ISOTOPOS RADIACTIVOS

Puede ocurrir que átomos con un número especifico de protones tengan diferente número de neutrones. Estamos entonces en presencia de Isótopos, que pueden ser estables o inestables. En este último caso, se desintegran espontáneamente emitiendo una radiación (gamma, de partículas alfa , beta, etc.) y entonces se llaman isótopos radioactivos o radioisótopos.
La destrucción de un radioisótopo puede ser muy lenta (miles de años) o rapidísima (fracciones de segundo). Se llama tiempo de vida media de un radioisótopo el tiempo requerido para su radioactividad inicial se reduzca a la mitad.

Los isótopos son muy utilizados en Medicina, ya que al poseer las mismas propiedades químicas que sus correspondientes elementos, pueden sustituir a estos en los procesos químicos. De esta forma actúan como marcadores y las moléculas con radioisótopos incorporados pueden seguirse fácilmente. Por ejemplo, la utilización de un aminoácido marcado con 14-C permite detectar como, cuando y donde se incorpora dicho aminoácido a una cadena polipeptídica en crecimiento. Algunos usos de los radioisótopos son en quimioterapia, radiología, reactores nucleares y como combustibles de sondas espaciales.

QUIMICA NUCLEAR

En 1886, Henry Becquerel descubrió los rayos que emanaban de los compuestos de uranio, y su naturaleza fue determinada por Ernest Rutherford; demostrando que los átomos de un elemento pueden convertirse en átomos de otro elemento por desintegraciones nucleares espontaneas lo que se conoce con radiactividad natural, llamando a esos átomos inestables como isótopos radiactivos. Años después se comprobó que este fenómeno puede lograrse mediante reacciones nucleares iniciadas por bombardeo de los núcleos con partículas subatómicas aceleradas.

Todo esto dio pie para que revolucionaran los conocimientos sobre energía nuclear, estimulando a muchos investigadores incluyendo a Marie Curie y Pierre Curie, a estudiar y descubrir nuevos elementos radiactivos (Ra y Po). Muchos isótopos radiactivos o radioisótopos, tienen en la actualidad importancia médica, agrícola e industrial.

La fisión nuclear es la separación de núcleos pesados en otros más ligeros .
La fusión nuclear es la combinación de núcleos ligeros para producir uno más pesado.

La enorme cantidad de energía liberada por unidad de peso de los combustibles nucleares producidas en la fisión y fusión nuclear controladas, constituye una promesa de suministro de una gran parte de nuestra futura demanda de energía. En la actualidad la investigación se orienta a superar algunos problemas tecnológicos asociados con la seguridad y la utilización eficaz de los reactores de fisión nuclear y con el desarrollo de reactores controlados de fusión continua.

DESINTEGRACIÓN RADIACTIVA

Los núcleos, cuyas relaciones de neutrones y protones, caen fuera de la región de estabilidad, experimentan desintegración radiactiva espontánea por emisión de una o más partículas o radiación electromagnética, o ambas cosas. Una característica de los elementos radiactivos, es tener un núcleo muy pesado ( masa atómica grande) .

Los núcleos con diferentes niveles de excitación pueden emitir partículas o radiaciones con un poder de penetración, con una energía y una velocidad diferente, algunas de ellas son :

Radiación Naturaleza
Rayos b (beta) electrón
Positrón (e+) Electrón (+)
Rayos a (alfa) Núcleo de He
Protón (p+) Núcleo de H
Rayos g (gamma) Radiación electromagnética o rayos X
Neutrón (n) neutrón
 Una de las primeras desintegraciones demostradas, fue la del radio 222 (Ra) y constituyó la primera transmutación de un elemento. Los núclidos pesados pueden desintegrarse con menor frecuencia por emisión beta, emisión positrónica o captura electrónica.

Algunos de los isótopos del uranio (Z=92) y elementos de peso atómico elevado, elementos transuránidos, se desintegran también en forma espontánea mediante fisión nuclear, en la que el núcleo pesado se rompe en núclidos de masas intermedias, neutrones y con una gran liberación de energía.

Por ejemplo

Un átomo de uranio (U) puede sufrir una fisión simple cuando se bombardea con un neutrón, liberándose dos átomos: uno de kriptón (Kr) y uno de bario (Ba) y además tres neutrones, es decir el núcleo de uranio se rompe y se reparten las partículas subatómicas , formándose dos elementos y sobrando 2 neutrones y un tercero que es el que se uso en el bombardeo.

Cada uno de esos tres neutrones liberados de la fisión simple, bombardean a tres átomos de uranio y produce tres fisiones simultaneas, liberándose tres átomos de kriptón , tres de bario y 9 electrones, cada uno de esos nueve electrones logra una siguiente fisión y así sucesivamente, el número de electrones se incrementan a 27, 81,243,729 hasta llegar a miles y millones de neutrones que fisionarán a la misma cantidad de átomos de uranio. Esto se conoce como reacción en cadena (reacción de fisión explosiva) y se lleva a cabo en décimas de segundo y como consecuencia se libera una enorme cantidad de energía, suficiente para producir una bomba atómica o para generar la energía eléctrica de una gran ciudad.

En el siguiente esquema se muestra la fisión del átomo de U al ser bombardeado con un neutrón

La reacción de fisión del Uranio es :

 

1
 
235
   
92
   
141
     
1
 
  n Þ    U
® 
  Kr
+
 
Ba
+
3
  n 
0
 
92
   
36
   
56
     
0
 
 En la reacción se observa como la suma de la masas de las partículas liberadas en la fisión, es igual a la masa atómica del radioisótopo (U), lo mismo sucede con el número atómico.

Algunos ejemplos de isótopos radiactivos se muestran en la tabla periódica señalados con un símbolo específico, estos son:  Po, At, Fr, Ra, Pm, Ac, Th , Pa, U y todos los elementos transuranidos o con número atómico mayor a 92 . No son los únicos puesto que existen isótopos inestables de elementos más ligeros como el Co-60.