REACCIONES NUCLEARES

4.- Reacciones nucleares. Una reacción nuclear es un proceso de combinación y transformación de las partículas y núcleos atómicos. Una reacción nuclear se representa mediante una ecuación que muestra el proceso en el que intervienen núcleos atómicos. Ya se han visto a lo largo de estos apuntes algunas reacciones referentes a procesos radiactivos ya que la desintegración α y β pueden considerarse como reacciones nucleares. Existen otro tipo de reacciones nucleares consistentes en el bombardeo de un núcleo con otros núcleos de menor tamaño o, incluso, con partículas subatómicas. La primera reacción nuclear (diferente a la desintegración radiactiva) estudiada lo fue por parte de Rutherford en 1919: consiste en el bombardeo de núcleos de nitrógeno-14 con partículas α (procedentes de la desintegración del radio-226): Podemos pensar que el sueño de los alquimistas está cerca pues el nitrógeno se ha convertido en oxígeno de forma artificial. Otro ejemplo de reacción nuclear, utilizada por Irene-Joliot Curie (hija de Marie y Pierre Curie)  y su esposo Jean Fréderic Joliot-Curie les permitió descubrir la radiactividad artificial: el fósforo-30 es radiactivo, fue el primer isótopo radiactivo sintetizado en un laboratorio y permitió al matrimonio descubridor recibir el premio Nobel en 1935. Podemos ver en la última reacción nuclear un motivo del porqué de la peligrosidad de la partícula α ya que produce reacciones nucleares que dan lugar a nuevos núcleos radiactivos. Más ejemplos: Podemos ver en todas estas reacciones que se debe conservar la masa (la suma de los números másicos de los productos y reactivos es la misma) y la carga (la suma de los números atómicos –protones- en productos y reactivos es la misma). El catálogo de partículas y núcleos utilizados para bombardear es muy extenso. Las más importantes, junto con sus símbolos, son: Las partículas con carga eléctrica se pueden acelerar con campos eléctricos y magnéticos con el objeto de facilitar el choque y la reacción (aceleradores de partículas) al impactar a gran velocidad con el blanco. El neutrón y otras partículas neutras no se pueden acelerar dado su carácter neutro.
Reacción de fisión Es un tipo de reacción nuclear que se produce cuando un núcleo pesado se divide en dos o más núcleos ligeros. En estas reacciones se libera mucha energía. La fisión nuclear fue descubierta en 1939 por O. Hahn y F. Strassmann al bombardear un núcleo de uranio-235 con un neutrón. Se produce uranio-236, un núcleo muy inestable que se fisiona en dos núcleos más ligeros según la reacción: A pesar de que el uranio-235 es energéticamente menos estable que sus productos de fisión, no se fisiona de forma espontánea. Es necesaria una energía de activación que se obtiene de la captura de un neutrón por el núcleo. La energía desprendida se puede determinar calculando exactamente el defecto de masa entre productos y reactivos pues aunque la suma de los números másicos de productos y reactivos se conserva, hay una diferencia entre el las masas experimentales de productos y reactivos. Una serie de consideraciones a temer en cuenta: 1ª) El uranio-235 que permitió descubrir la fisión nuclear no es precisamente el isótopo más abundante del uranio. Enriquecer una muestra de un elemento en un isótopo concreto no es una tecnología que esté al alcance de todos los países. 2ª) Los dos fragmentos producto de la fisión no son siempre los mismos. En la reacción anterior los fragmentos son el bario-141 y el kriptón-92, pero estos fragmentos son  el caso más probable de ruptura. La gráfica adjunta nos muestra cómo varía la probabilidad de fisión del uranio-235 en función del número másico de los núcleos producto de la misma. La mayor parte de los núcleos obtenidos en la fisión son radiactivos y dan lugar a sus propias series radiactivas. 3ª) La energía liberada es del orden de 200 MeV por reacción, es decir, por átomo de uranio fisionado. Si suponemos que tenemos 235 g de uranio-235,  tendremos  un  número  de Avogadro de átomos de uranio fisionales a 200 MeV por átomo dan un total de 12 · 1025 MeV de energía = 192 · 1011 J. Un kilogramo de uranio-235 produciría por fisión una energía cuya cantidad es 1.800.000 veces superior a la obtenida por quemar 1 kg de gasolina (1 kg de gasolina produciría 4’6 · 107 J). 4ª) En las reacciones de fisión se producen entre 2 y 3 neutrones, dependiendo de los núcleos producto de la reacción de fisión. Estos neutrones pueden fisionar a otros núcleos de uranio-235 y producir una reacción en cadena. Para que se produzca dicha reacción en cadena debe haber un número determinado de núcleos del elemento fisionable, es su masa crítica. Enrico Fermi fue el primer físico que produjo una reacción en cadena en 1942 en Chicago. 5ª) Otros núcleos fisionables son el torio, protoactinio, plutonio,…
Fusión nuclear Es un tipo de reacción nuclear en la que núcleos ligeros se unen para producir un núcleo más pesado. Sería la una reacción inversa a la fisión nuclear: La energía desprendida en el ejemplo anterior es de 17’6 MeV ya que los productos presentan un defecto de masa de 0’0189 u. El desprendimiento de energía se produce porque el núcleo de helio-4 es más estable que los núcleos de deuterio y tritio y se desprende la energía de enlace correspondiente. Tal como sucede en la fisión, para iniciar un proceso de fusión nuclear es necesaria una energía de activación. En el caso de la fusión, la energía necesaria para que los núcleos se unan venciendo las repulsiones electrostáticas es proporcionada por una energía térmica muy elevada (correspondiente a temperaturas superiores al millón de grados Kelvin). Los núcleos de pequeño peso atómico, como el deuterio o el tritio, son los más adecuados para producir fusión nuclear. Las reacciones de fusión, también llamadas termonucleares, tienen lugar de forma natural en el Sol y las estrellas, gracias a las altas temperaturas de su interior. De forma artificial, en cambio, el ser humano sólo ha conseguido (hasta ahora) la fusión en cadena de forma explosiva: se trata de la bomba de hidrógeno o bomba H. Mediante una bomba atómica de fisión se alcanza la temperatura necesaria para llevar a cabo la reacción de fusión, es decir, en una bomba H una bomba atómica es el detonador.

