Historia de la Radiactividad

Descubrimientos Clave

• 1895: Wilhelm Conrad Röntgen descubre los rayos X.
• 1896: Henri Becquerel descubre la radiactividad, observando que el uranio emitía radiaciones con propiedades similares a los rayos X. Estas emisiones se clasificaron en tres tipos.
• 1896: J.J. Thomson descubre el electrón.
• 1897: Marie y Pierre Curie descubren el radio y el polonio, dos nuevos elementos radiactivos.
• 1902: Ernest Rutherford demuestra que la radiactividad genera transformaciones espontáneas de los elementos.
• 1911: Marie Curie aísla el radio puro y determina su masa atómica.
• 1934: Frédéric e Irène Joliot-Curie obtienen el primer isótopo radiactivo artificial bombardeando aluminio con partículas alfa, transformándolo en fósforo radiactivo.
• 1939: Otto Hahn y Fritz Strassmann descubren la fisión nuclear bombardeando átomos de uranio con neutrones.
• 1942: Enrico Fermi logra la primera reacción nuclear en cadena controlada en un reactor atómico.

Reacciones Químicas vs. Reacciones Nucleares

En las reacciones químicas, los átomos se reordenan mediante la ruptura y formación de enlaces químicos, donde solo participan los electrones. Estas reacciones liberan pequeñas cantidades de energía y su velocidad se ve afectada por la temperatura, presión, concentración de reactantes y catalizadores.

En las reacciones nucleares, la constitución del núcleo atómico cambia, transformando un elemento en otro. Participan protones, neutrones, electrones y otras partículas elementales. Estas reacciones liberan grandes cantidades de energía y su velocidad no se ve afectada por la temperatura, presión o catalizadores.

Tipos de Reacciones Nucleares

• Naturales: Ocurren cuando un átomo inestable emite espontáneamente radiación.
• Artificiales: El núcleo se desestabiliza artificialmente mediante el impacto de partículas subatómicas.

Tipos de Emisión Radiactiva

• Emisión Alfa (α): Partículas con carga positiva (+2) y 4 unidades de masa atómica (núcleos de helio). Tienen bajo poder de penetración y alta capacidad ionizante. El elemento resultante tiene un número atómico 2 unidades menor y un número másico 4 unidades menor.
• Emisión Beta (β): Partículas con carga negativa (electrones de alta velocidad) y bajo poder de ionización. Se desvían en campos electromagnéticos y son más penetrantes que las partículas alfa. Resultan de la desintegración de un neutrón en el núcleo. El átomo resultante aumenta su número atómico en 1 unidad, pero mantiene su número másico. La emisión beta positiva (positrones) ocurre en núcleos con exceso de protones.
• Emisión Gamma (γ): Radiación electromagnética de alta energía y sin masa. Acompaña la transición de un isómero nuclear de mayor energía a uno de menor energía. No hay cambio en el número de protones ni neutrones, por lo tanto, no hay transmutación.

Estabilidad Nuclear

La estabilidad nuclear se define como el equilibrio entre las fuerzas de repulsión eléctrica de los protones y la fuerza nuclear fuerte atractiva entre protones y neutrones. En núcleos ligeros, la relación neutrones/protones es cercana a 1 para la estabilidad. En núcleos pesados, se requiere una mayor proporción de neutrones (hasta 1.56) para mantener la estabilidad debido a la repulsión entre protones.

Los núcleos inestables tienen un exceso de neutrones o protones y tienden a desintegrarse.

Vida Media

La vida media es el tiempo necesario para que la mitad de los átomos de un isótopo radiactivo se desintegren. Es independiente de la cantidad inicial de sustancia y está determinada por las propiedades del núcleo radiactivo.

Radiaciones Ionizantes y sus Aplicaciones

Las radiaciones ionizantes son ondas electromagnéticas o partículas con suficiente energía para arrancar electrones de los átomos. Incluyen la radiactividad, rayos X y partículas subatómicas. Pueden dañar los tejidos vivos y causar cáncer, pero también se utilizan en medicina (radioterapia) para destruir tumores.

La radiactividad natural proviene de la Tierra y la radiación cósmica. El radón, un gas radiactivo producto de la desintegración del uranio y el torio, puede causar cáncer de pulmón.

La radiactividad artificial se genera en pruebas médicas, tabaco y bombas atómicas.

Las aplicaciones de las radiaciones ionizantes incluyen: medicina, trazadores, análisis de fósiles, mejora de cultivos y erradicación de plagas.

Fisión y Fusión Nuclear

Tanto la fisión como la fusión nuclear generan núcleos más estables y liberan grandes cantidades de energía.

• Fisión: Un núcleo pesado (número másico > 200) se divide en núcleos más pequeños al ser bombardeado con neutrones, liberando energía y más neutrones. Estos neutrones pueden causar fisiones adicionales, creando una reacción en cadena.
• Fusión: Núcleos ligeros se combinan para formar núcleos más pesados, liberando enormes cantidades de energía. Este proceso ocurre en el Sol (hidrógeno fusionándose en helio). Las reacciones de fusión son termonucleares. Ventajas: combustibles abundantes y baratos, poco desperdicio radiactivo y alta seguridad.

Plasma

El plasma es un estado de la materia en el que un gas se compone de iones positivos y electrones libres.

Ejercicios y ejemplos

Se incluyen ejemplos de ejercicios y reacciones nucleares con sus soluciones. Se explican conceptos como la desintegración radiactiva, el cálculo de la vida media y la identificación de isótopos.