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Partículas nucleares y reacciones nucleares

Te invitamos a conocer este completo recurso educativo que entrega contenido, sugerencias metodológicas, actividades e imágenes relacionadas con las partículas nucleares y reacciones nucleares, materia de química de IV Medio.

Partículas nucleares y reacciones nucleares

Partículas nucleares

Cuando un átomo radiactivo se desintegra, las partículas que están dentro de él (neutrón, protón y electrón) dan origen a otras partículas. Las partículas alfa y beta y la radiación gamma son las más características de un fenómeno de radiación nuclear; también se emiten otras como positrones y neutrones.

El decaimiento de un átomo radiactivo se expresa como una reacción química, indicando número atómico y másico de cada una de las especies de la reacción. Estas reacciones se llaman reacciones nucleares, y tiene características distintas de las reacciones químicas comunes.

Tabla de características de reacciones químicas y reacciones nucleares

Decaimiento alfa

Un ejemplo de emisión de una partícula alfa es la del polonio, elemento descubierto por los Curie:

El elemento que se forma después del decaimiento alfa tiene un número atómico menor en dos unidades y un número másico menor en cuatro unidades respecto al elemento que lo genera.

Decaimiento beta

Un neutrón puede transformarse en un protón al emitirse un electrón, reacción que puede escribirse de la siguiente forma:

El electrón emitido abandona el núcleo a altísima velocidad. En este proceso, el número másico no se altera (disminuye un neutrón y se genera un protón), pero el átomo que se forma tiene en su núcleo un protón más que el inicial; por lo tanto, el número atómico aumenta en una unidad. Un ejemplo de decaimiento beta es:

Emisión gamma

La radiación gamma se emite debido a cambios de energía dentro del núcleo. Su emisión no provoca variación en el número másico y tampoco en el número atómico. Simplemente se trata de un núcleo excitado que libera energía de esta forma:

El isótopo radiactivo inicial es denominado padre o progenitor; el producto se conoce como descendiente.

Tabla

Poder de penetración de las partículas emitidas desde un núcleo radiactivo

Figura1. Poder de penetración de las partículas emitidas desde un núcleo radiactivo

Emisión de positrones

Cuando un elemento radiactivo emite un positrón, el elemento que se forma tiene un número atómico menor en una unidad y el número másico permanece igual:

Un positrón es idéntico a un electrón, pero tiene carga positiva. Se representa como o bien debido a que tiene carga +1 y masa 0. Es muy probable que se forme en el núcleo cuando un protón se transforma en un neutrón:

Al igual que una partícula beta, un positrón tiene un pequeño poder de penetración.
Por ejemplo, el nitrógeno-13 se desintegra al liberar un positrón:

Captura de electrones o captura-K

La captura de electrones es un proceso en el cual un núclido “atrapa” un electrón de su nivel más interno (capa K, según la antigua nomenclatura) y convierte al protón en un neutrón:

Cuando un elemento experimenta el proceso de captura de electrones, su número atómico disminuye en 1, mientras que su número másico permanece inalterado.

Ejemplos de este tipo de reacción nuclear son:

Es necesario considerar cómo se escriben y balancean las ecuaciones nucleares. Para ello se debe señalar los símbolos de los elementos químicos y además indicar explícitamente el número de protones y neutrones que tiene cada elemento.

Al balancear una ecuación nuclear, se deberá cumplir que:

1. El número total de protones y neutrones en los productos y en los reactantes sea el mismo (conservación de la masa).

2. El número total de cargas nucleares en los productos y en los reactantes sea el mismo (conservación de la carga nuclear).

Vida media

La desintegración de uranio es extremadamente lenta, comparada con la desintegración de torio. Cada una de estas desintegraciones tiene un periodo de semidesintegración, llamado también semivida, característico para cada elemento. La semivida representa el tiempo necesario para que la mitad de la materia radiactiva se desintegre. Además, es independiente de la cantidad de sustancia radiactiva presente y está determinada únicamente por el tipo de núcleo radiactivo. Algunos isótopos radiactivos tienen semividas muy largas, mientras las de otros son extremadamente cortas.

