Fundamentos de la Estabilidad Nuclear y la Energía Atómica
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Estabilidad del Núcleo Atómico
La densidad de los núcleos es constante e independiente del número de nucleones que los componen.
Las fuerzas que ligan a los protones y a los neutrones entre sí son iguales.
La fragmentación de un núcleo requiere una elevada cantidad de energía, lo que demuestra la fortaleza de la ligazón de sus constituyentes.
A partir de estos hechos, podemos establecer que las fuerzas nucleares:
- Son atractivas.
- Son de gran intensidad.
- No dependen de la carga eléctrica.
- Son de muy corto alcance.
Estabilidad Energética: Energía de Enlace
La masa de los núcleos es menor que la suma de las masas de los nucleones que los componen. Esta diferencia de masa es conocida como defecto de masa:
Este defecto de masa explica, a la luz de la teoría de la relatividad de Einstein, la estabilidad que adquiere el núcleo.
Este defecto de masa encontrado explica la energía que se libera en la formación del núcleo, que es:
Núcleos Inestables: La Radiactividad Natural
Los núcleos son inestables a partir del elemento de número atómico 83. Esos núclidos tienden a estabilizarse mediante dos procedimientos: emitiendo partículas alfa o desintegrando neutrones al emitir electrones beta.
Descubrimiento de la Radiactividad por Becquerel
A partir del descubrimiento de la radiactividad por parte de Becquerel, se observó que:
- La intensidad de la radiación emitida no resulta alterada por el hecho de que la sustancia emisora esté en disolución o participe en reacciones químicas.
- El fenómeno radiactivo va acompañado de emisión de energía.
Radiación Alfa (α)
La radiación alfa está constituida por núcleos de Helio-4 (partículas alfa, 42He2+) que son emitidos por los átomos a una velocidad de 16.000 km/s.
Radiación Beta (β)
La radiación beta está formada por los llamados electrones beta (partículas beta, 0-1e-), que proceden de la desintegración de un neutrón en el núcleo.
Radiación Gamma (γ)
La radiación gamma es de naturaleza electromagnética y no sufre desviación alguna al atravesar un campo eléctrico o magnético.
Se denomina periodo de semidesintegración o vida media (T) al tiempo que tarda en desintegrarse la mitad de los núcleos iniciales.
Fusión Nuclear
La fusión nuclear es una reacción en la que se unen dos núcleos ligeros para formar uno más pesado. Este proceso desprende energía porque la masa del núcleo pesado es menor que la suma de las masas de los núcleos más ligeros. Este defecto de masa se transforma en energía, según la famosa fórmula de Einstein E=mc2. Aunque el defecto de masa es muy pequeño y la ganancia por átomo es mínima, es una energía muy concentrada, lo que significa que una pequeña cantidad de combustible puede generar una gran cantidad de energía.
Fisión Nuclear
La fisión nuclear consiste en la ruptura del núcleo de un átomo de alta masa atómica (por ejemplo, el uranio-235) en otros más ligeros por medio del bombardeo con partículas subatómicas, como neutrones, liberando en este proceso energía calorífica y más neutrones.
Estos neutrones liberados pueden, a su vez, dividir otros átomos y generar así una reacción en cadena. Cuando este proceso de fisión nuclear está controlado y la energía es liberada lentamente en un reactor nuclear, puede transformarse en energía eléctrica. En cambio, si esta reacción no es controlada, la energía es liberada instantáneamente, con una tremenda y violenta explosión, como sucede en las armas nucleares.