Actividades de química nuclear

Publicado el 29 octubre, 2020

Química nuclear

Probablemente, “nuclear” no sea una palabra que su administrador quiera escuchar cuando se habla de laboratorios de enseñanza. También es un tema difícil de entender para los estudiantes, porque está lleno de fenómenos que no se ven fácilmente. Sin embargo, con un poco de creatividad puede hacer que los conceptos sean divertidos para los estudiantes.

Visualizando la fisión

Un concepto clave en física nuclear es la fisión. Es fundamental para la química nuclear y aplicaciones fundamentales como las centrales nucleares. Si bien el concepto es un desafío para los estudiantes, puede enseñarlo e involucrar a los estudiantes de una manera práctica y divertida.

Materiales

  • Globos o bolas de luz (dos por alumno)

Procedimiento

  • Haga que los estudiantes se paren en un grupo apretado (como un flashmob).
  • Entregue a cada alumno dos bolas o globos pequeños.
  • Explique que en una reacción de fisión nuclear, debe activarse un neutrón para que la reacción comience, y que para mantener la reacción bajo control, se necesitan barras de control. La cantidad de barras de control presentes afecta la velocidad de la reacción.
ejemplo de fisión 1
  • Dígales a los estudiantes que simularán una reacción de fisión nuclear lanzando ‘neutrones’ (globos).
  • Inicie la simulación lanzando un solo globo.
  • Cuando el globo toca a un estudiante o estudiantes, deben lanzar uno de sus globos al aire. Cuando su globo entre en contacto con un estudiante o estudiantes, esos estudiantes lanzarán sus globos al aire. Continúe el proceso de reacción hasta que todos los globos estén rebotando.
  • Recupera los globos. Seleccione al azar dos estudiantes para que sean ‘barras de control’. Su trabajo consistirá en sacar globos del aire durante la reacción. Vuelva a iniciar la reacción y déjela actuar durante unos minutos. Discutir:

    • ¿Qué fue diferente en esta reacción?
  • Repite la actividad añadiendo o quitando barras de control.
  • Con los datos de la simulación, puede discutir otros conceptos de fisión nuclear, incluido cómo controlamos los reactores nucleares, el concepto de reacción en cadena y la masa crítica / sub / supercrítica.

Visualización de la vida media de los elementos radiactivos

La vida media es un concepto difícil en química nuclear, pero es una idea fundamental central para ayudar a los estudiantes a comprender otros aspectos de la materia. Esta actividad ayudará a los estudiantes a visualizar la caída exponencial.

Materiales

  • Granos de palomitas de maíz (u otros artículos muy pequeños, como cuentas o frijoles): 128 por grupo
  • Tazas
  • Caja grande con tapa
  • Hojas de datos

Procedimiento

  • Prepare y cuente los granos de palomitas de maíz en tazas para cada grupo antes de la clase.
  • Explique que algunos elementos son inestables y se someten a un proceso llamado desintegración radiactiva, donde los radioisótopos tienen núcleos inestables porque el núcleo no tiene suficiente energía para mantenerse unido. Describe cómo, con el tiempo, libera energía de forma espontánea hasta que finalmente vuelve a un estado de estabilidad.
  • Pida a los alumnos que dibujen un círculo en la parte inferior de su caja. El círculo debe tener un diámetro de aproximadamente 1/3 del ancho de la caja, pero se puede colocar en cualquier parte de la parte inferior.
  • Pida a los estudiantes que viertan todos sus granos en el fondo de la caja, cierren la tapa y agiten bien. Luego deben colocarlo con cuidado sobre su mesa sin inclinarlo.
  • Pida a los estudiantes que abran sus cajas. Explique que todas las piezas que quedan dentro del círculo están “deterioradas” y deben retirarse y contarse, y luego devolverse a la taza. Los estudiantes deben registrar la cantidad de piezas que se “descompusieron” y cuántas piezas quedaron en sus hojas de datos.
  • Repite el proceso hasta que casi todas las piezas de la caja se hayan descompuesto. Explique que cada ensayo representa la vida media de un elemento.
  • Usando sus datos, los estudiantes crearán gráficos lineales, con el número de prueba (1, 2, 3, 4, etc.) en el eje xy el número de piezas restantes para cada prueba en el eje y. Utilice el gráfico de un alumno o de una clase para analizar cuántas piezas se perdieron durante cada vida media.
  • Haga que los estudiantes calculen el porcentaje de piezas eliminadas cada semivida, usando la fórmula:

100 x # granos cariados / cantidad restante después de la última vida media

  • Pida a los estudiantes que comparen sus hallazgos con la cantidad de piezas que quedan.

    • ¿El porcentaje de granos que se extinguieron en cada ensayo aumentó, disminuyó o permaneció igual?
  • Explique que en la vida real, los radioisótopos siguen una fórmula precisa llamada desintegración exponencial, donde ‘k’ representa la constante de desintegración y ‘t’ representa el tiempo:
imagen de química nuclear 1
  • La fórmula muestra que un núcleo necesita mucho tiempo para alcanzar una vida media. En la fórmula, -2,718 representa el número de Euler, que se utiliza para representar la tasa de desintegración natural de los isótopos radiactivos. Permita que los estudiantes manipulen la fórmula de varias formas para averiguar cualquier cosa, desde la constante de disminución hasta cuál sería la nueva cantidad restante.

Visualizando Fusion

Materiales

  • Tazas
  • Cereal Froot Loops
  • Cereal Cap’n Crunch

Procedimiento

  • Dele a cada alumno dos tazas y una pequeña cantidad de cada cereal. Pídales que pongan Froot Loops en una taza y lo etiqueten como “protones”. Los estudiantes deben llenar la otra taza con Cap’n Crunch y etiquetarla como “neutrones”.
  • Explique que en la fusión nuclear, dos protones se fusionan y emiten un neutrón.
  • Haga que los estudiantes coloquen dos Froot Loops (protones) sobre la mesa. Durante la fusión, estos se fusionan en uno, por lo que el estudiante debe comerse un Froot Loop. Se reemplaza con un neutrón, por lo que deben poner un trozo de Cap’n Crunch junto al Froot Loop restante. Dígales a los estudiantes que el cereal representa un isótopo de hidrógeno llamado deuterio.

Ejemplo de fusión
ejemplo de fusión 1
  • Repite el proceso para hacer un segundo deuterio.
  • Pida a los estudiantes que agreguen un Froot Loop a su ‘átomo’. Nuevamente, los protones se fusionan para que se coma un protón y se agregue un neutrón. Ahora tienen el isótopo de helio conocido como He-3.
  • Haga que los estudiantes repitan el procedimiento para formar el isótopo berilio-6. Mencione que el ‘berilio-6’ se desintegra en He-4 y tiene dos protones y dos neutrones (también conocido como partícula alfa). Los estudiantes pueden representar esto alterando su patrón de cereales.
  • Para practicar más, haga que los estudiantes repitan el proceso, comenzando con varios isótopos.

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