Equilibrio de ecuaciones nucleares y predicción del producto de una reacción nuclear

Equilibrio de ecuaciones nucleares

Cuanto más aprenda acerca de la química, más verá que realmente es un estudio del cambio y la forma en que las cosas cambian. Los átomos y las moléculas suelen sufrir cambios cuando son inestables: una cerilla se quema para crear un producto más estable, los átomos pierden o ganan electrones para volverse más estables y el núcleo de un átomo emitirá radiación nuclear para volverse más estable.

La clave de todos estos eventos es que siempre conducen a productos que son más estables que sus ingredientes, o como les gusta llamarlos a los químicos, reactivos . Una forma en que los químicos representan el cambio es usando una flecha. Los reactivos se muestran a la izquierda y los productos se muestran a la derecha. En esta lección, aprenderemos a escribir ecuaciones nucleares para simbolizar los cambios que tienen lugar en el núcleo durante una reacción nuclear.

Decaimiento alfa

Quiero empezar preguntándote esto: ¿alguna vez has querido ponerte a dieta? ¿Cuál es la razón por la que la gente se pone a dieta? Por lo general, se debe a que tienen cierto nivel de infelicidad en su estado actual y piensan que si pierden algunos kilos, serán más felices. Los átomos a veces sienten lo mismo. Cuando el núcleo de un átomo se vuelve demasiado masivo, tiene demasiados protones y neutrones, decide ponerse a dieta. La pesadez de su núcleo lo vuelve inestable, y si pierde un poco de peso, se volverá más estable. Para hacer esto, sufrirá una desintegración alfa.

Por ejemplo, comencemos con un átomo de americio-241, el isótopo que se encuentra en su detector de humo. Usando símbolos nucleares, lo escribiríamos así:

Símbolo nuclear de americio-241

Este isótopo es muy inestable (o infeliz) porque es demasiado pesado. Quiere adelgazar un poco, por lo que sufrirá una desintegración alfa, perdiendo una partícula alfa.

Entonces, escribiríamos la ecuación así: primero americio-241, luego una flecha (->), que representa que se va a producir un cambio. A la derecha de la flecha, escribiríamos el símbolo de una partícula alfa porque es uno de los productos de nuestra reacción.

Ahora, solo tenemos que averiguar qué queda después de que se pierde la partícula alfa. Para hacer esto, usaremos los números en el símbolo nuclear y trataremos la flecha como si fuera un signo igual. En la parte superior, tendríamos 241 igual a 4 + ‘algo’. Usando un poco de álgebra, sabemos que el número “algo” tiene que ser 237, que será el número de masa de nuestra partícula más nueva, más ligera y más feliz. En la parte inferior, tenemos 95 (el número atómico del americio) es igual a 2 (el número atómico de la partícula alfa) + algo. Ese ‘algo’ va a ser 93. Entonces, nuestro nuevo producto es el neptunio, que es el elemento con un número atómico 93. ¡Así es como funciona la desintegración alfa!

El neptunio nuevo producto se crea después de que ocurre la desintegración alfa.

Decaimiento Beta

Ahora, ¿alguna vez has tenido una gran cena y has tenido tantas sobras que usaste algunas de tus habilidades en la cocina para convertirlas en otra comida? Indudablemente hago esto todos los años después del Día de Acción de Gracias: la gran cena de pavo de un día se convierte en una especie de sopa de pavo y papas al día siguiente. Esto es exactamente lo que hace el potasio-40.

El potasio-40 se encuentra en los plátanos y tiene tantos neutrones en comparación con su cantidad de protones que convierte un neutrón en un protón. El núcleo del átomo es súper inestable (o infeliz) y para hacerlo más estable, necesita sufrir una desintegración beta.

En este proceso, se libera un electrón de alta energía (o partícula beta). Al igual que nuestra recreación de la cena de Acción de Gracias, la masa del átomo permanece igual; sin embargo, el número atómico cambia porque el producto tendrá un protón extra. Y, debido a que el número atómico determina la identidad del elemento, el tipo de elemento también cambiará. El potasio-40 que sufre una desintegración beta se convertirá en calcio-40, un metal con el mismo peso pero propiedades ligeramente diferentes a las del potasio.

Esta ecuación muestra el resultado de la desintegración beta del potasio-40.

Probemos con otro ejemplo de desintegración beta. Supongamos que tiene estroncio 90, un material común que se usa en el tratamiento del cáncer. Primero comenzaremos escribiendo el símbolo nuclear del estroncio-90, luego una flecha que indica que se producirá un cambio. A la derecha de la flecha, tendremos nuestro símbolo para la partícula beta, seguido del átomo que queda después de que se completa la desintegración.

Para averiguar qué átomo es, necesitamos usar la ecuación: 90 (el número másico de este isótopo) es igual a 0 (el número másico de una partícula beta) + ‘algo’. Con suerte, puede ver fácilmente que 90 = 0 + 90, por lo que nuestra nueva partícula tendrá un número de masa de 90 (como predijimos, porque durante la desintegración beta la masa no cambia). En la parte inferior, tenemos 38 (el número atómico del estroncio) es igual a -1 + algo. Usando un poco de álgebra, podemos ver que 38 = -1 + 39. Entonces, nuestro elemento nuevo, más estable y mucho más feliz es el itrio-90.

Decaimiento gamma

Finalmente, examinaremos las ecuaciones de las partículas que experimentan desintegración gamma. Esta es, con mucho, la partícula más fácil de representar en una ecuación. Primero, quiero que pienses en un momento en el que tuviste un montón de energía, demasiada energía. Tal vez siguió adelante y tomó esa taza de café extra en la mañana, y se está arrepintiendo. En ese punto de alta energía, eres como un isótopo de níquel-60, que se somete a radiación gamma.

Hay momentos en que el núcleo de níquel-60 tiene tanta energía que se vuelve extremadamente inestable. Para que se vuelva más estable, necesita perder esa energía. Lo hará en forma de desintegración gamma, y ​​la ecuación se verá así: níquel-60, seguido de una flecha y un símbolo gamma. Ahora, recuerde que el símbolo gamma no tiene masa ni número atómico, por lo que el elemento real a la derecha que es nuestro producto simplemente será níquel-60. Sigues siendo la misma persona cuando pierdes tu energía. Eres solo una versión más estable de ti mismo.

Como se ve en esta ecuación, no se produce un nuevo tipo de partícula durante la desintegración gamma.

Practiquemos escribiendo otra ecuación de desintegración gamma utilizando cesio-137 como nuestra fuente inestable y sobreexcitada de rayos gamma . Primero escribiríamos el símbolo nuclear del cesio-137, seguido de una flecha porque se está transformando. Luego, a la derecha de la flecha, representaríamos la partícula gamma y nuestro producto, que también resulta ser cesio-137; sin embargo, es una forma de cesio-137 mucho más estable y de menor energía.

Resumen de la lección

Al escribir ecuaciones nucleares, es importante saber con qué partícula o partículas estás comenzando (van a la izquierda de la flecha). Las partículas que está creando van a la derecha de la flecha. El resto del trabajo se hace usando álgebra simple para averiguar cuáles son los números que faltan. Tenga en cuenta que esto es como una ecuación matemática en el sentido de que el orden de las partículas que se suman no importa. Solo importa en qué lado del signo igual (o en este caso, la flecha) se encuentran. También es importante sentirse cómodo usando una tabla periódica. Lo necesitará para averiguar qué elemento queda después de una desintegración radiactiva.

Resultado de aprendizaje

Podrá equilibrar las ecuaciones nucleares para la desintegración alfa, beta y gamma y predecir los productos de la ecuación después de ver esta lección en video.