2013

QUÍMICA MENCIÓN

QM-02

R A D I A C T I V I D A D Y

E M I S I O N E S A T Ó M I C A S

2

INTRODUCCIÓN

En química nuclear se estudian las reacciones que implican modificaciones en el núcleo de los

átomos. La ciencia como tal comenzó con el descubrimiento de la Radiactividad (Henry

Becquerel) y los posteriores estudios realizados por los esposos Curie. Hoy en día es una ciencia

controversial, sus fines bélicos y los accidentes en centros nucleares (reactores) han puesto en

tela de juicio los beneficios de la radiactividad para el hombre. La fabricación de bombas

nucleares, bombas de hidrógeno, de neutrones y la complejidad en el tratamiento de desechos

radiactivos han movilizado por años a entidades ligadas al medio ambiente y gobiernos a

replantearse el uso masivo de la energía nuclear.

A pesar de lo anterior, su uso pacífico ha contribuido enormemente en campos como la medicina,

la agricultura y la paleontología. Junto con ello, los reactores de energía han permitido convertir

eficientemente la energía nuclear en energía eléctrica a un costo menor y sin el uso indiscriminado

de combustible fósil.

Las emisiones atómicas y los efectos de la radiación serán tratados en este capítulo. Ya se

analizaron los principales modelos atómicos de modo que la comprensión del fenómeno de la

radiactividad se hará más sencilla. En esta guía se anexa además el descubrimiento de los rayos X

y algunos conceptos preliminares que simplifican el análisis.

DEFINICIONES IMPORTANTES

NÚMERO ATÓMICO (Z)

Se define como la cantidad de protones presentes en el núcleo de un átomo. Se

designa con la letra Z y conceptualmente identifica e individualiza a un elemento

químico.

Si el átomo es neutro, el número atómico coincide con el número de electrones.

El número atómico se anota en la parte inferior izquierda del símbolo elemental.

Notación representada: zX: 13Al ; 8O ; 92U

NÚMERO DE MASA O NÚMERO MÁSICO (A)

Se define como la cantidad total de partículas presentes en el núcleo de un átomo

(nucleones).

El número másico es adimensional, no indica la masa de un átomo, sólo el

número de partículas (neutrones y protones), de modo que para calcular la masa

de los átomos debe considerarse su abundancia en la naturaleza.

A = Z + n

3

ISÓTOPOS

Los isótopos son átomos de un mismo elemento que difieren en el número de

neutrones.

Todos los isótopos de un elemento presentan el mismo número atómico (Z).

Todos los isótopos de un elemento tienen distinto número másico (A).

Todos los isótopos de un elemento presentan el mismo comportamiento químico

(coinciden en el número de electrones)

Ejemplos: 16 17 18

8 8 8O ; O ; O Isótopos del Oxígeno

6 6 6C C C12 13 14; ;

Isótopos del Carbono

Note que en ambos tríos de isótopos se conserva el número atómico y cambia el número másico

(hay diferencia en el número de neutrones).

De lo anterior se deduce que en la naturaleza coexisten distintos tipos de Carbono y Oxígeno, con

distinto número de masa y por lo tanto, distinta cantidad de partículas en el núcleo. Si la masa de

un átomo se concentra en el núcleo, se infiere que el Carbono-14 es más pesado que el carbono-

12 y por tanto, el más pesado será menos abundante (es más inestable). El promedio de

abundancia (masa atómica promedio) es el que aparece en la Tabla Periódica.

ISOBAROS

Son átomos de elementos distintos con el mismo número de partículas en el

núcleo (igual A).

Los isobaros coinciden sólo en el número A, no presentan el mismo

comportamiento químico y tampoco tienen la misma cantidad de electrones.

Ejemplos: 146 C y 14

7 N

ISOTONOS

Son átomos con distinto Z (elementos distintos) que presentan el mismo número

de neutrones.

Ejemplos: 31 H y 4

2He

IONES Y ÁTOMOS ISOELECTRÓNICOS

Iones (especies con carga eléctrica) de elementos diferentes con el mismo

número de electrones (igual configuración electrónica).

