24.2: Procesos de desintegración nuclear
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La irradiación de alimentos es un tema sensible para muchas personas. La práctica consiste en exponer los alimentos a radiación ionizante con el fin de matar bacterias dañinas (como la salmonela) que causan enfermedades. El alimento es esencialmente inalterado y no pierde ningún valor nutritivo. Los parásitos y las plagas de insectos son fácilmente destruidos por este proceso, mientras que las bacterias tardan más en matarse. Los virus no se ven afectados por el tratamiento de radiación. Pero no te preocupes—la comida no es radiactiva, y no brillarás en la oscuridad si la comes.
Procesos de desintegración nuclear
La desintegración radiactiva implica la emisión de una partícula y/o energía a medida que un átomo cambia a otro. En la mayoría de los casos, el átomo cambia su identidad para convertirse en un nuevo elemento. Hay cuatro tipos diferentes de emisiones que ocurren.
Emisión Alfa
La \(\left( \alpha \right)\)desintegración alfa implica la liberación de iones de helio desde el núcleo de un átomo. Este ion consta de dos protones y dos neutrones y tiene una\(2+\) carga. La liberación de una\(\alpha\) -partícula produce un nuevo átomo que tiene un número atómico dos menor que el átomo original y un peso atómico que es cuatro menos. Una reacción típica de desintegración alfa es la conversión de uranio-238 en torio:
\[\ce{^{238}_{92}U} \rightarrow \ce{^{234}_{90}Th} + \ce{^4_2 \alpha}^+\nonumber \]
Se observa una disminución de dos en el número atómico (uranio a torio) y una disminución de cuatro en el peso atómico (238 a 234). Por lo general, la emisión no se escribe con número atómico y peso indicado ya que es una partícula común cuyas propiedades deben ser memorizadas. Muy a menudo la emisión alfa va acompañada de\(\left( \gamma \right)\) radiación gamma, una forma de liberación de energía. Muchos de los elementos más grandes de la tabla periódica son emisores alfa.
Emisión Beta
La\(\left( \beta \right)\) desintegración beta es un proceso más complicado. A diferencia de la\(\alpha\) -emisión, que simplemente expulsa una partícula, la\(\beta\) -emisión implica la transformación de un neutrón en el núcleo en un protón y un electrón. El electrón es entonces expulsado del núcleo. En el proceso, el número atómico aumenta en uno mientras que el peso atómico permanece igual. Como es el caso de\(\alpha\) -emisiones,\(\beta\) -las emisiones suelen ir acompañadas de\(\gamma\) -radiación.
Un proceso típico de desintegración beta involucra carbono-14, a menudo utilizado en radiactivos. La reacción forma nitrógeno-14 y un electrón:
\[\ce{^{14}_6C} \rightarrow \ce{^{14}_7N} + \ce{^0_{-1}e}\nonumber \]
Nuevamente, la emisión beta suele ser indicada simplemente por la letra griega\(\beta\); la memorización del proceso es necesaria para seguir cálculos nucleares en los que la letra griega\(\beta\) aparece sin más notación.
Emisión de positrones
Un positrón es un electrón positivo (una forma de antimateria). Este raro tipo de emisión ocurre cuando un protón se convierte en un neutrón y un positrón en el núcleo, con eyección del positrón. El número atómico disminuirá en uno, mientras que el peso atómico no cambia. Un positrón a menudo es designado por\(\beta^+\).
Carbon-11 emite un positrón para convertirse en boro-11:
\[\ce{^{11}_6C} \rightarrow \ce{^{11}_5B} + \ce{^0_{+1} \beta}\nonumber \]
Captura de electrones
Una forma alternativa para que un nucleido aumente su relación de neutrones a protones es mediante un fenómeno llamado captura de electrones. En la captura de electrones, un electrón de un orbital interno es capturado por el núcleo del átomo, y combinado con un protón para formar un neutrón. Por ejemplo, la plata-106 se somete a captura de electrones para convertirse en paladio-106.
\[\ce{^{106}_{47}Ag} + \ce{^0_{-1}e} \rightarrow \ce{^{106}_{46}Pd}\nonumber \]
Tenga en cuenta que el resultado general de la captura de electrones es idéntico a la emisión de positrones. El número atómico disminuye en uno mientras que el número de masa sigue siendo el mismo.
Emisión Gamma
\(\left( \gamma \right)\)La radiación gamma es simplemente energía. Puede ser liberado por sí mismo o, más comúnmente, en asociación con otros eventos de radiación. No hay cambio de número atómico o peso atómico en una simple\(\gamma\) -emisión. A menudo, un isótopo puede producir\(\gamma\) radiación como resultado de una transición en un isótopo metaestable. Este tipo de isótopo puede simplemente “asentarse”, con un desplazamiento de partículas en el núcleo. La composición del átomo no se altera, pero el núcleo podría considerarse más “cómodo” después del desplazamiento. Este cambio aumenta la estabilidad del isótopo desde el isótopo energéticamente inestable (o “metaestable”) a una forma más estable del núcleo.
Resumen
- La desintegración radiactiva implica la emisión de una partícula y/o energía a medida que un átomo cambia a otro.
- La\(\left( \alpha \right)\) desintegración alfa implica la liberación de iones de helio desde el núcleo de un átomo.
- La\(\left( \beta \right)\) desintegración beta implica la transformación de un neutrón en el núcleo en un protón y un electrón.
- Un positrón es un electrón positivo (una forma de antimateria). Este raro tipo de emisión ocurre cuando un protón se convierte en un neutrón y un positrón en el núcleo, con eyección del positrón.
- \(\left( \gamma \right)\)La radiación gamma es simplemente energía. Puede ser liberado por sí mismo o, más comúnmente, en asociación con otros eventos de radiación.