Principios de análisis instrumental

mismo número atómico pero diferente número de masa; es decir, los núcleos de los isótopos de un elemento contienen la misma cantidad de protones pero diferente cantidad de neutrones. Los núclidos estables son aquellos que nunca se han desinte– grado en forma espontánea. En cambio, los radionúclidos sí expe– rimentan desintegración espontánea, la cual da lugar finalmente a núclidos estables. La desintegración radiactiva se produce con la emisión de radiación electromagnética en forma de rayos X o rayos gamma (rayos y); con la formación de electrones, positro– nes y núcleos de helio; o por fisión, en la que un núcleo se rompe en núcleos más pequeños. 32A.1 Productos de la desintegración radiactiva En la tabla 32.1 se enumeran los tipos más importantes de radia– ción (desde el punto de vista de un químico) que se producen en la desintegración radiactiva. Cuatro de estos tipos -partículas alfa, partículas beta, fotones de rayos gamma y fotones de rayos X- se detectan y cuentan con varios de los detectores que se des– cribieron en la sección 12B.4. La mayoría de los métodos radio– químicos se basa en el conteo de los pulsos de electricidad que se producen cuando estas partículas de desintegración o fotones chocan con un detector de radiación. 32A.2 Procesos de desintegración Diversos tipos de procesos de desintegración radiactiva dan lugar a los productos que se enlistan en la tabla 32.1. Desintegración alfa La desintegración alfa es un proceso radiactivo que sucede por lo regular en los radionúclidos más pesados. Aquellos con número de masa menor que 150 aproximadamente (Z = 60) rara vez pro– ducen partículas alfa. La partícula alfa es un núcleo de helio que tiene una masa de 4 y una carga de + 2. Un ejemplo de desintegra– ción alfa se muestra mediante la ecuación (32.1) TABLA 32 . 1 Características de los productos comunes de la desintegración radiactiva - - - Producto Símbolo Carga Número de masa Partícula alfa a +2 4 Partículas beta Negatrón rr -1 1/1840 (~O) Positrón {3 + +1 1/1840 (~O) Rayos gamma '}' o o Rayos X X o o Neutrón n o 1 Neutrino/ vlv o o antineutrino ))) 32A Núclidos radiactivos 815 En este caso, el uranio-238 ( 238 U) se transforma en torio-234 e 34 Th), núclido hijo que tiene un número atómico que es dos uni– dades menor que el del progenitor. Las partículas alfa de un proceso de desintegración particular son monoenergéticas o están distribuidas en un intervalo relativa– mente pequeño de energías distintas. Por ejemplo, el proceso de desintegración que se muestra en la ecuación 32.1 tiene lugar por dos caminos distintos. El primero, que sucede en 77% de las desin– tegraciones, produce partículas alfa con una energía de 4.196 MeV 3 El segundo (23% de las desintegraciones) produce partículas alfa que tienen una energía de 4.149 Me V, las cuales están acompaña– das por la liberación de un rayo gamma de 0.047 MeV Las partículas alfa pierden progresivamente su energía debido a los choques que sufren al atravesar la materia y, con el paso del tiempo, se convierten en átomos de helio luego de capturar dos electrones de su entorno. Su masa y carga relativamente elevadas hacen que las partículas alfa sean muy efectivas en la producción de pares de iones en la materia que atraviesan; esta propiedad faci – lita su detección y medición. Debido a su elevada masa y carga, las partículas alfa tienen un bajo poder de penetración en la mate– ria. La identidad de un radionúclido que sea un emisor alfa puede establecerse si se mide la distancia (o alcance) a la cual las partícu– las alfa emitidas producen pares de iones en un medio concreto, que es a menudo el aire. Las partículas alfa que tienen su origen en la desintegración radiactiva son relativamente ineficaces para pro– ducir núclidos artificiales debido a su bajo poder de penetración. Sin embargo, las partículas alfa se han utilizado como fuentes en los espectrómetros de rayos X con protones alfa que se usaron en la misión del transbordador a Marte (Mars Pathfinder) y en los vehículos que se desplazaron por la superficie marciana. Desintegración beta Cualquier proceso de desintegración en que el número atómico Z cambia, pero el número de masa A permanece constante se consi– dera una desintegración {3. Existen tres tipos de desintegración {3: emisión de un negatrón, emisión de un positrón y captura de elec– trones. Ejemplos de los tres procesos son los siguientes: 1 ¿ C -+ 1 j N + {3 - + v ~gzn-+ ~~Cu + {3 + + v ~~Cr + ?e- -+ ~~ V + rayos X En este caso, v y v representan un antineutrino y un neutrino, res– pectivamente. La tercera ecuación muestra un proceso de desinte– gración denominada captura de electrones. En este caso, la captura de un electrón por el núcleo de i~Cr produce ~~V, pero este pro– ceso deja uno de los orbitales atómicos (por lo regular el 1s, u orbital K, en cuyo caso el proceso se denomina captura K) del vanadio con un electrón menos. Cuando un electrón de uno de los orbitales externos llena el hueco que quedó libre en el proceso de captura, se produce la emisión de rayos X. Hay que destacar que la emisión de un fotón de rayos X no es un proceso nuclear, pero sí lo es cuando el núcleo captura un electrón. Se crean dos tipos de partículas f3 por desintegración radiac– tiva. Los negatrones ({3 - ) son electrones que se forman cuando 3 Las energías asociadas con las reacciones nucleares se expresan por lo regular en millones de electronvoltios (MeV) o miles de electronvoltios (keV).