Vida media de algunos isótopos radiactivos del carbono

Figura 2. Vida media de algunos isótopos radiactivos del carbono

Para calcular el tiempo de vida media de algún elemento radiactivo debemos utilizar:

Expresión para calcular la vida de un elemento radiactivo

Figura 3. Expresión para calcular la vida de un elemento radiactivo


Semivida de los elementos radiactivos naturales en la serie de uranio- 238:

La velocidad de desintegración se analiza en función de su vida media. Dichas desintegraciones son de primer orden.

Representación gráfica del decaimiento radiactivo

Figura 4. Representación gráfica del decaimiento radiactivo

Cada isótopo tiene una vida media característica. La vida media del Sr-90, por ejemplo, es 28,8 años. Si se tienen 10 g de Sr-90, luego de 115,2 años quedarán sin desintegrar 0,625 g; para ello deben haber transcurrido cuatro vidas medias. La ecuación de desintegración del Sr-90 es:

Aplicaciones de los isótopos radiactivos

Los isótopos estables y radiactivos tienen varias aplicaciones en la ciencia y en la medicina. En química se utilizan para determinar estructuras de compuestos, seguir el curso de una reacción química (determinación de los pasos que se realizan en la fotosíntesis), determinar la edad de ciertos objetos (mediante la técnica del carbono-14 se logró determinar que los papiros del Mar Muerto tienen aproximadamente entre 1917 y 2000 años), etc. En medicina se usan, por ejemplo, en el sodio-24, que inyectado al torrente sanguíneo como una solución salina puede ser monitoreado para rastrear el flujo de sangre y detectar posibles constricciones u obstrucciones en el sistema circulatorio. El yodo-131 se ha utilizado para probar la actividad de la glándula tiroides; otro isótopo, el yodo-132, se usa para producir imágenes del cerebro; el cobalto-60, para la destrucción de tumores cancerosos; el arsénico-74, para localizar tumores cerebrales; el cobalto-58, para la determinación del nivel vitamínico B; el cromo-51, para la estimación de volúmenes de líquidos del cuerpo; el fósforo-32, para la detección de cáncer en la piel; el hierro-59, para calcular la rapidez de formación de glóbulos rojos y el oro-198, para el cáncer de próstata.

Fechado radiactivo

Sumado a todo esto, se puede determinar la antigüedad de objetos que en alguna época fueron o formaron parte de organismos vivos, como pueden ser los huesos, utilizando la vida media del isótopo radiactivo carbono-14. En la materia viva, la relación entre el carbono-14 y el carbono-12 (no radiactivo) permanece relativamente constante. El carbono-14 que hay en nuestra atmósfera se origina por la reacción entre un átomo de nitrógeno y un neutrón que proviene de la atmósfera superior, como lo indica la siguiente reacción nuclear:

El carbono-14 se desintegra y forma una partícula beta, de acuerdo con la siguiente ecuación nuclear:

Se considera que la relación entre el carbono-14 y el carbono-12 en el tejido vivo es constante durante milenios. Cuando el tejido de una planta o un animal muere, el contenido de carbono-14 disminuye porque ya no se le ingiere ni utiliza. Por tanto, en el tejido muerto la relación del carbono-14 y el carbono-12 disminuye con el tiempo, siendo así la relación una medida de la edad de la muestra.

De la misma manera, se utiliza la vida media del uranio-238 para determinar la edad de diferentes objetos no vivos, como por ejemplo las rocas. En estos cálculos se emplea la relación del uranio-238 radiactivo con el plomo-206 no radiactivo, con una vida media de 4,5 x 109 años. De acuerdo con los resultados de la aplicación de este método, la edad de las rocas más antiguas sobre la Tierra parece ser cercana a 4 x 109 años.

Reacciones nucleares artificiales

Fue Ernest Rutherford quien realizó la primera reacción nuclear artificial, en 1919. Mediante el bombardeo de partículas alfa sobre una muestra de nitrógeno, Rutherford detectó un protón aislado; la explicación fue que la energía cinética de la partícula alfa le permite chocar con un núcleo de nitrógeno y fusionarse con él. Así, se forma un núcleo inestable de flúor, que decae y elimina un protón:

7N14 + 2He4 ====> (9F18) ====> 8O17 + 1H1

Si se sustituye el nitrógeno-14 por el berilio-9, en la reacción nuclear se obtiene carbono-12 y un neutrón, tal como lo indica la siguiente ecuación:

4Be9 + 2He4 ====> (6C13) ====> 6C12 + 0n1

Esta es la reacción que le permitió a James Chadwick comprobar la existencia del neutrón.

