Leyes de Soddy y Fajans: desintegración alfa, beta y series radiactivas
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Resumen
El texto explica cómo se transforman los núcleos al emitir radiación alfa, beta o gamma, presentando las leyes de los desplazamientos radiactivos de Soddy y Fajans con sus fórmulas. Después describe las cuatro series radiactivas naturales (torio, uranio, actinio y neptunio) y su aplicación geológica para datar minerales a partir de su contenido en plomo.
Puntos clave
- La emisión alfa reduce el número másico en 4 y el atómico en 2, desplazando el elemento dos lugares a la izquierda en el Sistema Periódico.
- En la desintegración beta negativa, el número másico no cambia y el atómico aumenta en una unidad.
- En la desintegración beta positiva, el número másico no cambia y el atómico disminuye en una unidad.
- La emisión gamma no transmuta el núcleo: solo pasa de un estado excitado a otro de menor energía.
- Las series radiactivas naturales son cuatro: torio (4n), uranio (4n + 2), actinio (4n + 3) y neptunio (4n + 1).
- La proporción de plomo en un mineral permite estimar la antigüedad de su formación.
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Procesos Radiactivos y Series de Desintegración
Cuando un núcleo emite radiación $\alpha$ o radiación $\beta$, se transforma en un núcleo de otro elemento químico diferente. Decimos que el núcleo se ha transmutado o desintegrado.
Leyes de los Desplazamientos Radiactivos: Leyes de Soddy y Fajans
Primera Ley: Desintegración Alfa ($\alpha$)
“Cuando un núcleo emite una partícula $\alpha$ ($^4_2\text{He}$), se transforma en otro núcleo diferente cuyo número másico es cuatro unidades menor y cuyo número atómico es dos unidades menor que el núcleo de partida”.
Fórmula de la desintegración $\alpha$:
$$^A_Z\text{X} \rightarrow ^{A-4}_{Z-2}\text{Y} + ^4_2\text{He}$$
El núcleo obtenido tras una desintegración $\alpha$ corresponde a un elemento químico que está desplazado, en el Sistema Periódico, dos lugares a la izquierda del núcleo original.
Segunda Ley: Desintegración Beta ($\beta$)
Desintegración Beta Negativa ($\beta^-$)
“Cuando un núcleo emite un electrón ($^0_{-1}\text{e}$ o partícula $\beta^-$), su número másico no varía, pero su número atómico aumenta en una unidad”.
Fórmula:
$$^A_Z\text{X} \rightarrow ^A_{Z+1}\text{Y} + ^0_{-1}\beta$$
El núcleo obtenido tras una desintegración $\beta^-$ corresponde a un elemento químico desplazado, en el Sistema Periódico, un lugar a la derecha del elemento original.
Desintegración Beta Positiva ($\beta^+$)
“Si la partícula emitida es un positrón ($^0_{+1}\text{e}$ o partícula $\beta^+$, antipartícula del electrón), su número másico no varía, pero su número atómico disminuye en una unidad”.
Fórmula:
$$^A_Z\text{X} \rightarrow ^A_{Z-1}\text{Y} + ^0_{+1}\beta$$
El núcleo obtenido tras una desintegración $\beta^+$ corresponde a un elemento químico desplazado, en el Sistema Periódico, un lugar a la izquierda del elemento original.
Emisión Gamma ($\gamma$)
La emisión se produce cuando el núcleo pasa de un estado energético excitado a otro de menor energía. En este proceso, el núcleo no se transmuta.
Fórmula:
$$^A_Z\text{X}^* \rightarrow ^A_Z\text{X} + ^0_0\gamma$$
Series Radiactivas Naturales
El matrimonio Curie detectó polonio y radio en cantidades ínfimas en el mineral de uranio. La única explicación posible es que estos elementos constituyen un eslabón intermedio en las series radiactivas naturales.
Clasificación de las Series
- Serie del Torio (4n): Comienza en el $^{232}\text{Th}$ y termina en el $^{208}\text{Pb}$. Los núclidos de esta serie cumplen la relación $A = 4n$, donde $n$ es un número entero.
- Serie del Uranio (4n + 2): Comienza en el $^{238}\text{U}$ y termina en el $^{206}\text{Pb}$. Los núclidos de esta serie cumplen la relación $A = 4n + 2$, donde $n$ es un número entero.
- Serie del Actinio (4n + 3): Comienza en el $^{235}\text{U}$ y termina en el $^{207}\text{Pb}$. Los núclidos de esta serie cumplen la relación $A = 4n + 3$, donde $n$ es un número entero.
- Serie del Neptunio (4n + 1): Comienza en el $^{241}\text{Pu}$ o $^{237}\text{Np}$ y termina en el $^{209}\text{Bi}$. Los núclidos de esta serie cumplen la relación $A = 4n + 1$, donde $n$ es un número entero.
Aplicación Geológica
La proporción de Plomo contenido en el mineral permite conocer la antigüedad de su formación.
Preguntas frecuentes
¿Qué dice la primera ley de Soddy sobre la desintegración alfa?
Cuando un núcleo emite una partícula alfa (⁴₂He), el núcleo resultante tiene un número másico cuatro unidades menor y un número atómico dos unidades menor que el original.
¿Qué cambia en una desintegración beta negativa?
El número másico no varía, pero el número atómico aumenta en una unidad, por lo que el elemento se desplaza un lugar a la derecha en el Sistema Periódico.
¿En qué se diferencia la emisión gamma de las desintegraciones alfa y beta?
En la emisión gamma el núcleo no se transmuta, porque solo pasa de un estado energético excitado a otro de menor energía.
¿Para qué sirve el plomo contenido en un mineral de uranio?
La proporción de plomo en el mineral permite conocer la antigüedad de su formación.
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