bcentralfcfm,Journalmanager,35578-122288-1-CE

Vista previa del material en texto

Prof. Ina. Rodolfo Mebus 8.
Quimica nuclear (I)
SECUNDA PARTE (2)
CAPITULO VIII
EL Nl:CLFO
Generalidades.-Para la determinacion de las dirncnsioncs de los atomos, y
la distancia a que ellos se encucntran en las moleculas, se hace uso de la difraccion
e interferencia que sufren los rayos X, 31 pasar a traves de materia: hernos vista
que estos rayos tienen UJ:18 longitud de onda de 10-8 cms., y esta dimension es com­
parable con las dos indicadas mas an-iba.
Cuando se trata de estableccr las dimensiones de los nucleos de los elementos,
los rayos X son de longitudes sumumcnte grande. Pero, cuanclo se emplean rayos
alfa, emitidos por las substancias radioactivas. estos son difractados por la materia,
como si esta estuviera concentrada en puntos con carga clectrtca posit.iva y ejerciera
accion de repulsion sobre los ravos alfa de acuerdo con la ley de Coulomb: vimos
que estas expericncias indujcron a Rutherford a cstablcccr su modele atornico. Con­
clusiones sobre las dirncnsiones del nucleo se establccieron. cuando se lIeg6 al resul­
tado de que los rayos alfa.que habian logrado penetrar al interior del atomo, hasta
el nucleo, sufrfan brusco carnbio de direccion, que no era rcgido por la ley de Cou­
lomb.
Despues de haber comprobado la existencia del nucleo en los atornos, y de co­
nocer los fcnomenos de desintegracion expontanea (radioactividad), se trato natural­
mente de efectuar desintegraciones artificiaics y de estudiar la constitucion del
nucleo,
En el afio 1919, Rutherford demostro que era posiblc desintegrar artificial­
mente el nucleo de elementos ligeros, exponiendolos a la accion 0 bombardeo de
rayos alfa, y obtener la erruston de protones
Las experiencias indicadas despertaron gran inrercs y varies investigadorcs
continuaron esa clase de estuclios.
iVeutr6n.·-Bothc y Becker, en 1931, efcctuaban cxpcricncias bombardcando
berilio con ravos alfa. y obscrvaron que el berilio crnitia allado de los rayos gamma.
(i) Los ernculos sobrc Quimiea nuclear del autor han side recopiladcs en un folletc que sc
vende en c! Institute tie lngenieros.
(2) Vease ASALES de ,Julio de 1938 para la prlmera parte.
,
I
1
Lamina XII
Anderson
::. _ Jsmicos desviados par un campo rnagne­
z: .c; izquierda electrones. a la derccl-a
positrones,
Lamina XIV
)o!iot-Curie
al actual' sabre el gas, originan
-_::,ar positr6n-electr6n.
Lsmina XIII
Anderson
El positron. a1 atravesar una lamina de plomo,
disminuye su velocidad y sufre mayor des­
viacion.
l_;ill1ina XVI
Instalacion para acelerar
particulas empleadas
en las transmucacicnes.
Qutmica nuckar 4(}/
una radiaci6n de mayor poder penetrante que los rayos gamma mas penetrantes
del radio.
Los esposos Joliot-Curie, efectuaron la misma experiencia, empleando una ca­
mara de ionizaci6n, y observaron que al emplear como pantalla para la absorci6n
de las particulas poco penetrantes, agua 0 paratina (substancia que contienen hi­
dr6geno), aumentaba notablernente la corriente en la carnara. Llegaron a la con­
elusion que la radiaci6n penetrante debia tener una energla inmensamente grande
para poner en movimiento los protones de la paratina 0 agua, y producir e1 aumento
de corriente en la camera.
Chadwick descart6 la idea que las radiaciones tan penetrantes observadas at
bombardear el berllio con rayos alfa, fuesen de naturaleza e1ectro-magnetica, pues,
a mas de los resultados ya encontrados, observ6 que esas radiaciones eran capaces
de comunicar gran velocidad a nucleos de mayor masa que el proton. Dedujo que
eran radiaciones constituidas por particulas materiales, de masa casi igual a la del
prot6n; no tenlan carga electrica, por 10 cual al corpusculo se Ie lIam6 <neu­
tr6n> .
No poseyendo el neutr6n carga electrica, no sufrira acci6n de repulsi6n at pasar
cerca de un nucleo que es positivo, 10 que acontece con los rayos alfa, y en consecuen­
cia tendra mayor poder penetrante que estos; ademas, no produce ionizaci6n en 50
trayecto, en consecuencia, no podra ser detectado mediante la camara de Wilson,
y sera necesario usar otros procedimientos para ello, como veremos mas adelante.
Positr6n.-En el afio 1932, el americano Anderson efectuaba estudios sobre
los rayos c6smicos, que consisten de quantas 0 fotones de gran energla, y que vienen
de los espacios, verticalmente a la tierra; se sabla que estos rayos, al chocar a gran
velocidad con materia, originan electrones.
Emp[eando una camara de Wilson y un campo rnagnetico potente, encontr6
que a mas de [as trayectorias caracteristicas de [os electrones se observaban a1gunas
cuya desviaci6n era contraria a [a de los electrones, 10 que indicaba que tenlan carga
positiva ([am ina 12); el largo del camino de la particula despues de atravesar una
lamina de plomo co[ocada dentro de [a carnara, era unas diez veces mayor que el
que pudiera dar un prot6n; 0 sea que su masa era muy inferior a la del prot6n; ade­
mas, despues del paso a traves de [a [amina de plomo, la velocidad ha disminuldo,
y [a particula sufre mayor desviaci6n (lamina 13), con 10 que se prueba que se trata
en realidad de una particula positiva y no de un electr6n que va en direcci6n inver­
tida.
La particula asi encontrada, lIamada electron positive 0 'positron>, tiene, pues,
carga positiva, y una m�a de magnitud semejante a [a del electron.
E[ positr6n, a mas de observarse en fenomenos debido a los rayos c6smicos,
se encuentra en muchos casos. [nteresante es su obtenci6n por la materializaci6n
de [a energia. Poseyendo el positron y el e[ectr6n [a misma masa, deben poseer ener­
gla semejantes; sus cargas pueden neutralizarse. Se ha observado que ernpleando
rayos gamma de gran energia, actuando sobre el nucleo de elementos de peso ate­
mico elevado, se ernite un par positr6n-electr6n (lamina 14); inversamente, cuando
un POSitron 50 encuenrra con un electron (es absorbido por materia), se destruyen
originandose energla radiante en forma de rayos gamma de direcci6n contraria.
402 Anales del institutIJ de in.,eniero., de Chile
El descubrimicnto del positron rue un triunfo para la fisica teorica, pues Dirac
habla indicado, por deducciones teortcas. su existencia antes de 1933.
Constilucion del nucleo.-Vemos, pucs, que ahora conocemos cuatro partfculas
diferentes: proton, electron, positron y neutron: con el descubrimiento de estas dos
ultimas partfculas. se tuvo antecedentes para construir un modele de nacleo que era
capaz de aclarar gran parte de los problemas que con ei se relacionaban.
La teorfa mas aceptada sobre la constitucicn del nucleo es la propuesta por
Heisemberg, quien supone que <el nucleo esta formado por protones y neutrones>.
Teniendo s610 el proton carga electrica, la carga del nucleo se debe exclusivamente
a el, mientras que su masa se debe a los protones y neutrones que en el se encuentran:
el nucieo de helio, que tiene carga 2 y masa 4, tcndra. pues, 2 protones, los que apor­
tan 2 unidades de carga y 2 de !11aSa, y en ccnsecuencia debe tener tambien 2 neu­
trones, para completar la masa de 4 unidades.
En general, si ponemos para el nucleo:
Z nurnero at6mico (N, 0 de cargas positives};
A peso atomico;
entonees:
:\JO de protones en el nuclec
N." de neutrones en el nucleo
EI nucleo mas sencilio es el del hidrogeno, 0 sea el proton, que tlene carga uni­
taria y masa unitaria: para el tendremos:
N," protones = Z =
�." neutrones = 1\ -_ Z I -- I
Le sigue el <deuteron»: estc es el nucleo del deuterio, 0 hidrogeno pesado, de
sfmbolo D, e isotope del hidrogcno: el deuteron tiene carga 1 y masa 2, luego:
N," protones Z
�.l) neutrones A z 2 -- I
se compot-e. pues, de I prot.6n y 1 neutr6n
El nucteo de tr-itium ticne carga I y masa J: el tritium es is6poto del hidro­
geno; para el:
N.O protones
N.o neutrones
Z�l
!\-Z J - I 2
Quimica l1uclear )03
En la lamina 15, podemos ver la constirucion de varios nucleos: en ella indica­
:-n05 aI nucleo por el sin-bole del elemcnto a que pertenccc, afectado de un Indice
a Ia izquierda arriba que indica el peso atomico redondeado a numero entero (yen
consecuencia la clasede isotope que es), y de un Indice a la izquierda abajo, que co­
-responde a la carga nuclear 0 numero atomico
Si efectuamos una representacion grafica de los nucleos existentes, llevando
Lamina XV
/-- .....
/ "
I \
1+10
\ /
'o.!, /
...... _-""
/-(
I
I
/-�,
/ "
I \
( +1 t(7;.. ,
\ \I..!;J I
\ I
'o._1. /
"_ ./
,Hr
.,..-- ......
/ "
(+J@ )
\ /
'a!" /'
---
Hoi
I
e- un eje el numero de protones, y en el otro el de electrones. obtendremos un trazo
=2i rectilineo, a 450 del origen (fig. 15).
Energfa del nucleo.-Estando el nucleo constituido par particulas neutras y
re-ticules eargadas positivamente, estas ultimas ejercen aceiones de repulsion entre
y la consecuencia deberla ser que el nucleo se desmtegrara
El aleman Heisenberg y el Italiano Majorana, aceptan que en el interior del
-ucleo exlstc una fuerza de inter-aeei6n entre los protones y neutrones, Y cuyo
-, a'or determine que el nucleo sea mas 0 menos inestable ; si esta fuerza es su-
renor a 18 de repulsion electrostatica de los protones, el nucleo es estable, si es menor
.. nucleo se desintegra
404 Anales del I"stitulo de 1 ngenieros de Chile
Para efectuar la desintegracion de un nucleo, 0 sea sacarle un proton 0 neutron,
debemos veneer a esa fuerza de inter-accion, siendo necesar!o gastar cierta energia;
esa energfa queda dada por «cl defecto de masa> 0 «efecto de empaque» reducido
a energia mediante fa relacion de Einstein, como veremos mas adelante.
Teoria de Ganww.-Estando el rnicleo cargado positivamente, una partfcuia
alfa, tambien de carga positiva, al acercarse a el. sufre una acci6n de repulsion,
"'--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+��-1
•••• ,10
'O�_4--�--�-+--+-_+--1---�-+--+--4�'--r--1
: :10
.,' I----I--+--f---+--f---l--+--t--t--+."•..:.r--r--j
.,
'o,I---+--+--+--+--+--+--+--+--+--�L4--+__+
..
•
: ..
H�_+--+_��.���--+__+---r--�_t--t__;--�
:..
'O�_4__�
..
--I�+--t_-+--+_--Ir-�--t__t--+_�
.
6���:·�--�--t__+--+-_+--+--�_+--+__+---1
Fie. 15.-Representaci6n del nucleo de los diferentes elementos, en
funci6n del N,» de protones y neutrones.
que es mayor mientras menor sea su distancia al nucleo: estas particulas podrian,
pues, entrar al nucleo siempre que tuviesen una energia (0 velocidad) sufieiente
para veneer esa fuerza de repulsi6n 0 «barrera de energia», como se la llama, y que
para los elementos pesados aleanza a 20 millones de clcctrones-volts (forma de medir
la energia, y que explicarernos mas adelante).
Se ha observado, sin embargo, que hay casas en que bordeando nucleos con
-partfculas alfa, estas entran al nucleo y originan Ia ernision de un proton, sin que
tengan 1a energia necesaria para veneer la barrera de energia: se ha alcanzado cier-
Quimic.a nucleal 405
tos estados en que la velocidad de las partfeulas alfa se aumenta, pero entre estos
estados la desintegracion es pequefiisima.