Tipos de reacciones nucleares

Figura 5. Tipos de reacciones nucleares

Reacciones de fisión nuclear

En la fisión nuclear, un núcleo de número másico mayor que 200, al chocar con un neutrón, se divide para formar núcleos más pequeños de masa intermedia y uno o más neutrones. Ya que los núcleos pesados son menos estables que sus productos, este proceso libera una gran cantidad de energía.

La primera reacción de fisión nuclear estudiada fue la del uranio-235 bombardeado con neutrones lentos, cuya velocidad es comparable a la de las moléculas de aire a temperatura ambiente. Como producto de tal bombardeo, se han encontrado más de 30 elementos distintos.

Aunque se puede provocar la fisión de muchos núcleos pesados, únicamente la del uranio-235 es de ocurrencia natural. La del plutonio-239 es artificial y tiene poca importancia práctica.

Esquema de reacciones de fisión

Figura 6. Esquema de reacciones de fisión

La característica más relevante en la fisión del uranio-235 no es solo la enorme cantidad de energía liberada, sino el hecho de que se producen más neutrones que los capturados originalmente en el proceso. Esta propiedad hace posible una reacción nuclear en cadena, que es una secuencia de reacciones de fisión nuclear autosostenidas.

Los neutrones generados durante los procesos iniciales pueden inducir la fisión en otros núcleos de uranio-235, que a su vez producirán más neutrones, y así sucesivamente. En menos de un segundo, la reacción puede ser incontrolable, pues libera mucho calor hacia los alrededores.
La reacción de fisión es el principio de la primera bomba atómica, manifestación explosiva que mata por el calor generado y por la radiación esparcida en una amplia zona. Afortunadamente, la reacción en cadena ha podido controlarse y ser aprovechada. Un reactor nuclear puede aprovechar la energía liberada durante la fisión y transformarla, por ejemplo, en electricidad.

Existen factores económicos y tecnológicos a favor y en contra de la nucleoelectricidad. Algunos argumentos en contra son:

- El uranio natural contiene un bajo porcentaje de uranio-235 y es necesario construir plantas de enriquecimiento de este isótopo.

- El mayor porcentaje en el uranio natural es el isótopo uranio-238, que absorbe fácilmente neutrones y produce plutonio (elemento que se utiliza en la fabricación de bombas atómicas).

- Los núcleos productos de la fisión del uranio son sumamente radiactivos, en especial el kriptón-85.

- Debido a la cantidad de energía que se desprende en una reacción nuclear y al poder de penetración de algunas partículas nucleares, el manejo de los reactores nucleares no es totalmente seguro.

Fusión nuclear

A diferencia del proceso de fisión nuclear, la fusión nuclear es la combinación de pequeños núcleos para formar otros mayores.

En los elementos livianos, la estabilidad nuclear se incrementa cuando aumenta el número másico. Esto sugiere que si dos núcleos ligeros se combinan o se fusionan para formar uno mayor (un núcleo más estable), se liberará una cantidad apreciable de energía en el proceso.
La fusión nuclear ocurre constantemente en el Sol, que está constituido en su mayor parte por hidrógeno y helio. En él la temperatura es cercana a 15 millones de grados Celsius y las reacciones que allí ocurren se denominan termonucleares. La fusión nuclear tiene sus ventajas por sobre la fisión nuclear:

- Los combustibles son baratos y casi inagotables.

- El proceso produce poco desperdicio (pero sí algo de contaminación térmica).

- Son procesos seguros en su ejecución, y si se apagase una máquina de fusión nuclear, se apagaría completa e instantáneamente y no existiría posibilidad de que se fundiese.

