Nuclear

1
Nuclear
2
Preguntas rectoras
Es la radiación peligrosa? Es la energía
atómica una buena opción? Qué es la energía
nuclear? Son la energía nuclear y las bombas
nucleares peligrosas?
3
La energía del núcleo
Bravo - 15.000 kilotons
4
Desarrollo del átomo
5
Nuclear
Repaso - Fondo Radiación nuclear Fisión Centrales
nucleares Vida Media Serie de decaimiento Fusión
6
Términos Claves
decaimiento alfa partículas alfa transmutación
artificial radiación de fondo decaimiento
beta partícula beta reacción en cadena palancas
de mando masa crítica curie desintegraciones por
segundo decaimiento gamma Contador de Geiger Vida
Media radiación de ionización irradiado isótopo
asesor radiactividad natural ecuación
nuclear fisión nuclear fusión nuclear núclido plas
ma positrones rad radioisótopo rem roentgen trazal
íneas transmutación Radiografías
7
Repaso - Fondo
8
Radiactividad
Mucha de nuestra comprensión de la estructura
atómica vino de estudios de elementos radiactivos.
Radiactividad
El proceso por el cual los átomos emiten
espontáneo partículas o rayos de la alta energía
de su núcleo.
Primero observado por Enrique Becquerel en 1896
9
Historia En el lado humano

• 1834 Michael Faraday - experimentos de la
  electrólisis
• sugirieron naturaleza eléctrica de
  la materia
• 1895 roentgen de Wilhelm descubrió las
  radiografías cuando  los rayos catódicos chocan
  con el ánodo
• Enrique 1896 Becquerel descubrió los rayos
  uránicos y  
• la radiactividad
• Marie 1896 (Marya Sklodowska) y curie de Pedro -
• descubrió que la radiación es una característica
  del 
• átomo, y no es debido a una reacción
  química. 
• (Marie nombró esta característica la
  radioactividad.)
• José 1897 J. Thomson - descubrió el electrón
• con experimentos del tubo de Crookes
• Curie de Marie 1898 y de Piere - descubrió
• los elementos radiactivos polonio y radio
• Rutherford 1899 de Ernesto - descubrió las
  partículas alfa y beta   
• Paul 1900 Villard - descubrió los rayos gama
• Rutherford 1903 y Frederick de Ernesto Soddy -   
  
• establecieron las leyes del
  decaimiento radiactivo y
• transformación

El Rutherford 1919 de Ernesto - anunció la
primera transmutación artificial de
átomos James 1932 Chadwick - descubrió el neutrón
por el bombardeo de la partícula
alfa del berilio Frederick 1934 Joliet y curie de
Irene Joliet - produjeron el primer
radioisótopo artificial Otto 1938 Hahn, Fritz
Strassmann, Lise Meitner, y Otto
Frisch descubrieron la fisión nuclear de
uranio-235 por el bombardeo del
neutrón Edwin 1940 M McMillan y Philip Abelson -
descubrió el primer elemento
transuránico, neptunio, por la
irradiación de neutrón del uranio en un
ciclotrón Glenn 1941 T. Seaborg, Edwin M.
McMillan, José W. Kennedy y Arturo
C. Wahl anunciaron el
descubrimiento del plutonio de la emisión de
partícula beta de neptunio Enrique 1942 Fermi -
produjo la primera reacción en cadena de la
fisión nuclear Glenn 1944 T.
Seaborg- propuso un nuevo formato para
la tabla periódica para demostrar que una
nueva serie de actinida de 14 elementos caería
abajo y sería análoga a los 14
elementos de la serie-lantánido. Murray 1964
Gell-Mann presumió que los quarks son
las partículas fundamentales que componen todas
las partículas subatómicas conocidas excepto los
leptons.
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Diagrama de nivel de energía
Litio
6s               6p                               
  5d                                           4f
Modelo de Bohr
  5s 5p 4d
4s 4p 3d
   Escala arbitraria de la energía
3s 3p
N
2s 2p
1s
Configuración del electrón
Li 1s22s1
NÚCLEO
H él La del FE de AR F del Al de Li C N
PULSA EL ELEMENTO PARA COMPLETAR LAS TABLAS
11
Un átomo del litio emocionado
Átomo de Li emocionado
Energía
Fotón de luz roja emitido
Átomo de Li en estado bajo de energía
Zumdahl, Zumdahl, DeCoste, mundo de la química
2002, página 326
12
Ondas
l de la onda larga
Amplitud
Baja frecuencia
l onda corta
Amplitud
Alta frecuencia
13
Un tubo catódico
Zumdahl, Zumdahl, DeCoste, mundo de la química
2002, página 58
14
Un tubo catódico
Zumdahl, Zumdahl, DeCoste, mundo de la química
2002, página 58
PAPEL
15
Interpretación de Desviaciones Observadas
.
rayo de alfa partículas
undeflected partículas
.
.
partícula desviada
Dorin, Demmin, Gabel, química el estudio de la
materia, 3rd Edition, 1990, página 120
16
Aparato de Rutherford
rayo de partículas alfa
sustancia radiactiva
pantalla fluorescente circular - ZnS cubierto
hoja de oro
Dorin, Demmin, Gabel, química el estudio de la
materia, 3rd Edition, 1990, página 120
17
Fotón