Ejemplos: 24

12Mg+2 y 16

8O-2

4

DESCUBRIMIENTO DE LOS RAYOS X

En el año 1895 Wilhelm Röentgen descubrió los rayos X.

Estudiando las emisiones de luz de un tubo de descarga

eléctrica observó que una pantalla cubierta con una sal

fluorescente destellaba cada vez que conectaba el tubo de

descarga.

Röentgen tenía claro que los rayos catódicos eran emisiones

que no podían atravesar el tubo de vidrio, sin embargo y por

alguna razón, una radiación “invisible” atravesaba las paredes

e impactaba la pantalla. Comprobó también que el poder de

penetración era sorprendente. Puso ciertos obstáculos entre la

pantalla y la emisión (metales, madera, vidrio, etc.) y sin

embargo, persistía la luminosidad. Supuso que era radiación

de alta energía pero de naturaleza desconocida. Por esta razón

le denominó radiaciones X. Sólo en 1912 el físico alemán Max

Von Laue determinó la naturaleza electromagnética de los

rayos X.

La explicación al fenómeno es la siguiente:

Los rayos X que descubrió Röentgen se generan en el interior de un tubo

de descarga, cuando colisiona un haz de rayos catódicos con un blanco metálico (trozo de metal) dispuesto entre ambos electrodos. Los

electrones provenientes del rayo catódico inciden sobre el metal,

excitando sus propios electrones, generando una radiación de frenado de alta frecuencia denominada rayo X.

Un tubo de descarga eléctrica, otro con un blanco metálico y la mano de Roentgen plasmada en una mica

5

PROPIEDADES DE LOS RAYOS X

ESPECTRO ELECTROMAGNÉTICO

Note la longitud de onda extremadamente corta de los rayos X y su alta frecuencia

6

RADIACTIVIDAD

La Radiactividad fue descubierta en forma accidental en 1896 por el científico francés Antoine

Henry Becquerel. Es una de las emisiones de energía atómica más sorprendentes y de mayor

utilidad a la fecha. Estudiando un mineral de Uranio (pechblenda), Becquerel observó

fosforescencia (propiedad de ciertos materiales que les permite absorber energía y emitirla

luego en forma de radiación) sin que el mineral hubiera sido expuesto previamente a la luz.

Comprobó que el mineral emitía radiación capaz de marcar una placa fotográfica.

Al igual que los rayos X, los rayos provenientes del mineral pechblenda eran de alta energía y fue

imposible desviarlos con un campo electromagnético externo. Sin embargo, diferían de los rayos

X, puesto que se emitían de manera espontánea del material de uranio.

Marie Curie y su esposo Pierre, comenzaron a estudiar el fenómeno y descubrieron que otros

minerales tenían la misma propiedad que la pechblenda. Determinaron que el fenómeno era

exclusivo del núcleo de los átomos.

Marie Curie (discípula de Becquerel), propuso el término radiactividad para estas radiaciones

espontáneas de partículas y energía. A fines de 1897 los esposos Curie descubrieron otros dos

elementos radiactivos, el polonio (Po) y el radio (Ra).

En 1902 Ernest Rutherford demostró que la radiactividad generaba transformaciones espontáneas

y de este modo un elemento puede transformarse en otro. En 1903 Marie, Pierre y Becquerel

recibieron el Nobel de Física por el descubrimiento de la radiactividad natural. Finalmente en 1911

Marie Curie aisló el Radio y obtuvo su masa atómica, el descubrimiento le significó un segundo

premio Nobel.

PROCESOS DE DESINTEGRACIÓN

Cuando un átomo se encuentra inestable en el núcleo, emite radiaciones de forma espontánea, sin

embargo, en los reactores nucleares es posible generar emisiones en un átomo que no es

radiactivo. En ambos, el fenómeno ocurre con liberación de energía y los núcleos hijos generados

son siempre más estables que el predecesor. En el primer caso se les llama radiactividad

natural y en el segundo, radiactividad artificial.

La forma de representar estos tipos de reacciones es la siguiente:

196 192 484 82 2Po Pb + He EMISIÓN ESPONTÁNEA radiactividad natural.

