Las reacciones nucleares

Partículas nucleares

Cuando un átomo radiactivo se desintegra, las partículas que están dentro de él (neutrón, protón y electrón) dan origen a otras partículas. Las partículas alfa y beta y la radiación gamma son las más características de un fenómeno de radiación nuclear; también se emiten otras como positrones y neutrones.

El decaimiento de un átomo radiactivo se expresa como una reacción química, indicando número atómico y másico de cada una de las especies de la reacción. Estas reacciones se llaman reacciones nucleares, y tiene características distintas de las reacciones químicas comunes.

Reacciones químicas	Reacciones nucleares
Los átomos se reordenan por la ruptura y formación de enlaces químicos	Los elementos o los isótopos de un elemento generan otro elemento al cambiar la constitución del núcleo del átomo.
En la ruptura y formación de los enlaces solo participan los electrones.	En las reacciones pueden participar protones, neutrones, electrones y otras partículas elementales.
Las reacciones van acompañadas por la absorción o liberación de cantidades de energía relativamente pequeñas. CH4 + 2 O2  à CO2 + 2 H2O + 200 kcal	Las reacciones van acompañadas por la absorción o liberación de enormes cantidades de energía. 3Li7 + 1H1 ===>2 2He4 + 23000000 Kcal
La temperatura, presión y concentración de los reactantes y catalizadores son factores que determinan la velocidad de una reacción.	Las velocidades de reacción generalmente no se ven afectadas por la temperatura, la presión o los catalizadores.

Decaimiento alfa

Un ejemplo de emisión de una partícula alfa es la del polonio, elemento descubierto por los Curie: 

El elemento que se forma después del decaimiento alfa tiene un número atómico menor en dos unidades y un número másico menor en cuatro unidades respecto al elemento que lo genera. 

Decaimiento beta

Un neutrón puede transformarse en un protón al emitirse un electrón, reacción que puede escribirse de la siguiente forma: 

El electrón emitido abandona el núcleo a altísima velocidad. En este proceso, el número másico no se altera (disminuye un neutrón y se genera un protón), pero el átomo que se forma tiene en su núcleo un protón más que el inicial; por lo tanto, el número atómico aumenta en una unidad. 

Un ejemplo de decaimiento beta es: 

Otros ejemplos

Emisión gamma

La radiación gamma se emite debido a cambios de energía dentro del núcleo. Su emisión no provoca variación en el número másico y tampoco en el número atómico. Simplemente se trata de un núcleo excitado que libera energía de esta forma: 

El isótopo radiactivo inicial es denominado padre o progenitor; el producto se conoce como descendiente.

Poder de penetración de las partículas emitidas desde un núcleo radiactivo

Emisión de positrones

Cuando un elemento radiactivo emite un positrón, el elemento que se forma tiene un número atómico menor en una unidad y el número másico permanece igual: 

Un positrón es idéntico a un electrón, pero tiene carga positiva. Se representa como ºe+1 o bien e+ debido a que tiene carga +1 y masa 0. Es muy probable que se forme en el núcleo cuando un protón se transforma en un neutrón: 

Al igual que una partícula beta, un positrón tiene un pequeño poder de penetración. 

Por ejemplo, el nitrógeno-13 se desintegra al liberar un positrón: 

Captura de electrones o captura-K 

La captura de electrones es un proceso en el cual un núclido “atrapa” un electrón de su nivel más interno (capa K, según la antigua nomenclatura) y convierte al protón en un neutrón: 

Cuando un elemento experimenta el proceso de captura de electrones, su número atómico disminuye en 1, mientras que su número másico permanece inalterado. 

Ejemplos de este tipo de reacción nuclear son: 

Es necesario considerar cómo se escriben y balancean las ecuaciones nucleares. Para ello se debe señalar los símbolos de los elementos químicos y además indicar explícitamente el número de protones y neutrones que tiene cada elemento. 

Al balancear una ecuación nuclear, se deberá cumplir que: 

1. El número total de protones y neutrones en los productos y en los reactantes sea el mismo (conservación de la masa). 

2. El número total de cargas nucleares en los productos y en los reactantes sea el mismo (conservación de la carga nuclear).

Vida media

La desintegración de uranio es extremadamente lenta, comparada con la desintegración de torio. Cada una de estas desintegraciones tiene un periodo de semidesintegración, llamado también semivida, característico para cada elemento. La semivida representa el tiempo necesario para que la mitad de la materia radiactiva se desintegre. Además, es independiente de la cantidad de sustancia radiactiva presente y está determinada únicamente por el tipo de núcleo radiactivo. Algunos isótopos radiactivos tienen semividas muy largas, mientras las de otros son extremadamente cortas. 

Vida media de algunos isótopos radiactivos del carbono