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13.1 ORÍGENES DE LA FÍSICA
              NUCLEAR

Una aplicación de la física relativista y de la física
                    cuántica

                                            Física
La inmutabilidad de los átomos cuestionada

              Algunos fenómenos como

 Existencia         Espectros
                                   Radiactividad
 Electrones         atómicos

                  ponían en duda

         La inmutabilidad de los Átomos
Algunos átomos parecían emitir algo…

                 1896 Becquerel descubre que placas
                 fotográficas que tenía guardadas en un cajón se
                 habían velado por la presencia de sales de
                 uranio.



1898 M. Curie y P. Curie, aíslan el polonio,
sustancia con actividad radiante.

1911 M. Curie y P. Curie, aíslan el radio,
sustancia con actividad radiante.
Animación
A.1. ¿Qué puede decirse sobre la naturaleza eléctrica de las
radiaciones en que queda dividido el haz incidente? ¿Y sobre su
masa?
Animación
A.1. ¿Qué puede decirse sobre la naturaleza eléctrica de las
radiaciones en que queda dividido el haz incidente? ¿Y sobre su
masa?
Radiactividad alfa: Carga positiva. Las que menos se curvan y
mayor masa tienen.
Radiactividad beta: Carga negativa. Las que más se curvan y por
tanto menor masa que alfa.
Radiactividad gamma: Carga neutra. No podemos afirmar nada de
su masa.
Animación
A.2. Utilizando la animación describe que tipo de radiación es más
penetrante.
Animación
A.2. Utilizando la animación describe que tipo de radiación es más
penetrante.
Radiactividad alfa: Núcleo He-4. Apenas penetran un trozo de
papel y son muy ionizantes.
Radiactividad beta: Electrones. Pueden atravesar hasta 3 mm de
aluminio y son menos ionizantes.
Radiactividad gamma: Fotones alta energía. Pueden atravesar
hasta varios centímetros de plomo.
¿Qué estaba pasando en el interior de los átomos?
     1911, EXPERIENCIA DE RUTHERFORD
    Animación 1             Animación 2            Animación 2




Se pudo determinar la carga del núcleo de una serie de elementos y
se constató que coincidía con el número de orden del elemento en
el Sistema Periódico…
            ¿pero cuál era el tamaño del núcleo?
A.2. ¿Cómo puede determinarse aproximadamente el radio de un
núcleo de oro bombardeado por partículas alfa de velocidad
2·107m/s?
Determinar la longitud de onda y la energía (en MeV) de la partícula
alfa (m = 6,6.10-27 kg).
A.2. ¿Cómo puede determinarse aproximadamente el radio de un
núcleo de oro bombardeado por partículas alfa de velocidad
2·107m/s?
Determinar la longitud de onda y la energía (en MeV) de la partícula
alfa (m = 6,6.10-27 kg).
La distancia de máximo acercamiento de las partículas alfa al núcleo
será mayor al radio del núcleo:



El tamaño del núcleo es del orden de unos 10 fm, aproximadamente
10-4 veces el del átomo (1 A).
A.2. ¿Cómo puede determinarse aproximadamente el radio de un
núcleo de oro bombardeado por partículas alfa de velocidad
2·107m/s?
Determinar la longitud de onda y la energía (en MeV) de la partícula
alfa (m = 6,6.10-27 kg).
La distancia de máximo acercamiento de las partículas alfa al núcleo
será mayor al radio del núcleo:



El tamaño del núcleo es del orden de unos 10 fm, aproximadamente
10-4 veces el del átomo (1 A).

La longitud de onda es de 5 fm y la energía de 8,2 MeV. Para
explorar núcleos necesitamos energías del orden del MeV y
longitudes de onda del orden del fm (para los átomos eran eV y A).
Se preguntaban…¿Qué es el núcleo?
Experimento      Radiactividad       Radiactividad
 Rutherford          Alfa                Beta




                 Hicieron pensar

 Núcleo estaba formado por partículas alfa y beta
A.3. Exponer razones contra este primer modelo nuclear.
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     No puede explicar el átomo más sencillo (Un solo protón)
A.3. Exponer razones contra este primer modelo nuclear.

     No puede explicar el átomo más sencillo (Un solo protón)

A.4. ¿Pueden existir electrones en el núcleo? Estimar, a partir del
principio de indeterminación, la energía cinética mínima de un
electrón confinado en un núcleo.
A.3. Exponer razones contra este primer modelo nuclear.

     No puede explicar el átomo más sencillo (Un solo protón)

A.4. ¿Pueden existir electrones en el núcleo? Estimar, a partir del
principio de indeterminación, la energía cinética mínima de un
electrón confinado en un núcleo.
Fue el principio de incertidumbre el que obtuvo la energía mínima del electrón
dentro del núcleo, obteniéndose una energía cinética mínima del electrón
superior a la energía de los rayos (Mev).




