Teoría de Desintegración Nuclear del Átomo Radioactividad Espontánea



Teoría de Desintegración Nuclear del Átomo

El 24 de febrero de 1896, el físico francés Enrique Becquerel dio a conocer los sensacionales experimentos de que tratamos a continuación, a los que el científico había llegado por puro azar: los cristales de una determinada sal de uranio, tras haber sido expuestos, durante cierto tiempo, a la luz del sol, impresionaban una placa fotográfica situada cerca de ellos, aunque dicha placa estuviera en el interior de una envoltura opaca.

Es decir, la sal parecía emitir misteriosas radiaciones capaces de atravesar cuerpos que normalmente impiden el paso de la luz. Pero Becquerel, prosiguiendo sus experimentos, llegó a resultados cada vez más desconcertantes: el fenómeno se producía, no sólo con la sal de que hablamos, sino con todas las sales de uranio, y se verificaba también en la oscuridad; esto es, sin que las sales hubieran sido previamente expuestas a luz alguna.

La emisión de aquellas radiaciones desconocidas no cesaba, ni siquiera cuando las sales estaban en solución. Una vez más, la ciencia se veía ante algo nuevo y fantástico, absolutamente inexplicable desde el punto de vista de los principios entonces conocidos.

El hecho, especialmente, de que el fenómeno se produjera con independencia de las manipulaciones llevadas a cabo en las sales, parecía indicar que su origen debía buscarse en la intimidad más profunda de la materia, allí donde las transformaciones químicas y físicas no pueden causar cambios.

Hoy sabemos que esa parte «íntima» de la materia no es otra cosa que el núcleo  de los átomos.

Ver: La Energia de la Fision Nuclear

LOS PRIMEROS ESTUDIOS SERIOS SOBRE LA RADIACTIVIDAD

Como suele suceder en estos casos, las experiencias de Enrique Becquerel cayeron en un ambiente de general escepticismo; a pesar de ello, algunos apasionados investigadores (baste recordar el nombre de los esposos Curie) dedicaron toda su vida al estudio del fenómeno, que fue bautizado con el nombre de «radiactividad».

Ante todo se descubrió que los minerales de uranio contenían una serie de elementos aún desconocidos, capaces de emitir radiaciones más intensas que las del propio uranio. De esta forma se llegó al famoso descubrimiento del radio (llamado así, precisamente, a causa de su elevada radiactividad), del polonio y del actinio.

Inmediatamente se empezaron a estudiar las misteriosas radiaciones emitidas, que fueron separadas y analizadas gracias a ingeniosos procedimientos, y se descubrió que eran de tres tipos distintos, genéricamente bautizados como «alfa», «beta» y «gamma«.

Todas ellas integran, como seguramente se recordará, las famosas «radiaciones nucleares», a las que nos hemos referido en un artículo precedente. (ver radiaciones del átomo)



Teniendo en cuenta lo que entonces dijimos, no nos será muy difícil llegar a la siguiente conclusión: tanto en las emisiones alfa como en las beta, el número de protones, es decir, el número atómico del átomo afectado se transforma.

De hecho, con las radiaciones alfa el núcleo pierde dos protones (además de dos neutrones); con las beta gana un protón, a expensas de un neutrón.

Pero como el número atómico es el factor que caracteriza a los elementos, cuando un núcleo inestable (radiactivo) emite una radiación, además de estabilizarse, cambia totalmente de naturaleza; es decir, se produce la transformación de un elemento en otro distinto.

Esta afirmación, que hoy no nos cuesta ningún trabajo aceptar, fue enunciada en 1903 por Rutherford y Soddy, y dio origen a una teoría completamente revolucionaria, que se ha hecho famosa bajo el nombre de «Teoría de la desintegración radiactiva«.

Con ella se venía abajo el principio de la absoluta inmutabilidad de los elementos, que fue uno de los ejes cardinales de la Química hasta finales del siglo pasado.

Según la nueva teoría, los átomos de los elementos radiactivos, a diferencia de los de los elementos estables, pueden sufrir una «desintegración» espontánea, emitiendo partículas alfa o beta, y transformándose en átomos de un nuevo elemento «hijo», química y físicamente distinto del elemento «madre».

