Átomos estables y radiactivos: ¿qué pasa dentro del núcleo?

En el centro del átomo está el núcleo, una zona muy pequeña donde se concentran casi toda la masa y dos tipos de partículas:

• Protones, con carga positiva.
• Neutrones, sin carga eléctrica.

Como los protones tienen carga positiva, se repelen entre sí. Para que el núcleo no se desarme, los neutrones ayudan a mantener unidos a los protones, actuando como una especie de “pegamento nuclear”. Si no hay un buen equilibrio entre protones y neutrones, el núcleo se vuelve inestable.

¿Qué es un isótopo?

Un isótopo es una versión de un mismo elemento químico que tiene igual cantidad de protones, pero diferente cantidad de neutrones.

Por ejemplo, el carbono tiene estos isótopos:

• : 6 protones y 6 neutrones → estable
• : 6 protones y 8 neutrones → inestable

Ambos son átomos de carbono (porque tienen 6 protones), pero uno de ellos (el carbono-14) tiene más neutrones, lo que lo hace radiactivo.

¿Qué pasa cuando un núcleo es inestable?

Los núcleos inestables se transforman con el tiempo para volverse más estables. En ese proceso, liberan partículas o energía, en un fenómeno conocido como radiactividad o decaimiento radiactivo. El decaimiento radiactivo de un átomo se produce al azar (en cualquiero momento) pero hay nucleos decaen más rápido y otros más lento. Se llama semivida al tiempo que tardan en decaer radiactivamente la mitad de los átomos de un isótopo particular. Cada isótopo tiene un tiempo de semivida distinto.

Hay varios tipos de decaimiento:

• Radiación (alfa): el núcleo emite (expulsa) 2 protones y 2 neutrones juntos (es decir, un nuevo núcleo de Helio).
• Radiación (beta): el núcleo emite (expulsa) una partícula con carga negativa (electrón que se crea en el núcleo! no viene de la nube electrónica) o positiva (un positrón, que es como un electrón pero con carga positiva). En el núcleo se convierte un protón en un neutrón (decaimiento beta positivo) o se convierte un neutrón en un protón (decaimiento beta negativo).
• Radiación (gamma): el núcleo emite energía muy intensa, sin pérdida de partículas.
• Emisión de neutrones: el núcleo expulsa un neutrón (es muy raro).
• Emisión de protones: el núcleo expulsa un protón (es muy raro).

Decaimiento Alfa de un núcleo de Uranio-238.

¿La radiactividad siempre es peligrosa?

Sí y no. La radiactividad puede ser muy peligrosa si no se controla, porque afecta a las células vivas. Pero si se toman los cuidados adecuados, puede ser muy útil en distintas áreas de la ciencia y la tecnología.

Ejemplos de aplicaciones tecnológicas de la radiactividad:

1. Medicina nuclear: para detectar y tratar enfermedades como el cáncer (radioterapia).
2. Energía nuclear: para generar electricidad en centrales nucleares.
3. Datación por carbono-14: para saber la antigüedad de restos orgánicos.
4. Esterilización de materiales médicos: usando radiación para matar bacterias y virus.
5. Detectores de humo: algunos contienen isótopos radiactivos que permiten detectar partículas en el aire.
6. Estudios industriales: como inspección de soldaduras o control de calidad de materiales.

Actividad: Explorando núcleos estables e inestables con un simulador

Instrucciones:

1. Ingresá al simulador "Construye un núcleo" (PhET).
2. Seleccioná la opción Decaimiento.
3. Leé cada consigna con atención y respondé en tu carpeta. Justificá tus respuestas en base a lo que observás en el simulador.

Nota importante: Cuando un núcleo es estable, el simulador indica que su tiempo de semivida es infinito. Eso significa que no se transforma con el tiempo. Si el núcleo es inestable, el simulador muestra cuánto tiempo tarda en decaer y cómo lo hace (alfa, beta, emisión de protones o neutrones).

Preguntas:

1. ¿Qué átomos son estables sin neutrones?
   Construí núcleos que tengan solo protones. ¿Cuáles de ellos son estables según el simulador? ¿Qué observás si seguís agregando protones sin neutrones?
2. Armar un átomo de helio.
   a) Construí el átomo de helio . ¿Es estable?
   b) Probá agregando o quitando neutrones. ¿Cuáles versiones (isótopos) del helio son estables?
   c) Escribí los símbolos con notación atómica de los isótopos estables que encontraste.
3. Armar un átomo de Berilio.
   a) Probá agregando o quitando neutrones. ¿Cuáles versiones (isótopos) del Berilio son estables?
   b) Escribí los símbolos con notación atómica de los isótopos estables que encontraste.
4. Escribir todos los átomos estables de carbono.
   a) Probá agregando diferentes cantidades de neutrones hasta que el núcleo se vuelva estable.
   b) Escribí todos los isótopos estables del carbono con su notación: .
5. Armar un átomo de carbono con número másico 14.
   a) ¿Qué tipo de decaimiento presenta el isótopo ?
   b) ¿Qué pasa con el núcleo cuando ocurre ese decaimiento? ¿En qué elemento se transforma?
   
6. Armar un átomo de telurio con número másico 106.
   a) ¿Es estable? Si no lo es, ¿qué tipo de decaimiento ocurre?
   b) ¿En qué se transforma el átomo luego del decaimiento?