Desintegración radiactiva: definición, fórmula y tipos

Desintegración radiactiva y vida media

La radiación es parte de nuestra vida diaria. Existen fuentes naturales de radiación, como la radiación del espacio exterior, así como fuentes de radiación creadas por el hombre, como las centrales nucleares y los teléfonos móviles. La radiación se desprende de un proceso llamado desintegración radiactiva. La desintegración radiactiva ocurre cuando el núcleo original, o núcleo padre, de un átomo inestable se descompone y forma un núcleo diferente, o núcleo hijo.

La velocidad a la que se produce la desintegración radiactiva se mide utilizando la vida media , que es el tiempo que tarda la mitad de la cantidad del núcleo original en desintegrarse. Cada vez que ocurre la vida media de un material radiactivo, la cantidad de material radiactivo disminuye a la mitad del valor original.

Para calcular la vida media de un material radiactivo, utilizamos la siguiente ecuación:

• N 0 es la cantidad inicial de sustancia
• N ( t ) es la cantidad que aún permanece y aún no ha decaído después de un tiempo ( t )
• t 1/2 es la vida media de la cantidad en descomposición
• e es el número de Euler, que es igual a 2,71828

Por ejemplo, podemos usar la fórmula anterior para resolver este problema:

El radioisótopo estroncio-90 tiene una vida media de 38,1 años. Si una muestra contiene 100 mg de Sr-90, ¿cuántos miligramos quedarán después de 152,4 años?

Estos son los pasos del cálculo:

1. -0,693 multiplicado por 152,4 = -105,6132
2. -105,6132 dividido por 38,1 = -2,772
3. e elevado a la potencia de -2,772 = 0,0625
4. 100 multiplicado por 0,0625 = 6,25

Una revisión de los símbolos químicos

Cuando se produce la desintegración radiactiva, se emite una partícula o energía cuando el núcleo del átomo padre se desintegra en el núcleo hijo. Antes de continuar con los diferentes tipos de desintegración, repasemos que la masa atómica es el superíndice o el número pequeño en el lado superior izquierdo del símbolo del elemento, que indica cuántos protones y neutrones hay en el núcleo, y el número atómico es el subíndice, o número pequeño, en el lado inferior izquierdo del símbolo del elemento, que indica cuántos protones hay en el núcleo.

Hay tres tipos principales de desintegración radiactiva. Estos son: desintegración alfa, desintegración beta y emisión gamma. Hablemos primero de la desintegración alfa.

Decaimiento alfa

La desintegración alfa , o emisión alfa , es la liberación o emisión de una partícula alfa, que es un núcleo de helio que consta de dos protones y dos neutrones. Este tipo de desintegración suele ocurrir en átomos más grandes y pesados. En la figura, verá que el núcleo principal emite una partícula de helio (partícula alfa).

Debido a la liberación de la partícula alfa, el núcleo hijo tiene una masa atómica que es 4 menos que el original y un número atómico que es 2 menos que el original. Dado que el número atómico es diferente, entonces el elemento químico también es diferente

Aquí está la ecuación para la desintegración radiactiva del uranio (U) en torio (Th):

Si sumamos todos los superíndices del lado del producto (234 + 4), será igual a la masa atómica del uranio, que es 238. Si sumamos todos los subíndices del lado del producto (90 + 2), será igual al número atómico del núcleo principal, uranio.

Decaimiento Beta

La desintegración beta , o emisión beta , ocurre cuando un neutrón se transforma en un protón o un protón se transforma en un neutrón dentro del núcleo. Esta conversión da como resultado la emisión de una partícula beta, ya sea un electrón o un positrón, acompañada de un antineutrino electrónico (una partícula subatómica que es eléctricamente neutra) o un neutrino electrónico.

Hay dos tipos de desintegración beta, desintegración beta menos y desintegración beta más. La desintegración beta menos ocurre cuando un neutrón se convierte en un protón. Esto provoca la emisión de un electrón, acompañado de un antineutrino electrónico. Como resultado, el número atómico del núcleo hijo aumenta en 1.

A continuación se muestran los símbolos que se utilizan normalmente para un decaimiento beta menos. Se muestra un ejemplo en el que el yodo (I) sufre una desintegración radiactiva, produciendo xenón (Xe). Podemos ver que el número atómico aumenta. También podemos ver que se emite un antineutrino.

Si revisamos los superíndices (masas atómicas) y subíndices (números atómicos), están equilibrados en los reactivos y productos: (131 = 131) y (53 = 54 – 1).

La desintegración beta más , o emisión de positrones , ocurre cuando un protón se convierte en un neutrón, lo que hace que se emita un neutrino electrónico y un positrón (una partícula que tiene la misma masa pero carga opuesta a la de un electrón, también llamado electrón positivo). Como resultado, el número atómico del núcleo hijo disminuye en 1.

La ilustración muestra los dos posibles símbolos de un positrón, así como una reacción de emisión de positrones con carbono (C) que se descompone en boro (B):

Las masas atómicas (11 = 11) y los números atómicos (6 = 5 + 1) están equilibrados.

Emisión gamma

La emisión gamma implica una liberación de energía en forma de rayos gamma, radiación electromagnética de muy alta energía. Este tipo de emisión suele acompañar a otras desintegraciones, como la desintegración alfa o beta. Los rayos gamma se emiten porque cuando el núcleo sufre una desintegración alfa o beta, el núcleo se agita y necesita liberar energía. Los rayos gamma no tienen masa atómica ni número atómico.

Aquí está la reacción de una emisión gamma que ocurre acompañando la desintegración beta del cobalto (Co) a níquel (Ni):

Si marcamos todos los superíndices (masas atómicas), están equilibrados en los reactivos y productos (60 = 60). Los subíndices (27 = 28 – 1) en ambos lados también están equilibrados.

Resumen de la lección

Cuando ocurre la desintegración radiactiva , la radiación se produce debido a que el núcleo padre se descompone en otro núcleo, que es lo que llamamos núcleo hijo. La desintegración radiactiva de una sustancia o material radiactivo se puede medir por la vida media , que es el tiempo que tarda el material radiactivo en desintegrarse a la mitad de su cantidad original.

La desintegración radiactiva tiene tres tipos principales de desintegración: desintegración alfa ( emisión alfa ), desintegración beta ( emisión de positrones ) y emisión gamma . Es importante tener en cuenta que hay dos tipos de desintegración beta : desintegración beta menos y desintegración beta más ( emisión de positrones ).

La tabla muestra los símbolos de las partículas emitidas para cada tipo de desintegración radiactiva:

Las partículas que se emiten, dependiendo de los números atómicos y las masas atómicas, cambian el núcleo padre.