Relación entre la desintegración radiactiva y la vida media

Hay ciertos isótopos naturales que son inestables debido a los desequilibrados números de protones y neutrones que tienen en su núcleo de átomos. Por lo tanto, para estabilizarse, estos isótopos experimentan un proceso espontáneo llamado desintegración radioactiva. La desintegración radioactiva hace que un isótopo de un elemento en particular se convierta en un isótopo de un elemento diferente. Sin embargo, el producto final de la desintegración radiactiva es siempre estable que el isótopo inicial. La descomposición radioactiva de una cierta sustancia se mide por un término especial conocido como la vida media. El tiempo que tarda una sustancia en convertirse en la mitad de su masa inicial a través de la desintegración radioactiva se mide como la vida media de esa sustancia. Esta es la relación entre la desintegración radiactiva y la vida media..

Áreas clave cubiertas

1. ¿Qué es la desintegración radioactiva?
      - Definición, Mecanismos, Ejemplos.
2. Que es Half Life
      - Definición, Explicación con Ejemplos.
3. ¿Cuál es la relación entre la desintegración radioactiva y la vida media?
      - Desintegración radiactiva y vida media

Términos clave: vida media, isótopos, neutrones, protones, decaimiento radioactivo

¿Qué es la desintegración radioactiva?

La desintegración radioactiva es el proceso en el cual los isótopos inestables sufren desintegración a través de la emisión de radiación. Los isótopos inestables son átomos que tienen núcleos inestables. Un átomo puede volverse inestable debido a varias razones, como la presencia de un alto número de protones en los núcleos o un alto número de neutrones en los núcleos. Estos núcleos sufren un deterioro radioactivo para estabilizarse..

Si hay demasiados protones y demasiados neutrones, los átomos son pesados. Estos átomos pesados ​​son inestables. Por lo tanto, estos átomos pueden sufrir desintegración radiactiva. Otros átomos también pueden sufrir una desintegración radiactiva de acuerdo con su relación neutrón: protón. Si esta relación es demasiado alta, es rica en neutrones y es inestable. Si la relación es demasiado baja, entonces es un átomo rico en protones y es inestable. La descomposición radiactiva de las sustancias puede ocurrir de tres formas principales.

• Emisión / decaimiento alfa
• Emisión Beta / Decaimiento
• Emisión / Desintegración Gamma

Emisión alfa

Una partícula alfa es idéntica a un átomo de helio. Está compuesto por 2 protones y 2 neutrones. La partícula alfa tiene una carga eléctrica de +2 porque no hay electrones para neutralizar las cargas positivas de 2 protones. La descomposición alfa hace que los isótopos pierdan 2 protones y 2 neutrones. Por lo tanto, el número atómico de un isótopo radiactivo se reduce en 2 unidades y la masa atómica de 4 unidades. Los elementos pesados ​​como el uranio pueden sufrir emisión alfa..

Emisión beta

En el proceso de emisión beta (β), se emite una partícula beta. Según la carga eléctrica de la partícula beta, puede ser una partícula beta cargada positivamente o una partícula beta cargada negativamente. Si es β^- emisión, entonces la partícula emitida es un electrón. Si es una emisión β +, entonces la partícula es un positrón. Un positrón es una partícula que tiene las mismas propiedades que un electrón, excepto por su carga. La carga del positrón es positiva, mientras que la carga del electrón es negativa. En la emisión beta, un neutrón se convierte en un protón y un electrón (o un positrón). Por lo tanto, la masa atómica no cambiaría, pero el número atómico aumenta en una unidad.

Emision gamma

La radiación gamma no es particulada. Por lo tanto, las emisiones gamma no cambian ni el número atómico ni la masa atómica de un átomo. La radiación gamma está compuesta de fotones. Estos fotones sólo llevan energía. Por lo tanto, la emisión gamma hace que los isótopos liberen su energía..