• En 1905, Einstein postuló que la luz fue
  compuesta de partículas de la energía discreta
• E hf
• Él llamó estos FOTONES de las partículas
• Él también sugirió que en el efecto fotoeléctrico
  cada uno el solo fotón da para arriba toda su
  energía a un solo electrón
• Él sugirió que el electrón fuera expulsado
  inmediatamente
• El aumento de la intensidad de la luz aumenta el
  número de los electrones pero no de la energía de
  los electrones

18
Efecto fotoeléctrico
Fotones de luz
Célula fotoeléctrica
Los electrones son explusados de la superficie
Metal del sodio
19
Efecto fotoeléctrico
Luz
Electrón
Núcleo
Metal

• Cuando la luz pega una superficie de metal, se
  expulsan los electrones.

20
Efecto fotoeléctrico
Más luz
Electrón
Electrón
Núcleo
Metal

• Si se ha alcanzado la frecuencia del umbral,
  aumentar la intensidad aumenta solamente el
  número de los electrones expulsados.

21
Efecto fotoeléctrico
Luz de frecuencia más alta
Electrón más rápidp
Núcleo
Metal

• Si se aumenta la frecuencia, los electrones
  expulsados viajarán más rápidamente.

22
Efecto fotoeléctrico
Más arriba frecuencia luz
Más rápidamente electrón
Núcleo
Metal

• Si se aumenta la frecuencia, los electrones
  expulsados viajará más rápidamente.

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Fuerza fuerte contra fuerza débil
Fuerza débil atracciones electrostáticas entre
los protones y los electrones en átomos
e.g. vinculación covalente, vinculación iónica,
vinculación del hidrógeno
Fuerza fuerte fuerza que mantiene el núcleo
unido. 
es decir. El núcleo contiene los protones que se
rechazan naturalmente. La fuerza fuerte mantiene
el núcleo unido.         Cuando el núcleo está
partido, la energía lanzada es        la energía
de la fueza fuerte.
24
Radiación nuclear
?
RADIOACTIVO
25
Absorción de Radiación
Zumdahl, Zumdahl, DeCoste, mundo de la química
2002, página 625
26
Absorción de la radiación
Timberlake, química 7th Edición, página 84
27
Exposición de radiación típica por persona por año en los Estados Unidos Exposición de radiación típica por persona por año en los Estados Unidos Exposición de radiación típica por persona por año en los Estados Unidos Exposición de radiación típica por persona por año en los Estados Unidos
Fuente Radiación Fuente Radiación
atmósfera en el nivel del mar mrem 26 radiografía dental 1 mrem
tierra mrem 30 radiografía del pecho mrem 6
alimentos mrem 20 Radiografía de la cadera mrem 65
viaje aéreo sobre 1.800 m mrem 4 tomografía computarizada mrem 110
emplazamiento de la obra mrem 7 central nuclear cercano 0.02 mrem
Radiografía del brazo o de la pierna 1 mrem Uso de la TV y de la computadora mrem 2
Añade 3 mrem por cada 300 m de la elevación
Packard, Jacobs, Marshall, globo del AGS de
Pearson de la química, página 341
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Contador Geiger
Ionización del gas ocurre a través de la pista
de la radiación
(-)
El altavoz da  tecleo para cada partícula
()
Tubo del metal (cargado negativamente)
e

e

Ventana
e


e
Los e- libres se atraen a electrodo (),
terminando el circuito y generando  una
corriente. Entonces el Contador Geiger traslade
la lectura actual a una medida de radiactividad.