Este hecho 10 explica e! ruso Gamow, suponiendo que cuando la particula alfa
se encuentra al exterior del nucleo, sufre accion de repulsion' de parte de este, pero
que cuando se eneuentra dentro de el. sufre una accion de atracei6n. Representando
graficarnente este hecho, colocando la distancia entre el centro del nucleo y la par­
ticula alfa en un eje, y la fuerza que se ejerce entre elias en eI otro, vemos (fig. 16)
que cuando la distaneia se haee igual al radio del nucleo. la fuerza que era de repul­
si6n 0 positive, se transforma bruscamente en fuerza de atraccion 0 negative.
Se supone la existencia de «niveles de resonancia en cl nucleo», y cuando la
partfcula alfa posee energia igual a uno de estos niveles, puede entrar en el nucleo:
f
R
o •
J)/JTA NLiA Ai [ENTRO
naturalmente que cuando elias poseen energia superior a la corrcspondiente a la
barrera de energfa entonces pueden entrar todas al nuclco. y la desintegraci6n au­
menta con la velocidad.
Se ha encontrado p. ej., que con Mg se observa em is ion continua de protones,
si la energfa de las particulas alfa empleadas para el bombardeo, es superior a 6.5 . 10'
electrones-volts, valor que corresponde a la barrera de energla; para valorcs inferio­
res solo se observa desintegracion apreciable, si las energias corresponden a 6,3 10&
o a 5,7 106 electrones-volts; el nucleo de /Wg posee, pues, niveles de resonancia co­
rrespondiente a esos dos valores,
Inversamente, una partfcula que se encuentra en el interior del nucleo puede
salir de €1, si posee energfa suficicnte para veneer Ia fuerza de atraccion que obra
sabre ella en ese interior; al alcanzar esa energia, sera cxpulsada can una fuerza que
disminuye a medida que se aleja del nucleo.
La teoria indicada explica, pues, la ernision de partfculas alfa del nucleo. La di­
Ierencia enorme que se observa en la vida media de las substancias radioactivas,
406 Anales del Lnstituto u'e ingenieros de Chile
se debe a que las de menor vida emit.en partfculas alfa de mayor energia. yen conse­
cuencia de mayor velocidad.
De acucrdn con la teoria de Gan10\.... , la particula alfa se cncuentra en el nucleo
en estado quantlstico, tal como vimos para los electrones planctarios de un atomo:
el pasaje de la particula alfa, de un estado quantistico a otro produce la ernision
de rayos gamma, tal como el pasaje del electron de una 6rbita a otra producia cmi­
sion de radiaciones electro-rnagneucas.
Neutrino. --Cuando un nucleo radioactive se dcsintcgra bajo cmision de rayos
beta, la teorfa de las quantas establece que Ia encrgia debe ser constante siempre
que sc cumpla la ley de la conservacion de 1a energfa: a sea, que teniendo el atomo
primitive y e! originado energia deterrninada, Ja particula emit.ida debe tener ener­
gfa de un solo valor. Sin embargo, se observan energias de todos los valores post­
bles, hasta cicrto valor maximo, alrededor de los electrones, y a esta continua dis­
tribucion de energia se la llama -espectro de los rayos beta».
Pauli y despucs Fermi. para explicar esta dificultad. supone que la ernisi6n
de electrones esta acompanacla por la ernision de part iculas de masa muy pequefia,
tal vez menor que la del electron, electricarnente neutros, a la que lIaman «neutrino».
De acuerdo con esta teoria, la diferencia de energia entre el atorno original
radioactive y el originado, no la lleva s610 el electron, sino que se dividira entre el
electron y el neutrino en una proporcion cualquiera; existiran, pues, electrones y
neutrinos can cantidad variable de cnergia, siempre que para cada par electron­
neutrino, la energia total sea igual a fa diferencia indicada: COITIO el neutrino no se
puede observar, aparecen s6lo los electrones can energfas de todos los valores posi­
bles.
Debido a sus proptedades, sera rnuy dificil observar expecimentalmente al neu­
trino, si es que existe, y las experiencias hechas en este sentido han sido negativas.
Elearones emitidos por el nucleo.- Hemos vista que el nucleo esta {ormado
5610 de protones y neutrones; entonces, Lc6mo es postble que los nucleos radioactivos
emitan electrones, 0 sea particulas que no tienen?
El italiano Fermi explica este hecho, suponiendo que el electron se forma en el
nucleo radioactive en el memento de su ernision, tal eOlTIO en el caso del 8ton10. cuan­
do un electron pasa de una orbita cxterna a otra interna emite un quanta de luz que
se crea en esc memento, pues no existia con antenondad
Segun Fermi, en el nuclco. un proton pucde transformarse en un neutron y
viceversa; ambos no serian mas que dos estados quantisticos diversos de la partfcu­
la pesada. Al transforrnarse un neutr6n (que no tiene carga electrica) en un proton
(que tiene carga unitaria positiva) habria emision de carga negative (con 10 cual
el neutron quedaria cargado pcsitivamente 0 sea se tendrfa al proton), que se ere­
aria en esc instantc, en forma de un par electron-neutrino. r\ Ia inverse. cuando un
proton se transfcrma en un neutron. habria emision de electrones positives 0 sea
de positrones, 10 que se observe tambien can algunas substancias radtoactivas ar­
tificiales, como veremos luego.
Qulmica nuclear 407
Anti-neu.trino.- En la emision de positronespar ciertos elementos inestables,
sc ha observado una distribucion continua de energta, tal como en el caso del espec­
tro de los rayos beta.
De Broglie supone la existencia de una partfcula analoga al neutrino, que llama
el «anti-neutrino)
Se supone que el anti-neutrino ttcnc para con el neutrino. la misma relacicn
que cl positron para con el electron, perc el significado Fisico de est a idea no es ctaro .
.Asi como hay emision de energfa en la destruccion de un positron por un elec­
tr6n, igualmente pueden desaparecer un neutrino y un anti-neutrino con emision
de uno a mas quantos de radiaci6n.
Proton negativo.--Gamov..· ha lIegado a In conclusion de que cl «proton negative­
existc, pero que su relacion para con cl proton corriente, pcsit.ivo, no cs la misma
que la del electron para con el positron, ya que ambos no pueden destruirse mutua­
mente.
Nudeo isomero.-I_a suposicion de la existencia del proton negativo, permite
la del «nucleo isomero», 0 sea de nucleos que tienen el mismo numero atomico y
la misma masa atomica: pero propiedades radioactivas diferentes.
Dos ejemplos de este hecho extraordinario parece sc han establecido: a) el ura­
nio Z y el urania X2, provenientes ambos del uranio X, por un proceso de desinte­
gracion con ernision de rayos beta y b) el radio I), isotope inactive del plomo 210 Pb,
que se encuentra en el plomo ordinario en un 0,008(}{:.
Si un par de neutrones ha sido reemplazado en un nucleo par un prot6n positivo
y uno negative, entonces la carga nuclear y Ia masa atomica quedaran las mismas,
obteniendose nucleos is6meros que tendran diferente cstabilidad, y en consecuencia
diferentes propiedades radioactivas.
CAPITULO IX
Q[.;IMrCA NUCLEAR
Generalidades. -v-Heruos vista hasta ahora que unos pocos elementos naturales
se desintcgran espontaneamente, dando origen a otros: es el caso de las transforma­
eiones radioactivas, a las cualcs podemos cstudiar. perc no controIar, Ia temperatura.
elevada 0 baja, la presion, etc. no tiencn influencia sabre estos Ienomenos. EI hombre
trato de producir artificialmente este fenomeno y cstudiarto de cerca.
Por otra parte, en la quimica corriente se Ilevan a cabo reacciones entre los
atomos, 0 sea se cfectua intercambio entre los electrones perifericos. Se pens6 si no
seria posible llevar a cabo reacctones entre los nucleos de los atornos, llcvando a
tales nucieos tan cerca como fuere necesario .
.Ambas cosas se han conseguido en la actualidad, Y tenemos asi la «Quimica
nuclear» que podremos dividir en dos partes: la que se refiere a reacciones nuclea­
res, en las cuales se obtienen nucleos estables. 0 sea la «transmutacion artificial>,
y aquella en que se obtienen nucleos inestables, 0 sea la «radioactividad artificial».
408 Anales del Insti!Ulo de I "genieros de Chile
Antes de entrar en el estudio de estas reacciones, tenemos que adelantar algunas
ideas que usaremos continuamente.
Electron-Volt.--Para el estudio de las reacciones nuclcares. se ha introducido
como medida de energia una nueva unidad, el electron-volt, que corresponde a la
energia que adquiere un electr6n que se acelera bajo Ia diferencia de potencial de
un volt. Esta unidad se le abrevia a E, V. y aun algunos ia Ilaman sencillarnenre
volt Si se dice que una partlcula rtene una energja de 10 millones E. V., significa
que posec la energia que tomaria uri electron al acelerarse en un campo electnco,
cuya diferencia de potencial fuese 10 rmllones de volt.
Valiendo en el sistema C. G. S., la masa de un electron:
e = 4,77 10-" ergs;
y edemas:
I volt
1
300 ergs.
tcnemos:
I E.V. 4,77
I
-- ergs.
300
.
I E.V. 1,59 10-" ergs.
Ejemplo.-Supongamos que queremos calcular la cnergfa del rayo alfa emittdo
por el Ra c, sabiendo que su velocidad es de 1,92 10' cm/seg.
Sabemos que el rayo alfa es €1tOn10 de hello; siendo el peso atornico del helio
aproxirnadamente 4, y existiendo 6,05 1013 atomos por atcmo-gramo, la masa de
cada particula sera:
4
6,05 10'·'
su energia valdra:
1 1 4
(1,92 . 10,)'-m y'
2 2 6,05 1 O·�
12,3 10-' ergs.
o sea:
12,3 . 10-'
= ---._ FV.
1,59.10-"
= 7,7 . 10e E.V.
2) Calculemos ahora la energia que corresponde a la radiaci6n gamma del to­
no c, sabiendo que su largo de onda es de 5,10-" cm.
Sabemos que la energia ondulatoria obra como si ella estuviera fonnada por
granos separados, lIarnados fotones, cada uno de los cuales posee una energia.
h . v ergs.
siendo:
h = cte. de Planck = 0,5 . 10-"
v = frecuencia de la radiaci6n.
Pero:
c
v =
en que:
c = velocidad luz
largo onda de la radiaci6n;
luego la energia buscada valdra:
h
c
-- ergs.
I
0,5 . ro-»
3. 10"
3,9 10-'= egs.
5. 10-11
3,9 10-' EV.=
1,59. IO-n
2,45. 10' EV.
Equivalencia entre masa y ene,gfa.-En la actualidad se admire que la mass
se puede transformar en energla, Y viceversa. La relation entre ambas est! dada
por Ia igualdad de Einstein:
E
m
c'
en que:
m
E
masa:
energia equivalente a 18 rnasa m;
= velocidad de la luz = 3 . 10" c(seg.c
410 Anales del J nstitutl> de Ingeriieros de C ile
de aqui resulta:
I gr = 9 • 10'" ergs.
La escala de pesos at6micos esta basada en el aromo de oxigeno, a1 cual se Ie
asigna el valor 16, 0 sea sc dice que corresponde a 16 unidades de masas; siendo la
masa del atomo oxfgeno igual a 2,64 . 10-12 grs., resulta que:
t unidad de masa 2,64
. 10-"
16
grs.
En consecuencia, la energla que corresponde a I unidad de masa valdra:
encrgla I u. masa = m.cZ =
2,64 , 10-"
16
= 1,49 , IOJ ergs.
, 9 . 10"
Y siendo:
1,59. Iq-" ergs = leV.
resulta:
1 u. n13S3 1,49 . 10-', -----
1,59 . 10-"
= 931 . 10' e.' V.
o aproximadamente:
I u. masa 1000. 10' e. V.
Ejemplo.--I).-Calculemos las unidades de masa que corresponde a una radia­
ci6n cuya energia sea 105 e V.
Tenemos:
E 106 e. V.
10' 1,59 10" ergs.
luego:
E
m
c"
Quimica nuclea,.
10' . 1,59 . 10-"
41 I
9 10�o
= 1,77 10-"
La radiacicn corresponde, pues, a 1,77 10_n unidades de rnasa.
