Radiactividad: Historia y Actualidad
Introducción
El artículo se desarrollará a partir de importantes ejes: la descripción de radiactividad natural y radiactividad artificial, sus usos en las ciencias modernas mundiales y los efectos que produce la radiactividad en el ser humano. Se irán presentando, a veces superponiendo unos con otros, a medida que se considere necesario detallarlos y explicarlos para la comprensión de los ejes temáticos como una totalidad. No obstante, la didáctica es sólo una notación al margen utilizada para transmitir la gran diversidad de temas tratados y disminuir la complejidad que pueden presentar, en un intento de realizar una transposición acorde al nivel de los lectores.
Seguramente el lector tiene conocimiento de la existencia de partículas subatómicas que forman a los átomos: los protones, los neutrones y los electrones. Los protones, de carga positiva, se encuentran concentrados en una zona central o núcleo atómico junto con los neutrones[note]Te recomendamos la lectura previa de esta entrada: partículas subatómicas[/note].
Ahora bien, si se tiene en cuenta que todos los protones poseen carga positiva, no sería tan errado pensar que se repelen entre sí. Sin embargo, en la mayoría de los átomos esto no sucede. ¿Por qué? Porque en el núcleo existen fuerzas de atracción muy fuertes, llamadas Fuerzas Hadrónicas, que mantienen unidos a protones y neutrones. Concluimos que las fuerzas de repulsión resultan mucho más débiles.
No obstante, esto es así en la mayoría de los casos, pero no en todos. Algunos átomos tienen núcleos inestables donde las fuerzas de repulsión superan las de atracción. Entonces, estos núcleos se desintegran espontáneamente y, consecuentemente, liberan energía.
La radiactividad en la historia
La primera evidencia de estas desintegraciones nucleares fue la existencia de las denominadas radiaciones. En el presente informe, nos ocuparemos de estudiar este fenómeno denominado radiactividad.
Tomaron un papel muy importante en el estudio de dicho fenómeno científicos como los franceses Antoine-Henri Becquerel (1852 – 1908, comprobó que ciertas sales de uranio[note]En el transcurso de los artículos se darán todos los detalles necesarios sobre las propiedades de los elementos radiactivos por excelencia.[/note] emiten radiaciones sin necesidad de recibir ningún aporte de energía externo, como la luz solar) y Pierre Curie (1859 – 1906) y de su esposa Marie Sklodowska de Curie (1867 – 1934). Estos últimos verificaron las propiedades del uranio y también descubrieron otros dos elementos que emitían radiaciones: el polonio y el radio.
Descubriremos los secretos de uno de los fenómenos más sorprendentes descubiertos en el área de la físico-química, deteniéndonos en sus propiedades, efectos y usos hoy en día.
Al estudiar la fluorescencia y la fosforescencia de compuestos irradiados con luz visible, Antoine Henri Becquerel[note]Te recomendamos la lectura previa de esta entrada: partículas subatómicas[/note] realizó, en 1896, un experimento crucial que condujo a un conocimiento más profundo de las propiedades del núcleo del átomo. Después de iluminar con luz visible algunas muestras de Sulfato de Uranio (UO2SO4) y Sulfato de Potasio (K2SO4), Becquerel las envolvió en papel negro e interpuso una moneda de plata entre el paquete y una placa fotográfica. Tras varias horas de exposición, se reveló la placa fotográfica y presentó un ennegrecimiento causado por algo que tenía que haber sido emitido por el compuesto y que podía atravesar el papel negro y la plata.
Ernest Rutherford demostró posteriormente que las emanaciones emitidas por el Sulfato de Uranio podían ionizar el aire del espacio entre dos láminas metálicas con carga opuesta (posteriormente, un dispositivo con tales características sería llamado cámara de ionización). La corriente registrada por un galvanómetro[note]El galvanómetro es un instrumento que se usa para detectar y medir la corriente eléctrica.[/note] en serie con el circuito fue considerada como una medición de la actividad del compuesto.
Un estudio sistemático de la actividad de varios elementos y compuestos llevó a Maria Sklodowska-Curie[note]Nacida el 7 de noviembre de 1867 y fallecida el 4 de julio de 1934, fue una química y física de origen polaco, aunque luego obtuvo la nacionalidad francesa. Fue la primera científica en recibir dos Premios Nobel (el de Física en 1903 y el de Química en 1911) y la primera mujer en ser profesora de la Universidad de París.[/note] a la conclusión de que esta actividad era un fenómeno atómico; por los métodos del análisis químico, ella y su esposo, Pierre Curie[note]Nacido en París, Francia, el 15 de mayo de 1859, ganó el Premio Nobel de Física en 1903, compartido con su esposa Marie Curie, gracias a sus investigaciones sobre la radiación.
Falleció en la mañana del 19 de abril de 1906 debido a un accidente que le ocasionó graves fracturas craneanas.[/note], encontraron que la “capacidad ionizante” o “actividad” estaba asociada no sólo al uranio, sino también a otros dos elementos descubiertos por ellos, el Radio y el Polonio. La actividad del radio resultó ser más de un millón de veces la del uranio. Desde los tiempos precursores de los Curie, se han descubierto muchas más sustancias radiactivas.
