Por desgracia para los alquimistas, fabricar oro puro mediante elementos químicos no es posible. Sin embargo, se puede fabricar oro mediante la transmutación.
En este artículo conoceremos el proceso de transmutación: qué es, cómo se produce y algunos ejemplos. ¡Sigue leyendo para descubrir cómo los químicos han resuelto por fin este antiguo problema!
- Este artículo trata el tema de la transmutación
- En primer lugar, definiremos qué es la transmutación
- A continuación, conoceremos las causas de la transmutación
- Después, veremos cómo puede producirse la transmutación tanto de forma natural como artificial
- Por último, conoceremos un tipo especial de transmutación llamada fisión nuclear
Definición de transmutación
Empecemos por la definición de transmutación.
Latransmutación es el proceso por el que un núcleo gana o pierde protones para convertirse en un nuevo elemento con un número atómico diferente.
Básicamente, "transmutación" es cuando un elemento se convierte en otro mediante algún tipo de proceso nuclear.
Frederick Soddy y Ernest Rutherford tuvieron la primera observación real de la transmutación en 1901, cuando observaron cómo el torio se convertía en radio mediante desintegración radiactiva.
Soddy gritó entonces: "¡Rutherford, esto es transmutación!".
Rutherford replicó: "¡Soddy, no lo llames transmutación, nos matarán por alquimistas!".
Causas de la transmutación
Existen dos tipos principales de transmutación:
Reacciones nucleares
Desintegración radiactiva
Las reaccionesnucleares se producen cuando dos núcleos (o un núcleo y otra partícula subatómica) chocan para formar uno o varios núcleos nuevos.
La desintegraciónradiactiva es el proceso por el que un núcleo inestable se estabiliza mediante la radiación
Existen dos "causas" principales de la transmutación: la natural y la artificial. Vamos a desglosarlas.
Transmutación natural
Centrémonos primero en la transmutación natural.
Desintegración radiactiva
La desintegración radiactiva se produce de forma natural cuando un núcleo se vuelve demasiado inestable. Para estabilizarse, emite radiaciones en forma de partículas, como neutrones o partículas alfa (núcleo de helio).
La desintegración radiactiva no siempre transforma un elemento en una nueva especie. Por ejemplo, el carbono-14 puede emitir (perder) neutrones para formar carbono-12
Por ejemplo, he aquí el proceso del radio-226 emitiendo una partícula alfa para convertirse en radón-222:
Fig.1-Desintegración radiactiva del radio-226
El número de arriba a la izquierda es la masa atómica, que equivale al número de protones + neutrones. El número de abajo a la izquierda es el número atómico, que es igual al número de protones. Cada elemento tiene un número atómico único, por lo que un cambio en los protones da lugar a un cambio de elemento.
En este caso, el radio pierde dos protones cuando emite la partícula alfa, lo que hace que se convierta en radón.
Reacciones nucleares
La principal reacción nuclear natural es la nucleosíntesis estelar.
Lanucleosíntesis estelar es la creación de nuevos elementos dentro de las estrellas mediante el proceso de fusión nuclear
La fusiónnuclear es el proceso por el que dos o más núcleos se combinan para formar uno o más núcleos nuevos y partículas subatómicas
Fig.2-El proceso de fusión solar
Básicamente, diferentes núcleos de hidrógeno chocaron entre sí hasta que tuvieron suficientes protones y neutrones para formar un átomo de helio estable.
¿Sabías que el proceso de fusión solar produce 3,8x1026 julios de energía por segundo? Eso es energía suficiente para alimentar 6,3x1024 bombillas de 60 vatios por segundo o alimentar una bombilla de 60 vatios durante 2x1014 milenios. ¡Eso es mucha energía!
Transmutación artificial
Hablemos ahora de la transmutación artificial.
Cuando las partículas de un acelerador lineal, ciclotrón o sincrotrón chocan con átomos de un elemento, el átomo cambia de alguna manera. Esto se llama transmutación "artificial" o "inducida". Todos los elementos con números atómicos superiores a 92, como el plutonio, son fabricados por el ser humano mediante un proceso llamado transmutación. La mayoría de las reacciones nucleares implican la transmutación artificial de elementos, pero suelen llamarse "fisión", "fusión" o "irradiación" en lugar de "transmutación".
Fig.3-Un acelerador lineal
Utilizando aceleradores de partículas que bombardean elementos con partículas alfa, deuterones o núcleos pequeños, es posible transformar un elemento en otro. Algunos protones de las partículas bombardeadoras se quedan atrapados en el núcleo del elemento objetivo, lo que acelera el cambio. En un reactor nuclear, los neutrones golpean el núcleo objetivo, lo que hace que los núcleos se separen.