1) Calculemos la energia propia de un electron cuya masa sabemos que vale:
() 10_18 grs.
tendremos :
E m c'
9 10-" 9 10"
= 81 10-' ergs.
81. 10-'
1,59. 10_12
509,000 e. V.
e. V.
Energia y masa en las transnluiaciones.--Las transmutaciones, como veremos,
se llevan a cabo, bombardeando los nucleos de los atomos, mediante diversas clases
de' partfculas, 0 energies, que vienen a desernpefiar el pape! de proyectiles.
Si una particula de masa m, se lanza can velocidad v, sabre un nucleo de masa
\1 (fig. 17), no s610 hay que considerar la masa m, sino que tamblen, en el fen6meno,
la energia Y2 m V2 que lleva la partfcula y
que de acuerdo con la igualdad de Einstein,
significa un aporte de masa.
Si es energia la que se lanza sabre el
nucleo. habra que considerarla como un
fot6n de energia h. f.
Fig. 17.�Energ1a y masa antes
de la transmutaci6n
,/
- *
Fig. 18.�Energfa y masa despues
de la transmutaci6n
'
Despues de vertficarse el choque de la partfcula ° energia can elnucleo, trans­
curre un tiempo muy breve (segun Rutherford IO-H seg.) en que pasan en el cosas
no �larecjdas; en seguida explota el nucleo y llega a un estado de equilibrio, lanzando
4[2 i\nales del !n.stituto de [ngenieros de Chile
corpusculos de masa m', para los cuales hay que considerar tambien su energfa �
m'v'" 0 energia h. l, 0 ambos
Por su parte, el nucleo de masa M, se ha transformado en uno de M' que se pone
en movimiento debido al choque y para e1 cual tambien hay que considerar la velo­
cidad u que toma, 0 mas bien su cnergia Y2 M' u2 (fig. 18)
La explosion del nucleo puede venficarse en un tiempo muy breve, se trata
entonces de las transmutaciones ordinarias, 0 en forma progresiva y tenemos la
radioactiva artificial.
Todos los valores indtcados deben considerarse, pues, cn una eeuaci6n correcta
(los fenomenos de desmregracion se representan por €cuaciones en forma analoga
a las reacciones quimicas).
'En las ecuaciones nucleares, debiera empleatse para los calculos, solo las masas
de los nucleos y no la de los atcrnos, expresadas siempre en unidades de masa ; pero
siendo la masa delos electrones tan pequefia, y quedando en ambos rniembros cl
mismo numero de electrones planetarios (cuya masa hace la diferencia entre la del
atomo y del nucleo) los resultados de los calculos son los mismos en uno u otro caso .
.
Es conveniente hacer presente que estas reacciones nucleates sc efectuan can
cantidadesde materias pequefifsimas (atomos), y no como las reacciones quimicas
corrientes en que las cantidades usadas son gramos 0 rnilfgramos cuando menos.
Pero, como hemos vista, los procedimientos empleados para detectar las substancias
en esras reacciones . nucleares son sumamente sensibles, tncomparablemente mas
que los de la quirnica corriente.
. Ademas. debemos Indicar que en las ecuaciones nucleares, salvo que expresa­
mente se indiquc 10 contrario, las masas no las expresamos en g-ames. sino que en
unidades de masa
Conseroaci6n de la masa y energ!a.-La conservacion de la masa y energfa en
las reacctones nucleares ha sido confirrnada en una serie de casas, y en la actualidad
se emplea para todos los calculos.
Energia de uni6n.-Sabemos que el isotope del litio de peso at6mico 6,01664,
esta formado par 3 neutrones y 3 protones; en consecuencia, su peso atcmtco debie­
ra ser Ia suma de los pesos at6micos de:
y
3 neutrones.
3 protones .
3
3
1,00845
1,00807
3,02535
3,02421
o "sea: 6,04956
Se ve que hay una diferencia de:
6,04956 - 6,01664 = 0,03342
que representa la energla de union de los protones y neutrones en elnucleo del Li&
y vemos que correspondc a:
0,03342 . 93 I = 3 l,ll . 10' e. V.
DeJecta de masa.-Se llama a la diferencia entre el peso at6mico exacto y el
Quilnica nuclear U3
numero entero mas proximo a este peso. Tambien se Ie llama -efecto de empaque>.
De paso queremos observar que al numero entcro mas proximo al peso atomico.
se le llama, a veces, «numcro de rnasa», y representa, como Vil110S, el numero total
de particulas (protones y neutrones) que entran en el nucleo correspondiente.
Fraccion de empaque=Se llama al cuocicnte del defecto de masa y el numero
entero mas proximo al peso atornico exacto. Por ejemplo:
Ct» 34,9796
34,9796 _.- 35
---------
35
� -- O,0005�
esta diferencia fraccional, gencralrnente es exprcsada en partes de 10,000 0 sea - 5,8,
y quiere decir que el peso aromico del Cl3� cs 5,8 partes en 10,000 rnenor que cl valor
entero 35.
Aceleracion de las partfculas.-HcI110S visto que para obtener resultados apre­
siables en las transmutaclones, es ncccsano darle a las particulas a usar la velocidad
cuficiente.
T:ru'
+
t..
�;! � .)\ ..
+...
•
....
! r/llUI'INA AI5LADORA
__.
f/NTA DE SfDA I;,
Q� �lI_I
1 TIERRA
�
Fig, 19.-Sistcnla Van de Graeff para producir altas tcnsioncs
empladas en las transmutaciones de los elementos.
Los Iisicos ingleses Cockroft y Walton obtienen protones suficientemente
veloces, haciendolos pasar par un tuba acelerador a1 cual se le aplica una diferencia
de potencia de un mill6n de volts producidos en forma especial; un transforrnador
de alta tension origina una corriente aiterna de 300,000 volts, y por medio de conden-
IU Anales del instittl/o de ingenieroS'de ChLle
sadores y dispositivos adecuados, es transformada en continua y aumentada unas
20 3 veces, (Lamina 16),
Van de Graaff, emplca (fig, 19), dos bandas de seda sin fin, que lIevan carga
posit.iva y negativa ados grandes esferas metalicas aisladas ; proporcionando conti­
nuamente eiectricidad a las dos bandas
_
de seda, se puede llegar a obtener una ten­
sion de unos 10 millones de volts.
Lawrence, en EE. ULT., ernplea un aparato de su mvencicn, Hamada «cycle­
tron> para acelerar los protones y deutones, Consta de una base metalica dividida
en dos mitades, a las cualcs se aplica una corrierrte alterna (fig, 20). En el espacio
entre Jas dos mitades se producen los protones 0 deutones medianteun filamento de
tungsteno, colocando alii hidrogeno 0 deuterio: las part.iculas son atraldas en el es­
pacio indtcado. por la diferencia de potencial, �' debido al campo rnagnetico perpen­
dicular a la base rnetahca, describen un semi-cfrculo. si el perfodo de la corriente
alterna es iguaJ al tiempo que demora la part icula en recorrer el semi-cfrculo, sera
atraida por la otra rnitad, reccrrera otro senu-circulo. y
as! sucesivamentc. En cada
vuelta, pasa cl corpusculo de una mitad a la otra, sufriendo la atracci6n del campo
. Fig. 20.-·Cyclotr6n de Lawrence empleado en las transmcteciones.
electrico, y en cada vuelta aumenta su vclocidad. El cyclotron es mas sencillo , pero
mas costoso que los otros aparatos empleados para efectuar la aceleracion: s610 el
magneto necesario para producir el campo, pesa 60 toneladas: (lamina 17).
Es posible arreglar el cyclotron de modo que las partfculas sa/gan de la camara
de aceleraci6n; en lamina 18 tencmos una Iotografle. obtenida par L..awrence, de un
haz luminoso de deuterones que corresponden a 6 micro-amperes y poseen una velo­
cidad equivalente a la que obtendrian al ser acelerados con 6 mtilones de volts; tal
haz corresponde a la produce ion de 3,8 Itl" deuterones por segundo, y equivale
a las' particulas alfa que cada segundo expele I Kg, de radio,
CAPITULO X
TRANSMUTAC10N ARTIFICIAL
Generalidades.--Entrarernos ahara a estudiar los metodos empleados para
efectuar las desintegraciones y rcacciones nucleares, y a analizar los resultados que
sc han obtenido.
Quimica nuclear 415
Hemos visto que algunos de los electrones planetanos de un atomo pueden ser
separados de €1 en forma faciJ, mediante descargas electricas U otro procedimiento
adecuado; al cabo de algun tiempo, nuevas elcctrones han ocupado el lugar de los
separados, y el atomo se ha reconstruido,
Si deseamos efectuar una transformacion permanente de un atomo, vemos que
tenemos que atacar su nuclco, para variar su masa, su carga electnca, 0 ambas.
E1 nucleo de un atomo se encuentra estabilizado por fuerzas cnormes, y en con­
secuencia tendremos que emplear grandes energias concentradas para poder efec­
tuar su desintegraci6n.
Las particulas de mayor energia cinet ica que antes se conocian. eran las partfcu­
las alfa, emitidas espontaneamcnte por substancias radioactivas, con gran veloci­
dad, y en consecuencia, energia.
Fue precisamente mediante el empleo de partfcuias alfa que Lord Rutherford,
bombarded atomos. cuando l!eg6 a las conclusiones que Ie permitlercn emitir su
teoria sabre la estructura del atomo, basandose en las deflexiones sufridas par la
trayectoria de las partfculas.
Siendo el nucleo tan pequefio, no es cprriente que una particula alfa llegue
tan cerca de el, para sufrir una defiexion apreciablc en su trayectoria. Blackett ha
logrado ahora, obtener interesanres fotografias de tal hecho, observando cuando
particulas alfa se hacen pasar a traves de oxigeno, lamina 19; se (rata aqui de sim­
ples cheques elasticos. sin que se efectue desintcgracion 0 reaccion entre la partieula
y el nucleo.
Primeras transmutaciones empleando rayos alfa.--Si los elementos que se born­
bardean son livianos, de carga nuclear baja, entonccs las fuerzas de repulsion que
11 p
'I�
�.------------------------�
Fig, 21.-Spintaroscopio, mediante el cual se constat-a la primera
transmutaclon artificial.
se producen entre cl nucleo y Ia particula alfa no son muy elevadas. y puede suceder
que Ia partfcula se aproxirne rnucho al nucleo. y aun penetre en el: en tal case, la
estructura del nucleo sufre un rudo cheque y posiblemente una desintegracion.
Corresponde nuevamente a Lord Rutherford, eJ merito de haber sido el pri­
mero en producir una desmtegracion artificial, al bombardear en 1919, atomos de
nitrogeno mediante particulas alfa.
Lord Rutherford empleaba en sus pnmeras experiencias el sistema indicado
416 Anales del Instituto de (ntenieros de Chile
en Ia fig. 21. Consta de un recipiente R, cerrado, provisto de Haves para introducir
y sacar el gas que se va a estudiar ; en un extrema tiene una abertura tapada en su
parte interior por una lamina de plata, L, y en su parte exterior por una pantalla
fosforcscentc P, constituida poruna placa de vidrio cubierta de sulfuro de zinc;
la substancia radioactiva, productora de las part lculas alfa que se usan, va colo­
cada en el deposito V, el cual puede alejarsc 0 acercarse a la pantalla P.
La particula alfa emitida por ia substancia radtoacr.iva, aun cuando €sta se en­
cuentre cerca de la pantalla, no puede alcanzarla por cuanto es absorb ida por 1a
lamina de plata, y en consecuencia. a traves del rnicroscopio /\>1, no se observara
nada de especial, AI llenar el recipiente can nitrogeno, Lord Rutherford, dcspues
de experiencias y observaciones Ilevadas a cabo con extraordinaria paciencia, obser­
vo por el microscopic que aparecian puntos Iurmnosos en Ia pantalla; debian haberse
prcducido, pues, partfculas de energia suficiente para atravesar la lamina de plata
y producir lummosidad. Determine que esas partfculas eran nocleos de hidrogeno,
o sea protones.
EI atomo de nitr6gcno se habia desintegrado por la accion de las particulas
alfa, y ernitia un proton.
