RADIACIONES ELECTROMAGNÉTICAS TEORIA DE PREPARATORIA DE PREUNIVERSITARIOS

 

 

MODELO ATÓMICO - ACTUAL RADIOACTIVIDAD - RADIACIONES ELECTROMAGNÉTICAS PROBLEMAS RESUELTOS TIPO EXAMEN DE INGRESO A LA UNIVERSIDAD

QUÍMICA NUCLEAR
DEFINICIÓN:  En los núcleos atómicos ocurren reacciones que son estudiadas por la Química Nuclear. Durante éstas reacciones, el átomo libera gran cantidad de energía, como energía atómica.  

I. RADIACTIVIDAD

Es el cambio espontánea o artificial (Provocado - Inducido) en la composición nuclear de un  núclido inestable con emisión de partículas nucleares y energía nuclear.

I.A RADIACTIVIDAD NATURAL
Es la descomposición espontánea de núcleos atómicos inestables con desprendimiento de radiaciones de alta energía.
Las radiaciones emitidas son de 3 tipos: Alfa, Beta y Gamma
DIAGRAMA

+ = Rayos Alfa
-   = Rayos Beta
0   = Rayos Gamma

RADIACION PARTICULA NOTACION
Alfa +

Beta -

Gama 0

a. PODER DE PENETRACION DE LAS RADIACIONES
El poder de penetración varía con el tipo de radiación, los materiales con mayor densidad, como el plomo son más resistentes como protección contra la radiación.

    Papel       Aluminio       Plomo

a.1 RADIACIONES ALFA ()
- Son de naturaleza corpuscular de carga positiva.
- Constituído, por núcleos de Helio, doblemente ionizado.
 =
- Viajan a una velocidad promedio de 20 000 km/s.
- Son desviados por los campos electromagnéticos.

a.2 RADIACIONES BETA ()
- Son de naturaleza corpuscular de carga negativa.
- Son flujo de electrones

- Alcanzan una velocidad promedio de 250 000 Km/s.
- Son desviados por los campos electromagnéticos.

a.3 RADIACIONES GAMMA ()
- Son REM
- No son corpúsculos materiales ni tienen carga (eléctricamente neutros) son pura energía.
- En el vació viajan a la velocidad de la luz; 300 000 Km/s.
- No son  desviados por los campos electromagnéticos.

Orden de Penetración
   >      >   

b. PRINCIPALES FORMAS DE DESINTEGRACION NUCLEAR
Durante cualquier emisión de radiaciones nucleares tiene lugar una transmutación, es decir, un elemento se transforma en otro de diferente número de masa y  número atómico.
Toda ecuación nuclear debe estar balanceada. La suma de los números de masas (Los superíndices) de cada lado de la ecuación deben ser iguales.
La suma de los números atómicos o cargas nucleares (Los subíndices) de cada lado de la ecuación deben ser iguales.    

b.1 DESINTEGRACION ALFA ()
 
Ejemplo

b.2. DESINTEGRACION BETA ()
 

Ejemplo
 
b.3 DESINTEGRACION GAMMA ()

Ejemplo:

I.B RADIACTIVIDAD
TRANSMUTACION ARTIFICIAL
Es el proceso de transformación de núcleos estables al bombardearlos con partículas o al ser expuesto a una radiación con suficiente energía.

En donde:
x : Núcleo estable ó blanco.
a : Partícula proyectil o incidente
y : Núcleo final
 : Partícula producida

Notación de otras Partículas

Partícula Notación
Protón

Neutrón

Deuterio

Positrón

Ejemplo:


1. Cuántas partículas alfa y beta emitirá la siguiente relación nuclear.

Solución
- Balance de Número de masa:
238 = 222 + 4m + On
m = 4
- Balance de carga nuclear:
92 = 86 + 2m -n
n = 2
Rpta.
4 partículas Alfa
2 partículas Beta

1. FISION NUCLEAR
Proceso que consiste en la fragmentación de un núcleo pesado en núcleos ligeros con desprendimiento de gran cantidad de energía.

2. FUSION NUCLEAR
Proceso que consiste en la unión de dos o más núcleos pequeños para formar un núcleo más grande en donde la masa que se pierde durante el proceso de fusión se libera en forma de energía. Ejemplo.

