Decaimiento alfa: definición, ecuación y ejemplo

Definición de decaimiento alfa

Toda la materia del universo está tratando de alcanzar su estado más estable. A nivel humano, cuando está inestable debido a un presupuesto desequilibrado, puede recortar los gastos o encontrar más trabajo para volver a estabilizarse. O cuando se sienta estresado, puede tomarse unas vacaciones. En el nivel elemental, los elementos más estables se encuentran en el extremo derecho de la tabla periódica. Estos elementos incluso tienen un nombre que coincide con este estado de dicha y se conocen como gases nobles. Todos los gases nobles pertenecen al Grupo 8A e incluyen helio, neón, argón, criptón, xenón y radón. Son algunos de los elementos más estables de la tabla periódica. Todos los demás elementos inestables pueden alcanzar este estado de estabilidad si se combinan con otros elementos o se descomponen en una forma más estable. Decaimiento alfa ocurre cuando los elementos inestables sufren una desintegración radiactiva espontánea para llegar a un estado más estable.

Radioactividad

La radiactividad es cuando un elemento con un núcleo inestable , o centro del átomo, se desmorona espontáneamente para formar trozos de materia más estables. En el proceso de desmoronarse, liberan materia y / o energía. Hay tres tipos comunes de desintegración radiactiva: desintegración alfa, beta y gamma. La radiación alfa implica la formación de núcleos de helio-4, la radiación beta implica la formación de electrones libres y la radiación gamma implica la formación de fotones de alta energía. En este artículo nos centraremos en la radiación alfa y el proceso que forma los núcleos de helio-4.

Tres isótopos de uranio que ocurren naturalmente

El uranio es un elemento inestable que experimenta desintegración alfa, o al menos, uno de sus isótopos lo hace. Los isótopos son diferentes formas del mismo elemento. La principal diferencia es el número de neutrones dentro del núcleo del átomo. El uranio es el elemento número 92 de la tabla periódica, lo que significa que, como elemento sin carga, siempre tendrá 92 protones y 92 electrones. Cualquier trozo de materia con 92 protones y 92 electrones siempre se conocerá como uranio.

Sin embargo, existen tipos únicos de uranio, que se distinguen entre sí por el número variable de neutrones que tienen dentro del núcleo o centro del átomo. Por ejemplo, los tres isótopos naturales del uranio son el uranio-234, el uranio-235 y el uranio-238, donde los sufijos numéricos representan los números de masa. Este número puede usarse para determinar el número variable de neutrones restando el número de protones (92) que se encuentran dentro del uranio. El uranio-234 tiene 142 neutrones, el uranio-235 tiene 143 neutrones y el uranio-238 tiene 146 neutrones.

Los diferentes isótopos tienen diferentes abundancias naturales. Por ejemplo, el 99,3% del uranio natural es uranio-238, el 0,7% es uranio-235 y solo una pequeña cantidad es uranio-234. Los diferentes núcleos también tienen diferentes estabilidades. De hecho, las propiedades nucleares de un átomo dependen del número de protones y neutrones en su núcleo.

Relación neutrón-protón

La fuerza fundamental más fuerte de todo el universo se conoce como la fuerza nuclear fuerte. Es la fuerza que mantiene juntos a tantos protones en un espacio muy pequeño. Los neutrones están íntimamente involucrados en esta fuerza de atracción. Cuantos más protones empaquetados en el núcleo, más neutrones se necesitan para mantener unido el núcleo. Los núcleos estables, hasta aproximadamente el vigésimo elemento de la tabla periódica, tienen aproximadamente el mismo número de neutrones y protones. Después del elemento 20, la relación uno a uno ya no se considera la más estable como se ve en el gráfico siguiente. La cuestión de la estabilidad nuclear es muy compleja. El cinturón de estabilidad está destinado a servir solo como una guía general para predecir la estabilidad nuclear.

Con núcleos más grandes, se necesitan más neutrones para mantener un átomo lo más estable posible. Todos los núcleos con 84 o más protones se consideran radiactivos, porque la relación neutrón-protón se aleja más de la relación 1 a 1 más feliz que se observa dentro de los primeros 20 elementos de la tabla periódica. El uranio-238 es uno de esos isótopos altamente inestables y se desintegra espontáneamente o se desintegra para volverse un poco más estable. Tiene una relación neutrón-protón de 1,59: 1.

La ecuación de reacción de desintegración alfa del uranio-238

Uranio-238 —> Torio-234 + Helio-4

Cuando un núcleo se descompone espontáneamente de esta manera, se dice que ha sufrido una desintegración radiactiva. Debido a que una partícula alfa, o núcleo de helio-4, está involucrada en esta reacción, los científicos también describen el proceso como desintegración alfa. Un hecho importante a tener en cuenta es la conservación de la masa involucrada. Es una ley científica que la materia no se puede crear ni destruir, simplemente cambia de forma. La masa atómica en el lado izquierdo de la flecha es 238. La masa atómica en el lado derecho de la flecha es 234 + 4 = 238. Por lo tanto, la desintegración del uranio-238 en torio-234 y helio-4 se rige por esta ley universal más hermosa de la ciencia. Si solo siguiera los protones de cada elemento, sería 92 para el lado izquierdo de la flecha y 90 + 2 = 92 para el lado derecho de la ecuación.

Serie radiactiva

Algunos núcleos, como el uranio-238, no pueden ganar estabilidad con una sola emisión de una partícula alfa. En consecuencia, se produce una serie de emisiones sucesivas. Una serie de reacciones nucleares que comienza con un núcleo inestable y termina con uno estable se conoce como serie radiactiva o serie de desintegración nuclear. Tres de estas series ocurren en la naturaleza. Además de la serie que comienza con uranio-238 y termina con plomo-206, hay una que comienza con uranio-235 y termina con plomo-207, y otra que comienza con torio-232 y termina con plomo-208. A continuación se muestra la desintegración nuclear del uranio-238 en plomo-206. Cada flecha azul representa la pérdida de una partícula alfa; cada flecha roja representa la pérdida de una partícula beta.

Resumen de la lección

La estabilidad es una bendición, universalmente hablando. Cada trozo de materia dentro del universo puede estar luchando por encontrar su estado más estable. Los elementos radiactivos, normalmente aquellos con 84 o más protones, pasan por un proceso de desintegración para alcanzar su estado más estable. Cuando estos elementos se descomponen, liberan uno de los tres tipos principales de material: partículas alfa, partículas beta y / o partículas gamma. La desintegración alfa se produce cuando un elemento radiactivo, como el uranio-238, libera una partícula alfa o núcleos de helio-4. En el proceso, el nuevo material formado es más estable que la forma anterior, y si puedo ser tan valiente para poner sentimientos humanos en materia muerta, estaré más en paz. Estos procesos ocurren de manera espontánea, es decir, de forma natural o sin intervención humana.

Rodrigo Ricardo Editor y fundador