El fenómeno de la radiactividad
Radiactividad: ¿qué es?
Para comenzar a describirlas, es importante mencionar que entre unos 2.500 núclidos (cada una de las posibles agrupaciones de partículas subatómicas contenidas en el núcleo: los protones, de carga positiva, y los neutrones, sin carga eléctrica) conocidos, menos de trescientos son estables. Los demás son estructuras inestables que se desintegran para formar otros núclidos, emitiendo partículas y radiación electromagnética. Este proceso, que como se ha mencionado en los párrafos anteriores fue descubierto por Becquerel y estudiado profundamente por los Curie, es llamado radiactividad. La escala de tiempos de esos procesos de decaimiento va desde una pequeña fracción de microsegundo (denotado μs, millonésima parte de un segundo, igual a 10-6 s) hasta miles de millones de años.
La experiencia muestra que los que núcleos que tienen más de 83 protones, tienden a ser inestables. La radiactividad es la emisión espontánea de partículas o de radiación electromagnética, o de ambas, que sufren esos núcleos inestables. Los principales tipos de radiación son las partículas α (o núcleos de helio con doble carga, He+2), las partículas β (o electrones) y los rayos γ, que son ondas electromagnéticas de longitud de onda muy corta (de 0,1 mm a 10-4 nm). En breve, nos ocuparemos especialmente de cada uno.
Serie de decaimiento radiactivo
Cuando un núcleo radiactivo se desintegra, los productos formados también pueden ser inestables y por lo tanto sufrirán una desintegración posterior. Este proceso se repite hasta que finalmente se forma un producto estable. Comenzando con el núcleo radiactivo original, la secuencia de desintegración por pasos se conoce como serie de decaimiento. Cuando se habla de los pasos del decaimiento radiactivo, el isótopo radiactivo inicial se llama a veces el “padre” o “progenitor”, en tanto que el producto se conoce como el “descendiente”.
Casi el 90% de los 2500 núclidos conocidos son radiactivos; no son estables, sino que se desintegran y forman otros núclidos. Cuando los núclidos inestables decaen y forman diferentes núclidos, suelen emitir partículas α, β o rayos γ.
Las investigaciones de Becquerel y Marie y Pierre Curie abrieron las puertas a un fascinante e importantísimo mundo donde cada descubrimiento sería el inicio a un futuro donde las transmutaciones nucleares, el fechado de obras arqueológicas, la datación de materiales geológicos, prevención y cura de enfermedades, entre otros usos, serían posibles. Esos adelantos científicos son nuestra realidad de hoy en día y son el producto de décadas de estudio arduo acerca del gran fenómeno de la radiactividad.
Como se ha visto, algunos átomos tienen núcleos inestables donde las fuerzas de repulsión superan a las de atracción. Entonces, estos núcleos se desintegran espontáneamente y, al “romperse”, liberan energía.
Usos de la radiactividad
Las primeras luces que se veían en el horizonte del mundo del conocimiento sobre las reacciones nucleares, que incluía temas tan complejos y variados como la comprensión de las emisiones radiactivas (rayos α, β y γ), el estudio de las semividas de los radioisótopos, sus consecuentes aplicaciones en la biotecnología del mundo moderno, la obtención de energía a partir de las plantas nucleares, etc.
Es emocionante descubrir los mil y un usos benéficos de este gran fenómeno y la tonelada de investigaciones que recibió post-descubrimiento; asimismo es triste observar que años de estudio acerca de la reactividad, procesos químicos nucleares y física nuclear se utilicen para la realización de bombas, armas bélicas y destrucción.
Pero las investigaciones no acaban aquí. Aún hay mucho por descubrir y la comunidad científica estará abierta a recibir las relevantes noticias.
Te compartimos este vídeo de nuestro canal de YouTube acerca de la radiactividad.
Más información sobre radiactividad
Actividades de radiactividad
Te invitamos a leer el texto presente en https://www.educ.ar/recursos/113670/marie-curie-y-el-descubrimiento-del-radio de la página web educ.ar , del Ministerio de Educación de la Nación Argentina. Escribe, en forma de lista, 10 ítems que mencionen los descubrimientos más sobresalientes de Marie Curie en la historia de la ciencia que allí aparezcan.
Fuentes
Chang, Raymond (4ta. Edición. 1992). Química, p. 40, pp. 561-562, pp. 962-969, pp. 982-985. Chile: Editorial Mc. Graw Hill.
Franco, Ricardo; Arriazu, Francisco López; Serafini, Gabriel D. (2008). Física y Química. (Intercambios de energía. Estructura y transformaciones de la materia.), pp. 161-164. Buenos Aires, Argentina: Editorial Santillana.
Rolando, Aída; Jellinek, Mario René (Febrero, 1995). Química 4, pp. 441-460. Bogotá, Colombia: A-Z Editora.
Young, Hugh D.; Freedman, Roger A. (12da. Edición. 2009). Física Universitaria, con física moderna (Volumen 2), pp. 1478-1492. México: Pearson Educación.