27 4 30 113 2 15 0Al + He P + n EMISIÓN ARTIFICIAL radiactividad artificial.

Existen cinco tipos de desintegraciones radiactivas naturales:

Emisión de partículas alfa ( )

Emisión de partículas beta ( )

Emisión de rayos gamma ( )

Emisión de positrones ( )

Captura electrónica (CE)

7

DETALLE DE LAS EMISIONES

EMISIÓN ALFA ( 4 +2

2He ):

Corresponde a partículas con carga eléctrica positiva +2 y 4 unidades de masa atómica. Son

núcleos de Helio con poco poder de penetración y gran capacidad ionizante.

238 234 4

92 90 2U Th + He

EMISIÓN BETA ( 0

-1e)

Son partículas con carga eléctrica negativa (electrones) que viajan a gran velocidad. Se desvían

frente a un campo electromagnético y son mucho más penetrantes que las radiaciones alfa. Las

emisiones beta provienen del núcleo debido a la desintegración de un neutrón*. El átomo que

queda de la desintegración aumenta en 1 su número atómico, pero mantiene su número de masa

(debemos recordar que protón y neutrón presentan masas similares).

234 234 0

-190 91Th Pa + e

* Junto con las partículas beta también se emiten antineutrinos ( ), que carecen de carga

eléctrica y poseen una masa inferior a 4·10-5 veces la masa del electrón (energía).

8

EMISIÓN GAMMA ( )

Corresponde a radiación (electromagnética) de alta energía sin masa ni carga eléctrica. Se

conocen algunos isótopos que emiten rayos gamma de forma pura. La emisión gamma puede

ocurrir cuando un radioelemento existe en dos formas distintas (isómeros nucleares), ambas

con el mismo número atómico y número másico pero con diferente energía. La emisión de rayos

gamma acompaña a la transición del isómero de mayor energía a la forma de menor energía. Un

ejemplo de esta isomería es el isótopo protactinio 234 (Pa), que existe con 2 estados de energía

diferentes, y en el que la emisión de rayos gamma indica la transición de uno al otro.

234 *

91

23491Pa Pa+

En la emisión de rayos gamma no hay cambios en el número de protones y neutrones en el núcleo

por lo tanto, no hay transmutación (cambio en el número Z de un elemento).

TRANSMUTACIÓN

Es el fenómeno donde un átomo se transforma en otro por cambio en el número de protones. Esta

transformación puede ser natural cuando un átomo emite radiaciones , , positrones o captura

electrónica, o también puede producirse por medios artificiales (bombardeo de un núcleo estable

con neutrones). En ambos casos el nuevo elemento puede ser también radiactivo y seguirá

emitiendo hasta transformarse en otro, tantas veces, como sea necesario. Lo anterior se conoce

como serie radiactiva.

Serie del Uranio-238

9

EMISION DE POSITRONES ( 0

+1e o )

La emisión de positrones se produce cuando un protón del núcleo se transforma en un neutrón

emitiendo una partícula denominada positrón ( ).

8 8 0

5 4 1B Be e

Cuando un positrón choca con un electrón, ambos desaparecen y se emiten dos fotones de

radiación gamma en un proceso llamado aniquilación.

0 0 0

1 1 0e e 2

CAPTURA ELECTRÓNICA (CE)

Se produce captura electrónica cuando un electrón proveniente de las capas más internas del

átomo cae dentro del núcleo con lo cual un protón se transforma en neutrón. Esto provoca una

disminución en el número atómico, pero se mantiene constante el número de masa.

7 0 7

4 1 3Be e Li

ESTABILIDAD NUCLEAR

Como ya se ha visto, es muy común que los elementos presenten isótopos, o sea, que existan

varios átomos del mismo elemento con distinta masa (A).

En radiactividad se utiliza con frecuencia el término núclido para aquellas especies con un

número definido de protones (Z) y neutrones (n), de modo que cada átomo se considera un

núclido. Ahora bien, varios núclidos con el mismo Z se consideran isótopos.

El objetivo de introducir esta nueva clasificación radica en que todos aquellos núclidos que emiten

radiaciones se denominan formalmente radionúclidos.

