La Química Nuclear

Introducción

La Química Nuclear se dedica a los cambios
naturales y artificiales en los núcleos de los
átomos y a las reacciones químicas de las
sustancias radiactivas. La radiactividad natural es el ejemplo
más conocido de la química nuclear. Dentro de esta
se consideran los efectos de las emisiones radiactivas (alfa,
beta, y gamma) sobre las sustancias, incluyendo a los seres vivos
.El uso cada día más generalizado de los reactores
nucleares para la producción de electricidad hace de la
química nuclear una ciencia importante para todo
ciudadano.

QUÍMICA NUCLEAR

Es la ciencia que estudia las reacciones que ocurren
relacionadas al núcleo del átomo como las
radiaciones, fisiones y fusiones nucleares, entre otras similares
como los átomos inestables. Dentro de la química
nuclear también se encuentra el estudio de las radiaciones
como las alfa, beta y gamma.

Tipos de
emisiones

Los núcleos atómicos de una sustancia
radiactiva no son estables y se transmutan espontáneamente
en otros núcleos emitiendo partículas alfa, beta y
gamma.

Las partículas alfa son átomos de He
doblemente ionizados, es decir, que han perdido sus dos
electrones. Por tanto, tienen dos neutrones y dos protones. Es la
radiación característica de isótopos de
número atómico elevado, tales como los del uranio,
torio, radio, plutonio. Dada la elevada masa de estas
partículas y a que se emiten a gran velocidad por los
núcleos (su velocidad es del orden de 107m/s), al chocar
con la materia pierden gradualmente su energía ionizando
los átomos y se frenan muy rápidamente, por lo que
quedan detenidas con tan sólo unos cm de aire o unas
milésimas de mm de agua. En su interacción con el
cuerpo humano no son capaces de atravesar la piel. Así
pues, tienen poco poder de penetración siendo absorbidos
totalmente por una lámina de aluminio de 0.1 mm de espesor
o una simple hoja de papel.

Las partículas beta son electrones emitidos a
grandes velocidades próximas a la de la luz. Debido a la
menor masa que la radiación alfa, tienen más poder
de penetración que las partículas alfa siendo
absorbidas por una lámina de aluminio de 0.5 mm de espesor
y quedan frenadas en algunos m de aire, o por 1 cm de agua. En el
cuerpo humano, pueden llegar a traspasar la piel, pero no
sobrepasan el tejido subcutáneo. Los positrones son
partículas con masa despreciable y carga equivalente a la
de un protón.

Las partículas gamma son radiaciones
electromagnéticas de la misma naturaleza que los rayos X
pero de menor longitud de onda. Su poder de penetración es
muy elevado frente al de las partículas alfa o beta,
pudiendo atravesar el cuerpo humano. Quedan frenadas con
espesores de 1 m de hormigón o unos pocos cm de plomo, por
lo que cuando se utilizan fuentes radiactivas que emiten este
tipo de radiación, hay que utilizar blindajes
adecuados.

Reacciones
nucleares

Una reacción nuclear implica cambios de los
átomos de uno o dos elementos en uno o más
átomos de otro u otros elementos.

E = m c2

• Mediante técnicas muy precisas es posible
  determinar la masa de un núcleo atómico formado
  por una cantidad de neutrones ( que llamamos N) y otra
  cantidad de protones (que llamamos Z), es decir en total por
  A nucleones (A=N+Z). También se pueden medir la masa
  de un protón aislado y la de un neutrón
  aislado. La sorpresa es que la masa del núcleo resulta
  siempre menor que la suma de las masas de los nucleones que
  lo constituyen.

• Esto parece muy raro. En la vida cotidiana esto
  sería equivalente por ejemplo a mezclar un kilo de
  harina con medio kilo de manteca y que la pasta resultante
  pesara menos que un kilo y medio.

• La masa que falta en los núcleos
  atómicos cuando los formamos juntando todos los
  nucleones no ha desaparecido, sino que se ha transformado en
  energía, como lo establece la famosa relación
  de Einstein " E = mc2 ". Einstein dice, ¡y tiene
  razón!, que la energía de un cuerpo (E) es
  igual a su masa (m) multiplicada por la velocidad de la luz
  (c) al cuadrado. Cuando desaparece una cantidad de masa,
  aparece una cantidad equivalente de energía. En
  nuestra desaparición de masa al formar el
  núcleo, la energía que aparece es llamada
  energía de unión. Esa energía de
  unión actúa como un pegamento que une a los
  nucleones. Si quisiéramos separar (disociar) de vuelta
  todos los nucleones tendríamos que hacer fuerza a
  medida que los separamos, es decir tendríamos que
  hacer trabajo. El trabajo total que haríamos en ese
  caso sería igual a la energía de
  unión.