Átomos o moléculas del gas
alambre de lectrodo central (cargado
positivamente)
Wilbraham, Staley, Matta, barquero, química,
2002, página 857
29
Contador Geiger-Muller
Zumdahl, Zumdahl, DeCoste, mundo de la química
2002, página 614
30
Detector del rayo cósmico
31
Rayos alfa, beta, gama
Bloque de plomo
rayos b
 (carga negativa)
La ranura alineante
 (ninguna carga)
rayos g
rayos a
Sustancia Radiactiva
 (carga positiva)
Placa Fotográfica
Placas Cargadas eléctricamente
(pantalla detectanda)
Animación de Raymond Chang Todos los derechos
reservados
32
Tipos de radiación
Tipo Símbolo Carga Masa (amu)
Partícula alfa 2 4.015062
Partícula beta 1 0.0005486
Positrón  1 0.0005486
Rayo gama 0 0
33
Características de una cierta radiación de
ionización
Características de algunas radiaciones ionizantes
característica radiación alfa radiación beta
Radiación gamma      
radiación electromagnética de alta energía
Partícula alfa (núcleo del helio)
Partícula beta (electrón)
Composición
b, e
a, He-4
g
Símbolo
1
Carga
2
0
4
1/1837
0
Masa (amu)
carbono-14
Fuente común
Radio-226
Cobalto-60
0.05 a 1 MeV
Energía Aproximada
5 MeV
1 MeV
moderado (4 milímetros de tejido del cuerpo)
Poder penetrante
Bajo (0.05 milímetros de tejido del cuerpo)
Muy alto (penetra cuerpo fácilmente)
Hoja de metal
escudo
Papel, ropa
Plomo, concreto (escudos incompletos)
(1 MeV 1.60 x 1013 J)
34
Reacciones nucleares
ecuaciones nucleares muestran cómo los átomos
decaen.
Similares a las ecuaciones químicas.
- debe todavía balancear la masa y la carga.
diferentes de ecuaciones químicas porque
- podemos cambiar los elementos.
transmutación
- el tipo de isótopo es importante.
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Se da a un paciente el yodo radiactivo para
analizar la función de la tiroides. Qué sucede
al yodo?
Tiroides glándula
Esta ecuación está balanceada?
Debes ver si la masa y la carga son iguales en
ambos lados.
Sí - está balanceada
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Descubrimiento del neutrón

James Chadwick bombardeó el berilio-9 con las
partículas alfa, los átomos carbon-12 fueron
formados, y los neutrones fueron emitidos.
Dorin, Demmin, Gabel, química el estudio de la
3ro edición de la materia, página 764
37
Nuevo isótopo radiactivo

Partícula bombardeante
isótopo estable
Nuevo Isótopo radiactivo
neutrón
Timberlake, química 7th Edición, página 92
38
Nuevo isótopo radiactivo
neutrones
protones

bombardeo partícula
estable isótopo
nuevo isótopo radiactivo
neutrón
Timberlake, química 7th Edición, página 92
39
Decaimiento alfa
partícula alfa
isótopo radiactivo
neutrón protón
Timberlake, química 7th Edición, página 87
40
Decaimiento alfa
partícula alfa
isótopo radiactivo
radiación
nuevo isótopo
neutrón
protón
Timberlake, química 7th Edición, página 87
41
Decaimiento alfa en el detector de humos
Np-237
Am-241
Partícula Alfa
El decaimiento alfa de  241Am (americio-241) para
formar 237NP (neptunio-237)
Circuito de medición adentro del Compartimiento
de detección
42
Circuito de medición en compartimiento de la
detección
43
Decaimiento beta

Neutrón (del núcleo del átomo)
Protón y partícula beta (un neutrón puede ser
convertido en un protón y un electrón)
isótopo radiactivo de carbono
partícula beta
radiación
nuevo isótopo
neutrón
protón

Timberlake, química 7th Edición, página 90
44
Decaimiento beta
isótopo radiactivo de carbono
partícula beta
radiación
nuevo isótopo
neutrón
protón
Timberlake, química 7th Edición, página 90
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Emisión alfa y beta
46
Emisión alfa y beta