Un radionúclido, entonces, es la forma inestable de un elemento que libera radiación a

medida que se descompone y se vuelve más estable. Los radionúclidos se pueden presentar en la

naturaleza o producir en el laboratorio. En el campo de la medicina, por ejemplo, se usan para las

pruebas de imaginología y para tratamiento con radioterapia (radioisótopos). Así, 12

6 C y 13

6 C, por

ejemplo, son núclidos, mientras que 14

6 C es un radionúclido, (eso, además de que los tres son

isótopos del Carbono).

10

ESTABILIDAD ATÓMICA

Cuando se analiza la estabilidad de los núcleos atómicos

siempre surge la misma pregunta, ¿por qué unos

átomos son estables mientras que otros no?, la

respuesta se encuentra cuando se analiza el núcleo

atómico.

El núcleo ocupa una porción muy pequeña del volumen

total del átomo, pero concentra casi toda la masa, así

entonces, la densidad del núcleo es unas 1012 veces más

grande que la del átomo.

La gran densidad complejiza el estudio de su estabilidad.

Resulta difícil explicar cómo protones y neutrones se

mantienen unidos y cómo se mantiene la estabilidad (a

pesar de que el núcleo presenta partículas de gran masa

y carga eléctrica idénticas haciendo evidente la repulsión

entre ellas).

La explicación al fenómeno guarda relación con las

denominadas interacciones de corto alcance

(descritas en la guía anterior) que se establecen entre

neutrón-neutrón, neutrón-protón y por extraño que

parezca protón-protón. Estas interacciones de corto alcance (fuerzas atractivas) permiten

mantener unidos a los nucleones.

Como se aprecia en la gráfica, hasta Z=20 los átomos son estables, con igual cantidad de

neutrones y protones, a medida que Z aumenta se necesitan más neutrones para estabilizar al

núcleo puesto que las repulsiones aumentan.

Los núcleos que contienen 2, 8, 20, 50, 82 o 126 protones o neutrones tienden a ser más estables

que otros átomos. Por ejemplo, existen 10 isótopos estables para el estaño (Z=50) y sólo 2 para

el antimonio (Z=51). La importancia de los números 2, 8, 20, 50, 82 y 126 para la estabilidad

nuclear es similar a la del número de electrones asociados a la estabilidad electrónica de los gases

nobles.

DECAIMIENTO RADIACTIVO

Cuando un núcleo atómico es inestable, emite radiaciones o

partículas, con ello, cambia su número atómico y se vuelve

más estable, a esto se le llama decaimiento radiactivo.

En la gráfica se observa que aquellos núcleos sobre el

cinturón de estabilidad (parte superior) pueden estabilizarse

emitiendo partículas beta, pues así, disminuyen la cantidad

de neutrones.

Los núcleos bajo el cinturón de estabilidad (parte baja)

necesitan aumentar la cantidad de protones. Para esto,

emiten un positrón o bien realizan captura electrónica.

Los núcleos con Z sobre 84 emiten partículas alfa y con

esto se acercan a la estabilidad.

11

Proceso que disminuye la relación neutrón/protón

Neutrón Protón + ē Emisión beta

Procesos que aumentan la relación neutrón/protón

A

ZX 4

2

A

ZY+ 4

2He Emisión alfa

Protón Neutrón+e+ Emisión de positrones

Protón+Electrón Neutrón Captura electrónica

ANÁLISIS DE LAS SERIES RADIACTIVAS

Cuando un núcleo radiactivo emite partículas y se

transforma en otro, se estabiliza, pero no siempre, de

modo que el nuevo núcleo sigue emitiendo partículas o

energía.

Al proceso completo que se inicia con el núcleo radiactivo y

que termina luego de sucesivas emisiones y

transmutaciones en otro más estable, se le denomina

serie radiactiva.

Una de las series radiactivas más estudiadas es la del 238U

(Uranio radiactivo) que decae sucesivamente hasta

terminar en plomo (Pb), un átomo totalmente estable.

