Para concluir el bloque de reacciones químicas, vamos a estudiar un último tema bastante diferente a los anteriores, pero dado que los conceptos que incluye se dan en los últimos cursos antes de ingresar en la Universidad, he creido recomendable incluirlo en este blog: La Química nuclear y el estudio de las llamadas reacciones nucleares.
Complemento: cálculo de la energía de enlace nuclear
Uno de los conceptos que explicamos en este tema es la enorme energía que representa la fuerza nuclear, es decir, aquella que mantiene unidas las partículas subatómicas del núcleo atómico. Esa energía de enlace nuclear se puede calcular a partir del defecto de masa experimental que se observa al pesar un isótopo y comparándolo con su peso teórico, es decir, aquel peso que resulta de sumar los pesos de todas las partículas subatómicas que constituyen ese isótopo.
A modo de ejemplo, vamos a calcular la energía de enlace nuclear para el isótopo de oxígeno-16:
Se ha comprobado experimentalmente que el peso atómico de este isótopo es de 15,994915 UMA, tal y como figura en la Tabla Periódica de los Elementos. Sabiendo que los pesos del electrón, protón y neutrón son de 0,0005486, 1,007276 y 1,008665 UMA respectivamente, vamos a calcular el peso teórico del oxígeno-16, sabiendo que tiene 8 electrones, 8 protones y 8 neutrones:
mO16 = 8x0,0005486 + 8x1,007276 + 8x1,008665 = 16,1319168 UMA
Efectivamente vemos que el peso teórico del isótopo es algo superior al peso experimental, la diferencia de ambos pesos es exactamente de 0,1370018 UMA, este exceso de masa representa precisamente la energía de enlace nuclear, cuyo valor se puede calcular utilizando la famosa ecuación de Einstein:
E = m·c2
para obtener esa energía en unidades de ergios, la masa debe expresarse en gramos y c en cm/s:
Sin embargo, ya hemos visto en el vídeo que en Química nuclear se utilizan más las unidades de MeV. Sabiendo que 1erg equivae a 6,239·105MeV, la energía de enlace nuclear para el isótopo oxígeno-16 es de 127,6MeV.
De esta forma se pueden calcular las energías de enlace nuclear de cualquier isótopo. Por ejemplo, el valor de esta energía para el isótopo de helio-4 es de 28,3MeV, algo más que la cuarta parte que la energía del oxígeno-16, esto es obvio, ya que el helio-4 tiene la cuarta parte de nucleones que el oxígeno-16. Esto ocurre siempre, es decir, que la energía total de enlace de los núcleos crece de forma continua al aumentar el número de nucleones o número másico. Por ello, para tener ua idea más real de la estabilidad relativa de los diferentes núcleos atómicos, se utiliza la energía de enlace por nucleón, que resulta de dividir la energí de enlace nuclear que hemos calculado por el número de nucleones que presenta el núcleo, es decir, por su número másico A.
De esta forma las energías de enlace por nucleón para el helio-4 y el oxígeno-16 son de 7,07 y 7,98 MeV respectivamente, es decir, que el núcleo del oxígeno-16 es algo más estable que el núcle de helio-4.
Ejercicios
Utiliza la Tabla Periódica de los Elementos Químicos para conocer el número atómico Z de los elementos transuránidos.
"El uranio-238 se desintegra de forma natural emitiendo radiación a y b, y formando el isótopo de plomo-206. Calcular la cantidad de partículas a y b que se obtienen por la desintegración de un núcleo de uranio-238"
La desintegración que propone el enunciado es la siguiente:
donde el helio-4 corresponde a la radiación a y los electrones a la radiación b. Para averiguar cuántas partículas a y b produce la desintegración de un núcleo de uranio-238 debemos basarnos en el principio de conservación de la masa en esta reacción nuclear. Si nos fijamos en los números másicos A o número de nucleones totales, vemos que el electrón tiene su A = 0, por lo que a los 206 nucleones del plomo-206 hay que sumarle los nucleones del helio-4 para completar los 238 nucleones del uranio-238, teniendo en cuenta que cada isótopo de helio-4 aporta 4 nucleones. De esta manera, deducimos que el número de partículas a o número de isótopos de helio-4 que produce la desintegración de un isótopo de uranio-238 es de 8.
Solución: 8 partículas a
Una vez hemos calculado el número de partículas a, ya podemos calcular el número de partículas b que se formarán, basta con fijarse en los números atómicos Z de los isótopos: tenemos 92 protones del uranio, 82 protones del plomo, y 8x2 protones del helio, puesto que el electrón tiene su Z = -1 deducimos que el número de partículas b que se forman es de 6.
Solución: 6 partículas b
si escribimos la reacción nuclear ya ajustada con las soluciones que hemos obtenido, comprobamos que se cumple el principio de conservación de la masa:
EN CONSTRUCCIÓN
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