Figura 1: Desintegración Radioactiva de Uranio-235

El uranio-235 es un elemento radioactivo que se encuentra naturalmente. Puede sufrir los tres tipos de desintegración radiactiva en diferentes condiciones..

Que es Half Life

La vida media de una sustancia es el tiempo que toma esa sustancia para convertirse en la mitad de su masa o concentración inicial a través de la desintegración radioactiva. Este término recibe el símbolo t_1/2. El término vida media se usa porque no es posible predecir cuándo un átomo individual podría decaer. Pero, es posible medir el tiempo que lleva la mitad de los núcleos de un elemento radioactivo..

La vida media se puede medir con respecto al número de núcleos o la concentración. Diferentes isótopos tienen diferentes vidas medias. Por lo tanto, al medir la vida media, podemos predecir la presencia o ausencia de un isótopo en particular. La vida media es independiente del estado físico de la sustancia, la temperatura, la presión o cualquier otra influencia externa..

La vida media de una sustancia se puede determinar usando la siguiente ecuación.

en(NORTE_t / N_o) = Kt

dónde,

norte_t es la masa de la sustancia despues t tiempo

norte_o es la masa inicial de la sustancia

K es la constante de descomposición

t es el tiempo considerado

Figura 02: Una curva de
Desintegración radioactiva

La imagen de arriba muestra una curva de desintegración radiactiva para una sustancia. El tiempo se mide en años. Según ese gráfico, el tiempo que tarda la sustancia en llegar al 50% de la masa inicial (100%) es de un año. El 100% se convierte en 25% (un cuarto de la masa inicial) después de dos años. Por lo tanto, la vida media de esa sustancia es de un año..

100% → 50% → 25% → 12.5% ​​→ →   →

             (1^{S t} vida media) (2^{Dakota del Norte} Half-Life 3^rd media vida)

El cuadro anterior ha resumido los detalles dados en el gráfico..

Relación entre la desintegración radiactiva y la vida media

Existe una relación directa entre la desintegración radiactiva y la vida media de una sustancia radiactiva. La tasa de desintegración radiactiva se mide en equivalentes de vida media. De la ecuación anterior, podemos derivar otra ecuación importante para el cálculo de la tasa de desintegración radiactiva.

ln (N_t / N_o) = Kt

ya que la masa (o el número de núcleos) es la mitad de su valor inicial después de una vida media,

norte_t = N_o/ 2

Entonces,

ln (N_o/ 2 / N_o) = Kt_1/2

ln (1/2 / 1) = kt_1/2

ln (2) = kt_1/2

Por lo tanto,

t_1/2   = Ln2 / k

El valor de ln2 es 0.693. Entonces,

t_1/2   = 0.693 / k

Aqui t_1/2 es la vida media de una sustancia y k es la constante de desintegración radiactiva. La expresión anterior indica que las sustancias altamente radiactivas se gastan rápidamente, y las sustancias débilmente radiactivas tardan más tiempo en descomponerse por completo. Por lo tanto, una vida media larga indica una rápida desintegración radiactiva, mientras que una vida media corta indica un día radioactivo lento. La vida media de algunas sustancias no se puede determinar, ya que puede llevar millones de años sufrir una desintegración radioactiva..

Conclusión

La desintegración radiactiva es el proceso en el que los isótopos inestables sufren desintegración a través de la emisión de radiación. Existe una relación directa entre la desintegración radiactiva de una sustancia y la vida media, ya que la tasa de la desintegración radiactiva se mide por los equivalentes de la vida media.

Referencias:

1. "Half-Life of Radioactive Decay - Boundless Open Textbook". Boundless. 26 de mayo de 2016. Web. Disponible aquí. 01 de agosto de 2017. 
2. "El proceso de decaimiento radiactivo natural". Maniquíes. N.p., n.d. Web. Disponible aquí. 01 de agosto de 2017. 

Imagen de cortesía:

1. "Desintegración radioactiva" Por Kurt Rosenkrantz de PDF. (CC BY-SA 3.0) a través de Commons Wikimedia