Radiactividad – Definición, Leyes, Ocurrencia, Aplicaciones

Un núcleo es el centro cargado positivamente de un átomo formado por protones y neutrones en química. El «núcleo atómico» es otro nombre para él. La palabra “núcleo” se deriva del núcleo latino, que es un derivado de la palabra nux, que significa nuez o grano.

¿Qué es la radiactividad?

La capacidad de ciertas formas de materia para emitir energía y partículas subatómicas de forma espontánea se conoce como radiactividad. Es esencialmente una propiedad de los núcleos atómicos individuales. 

Un núcleo inestable se disolverá espontáneamente, o se descompondrá, en una estructura más estable, pero solo de unas pocas formas precisas, como generar partículas específicas o energía electromagnética. Varios elementos naturales, así como los isótopos de los elementos fabricados artificialmente, tienen como característica la desintegración radiactiva. La vida media de un elemento radiactivo es la cantidad de tiempo que tarda en desintegrarse la mitad de cualquier cantidad dada del isótopo. 

Algunos núcleos tienen vidas medias de más de 1024 años, mientras que otros tienen vidas medias de menos de 1023 segundos. El hijo del isótopo padre, el resultado de la desintegración radiactiva, puede ser inestable, en cuyo caso también decaerá. El proceso continúa hasta que se forma un nucleido estable.

Leyes de la Radiactividad

• La descomposición del núcleo produce radiactividad.
• La temperatura y la presión no tienen efecto sobre la tasa de desintegración del núcleo.
• La regla de conservación de la carga rige la radiactividad.
• El núcleo de la descendencia tiene propiedades físicas y químicas distintas a las del núcleo de la madre.
• Las partículas alfa, beta y gamma siempre están presentes cuando la radiactividad emite energía.
• La cantidad de átomos presentes en ese momento determina la velocidad de descomposición de los compuestos radiactivos.

Desintegración alfa

La desintegración alfa es un tipo de desintegración radiactiva en la que los núcleos atómicos inestables emiten un núcleo de helio (partícula alfa) y se transforman en un elemento más estable en el proceso. La partícula alfa, que fue expulsada, está formada por cuatro nucleones: dos neutrones y dos protones. 

La proporción de protones a neutrones en el núcleo principal se reduce por la radiación alfa, lo que da como resultado una estructura más estable. El núcleo de un átomo de helio es idéntico a una partícula alfa. Ernest Rutherford, quien empleó partículas alfa en su experimento de dispersión de láminas de oro, realizó las primeras observaciones e investigaciones de la descomposición alfa. 

El número atómico de la muestra radiactiva cambia a medida que la partícula alfa, que se compone de dos protones y un neutrón, sale del núcleo. Después de la desintegración alfa, el elemento que queda tiene dos números atómicos y cuatro números de masa más pequeños. Por ejemplo, el uranio ²³⁵ ₉₂ se desintegra para formar torio ²³¹ ₉₀ .

Ocurrencia de desintegración alfa

Solo los componentes más masivos sufren desintegración alfa. El núcleo del elemento debe ser lo suficientemente grande o lo suficientemente inestable para sufrir modificaciones espontáneas similares a las de la fisión. En tales elementos, es el tipo de degradación más común. Las partículas alfa que se emiten desde el núcleo tienen un nivel de energía de aproximadamente 5 MeV y una velocidad de alrededor del 5% de la luz. Debido a que las partículas alfa carecen de electrones, tienen una carga de +2. Una partícula alfa reacciona violentamente con su entorno debido a su carga y masa pesada, perdiendo rápidamente toda su energía. Unas pocas pulgadas de aire pueden detener su movimiento hacia adelante.

Este tipo de desintegración radiactiva reacciona más agresivamente con el cuerpo humano debido a su pesadez y carga. Tienen un fuerte poder ionizante, lo que les permite causar estragos en los tejidos. El cuerpo de la víctima desarrolla ampollas y quemaduras como resultado de una sobredosis de radiación alfa.