Si en el aparato indicado, eliminamos la lamina absorbente de plata, observa­
remos luminosidad, retirando la Iuente radioactive hasta a 7.1 cm. de la pantalla, la
que se debe. a las particulas alfa, cuya cnergia 0 alcance corresponde a esa distancia,
Si I1enamos el recipiente con hidrogeno. obtendremos protones ordinarios, y la fuente
radioactiva podra retirarse hasta una distancia de 28 ems: los puntos luminosos
observados en Ia pantalla se deben a los protones corrientes producidos por el cho­
que de las partfculas alfa con los atomos de hidrogeno (ionizacion de estes). Al po­
ncr nitrogcno en el recipiente, se producen protones de mucho mayor energia. y en
consecuencia la Fuente radioactiva puede retirarse hasta 40 ems de Ia pantalla:
esra lurninosidad no podra debcrse a protones corrientes producidos por accion de
las particulas alfa sobre vestigios de hidrogeno en el recipiente, ya que estes t.ienen
un alcanee de solo 28 ems
En Iugar de colocarun gas en e] recipiente, podemos coIocar per ejemplo, una
lamina de aluminio, vertical, y observaremos lurninosidad, retirando esta lamina
hasta 80 ems. de la pantalla, que se deben a los protones de gran energia obtenidos
del nucleo de aluminio .
.Mecanismo de La transmutacion con rayos ai/a.-La cxperiencia de Rutherford
dej6 en claro que al bombardear nucleos de nitrogeno con partfculas alfa habia.
ernision de protones. Se pens6 que seguramente el nucleo del nitrcgeno, despues de
esa emision debra transforrnarse en cl nucleo de algun otro elemento, pero no se
sabia si la particula habra sido absorb ida por el nucleo 0 no .
. La explicacion completa se pudo efectuar debido a las experiencias de Blackett
y Harkins, quienes mediante una carnara de Wilson provista de un dispositive au­
tomatico capaz de sacar una Iotografia cada diez segundos, estudiaron tal desinte­
gracion, obteniendo un film con 23,000 fotograffas: en estas aparecian 415,000
trayectorias de partfculas alfa, bajo las cuales solo R indicaban la formacion de un
proton. En tal fotografia, lamina 20, sc observa la trayectoria de 1a particula alfa,
basta que choca can el nucleo de nitrcgeno, y en seguida la trayectoria coracteris-
:yc10If(11l in�t<diL'O en 1<\ l.'nivcrsi. ;),1
,�(.: (�()lllnlbl;1 (�c\\'-l (Hl; 'J
lao-rcncc
/-1<1: de ,Jc,;tcfnncs de \1 0-·1 \ snlicndo del
cvclorronc.
B
0
� CO --
C
C 0
0 0 �- c
�
- C' -
- :;:.
Q 0 :Or
"
co
�(
co
U_': c
2
0
_.-
;; � .-r! ;;�
"
"
� .�
0
2:
-
,
-'i i,;
�
:1 ,
� "
-
i:.
0
�
�
:;.
Qufmica nuclear 417
tica a1 prot6n, y una nueva trayectoria que no podia corresponder a partfcula alfa,
sino que debia ser la de un nuevo nucleo: la partfcula alfa habla sido absorbida por
el nucleo de nitr6geno.
De acuerdo can nuestros conocimientcs actuales, la explicaci6n del hecho ob­
servado es que la particula alfa entra en el nucleo. dando origen a un nucleo de Auor,
Je masa 18 y carga 9, el que es sumamente inestable y se descompone instantanea­
mente, emitiendo un prot6n y transformandose en un nucleo estable de oxigeno
de masa 17. De acuerdo con las ncciones que hemos expresado anteriormente, y de­
biendo conservarse 1a carga, representaremos la reaccion nuclear indicada por la
siguiente ecuactcn:
en que E representa .la masa que corresponde a la diferencia entre la energia inicial
y la frnal, 0 sea la energia cinetica que lleva el oxigeno y el proton, disminuida en
la energia que Ilevaba la partfcula alfa.
Difereraes transmutaciones mediante particulas alfa.�Transmutaciones simila­
res ocurren con una serie de elementos livianos .
.Asi, per ejemplo, para el boro B" se ha obtenido:
y respecto a la distribucion de la energia resultante, se distinguen varios casas:
I) Los protones resultantes puedcn ser los de mayor alcance y energfa, co­
rrespondiente a la ecuaci6n estudiada.
2) Los protones pueden tener menor alcance y energfa, reteniendo el CI3 alga
de Ia energia. y quedando en consecuencia, en un estado excitado.
De los estudios efectuados se ha llegado a la conclusi6n de que los protones
emitidos en esta clase de trans formaciones, estan formados por dos 0 mas grupos,
cada uno de velocidad determinada. La diferencia de energla de los protones en estos
grupos se debe a la emision de energia en forma de rayos gamma par el nucleo resul­
tante; resulta, pues, que en el nucleo bombardeado hay <niveles de resonancla» que
efectuan una absorcion selectiva de las partfculas alfa de velocidad deter­
minada.
Sin embargo, no todos los elementos al ser bombardeados por particulas alfa
emiten protoncs. Ya indicamos que los neutrones habian sido descubiertos aI bom­
bardear bcrilio con rayos alfa: muy raras veces, una particula es absorbida por el
nucleo Be9, formando momentaneamente el nucleo Cr3 con un granexceso de ener­
gie, cl que instancaneamcnte se des integra en el C12 estable y el neutron,
Apareciendo el exceso de energla en forma de energia cinetica, repartida entre
el nucleo de carbon Y cl neutron
Mediante esta ccuaclon podemos determinar la velocidad del neutron EI nu-
418 Anal... del I""titulo de Ingenieros de Chile
cleo del berilio se supone C0111PUestO de dos particulas alfa y un neutr6n, luego el
peso atomico del isotopo 4Be' sera:
(2 4,00216) + ,n'
en que 4,00216 es el peso at6mico de 1a part.icula alfa, Y 011' el del neutron. La ener­
gia cinetica de la particula empleada equivale a 0.00565 unidades de masa. EI peso
.atomico del G('11 es 12,0036. Luego se tienc:
(2.4,00216) +
+ 2He4 � on'
+ 4,00216 ,11'
0,00565
+ �Cl�
+ 12,0036 + O,OOR53
en esta ecuaci6n hemos colocado el peso atomico bajo cada elemento y tambien
hernos considcrado Ia energla cinetica de la partfcula alfa, expresada en unidades
de masa; el valor 0,00853 que pusimos en cl segundo miernbro, es la disminucion
de masa que se observe de acuerdo con:
(2 4,00216) + ,n' + 4,00216 + 0,00565 -. (,n' + 12,0036) 0,00853
y equivale a:
z.s . 10' e. V.
debiendo aparecer como energia cinetica dividida entre el nucleo de C y el neutron.
Luego la energia maxima que puede tener el neutron emitido por el Be, puede
alcanzar a 7,8 . lO� e V. (suponiendo que el C no torna energia cinetica): y
7,8 10' e V = 3,9 10· cm/seg.,
siendo la masa del neutron similar a la del proton, segun calcularemos mas adelante,
es razcnable suponer que sus velocidadcs rnaximas sean similares; la maxima obser­
vada para el proton es de 3,3. 10· em/ seg., que es similar a la deducida para el neu­
tron.
Otras partlculas empleados ell las lranslnutaciones.--Se observe que las perticu­
las alfa eran capaces de efectuar transmutaciones s610 en elementos livianos. y no
en los pesados, 10 que se debe a que al aumentar el peso de los elementos aumenta,
como sabernos, la carga positiva del nucleo y se haee muy grande la fuerza de repul­
si6n entre estc y la particula alfa (que tiene 2 cargas positivas), la que no es capaz
de penetrar en el nucleo, pues, no posce la encrgla sufieiente
Cuando se descubrio el neutron, naturalmente se penso que debiera ser una
particula muy eficaz para efectuar transmutacioncsde elementos livianos 0 pesados
yen realidad asi se ha demostrado. Siendo neutro, no sufre accion por parte de los elec­
trones planet.aries, a del nucleo, Y siendo tan pequefio (su diametro posiblernente es
Quimica nuclear 419
inferior a 10_15 cm.) puede pasar libremente a traves de esos electrones y IIcgar hasta
el nucleo, aun cuando vaya can velocldad relativamente baja. Para producir neu­
trones, basta can colacar en un tuba cerrado berilio en polvo con unos 100 milt­
gramos de una sal pura de radio; se obtienen aSI, por el bombardeo del berilio median­
te las partfculas alfa de la sal de radio, alrededor de medic millen de neutrones par
segundo; tambien puede ernplearse la emanacion en Jugar de la sal de radio, Perc
en este case Ia producci6n de neutrones disrninuye can el tiempo en igual forma
que decae el poder radioactive de 1a cmanacion
Disponemos, adernas, del proton 0 nucleo de hidr6geno y del deuteron 0 nucleo
del deuterio. Teniendo estes cargas unitarias, la fuerza de repulsion que aetna sabre
ellos por parte de un nucleo al bombardearlo cs la mitad de la que actua scbre las
partfculas alfa, y en consecuencia el efecto producido sabre elementos livianos es
mucho mayor que con aquellas part iculas, y aun pueden tener acci6n sabre nucleos
pesados. Se obtienen mediante descargas electicas a traves de hidrogeno y dcu­
terio respectivamente, y se aceleran mediante fuertcs campos electricos pal a darles
gran energfa.
Transmutaciones empieando neutrones _-Entre esta clase de transmutaciones
podemos mencionar como ejernplo, entre atras, a las siguientes ;
a) L" + on' _, .He- + ,1-1', L
b) rNI4 + on' _, �B" + �He4
c) &810 + on' � 3Li' + lHet
d) 6BI0 + on' ---1- ,He' + -He' + IH·!
Son interesantes las dos ultimas transmutaciones Ilevadas a cabo usando <neu­
trones lentos» (vease mas adelante). En el primer caso el isotope RIO absorbe un
neutr6n y se desintegra en'un nucleo Li7 y una partfcula aifa. En el otro caso se desin­
tegra, originando un nucleo de tritium HJ.y dos partfculas alfa. En la lamina 21,
tenemos una fotografia de este ultimo caso, obtenida par Taylor y Goldhaber, ex­
poniendo par varios dias a la accicn de los neutrones lentos una placa fotogrsfica.
especial, impregnada con una solucion de un compuesto del boro; observando la placa
desarrollada, con un microscopic de. gran aumento (9,000), se yen claramentc las
trayectorias de las 3 partlculas originadas en la transmutacion, perteneciendo la
mas large al nucleo ,HJ.
Tran.smutaciones nlediante protones.-?v1uy estudiadas han sido las transmuta­
ciones que sufre el litio ; Oliphant, Sire y Crowter, mediante pasaje de iones de litio
positivos por un campo magnetico y electrostatico, tal como en el espectrografo
de mesas. lograron obtener separados los is6topos Li6 y Li1, en cantidades de 5 . 10-8
grs. de cada uno, de modo que se pueden efectuar experiencias bien sea con uno u
otro de ellos.
Con el isotope Lie, el proton que ocasionalmente es absorbido por el nucleo,
or igina el Be? inestable, que se desintegra inmediatarnente en una particula alfa
y un is6topo ,He' del helio
420 Anal.. del Instituto de Ingenieros de Chile
Cuando el is6topo Li7 es bombardeado. se forma primeramente el nucleo ines­
table neB, que se des integra inmediatamente en dos partfculas alfa, las que son ex­
pedidas en direccion aproximadamente opuestas ; en la lamina 22 vemos claramente
Ja trayectoria de dos de tales partfculas. fotcgrafiadas por Kirchner mediante la
carnara de Wilson. La reaccion es:
,Hl -�. 2 JHe'
1.0078 2.4,00216
0,5 . 10' e V.
+ E
+ 0,0181
en que E representa la energfa liberada expresada en unidades de masa, y cuyo
valor resulta ser, segun el calculo efectuado 0,0181, y equivale a 17. 106 e V; la ener­
gfe del proton usada es inferior a 0,5 10& e V. La energia total de las dos partfculas
producidas sera pues:
< 17 10- + 0,5 . 10- e V.
10 que concuerda con 10 observado, pues del largo del camino de las dos particulas
alfa emitidas en la camera de Wilson se calcula que la energia liberada es de 17, I 106
e V.