El problema es que aún no se ha construido un reactor de fusión nuclear, debido a que hay que mantener los núcleos juntos a una temperatura apropiada para que ocurra la fusión. A temperaturas de unos 100 millones de grados Celsius, las moléculas no pueden existir y todos o la mayor parte de los átomos son despojados de sus electrones. Este estado de la materia, en el que un gas consta de iones positivos y electrones, se denomina plasma.

Ejemplo de reacciones de fusión nuclear

Figura 7. Ejemplo de reacciones de fusión nuclear

Imagen de un modelo atómico. ¿CUÁL ES LA DIFERENCIA ENTRE UNA REACCIÓN NUCLEAR Y UNA REACCIÓN QUÍMICA?
EducarchileComo ya sabes, los protones tienen carga positiva, y según la ley de Coulomb las cargas eléctricas cargadas con el mismo signo se repelen. Sin embargo, dentro del átomo se encuentran reunidas sólo cargas positivas (y neutras) formando el núcleo. ¿Cómo es esto posible? Ir a la actividad
Imagen de un modelo atómico. ¿QUÉ EMITE LA RADIACTIVIDAD?
EducarchileLa radiactividad es la emisión espontánea de partículas o de radiación magnética, o de ambas, que sufren elementos inestables. También existe la radiactividad artificial que ocurre cuando se bombardea elementos con otras partículas causando su destrucción y posterior radiactividad. ¿Qué partículas se emiten en estos procesos? Ir a la actividad

Imagen de un átomo Guía del docente: Partículas nucleares y reacciones nucleares
Educarchile

Descripción curricular

-Nivel: 4º medio

-Subsector: Ciencias químicas

-Unidad temática: Fenómenos nucleares y sus aplicaciones

- Palabras claves: radiactividad, partículas nucleares, partículas alfa, partículas beta y radiación gamma.

-Contenidos curriculares:

- Isótopos y estabilidad nuclear. Radiactividad natural y Cinética de

desintegración. Concepto de vida media y de serie radiactiva. Datación de

objetos de interés arqueológico e histórico.

-Fisión y fusión nuclear. La bomba atómica y los reactores nucleares.El impacto

de las tecnologías nucleares sobre la vida del ser humano, en particular sus

consecuencias éticas, sociales y psicológicas. Ventajas, beneficios, peligros y

amenazas de la utilización de las tecnologías nucleares en diversos ámbitos.

- Aplicación de los isótopos y de la radiación a la medicina, agricultura e

investigación química y bioquímica.Efectos de la radiación sobre los seres vivos.

-Contenidos relacionados:

-1° medio

Los procesos químicos

Los materiales

-2° medio

Modelo atómico de la materia

-3° medio

Reactividad y equilibrio químico

Cinética

-4° medio

Procesos químicos industriales

- Aprendizajes esperados

- Identifican los factores determinantes de la estabilidad nuclear.

- Distinguen las diferentes clases de emisiones radiactivas y sus propiedades.

- Reconocen los principales beneficios de la utilización de tecnologías nucleares para el ser

humano.

- Reconocen y evalúan los riesgos para el ser humano de las misiones radiactivas naturales

e inducidas yaprenden sobre métodos de protección.

 

- Aprendizajes esperados de esta actividad:

- Comprender qué es la radiactividad a partir de la estructura atómica.

- Comprender cómo son las reacciones nucleares y en qué se diferencian con las reacciones

químicas.

- Identificar la energía producto de las reacciones nucleares como posible fuente de

energía.

- Identificar las partículas nucleares producto de las reacciones nucleares.

- Conocer aplicaciones de la radiactividad en ciencia y medicina.

- Recursos digitales asociados de www.educarchile.cl :

- Ficha: Partículas nucleares y reacciones nucleares

- Juego: “El ahorcado” - Partículas nucleares

- Animación: “Penetración de las partículas”

- Diapositivas digitales (ppt): “Fenómenos nucleares”

Actividades para este tema:

En este documento hay dos actividades vinculadas al tema de Fenómenos nucleares y sus

aplicaciones.

- Actividad “¿Cuál es la diferencia entre una reacción nuclear y una reacción

química?” está orientada a la comprensión de la radiactividad, sus reacciones, y la

utilización de la energía producto de estas reacciones. Comprende, además una

investigación acerca de la bomba atómica y los reactores nucleares utilizados en la

generación de energía.

