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Reacciones nucleares.
Origen de los elementos. Fisión y Fusión nuclear. Contaminación radioactiva.

Además de las radiaciones cósmicas que desde el exterior llegan a la Tierra, nos encontramos que aquí mismo existen materiales que, de manera natural, emiten radiaciones. Esto nos lleva a un cuarto tipo de cambio en los materiales: las reacciones nucleares.


En las rocas, suelos y cuerpos de agua se encuentran minerales que están constituidos por elementos químicos que emiten radiactividad. Todos estos elementos, al emitir radiaciones, se van transformando en otros que pueden ser también radiactivos.
Aunque parece extraño, los organismos están constituidos por algunos isótopos que son radiactivos. En el hígado tenemos cobalto 60, en los huesos se encuentra radio 226.


Rocas
Los científicos han llegado al convencimiento de que existe una fuerza inmensa que no hace posible la repulsión de los protones y los mantiene unidos; a esta fuerza le han asignado el nombre de energía nuclear. Los procesos de fisión y fusión nuclear demuestran su existencia.

La energía nuclear es aquella que se libera cuando se dividen ciertos tipos de átomos

En los reactores nucleares ocurre esto, pero en condiciones sumamente controladas; en cambio en las armas nucleares no hay control, de allí su gran poder destructivo.

Haz click en el siguiente botón para que visualices el siguiente mapa conceptual, y posteriormente observa el mapa conceptual del átomo


Al hablar del núcleo del átomo se dijo que la carga de electricidad positiva de los protones está equilibrada por la carga negativa de los electrones que giran a su alrededor a cierta distancia; eso es muy comprensible y está de acuerdo con el modelo que hemos aprendido acerca de la naturaleza eléctrica de la materia. Hay algo que resulta difícil de entender, es el hecho de que los protones se encuentren reunidos en un espacio extraordinariamente pequeño y aparentemente no se rechacen entre sí, como ocurre entre cargas iguales. Hay una fuerza increíblemente grande, poderosa, que mantiene unidos a esos protones, es la energía nuclear.

Las Reacciones Nucleares son aquellas donde se altera la composición de los núcleos atómicos liberándose enormes cantidades de energía.


Características de las reacciones nucleares

•  Las reacciones nucleares son producidas por partículas nucleares.

•  Las reacciones nucleares causan transmutación de los elementos, conversión de un átomo a otro.

•  Las reacciones nucleares ocurren con cambios de energía que superan a las de las reacciones químicas.

•  Las reacciones nucleares son independientes de las condiciones ambientales.

•  La reactividad nuclear de un elemento es independiente de la forma en que se halle, bien sea libre o formando compuestos.

Estabilidad de un núcleo atómico.
La estabilidad de un núcleo atómico depende del número de neutrones y protones que tenga, es decir, relación neutrón / protón. Para que un núcleo se mantenga estable el número de neutrones debe ser igual al número de protones; es decir, que la relación neutrón / protón sea 1 o mayor que 1; estos se llaman núcleos estables o isótopos estables.

En la representación de reacciones nucleares el número de protones en un núcleo, llamado número atómico, aparece en el extremo inferior izquierdo y el número de neutrones y protones, llamado número másico, aparece en el extremo superior izquierdo. El número de neutrones se obtiene restándole al número másico el número atómico.

Cuando un núcleo tiene mayor número de protones que de neutrones, prevalecen las fuerzas columbianas de repulsión sobre las fuerzas nucleares o interacciones fuertes que mantienen unidos los nucleones, de modo que el núcleo o isótopo inestable sufre un proceso de desintegración espontánea con la emisión de partículas radiactivas hasta formar núcleos estables.

Fisión y fusión nuclear

Fisión nuclear
Es un proceso de desintegración radiactiva de un núcleo inestable para producir núcleos menos pesados y más estables con la liberación de una enorme cantidad de energía.

Se logra mediante el bombardeo con partículas, generalmente neutrones, aceleradas con aparatos especiales tales como el ciclotrón, betatrón y sincrotón, que les proporcionan la energía cinética mínima necesaria como para que, al sufrir colisión con el núcleo, ocurra la ruptura, originando fragmentos atómicos y neutrones capaces de repetir el mismo proceso con otros átomos, produciendo de esta manera una reacción en cadena.