• La energía de unión por
  nucleón, es decir la energía de unión
  dividida por el número de nucleones (A), nos indica
  cuánta masa perdió en promedio cada
  nucleón presente en el núcleo, y nos da idea de
  cuán "pegados" están los nucleones entre
  sí. Cuanto más grande es la energía de
  unión por nucleón, más agarrados
  están unos a otros y más difícil es
  separarlos.

• No sabemos por qué esto es así, pero
  sabemos que la energía de unión por
  nucleón no es igual para todos los elementos: es
  pequeña para núcleos livianos (cerca del
  hidrógeno), se hace máxima para núcleos
  intermedios (cerca del hierro) y se vuelve a achicar para
  núcleos pesados (plomo, uranio). Esto indica que los
  núcleos más difíciles de disociar son
  justamente los núcleos medios, ya que su
  pérdida de masa por nucleón es la más
  grande.

• Toda transformación de núcleos que
  conduzca a la formación de núcleos intermedios
  producirá entonces energía. Por ejemplo, si
  lográramos partir un núcleo de plomo en dos,
  los dos núcleos resultantes serían intermedios
  y en el proceso se liberaría energía. Si
  lográramos juntar dos núcleos de azufre
  (livianos), también formaríamos un
  núcleo intermedio y también obtendríamos
  energía. En cambio deberíamos gastar mucha
  energía en producir azufre partiendo un núcleo
  intermedio o en producir plomo juntando dos núcleos
  intermedios.

• Estas transformaciones que pueden ocurrir en los
  núcleos de los átomos, y que consisten
  fundamentalmente en juntar o separar nucleones y/o grupos de
  nucleones se denominan reacciones nucleares. La
  energía liberada en las reacciones nucleares es la
  energía nuclear.

• A lo largo de millones y millones de siglos las
  reacciones nucleares se van produciendo naturalmente en el
  universo. A medida que se van formando núcleos
  intermedios es muy difícil que ellos se destruyan por
  otras reacciones nucleares, ya que es más fácil
  que ocurra una reacción que produzca energía
  que otra que necesite energía (como es más
  fácil bajar una escalera que subirla). Esto explica
  por qué las estrellas más viejas tienen mucho
  hierro.

Métodos
para detectar radiación

• Puesto que las emisiones de las sustancias
  radiactivas son invisibles, se han desarrollado diversos
  métodos indirectos para detectarlas. Se
  describirán cuatro de esos métodos. Todos ellos
  se basan en el hecho que en los átomos y
  moléculas afectadas por las radiaciones, ciertos
  electrones se desplazan a niveles energéticos mas
  altos.

• Métodos Fotográficos: El papel y la
  película fotográfica se han usado durante mucho
  tiempo en la detección de la radiactividad. Las
  emisiones afectan a la emulsión fotográfica de
  la misma manera que la luz visible. Despues de la
  exposición, el papel o película se revelan en
  la forma usual.

MÉTODO FLUORESCENTE:

• Muchas sustancias son capaces de absorber
  energía radiante de longitud de onda corta (por
  ejemplo, rayos gamma, X, y ultravioleta) o energía
  cinética departiculas de alta velocidad (alfa y beta)
  y transformarlas en energía radiante de una longitud
  de onda que esta situada en la región visible por el
  ojo humano.

CÁMARAS DE NIEBLA:

• Inventada en 1911 por el físico ingles C.T.R.
  Wilson, permite ver la trayectoria de una radiación
  ionizante en su paso atravez de un gas. Wilson produjo niebla
  artificial en el laboratorio saturando u cierto volumen de
  aire con vapor de agua y causando el enfriamiento de la
  humedad por medio de una rápida expansión . Si
  no están presentes iones, u otra partículas que
  sirvan como núcleos para condensar la niebla, el aire
  quedara sobre saturado de humedad. Wilson encontró que
  al colocar una sustancia radiactiva en el aire sobresaturado
  de una camara de niebla, de dicha sustancia emanaban
  líneas delgadas de niebla.