FUSIÓN Y FISION NUCLEAR

LAS TIC Y LOS APRENDIZAJES

ENLACES QUIMICOS

Un enlace químico es la interacción física responsable de las interacciones entre átomos, moléculas e iones, que tiene una estabilidad en los compuestos diatómicos y poliatómicos.

Las moléculas, cristales, y gases diatómicos (que forman la mayor parte del ambiente físico que nos rodea) está unido por enlaces químicos, que determinan las propiedades físicasy químicas de la materia.

Las cargas opuestas se atraen, porque, al estar unidas, adquieren una situación más estable que cuando estaban separados. Esta situación de mayor estabilidad suele darse cuando el número de electrones que poseen los átomos en su último nivel es igual a ocho, estructura que coincide con la de los gases nobles ya que los electrones que orbitan el núcleo están cargados negativamente, y que los protones en el núcleo lo están positivamente, la configuración más estable del núcleo y los electrones es una en la que los electrones pasan la mayor parte del tiempo entre los núcleos, que en otro lugar del espacio. Estos electrones hacen que los núcleos se atraigan mutuamente.

Teoría del enlace químico

En la visión simplificada del denominado enlace covalente, uno o más electrones (frecuentemente un par de electrones) son llevados al espacio entre los dos núcleos atómicos. Ahí, los electrones negativamente cargados son atraídos a las cargas positivas de ambos núcleos, en vez de sólo su propio núcleo. Esto vence a la repulsión entre los dos núcleos positivamente cargados de los dos átomos, y esta atracción tan grande mantiene a los dos núcleos en una configuración de equilibrio relativamente fija, aunque aún vibrarán en la posición de equilibrio. En resumen, el enlace covalente involucra la compartición de electrones en los que los núcleos positivamente cargados de dos o más átomos atraen simultáneamente a los electrones negativamente cargados que están siendo compartidos. En un enlace covalente polar, uno o más electrones son compartidos inequitativamente entre dos núcleos.

En una visión simplificada de un enlace iónico, el electrón de enlace no es compartido, sino que es transferido. En este tipo de enlace, el orbital atómico más externo de un átomo tiene un lugar libre que permite la adición de uno o más electrones. Estos electrones recientemente agregados ocupan potencialmente un estado de menor energía (más cerca al núcleo debido a la alta carga nuclear efectiva) de lo que experimentan en un tipo diferente de átomo. En consecuencia, un núcleo ofrece una posición de más fuerte unión a un electrón de lo que lo hace el otro núcleo. Esta transferencia ocasiona que un átomo asuma una carga neta positiva, y que el otro asuma una carga neta negativa. Entonces, el enlace resulta de la atracción electrostática entre los átomos, y los átomos se constituyen en ((iones)) de carga positiva o negativa.

Todos los enlaces pueden ser explicados por la teoría cuántica, pero, en la práctica, algunas reglas de simplificación les permiten a los químicos predecir la fuerza de enlace, direccionalidad y polaridad de los enlaces. La regla del octeto y la (TREPEV) teoría de repulsión de pares de electrones de la capa de valencia son dos ejemplos.

Existen teorías más sofisticadas, como la teoría del enlace de valencia, que incluye la hibridación de orbitales y la resonancia, y el método de combinación lineal de orbitales atómicos dentro de la teoría de los orbitales moleculares, que incluye a la teoría del campo de los ligantes. La electrostática es usada para describir polaridades de enlace y los efectos que ejerce en las sustancias químicas.

