Principios de análisis instrumental

816 Capítulo 32 Métodos radioquímicos <« uno de los neutrones en el núcleo se transforma en un protón. En cambio, los positrones (/3+), cuya masa es la del electrón, se forman cuando el número de protones en el núcleo disminuye en una unidad. El positrón tiene una existencia transitoria; su des– tino es ser aniquilado en una reacción con un electrón para dar dos fotones de 0.511 Me V. En contraste con la emisión alfa, la desintegración beta se caracteriza por producir partículas con un espectro continuo de energías que van desde casi cero hasta un máximo que es carac– terístico de cada proceso de desintegración. La partícula f3 no es ni con mucho tan efectiva como la partícula alfa en la produc– ción de pares de iones en la materia debido a su pequeña masa (alrededor de 1/7000 la de una partícula alfa). Al mismo tiempo, su poder de penetración es sustancialmente mayor que el de una partícula alfa. Las energías de las partículas beta se expresan a menudo en función del espesor de una sustancia absorbente, por lo regular aluminio, necesario para detener la partícula. Emisión de rayos gamma Muchos procesos de emisión alfa y beta dejan un núcleo en estado excitado, que vuelve al estado fundamental en una o más etapas cuantizadas con la liberación de fotones de rayos gamma monoenergéticos. Es importante señalar que los rayos gamma no se distinguen de los rayos X de igual energía, excepto por su fuente. Los rayos gamma se producen por relajaciones nuclea– res y los rayos X provienen de relajaciones de los electrones. El espectro de emisión de los rayos gamma es característico para cada núclido y, por tanto, útil para identificar radionúclidos. No es sorprendente que la radiación gamma sea muy pe– netrante. En su interacción con la materia, los rayos gamma pier– den energía por tres mecanismos. El que predomine uno u otro depende de la energía del fotón de rayos gamma. Con radiación gamma de baja energía, predomina el efecto fotoeléctrico . En este caso, el fotón de rayos gamma desaparece después de expulsar un electrón de un orbital del átomo diana (por lo regular, un orbi– tal K). La energía del fotón se consume por completo para supe– rar la energía de enlace del electrón y para proporcionar energía cinética al electrón expulsado. El efecto Compton aparece con rayos gamma relativamente energéticos. En este caso, también es expulsado un electrón del átomo, pero adquiere sólo parte de la energía del fotón. El fotón, ahora con menor energía, sale del electrón y puede dar lugar a nuevos efectos Compton o interac– ciones fotoeléctricas. Si el fotón de radiación gamma posee ener– gía lo suficientemente elevada (al menos 1.022 MeV), puede tener lugar una producción de pares. En este caso, el fotón es totalmente absorbido y se crea un positrón y un electrón en el campo que rodea al núcleo. Emisión de rayos X Muchos procesos producen la pérdida de electrones de los orbi– tales más internos de un átomo. Los rayos X se forman enton– ces a partir de transiciones electrónicas en las que los electrones más externos llenan los huecos vacantes creados por el proceso nuclear. Uno de los procesos es la captura de electrón, que ya se trató antes. Un segundo proceso que puede producir rayos X es la conversión interna, un tipo de proceso nuclear que es otra posi– bilidad aparte de la emisión de rayos gamma. En este caso, una interacción electromagnética entre el núcleo excitado y un elec- trón extranuclear produce la expulsión de un electrón de un orbi– tal cuya energía cinética es igual a la diferencia entre la energía de transición nuclear y la energía de enlace del electrón (véase la sección 12A.3) . La emisión de este denominado electrón de con– versión interna deja un hueco en el orbital K, L u otro orbital más alto. Los rayos X se emiten cuando el orbital se llena por una tran– sición electrónica. 32A.3 Velocidades de desintegración radiactiva La desintegración radiactiva es un proceso totalmente aleatorio. Por tanto, aunque no se puede hacer ninguna predicción respecto al tiempo de vida de un núcleo concreto, el comportamiento de un gran conjunto de núcleos idénticos se puede describir mediante una ecuación de velocidad de primer orden dN - - =AN dt (32.2) donde N representa el número de núcleos radiactivos de un deter– minado tipo en la muestra en un tiempo t y A es la constante de desintegración característica del radionúclido. Al reordenar esta ecuación e integrar en el intervalo entre t = O y t = t (durante el cual el número de núcleos radiactivos en la muestra disminuye de N 0 a N), se obtiene o bien N In - = -At No (32.3) (32.4) La vida media t 112 de un núclido radiactivo se define como el tiempo necesario para que se desintegre la mitad de los átomos radiactivos en una muestra. Por consiguiente, la vida media es el tiempo requerido para que N disminuya a N 0 /2. Al sustituir N 0 /2 por N en la ecuación 32.3 se obtiene In 2 0.693 tl/2 =----¡---= - A- (32.5) Las vidas medias de las especies radiactivas oscilan entre pocas fracciones de segundo a muchos miles de millones de años. La actividad A de un radionúclido se define como su velo– cidad de desintegración. Así, a partir de la ecuación 32.2, resulta dN A=- - = AN dt (32.6) La actividad se expresa en unidades de segundos recíprocos. El becquerel (Bq) corresponde a una desintegración por segundo. Es decir, 1 Bq = 1 s- 1 • Una unidad antigua de actividad, pero toda– vía muy utilizada, es el curie (Ci), que fue originalmente definido como la actividad de 1 g de radio-226. Un curie es igual a 3.7 X 10 10 Bq. En radioquímica analítica las actividades de los analitos ~ Simu~ación: ~~renda más a.cerca de velocida~es de conteo -~-- y des111tegrac10n en www.tlnyurl.com/skoogpla7 * 'Este material se encuentra disponible en inglés.