Page 788 - Física Tippens: Conceptos y Aplicaciones, Séptima Edición Revisada

39.6 Radiactividad 769

núcleos estables. Observe que los números de masa hacia el centro (50 a 80) tienen la energía
de enlace más alta por nucleón. Los elementos que se encuentran entre A = 50 y A = 80 son
los más estables.

Radiactividad

La intensa fuerza nuclear mantiene a los nucleones unidos al núcleo, logra superar la fuerza
de repulsión de Coulomb que ejercen los protones. Sin embargo, el equilibrio de fuerzas no
siempre se conserva, y algunas veces ciertas partículas o fotones son emitidos desde el núcleo
de los átomos. Se dice que dichos núcleos inestables son radiactivos y tienen una propiedad
que se conoce como la radiactividad.
Todos los elementos que en su estado natural tienen números atómicos mayores que 83
son radiactivos. Esos elementos decaen lentamente hasta que desaparecen de la Tierra. El
uranio y el radio son dos de los ejemplos mejor conocidos de elementos naturalmente ra­
diactivos. Se han descubierto también algunos otros elementos que se presentan en su estado
natural, los cuales son más ligeros y menos activos.
Los núcleos inestables también se producen en forma artificial como subproductos de
los reactores nucleares, para ser estudiados en laboratorios o para otros propósitos. Además,
algunos elementos se transforman en naturalmente radiactivos al bombardearlos con fotones
de alta energía.
Existen tres formas principales de emisión radiactiva del núcleo atómico:

1. Partículas alfa (a). Una partícula alfa es el núcleo de un átomo de helio y consta de dos
protones y dos neutrones. Tiene una carga de +2e y una masa de 4.001506 u. Debido a
sus cargas positivas y a sus rapideces relativamente bajas (~ 0 .1c), las partículas alfa no
tienen gran poder de penetración.
2. Las partículas beta (/3). Hay dos clases de partículas beta, la partícula beta negativa
indicada con el signo menos (j3~) y la partícula beta positiva (/3T). La partícula beta
negativa es simplemente un electrón de carga —e y una masa igual a 0.00055 u. Una
partícula beta positiva, también llamada positrón, tiene la misma masa que un electrón,
pero carga opuesta ( + <?). Estas partículas generalmente se emiten a rapideces cercanas a
la velocidad de la luz. Las partículas beta negativas son mucho
más penetrantes que las partículas alfa, pero las partículas beta
positivas se combinan fácilmente con los electrones; por esa
razón puede producirse una rápida aniquilación, tanto de los
positrones como de los electrones, con la correspondiente emi­
sión de rayos gamma.
3. Rayos gamma (y). Un rayo gamma es una onda electromag­
nética de alta energía semejante al calor y a la luz, pero de una
frecuencia mucho mayor. Estos rayos no tienen carga o masa
en reposo y representan la radiación más penetrante emitida por
elementos radiactivos.

Para comprender por qué se emiten estas formas de radiación,
es útil analizar núcleos que son relativamente estables. Al graficar
el número de neutrones N contra el número de protones Z para estos
núcleos estables se obtiene una relación aproximada que muestra la
figura 39.5. Observe que los elementos ligeros son estables cuando
el cociente de Z entre N es cercano a 1. Se requieren más neutrones
para lograr estabilidad en los elementos más pesados. Las fuerzas
nucleares de los neutrones adicionales son necesarias para equili­
Número atómico, Z brar las grandes fuerzas eléctricas resultantes mientras se reúnen
Figura 39.5 Comparación del número de neutrones como más protones. Cuando un núcleo se desvía mucho de la línea, es
función del número atómico. Observe que los núcleos de inestable y emitirá alguna forma de radiación, y por tanto tenderá a
mayor Z tienen la mayor proporción de neutrones. lograr estabilidad.