CONTADORES DE IONIZACIÓN DE
GASES:

• En un contador de ionización de gases una
  partícula ionizante pasa atravez de un gas entre dos
  electrodos cargados. Los iones formados en el gas son
  atraídos por los electrodos y producen pulsaciones en
  forma de un flojo de corriente.

USOS DE ISÓTOPOS RADIACTIVOS

• La primera utilización de los isótopos
  radiactivos con fines experimentales se realizó en
  Austria en 1913, justamente diez años despues de la
  concesión del Premio Nobel a Henry Becquerel y Marie
  Curie por el descubrimiento de la Radiactividad. Fue
  concretamente el físico George Charles de Hevery quien
  utilizó un isótopo de plomo (Pb-210) para
  estudiar la solubilidad del sulfato y cromato de
  plomo.

• Con el invento del ciclotrón a principios de
  la década de los treinta y el posterior desarrollo de
  los reactores nucleares en la década de los cincuenta
  comienza la fabricación industrial de isótopos
  radiactivos.

• Las aplicaciones de los isótopos radiactivos
  son múltiples y abarcan distintos campos como la
  industria, medicina e investigación.

EN CUALQUIERA DE ESTOS CAMPOS SE UTILIZAN LOS
ISÓTOPOS PARA MÚLTIPLES FUNCIONES TALES
COMO:

• Medida de caudales, prospecciones mineras, control
  de contaminación de aguas, elaboración de
  radiofármacos, estudios y análisis
  citológicos, investigación bioquímica,
  radiodiagnosis, tratamiento del cáncer, y otros muchos
  usos.

• Todas estas aplicaciones son muy beneficiosas para
  la humanidad, pero como cualquier otra actividad genera
  residuos que es necesario tratar y gestionar para preservar
  al hombre y al medio ambiente de las acciones perniciosas de
  las radiaciones.

• Gracias al uso de reactores nucleares hoy, en
  día es posible obtener importantes cantidades de
  material radiactivo a bajo costo. Es así como desde
  finales de los años 40, se produce una
  expansión en el empleo pacífico de diversos
  tipos de Isótopos Radiactivos en diversas áreas
  del quehacer científico y productivo del
  hombre.

ESTAS ÁREAS SE PUEDEN CLASIFICAR
EN:

AGRICULTURA Y ALIMENTACIÓN

a) CONTROL DE PLAGAS.

• Se sabe que algunos insectos pueden ser muy
  perjudiciales tanto para la calidad y productividad de cierto
  tipo de cosechas, como para la salud humana. En muchas
  regiones del planeta aún se les combate con la ayuda
  de gran variedad de productos químicos, muchos de
  ellos cuestionados o prohibidos por los efectos nocivos que
  producen en el organismo humano. Sin embargo, con la
  tecnología nuclear es posible aplicar la llamada
  "Técnica de los Insectos Estériles (TIE)", que
  consiste en suministrar altas emisiones de radiación
  ionizante a un cierto grupo de insectos machos mantenidos en
  laboratorio. Luego los machos estériles se dejan en
  libertad para facilitar su apareamiento con los insectos
  hembra. No se produce, por ende, la necesaria descendencia.
  De este modo, luego de sucesivas y rigurosas repeticiones del
  proceso, es posible controlar y disminuir su población
  en una determinada región geográfica. En Chile,
  se ha aplicado con éxito la técnica TIE para el
  control de la mosca de la fruta, lo que ha permitido la
  expansión de sus exportaciones
  agrícolas.

B) MUTACIONES.

• La irradiación aplicada a semillas,
  después de importantes y rigurosos estudios, permite
  cambiar la información genética de ciertas
  variedades de plantas y vegetales de consumo humano. El
  objetivo de la técnica, es la obtención de
  nuevas variedades de especies con características
  particulares que permitan el aumento de su resistencia y
  productividad.

C) CONSERVACIÓN DE ALIMENTOS.

• En el mundo mueren cada año miles de personas
  como producto del hambre, por lo tanto, cada vez existe mayor
  preocupación por procurar un adecuado almacenamiento y
  mantención de los alimentos. Las radiaciones son
  utilizadas en muchos países para aumentar el
  período de conservación de muchos alimentos. Es
  importante señalar, que la técnica de
  irradiación no genera efectos secundarios en la salud
  humana, siendo capaz de reducir en forma considerable el
  número de organismos y microorganismos
  patógenos presentes en variados alimentos de consumo
  masivo.