COMO SE UNEN LOS ÁTOMOS PARA FORMAR MOLECULAS

Los elementos químicos poseen características diversas, y la Electronegatividad es una de ellas. Con el valor de electronegatividad de cada elemento se puede determinar que tipo de enlace van a establecer ente átomos.

Hay tres:

• Enlace covalente, que se establece entre elementos con diferencia de electronegatividad menor que 1,7 y en el que se comparten pares de electrones. Además tiene algunas variantes como el dativo y el covalente gigante.
• Enlace iónico, que se da entre átomos de elementos con diferencia de electronegatividad mayor de 1,7 y se forman aniones y cationes.
• Enlace metálico se da, como su nombre lo dice, entre metales y en este se comparten todos los electrones con todos los núcleos agrupados. Esta característica permite el flujo eléctrico.

SUSTANCIAS QUÍMICAS EN LA VIDA COTIDIANA

Las sustancias químicas son los pilares de la vida. Existen en nosotros, en todo lo que nos rodea y en cada producto que compramos.

Los seres humanos y los animales están hechos de sustancias químicas; la cocción de los alimentos es química pura; los fármacos que previenen y tratan enfermedades están hechos de sustancias químicas; e incluso el sol que permite la vida en la Tierra está compuesto por sustancias químicas. Las sustancias químicas son tanto naturales como artificiales. No existiría la vida sin ellas.

En estas páginas web intentamos ofrecer una perspectiva sobre la importancia de las sustancias químicas, así como sobre cómo usarlas con la máxima seguridad.

glosario

cito esqueleto:El citoesqueleto es un orgánulo y también es un entramado tridimensional de proteínas que provee soporte interno en las células eucariotas, organiza las estructuras internas e interviene en los fenómenos de transporte, tráfico y división celular.


embrionarios-El desarrollo embrionario es el período desde la fecundación hasta el nacimiento del nuevo ser, aunque no exista fecundación, como sucede en los casos de partenogénesis. Consta de las fases de: fecundación, segmentación, gastrulación y organogénesis.

eucariota:Se llama células eucariotas —del griego eu,'verdadero', y karyon, ‘nuez’ o ‘núcleo’¹ — a las que tienen un citoplasma, compartimentado por membranas, destacando la existencia de un núcleo celular organizado, limitado por una envoltura nuclear, en el cual está contenido el material hereditario, que incluye al ADN y es la base de la herencia; se distinguen así de las células procariotas que carecen de núcleo definido, por lo que el material genético se encuentra disperso en su citoplasma. A los organismos formados por células eucariotas se los denomina eucariontes.

fagocitosis-La fagocitosis (del griego phagein, "comer" y kytos, 'célula'), es un tipo de endocitosis por el cual algunas células (fagocitos y protistas) rodean con su membrana citoplasmática partículas sólidas y las introducen al interior celular.

feto-Embrión de los vivíparos a partir del momento en que ha adquirido la conformación característica de la especie a que pertenece (en los humanos, a finales del tercer mes de gestación) hasta el nacimiento.

gametos:Un gameto es una célula que tiene una función reproductora. En el ser humano podemos distinguir los gametos masculinos (espermatozoides) y los gametosfemeninos (óvulos). Cada gameto tiene 23 cromosomas. Los espermatozoides se producen en los testículos del hombre y los óvulos en los ovarios de la mujer.

gónadas:Las gónadas son órganos que se encargan principalmente de producir gametas (células sexuales), pero también secretan hormonas, es decir se comportan como órganos endócrinos. Las gónadas femeninas son los ovarios y las masculinas los testículos.

membrana-

1.

Lámina de tejido orgánico, generalmente flexible y resistente, de los seres animales o vegetales, entre cuyas funciones están la de recubrir un órgano o un conducto o la de separar o conectar dos cavidades o estructuras adyacentes

nanometro: El nanómetro es la unidad de longitud que equivale a una mil millonésima parte de un metro (1 nm = 10⁻⁹ m) o a la millonésima parte de un milímetro. Comúnmente se utiliza para medir la longitud de onda de la radiación ultravioleta, radiación infrarroja y la luz.

pinocitosis:La pinocitosis (del griego: pinein = beber) es un tipo de endocitosis que consiste en la captación de material del espacio extracelular por invaginación de la membrana citoplasmática.

procariota:Se llama procariota o procarionte a las células sin núcleo celular definido, es decir, cuyo material genético se encuentra disperso en el citoplasma, reunido en una zona denominada nucleoide.¹ Por el contrario, las células que sí tienen un núcleo diferenciado del citoplasma, se llaman eucariotas, es decir aquellas cuyo ADN se encuentra dentro de un compartimento separado del resto de la célula.La fagocitosis (del griego phagein, "comer" y kytos, 'célula'), es un tipo de endocitosis por el cual algunas células (fagocitos y protistas) rodean con su membrana citoplasmática partículas sólidas y las introducen al interior celular.