Radiactividad

INTRODUCCIÓN

La radiactividad se define como la propiedad de algunos elementos químicos que consiste en la desintegración espontánea ( radiactividad natural ) o provocada ( r. artificial ) de sus núcleos atómicos mediante la emisión de partículas subatómicas llamadas partículas alfa y partículas beta, y de radiaciones electromagnéticas denominadas rayos X y rayos gamma.

El fenómeno fue descubierto en 1896 por el físico francés Antoine Henri Becquerel. Éste realizó los primeros estudios sobre r. natural, observando que las sales de uranio podían ennegrecer una placa fotográfica aunque estuvieran separadas de la misma por una placa de vidrio o un papel negro. También comprobó que los rayos que producían el oscurecimiento podían descargar un electroscopio, lo que indicaba que poseían carga eléctrica. Por ello dedujo que estaba ante un nuevo tipo de radiaciones ( no conocidas hasta entonces ) a las que se les llamó rayos de Becquerel.

En 1898, los químicos franceses Marie y Pierre Curie dedujeron que la radiactividad es un fenómeno asociado a los átomo, por lo que ninguno de los agentes físicos o químicos conocidos influían en la emisión de la radiación.

También llegaron a la conclusión de que la pechblenda, un mineral de uranio, tenía que contener otros elementos radiactivos ya que presentaba una radiactividad más intensa que las sales de uranio empleadas por Becquerel. El matrimonio Curie llevó a cabo una serie de tratamientos químicos de la pechblenda que condujeron al descubrimiento de dos nuevos elementos radiactivos, el polonio y el radio.

Marie Curie observó que entre los elementos conocidos en aquella época, además del uranio, el torio también era radiactivo.

En 1899, el químico francés André Louis Debierne descubrió otro elemento radiactivo, el actinio. Ese mismo año, los físicos británicos Ernest Rutherford y Frederick Soddy descubrieron el gas radiactivo radón, observado en asociación con el torio, el actinio y el radio. Esto apoyaba el fenómeno de la radiactividad inducida (Marie Curie, 1899 ).

Se reconoció que la radiactividad era la fuente de energía más potente que se conocía hasta entonces. Los Curie midieron el calor asociado con la desintegración del radio y establecieron que 1 gramo de radio desprende aproximadamente unos 420 julios (100 calorías) de energía cada hora. Este efecto de calentamiento continúa hora tras hora y año tras año, mientras que la combustión completa de un gramo de carbón produce un total de 34.000 julios (unas 8.000 calorías) de energía.

Tras estos primeros descubrimientos, la radiactividad atrajo la atención de científicos de todo el mundo. En las décadas siguientes se investigaron a fondo muchos aspectos del fenómeno.

Tipos de radiación

Rutherford descubrió que las emisiones radiactivas contienen al menos dos componentes: partículas alfa, que sólo penetran unas milésimas de centímetro, y partículas beta, que son casi 100 veces más penetrantes. En experimentos posteriores se sometieron las emisiones radiactivas a campos eléctricos y magnéticos, y de esta forma se descubrió que había un tercer componente, los rayos gamma, que resultaron ser mucho más penetrantes que las partículas beta.

En un campo eléctrico, la trayectoria de las partículas beta se desvía mucho hacia el polo positivo, mientras que la de las partículas alfa lo hace en menor medida hacia el polo negativo; los rayos gamma no son desviados en absoluto. Esto indica que las partículas beta tienen carga negativa, las partículas alfa tienen carga positiva (se desvían menos porque son más pesadas que las partículas beta) y los rayos gamma son eléctricamente neutros.

El descubrimiento de que la desintegración del radio produce radón demostró que en la desintegración radiactiva se produce un cambio en la naturaleza química del elemento que se desintegra.

Los experimentos sobre la desviación de partículas alfa en un campo eléctrico demostraron que la relación entre la carga eléctrica y la masa de estas partículas es aproximadamente la mitad que la del ion hidrógeno. Los físicos supusieron que las partículas podían ser iones helio con carga doble (átomos de helio a los que les faltaban dos electrones). El ion helio tiene una masa aproximadamente cuatro veces mayor que el de hidrógeno, lo que supondría que su relación carga-masa sería la mitad que la del ion de hidrógeno. Esta suposición fue demostrada por Rutherford.

Más tarde se demostró que las partículas beta eran electrones, mientras que los rayos gamma eran radiaciones electromagnéticas de la misma naturaleza que los rayos X pero con una energía bastante mayor.

La hipótesis nuclear

En la época en que se descubrió la radiactividad, los físicos creían que el átomo era el bloque de materia último e indivisible. Después, se comprobó que las partículas alfa y beta ( unidades de materia ) , a través de la radiactividad transforman los átomos en nuevos tipos de átomos con propiedades químicas nuevas.

Esto hizo que se reconociera que los átomos deben tener una estructura interna, y que no son las partículas últimas y fundamentales de la naturaleza.

En 1911, Rutherford demostró la existencia de un núcleo en el interior del átomo mediante experimentos en los que se desviaban partículas alfa con láminas delgadas de metal.

Desde entonces, la hipótesis nuclear ha evolucionado hasta convertirse en una teoría de la estructura atómica, que permite explicar todo el fenómeno de la radiactividad.

Es decir, se ha comprobado que el átomo está formado por un núcleo central muy denso, rodeado por una nube de electrones. El núcleo, a su vez, está compuesto de protones, cuyo número es igual al de los electrones (en un átomo no ionizado), y de neutrones. Los neutrones son eléctricamente neutros, y su masa es aproximadamente igual a la de los protones.

Una partícula alfa (un núcleo de helio con carga doble) está formada por dos protones y dos neutrones, por lo que sólo puede ser emitida por el núcleo de un átomo.

Cuando un núcleo pierde una partícula alfa se forma un nuevo núcleo, más ligero que el original en cuatro unidades de masa (las masas del neutrón y el protón son de una unidad aproximadamente). Cuando un átomo del isótopo de uranio con número másico 238 emite una partícula alfa, se convierte en un átomo de otro elemento, con número másico 234. Como la carga del uranio 238 disminuye en dos unidades como resultado de la emisión alfa, el número atómico del átomo resultante es menor en dos unidades

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