• La irradiación de alimentos es aplicada en
  Chile en una planta de irradiación
  multipropósito ubicada en el Centro de Estudios
  Nucleares Lo Aguirre, con una demanda que obliga a su
  funcionamiento ininterrumpido durante los 365 días del
  año.

HIDROLOGÍA

• Gracias al uso de las técnicas nucleares es
  posible desarrollar diversos estudios relacionados con
  recursos hídricos. En estudios de aguas superficiales
  es posible caracterizar y medir las corrientes de aguas
  lluvias y de nieve; caudales de ríos, fugas en
  embalses, lagos y canales y la dinámica de lagos y
  depósitos.

• En estudios de aguas subterráneas es posible
  medir los caudales de las napas, identificar el origen de las
  aguas subterráneas, su edad, velocidad,
  dirección, flujo, relación con aguas
  superficiales, conexiones entre acuíferos, porosidad y
  dispersión de acuíferos.

MEDICINA

• A) VACUNAS.

• Se han elaborado radiovacunas para combatir
  enfermedades parasitarias del ganado y que afectan la
  producción pecuaria en general. Los animales sometidos
  al tratamiento soportan durante un período más
  prolongado el peligro de reinfección siempre latente
  en su medio natural.

B) MEDICINA NUCLEAR.

• Se ha extendido con gran rapidez el uso de
  radiaciones y de radioisótopos en medicina como
  agentes terapéuticos y de
  diagnóstico.

• En el diagnóstico se utilizan
  radiofármacos para diversos estudios de:

• Tiroides.

• Hígado.

• Riñón.

• Metabolismo.

• Circulación sanguínea.

• Corazón.

• Pulmón.

• Trato gastrointestinales.

• En terapia médica con las técnicas
  nucleares se puede combatir ciertos tipos de cáncer.
  Con frecuencia se utilizan tratamientos en base a
  irradiaciones con rayos gamma provenientes de fuentes de
  Cobalto-60, así como también, esferas internas
  radiactivas, agujas e hilos de Cobalto radiactivo. Combinando
  el tratamiento con una adecuada y prematura detección
  del cáncer, se obtienen terapias con exitosos
  resultados.

c)RADIO INMUNOANÁLISIS.

• Se trata de un método y procedimiento de gran
  sensibilidad utilizado para realizar mediciones de hormonas,
  enzimas, virus de la hepatitis, ciertas proteínas del
  suero, fármacos y variadas sustancias.

• El procedimiento consiste en tomar muestras de
  sangre del paciente, donde con posterioridad se
  añadirá algún radioisótopo
  específico, el cual permite obtener mediciones de gran
  precisión respecto de hormonas y otras sustancias de
  interés.

D) RADIOFÁRMACOS.

• Se administra al paciente un cierto tipo de
  fármaco radiactivo que permite estudiar, mediante
  imágenes bidimensionales (centelleografía) o
  tridimensionales (tomografía), el estado de diversos
  órganos del cuerpo humano.

• De este modo se puede examinar el funcionamiento de
  la tiroides, el pulmón, el hígado y el
  riñón, así como el volumen y
  circulación sanguíneos. También, se
  utilizan radiofármacos como el Cromo – 51 para la
  exploración del bazo, el Selenio – 75 para el estudio
  del páncreas y el Cobalto – 57 para el
  diagnóstico de la anemia.

MEDIO AMBIENTE

• En esta área se utilizan técnicas
  nucleares para la detección y análisis de
  diversos contaminantes del medio ambiente. La técnica
  más conocida recibe el nombre de Análisis por
  Activación Neutrónica, basado en los trabajos
  desarrollados en 1936 por el científico húngaro
  J.G. Hevesy, Premio Nobel de Química en 1944. La
  técnica consiste en irradiar una muestra, de tal
  forma, de obtener a posteriori los espectros gamma que ella
  emite, para finalmente procesar la información con
  ayuda computacional. La información espectral
  identifica los elementos presentes en la muestra y las
  concentraciones de los mismos.

• Una serie de estudios se han podido aplicar a
  diversos problemas de contaminación como las causadas
  por el bióxido de azufre, las descargas gaseosas a
  nivel del suelo, en derrames de petróleo, en desechos
  agrícolas, en contaminación de aguas y en el
  smog generado por las ciudades.