Aplicaciones de la radiactividad

• El emisor alfa americio-241 se utiliza en detectores de humo domésticos en los Estados Unidos.
• Las partículas alfa emitidas por la muestra de americio ionizan el aire en la cámara del detector de humo, provocando que fluya una pequeña corriente.
• Cuando el humo ingresa a la cámara, produce una caída de corriente, lo que activa la alarma. Aunque las partículas alfa tienen un rango muy bajo, son extremadamente letales cuando entran en contacto entre sí.
• Cuando se comen, los emisores alfa entran en contacto íntimo con el tejido y son letales en tales situaciones, por lo que se emplean en intentos de asesinato mediante envenenamiento por radiación.

Ventajas y desventajas de la radiactividad

Las ventajas de la radiactividad son:

• Los rayos gamma se emplean en radioterapia para eliminar las células malignas.
• El cobalto-60 se usa para matar las células que causan cáncer.
• Las regiones interiores del cuerpo se escanean con rayos gamma.
• Los rayos gamma matan las bacterias en los alimentos y prolongan su vida útil al evitar el deterioro.
• La edad de las rocas se puede determinar utilizando radiaciones radiactivas y la cantidad de argón presente en la roca.

Las desventajas de la radiactividad son:

• Los efectos de una dosis alta de radiación radiactiva en el cuerpo pueden ser fatales.
• El costo de los isótopos radiactivos es alto.

Problemas de muestra 

Problema 1: ¿Escriba la reacción de descomposición alfa para Cf−246?

Solución:

El átomo de helio, con número atómico 2 y número de masa atómica 4, se pierde por el átomo radiactivo. El átomo radiactivo se transfiere a un átomo con un número atómico de dos dígitos y una masa atómica de cuatro dígitos.

La ecuación desequilibrada,

²⁴⁶ ₉₈ Cf → ⁴ ₂ He + X

El superíndice de X es:
246−4 = 242

El subíndice de X es:
98−2 = 96

Por lo tanto, la X tiene el número atómico 96.

El elemento de número atómico 96 es el curio (Cm).

Entonces, la ecuación de decaimiento alfa para Cf -246 es:

²⁴⁶ ₉₈ Cf → ²⁴² ₉₆ Cm + ⁴ ₂ He

Problema 2: ¿Cuáles son los usos de la radiactividad?

Solución: 

• Los detectores de humo en el hogar están hechos de este material.
• Esterilización de instrumental médico.
• Es una herramienta que se utiliza para diagnosticar y curar dolencias.
• Se utiliza para generar electricidad.

Problema 3: ¿Cuáles son las unidades de radiactividad? 

Solución:

Curie y Rutherford son las unidades de radiactividad.

1C = 3.7 × 10 ⁴ Rd es la relación entre Curie y Rutherford.

Problema 4: ¿Qué elementos pueden sufrir desintegración alfa?

Solución:

La descomposición alfa puede ocurrir en cualquier elemento más pesado que el plomo. Los elementos más ligeros, por otro lado, no muestran signos de desintegración radiactiva. La descomposición alfa es un fenómeno típico en elementos más pesados ​​que el bismuto, que tiene un número atómico de 83. La descomposición alfa también se puede ver en elementos de tierras raras como el neodimio, que tiene un número atómico de 60, y el lutecio, que tiene un número atómico. de 71.

Problema 5: Un núcleo de uranio estacionario dispersa una partícula α con una energía de 5 MeV a través de 180°. ¿Cuál es el orden de la distancia de máxima aproximación? 

Solución

Distancia del armario aprox:−

r ₀ = ze 2e/4π∈ ₀ mi

KE=PE

1/2mv ² = 1/4π∈ ₀  x q1q2/r

r = 9×10 ⁹ ×2×92×(1,6×10 ⁻¹⁹ ) ² /5×10 ⁶ ×1,6×10 ⁻¹⁹

= 5,3 × ^10−14m

≈10 ^−12cm _