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Estabilidad nuclear y ecuaciones nucleares

Transcripción del video

en el último vídeo hablamos del núcleo de helio que contiene dos protones y dos neutrones de hecho los protones y neutrones en el núcleo se les conoce como nucleón es muy bien estos son núcleo nes y vamos a utilizar este término varias veces en este vídeo así que de hecho aquí tenemos una digamos una imagen del núcleo verdad que tiene dos protones y dos neutrones y sabemos que es estable ok a pesar de que sabemos que las cargas iguales se repelen verdad estas dos cargas que son iguales se repele la digamos la una con la otra y esa es la fuerza electrostáticas quizás debamos escribir eso esa fuerza es la fuerza electrostática electrostática muy bien fuerza electrostática sí es cierto que el núcleo es estable entonces debe existir otra cosa que está manteniendo el núcleo junto verdad ya eso es a lo que conocemos como a la fuerza nuclear fuerte muy bien eso que mantiene digamos unido al núcleo es la fuerza nuclear fuerte y por supuesto para que esto se mantenga unido es una fuerza que es mayor a la fuerza electrostática la fuerza nuclear fuerte actúa sólo a distancias cortas y de hecho actúa entre todos los núcleos por ejemplo una interacción entre protón y protones exactamente igual que la interacción entre protones y neutrones que de hecho es igual a la interacción entre dos neutrones muy bien y de hecho podríamos adentrarnos en más detalle digamos hablando de la fuerza nuclear fuerte pero no es no es el punto de este vídeo que el punto que que vamos a trabajar aquí es que el núcleo es estable y vamos a pensar porque es que el núcleo es estable así que pensamos primero en el número atómico que en este caso sería dos que nos dice el número de protones verdad el número de protones lo vamos a representar con la letra z muy bien mientras que el número de neutrones lo vamos a representar con la letra n mayúscula ok y vamos a enfocarnos en la proporción que hay entre neutrones y protones así que consideremos la proporción que hay digamos entre neutrones y protones muy bien y que para este caso que tenemos del núcleo de helio cuatro serían dos neutrones dividido entre dos protones y eso nos da una proporción igual a 1 verdad entonces lo que sabemos hasta ahora es que si el número de protones es más chico que 20 entonces una condición para que el núcleo se estable es que la proporción entre núcleos el perdón entre neutrones y protones tiene que ser uno para que el núcleo sea estable en otras palabras el núcleo debe tener el mismo número de protones que de neutrones muy bien y así es como se mantiene estable el núcleo en este caso por supuesto para el núcleo de helio 4 es estable ahora bien pensemos que ocurre con el núcleo de carbono 14 que es uno de los ejemplos más típicos pensamos en el núcleo de carbono 14 verdad el número atómico del carbono 14 es6 tenemos aquí el número atómico que seis eso nos dice que tenemos seis protones en el núcleo verdad ahora si queremos calcular el número de neutrones tenemos que restar seis a catorce y eso nos da 8 neutrones verdad al número de massa le restamos el número atómico así que pensemos cuál sería la proporción que hay entre neutrones y protones verdad con pensamos en este cociente en este caso tendremos ocho neutrones y lo vamos a dividir entre 6 protones verdad y esto por supuesto es un número más grande que uno es un número mayor que uno y por lo tanto tenemos un núcleo inestable muy bien el núcleo del carbono 14 es inestable es radiactivo verdad y de hecho va a experimentar decaimiento espontáneo y va a tratar de obtener la mejor proporción entre neutrones y protones así que fijémonos en la ecuación nuclear que representa el decaimiento radiactivo o espontáneo del carbono 14 la ecuación sería la siguiente tenemos carbono 14 verdad y nos da un electrón verdad más nitrógeno 14 verdad y ahí tenemos nuestra ecuación nuclear y por supuesto cuando escribimos ecuaciones nucleares sólo representamos los núcleos así que por ejemplo del lado izquierdo tenemos el carbono 14 el núcleo de carbono 14 verdad sólo estamos hablando de núcleos y por lo tanto sólo estamos hablando de 6 protones verdad en este caso tendremos seis portones y 8 neutrones de hecho vamos a escribir que tenemos seis protón es verdad y lo que ocurre aquí es que el núcleo de carbono 14 va a ceder un electrón lo cual es bastante raro cierto y vamos a hablar más un poquito más de esto en el próximo video eso es una conversión que está gobernada por la fuerza nuclear débil pero bueno nosotros sabemos que un electrón tiene una carga negativa verdad y por eso así estamos derrotándolo en esta parte entonces un electrón tiene una carga negativa muy bien ahí está la carga