INDUSTRIA E INVESTIGACIÓN

• A) TRAZADORES.

• Se elaboran sustancias radiactivas que son
  introducidas en un determinado proceso. Luego se detecta la
  trayectoria de la sustancia gracias a su emisión
  radiactiva, lo que permite investigar diversas variables
  propias del proceso. Entre otras variables, se puede
  determinar caudales de fluidos, filtraciones, velocidades en
  tuberías, dinámica del transporte de
  materiales, cambios de fase de líquido a gas,
  velocidad de desgaste de materiales, etc.

• B) INSTRUMENTACIÓN.

• Son instrumentos radioisótopicos que permiten
  realizar mediciones sin contacto físico directo. Se
  utilizan indicadores de nivel, de espesor o bien de
  densidad.

C)IMÁGENES.

• Es posible obtener imágenes de piezas con su
  estructura interna utilizando radiografías en base a
  rayos gamma o bien con un flujo de neutrones. Estas
  imágenes reciben el nombre de Gammagrafía y
  Neutrografía respectivamente, y son de gran utilidad
  en la industria como método no destructivo de control
  de calidad. Con estos métodos se puede comprobar la
  calidad en soldaduras estructurales, en piezas
  metálicas fundidas, en piezas cerámicas, para
  análisis de humedad en materiales de
  construcción, etc.

• C) DATACIÓN.

• Se emplean técnicas isotópicas para
  determinar la edad en formaciones geológicas y
  arqueológicas. Una de las técnicas utiliza el
  Carbono-14, que consiste en determinar la cantidad de dicho
  isótopo contenida en un cuerpo orgánico. La
  radiactividad existente, debida a la presencia de Carbono-14,
  disminuye a la mitad cada 5730 años, por lo tanto, al
  medir con precisión su actividad se puede inferir la
  edad de la muestra.

E) INVESTIGACIÓN.

• Utilizando haces de neutrones generados por
  reactores, es posible llevar a cabo diversas investigaciones
  en el campo de las ciencias de los materiales. Por ejemplo,
  se puede obtener información respecto de estructuras
  cristalinas, defectos en sólidos, estudios de
  monocristales, distribuciones y concentraciones de elementos
  livianos en función de la profundidad en
  sólidos, etc.

• En el ámbito de la biología, la
  introducción de compuestos radiactivos marcados ha
  permitido observar las actividades biológicas hasta en
  sus más mínimos detalles, dando un gran impulso
  a los trabajos de carácter genético.

Conclusión

Con este trabajo se busca dar una pequeña
información a la gente sobre lo que es la química
nuclear ya que este tema es muy extenso para dar un a conocer
todo el tema global que está compuesto por muchos
componentes.Pero lo más importante es advertir a la gente
que el avance que se está produciendo con la
química nuclear no es buena para la humanidad ya que esta
no se está utilizando de la manera más adecuada,
sería bueno que se tomara una concientización sobre
que manejo se le da a la química nuclear ya que esto
podría desaparecer a la especie humana al no darle un buen
manejo.

Bibliografía

• librodenotas.com/cienciasyletras/20155/la-energia–nuclear-y-el-factor-x-?

WEBGRAFIA

• Quimicacta.blogspot.com/?

• quimicaorganica114.wikispaces.com/Quimica+Nuclear

• quimicacta.blogspot.com/?

• www.visionlearning.com/es/library/Química/1/Química–Nuclear/59?

• www2.uah.es/edejesus/resumenes/QG/Tema_2.pdf?

DEDICATORIA

Queremos dedicarle

Este trabajo primeramente a A Dios que me
ha dado la vida y fortaleza y, A nuestros Padres por estar
ahí cuando más los necesitamos; en especial a
nuestros profesores por su ayuda y constante
cooperación.

Autor:

Aguado Martinez Evelyn

García Lázaro
Meilyn

Gomez Perez Pilar

Lucano Reyes Melisa

Pozo Quiroz Anyela

Flores Rupalla Cinthia

TEMA : QUIMICA NUCLEAR

ESPECIALIDAD : OBSTETRICIA

CICLO : I

DOCENTE : ING. MIRIAM VILCA
ARANA

"AÑO DE LA INVERSION PARA EL
DESARROLLO RURAL Y LA SEGURIDAD ALIMENTARIA"

2013