- Actividad “¿Qué emite la radiactividad?”, está orientada a conocer la naturaleza de

las partículas nucleares y las aplicaciones de la radiactividad en diferentes campos de la

ciencia y medicina.

A continuación encontrarás los contenidos que tratan estas actividades y sugerencias sobre cómo desarrollarlas con tus estudiantes.

 

ACTIVIDAD: ¿Cuál es la diferencia entre una reacción nuclear y una reacción química?

 

2H

 

1. Mapa de contenidos tratados

 

mapa1 

 

2. Desarrollo de la actividad:

¿Cuál es la diferencia entre una reacción nuclear y una reacción química?

 

Paso 1

Esta actividad permite conocer cómo son las reacciones nucleares y en qué se diferencian a una reacción química.

Sugerimos comenzar recordando:

- Estructura atómica de la materia.

- Estructura del núcleo atómico.

Para introducir la radiactividad, puede preguntar ¿Cómo es posible que partículas de la misma

carga estén reunidas en el núcleo atómico?

Guíe esta pregunta hacia la estabilidad de un núcleo atómico, para terminar en el concepto de radiactividad.

 

Paso 2

Continúe la actividad con reacciones nucleares:

- Desintegración natural: fisión y fusión nuclear.

Haga hincapié en que las reacciones nucleares son exotérmicas puede hacer relación a la bomba atómica y la gran cantidad de energía liberada.

 

Paso 3

Entregue la guía para el estudiante. Esta guía cuenta con una pequeña introducción la que pueden leer en conjunto. La guía se encuentra disponible en el portal educarchile.

Los estudiantes deben reunir información acerca de la radiactividad, esta información se encuentra disponible en el portal en Internet educarchile, y pueden buscarla en otros medios en Internet o bien en textos para el estudiante.

Se encuentra disponible también, en educarchile, una presentación de diapositivas digitales (ppt), llamada “fenómenos nucleares”.

 

Paso 4

Una vez que los estudiantes hayan reunido la información necesaria, contesten las siguientes

preguntas, cuyas respuestas se encuentran a continuación.

 

1. Realiza una investigación que te permita descubrir cómo es una reacción nuclear, y en qué se diferencia a una reacción química. Con esta información, confecciona una tabla de comparación entre ambas reacciones.

Las reacciones nucleares ocurren a partir de isótopos de elementos que son inestables y, por lo tanto, se desintegran formando otros elementos más chicos. Existen reacciones artificiales en que se logra desintegrar un átomo a partir del bombardeo de éste con partículas subatómica, formando otro átomo. Las reacciones nucleares se escriben igual que una reacción química, pero como se trata de diferentes isótopos de un elemento, se indica el número másico y atómico de éste. En una reacción nuclear, no sólo se forman nuevos elementos, también va acompañada de nuevas partículas subatómicas y altas cantidades de energía.

 

Reacciones químicas Reacciones nucleares

 

Reactions

 

2.  A tu criterio: ¿cuales serian las relaciones más significativas entre la fisión y la fusión nuclear?

                        energia

La fisión nuclear corresponde a la división de un núcleo pesado en otros más livianos de masa intermedia y uno o más neutrones. La fusión en cambio, es la combinación de núcleos livianospara formar uno más estable.

La fisión y fusión nuclear van acompañadas de la emisión de altas cantidades de energía, lo que hace que sean exotérmicas. En esta propiedad radica el gran interés del mundo científico en estudiar las reacciones nucleares, que muchas veces son llamadas reacciones termonucleares.

 

3. En relación a la energía producida por las reacciones nucleares:

a. ¿Por qué se dice que esta energía es “energía limpia”? Argumente su respuesta.

La energía producida y utilizada hoy en día emite al medio ambiente grandes cantidades de CO2 (dióxido de carbono), el que es considerado un fuerte contaminante atmosférico por ser un gas responsable del efecto invernadero. Las consecuencias de la presencia de este gas en la atmósfera es el aumento de la temperatura del planeta, haciendo que aumente la temperatura de los mares y océanos, derretimiento de los hielos y cambio climático entre otros efectos.