PERÍODO DE SEMIDESINTEGRACIÓN O TIEMPO DE VIDA MEDIO (t½)

Si bien todos los elementos radiactivos emiten partículas para lograr la estabilidad energética, la

velocidad a la cual ocurren estas emisiones es distinta para cada núcleo aunque se emita el

mismo tipo de partículas. Para medir la velocidad de las emisiones se utiliza una constante

denominada t½, o tiempo de vida promedio, este valor cuantifica el tiempo que tarda un elemento

radiactivo en emitir (desintegrar o transmutar) la mitad de su masa.

PORCENTAJE DE MASA RESIDUAL DE RADIONUCLIDO POR CADA VIDA PROMEDIO

t ½ t ½ t ½ t ½ t ½100% 50% 25% 12.5% 6.25% 3.125%

12

El tiempo t½, es absolutamente independiente de la cantidad de masa inicial del elemento, sólo

depende del tipo núcleo que se estudia. Además, para cada núcleo radiactivo estudiado el valor de

t½ es distinto.

238

92U 234

90 Th + 4

2 He t½ = 4.51·109 años

214

84 Po 210

82 Pb + 4

2 He t½ = 1.6·10-4 segundos

ALGUNOS NÚCLEOS, SU EMISIÓN Y VIDA PROMEDIO DE DESINTEGRACIÓN

Núcleo Emisión t ½

Tritio β- 12,33 años

Carbono-14 β - 5730 años

Fósforo-32 β - 14,26 días

Potasio-40 β - 1.280 millones de años

Cobalto-60 γ, β- 5,27 años

Yodo-123 γ 13,27 horas

Uranio-235 γ 7.040 millones de años

Las vidas medias de los elementos alcanzan, desde una fracción de segundo, hasta miles de

millones de años. Por ejemplo, el 238

92U tiene una vida media de 4,5·109 años, el 226

88Ra tiene una

vida media de 1620 años y el 15

6C tiene una vida media de 2,4 segundos.

Otros ejemplos:

Isótopo radiactivo t½

C – 14 5.570 años

Po-214 10-6 segundos

U -238 4,56·109 años

Ra-222 3,85 días

Ac-228 6,2 horas

Rn-220 55,3 segundos

Th-234 24,5 días

Ra-226 1.610 años

13

FENÓMENOS RADIACTIVOS ARTIFICIALES

Cuando se compara la estabilidad de los núcleos atómicos con las masas que presentan se

evidencia una tendencia bastante interesante. La energía interna de los núcleos livianos (energía

que mantiene a los núcleos unidos) es muy baja, pero aumenta rápidamente hasta alcanzar un

máximo (estabilidad) y luego desciende a medida que la masa nuclear aumenta.

Por lo tanto, si los núcleos tratan de estabilizarse entre sí, además de emitir partículas (radiación)

pueden combinarse formando núcleos más pesados. Este fenómeno se denomina, fusión (si es

que los átomos originales presentan baja masa nuclear), o bien, pueden romperse, por fisión, si

es que su masa es excesiva. En cualquiera de los dos casos la liberación de energía es

considerable.

FISIÓN

La fisión nuclear es el proceso mediante el cual un núcleo atómico de alto número másico se

divide en varios núcleos más pequeños y en el proceso libera grandes cantidades de energía.

Muchos núcleos pesados pueden ser inducidos a desarrollar el fenómeno de la fisión pero sólo el

Uranio-235, Uranio-233 y Plutonio-239 tienen una real importancia práctica.

El proceso de fisión del Uranio-235 es el más estudiado pues es el combustible de los reactores

que producen electricidad.

14

El rompimiento del núcleo de uranio puede producirse mediante el bombardeo con neutrones

1

0 n + 235

92U 142

56 Ba + 91

36 Kr + 3 1

0 n

1

0 n + 235

92U 137

52 Te + 97

40 Zr + 2 1

0 n

En cualquiera de estos procesos la energía promedio liberada es de 3,5·10-11 J por núcleo, esto es

algo así como 2·1013 Joules por cada 235 gramos de uranio, esta energía es equivalente a la

generada por la combustión de 250.000 toneladas de carbón.

