Ejercicios: Estabilidad nuclear y radiactividad

Un átomo de carbono-14 se representa como $^{14}_{6}\text{C}$. Indicá cuántos protones, cuántos neutrones y cuántos electrones tiene el átomo neutro, y explicá qué representa cada uno de los dos números que acompañan al símbolo.

Definí con tus palabras qué es un isótopo y señalá qué tienen en común y en qué se diferencian el $^{12}_{6}\text{C}$ y el $^{14}_{6}\text{C}$ en cuanto a su composición nuclear.

Explicá qué significa que un núcleo sea radiactivo. Luego indicá si la siguiente afirmación es verdadera o falsa y justificá: «Todos los átomos de un mismo elemento tienen núcleos igualmente estables».

Dentro del núcleo los protones se repelen entre sí por tener carga positiva, y aun así el núcleo se mantiene unido. Explicá qué papel cumplen los neutrones y la interacción nuclear fuerte en esa estabilidad, y por qué esa repulsión se vuelve más difícil de compensar en núcleos con muchos protones.

La tabla muestra la composición de tres núcleos:

1. a) Calculá la relación neutrones/protones de cada núcleo.
2. b) Sabiendo que el $^{12}_{6}\text{C}$ es estable y que los otros dos son radiactivos, explicá qué indica la tabla sobre la relación entre la proporción de neutrones y la estabilidad.

Un núcleo de uranio-238 ($^{238}_{92}\text{U}$) emite una partícula alfa ($^{4}_{2}\text{He}$) y se transforma en un nuevo núcleo.

1. a) Escribí la ecuación nuclear de la transformación, determinando el número atómico y el número másico del núcleo que se forma.
2. b) Indicá de qué elemento se trata, consultando la tabla periódica, y explicá por qué esta transformación es un cambio del elemento y no solo de energía.

Valentina afirma: «Si un núcleo tiene demasiados neutrones respecto de los protones, puede estabilizarse transformando un neutrón en un protón; si tiene demasiados protones, ocurre lo contrario». Analizá esta afirmación.

1. a) Escribí la ecuación de la desintegración beta menos del $^{14}_{6}\text{C}$, indicando el núcleo hijo y la partícula emitida ($^{0}_{-1}\text{e}$).
2. b) Explicá cómo varían el número atómico y el número másico en este proceso y por qué la transformación acerca el núcleo a una relación neutrones/protones más estable.
3. c) Decidí si la afirmación de Valentina es correcta y justificá tu respuesta.

Mateo y Sofía discuten sobre dos muestras: una de $^{40}_{19}\text{K}$ (radiactivo) y otra de $^{39}_{19}\text{K}$ (estable). Mateo dice que, como son del mismo elemento, tienen las mismas propiedades químicas y nucleares. Sofía dice que tienen las mismas propiedades químicas pero distinto comportamiento nuclear.

1. a) Determiná la composición nuclear y la configuración electrónica del átomo neutro de cada uno (el número atómico del potasio es 19).
2. b) Argumentá cuál de los dos tiene razón, relacionando la composición del núcleo con la estabilidad y la configuración electrónica con el comportamiento químico.
3. c) Escribí la ecuación de una desintegración beta menos del $^{40}_{19}\text{K}$ e indicá qué elemento se forma, consultando la tabla periódica.