Bajo ciertas condiciones se ha observado (Crane, Laritsen) que la transmute­
ci6n del Li7 se efectua bajo producci6n de rayos gamma de dos clases, can energias
de 4 y de 12 . 107 e V; siendo esta suma sernejante al valor 17 . 106 e V recien calcula­
do, se deduce que en el nucleo resultante de la absorcion de un proton por el .,Li7,
las partfculas alfa pueden fonnarse bajo des estados:
a) En su estado base, cuando la energta aparece como energia cinetica ;
b) 0 en un estado excitado, eJ que pasa a1 estado base en dos etapas, emitien­
dose le energia en dos fotones de 4 y 12 10' e V.
Si se bombardea el bora BIl con protones, tenernos:
Una fotografia en que aparecen las trayectorias de las 3 particulas, obtenidas
por Dee y Ctlbert," tenemos en lamina 23.
Transmutaci6n mediante deu!erones.-Si deuterones actuan sobre el litio, tene-
mas:
C- + ,D' __, 2lHe'a ,
C- + ,D' __, Cl + H'J ' J '
C, + s» __, 4Re8 + .n'J t
C, + s» __, 2,He' + ,n'J ,
aLi' + JD:. __, C- + ,H'J '
Si se bombardean deuterones mediante deuterones, se obscrvan las dos reacciones:
--�
11
o -+
5
1
H -13
1
4
He
2
Quintica nuclear 421
ID! + ID2 -, .He- -I- onl
y
,0' -I- IDl --> ,H' + r'T.1
Si la energia de los deuterones empleados para el bornbardeo en estas dos ul-
tirnas reacciones, es pequefia en comparacion con la obtenida, las dos partfculas en
cada reaccion, seran expelidas en direcciones aproximedamente opuestas. Estas
transformaciones se verifican ya, ernpieando deuterones acelerados 5610 can 20,000
e. V.
Si deuteroncs rapidos (100,000 volts) actuan sobre cloruro 0 sulfato de deu­
teroarnonio, N D. CI 0 (ND.)-••504, se produce el tritium en cantidad suficiente para
ser detectado en el espectrografo de rnasas: se encuentra I parte de el en 10· partes
de hidr6geno ordinario
El peso at6mico del tritium 'T·1, es:
3,0163 'f' 0,002
es menor que el dellje·l que vale 3,01699; en consecuencia el nucleo del T,; es algo
mas estable que el del Hes, y la energia de union, determinada par la perdida de masa
en la formaci6n del nucleo a partir de protones y neutrones, es mayor para el tri­
tium.
Transmutaciones mediante rayos gamma.-No s610 se han efectuado transmu­
taciones, empleando para el bornbardeo partfculas materiales, sino que tambien
se han obtcnidc tal clase de reacciones, sornetiendo los nucleos a la accion de radia­
ciones de energia suficiente, las que sabernos sc componen de una serie de granules
de energfa 0 fotones.
Si se someten deuterones a Ia accion de rayos gamma del torio c-, de energia
2,62 10' e V, se obtiene (Chadwick-Goldhaber)
Podemos aprovechar esta reaccion para determiner la masa del neutron.
Se encontr6 que la energia del proton resultante era aproximadamente 0,25 . 10.
e V; por diversas consideraciones se I1ega a 1a conclusion de que la masa del neu­
tr6n (x) debe ser semejante a la del proton; luego debera tamar tambien una ener­
gia de 0,25 . 10. e V; tenemos:
+ oil'
2,0136 + 2,62 10' --> 1,0078 + x
0,25 10' 0,25. 10'
de aqui:
x = 2,0136 - 1,0078 + (2,62 10' - 0,5. lOt e V)
X 2,0136 - 1,0078 + 0,0022
422 Anales del instituto de ingenieros de Chile
luego la masa valdra:
x = 1,008
e[ valor 0,0022 unidades de rnasa cor responde a la encrgia necesaria para desinte­
grar el Dz y equivale como vemos a 2,12 106 e V.
Produce ion de pasitrones mediante rayos gamI11a_---Interesantc cs Ia produccion
de posit.rones por la aceion de rayos gamma del Lorio C, con energfa de 2,6 . 10(0 e V,
sabre plomo: aI ser absorbido tales rayos per este metal. se observe que la energia
maxima de las particulas positivas emitidas, estirnada por la de.iexion en el campo
magnetico, era de J ,6 . 106 e V, y que muchas ten fan una energia menor que la mi­
tad de tal valor; no pudiendo corresponder esa energia a electrones provenientcs
del exterior del nuclco, pues estes tienen energfa superiores a 2,6 . lOa e V, la energia
maxima de un par positivo-negativo Selia la surna de la corrcspondiente a cada par­
ticula (lamayoria de las particulas virnos tenian energias de 0,8 . IOJ e V, 0 menos),
o sea:
0,8,10' + O,S. la' = 1,6.10'< V.
Chandwck, Occhialini y Blackett observaron en 1<)34, que al emplcar plomo,
la energia maxima de la partfcula positiva 0 positr6n emitida era de:
(1,55 ± 0.03) lO'e V.
Estos datos nos sirvcn para calcular Ia rnasa del positron. Llamando:
m, mas a electron
masa positron.
velocidad luz
9 10-" grs.
m,
c 3.10" cm/scg.
tenemos que la energia necesaria para producir simultaneamente un par positron­
electron es; (equivalencia de Einstein):
Siendo h . f la energia del rayo gamma, cuya absorci6n produce al par, el exceso
de energia (la no gastada en la produccion) sera:
h . f - (m, + m,) c'
y correspondera a la energia maxima que puede adquirir un positron a un par po­
sitron-electron, que segun vimos era de (1,55 + 0,003) 10' e V. Reemplazando va­
lares en la ultima ecuacion, tenemos:
Qulm ica nucu.ar 423
2,62 10' - (m, + m,) c' = (1,55 ± 0,03) , 10'
(m, + m,) c' = (1,07 ± 0,03) . 10' e V.
(9 10-" + m,) .9 10" = (1,07 'F 0,03) 10'
m, = (1,10 ± 0,06) In,
Iuego, de acuerdo con los datos de la cxperiencia rnencionada, resulta ser 1a masa
del positron un lOj'�, mayor que la del electron, Y la energfa total para producir
el par positr6n-electr6n vale (I,07 ± 0,03) , 10' e V; es posible que experiencias mas
precisas den para este ultimo valor el resultado de 1,02 106 e V, 0 sea:
2 0,51 10' e V
10 que indicarfa que:
o Sea que:
la masa del electron serla igual a la del positron.
El rUlefeo como Juente de energta.-EI riucleo del oxfgeno sOla se compone de 8
protones y 8 neutrones, que corresponden a Ia masa:
8 protones ..
8 neutrones.
8 J ,00807
8 1,00845
8,06456
8,06760
16,13216
y siendo su masa real de 16, se ve que hay una diferencia de:
16,13216 - 16 = 0,13216 unidades de masa; en consecuencia, al producirse un
atomo de oxigeno por union de sus elementos, a partir del hidrogeno, hay la dis-.
minuei6n indieada de materia, que como sabemos .corresponde a una energia ra­
diante, euyo valor es de:
o
123 10' e V.
47,5 10-'3 calorias.
Luego, si por una reaccion nuclear entre neutrones y protones, fabricasemos
264 grs. de oxigeno a partir del hidrogeno, obtendriarnos una energia equivalente
a 600,000 toneladas de carb6n de 8,000 cal.. y cuyo valor es de unos 120 millones de
pesos.
Exarninemos ahora el caso de la rcaccion:
,U' + ,!-I' = 2 .He-
7,015 + 1,008 = 8,004 + 0,019
424 Anales del Instituto de Ingenieros de Chile
que se produce empleando protones de unos cientos de miles de volts, y cuya ener­
gia cinetica es s610 equivalente a diez milesima de unidad de masa, En consecuen­
cia, tenemos en esta reacci6n nuclear una ganancia de energia correspondiente a
0,019 unidades de masa, 0 sea airededor de 18 10' e V, per eada 7,0015 unidades
de masa de LiT que desintegrasemos, 0 sea de 8,004 unidades de masa de helio que
produjeramos.
Si a partir de litio fa�ricamos por reaccion nuclear con hidr6geno, 240 grs. de
heho, obtcndrfamos una energta de 15 millones de kilowatts-hera.
Al bombardear LiG con deuterones, obtenemos una energia de 22,5 millones de
e V, como esta reaccion se puede producir ya con deuterones acelerados por una
diferencia de potencial de' 20,000 volts, obtenemos una gananeia de energia en el
proceso individual.
Desgraciadamente, no tenemos medias para efectuar estas reacciones en forma
eficiente, de manera que en realidad se tenga una ganancia efectiva de energia.
En el ultimo caso, por ejemplo, de 10'8 deuterones que se emplean, solo I da en el
nucleo del Li6 y produce reaccion, de modo que debemos entregar al sistema una
energia muchisimo mayor que Ia que obtenemos de el: aun empleando deuterones
con mayor energia, no hay esperanza de una ganancia efectiva de energfa en el pro­
eeso.
Es posible que bajo las condiciones reinantes en las nebulosas, estrelJas, 0 in­
terior del sol, los atomos se transformen continuamente segun estos procesos, ex­
plicandose asi parte de la energia irradiada por tales cuerpos.
Energia nuclear que llega a la tierra.-Estudiemos ahora el easo extremo de
desintegracion ; supongamos que el proton y el electron planetaria del hidr6geno
se unan, neutralizandose aSI las dos cargas, y desapareciendo el aton-e de hidr6-
geno el que se transforrnaria en energia radiante.
El atomo de hidrogeno, de rnasa 1 . 66 . 10_24 grs. cor responde a una energia
de 0,0015 ergs; !lamado f la frecueneia de la energia obtenida, tenemos
0,0015 � h.f
y de aqui resulta la longitud de onda de. la radiacion:
l. 3 10-" em.
Esta longitud de onda correspondc por otra parte a la radiacion cosmica mas
penetrante. Por esta razon, se ha supuesto que los rayos cosmicos provienen de la
destrucci6n de la materia, llevada a cabo en el universe par aniquilamiento de un
proton can un electron.
Millikan, por SU parte, basandose en experiencias efectuadas, lIega a la conclu­
si6n de que la radiacion cosmica nos viene en 4 grupos, can longitudes de ondas
comprendidas entre 5,3 10-11 y 2, I 10_!l ems. E1 quanta calculado de acuerdo can
estos valores es muy pequefio para deberse a la destruccion de un proton par un
electr6n; en cambro corresponde para el primer grupo de radiacion a la energia de
transrnutacion del hidrogeno en helio, y para los otros tres, a las energias de forma-
Qulmica nuclear
cion del oxigeno 0 nitr6geno 0 carb6n, del sili�io 0 magnesia 0 aluminio, y del fierro
o nlquel 0 cobalto, respect.ivamente, a partir del hidr6geno. 0 sea, que los rayos
c6smicos corresponderfan a ia formacion de elementos en el universo, y no a la des­
truccion de elias.
Compton llega a Ia conclusion de que los rayos cosmicos son electrones dotados
de enorrne velocidad, cuya energia varia entre 7 mil millones y 30 mil millones e V.
Experiencias efectuadas parecen demostrar que al pasar a craves de materia,
son absorbidos por los nucleos de los atomos, resultando en muchos casos en la desin­
tegraci6n de ellos. Pasando a traves de nuestro cuerpo. en un termino media de 15
por segundo, y teniendo un pcder penetrante muy elevado, los rayos c6smicos de­
beran descomponer muchos atomos y prcducir posiblemente efectos fisiol6gicos
no sospechados,
CAPITULO X[
RADIOACT[VIDAD ARTIFICIAL
Las transmutaciones art.ificiaies que hasta ahora hemos visto, conducfan to­
das al nucleo de un elemento estable.
A fines de [933, los esposos Joliot-Curie, estudiando el bombardeo del alumi­
nio mediante rayos alfa, observaron en Ia camara de Wilson, que al lado de la tra­
yectoria del prot6n resultante, habia tambien una trayectoria correspondiente a
un positron. Encontraron adcmas, que alejando la fuente productora de particulas
alfa, la emision de positrones seguia por algun tiempo. Se habra producido por pri­
mera vez, un cuerpo radioactivo en forma artificial.