Sin embargo, el elemento así nacido no siempre es definitivamente estable, ya que, a su vez, puede ser radiactivo y dar lugar, mediante la emisión de partículas, a otro elemento, y así, indefinidamente.

El conjunto de todos los elementos derivados del mismo tronco, por el sistema descrito, se llama «familia radiactiva».

Becquerel, el físico que observó por primera vez los efectos de la radiactividad.
Sus experiencias le valieron el Premio Nobel.

LAS SERIES RADIACTIVAS

La ilustración adjunta es, en realidad, un «retrato de familia»: de una familia de elementos radiactivos, naturalmente. En el centro puede verse el núcleo del elemento inicial y luego, sucesivamente, toda su descendencia hasta el último «hijo».



Hemos partido de un isótopo del uranio, concretamente el uranio 238, cuyo número atómico (número de protones) es 92 y su número de masa (suma de los neutrones y los protones) 238. Por lo tanto su 90 símbolo es 238/92 U.

Se trata de un isótopo radiactivo que emite partículas alfa (2 protones + 2 neutrones): en consecuencia, el elemento «hijo» en el que se transforma tiene un número atómico inferior en dos unidades (los dos protones), es decir: 90, y un número de masa inferior en cuatro unidades (dos protones y dos neutrones); es decir: 234.

El «hijo» del uranio 238 es, pues, el torio 234, cuyo símbolo se escribe 234/90 Th. Pero tampoco esta vez se trata de un elemento estable, ya que el torio desarrolla una actividad beta, transformando un neutrón en protón y originando, al hacerlo, un nuevo electrón, que se desprende del átomo; de esta forma, el torio se convierte en un elemento distinto, que posee un neutrón menos y un protón más, debía lo cual, el «hijo» del torio 234 tiene 91 como número atómico y 234 como número de masa. El nuevo elemento se llama protoactinio 234 ( 234/91 Pa).

En símbolos, podemos escribir:       

238/92 U -alfa-> 234/90 Th -beta-> 234/91 Pa 92

Pero no termina aquí el proceso, ya que se producen 12 elementos más antes de llegar a la formación de uno estable, que es el plomo 206  (206 /82 Pb). Con éste se completa la serie del uranio 238, que lleva el nombre del elemento inicial.

En la naturaleza existen tres familias radiactivas, compuestas —en total— por unos cuarenta elementos radiactivos naturales. Cada familia lleva el nombre del elemento inicial: tenemos así la familia del uranio 238, la del torio 232 y la del actinio, llamado también uranio 235. El último descendiente de todas ellas es un isótopo estable del plomo.

Podemos imaginar las tres familias radiactivas como tres torrentes que bajan de la montaña y, tras muchos saltos y cascadas, desembocan en el mar: el agua es la materia en continua transformación, las cascadas son las conversiones de un elemento en otro, el mar es la estabilidad final.

Pero ni el agua puede volver a la montaña espontáneamente, ni en la cadena de elementos pueden producirse transformaciones espontáneas en sentido inverso a las indicadas.

Es decir: en las condiciones actuales de nuestro planeta, jamás vemos al plomo transformarse en uranio, sino a éste, a través de sus diversos descendientes, en plomo.



Estamos, pues, ante uno de los infinitos ejemplos que demuestran cómo todo, en la naturaleza, tiende a la estabilidad, por medio de transformaciones irreversibles; y, si fuese lícito aplicar a estos conceptos las palabras del lenguaje común, deberíamos identificar esta estabilidad con la muerte física de nuestro universo, que se producirá cuando todas las transformaciones naturales capaces de generar calor se agoten. Pero estamos lejos del final.

Las estrellas brillan sin cesar y en ellas el hidrógeno se transforma en toda clase de elementos, desde el helio al uranio, con reacciones que se producen espontáneamente a determinadas temperaturas, liberando grandes cantidades de energía, la que seguirá moviéndose durante miles de millones de años.


María y Pedro Curie, que dedicaron su vida a los estudios sobre las sustancias
radiactivas y descubrieron el radio y el polonio.

Fuente Consultada:
Enciclopedia del Estudiante Superior Fasc. N°45
Físico Químico de Pilar Escudero y Otros.

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