La producción de energía nuclear no emite a la atmósfera este contaminante, y por eso se

considera la energía nuclear como energía limpia. Sin embargo este tipo de energía conlleva otros peligros, debido a que estas reacciones emiten grandes cantidades de energía las que pueden ser descontroladas.

 

b. ¿Qué es un reactor nuclear y de que manera creen que puede ser utilizado?

Un reactor nuclear es un dispositivo donde se produce una reacción nuclear controlada. Pueden ser utilizados en la obtención de energía, la producción de materiales fisionables, o simplemente para investigación de estas reacciones.

 

c. ¿Qué opinas de la construcción de un reactor nuclear para la generación de energía para tu

ciudad?

Esta es una pregunta personal, sin embargo intente que esté correctamente justificada, evaluando la cantidad de energía limpia producida en contraste con la cantidad de energía producida en forma convencional. Por otra parte, que considere los riesgos que involucra la manipulación de estas reacciones.

 

d. ¿Sabes que ocurrió en Chernobil?

En Chernobil ocurrió un accidente en la planta nuclear que operaba en la ciudad (1986) debido al sobrecalentamiento del reactor nuclear que terminó en la explosión de hidrógeno acumulado en el lugar.

Esta explosión provocó la muerte instantánea de 31 personas, alrededor de 135.000 personas

tuvieron que ser evacuadas, la radiación afectó a aproximadamente 155.000 km², y debieron

permanecer extensas áreas deshabitadas durante muchos años. La radiación se extendió a la

mayor parte de Europa, permaneciendo los índices de radiactividad en niveles peligrosos durante varios días. Se estima que se liberó unas 500 veces la radiación de la bomba atómica arrojada en Hiroshima en 1945.

 

4. ¿Qué es lo que entiendes por la bomba atómica?

 

explode

 

La fisión nuclear se aplicó por primera vez para fabricar la bomba atómica. La fisión del uranio - 235, conlleva una reacción en cadena incontrolable que libera grandes cantidades de energía. La clave de la bomba atómica, es la masa de uranio – 235 que se utilice.

Se pueden construir pequeñas bombas atómicas que utilicen pequeñas cantidades de uranio –235, algunas de ellas equivalen a 20.000 toneladas de TNT (trinitrotolueno) liberando 8 x 1013 J de energía. Las bombas atómicas lanzadas en Hiroshima (Japón, 1945) fueron construidas con uranio – 235, sin embargo la bomba lanzada sobre Nagasaki tres días después, contenía plutonio – 239 que reacciona de la misma forma que el uranio, como reacción en cadena.

 

5. ¿Cómo has de  evaluar las consecuencias de la catástrofe de Chernobil para el medio ambiente y la salud humana?

La catástrofe de Chernobil, ocurrida el 26 de abril de 1986, provocó incalculables daños al medio ambiente y a la salud humana, sobre todo debido al criminal intento, por parte del poder soviético de aquel entonces, de ocultar la verdadera magnitud del accidente. En la actualidad se sufren aún las consecuencias de dicha catástrofe no sólo en Ucrania y Belarús, sino también en otros países de la región que son miembros de la Unión Europea, a saber, Polonia, Letonia y Lituania. Los expertos establecen una correlación entre la catástrofe de Chernóbil y el creciente número de casos de cáncer y enfermedades cardiovasculares, así como de infertilidad en las parejas jóvenes, etc.

 

Paso 5

Para concluir la actividad, pídales a sus estudiantes que realicen una tabla de posibles daños que produjo la radiactividad en los habitantes de Chernobil luego del accidente nuclear producido en 1986.

 

ACTIVIDAD: ¿Qué emite la radiactividad?

 

2H 

 

1. Mapa de contenidos tratados

 

mapa2

 

2. Desarrollo de la actividad: ¿Qué emite la radiactividad?

 

Paso 1

Esta actividad está orientada a que los estudiantes comprendan la naturaleza de las partículas

nucleares y sus aplicaciones.

Para comenzar esta actividad, recuerde los siguientes conceptos:

- Estabilidad nuclear

- Radiactividad.