El nucleo de aluminio, per la acci6n de los rayos alfa, se transforma primera­
mente en un nucleo inestable, 0 sea un cuerpo radioactivo artificial; en seguide,
este emite una partfcula para transformarse en un nucleo estable. Las leyes que ri­
gen la transformaci6n espontanea de este nucleo inestable,. son las mismas que rt­
gen a la radioact ividad natural
La emis.on de protones en esta transmutaci6n se venfica de acuerdo con la
reaccion:
.
edemas. para Ia ernision de positrones, se tienen las reacciones:
y el f6sforo inestable aSI obtenido se descompone, a su vea, can emision de positro­
nes:
Se comprobo que la radioactividad del nucleo inestable tenia un tiempo de
416 Anales del In.stilulO de J flgel'lieros de Chile
reducci6n a mitad de 3.U minuto. Quimicamcnte se vic que esta radioactividad
estaba ligada a un cucrpo de propiedades iguales a las del f6sforo; asi, disolvtendo
rapidamente en acido clorhfdrico el aluminio expuesto a los rayos alfa, y agregando
algo de fosforo en forma de fosfato de sodio, la radioactividad es llevada por el (65-
foro que sale en forma de hidr6gcno fosforado
Para el bora sc observe una transmutaci6n semejante :
el nucleo ,N13, inestable, sc dcscompone:
siendo de 14 rninutossu tiempo de reduccion a mitad.
Se comprobo tarnbien que- varies otros elementos Iigeros. litio, f6sforo, sodio,
zinc, fluor, expuestos al bombardeo mediante rayos alfa, originaban cuerpos radio­
activos.
Revelaci6n de la radioaclividad artificial.-En general, para el estudio de la ra­
dioactividad artificial no se emplea la camara de Wilson, sino que can mas frecuencia
se hace usa del contador de hilo, con el que se pone en evidencia cada simple particula
emitida por el nucleo inestable, Siendo el tiempo de reducci6n a rnitad de un elemento
una caracterfstica constante y deterrninada para cada elemento, al determinar este
valor mediante cl contador de hilo, se determine el elemento; asi, siendo el tiempo
de reducci6n a mitad para el nitr6geno de 14 minutes. al determiner mediante el
contador, que para un elemento cste tiernpo es de 14 minutes, se sabe que tal ele­
menta es rutrogeno.
Se ha observado edemas. que un elemento presents la actividad maxima, cuan­
do se le ha sometido al bombardeo, per un tiernpo sernejante al periodo de reduc­
ci6n a mitad del elemento radioactive a que da origen ; asf para el bora, que origina
al nitr6geno tadioactivo, la actividad maxima se obtendra exponiendolo al bombar­
deo mediante particulas alfa, por unos 14 minutes
Pero, no solo mediante el contador a hila, sino que tambien mediante un pro­
cedimiento qulmicc se puede identificar a In substancia radioactiva. Este se basa
cn el hecho de que la substancia radioactive. al encontrarse en soIuci6n con Ia subs­
tancia sernejante, estable, se une a ella, y pasa por las mismas operaciones, ASt,
Ia substancia irradiada se disuelve, y se Ie agrega una pequeiia cantidad de aquellas
cuyo numero at6mico es semejante ; se las separa en seguida por los procedimientos
quimicos corrientes, y se acercan sucesivamente al contador de hila; el elemento
que lleva 18 radioactividad, debe SCI' is6topo del elemento radioactivo que se ha
formado.
Empleo de brotones .y deutones.�·-No solo se estudio la radioactividad producida
per el empleo de partfculas alfa, sino que tambien se ernplearon protones y deutones,
acelerados por adecuadas dtferencias de potenciales. ASI, para el C se obtuvo:
Quimica nuclear .127
,CIl + ,H' ---+ 7N!j
,NI:; --} �CJ·l + +IC
Empleando deutones acelerados can 3 millones de volts, se observa que e! IlU­
cleo inestable farm ado se desinregra enunendo positrones y rayos gamma:
bBIO + JH� ---+ 5C" + onl
6Clf __. 58" -t- +IC
Empleo de neutrones.--Fennj y sus colaboradores cn Roma, fueron los prime­
ros en usar neutrones, y observaron que las substancias radioactivas producidas
par el bombardeo mediante particulas neutras, emit.ian electrones. Los neutrones
los obtenian mezclando radio-emanacion (hastu 800 millicurie: un curie de substan­
cia radioactive es la carmdad de ella que prcscnta la misma actividad que 1 gr. de
radio, y I millicurie, la milesima parte) con ber iiio en polvo, en un tuba de vidrio ;
en la cercania se colocaban las diversas substancias a experimental', generaimente
en la forma de cilindros. Mediante este procedimiento se ha iogrado activar 11135
de 40 elementos. En ei caso del aluminio tenemos:
a) t.iernpo de reduccion a mitad, 2,3 minutos.
1.1Al27 + enl -� I.1Alls
J3Al18 __. uS i18 + -,e
b) tiempo de reduccion a mitad 10 minutes:
c) tiempo de reducci6n a mitad l5 horas:
JJAln + on 1 � Jll\ra�4 + .Hel
nNa24 -? I�Mgll + �Ie
Difererues transformaciones para el mismo nucleo.-Es interesante observer
que un mismo elemento puede obtenerse par diferentes procesos, EI aluminio radio­
activo puede obtener par cualesqutera de las siguientes reacciones:
I. ..... I1Mg2S + ,He· -+ lJAl28 + ,H'
2.
..... '3Al27 + ,H' -+ 'JAlls + ,H'
3 .... . TJAin + Qrll -+ IJAl28
4.
... uSi2S + ,n' _, ,JAils + ,H'
5. ...... 'UP·)I + ,n' _, lJAl18 + .He'
Igualmente, un nucleo, por diferentes trans formaciones puede dar. como he-
mos visto, diversos nucleos:
428 Anales del 1 nstitulo de Ingenieros de Chile
'JAlJ7 + 2He4 � aSilO + .H'
0 7- � uP30 + ,n'
1,IAin + .H' � 13Apa + ,H'
,JAln + .n' _, uNa" + 2He' neutrones acelerados
0 7- I2�1g'7 + .H'
0 -r- '3AI2� - neut. lentos
Neutrones -lentos.-Fermi y colaboradores, al efectuar las experiencias con neu­
trones, observaron que el producto radioactive artificial que obtenfan, no poseia
siempre la misma actlvidad: en un caso ernit.ia por ejcmplo, 100 electrones .por mi­
nuto, y 02n otro s610 80. Llegaron a la conclusion que ella dependfa de la clase de subs­
tancia que rodeaba a la fuente de neutrones y al elemcnto por bombarcear, y obser­
varon que e! mejor resultado se obtiene, cuando la substancia que rodeaba era agua,
parafina, 0 en general una que contuviese hidr6geno en su molecule. Se explica
este heche, suponiendo que los neutrones, antes de actuar, chocan can los protones
de la substancia, cambian de direccion y pierden velcctdad, y que para rnuchas
transformacicnes nucleares es mas eficiente el resultado, si el neutron tiene cierto
tiempo a disposicion para ponerse en contacto can el nucleo.
LAMINA XXIV
---.
I I�. HI T. W R. O. I I. PIREt'IoN I Au
W'
90 IATOM/CD 91 92 Sl3 !l4 95 !Ifi I �7
............. ............ . ...... ... ... . ............. .... ..... ..," ... , ........ _ .. ... ..... . .. ........... ,- .. -- .... "
7'
Tb P. U Eka R. EluOs Ek. 1 ..Rt.lDlI Eka Pt t�. Au
1'tJO
.0· ee-HEo..��IJI' � ,_ EPt 2.�ArDMim ./ u, i-. ERc- r--..".
a.. / • [!!!] In:
/�, .... -ER.�• •• rU- .... IOa - - E/�
/
I ea-.1'55
I
Tb - �P#t - ,--U --)_1'.R_t: I
Las elementos obtenidos a1 bombardear Uranio �n nuetrones. su colocaci6n en el sistema
perfodico, y su tiempo de reduccton _a mitad.
Bombardco del Urania.-Muy interesante es el resultado que se obtiene al bom­
bardear el urania mediante neutrones. Estas expertenctas fueron efectuadas origi­
nalmente par Fermi y colaboradores, y repetidas ultfmamente 'por Hahn y Meit­
ner, quienes empleando neutrones rapidos y Ientos, llegaron a interesante resultados.
Del uranio se obtienen tres diferentes clases de elementos al ser bombardeado
con neutrones. Estos elementos se transforman, bajc emision de electrones, en una
serir de otros elementos, los que a SU vez emiten electrones (lam. 24).
Quimica nuclear 429
La primera serie se obtiene del uranio, por simple adicion de un neutr6n; se
rige por las ecuaciones:
hUZj8 + 0111 ----+ 8lU2Z1
t2U1J, ____,. PJX�J. + -Ie"
y origina a traves del elemento �JX 0 Eka-Rhenio, al Eka-Platino, el que a su vez
se transmuta en el Eke-Oro. de numero atornico 97.
En la segunda serie de transforrnaciones, no se conocen basta 18 fecha los pesos
atomicos que tendran los productos resultantes, pero se va tambien del uranin 92, a
traves de los cuerpos de carga nuclear 93,94, a un Eka-Iridio 95, el que posiblernente
emite partfculas beta y se transforms en un isotope del Eka-Platino.
La tercera serie se origins al absorber el urania a un neutron y emitir una par­
ticula alfa, origmandose primeramente un isotope del torio (90), el que, a craves
de un isotope del paladio y del uranio, se transforma en un tercer isotope del Eka­
Rhenio, can el numero atomico 93.
CAPITULO XII
CONCLuSIONES E iMPORTANCTA DE LA QIJIMICA x u-
CLEAR
Hemos visto como ha sido posible obtener una serie de nuevas substancias
radioactivas, las que seguramente son isotopes inestables que han existido en el sol,
pero que han desaparecido al separarse y enfriarse la tierra, Posiblernente el uranio
y cl torio son los unicos sobrevivientes, debido a que su perfodo de reduccion a mi­
tad, es largo comparado COil la edad de 1a tierra.
Las transmutactones se verifican en cantidades pequefiisimas y raras veces en
cantidades susccptibles de ser pesadas; perc los procedimientos de medida son tan
sensibles, que aun esas pequefiisimas cantidades producen efectos apreciables en los
aparatos registradores
Para los elemntos que tienen muchos isotopes, el numero posible de transmu­
taciones debe ser muy grande.
En muchos casas de transmutaciones artificiales, en especial mediante protones
y deutones, la energiaemitida es aun mayor que la proveniente de los aromos radio­
activos. Sin embargo, la ganancia de cnergia proveniente de la transformaci6n ar­
tificial de los atomos, no parece ser posible, dentro de nuestro estado actual de co­
nocimientos.
Mediante el cyclotron, per accion de los deuterones sabre berilio, es posible
obtener neutrones, con los cualcs sc han efectuado interesantes experiencias bio­
logicas, y se ha encontrado que t.ienen una accton entre 2 y 5 veces superior a la que
se obtiene hacienda actuar rayos X sabre sercs animales.
Igualmente mediante el cyclotr6n, es posible producir radio-sodio, cantidades
equivalentes a 7'2 grs. de radio por Ia accion de deuterones sabre sodio:
·130 ;\'1ales del iru!ituto de Ingenieros de Chile
Este radio-sodio ha side preparado tambien por Fermi, pero en cantidades
muy pequefias, empleando neutrones lentos:
Este sodio radioactive, en forma de cloruro de sodio, no se diferencia quimica­
mente del sodio corriente, y puede prepararse en forma de solucion e inycctarse en
el ser viviente, produciendo radiaciones preferenciafes sabre la sangre por los reyes
beta y gamma que ernite. Aun este procedimiento no es de usa clinico. pero presenta
ventajas sobre el tratarniento con rayos X Y con radio.
De interes cs tarnbien el err-oleo de los radios elementos artificiaies, como in­
dicadores, 10 que permitc el estudio de la distribucion de elementos diversos en los
organismos vivos. La substancia por introducir en el organismo, se mezcla con un
isotope radioactive: el radio clemente acompafia al isotope inactlvo. y se busca
en el organismo las rcgiones dondc sc producen radiaciones. Sc puede estudiar asi
la distrtbucicn en el ser viviente de una scr!e de elementos.