negativa del electrón y el carbono 14 o al menos el núcleo del carbono 14 se va a convertir en un núcleo de nitrógeno 14 en este caso el número atómico es 7 lo cual nos dice que tenemos siete protones verdad tenemos siete protones en el núcleo del carbono 14 ahora bien si el número de massa es 14 entonces tendremos que restar 14 - 7 para obtener el número de neutrones en este caso 14 - siete serían siete verdad entonces tenemos siete neutrones ahora pensemos cuál sería la proporción que hay entre neutrones y protones en este caso tendremos neutrones dividido entre el número de protones serían siete entre 7 que es igual a 1 así que esto implica que tenemos un núcleo estable esta es la razón por la cual el carbono 14 hace un decaimiento radiactivo ok empezamos viendo que el número de núcleos nes se conserva así que dejen de utilizar otro color para ver esto del lado izquierdo tenemos 14 nucleón es cierto que en este caso son seis protones y 8 neutrones ahora bien pensemos que tenemos del lado derecho también tenemos 14 neutro el perdón núcleo no es verdad tenemos siete protones y 7 neutrones así que obviamente un electrón no es un protón ni es un neutrón los núcleos es se conservan en este tipo de reacciones así que del lado izquierdo tenemos 14 núcleo nes mientras que del lado derecho en este caso son cero y en el caso del nitrógeno serán 14 así que tenemos una conservación del número de new look leonés la otra cuestión que se conserva es la carga verdad y podemos ver eso de aquí abajo verdad del lado izquierdo tenemos una carga total de 6 mientras que del lado derecho tenemos una carga negativa y 7 positivas lo cual nos da una carga de seis positivos bueno tenemos un una carga de más 6 así que tanto los núcleos se conservan como la carga en una ecuación nuclear y no tenemos qué es lo que hemos obtenido en ésta digamos identidad verdad fuimos de carbono a nitro geno y esto fue porque cambiamos el número de protones fuimos de 6 protones a 7 protón es cierto así que esta es la idea de las transmutaciones de cambiar de un elemento en otro elemento así que para para los núcleos con pequeños números de protones la proporción entre en neutrones y protones digamos la ideal es que sea uno a uno verdad para núcleos con más protones resulta ser que esa proporción cambia así que vamos a fijarnos en eso a medida que mt incrementemos protones la proporción para un spa un núcleo estable va a cambiar así que hagamos espacio aquí a trabajar un poco así que a medida que aumentamos el número de protones la proporción entre neutrones y protones va a cambiar de hecho esto será igual a 1.5 a medida que incrementemos el número de protones así que si superamos digamos los 20 protones mientras más y más protones obtenemos necesitaremos más neutrones necesitamos más neutrones y podríamos pensar porque digamos pensamos que aquí tenemos un núcleo muy grande y por supuesto esto es una caricatura muy o una representación muy pobre de lo que es un núcleo pero pensemos en dos protones ok penn dejen usar otro color pensemos en dos protones que estén por supuesto muy cerca nosotros ya sabemos que hay una repulsión electrostática débil aquí entre estos dos protones verdad estos dos tratarán de alejarse debido a la a la repulsión electrostática y también hay una fuerza nuclear fuerte verdad es una fuerza nuclear fuerte entre estos dos protones verdad y de hecho sabemos que la fuerza nuclear fuerte le gana a la electrostática pero eso sólo es cuando estamos considerando pequeñas distancias y tenemos dos protones que estén alejados por ejemplo que tengamos aquí y otro acá entre estos dos protones todavía existe fuerza repulsivas muy bien eso debido a que tienen la misma carga sin embargo ya no va a existir la fuerza nuclear fuerte y debido a que ya no tenemos la fuerza nuclear fuerte entonces eventualmente tenemos que incrementar el número de neutrones para poder mantenerlos unidos verdad si aumentamos muchísimo el número de protones aumentamos la fuerza electroestática y llegaremos a un punto en el que necesitamos mayor fuerza nuclear fuerte verdad así que necesitamos agregar varios neutrones vamos a tener que hacer dar más neutrones verdad más neutrones y esa es la razón por la cual hay que aumentar esta proporción verdad necesitaremos más neutrones a medida que aumentemos el número de protones así que a medida que digamos pasemos el valor de 83 protones digamos que que tengamos al menos 83 protones ok entonces tenemos un número atómico mayor que 83 y está digamos fuerza repulsiva electrostática de la que hemos hablado es tan grande que prácticamente todo el núcleo es inestable y entonces tendremos decaimiento radiactivo vamos a hablar de esto en el próximo video sobre los tipos de cambio radiactivo que podríamos encontrar