Actividad Radiactiva
La actividad de una muestra es el número de desintegraciones que se producen en la unidad de tiempo, es decir, es una velocidad de desintegración.
Defecto de Masa y Estabilidad Nuclear
Un núcleo tiene como constituyentes un número específico de protones y neutrones. La suma de las masas de los protones y neutrones es mayor que la masa del núcleo. Esta masa que falta se denomina defecto de masa. Este defecto de masa se ha transformado en energía que se calcula mediante la ecuación de Einstein. Cuanto mayor es la energía liberada, mayor es la estabilidad nuclear.
Periodo de Semidesintegración
El periodo de semidesintegración (T) es la cantidad de tiempo necesaria para que la masa de una muestra radiactiva se reduzca a la mitad (de m a m/2).
Procesos de Fusión y Fisión Nuclear
Fusión Nuclear
En la zona de fusión, un núcleo se fusiona (se une) con otro y libera energía. En esta zona, la gráfica tiene una pendiente grande, por lo que se libera más energía que en la zona de fisión, de pendiente más pequeña.
En la zona de fusión, dos núcleos ligeros se unen y producen otro más pesado, con mayor energía de enlace por nucleón y más estable que los núcleos iniciales.
Fisión Nuclear
En la zona de fisión, un núcleo se fisiona (se divide) en otros núcleos y libera energía.
En la zona de fisión, un núcleo se rompe en núcleos de mayor energía de enlace por nucleón y, por lo tanto, más estables.
Defecto de Masa, Expresión Matemática y Estabilidad Nuclear Detallada
El defecto de masa es la diferencia de masa que hay entre la suma de las masas de los componentes (neutrones más protones) de un núcleo atómico y la masa real de ese núcleo. Esa diferencia se llama defecto de masa (Δm).
Esto se produce porque si se unieran los protones y neutrones para formar un núcleo, una pequeña parte de esa masa se convierte en energía que se desprende al formarse el núcleo. Si queremos descomponer el núcleo en sus componentes, hay que aportar esa energía para que se transforme en masa y obtener todos los componentes del núcleo.
Fórmula del Defecto de Masa
Δm = (masa de protones + masa de neutrones) – masa del núcleo
La estabilidad de un núcleo atómico está relacionada con esa energía anterior (que se llama energía de enlace) dividida entre el número de nucleones. Cuanto mayor sea ese cociente, más estable es el núcleo, ya que hay que aportar más energía al núcleo para arrancarle un nucleón.
Efecto Fotoeléctrico
Un haz luminoso produce la emisión de fotoelectrones en un metal. Explique cómo se modifica el número de fotoelectrones y su energía cinética si:
i) Aumenta la intensidad del haz luminoso:
Si aumenta la intensidad del haz luminoso, aumenta el número de fotones, pero la energía de cada fotón no cambia. Como un fotón al chocar con un electrón lo arranca, aumenta el número de fotoelectrones extraídos del metal. Como la energía de cada fotón no cambia y el trabajo de extracción (Wo) tampoco, entonces por la ecuación de Einstein del efecto fotoeléctrico: E = Wo + Ec, la energía cinética tampoco cambia.
ii) Aumenta la frecuencia de la luz incidente:
Si aumenta la frecuencia de la luz incidente, no aumenta el número de fotones, pero sí aumenta la energía de cada fotón (Ley de Planck: E = h • f).
Si no aumenta el número de fotones, entonces no aumenta el número de fotoelectrones. Al aumentar la energía y ser constante el trabajo de extracción, entonces, según la ecuación de Einstein del efecto fotoeléctrico: E = Wo + Ec, la energía cinética aumenta.
Características de las Emisiones Radiactivas Gamma
Las emisiones gamma son ondas electromagnéticas. Pura energía que procede del núcleo del átomo. No se desvían dentro de campos magnéticos. Tienen un gran poder de penetración en la materia, más que los rayos alfa y beta.
Proceso Radiactivo
El proceso radiactivo es la emisión espontánea de partículas o fotones de los núcleos de la materia.
Condiciones del Efecto Fotoeléctrico
Ei > Wo (Energía incidente mayor que el trabajo de extracción)
fi > fo (Frecuencia incidente mayor que la frecuencia umbral)
λi > λo (Longitud de onda incidente mayor que la longitud de onda umbral)
Donde: i = incidente y o = umbral
Tipos de Emisiones Radiactivas
Emisiones Alfa
Este proceso ocurre cuando un núcleo emite una partícula alfa, compuesta por dos protones y dos neutrones (equivalente a un núcleo de helio-4). Como resultado, el átomo pierde 4 unidades de masa y su número atómico disminuye en 2. Es común en núcleos muy pesados, como el
Emisiones Beta
En este proceso, un núcleo transforma una de sus partículas internas, alterando el número de protones. Un neutrón se convierte en un protón, emitiendo un electrón y un antineutrino. El número atómico aumenta en 1.
Emisiones Gamma
Tras una desintegración alfa o beta, el núcleo puede quedar en un estado excitado. Para estabilizarse, emite radiación gamma, que consiste en fotones de alta energía. Este proceso no altera el número de protones ni de neutrones, solo reduce la energía del núcleo.
Hipótesis de De Broglie
La hipótesis de De Broglie establece que toda partícula en movimiento tiene un comportamiento ondulatorio, y se le puede asociar una longitud de onda dada por: λ = h/p
Donde λ es la longitud de onda, h la constante de Planck y p el momento lineal de la partícula.
Energía de Enlace Nuclear
La energía de enlace nuclear es la cantidad de energía necesaria para separar completamente todos los protones y neutrones de un núcleo atómico y vencer la fuerza nuclear que los mantiene unidos.
Equivale también a la energía liberada cuando se forma un núcleo a partir de nucleones libres (protones y neutrones).
Esta energía se relaciona con la pérdida de masa del núcleo (llamada defecto de masa) mediante la famosa ecuación de Einstein: Ee = Δm • c².