Naturalmente que este usn de los radio-indicadorcs no esta restringido al te­
rreno biol6gico, sino que tiene gran aplieaci6n en el estudio Y comprobacion de for­
mulas y reaccicnes de qufmica corriente. Asi, por ejernplo, se ha tratado de averi­
guar si los dos atomos de S en la molecule del hiposulfito de sodio,
pueden intercarnbiarse. Para resolver esta prcgunta, Anderson prepare azufre radio­
activo, bombardeando cloro can neutrones, de acuerdo can Ia reaccion:
el que sabemo se deseompone bajo emisi6n de electrones:
y tiene un periodo de reducci6n a mitad de 80 dies .. 1\1 azufre radioactive, obtcnido
de acucrdo con la prirnera reaccion, se Ie agrego algo de azufrc corriente, y se le disol­
vi6 en soluci6n de soda, conjuntamente con el elora activo y el Iosforo activo que
resultan de la desintegracion del azufre, precipitandose en ·seguida mediante Hel,
con la eual se obtuvo todo el azufre en forma de azufre elemental, y completamente
separados del clcro y fosforo.
El azufre radioactive obtenido segun la primera reacci6n, se hizo hervir con
sulfito :
• •
Na,SO, + S _, Na,S SO,
Qutmica nuclear 431
obteniendose el tiosulfato Se sabe que este se descompone por la accion del Ag.
NO, y H,O 8 18 ebullicion, segun:
• •
Na, S SO, + 2 Ag NO, + H,O __, Ag,S + H,SO. + 2 NaNO,
Se verfficc esta operacion , y el sulfuro y el acido obtenidos se probaron en 10
que se refierc a su radioactividad, con el resultado de que 5610 eI sulfuro era radio­
activo, pero no el acido, Se deduce que no se verifica un intercambio entre los ato­
mas de azufrc en la molecula del tiosulfato, ya que si esto ocurriese, ambos produc­
tos azufrados de la descomposicion debieran ser radioactivos. En forma semejante,
se han estudiado una serie de otras formulas ':/ rcacciones
Cuando nuestro conocimiento de las transmutaciones sea mas completo, po­
drernos conocer la raz6n por la eual hay una abundancia mayor de elementos pares
que irnpares y as], mediante el estudio de la constitucion del nucleo y el de la quf­
mica nuclear, no s610 habrcrnos ampliado nuestros conocimientos sobre los diferen­
tes elementos, sino que tambien sobre su abundancia relative en el universe.
432 Anai,s del lnstitulo de Ing'Mieras de Chile
ANEXOS
AKEXO I
ISOTOPOS DE LOS ELEMENTOS (1)
< 1.:!cmcOTO
z
masil
s- (J,f
I
o "Neut ron ' .. I
11 iidro,llcnr" .. 1 H
I
i
2 l-Ielrc
!.itjn,
Bcdli<> .•
o I ("I,,;n I
C
I '" "'.,eon .. ! "
a ()�l�eno
B
o
1-11
D
1
Ra-Hc
Rn·Li
Ra-<:.
Ra_N.
Ra-O,
xe-r-.
RII-F.
Ra-Na.
Ra-Na.
1
,
6'
19.998()
0085
.OU807
2.0142J
3.01GIO
LOI6\f9
"'.(lOBo
c.01614
7.01694
8.1)185
9.013'i
+ 85
+ &Jl
+ n.!
+54
+ 56.6
+ 8.4
+ 26.9
+ 24.2
+ 23.1
+ 15.0
+ 14.6
+ 10.1
-+ 147
+ 12 -l
-+ t.o
-+ 5.0
-+ 7.3
-+ 5.4
+ J.
+ 4.3
...;... 5.7
+ 0.00
+ 2.3
-+ 3.6
+ 4.5
-+ O.O±1
0.7
0.7
9Q,'J8
0.02
IO-'?
100
An.
I
7. "
92.1
An.
I.... r •.
100
Art.
20.6
79. ·l
Art,
'\rr
r)<}.1
�O ;-'
Arc.
')<}.62
0.38
'Art..
!Arc
f9.76
0.04
a.20
l'An.100
An
9'>.0
0.27
9.73
Art.
Arr.
100
Art.
l\rtihcial
Est able
ce I s (2)
Esrablc
lncseable
Estab!c
Ltestuble
Eatable
0.02 �
21 Ill.
E table
10.0 m
Esrablc
0.5 s
10,0 �
B-
s
6
7
8
R?
,)
10?
10
11
12
10.0146
II 0111
12.0176
2.1 m.
Estable
.2 m.
ESlub!e
12 �
Establc
>J,<Ja
r:Stable
14.8 h
8-1
R+
B+
B+
B-
B-
B+
"
12
11
II. 0130
12.0037
13 0()69
�B-
11
14
15
16
J3.00:)5
14.007(":
15.0051
10.0069
(1) /-1;: crerdo de intere� publlcar CQnlO anexo esra listu de elementos '! SlIS isotopes, confccctoneda en la Universided
de Chicago, CE. UU, a prmcjpfos de 1937.
(2) a .. an�: d-dlas; h e hnras ; rn e rrnnuros ; s-se!,"lmdO!t.
(1) B---"rayOl: bcc4-f':iectr6n; B+ "'potiitr6n; A"rayc.s "IfI,
15
I.
17
18
1'5.008>
16.0OOU
17.0040
18.0065
17
I')
20
]7,0077
l(}.OOOO
20
21
22
"
22
2J
24
Quimica nuclear 433
8 I<� I'
- Elcmento
7
I Z I Magocsio.
I
13 Aluminio
[ s
14 Silicio.
\6 Aeuree ..
Ii Clore ..
18 Argon.
2Ll Calcio
21 Escandio ..
FosfONJ .'
Trraruo
Vanadic ..
Mg \ I
!R.-Mg.1
Al IRa-AI.
i R�_A)
1'.
Ra·AL
Ra-Si
Ra-P.
Ra_P.
Ra-S
Ra-CI
Ra-A.
Ra.K
Ra-Ca
27
29
27
27. (J8h()
28.9864
2().9845
- 2.6
- 3.U
- 5.0
- 4.7
- 5.2
- 5.0
- 6.r}
- 6.0
- 5.8
- 6.0
- 6.2
34
['
37
38?
3').9754
35.976 --6.6±0.5
37.975"3 - 6.5
77.4
II. 5
III
Art.
Art.
IOU
Art.
Art.
Art.
iN.6
6.2
4.2
An.
Arr .
ton
Art.
,-.;>()7,O Eatable
e 0.8
Sl2 2,2
Art.
ArL.
76
"
Ac<
U.330
0.05
<)').62
A"
93.4
0.01
6.6
Art.
96 76
U.77
0.17
2.30
Art.
Art.
Art.
100
Art.
8. s
7_8
7l.J
>.5
6.9
Est.able
7 s
Esreble
2.3 m.
11m
om.
Estable
3m
Eatable
14.5 d.
� 80 d.
{()m.
Est.able
Est.able
Eatable
1O� a
Eatable
16h.
Estable
3 h.
4.4 h
Eatable
> I.
Esrable
10m.
2.)" h?
37m
liOm
4 h.
Si Ra-Si.
s.
ct. Ra-CI.
A
Sc Ra-Se
I Ra-Se
Ra-Se.
rt
aa
29
30
3[
I
30
I3112
)2
)1
J4
J'
33.9799
}-7
l 72
J ...
- 7
1- 8
J
OBSERVAC!ONES
B-
v i
31.9812
I 34.97')636.9r77
rr­
is
40
41
J9
40
41
4Z
40
42
4J
44
45
42
43
45
40
",
47
"
49
;0
B-­
B-·'
B+1
B-
B+
H-
Fl--
B-
B-
B-1
51
sz
; I
__ � �� � � � c_ �__� __
Ru-V.
100 Estnb!e
3] rn. B-
434 Anales del I"stituto de I"genieros de Chile
,
,
0' I
;
24 i C"O!1lU
11 i C!lii() .
:
I
32 IGenn'II">''l
I
I
33 I ArXnico.
I
l4 : ;:;l'l�ni()
35 I Hrcmo .
i
--_" .. __ ..
..
I
I:I!
I
1
I
! c-.
I
.
.
(,
I
,J
I Ra-\h
RIl'<:"
i'.:i
Cu
I�a-(":,:
R<l-CL.I
i
i
,
i
I
Rn.Ca I
l"ta··C;l: !
I
I
Ra_i\_�·'1
1
,
2:>; f :'\"iqud.
,
I
i
,,) I Coh",.
i I
m 1:;"0 ..... 1 b
I
I
C"
74
7.
77
71'1 77.')38
R() 7° .')41
82 I
�� II 78 .. 9.'.9.
so.« Esrable
"" /\rt 4.211.
81
180.926
,-8 n±1 5 49.-1 Esrable
Ra-Br. 82 I)" Ar-t. 18111. B-
.• . __..!.__L.R�,_.�B_,.'_'_ _;.;.;.'_.:....___'__,__p_"_'�._,__"_"_.-'__B-_._; ._
Cc
As.
Se
Ra-Br.
lk
5<,
52
51
'"
5].')415 HJ±J
ss
,.
I
....
}-IO
- (J,e;
57.942 - 10
- ".9
6.
70
71
7�
70
72
7i
"
71,
1
11-
77
-KR±I."
7(,
74,C)34
- x.O
-7.3::1:2
-9.0::1:1.5
.1.<1
('II. (,
]0.4
1.1
IUO
:\rr
i'.S
"0,2
2. x
O. ;
0.16
9').�':
Art.
(.,
27.
I.
Lli
An.
U.'J
Art.
•8
Art .
)2
Arl' .
5iJ.-l
27 �
-1.2.
17. "
0.-1
61.5
·\rt
38.5
Ar r
21.2
27. J
7 ,.
J? I
('.5
roo
Arr.
0.<1
9. ,
8. )
2-!.04R.O
9.'
Arl.
E .•table
IOU In.
E�tab!e
l h .
r:sr<l!:I�
11.8 n .
L:LUhlc
orn
I_'�ti!hl,·
j·:-.;table
23 h.
Estebte
10 lll.
Esrable
Est able
16 h.
Est able
Estahle
2.' h
20m
15 m.
H---
a-··
g.!.
B-
B···
13-
B-
Quimica nuclear
Element"
ruavu
". � � '"
� "
- ·(;I�··-F.I,",";"'r-.E"
E '
is
37 Rubidi"
V) ltrio
4-{) Zircnni,)
41 Xiobio .
42 Molibdeno.
"
44 Rule.,;"
4-) Rodin ..
. stfunciO}). Sr.
Rb.
r
:r.
Rb
J{"-\.],,
Ril-RIl
I{a-H.h
77.')26 ;-·9.4±2i8
�o
82
"
..q
x
'>Q
0)
94
ll7
')1\
00
100
101
Ill!
'j"
Ion
101
102
101
1114
lOS
HI[
10)
IO�
79.<)20
81.927
H2.927
:>1.928
R5.'ng
:;:- L _------------------------------------------------------------------
i'--9.1±2
i-x �'l±LS
I-R.7±!.5
:-8_6±1.5
!-8,2±1.5
} -x. z
}-,
} - 7
-- 5.
)',5
o �}.
"
11.7(,
11.70
5{1. ,ss
I". i
"
i.; .
(J
9.6
IOU
An.
,p:
It.S
22
Art
17
IOV
1 .. ,2
IO,i'1
Ii. )'
17, ::s
'l,(,
zr.o
.,\,',.
C).,{
AIL.
12
H
"
)0
''\,-l
Art
'N,,)
An.
.;
4(),
10{l s
E�f,!Jbl<!
" h
75 h
:,t.�l ' ..
IU8 ;l
lis-ul.lc
>i' h.
L"u�H,'
JOm.
17
0.
70 I:.
-lU i'
la\,i<_;
4,\ s
;.9m
n
B-,'
L',-"
n-'
]l ....
11-
4J6 Anales del IltStituto de Ingenieros de Chile
31 II-"� 1 I[ §g s i·E-.1g ] i 1 � IN." _g s .j � I
� a li .
