miércoles, 24 de octubre de 2012

Decaimiento Radioactivo

El decaimiento radiactivo es la manera en que un núcleo emite radiación de cualquier tipo, principalmente en forma de partículas, y se transforma en otro diferente. Esta radiación es la que los físicos registran y analizan, y gracias a su estudio se conocen detalles finos de los núcleos atómicos y se avanza en el conocimiento acerca de la estructura atómica y nuclear.

Desde el descubrimiento de la radiactividad alcanzada hace poco más de un siglo por Bequerel y los esposos Pierre y Marie Curie, se conoce la desintegración del núcleo de ciertos elementos con emisión de radiación, que forman otro elemento. Sin embargo, el reto para los científicos universitarios era conocer y experimentar con un nuevo tipo de decaimiento radioactivo, que aporte nuevo conocimiento básico sobre el tema.

En la actualidad son múltiples las aplicaciones que tienen las ciencias nucleares: se irradian alimentos y medicinas, se esterilizan lo mismo materiales de laboratorio que obras de arte, y se realizan diversos estudios médicos utilizando materiales radiactivos. Sin embargo, persisten dudas fundamentales sobre cómo son los núcleos atómicos. Así, mediante el desarrollo de un método llamado "de blanco grueso", María Esther Ortíz Salazar y Efraín Chávez Lomelí han despejado una parte del camino dirigido a generar nuevo conocimiento básico en ese terreno de la física experimental.

Propiedades fundamentales
El decaimiento radiactivo de un núcleo atómico es un proceso por el cual se emite una partícula.
Hipótesis 1: Al producirse en los núcleos atómicos y dadas el corto alcance de las fuerzas nucleares, diferentes núcleos no se interfieren entre sí y los sucesos de decaimiento radiactivo pueden considerarse independientes entre sí.
Hipótesis 2: Otra hipótesis razonable es que la probabilidad de desintegración en un intervalo diferencial dt es proporcional a la longitud del intervalo.
Hipótesis 3: Y si a las dos hipótesis anteriores se le añade la de una probabilidad despreciable para la ocurrencia de más de una desintegración en el intervalo diferencial dt, tendremos que se cumplen las tres hipótesis de un proceso de Poisson y por lo tanto se puede suponer una distribución de probabilidad de Poisson para el decaimiento radiactivo.




Radioactividad



La radiactividad o radioactividad es un fenómeno químico-físico por el cual algunos cuerpos o elementos químicos, llamados radiactivos, emiten radiaciones que tienen la propiedad de impresionar placas radiográficas, ionizar gases, producir fluorescencia, atravesar cuerpos opacos a la luz ordinaria, entre otros. Debido a esa capacidad, se les suele denominar radiaciones ionizantes (en contraste con las no ionizantes). Las radiaciones emitidas pueden ser electromagnéticas, en forma de rayos X o rayos gamma, o bien corpusculares, como pueden ser núcleos de helio, electrones o positrones, protones u otras. En resumen, es un fenómeno que ocurre en los núcleos de ciertos elementos, inestables, que son capaces de transformarse, o decaer, espontáneamente, en núcleos atómicos de otros elementos más estables.
La radiactividad ioniza el medio que atraviesa. Una excepción lo constituye el neutrón, que no posee carga, pero ioniza la materia en forma indirecta. En las desintegraciones radiactivas se tienen varios tipos de radiación: alfa, beta, gamma y neutrones.
La radiactividad es una propiedad de los isótopos que son "inestables", es decir, que se mantienen en un estado excitado en sus capas electrónicas o nucleares, con lo que, para alcanzar su estado fundamental, deben perder energía. Lo hacen en emisiones electromagnéticas o en emisiones de partículas con una determinada energía cinética. Esto se produce variando la energía de sus electrones (emitiendo rayos X) o de sus nucleones (rayo gamma) o variando el isótopo (al emitir desde el núcleo electrones, positrones,neutrones, protones o partículas más pesadas), y en varios pasos sucesivos, con lo que un isótopo pesado puede terminar convirtiéndose en uno mucho más ligero, como el uranio que, con el transcurrir de los siglos, acaba convirtiéndose en plomo.
La radiactividad se aprovecha para la obtención de energía nuclear, se usa en medicina (radioterapia y radiodiagnóstico) y en aplicaciones industriales (medidas de espesores y densidades, entre otras).
La radiactividad puede ser:
  • Natural: manifestada por los isótopos que se encuentran en la naturaleza.
  • Artificial o inducida: manifestada por los radioisótopos producidos en transformaciones artificiales.

La desintegración radioactiva

Los núcleos están compuestos por protones y neutrones, que se mantienen unidos por la denominada fuerza fuerte. Algunos núcleos tienen una combinación de protones y neutrones que no conducen a una configuración estable. Estos núcleos son inestables o radiactivos. Los núcleos inestables tienden a aproximarse a la configuración estable emitiendo ciertas partículas. Los tipos de desintegración radiactiva se clasifican de acuerdo a la clase de partículas emitidas.

Desintegración alfa: El elemento radiactivo de número atómico Z, emite un núcleo de Helio (dos protones y dos neutrones), el número atómico disminuye en dos unidades y el número másico en cuatro unidades, produciéndose un nuevo elemento situado en el lugar Z-2 de la Tabla Periódica.

