. Los principales tipos de radiactividad incluyen partículas alfa, partículas beta y rayos gamma.
11.3: Isótopos estables e inestables
En las reacciones nucleares, es el núcleo del átomo el que gana estabilidad al sufrir algún cambio de algún tipo. Un radioisótopo es un isótopo de un elemento que es inestable y sufre desintegración radiactiva. Las energías que se liberan en las reacciones nucleares son muchos órdenes de magnitud mayores que las energías involucradas en las reacciones químicas. A diferencia de las reacciones químicas, las reacciones nucleares no se ven notablemente afectadas por los cambios en las condiciones ambientales, como la temperatura o la presión.
11.4: Desintegración nuclear
Los núcleos inestables emiten espontáneamente radiación en forma de partículas y energía. Esto generalmente cambia el número de protones y/o neutrones en el núcleo, resultando en un nucleido más estable. Un tipo de reacción nuclear es la desintegración radiactiva, una reacción en la que un núcleo se desintegra espontáneamente en un núcleo ligeramente más ligero, acompañado de la emisión de partículas, energía, o ambos.
11.5: Semivida radiactiva
Los procesos radiactivos naturales se caracterizan por una vida media, el tiempo que tarda la mitad del material en descomponerse radiactivamente. La cantidad de material sobrante después de un cierto número de vidas medias se puede calcular fácilmente.
11.6: Radiación ionizante
Los efectos de la radiación sobre la materia están determinados principalmente por la energía de la radiación. La radiación no ionizante es relativamente baja en energía; cuando choca con un átomo en una molécula o un ion, la mayor parte o la totalidad de su energía puede ser absorbida sin causar un cambio estructural o químico. En contraste, la radiación ionizante es mayor en energía, y parte de su energía puede transferirse a uno o más átomos con los que colisiona a medida que pasa a través de la materia.
11.7: Detectar y medir la radiación
Anteriormente se utilizó masa para indicar la cantidad de sustancia radiactiva presente. Sin embargo, esta es sólo una de varias unidades utilizadas para expresar cantidades de radiación. Algunas unidades describen el número de eventos radiactivos que ocurren por unidad de tiempo, mientras que otras expresan la cantidad de exposición de una persona a la radiación.
11.8: Transmutación Artificial
Si bien la conversión de un elemento a otro es la base de la desintegración radiactiva natural, también es posible convertir un elemento en otro artificialmente. La conversión de un elemento a otro es el proceso de transmutación.
11.9: Fsión nuclear y fusión nuclear
La energía nuclear proviene de pequeños cambios de masa en los núcleos a medida que ocurren los procesos radiactivos. En la fisión, los núcleos grandes se rompen y liberan energía; en la fusión, los núcleos pequeños se fusionan y liberan energía.