� i
Elcrncnu,
� I � i � masa � f I � � ] ��:g I'Zl -e !iJ�1 E... «-;;;r,�! .�! I c, I � -0 i
----!--------,----e-----c----_cc_-----c-------Ol--- I46 Paladtc __ Pd. 102 0.8 ! EstubleRa-Pd. 103 Arr. (-0 h
104 • . • • (). 3 Est. ..ble
10'
lOG
lU7
IO�
1M
110
111
}-"
\ -6'
J
47
4t) [ndiC!.
50 ESl"tlrll> ..
51 ...... ntimonio.
52 Tcluro ...
" 11000
PlatH ;\g
ce.
ln.
Sh_
Te
Ra,Pd.
I R.-i'd
Ra-Pd.
Ru·lll
Ra-In
Ru-Sn
Ra-Sb.
Ra_Tc
I
IRa_I
i
107
108
109
110
10<>
10'
110
111
11?
113
114
115
!16
11l
11·1
115
116
112
114
11 ,
116
117
11'
119
120
122
m
124
125
12\
121
124
120
122
12;
124
125
126
127
12R
1 )0
127
128
119.912
"
-6
[- 74
-7.3±2
126.932 - 5,3
22. () �
27. 2 �
Art. 12 h
2{,. t-! Esrable
Art 15 m.
13.5 Est.able
Art. 3 m.
52. 5 E�lahJe
Are 2.3 m.
47 5 Estel-le
Art. 22 .�
r .4 E.,table
1.0
12. 8 �
! 3 0 �
24.2
12.3
j(',
-!4
Arl.
L�Laklc
28. 0 �
Art. 3 5 h.
7.3 Esrable
4.5
.vn ,
')5. ';
Art
Estublc
13 �
Estahlc
54'm.
\.1
0.'
0,'.
15 5
�,l
22.5
9_'
28.5
5. ,
An
6.�
Art .
18m.
Est able
x rn.
Muy raro
2,9
1,(,
4. 'i
6."
1(J.O
Art.
32.8
33.1
45 m.
Eetuble
100
Art.
Esreblc
25m
2 'd
Ot<SE�\''''Cl(
H-
B+?
J3-?
B-�
u-
B-
B-·�
H--'
Quirnica nuclear dJ7
g -o § �
§ " 0 -a � ] 0 "-c 0 �0 , c x £ e " -/., � 3 '§ e � " "� Elcmento i '"§ c ;-';.0 .s -c 0
• 2 J
�
-e
'i 0 , � -a .. � l)pSER\".\f;jO-":E�
. � " " .� c :t •� , masa " 1: 0 i! -o c , c: 3� '3 �� g_ ,0 �
c
< '0 ;, �z , § -s 0"
54 I Xenon ... Ix, .... : 124 0.08 l�sta.blc, 126 U 0::;
I
, 12t1 2.10
129 27.13
130 4.1<:\
1)1 20.67
11Z 26,45
114 I JJ .92<) --5.3±2.0 10.31
1J6 8.79
55 Ces!o Cs ... , In , 100 Estnblc
ns-c, 1 J.� 132.(3) --·5±2.0 Art . 1.5 h. B-
50 Baric.... Be I3U D.Il> Esrablc
IJ2 0.015
Ra-l3<1 )33 Art. L3+ ?
134 I. 72
135 5.7
136 0.5
! 37 10.5
13;; 137.<)1(J �6.1±2 73. I
Ril;-B3 119 Alt 8U:m. B-1
sr L;JntU'l(J. I., 13'1 100 L:,[8bL::
Ru-t a 140 � Art I. ') J. Il-
j
ss Ccno Ct: 14U
�
eo Hstablc
142 c, 11
�
59 Prnscodinuo r> 141 100 .. Est"hlc
Ra_Pr 142 , Art. 1')11 B-·�Ra-Pr. � Art. ') in. 0-
611 :'\:codill1in ;-';J. 142 § 16 E.,table
1-1:; J 11
144 � 10145 c.
146 � '"
Ra-l'--:J. 147 Art . 1 h 1>--
.g
ct 147 , Esrnblc Producto r.it0
I�
)'0..'<:1 147.
62 Sa mario, . S;). 1.j4 1';:,rllbJc
1·17 v 17
14i-i "
14') 15
150 5
Ra-SrI ))'1 An z a. B-
152 20 stable
Ra-Sa In /.e: 40 !ll 8�,
1':4 20 Est able
6) EUH'pin Eu 15! I m.c EstableIn 4').4Ra-Eu 154 A" <".2 h. H·-
I ProJuclo de
64 Gadoliniu Cd. 154 ' I Muy raro Esrublc Eu 154155 21
156 23
'57 17
158 23
Ra-Gd. 1" AI< 7h 8-
160 16 Est.ab!e
,PS Anales del lnstituto de J ngenieros de Chile
� I :g s c � " . � � -:i � �,� � , 2 c ,� X G � .. " "'i ", -a 'G c c .. ,�2: s N.' . " E . ,< Elcmemo .f , , � -c :g c -a , Ull'>!'.R\',\U<)i'';I:.�
I
, ::? ., rna-a � " c :g c, , ; �, if, 'I G �'
" , E E :;::: 5. 'r: �
c,
� � •r. < ce, �o -c ,: OJ "7 .<
-v-v-
I
0; 'red,;", Til 159 IOU Estubte
R:;-Th. '60 o\n 3.'J !'. H-
l>roJuc!" de
t(, I )i�pn,�jtl D,· 1(-,1)1 1\.luy mro s(.Hhlc Tb )(,0
It,] �2
162 25
1(,1 ,;
1(,� 2t)
[{'l-i),I'. Ill) An , , II, Il
(,7 11"1111;,,, il". 1(,5 I Of) ';�:i'lblc
n,a-I+" iiJl,) :\�L 35 h .. Il-
(lR Cr\:>i(J. I�,·. loJ; 30 t':.':['<1])I<:
IN: \1uy ['an 0 I'm(!u";�ll de
ltl7 " II" I (,{,
lh� 30
R�I-I·:r. I(lY 1\1' r. ! 2 h Il--
17U [0 Estable
Ra-Lr. I" ."In. 7 ru £3-
,(l'-) Tuli" Tu. 16') I Of) t':�l')!->!C
!.to-Tu. 170 :."�I 12fJ d 13-- Pr,.Juclo'dc
J7P "Iuy raro 1 ;',.1<1:)[<: Er 17[
70 Ylcrhio )"h 1711 ) _\1u� r:;lI'O .. �:oHc Producto de
171 ') Tu 170
[n 24
(7) 17
017 .. 30
g .. ,·j:b 175 ,\rl J.5 r.. a-.
176 12 L:::'t.ahk
7J Lutccf .. Lll 175 Inn E�,abk
Ra·Lu 17�> Art. U 7 d. JC
R<I_LIJ An. 4 h. B··
" Halrdu. Ill. 17l>
1_
E�Lahk
177 I'_)
1 i1.{ 20
17') r 1:-\
I8U I JU
Ra-llf. [et J ,\rt L",,'jI.o 1\- . �
7) Tamalio ']"<'1. l�J 11«1.928 - 4 [�[ Esrablc
74 Tunrenenio 182 22.6 Lst.al-Ie
(\VoICra:ni(,) IV, 18) 17.3
[84 IH4.(JO 0 3n.2
[8b 2(). o
n«. c,'. 1t'l7 Art. I d, :B--?
" R<.;!ljll •.• R� I", 38.2 Estable
Ra-Hc. 186 ,\n S� h. n-
[87 1�(�. <)Hl -1±2 (;'1.8 Estuble
Ra-Re [88 An. 20 h H-
;� Dsmio. Os. [8b 1.0 Estable
187 0.6
188 13 .4
189 17.4
1')0 189,98 -1±2 25.1
192 191,98 -1±2 42.5
Re-Os 1'')3 Art, 4010. B-1
'8 � § ! �] �. � � \
? :� � I 9':: -a � :� \(.l!l�iOR.",\q"'>"fi.�
�:g'fi &:8 l���l
);-,--I-! ,�tal'IC --;1----1-----A,r 68J. B-·161. Esrub!e
An' 19 h. [3-
Qufmica nuclear
I
I I I
i
77 I Indio . l r , 1�1 ... !
! RI.I-Ir. 1'l2
i
1\13 ... 1 ..Re-lr l!l·f ... ..,
73 Platin". .. Pt . 1')2 . ...
1,)1
Iq4
1')5 ..
IQ(, !
Ra-f't 1')7 I
\98 I , ...
7') Oro .. .<\u. 1(.17 . ..
Rn-Au tos ..
'0 :vIer(:I,rjo Hg. )')6
1'-18
I'r-J ..
200 200.016 +O.R±2
201
202
203
20.4 ...
Ra-l-li�. ,05 ....
81 l'nlto .' '1'1. 20) 203. U37 +1.8±2
Ra-TI 204 ..
205 20;;.037 +1.f;±2
RII.-TI. 200
.'\. C" 207
Th C" 20� ..
Ra-C" 210
81 PI<)!l1o .•.• Pb. .. .. 204
Ra.G. 200 Z06.00±O.OI U.U±U.5
Ad). 207
ThD. 20B Z08.00±O.4))
OO±O'jR.aD. 210Acn. 211Thl:l 112 ....
RilB. 214 ...
.,RJ Bismuro Hi. 20' ... +0
RaE 210
IAce 211 ...
The. 212
Rae: 214
" Poi<)nio Po. Rap. 110 21O.01±O.OI +O.5±O,5
AcC' 211 ....
The' 1212 ... ..
Rae' 114 .. ..
AcA 2i5 .. ..
ThA 216
R,A 218 .. .. . ..
ss ... .. ,
I) ,
An.
)0
., 5.
21). ()
Art.
7.2
100
Art.
u 10
'-l.R')
10.4:>
2'- 77
13.07
29.27
10.00,-,
;6.85
Art .
2().4
An
71).6
ArL.
i'-:at Md
:-\at, n;u.J
Nat. rad.
I. 52
2A.03
2U.4()
50.05
Nat. rad.
Nat. rnd.
Nat. rlld .
Nal. 'fad.
Ion
Nat . Tad
y art
:-\at. rad .
Nat. rud.
Nar.. tad
1'\(1,'. rud.
y art,
Xat . Tad
Evrublc
4') m. B+
E.�t!\He
I·L 5 h 13,---
Estabfc
[·�-;tab!e
2.7 d . B-
Est eble
4{1 h. 8-,
Estable
C'J7 111. 11---
Establc
-l-lil G--
4.76 m. !.�-
) . 1m B-
1.32 m , 0-
Hstable
19. B-
36.0 m. B--
10.6 h. B-
26.8 h t>--
Establc
4.<) J. :B--
2.l(1 m. AyB-
60.5171. A v B·-
19,] m A1'[3-
140 J. A
5.10- -3 s A
U)I s s "
10 . , A
� .10 • s A
0.143. A
3.05rn A
439
440 Anales del lrutituto de IngenieTos de Chile
87
i
I
Rudto.. I ",
89 ��::;:n"",n I
I
8R
en Torto..
91 Ekatanralo..
::12 Uranin
l)J Ekarenio , . En
An
Tn
Rn
AcX
ThX
RaJ
MsThl
i\ �;:
Ad
MsTI:2
B2'�
1\1lRc 227
RaTh 228
In
UY
Th �
UX,
un
Acli
UI
6±U.
�aL rad.
231
I
2JI07J±OOlj+J 2±051!'.l8t rad.
I ,,,'-!at rad.
1.921<.
54.5,.;
3. !l25 d
,-" ..I.
Art.
13.5 :1.
6.0 h.
11.2 d.
J. (>4 d.
15<)0 (I
6.7 a
1m.
32.000 a
2. <;: m,
[ .14m
«.r h.
""at red.
Th
I i N,l{
.... i 1:-'::<1222 04±O
OJ1
+ I .8±O.
51
\ I ":'
226.05±O,Ql +Z.2±O.5i
219
220
222
0,4':.'·;,
7±O.5 Nat , fad
99,6';(
Art.
Art.
An. 12 III
A
A
A
P.
A��
UXl"l3v
UZ
22 ;
224
226
228
lS.C) d.
1.90 a.