Enrico Fermi


La primera fisión nuclear la logró el eminente científico italiano Enrico Fermi en el año 1.935, al bombardear uranio con neutrones térmicos.

La liberación de energía provocada por el proceso de fisión nuclear constituye la base de las bombas atómicas y de los reactores nucleares.

Fusión nuclear
Es una reacción termonuclear en la que dos núcleos livianos (núcleos de átomos de elementos de masa pequeña) se combinan, a temperaturas extremadamente elevadas, para dar origen a nuevos elementos con masas mayores y liberación de enormes cantidades de energía.


La fusión controlada de isótopos de hidrógeno parece ser una fuente de energía muy prometedora, por las siguientes ventajas:

•  El combustible utilizado, deuterio, es abundante, ya que está contenido en todas las aguas de la naturaleza.

•  El proceso es muy limpio, ya que no elimina desechos radiactivos, por lo que no constituye una amenaza para el ambiente.


La bomba termonuclear no tiene límites de masa crítica y poder destructivo, la inmensa cantidad de energía que se desprende se mide, no en kilotones, como la bomba de la fisión nuclear, sino en cientos de megatones.
En la fisión y fusión nuclear sólo se altera la composición del núcleo; no así, la distribución de los electrones. La enorme cantidad de energía desprendida en el transcurso de estos procesos proviene de la masa de las partículas que intervienen en la reacción; es decir, una parte de la materia fisionable o fusionable se transforma en energía.
                                          
La primera bomba atómica detonada en el desierto de Los Álamos en 1945 liberó una potencia                                                            de 20 kilotones


Radiactividad
Es el producto de la desintegración parcial de los átomos de un cuerpo radiactivo, átomos que, a través de sucesivas y rapidísimas transformaciones y con gran desarrollo de calor, se convierten en otros de peso atómico más bajo.

Este fenómeno fue observado por primera vez por Henri Becquerel en 1.896, cuando accidentalmente descubrió que los compuestos de uranio (U, Z = 92) producían emisiones radiactivas.

Henri Becquerel 1852-1908


Los fenómenos de radiactividad pueden ocurrir de manera natural o de manera artificial, es decir, por la intervención humana.

Radiactividad natural
Es el proceso mediante el cual los núcleos de ciertos elementos radiactivos pesados inestables sufren desintegración espontánea, con formación de nuevos núcleos correspondientes a nuevos elementos y liberación de energía.

Sometiendo estas radiaciones a cambios eléctricos, se descubrió que estaban conformadas por tres tipos de rayos, que fueron identificados con las tres primeras letras del alfabeto griego:

Los rayos Alfa: son idénticos al núcleo de helio (He), formado por dos protones y dos neutrones. Estos rayos pueden ser detenidos por la piel o por una hoja de papel; tienen carga positiva.

Los rayos Beta: son semejantes a los electrones, tienen mayor penetración que los alfa, penetran la piel, pero son detenidos dentro del cuerpo; asimismo son detenidos por láminas metálicas. Son de carga negativa.

Los rayos Gamma:
son una forma de radiación electromagnética. Su poder de penetración es tan grande que pueden atravesar una capa de concreto de dos metros de espesor; son dañinos para los seres vivos y por esta razón hay que tener mucho cuidado al manipularlos.

Estas radiaciones, no pueden verse, escucharse, tocarse u olerse; pero pueden detectarse a través de una variedad de instrumentos.

Radiactividad artificial
Es el proceso mediante el cual se logra la ruptura de los núcleos de átomos estables mediante el bombardeo con partículas ligeras aceleradas (proyectiles subatómicos), dando origen a la formación de los nuevos núcleos correspondientes a nuevos elementos.

Emest Rutherford (IBM World Book 99)
La primera transmutación artificial la logró el científico inglés, Ernest Rutherford, en el año 1.919, al bombardear núcleos de átomos de nitrógeno con partículas alfa a gran velocidad. En esta reacción se produjo oxígeno isotópico y un protón. La ecuación de esta reacción nuclear es:


Los principales yacimientos de minerales radiactivos en Venezuela se encuentran, sin explotar, en el estado Mérida.

