Quimica

21

Facultad de Farmacia. Universidad de Alcalá

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2 Química Nuclear
2.1
2.2
2.3
2.4
2.5
2.6
2.7

La estabilidad de los núcleos atómicos
Radiactividad. Series radiactivas. Velocidad de desintegración
Efectos biológicos de la radiactividad
Nucleosíntesis
Fisión nuclear
Fusión nuclearAplicaciones: trazadores radiactivos y datación

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2.1 La estabilidad de los nœcleos at—micos
Los nucleones están enlazados en el núcleo por una fuerza atractiva extremadamente fuerte en distancias
cortas que vence la repulsión electrostática entre los protones. La proporción entre el número de neutrones y elde protones y el tamaño de un núcleo influyen en su estabilidad, y, por tanto, en su reactividad.
La banda de estabilidad. Existe una relación entre la estabilidad de un núcleo y la proporción neutrón–
protón, como se observa en la gráfica de la figura 2.1, que recoge los 157 nucleidos estables (un nucleido
es cada una de las formas atómicas de los elementos, en contraste con “isótopo” que serefiere
únicamente a formas atómicas distintas de un elemento).
n/p = 1,5

120

Banda de
estabilidad

Número de neutrones

100
n/p = 1,4

Neutrones/Protones = 1

80

60 n/p = 1,2
40

20

0

20
40
60
Número de protones

80 83

Figura 2.1. Gráfica del número de
neutrones frente al número de protones
en los 157 núcleos estables conocidos.
Cuando se eleva el númeroatómico, los
núcleos estables presentan una mayor
relación neutrones/protones. El área
donde se localizan los núcleos estables
se denomina banda de estabilidad. La
mayoría de los núcleos inestables se
sitúan fuera de dicha banda. Todos los
núcleos de Z >83 son inestables.

Los núcleos situados fuera de la banda de estabilidad son inestables y se descomponen, emitiendo
radiactividad, hastaconvertirse en núcleos con una relación neutrón–protón adecuada.
La energía de enlace. La estabilidad de un núcleo viene dada por su energía de enlace nuclear, que es la
energía desprendida cuando Z protones y A–Z neutrones se juntan para formar un núcleo. Esta energía se
calcula a partir de la diferencia másica entre los nucleones libres y el núcleo formado, aplicando la
ecuación de Einstein, E= mc2. La energía de enlace por nucleón permite comparar la estabilidad de
núcleos distintos (figura 2.2). Energéticamente es favorable la fusión de los núcleos muy ligeros para dar
núcleos más pesados y la fisión de los núcleos muy pesados para dar dar núcleos más ligeros.

22

Energía de enlace por nucleón
(en MeV/nucleón)

Química General. Grupo B. Curso 1993/94

10

56 Fe
261 MeV = 1,60 10

–13

J

5

00

50

100
150
200
Número de nucleones, A

Figura 2.2. Gráfica de la energía de
enlace por nucleón frente al número de
nucleones. Los núcleos muy ligeros y
muy pesados son relativamente inestables.
El núcleo más estable es el del hierro–56.

250

2.2 Radiactividad. Series radiactivas. Velocidad de desintegraci—n
Tipos de radiactividad. Losnúcleos fuera de la banda de estabilidad son radiactivos, es decir, se
descomponen (se desintegran) liberando diferentes tipos de partículas o de radiación electromagnética.
La radiactividad fue accidentalmente descubierta en 1896 por Becquerel, al trabajar con óxido de uranio.
Rutherford identificó tres tipos de radiactividad (α, β y γ) pero ahora se conocen muchos más (tabla 2.1)._____________________________________________________________________________________________________
Tabla 2.1. Tipos comunes de radiactividad
∆Z
∆A
Tipo
Símbolo
Identidad
Ejemplos
204Pb → 200Hg + 4He (1)
α, 4α , 4He2+
Núcleo de helio
Alfa
–2
–4
2 2
82
80
2
Beta

0
0
β , β –, –1β, –1e

Gamma

γ, 0γ
0

Positrón

0
0
β+ , +1β , +1e

Neutrón

n, 1n
0

Neutrón

Protón...