Esta es la energía mínima que debería tener un electrón en el núcleo
1932, Chadwick descubre el neutrón
               Se abandona definitivamente la idea
                  del electrón dentro del núcleo
A.5. Indicar toda la información contenida en N-14 y O-16.
A.5. Indicar toda la información contenida en N-14 y O-16.
El nitrógeno tiene número atómico Z=7 y por tanto posee 7
protones en el núcleo. Como su número másico es A=14, posee
14-7=7 neutrones
El oxígeno tiene número atómico Z=8 y por tanto posee 8 protones
en el núcleo. Como su número másico es A=16, posee
16-8=8 neutrones
A.5. Indicar toda la información contenida en N-14 y O-16.
El nitrógeno tiene número atómico Z=7 y por tanto posee 7
protones en el núcleo. Como su número másico es A=14, posee
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El oxígeno tiene número atómico Z=8 y por tanto posee 8 protones
en el núcleo. Como su número másico es A=16, posee
16-8=8 neutrones


A.6. Explicar la existencia de nuevos elementos con propiedades
químicas idénticas a las de los elementos ya conocidos, aunque
difieran en propiedades físicas.
A.5. Indicar toda la información contenida en N-14 y O-16.
El nitrógeno tiene número atómico Z=7 y por tanto posee 7
protones en el núcleo. Como su número másico es A=14, posee
14-7=7 neutrones
El oxígeno tiene número atómico Z=8 y por tanto posee 8 protones
en el núcleo. Como su número másico es A=16, posee
16-8=8 neutrones


A.6. Explicar la existencia de nuevos elementos con propiedades
químicas idénticas a las de los elementos ya conocidos, aunque
difieran en propiedades físicas.
 Las propiedades químicas vienen dadas por el número de electrones
          Las propiedades físicas por el número de nucleones

                         ISÓTOPOS
1913, Soddy propone el nombre: Isótopos
    Son elementos con iguales propiedades químicas pero distintas
                        propiedades físicas.
    Mismo número atómico (Z) y distinto número másico (A)
    No necesariamente son radiactivos.
    Solo 20 elementos poseen un único isótopo.
    La proporción en la que se encuentran en la naturaleza es siempre
     constante (abundancia isotópica).
La tabla periódica

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Física2 bach 13.1 orígenes de la física nuclear