En las primeras pruebas, se golpeó un núcleo con partículas alfa de bismuto-214 (214Bi) que se movían muy rápidamente. Rutherford realizó la primera reacción nuclear con estas partículas alfa y nitrógeno en 1919. En esta reacción, un núcleo de helio de movimiento rápido reaccionó con un núcleo de nitrógeno de movimiento lento para formar dos nuevos núcleos y un protón. Esto demostró que los elementos pueden transformarse en otras cosas.
Rutherford, físico, obtuvo el Premio Nobel de Química en 1908 por hacer esencialmente alquimia. La alquimia no convirtió el plomo en oro, como muchos alquimistas habían esperado durante siglos, ¡pero permitió que algunos elementos se transformaran en otros!
Ejemplos de transmutación artificial
He aquí algunos ejemplos de transmutación artificial:
1-Destruyendo una partícula alfa en el núcleo del nitrógeno, puedes convertirlo en oxígeno. Como parte del cambio, se forma un único átomo de hidrógeno.
$$^{14}_7Ne + ^4_2He πrightarrow ^{17}_8O + ^1_1H$$
2-Añadir una partícula alfa al núcleo del aluminio lo transforma en fósforo. Como resultado del cambio, se produce un neutrón.
$$^{27}_{13}Al + ^4_2He πrightarrow ^{30}_{15}P + ^1_0n$$
Es importante recordar que las tres "leyes de conservación" se aplican a las reacciones nucleares:
- La carga permanece igual, lo que significa que el total de las cargas de la izquierda es el mismo que el total de las cargas de la derecha.
- En una reacción nuclear, no cambia el número de nucleones.
- La relación entre masa y energía es estable.
Fisión nuclear
Antes hemos hablado de la fusión nuclear, pero también existe la reacción "opuesta" llamada fisión nuclear
La fisiónnuclear es el proceso de división de un núcleo pesado, ya sea espontáneamente o durante el impacto con otra partícula
Por ejemplo, a continuación se muestra la escisión del uranio debido a la colisión con un neutrón:
Fig.4-Fisión nuclear del uranio
Cuando un neutrón choca contra un átomo mayor, hace que el átomo mayor se excite y se divida en dos átomos más pequeños. Estos átomos más pequeños se denominan productos de fisión. También se desprenden neutrones, lo que puede desencadenar una reacción en cadena. Cuando cada átomo se rompe, desprende una enorme cantidad de energía.
El uranio y el plutonio se utilizan sobre todo en los reactores nucleares de potencia para las reacciones de fisión, porque son fáciles de poner en marcha y mantener bajo control. En estos reactores, la fisión desprende energía que calienta el agua para producir vapor. El vapor hace girar una turbina para producir electricidad que no contiene carbono.
Transmutación - Puntos clave
- Latransmutación es el proceso por el que un núcleo gana o pierde protones para convertirse en un nuevo elemento con un número atómico diferente.
- Lasreacciones nucleares se producen cuando dos núcleos (o un núcleo y otra partícula subatómica) chocan para formar uno o más núcleos nuevos.
- Ladesintegración radiactiva es el proceso por el que un núcleo inestable se estabiliza mediante la radiación
- Lanucleosíntesis estelar es la creación de nuevos elementos dentro de las estrellas mediante el proceso de fusión nuclear
- Lafusión nuclear es el proceso por el que dos o más núcleos se combinan para formar uno o más núcleos nuevos y partículas subatómicas.
- Lafisión nuclear es el proceso de división de un núcleo pesado, ya sea espontáneamente o durante el impacto con otra partícula.
Referencias
- Fig.1-Desintegración radiactiva del radio-226 (https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/2/21/Alpha-decay-example.svg/640px-Alpha-decay-example.svg.png) por MikeRun en Wikimedia Commons bajo licencia CC BY-SA 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0/)
- Fig.2-El proceso de fusión solar (https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/7/78/FusionintheSun.svg/640px-FusionintheSun.svg.png) por Borb (https://commons.wikimedia.org/wiki/User:Borb) bajo licencia CC BY-SA 3.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/)
- Fig.4-Fisión nuclear del uranio (https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/a/a8/Nuclear_fission_reaction.svg/640px-Nuclear_fission_reaction.svg.png) por MikeRun en Wikimedia Commons bajo licencia CC BY-SA 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0/)
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