Aunque la cantidad de energía liberada en la fisión del uranio-235 es extremadamente alta, la

característica que hace que esta reacción sea usada tan ampliamente es que se liberan más

neutrones de los que son capturados al inicio de ésta. La cantidad de neutrones producidos hace

posible una reacción en cadena, o sea, una secuencia de reacciones autosostenidas. Los

neutrones producidos pueden inducir nuevas reacciones de fisión, propagando la reacción, pues

mientras más fisiones ocurren más neutrones son liberados.

Para que una reacción en cadena ocurra es necesario que exista una cantidad de masa de Uranio-

235 suficiente para que los neutrones sean capturados de lo contrario estos neutrones escapan de

la muestra, a esta cantidad mínima de de masa se le denomina masa crítica.

Bomba Atómica

La primera aplicación de la fisión fue la bomba atómica,

aquí la masa crítica de uranio se ubica separada y la

reacción de fisión se induce por medio de un explosivo

convencional. Al iniciarse la explosión química la masa

crítica de Uranio-235 se junta y la reacción en cadena

se produce.

15

REACTORES NUCLEARES

Los reactores nucleares son un ejemplo de la aplicación pacífica de la energía nuclear, funcionan

ocasionando la fisión y utilizando el calor liberado para hacer hervir agua. Una turbina convierte

este vapor en corriente eléctrica. Si bien el proceso es simple, la dificultad consiste en mantener

controlada la reacción, para ello se utilizan varillas de carbono o boro (sistema de control), estas

funcionan atrapando neutrones, con lo cual consiguen amortiguar la fisión cuando es necesario.

A pesar de su utilidad, el uso de reactores de energía genera contaminación, ya que se eliminan a

la atmósfera grandes cantidades de material radiactivo proveniente de los desechos nucleares,

(elementos hijos del Uranio-235), además, se necesitan grandes cantidades de agua para el

funcionamiento del reactor, que se saca de lagos, ríos, incluso del mar. Finalmente el aumento de

la temperatura del agua en un reactor causa modificaciones en el ecosistema.

FUSIÓN

La fusión es el proceso mediante el cual dos núcleos livianos se unen formando un solo núcleo

hijo. La fusión nuclear al igual que la fisión genera grandes cantidades de energía, pero tiene a su

favor el hecho de que sus productos no son radiactivos.

Las reacciones de fusión ocurren en el sol. Acá la colisión de dos isótopos del hidrógeno genera

helio con liberación de positrones

1

1 H + 1

1 H 2

1 H + 0

1e

1

1 H + 2

1 H 3

2 He

3

2 He + 3

2 He 4

2 He + 2 1

1 H

3

2 He + 1

1 H 4

2 He + 0

1e

16

Si bien las reacciones de fusión son más limpias, no existen reactores de fusión pues tienen un

inconveniente muy grande y es que para poder fusionar dos núcleos es necesario vencer sus

fuerzas de repulsión y para ello se necesitan cerca de 15 millones de grados celsius (la energía de

una estrella).

La mayor dificultad de construir un reactor de fusión recae precisamente en la construcción del

mismo, ningún material resiste temperaturas tan altas. Para solucionar este problema se ha

propuesto generar la temperatura necesaria y transformar los reactivos en plasma

manteniéndolos girando dentro de un reactor al vacío confinados con campos magnéticos y

eléctricos giratorios.

En el caso de poder construir este tipo de reactor el material a fusionar sería el deuterio dado que

en el planeta hay mucha agua, la cantidad disponible de deuterio es cercana a las 5·1015

toneladas. Cada reacción de fusión libera 6,3·10-13 J o 3,8·1011 J por cada 4 gramos de Deuterio

utilizado.

2

1 H + 2

1 H 3

1 H + 1

1 H

17

RADIOPROTECCIÓN

Dependiendo del tipo de emisión existen diferentes materiales que se usan como medio de

blindaje. Así, por ejemplo, las partículas alfa interaccionan con el medio absorbiéndose

completamente. Su alcance es de unos pocos centímetros en el aire. Cualquier partícula alfa es

completamente detenida por una hoja de papel o por la capa basal de la piel. Las partículas beta

tienen mayor alcance que las partículas alfa y pueden ser absorbidas por materiales poco densos

como el aluminio. Una característica particular es que, cuando se absorben por elementos de alto

número atómico, como el plomo, producen radiación X de frenado. La radiación gamma es

radiación de alta energía que se detiene con bloques de Plomo o materiales densos. Los

neutrones pueden ser detenidos (absorbidos) tanto por bloques de agua como de hormigón. En

el siguiente diagrama se observa el blindaje de estas radiaciones:

