Radiactividad

TEMA NÚMERO UNO

1. ESTRUCTURA ATÓMICA Y NUCLEAR.

1.1 EL ÁTOMO.

La materia está formada por entidades individuales llamadas elementos. Cada elemento se distingue de los demás por las propiedades físicas y químicas de su componente básico, el átomo.

El átomo es la partícula más pequeña de un elemento que conserva las propiedades físicas y químicas del elemento dado.

Cada átomoconsiste de un núcleo central donde se encuentra localizada casi toda la masa de éste. Alrededor del núcleo se encuentran unas partículas mucho más pequeñas denominadas electrones, girando constantemente. El radio del átomo mide alrededor de 10-10 m, mientras que el radio del núcleo es del orden de 10-14 m. Ver figura 1.1 del Apéndice.

1.2 EL NÚCLEO.

Las propiedades de un átomo se derivan de laconstitución de su núcleo y del número y arreglo de sus electrones orbitales.

El núcleo contiene dos tipos fundamentales de partículas: protones y neutrones. Los protones tienen carga positiva y los neutrones son eléctricamente neutros. Ver figura 1.2 del Apéndice.

Ya que el electrón tiene una unidad de carga negativa (-1.6x10-19 Coulombs) y el protón tiene una unidad de carga positiva(+1.6x10-19 Coulombs), y sabiendo que un átomo es su estado base tiene el mismo número de protones que de electrones, entonces el átomo es eléctricamente neutro. Ver Figura 1.3 del Apéndice.

Un átomo queda completamente especificado por cualquiera de las siguientes formas (ver Figura 1.4 del Apéndice):

Donde:
X: Símbolo químico del elemento.
A: Número de masa atómica, también definidocomo número de nucleones (neutrones y protones en el núcleo)
Z: Número atómico, que denota el número de protones en el núcleo.
Si denotamos con N al número de neutrones del núcleo, se tiene:

A = Z + N

Ejemplos:



Representa a un núcleo de hidrógeno donde:

A = 1
N = 0
Z = 1

Representa a un núcleo de helio, donde:

A = 4

Z = 2
N = 2

Un elementoquímico queda definido por su número atómico (Z). Por ejemplo, si tenemos los elementos 20M12 y 21N12 entonces M y N son el mismo elemento químico, y los elementos 18K10 y 18L12 son elementos químicos diferentes, ya que tienen diferente número atómico, Z.

Con base en las diferentes proporciones de neutrones y protones en el núcleo, los átomos se clasifican en diferentes categorías, unade ellas, que es de interés en este curso es el isótopo:

Isótopos: Átomos con el mismo número de protones pero diferente número de Neutrones. En otras palabras:
Isótopos son átomos del mismo elemento químico pero con diferente cantidad d neutrones. Ver figura 1.5 del Apéndice.

Nota: El término isótopo no se refiere exclusivamente a un elemento radiactivo, ya que existen isótoposradiactivos e isótopos estables.

Ejemplos:

Son isótopos de hidrógeno:

Son isótopos de fósforo:





1.3 MASA ATÓMICA.

Las masas de los átomos y de las partículas subatómicas están dadas en términos de unidades de masa atómica (uma). Una uma se define como 1/12 de la masa de un núcleo de carbono (12C6). Al núcleo de 12C6 se le ha asignado arbitrariamente una masa de 12uma. En unidades básicas de masa,
1 uma = 1.66 x 10-27 kg

La masa de un átomo expresada en umas se conoce como masa atómica o peso atómico. Las masas de las partículas atómicas, en unidades de masa atómica, son:

Electrón = 0.000548 uma
Protón = 1.00727 uma
Neutrón = 1.00866 uma

Debido a que la masa del electrón es mucho más pequeña que la del protón y el neutrón y, yaque protones y neutrones tienen casi la misma masa (aproximadamente 1 uma), todas las masas atómicas son casi iguales al número de masa atómica (A = N+Z, protones más neutrones).

Por ejemplo, el 14C6 tiene un número de masa atómica A = N + Z = 8 + 6 = 14, y su masa atómica debería ser mC-14 = 8 (1.00866) + 6 (1.00727) = 14.1129 uma. Sin embargo, la masa de este átomo es mC-14 = 14.003242...