  • 1. 13.1 ORÍGENES DE LA FÍSICA NUCLEAR Una aplicación de la física relativista y de la física cuántica Física
  • 2. La inmutabilidad de los átomos cuestionada Algunos fenómenos como Existencia Espectros Radiactividad Electrones atómicos ponían en duda La inmutabilidad de los Átomos
  • 3. Algunos átomos parecían emitir algo… 1896 Becquerel descubre que placas fotográficas que tenía guardadas en un cajón se habían velado por la presencia de sales de uranio. 1898 M. Curie y P. Curie, aíslan el polonio, sustancia con actividad radiante. 1911 M. Curie y P. Curie, aíslan el radio, sustancia con actividad radiante.
  • 4. Animación A.1. ¿Qué puede decirse sobre la naturaleza eléctrica de las radiaciones en que queda dividido el haz incidente? ¿Y sobre su masa?
  • 5. Animación A.1. ¿Qué puede decirse sobre la naturaleza eléctrica de las radiaciones en que queda dividido el haz incidente? ¿Y sobre su masa? Radiactividad alfa: Carga positiva. Las que menos se curvan y mayor masa tienen. Radiactividad beta: Carga negativa. Las que más se curvan y por tanto menor masa que alfa. Radiactividad gamma: Carga neutra. No podemos afirmar nada de su masa.
  • 6. Animación A.2. Utilizando la animación describe que tipo de radiación es más penetrante.
  • 7. Animación A.2. Utilizando la animación describe que tipo de radiación es más penetrante. Radiactividad alfa: Núcleo He-4. Apenas penetran un trozo de papel y son muy ionizantes. Radiactividad beta: Electrones. Pueden atravesar hasta 3 mm de aluminio y son menos ionizantes. Radiactividad gamma: Fotones alta energía. Pueden atravesar hasta varios centímetros de plomo.
  • 8. ¿Qué estaba pasando en el interior de los átomos? 1911, EXPERIENCIA DE RUTHERFORD Animación 1 Animación 2 Animación 2 Se pudo determinar la carga del núcleo de una serie de elementos y se constató que coincidía con el número de orden del elemento en el Sistema Periódico… ¿pero cuál era el tamaño del núcleo?
  • 9. A.2. ¿Cómo puede determinarse aproximadamente el radio de un núcleo de oro bombardeado por partículas alfa de velocidad 2·107m/s? Determinar la longitud de onda y la energía (en MeV) de la partícula alfa (m = 6,6.10-27 kg).
  • 10. A.2. ¿Cómo puede determinarse aproximadamente el radio de un núcleo de oro bombardeado por partículas alfa de velocidad 2·107m/s? Determinar la longitud de onda y la energía (en MeV) de la partícula alfa (m = 6,6.10-27 kg). La distancia de máximo acercamiento de las partículas alfa al núcleo será mayor al radio del núcleo: El tamaño del núcleo es del orden de unos 10 fm, aproximadamente 10-4 veces el del átomo (1 A).
  • 11. A.2. ¿Cómo puede determinarse aproximadamente el radio de un núcleo de oro bombardeado por partículas alfa de velocidad 2·107m/s? Determinar la longitud de onda y la energía (en MeV) de la partícula alfa (m = 6,6.10-27 kg). La distancia de máximo acercamiento de las partículas alfa al núcleo será mayor al radio del núcleo: El tamaño del núcleo es del orden de unos 10 fm, aproximadamente 10-4 veces el del átomo (1 A). La longitud de onda es de 5 fm y la energía de 8,2 MeV. Para explorar núcleos necesitamos energías del orden del MeV y longitudes de onda del orden del fm (para los átomos eran eV y A).
  • 12. Se preguntaban…¿Qué es el núcleo? Experimento Radiactividad Radiactividad Rutherford Alfa Beta Hicieron pensar Núcleo estaba formado por partículas alfa y beta
  • 13. A.3. Exponer razones contra este primer modelo nuclear.
  • 14. A.3. Exponer razones contra este primer modelo nuclear. No puede explicar el átomo más sencillo (Un solo protón)
  • 15. A.3. Exponer razones contra este primer modelo nuclear. No puede explicar el átomo más sencillo (Un solo protón) A.4. ¿Pueden existir electrones en el núcleo? Estimar, a partir del principio de indeterminación, la energía cinética mínima de un electrón confinado en un núcleo.
  • 16. A.3. Exponer razones contra este primer modelo nuclear. No puede explicar el átomo más sencillo (Un solo protón) A.4. ¿Pueden existir electrones en el núcleo? Estimar, a partir del principio de indeterminación, la energía cinética mínima de un electrón confinado en un núcleo. Fue el principio de incertidumbre el que obtuvo la energía mínima del electrón dentro del núcleo, obteniéndose una energía cinética mínima del electrón superior a la energía de los rayos (Mev). Esta es la energía mínima que debería tener un electrón en el núcleo
  • 17. 1932, Chadwick descubre el neutrón Se abandona definitivamente la idea del electrón dentro del núcleo
  • 18. A.5. Indicar toda la información contenida en N-14 y O-16.
  • 19. A.5. Indicar toda la información contenida en N-14 y O-16. El nitrógeno tiene número atómico Z=7 y por tanto posee 7 protones en el núcleo. Como su número másico es A=14, posee 14-7=7 neutrones El oxígeno tiene número atómico Z=8 y por tanto posee 8 protones en el núcleo. Como su número másico es A=16, posee 16-8=8 neutrones
  • 20. A.5. Indicar toda la información contenida en N-14 y O-16. El nitrógeno tiene número atómico Z=7 y por tanto posee 7 protones en el núcleo. Como su número másico es A=14, posee 14-7=7 neutrones El oxígeno tiene número atómico Z=8 y por tanto posee 8 protones en el núcleo. Como su número másico es A=16, posee 16-8=8 neutrones A.6. Explicar la existencia de nuevos elementos con propiedades químicas idénticas a las de los elementos ya conocidos, aunque difieran en propiedades físicas.
  • 21. A.5. Indicar toda la información contenida en N-14 y O-16. El nitrógeno tiene número atómico Z=7 y por tanto posee 7 protones en el núcleo. Como su número másico es A=14, posee 14-7=7 neutrones El oxígeno tiene número atómico Z=8 y por tanto posee 8 protones en el núcleo. Como su número másico es A=16, posee 16-8=8 neutrones A.6. Explicar la existencia de nuevos elementos con propiedades químicas idénticas a las de los elementos ya conocidos, aunque difieran en propiedades físicas. Las propiedades químicas vienen dadas por el número de electrones Las propiedades físicas por el número de nucleones ISÓTOPOS
  • 22. 1913, Soddy propone el nombre: Isótopos Son elementos con iguales propiedades químicas pero distintas propiedades físicas.  Mismo número atómico (Z) y distinto número másico (A)  No necesariamente son radiactivos.  Solo 20 elementos poseen un único isótopo.  La proporción en la que se encuentran en la naturaleza es siempre constante (abundancia isotópica).