Transmutaciones atómicas naturales: Radiactividad.- Gran numero de átomos tiene la propiedad de extraordinaria de emitir espontáneamente ciertas radiaciones características. Dichos átomos se denominan radiactivos. En virtud de este fenómeno, dichos átomos se transformaron espontáneamente en otros de numero y peso atómico diferente, y este cambio se denomina transmutación atómica.
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| Antoine Henri Becquerel |
La radiactividad fue descubierta por Becquerel en 1896, al observar el comportamiento de una sal de uranio frente a las placas fotográficas. Mas tarde, los esposos Curie descubrieron el mismo fenómeno, aunque mucho más acentuado, en el polonio y en el radio, elementos descubiertos por ese matrimonio tras laboriosos esfuerzos, y le dieron el nombre, hoy familiar, de radiactividad.
Los elementos que poseen esta propiedad natural son los elementos pesados, que ocupan los espacios de la tabla periódica comprendidos entre el polonio y el uranio, ambos inclusive.
La radiactividad natural se puede definir como la propiedad que tienen algunas sustancias de emitir espontánea y continuamente radiaciones capaces de atravesar cuerpos opacos a la luz ordinaria.
Caracteres generales de los elementos radiactivos:
Los elementos radiactivos, tanto bajo la forma de cuerpos simples como constituyendo combinaciones, presentan las siguientes propiedades:
- Impresionan las placas fotográficas. Esté fenómeno dio lugar a su descubrimiento.
- Excitan la fluorescencia en determinadas sustancias, como sulfuro de cinc, platino, cianuro de bario, wolframato de cadmio, etc.
- Ioniza el aire que les rodea. Así, un electroscopio que se haya colocado frente a trazas de una sustancias radiactiva llega a descargarse, observándose como las laminillas van juntándose poco a poco.
- Emiten calor elevando la temperatura de alrededor y tiene una acción biológica destruyendo los tejidos animales.
Radiaciones radiactivas:
- Rayos alfa: están constituidos por núcleos de helio. Tienen por tanto, carga positiva, y su masa atómica es la del helio, cuyo núcleo está formado por dos protones y dos neutrones.
- Rayos beta: están constituidos por electrones. Su velocidad se aproxima a los 300.000 kilómetros por segundos. Su poder de ionización es menor que el de los rayos alfa, pero son muchos más penetrantes.
- Rayos gamma: son ondas electromagnéticas de las misma clase que las ondas luminosas, los rayos X, pero de menor longitud de onda.
- Las radiaciones emitidas por las sustancias radiactivas son la manifestación externa de las transformaciones que tiene lugar en los átomos.
- Cada vez que un átomo emite una partícula alfa, disminuye su masa atómica cuatro unidades y disminuye la carga positiva del núcleo dos unidades por pérdida de dos cargas positivas.
- Cuando emite una partícula beta, la masa atómica no experimenta variación apreciable, pero aumenta una unidad la carga positiva del núcleo por perdida de la carga negativa.
En 1911 los físicos Soddy, Fajans y Russell establecieron de acuerdo con estos hechos la ley que rige a las transmutaciones radiactivas y se le denominan leyes de los desplazamientos radiactivos.
Ley de Soddy:
Siempre que un cuerpo radiactivo emite una partícula alfa, es decir un núcleo de helio, su peso atómico disminuye en cuatro unidades y su número atómico en dos unidades, resultando otro elemento que ocupa en el sistema periódico dos lugares a la izquierda del originario.
Ley de Fajans:
Cuando un cuerpo radiactivo emite una partícula beta, su peso atómico no varia y sui número atómico es superior en una unidad al del elemento primitivo; en consecuencia, el cuerpo radiactivo se ha transformado en otro elemento que ocupa un lugar adelantado en el sistema periódico.
Las partículas emitidas por los cuerpos radiactivos proceden del núcleo. Así, cuando un átomo emite una partícula alfa, su núcleo pierde dos protones y dos neutrones, es decir, cuatro unidades de su peso atómico y dos de carga.
La emisión de una partícula alfa se interpreta suponiendo que un neutrón se desdobla en un protón y un electrón; éste es expulsado (radiación beta) y el núcleo queda con un protón más y un neutrón menos; es decir, el peso del átomo no varía por ser la masa del protón igual a la del neutrón, pero su carga (número atómico) aumenta en una unidad.
Series Radiactivas:
- Se conocen con el nombre de series radiactivas el conjunto de elementos que se obtienen por desintegración natural o artificial, unos de otros, obedeciendo al las leyes de Soddy.
- Los 40 elementos radiactivos se agrupan en tres series o familias radiactivas: la del uranio (U), de la que forma parte el radio; la del Torio (Th) y la del actinio (Ac).
- La transmutación artificial ha originado la serie del neptunio (Np).
- El elemento final con que termina estas series es un isótopo estable del plomo.
Se ha hallado experimentalmente que la velocidad con que se desintegran las sustancias radiactivas no depende de los cambios de presión y temperatura, ni del estado de combinación en que se encuentre el radioelemento, sino de la cantidad o número de átomos presentes del cuerpo radiactivo y del tiempo.
Así, pues, la ley de las desintegraciones radiactivas se puede enunciar diciendo:
El número de átomos que se transforman es directamente proporcional al número de átomos del radioelemento que existen en un momento dado y al tiempo considerado.
Si en el instante presente o inicial (t=0) el número de átomos presentes es N0, al cabo de un tiempo t. llamado periodo de semidesintegración, habrá sólo la mitad, N0/2. En el próximo periodo se desintegrarán a su vez la mitad de los átomos que quedan, y así sucesivamente.
Se llama “período” el tiempo necesario para que una sustancia radiactiva quede reducida a su mitad.
El período varía de unos elementos a otros. El periodo del uranio (U238) es de 4,4*109 años; el del radio es 1.590 años. En cambio, hay elementos cuyo periodo es de unas millonésimas de segundo (polonio, Po212), algunos minutos o unos días.
Si designamos por N0 número de átomos del cuerpo radiactivo presentes en el momento actual, los átomos que quedarán sin desintegrarse (N) al cabo del tiempo t serán, según la ley de la desintegración:
En esta ecuación recibe el nombre de constante de desintegración y representa el cociente del número N´ de átomos que se desintegran en la unidad de tiempo entre el número N0 de átomos presentes en ese momento:
Se llama vida media al valor medio de la vida de todos los átomos presentes en una masa radiactiva, o bien al tiempo que tardaría en desintegrase el radioelemento. Además la vida media es igual al inverso de la constante de desintegración.