II. RADIACION ELECTROMAGNETICAS

Son formas de energía que se trasmiten siguiendo un movimiento ondulatorio.
Característica
1. Longitud de Onda ( = Lambda)
Nos indica la distancia entre dos crestas consecutivas de una onda.
Unidades: nm,  , m, cm.
  1nm = 10-9m
2. Frecuencia (ﬠ)
Es el número de longitudes de onda que pasan por un punto en la unida de tiempo.
    Unidades: HZ : HERTZ=S-1=1 ciclo/s

3. Velocidad de un onda (C)
La velocidad de una onda electromagnética es     numéricamente igual a la velocidad de la luz.
C = 3.1010 cm/s

4. Relación entre ,ﬠ.C
ﬠ =
,ﬠ.C
 =

5. ENERGIA DE UNA RADIACION ELECTROMAGNETICA
HIPOTESIS DE MAX PLANCK
La energía es emitida en pequeños paquetes o cuantos en forma descontinúa.
E = h ﬠ = h.
E  : Energía : J. Erg
ﬠ : Frecuencia Hz
h : Cte. de Plack
 = 6.62 x 10-27 Erg. S
 = 6.62 x 10-34 J.S

ESPECTRO ELECTROMAGNETICO
Es el conjunto de radiaciones electromagnética que se diferencian entre sí en su longitud de onda y frecuencia.
Radiación Longitud de Onda Espectro

Ondas de radio
Microondas
Rayos infrarojos 100-15 Km
10-2_102cm
10-4_10-2cm
Rayos de Luz
Rayos ultravioleta
Rayos X
Rayos Gamma
Rayos Cósmicos 760 nm

10-300nm
10-1-5 nm
10-3-10-1nm
10-3-10-5nm

Donde : 1 nm = 10-9m

ESPECTRO VISIBLE
Los diferentes colores obtenidos como consecuencia de la dispersión de la luz blanca, constituyen el espectro visible.


Fig. 1 La luz blanca se descompone en siete colores de luz.

III. ATOMO DE NIELS BOHR

Bohr, discípulo de Rutherford, fundamento sus enunciados en la teoría cuántica de Planck y en los espectros Atómicos; explicando acertadamente los defectos del modelo de Rutherford.
Bohr, realizó estudios basados en el “espectro del Hidrógeno” y concluyó con los siguientes postulados:
1er. Postulado
“En el dominio atómico se puede admitir que un electrón se mueve en una orbita sin emitir energía”

Deducción:
Donde  Fe = Fuerza electrostática
 Fc = Fuerza centrífuga

Fe =     y     Fc =

Donde:
me = masa del electrón
V = Velocidad del
electrón
r = Radio de la
orbita
q = Carga del
electrón

Fig. 2 Interacción electrostática entre el protón y el electrón.
De la figura:    Fe = Fc

Sustituyendo los valores:
 
K =  =

Pero: q = e    y   K = 1

Luego:   =  

Finalmente: me. V2 =

2do. Postulado
“La energía liberada al saltar un electrón de una orbita activada a otra inferior de menor activación es igual a la diferencia de energía entre el estado activado y primitivo”


Fig. 3 Excitación del átomo de hidrógeno


E2 – E1 = h. ﬠ

Donde:

E2= Energía del electrón en la orbita exterior.
E1= Energía del electrón en la orbita interior.
h =   Constante de Planck
ﬠ = Frecuencia

Luego la energía total
Et =

Donde:  Et = energía total del electrón
    e = carga del electrón
    r = radio de la orbita

3er. Postulado
“Solamente son posibles aquellas orbitas en los cuales se cumple que el producto del impulso del electrón por la longitud de su orbita que describe es un múltiplo entero de h”.

m . v . 2 . r  = n . h

Donde: m x V = impulso del electrón
 2r = longitud de la orbita.
 n = número entero
(n = 1,2,3,...)  
  h =  constante de Planck.

De donde:
r =
sustituyendo los valores h, m y e; se tiene:
r = 0,529n2

Donde: r = radio de la orbita
 n = nivel de energía

Si en la ecuación:
Et =
Se sustituye los valores de e y r:
t =
Luego:

Et = -  

Et = -  

Et  = - 313,6 Kcal/mol
n2

IV. NUMERO DE ONDA


pero:   ﬠ
Luego:

ﬠ

ﬠ= número de onda (ﬠ = 1/ )
R = Constante de RYDBERG
R = 109678 cm-1  1,1x 105cm-1
ni = Orbita interior
nf = Orbita exterior


PROBLEMAS RESUELTOS Y PROPUESTOS


I. RADIACTIVIDAD:

1. ¿Cuál de los siguientes nuclídos se producirá por emisión de una partícula ALFA () del nuclido de  ?

a)   d)

b)   e)    c)

Resolución:

Aplicando:


Donde:      A = 238 – 4 = 234
     
Z = 92 –2 = 90
 El nuclidoes:  
Rpta. (a)

2. Un isótopo   es bombardeado
con partículas “” originándose
La reacción:  
  +    + n

¿Cuáles es el valor de a+b?

a) 197 b) 250 c) 269
d) 271 b) 281

Resolución:

Aplicando el balance en la Rx:

  +     +  n

Donde:

a = 198 – 4  = 194
b =  79 – 2 = 77

Luego: a + b = 194 + 77 = 271

Rpta.: (d)

3. De las siguientes reacciones nucleares la reacción de Fisión nuclear es:

a. 168O + 10n136C + 42He


b. 21H + 31H42He + 10n

c. 147N + 42168O + 21H

d. 23592U  23490Th+42

e. 2713Al+10n2412Mg+11H


Rpta. ............................