Usos específicos de la energía nuclear
El hombre, urgido de la necesidad de enfrentar el problema energético de los combustibles tradicionales: carbón y petróleo, ha comenzado a darle múltiples usos a la energía nuclear (Observa el diagrama)


Peligros de la energía nuclear
El uso de la energía nuclear debe ser muy cuidadoso debido a que la exposición de los seres vivos a ciertos niveles de radiaciones son perjudicial para la salud.
Los descubridores e investigadores de los elementos radiactivos de principios de siglo jamás sospecharon los riesgos de trabajar en contacto con las radiaciones. La bomba atómica de Hiroshima es un ejemplo de su peligrosidad.


Peligros de la energía nuclear


La nube negra indica indica el grado la radiación del 27abril en Chernobyl, enseguida después del accidente.

Los reactores nucleares son un peligro potencial. Un accidente ocurrió en 1.986 en Chernobyl, en la antigua Unión Soviética, cuando se escapó una nube que contenía productos radiactivos, cuyos efectos llegaron a Europa, Asia y Estados Unidos.
Contaminación radiactiva
Los efectos biológicos de las radiaciones en el hombre y el resto de los seres vivos, varían desde simples quemaduras o interrupción de ciertas funciones fisiológicas hasta daños graves. Existen evidencias de que las radiaciones provocan alteraciones genéticas o mutaciones en la descendencia de los seres vivos.

Contaminación Radiactiva
Debido a la alta peligrosidad de estos materiales y de los desechos radiactivos, surgió la necesidad de establecer un conjunto de regulaciones y normas a fin de evitar la contaminación.
Para ello se crearon organismos nacionales e internacionales entre los que se cuentan:
Organismos nacionales:
Centro para los Usos Pacíficos de la Energía nuclear y la Paz, UCV y la Sociedad Nuclear de Venezuela.
Organismos Internacionales:
Comisión Internacional de Energía Atómica y la Organización Mundial de la Salud.

Una forma de contaminación lo representa la lluvia radiactiva. Una explosión nuclear de una bomba o de la cabeza de un misil es una de las amenazas que caracteriza a nuestra era. Las armas nucleares tienen un enorme potencial destructor al poder generar reacciones capaces de producir temperaturas superiores a un millón de grados y destruir ciudades enteras. Independientemente de los efectos térmicos y mecánicos de las bombas nucleares, comunes a otros tipos de bombas, una de sus características peculiares es la de la producción de isótopos radiactivos.

La explosión inicial consiste en una reacción nuclear de fisión en cadena instantánea e incontrolada, que comienza en la cámara de detonación de la bomba. Para producir esta reacción son necesarios materiales fisibles altamente enriquecidos. Al producirse la explosión, se libera con ella una cantidad de radiactividad, consecuencia de la escisión de los átomos en el proceso de la fisión, que se difunde a través del ambiente. Tipos de lluvia radiactiva.


Responde en el cuadro dispuesto para tal fin: ¿Es posible romper, por medios artificiales, los núcleos de los átomos estables?




Tomado de:
Everdium, J. 2.002. "Química 9NO grado". Caracas. Editorial Santillana.
Fernández, M. y Betancourt, D. (1.993) "Química 9no grado". Caracas. Educación Básica. Editorial Triángulo.
Suárez, F. (1.993). "Química Teoría". Caracas. 9no grado. Educación Básica. Editorial Romor.
Suárez, F. (1.993). "Problemario de Química". Caracas. 9no grado. Educación Básica. Editorial Romor.

Bibliografía recomendada: cualquier texto adaptado al programa de 9no grado de Educación Básica

Fuentes de fotografias
http://www.iespana.es/natureduca/energ_arma_atomica1.htm
http://www.elmaucho.cl/images/rocas dentadas.jpg
http://www.osti.gov/accomplishments/fermi.html
http://www.nobel.se/physics/laureates/1903/becquerel-bio.html
http://www.darvill.clara.net/nucrad/people.htm#becquerel
http://www.tennessean.com/sii/longterm/oakridge/part3/stories/timeline.shtml
http://www.worldprocessor.com/images/chernobyl.jpg
http://www.nodo50.org/panc/Chernob.htm

 
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