18

Aplicaciones de las reacciones nucleares

Los fenómenos radiactivos se utilizan con propiedad en muchas ramas de la ciencia siendo

la química, la física y la medicina, las con mayor potencial de aplicación. Los isótopos

radioactivos se utilizan en la medicina nuclear, principalmente en las imágenes médicas,

para estudiar el modo de acción de los medicamentos, entender el funcionamiento del

cerebro, detectar una anomalía cardiaca, descubrir las metástasis cancerosas, entre otras.

En la industria: radiografías de aleaciones para detectar fallas, control de producción

midiendo espesor, control en el desgaste de los materiales, estudios de detergentes,

detección de filtraciones o fugas, generación de corriente eléctrica, conservación de

alimentos, esterilización de instrumentos quirúrgicos.

En química: Uso de trazadores en reacciones a estudiar, análisis por activación neutrónica

para determinar vestigios de impurezas (éste último muy utilizado en ciencia espacial,

geología, ecología, etc.).

En la agricultura: en trazadores para estudiar como absorben los vegetales a los

fertilizantes, insecticidas y otros productos, aumentar la conservación de los alimentos,

obtener, por mutaciones, cereales más resistentes y productivos, estudiar mejor la

alimentación de los animales, aumentando la producción de leche, huevos, etc.

En Arqueología: la importancia que tiene para un país como Chile, en cuyo norte se

conserva el pasado con características únicas en el mundo en relación al grado de

conservación, así como también la reconstrucción del patrimonio histórico.

Isótopos radiactivos, sus vidas medias y sus aplicaciones médicas como

marcadores en el cuerpo humano.

Isótopo Vida media Área del cuerpo que se estudia

131 I 8,1 días Tiroides

59 Fe 45,1 días Glóbulos rojos

99 Mo 67 horas Metabolismo

32 P 14,3 días Ojos, hígado, tumores

51Cr 27,8 días Glóbulos rojos

87 Sr 2,8 horas Huesos

99 To 6,0 horas Corazón, huesos, hígado, pulmones

133 Xe 5,3 días Pulmones

24 Na 14,8 horas Sistema circulatorio

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Puedes complementar los contenidos de esta guía visitando nuestra web http://www.pedrodevaldivia.cl/

LA DATACIÓN

La datación usando isótopos radiactivos es muy conocida, en especial los experimentos realizados

con 14C en arqueología. Este no es el único isótopo usado, también están el Uranio-238 y el

Potasio-40.

El carbono-14 se forma en la atmósfera superior por reacción entre átomos de nitrógeno y

neutrones.

14

7 N + 1

0 n 14

6 C + 1

1H

Este carbono-14 se combina con oxígeno para producir 14CO2, el

que es incorporado por las plantas durante la fotosíntesis y por

todos los animales al ingerir alimentos. Mientras el animal o planta

vive se establece un equilibrio entre la cantidad de 14C y de 12C,

que es constante. Al morir el organismo, la cantidad de 14C

disminuye, pues este radioisótopo emite radiaciones del tipo β-.

La vida media del 14C es de 5730 años, por lo tanto, cada 5730

años la relación 14C/12C disminuye en un factor de dos. Esta

variación en la relación permite que con restos de cabello humano

o animal, restos de madera, carbón vegetal, lino, algodón o

papiro, o todo lo que contenga Carbono sea posible datar la

cantidad de 14C remanente. El límite de datación es de 60 mil

años.

El Uranio-238 y el Potasio-40 se utilizan en geología, puesto que

tienen vidas medias superiores a 5 mil años.

En particular, el Uranio-238, tiene un tiempo de vida promedio de

4,47·109 años y decae hasta 206Pb, entonces la edad de una roca que contiene algo de Uranio-238

puede determinarse a partir de la relación 238U/206Pb.

DMTR-QM02