4. ¿Cuál de los siguientes nuclidos se producirá por emisión de una partícula “” del nuclido de uranio:  ?

a)   b)

c)   d)    e)

Rpta. ............................

5. ¿Cuántas partículas Alfa () y Beta () emitirá la siguiente reacción nuclear?

    + + 

a) 1;2     b) 2;3    c)1;4  
d) 2;4 e) 1;5

Rpta. ............................

6. Los rayos emitidos por una fuente radiactiva pueden desviarse por un campo eléctrico ¿Cuál de las siguientes proposiciones son verdaderas (V)?

I) Los rayos “” se desvían hacia la placa negativa
II) Los rayos “” se desvían hacia la placa positiva
III) Los rayos “” no se desvían

Rpta. ............................

7. El isótopo Teluro   al ser bombardeado con partículas alfa () origina un nuevo elemento y libera dos neutrones por cada átomo de Teluro ¿Cuántos neutrones tiene el nuevo elemento transmutado?

a) 54 b) 64 c) 72 d) 82 e) 92

Rpta. ............................


II. RADIACIONES ELECTROMAGNÉTICAS


1. Indique la afirmación verdadera (V) y Falso (F) en:
* El color violeta tiene una longitud de onda mayor que el color amarillo (   ).
* El color rojo tiene mayor frecuencia que la del color verde (   ).
* Las ondas de T.V. tienen mayor frecuencia que el del radar (   ).
* Los rayos “X” tienen menor longitud de onda que el de los rayos  (   ).

a) VVVV b) VFFF c) VVVF
d) FFFF e) FFVV

Resolución:
Por teoría de radiaciones electro-magnéticas deducimos: f=h .c.  que la longitud de onda ()
* La longitud de onda:
Color violeta < color amarillo
 es falso (F)

* La frecuencia:
El color rojo < color verde
 es falso (F)

* La Longitud de onda:
Las ondas de T.V. < Radar
 es falso (F)

* La longitud de onda:
Rayos x > rayos 
 es falso (F)
Rpta. (d)

2. Calcular la frecuencia de una radiación electromagnética cuya longitud de onda es 1000  .

a) 1,5 x 104 ciclos/s
b) 3 x 103 ciclos/s
c) 1,5 x 105 ciclos/s
d) 3 x 105 ciclos/s
e) 3 x 108 ciclos/s
Resolución
Se sabe que: ﬠ
Donde  = 1000       c = 3 x 1010cm/s
 y 1   = 10-8 cm

Luego:
ﬠ =  

ﬠ = 3x105 ciclos/s

Rpta.: (d)


3. Calcular la energía de un fotón cuya longitud de onda es de 4000  (en Joules)

Rpta. ............................

4. Una emisora radial emite una señal de 5 Kilohertz. Calcular el valor de su longitud de onda en Nanómetros (nm)

Rpta. ............................

5. De acuerdo al gráfico que se muestra. Hallar la energía en Joules de 1 mol de fotones

Rpta. ............................



III. ATOMO DE BOHR Y
Nº DE ONDA

1. ¿Cuánto mide el radio de la orbita en el átomo de Bohr para n = 4?

a) 8,464      b) 12,214
c) 5,464      d) 8,942
e) 6,464  

Resolución
Se sabe que r = 0,529n2   ..........(1)
Donde n = 4  (nivel)
Luego en (1):
r = 0,529 (4)2
r = 8,464  

Rpta. (a)

2. Si un electrón salta del quinto nivel en el átomo de hidrógeno. Calcular el Nº de onda (ﬠ).
R = 1,1 x 105 cm-1

a) 1,2 x 105 cm-1
b) 3,2 x 105 cm-1
c) 2,3 x 105 cm-1
d) 4,2 x 105 cm-1
e) 2,8 x 105 cm-1

Resolución:
Se sabe que: ﬠ = R ......(1)

Donde:
ni = 2     nf = 5    y  R = 1,1 x 105 cm-1


reemplazando en (1):
ﬠ  = 1,1 x 105 cm-1

ﬠ = 2,3 x 105 cm-1

 Rpta. (c)


3. El radio de la órbita de Bohr en el átomo de hidrógeno para n = 2 es: (en  )

Rpta. ............................

4. ¿A que nivel de energía en el átomo de hidrógeno corresponde la energía de –1.51ev?

Rpta. ............................

5. Hallar la longitud de onda de en nanómetros de un fotón que es emitido por un electrón que cae el 3er nivel al 1er nivel de energía en el átomo de hidrógeno.

Rpta. ............................

6. Calcular el número de ondas para el átomo de hidrógeno cuyo electrón salta del 4to nivel al 2do nivel de energía.
(RH = 1.1 x 105cm-1)

Rpta. ............................

7. ¿Qué cantidad de energía se requiere para pasar un electrón del nivel n = 1 al nivel n = 2 en el átomo de hidrógeno? (expresado en Kcal)

Rpta. ............................

Categoría: MODELO ATÓMICO ACTUAL RADIOACTIVIDAD RADIACIONES ELECTROMAGNÉTICAS