Fusión, fisión, datación por carbono, trazadores e imágenes: aplicaciones de la química nuclear

Química nuclear

La química nuclear es un campo de la química que se ocupa del uso de isótopos radiactivos y otras reacciones nucleares. Las reacciones nucleares nos proporcionan enormes cantidades de energía. Los isótopos radiactivos se utilizan para determinar la edad de los artefactos antiguos, diagnosticar enfermedades y tratar ciertos tipos de afecciones médicas. En esta lección, veremos más de cerca cada una de estas aplicaciones de la química nuclear.

Fusión nuclear

Durante la fusión nuclear, se pierde masa y se emite energía.

¿Qué puede hacer el sol que nosotros no podamos? La respuesta es «funcionar con fusión nuclear». La fusión nuclear ocurre cuando dos o más átomos se fusionan para formar un solo átomo más pesado. Tenga en cuenta que durante este proceso no se conserva toda la masa. El átomo ‘más pesado’ que se produce es en realidad más liviano que las dos piezas individuales, lo que significa que se pierde masa. Debido a que la masa y la energía están unidas, cuando se pierde masa, se pierde o se emite energía. En una reacción de fusión, se emiten cantidades masivas de energía.

Actualmente, no existe una forma viable de aprovechar esta energía de la fusión y usarla para alimentar nuestra infraestructura, pero varios años después, es posible que nos proporcione la energía que necesitamos. En cierto modo, podemos utilizar parte de la energía de las reacciones de fusión. El sol es esencialmente un reactor de fusión que crea energía fusionando átomos de hidrógeno para formar helio, y el sol es nuestra principal fuente de energía.

Usamos la energía del sol para energía solar, fotosíntesis e incluso en los combustibles fósiles que quemamos. Los combustibles fósiles son en realidad organismos muertos que alguna vez usaron el sol para obtener energía y que han estado bajo una gran presión al estar enterrados bajo rocas. Entonces, ahora mismo en la Tierra, no podemos hacer funcionar nuestros propios reactores de fusión nuclear, pero aún dependemos en gran medida de las reacciones de fusión que tienen lugar en el sol.

Fisión nuclear

El tipo de energía nuclear más común en la Tierra es la fisión nuclear. La fisión nuclear ocurre cuando un átomo más pesado se divide en pedazos más pequeños. Por lo general, las ‘piezas’ son átomos más pequeños, pero a menudo también se liberan neutrones. Muchas reacciones de fisión se inician cuando un átomo muy pesado es golpeado (o, en la jerga química, bombardeado) por un neutrón. Esto hace que el átomo pesado ya ligeramente inestable sea aún más inestable, lo que hace que se divida en átomos más pequeños y posiblemente expulse algunos neutrones. Esto libera mucha energía porque el átomo original era muy inestable.

Además, esos neutrones que fueron expulsados ​​pueden usarse para iniciar varias otras reacciones de fisión. Este ‘efecto dominó’ causado por los neutrones se llama reacción en cadena y puede ser responsable de mantener la reacción durante mucho tiempo. Siempre que se habla de energía nuclear, ya sea en forma de un reactor nuclear o de un submarino de propulsión nuclear, la energía se produce debido a una reacción de fisión.

Datación por carbono radiactivo

El carbono 14 cambia gradualmente a nitrógeno después de que un organismo ya no vive.

Otra reacción nuclear que podemos aprovechar es la desintegración del carbono 14. El carbono es un elemento esencial para los organismos vivos que intercambian constantemente carbono, la mayor parte del cual es carbono-12. Sin embargo, algunos de esos átomos de carbono son isótopos de carbono 14. Mientras un organismo está vivo, tiene una proporción establecida de carbono-14 a carbono-12. Después de su muerte, el carbono-12 estable permanece, mientras que el carbono-14 radiactivo sufre desintegración beta para convertirse en nitrógeno.

Ahora, el carbono 14 tiene una vida media de aproximadamente 5.730 años, por lo que cada 5.730 años, la mitad se descompondrá en nitrógeno. Cuanto más carbono-14 tiene un artefacto, más reciente es. Debido a que muchas cosas alguna vez fueron organismos vivos o alguna vez se hicieron a partir de organismos vivos, medir el porcentaje de carbono-14 en un artefacto es una forma muy confiable de poder saber cuántos años tiene el artefacto.

Aplicaciones médicas

Nuestra próxima aplicación de la química nuclear es la medicina. A veces, al diagnosticar ciertos tipos de enfermedades, los átomos estables de su cuerpo son reemplazados por átomos radiactivos del mismo elemento. Estos elementos radiactivos luego se mueven por todo el cuerpo como lo harían normalmente, pero debido a que son radiactivos, son más fáciles de detectar fuera del cuerpo. Estos se denominan trazadores radiactivos y actúan como pequeñas etiquetas o banderas de átomos. Si se están rastreando en lugares donde no deberían estar, se puede hacer un diagnóstico más preciso.

Por ejemplo, el tecnecio-99 es un isótopo radiactivo común que se une a muchas moléculas diferentes del cuerpo. Si se combina con un compuesto de estaño, puede unirse a las células sanguíneas, lo que puede ayudar a crear un mapa de su sistema circulatorio. Esto puede permitir que un médico detecte un trastorno en su sistema circulatorio.

Durante la radioterapia, se colocan isótopos radiactivos en el cuerpo para destruir las células dañinas.

Otra aplicación de los isótopos radiactivos en medicina es la radioterapia para el tratamiento de ciertos tipos de afecciones. En algunas situaciones, se toma un isótopo radiactivo que, según el tipo de molécula que sea, encontrará su camino hasta el lugar apropiado del cuerpo. Luego emitirá radiación que solo viaja una corta distancia (por lo que protege los tejidos circundantes). La radiación que emite podría ayudar a matar cualquier célula peligrosa.

Resumen de la lección

Estos son solo algunos de los muchos ejemplos del gran papel que juega la química nuclear en nuestra vida diaria, desde la fusión que ocurre en el sol que proporciona la energía para que las plantas crezcan hasta las reacciones de fisión que tienen lugar en las centrales nucleares. Los isótopos radiactivos se miden para determinar la antigüedad de un artefacto y se administran en el cuerpo para detectar y tratar ciertas afecciones médicas. En pocas palabras, nuestra supervivencia depende de reacciones nucleares.

Resultado de aprendizaje

Al final de este video, debería poder explicar varios ejemplos de química nuclear y su importancia: fusión nuclear en el sol, reacciones de fisión nuclear, datación por carbono y usos nucleares en medicina.

Rodrigo Ricardo Editor y fundador