Si es necesario, recuerde cuáles son las partículas subatómicas:

- Protón

- Neutrón

- Electrón

Para continuar con este tema, dirija a sus estudiantes hacia las partículas nucleares, con la

pregunta:

- ¿Qué se emite en la radiactividad?

Recuérdeles que cuando ocurre una reacción nuclear no sólo se emite energía, sino que también se forman nuevos productos, como núcleos nuevos y partículas subatómicas.

 

Paso 2

Pregunte a sus estudiantes cómo balancearían la siguiente reacción nuclear:

 

form2

 

Para ayudarlos puede comenzar preguntando:

- ¿Está completa esta reacción?

- ¿A qué corresponderá la letra X?

- ¿Son iguales los números másicos en el Po y Pb?

- ¿Son iguales los números atómicos del Po y Pb?

Dirija la atención hacia el número másico y atómico.

La idea es que ellos descubran que algo más está involucrado en esta reacción.

Pueden incluso llegar a la expresión:  42X sin saber el nombre de esta partícula.

 

 

Recomendamos que una vez que los estudiantes lleguen a esta expresión, indíqueles las nuevas partículas: partículas alfa, beta y radiación  gamma, además de positrones.

 

Paso 3

Entregue la guía para el estudiante que se encuentra disponible en el portal educarchile. Los

estudiantes deben buscar información sobre radiactividad, esta información se encuentra disponible en el mismo portal o bien pueden buscarla en otros medios de internet o sus textos.

Leer la guía todos en conjunto, también pueden acceder a ella en línea.

Una vez reunida toda la información, comiencen la actividad completando la tabla. A continuación, indicamos la tabla completa.

 

A) Tabla resumen de naturaleza de la radiación

 

tabla

 

Paso 4

La segunda parte de la actividad, pretende que sus estudiantes comparen la naturaleza de las

partículas nucleares y comprendan que la radiactividad se utiliza en campos de la ciencia y en

medicina.

Inicie la segunda parte de la actividad. En esta, también se requiere de material bibliográfico para investigar nuevos usos de la radiactividad.

Las respuestas a las preguntas de la guía se encuentran a continuación.

 

1. Las partículas alfa son las partículas más grandes y con más masa, en cambio la radiación

gamma (radiación electromagnética) es energía desprendida de la reacción nuclear. En relación a esto, ¿cómo crees que serán los efectos que cada una de estas partículas puede tener sobre el ser humano?

Las partículas alfa son un núcleo de helio, cuentan con dos protones y dos neutrones y, por lo

tanto, tienen carga positiva. En cambio, la radiación gamma es radiación electromagnética de alta energía que es desprendida de una reacción nuclear. Si consideramos estas características, la radiación gamma transporta mucha más energía que las partículas alfa, las que viajan más lento y son muchísimo más grandes y, por lo tanto, tienen menor poder de penetración en el cuerpo humano. Los efectos que tiene la radiación electromagnética son mucho mayores que las partículas alfa.

 

2. Ordena las partículas alfa, beta y gamma, en orden creciente de poder de penetración.

 

Imagen

 

Según orden creciente de poder de penetración:

Partículas alfa < partículas beta < radiación gamma.

 

 

3. Antes de continuar la actividad, pueden ver la animación “Partículas nucleares”, la que ilustra el poder de penetración de estas partículas. (Has que hagan una pequeña observación).

Claramente se puede observar la penetración de las partículas Alfa, Beta y gamma, en distintos materiales, por lo cual podemos deducir que existen factores para que esto se cumpla y uno de los mas importante es que depende del tamaño de la partícula y de la densidad del material en el cual inciden.

 

4. Si las partículas alfa pueden ser detenidas por medio de una hoja de papel; las partículas beta por aluminio; y la radiación gamma con un bloque de plomo. Crea una lista de objetos o cosas de la vida cotidiana, en donde éstos detengan la penetración de las partículas.

Las partículas alfa, que son núcleos de helio, tienen una penetración pequeña en el aire y son

detenidas por una simple hoja de papel. Por exposición externa ni siquiera alcanzan al tejido vivo, ya que se detienen en las capas exteriores (células muertas) de la piel. Entre otro, papel de diario, de revista, etc.