Desintegración beta: El núcleo del elemento radiactivo emite un electrón, en consecuencia, su número atómico aumenta en una unidad, pero el número másico no se altera. El nuevo elemento producido se encuentra el lugar Z+1 de la Tabla Periódica.

Desintegración gamma: El núcleo del elemento radiactivo emite un fotón de alta energía, la masa y el número atómico no cambian, solamente ocurre un reajuste de los niveles de energía ocupados por los nucleones.
El programa interactivo describe un modelo de sustancia radiactiva A que se desintegra en una sustancia estable B. Se disponen N núcleos radiactivos de la sustancia inestable A. Se introduce la constante de desintegración l. A medida que transcurre el tiempo se anota el número de núcleos que permanecen sin desintegrar. Posteriormente, se comprobará la ley exponencial decreciente a partir de los datos tomados.


 



Energía en los decaimientos nucleares

En todos los procesos de decaimiento radiactivo, estarán presentes balances de energía, de manera parecida a como la masa se conserva en una mezcla química. A nivel atómico, la energía total que hay antes de una emisión debe ser igual a la que hay después de la emisión.

Detengámonos en la energía de una partícula. En el año 1905, el físico Albert Einstein (1879-1955) postuló su teoría especial de la relatividad. Entre los muchos aportes de dicha teoría, estableció la energía que tiene una partícula que se encuentra en reposo, mediante la ecuación:

E=MC²

 Donde m es la masa de la partícula y c la velocidad de la luz. De lo anterior se puede deducir que un solo gramo de materia ¡contiene 90 millones de megajoules de energía! Y ya que sabemos que casi toda la masa de los átomos se encuentra en el núcleo, es allí donde se concentra la mayor parte de la energía.





miércoles, 17 de octubre de 2012

Tamaño del atomo

Distancia al interior del átomo.                                                       
La distancia entre el núcleo del átomo y la ubicación del electrón es muy grande; por ejemplo, si el núcleo del átomo fuera del tamaño de una naranja, es decir, unos 8 cm de diámetro, entonces la distancia al primer estado estacionario del electrón se podría calcular de la siguiente manera:
Átomo 10 ^ -8 cm
Núcleo   10^ -13 cm
Átomo = 10 ^5
Núcleo
Entonces, si el radio de la naranja (núcleo) fuera de  4cm, la distancia entre el electrón y el núcleo sería de 4 x 10 ^5cm, es decir, 4 kilómetros, lo que muestra que al interior de la materia existe mucho espacio vacío.
 El modelo atómico de Bohr sirve para explicar muchos fenómenos, pero no es el modelo atómico definitivo, con el tiempo se le fueron haciendo algunas correcciones, llegando al modelo mecánico-cuántico, que es el más aceptado en la actualidad. En ese modelo, el concepto de orbita es reemplazado por el concepto matemático de probabilidad; es decir, se asigna una probabilidad numérica de encontrar electrones en una cierta región del espacio. En el esquema, aparece la distribución de probabilidad de encontrar electrones para tres estados del electrón de un átomo de hidrogeno. Al ocurrir aquello, cambia un poco la noción de la distancia entre el núcleo y el electrón, pues el no se ubicaría a una distancia fija del núcleo.

Características del núcleo.
 Debido a lo pequeñísimo que es el átomo en relación a nuestro mundo cotidiano, los científicos tardaron muchos años en medir por métodos indirectos las cualidades del núcleo, Fue en el año 1932 que el físico norteamericano James Chadwick logró determinar experimentalmente que estaba formado por dos partículas, que llamó protones y neutrones (también denominados nucleones), el protón con carga eléctrica positiva, de la misma magnitud que la del electrón, y el neutrón sin carga eléctrica.
El número de protones del núcleo se denomina número atómico (Z), y como generalmente los átomos son eléctricamente neutros, ese número corresponde también al número de electrones. El número total de nucleones de un átomo es el número másico (A). Finalmente, el número de neutrones de un núcleo se designa con la letra N. todos aquellos valores determinan al átomo y aparecen alrededor de la abreviatura del elemento químico en la tabla periódica de los elementos.




Tamaño del núcleo atómico.
Como el núcleo no es una unidad compacta, sino que está formulada por protones y neutrones, resulta lógico que su tamaño dependa del número de aquellos. Una manera de calcular su radio está dada por la relación:
R = 1x2 x 10 ^-15 · A ⅓ m
Donde A es el numero másico, es decir, la suma de protones y neutrones del núcleo.
Masa del núcleo atómico.
La masa de la Tierra es aproximadamente 81 veces la masa de la Luna, y con eso basta para considerar que la luna gira alrededor de la Tierra por efecto gravitacional. Si se compara la masa que tiene el núcleo del átomo de hidrogeno (un protón) Con un electrón, se obtienen una relación mucho mayor ( 1 : 1885 ), pero no se debe olvidar que en ese caso también actúa la fuerza eléctrica.
Consideraciones como aquella, y como la distancia entre el núcleo y electrón, han determinado que se compare el modelo de Rutherford y el del átomo de hidrogeno como “modelo planetario”, lo que se modifica radicalmente cuando se considera el modelo mecánico-cuántico.


Leer más: http://www.wikiteka.com/apuntes/fisica-cuantica-9/#ixzz29a4AWqgF




Función de los Neutrones

los neutrones no tienen carga y se encuentran en el núcleo para que los protones no se repelan (porque tienen carga positiva) si no estuvieran solo podría haber 1 proton por núcleo como el hidrógeno