Las partículas beta, que son electrones, pueden recorrer varios metros en el aire y son detenidas por una lámina de aluminio de algunos milímetros. En el tejido vivo puede recorrer algunos centímetros.

La radiación gamma tiene una gran penetración, tanto mayor cuanto lo es su energía. Pueden

recorrer varios cientos de metros en el aire y es necesario un buen espesor de pared de cemento o de plomo para pararlos. Atraviesan los tejidos vivos.

 

Paso 5

Esta parte de la actividad pretende que los estudiantes conozcan las aplicaciones de la

radiactividad.

Puede comenzar recogiendo las ideas previas de sus estudiantes. Algunos de ellos pueden conocer algunas de estas aplicaciones. En general, las aplicaciones más conocidas son aquellas en el campo de la medicina.

Para esto, puede preguntar:

- ¿Utilizamos la radiactividad?

- ¿Utilizamos las partículas radiactivas?

- ¿Podemos utilizar estas emisiones en aplicaciones prácticas?

En la guía para el estudiante encontrarán una aplicación de las partículas nucleares:

A veces se trabaja con elementos que decaen en forma natural emitiendo, en forma controlada partículas o energía. Estas partículas pueden ser utilizadas en algunas ramas de la ciencia o bien, en medicina. Por ejemplo, en química se utilizan isótopos de elementos radiactivos para descubrir mecanismos de una reacción química regular.

Debido a que el isótopo utilizado emite una partícula radiactiva conocida, es posible seguir o

rastrear esta partícula inestable que decae en el tiempo, o bien las radiación emitida por este

isótopo. De ese modo, los científicos descubren cómo ocurre una determinada reacción química.

También se utilizan isótopos radiactivos en medicina para el tratamiento de ciertos tumores. En la mayoría de los casos, utilizan isótopos que emiten radiación electromagnética la que daña las células de origen tumoral.

 

5. ¿Sabes cuánto perjudica o beneficia la radiactividad?

Innumerables son los beneficios que reporta el uso de la radiación en el diagnóstico y el

tratamiento de enfermedades. Con ella se ha podido realizar exploraciones del cerebro y los

huesos, tratar el cáncer y usar elementos radiactivos para dar seguimiento a hormonas y otros compuestos químicos de los organismos.

La radiactividad puede ser peligrosa en determinadas circunstancias y sus riesgos no deben

tomarse a la ligera. Puede dañar las células del organismo y la exposición a altos niveles, puede ser nociva e incluso fatal si se trata de manera inadecuada, por eso lleva un largo proceso de investigación y descubrimientos abriéndose las puertas de la era nuclear.

 

Paso 6

Concluya la actividad, con una reflexión en que se destaque el buen uso de la energía nuclear, más allá de los efectos negativos que se han presenciado en el mundo.

Los estudiantes deben entender que la energía nuclear, y su uso eficiente son alternativas

energéticas hoy en día, cuyo uso aún requiere mucho estudio.

Es decir, a pesar de la mala utilización de la energía nuclear en bombas atómicas, esta energía tiene numerosas aplicaciones en ciencia y medicina, y quizás quedan muchas otras por descubrir.

Y a modo de repaso y evaluación personal por parte de los alumnos pídales que en  su casa o en el laboratorio del establecimiento, practiquen el contenido, con el juego El Ahorcado “Partículas Nucleares” que se encuentra disponible en el siguiente link:

http://www.educarchile.cl/UserFiles/P0001/Media/JuegosBID/Ahorcado216/index.html

Información

Técnica

Descripción BreveTe invitamos a conocer este completo recurso educativo que entrega contenido, sugerencias metodológicas, actividades e imágenes relacionadas con las partículas nucleares y reacciones nucleares, materia de química de IV Medio.
Temas relacionados

» Animación:
Partículas nucleares

» Diapositivas digitales:
Fenómenos nucleares

» Juegos:
El Ahorcado: Partículas Nucleares

IdiomaEspañol (ES)
Autoreducarchile
Fuenteeducarchile
Clasificación Curricular
NivelSectorUnidad o eje
4° medioQuímicaFenómenos nucleares y sus aplicaciones

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