Hola, aquí estoy de nuevo con otro post sobre ciencia. En este caso voy a hablar de un fenómeno muy curioso que ocurrió hace unos 1800 millones de años en un yacimiento de mineral de uranio en Oklo (Gabón). Cuando se habla de fisión nuclear, se asocia este fenómeno con los reactores nucleares que generan energía eléctrica para usos civiles, o con las bombas atómicas. Es decir, que en general se considera que la fisión nuclear es algo que sólo puede ocurrir de forma artificial. Bueno, en la actualidad sí que es cierto, pero existen evidencias de que hace miles de millones de años se produjeron reacciones de fisión nuclear de forma espontánea en ciertos yacimientos de mineral de uranio, siendo el caso de Oklo el más representativo.
¿Cómo es posible que se pudieran producir reactores nucleares naturales en yacimientos de uranio hace tanto tiempo?. Para entenderlo, conviene repasar algunas nociones básicas sobre la fisión nuclear.
La fisión nuclear es un proceso en el que un núcleo de un elemento pesado (típicamente el uranio), se rompe (se fisiona) al ser alcanzado por un neutrón, generándose neutrones extra (generalmente dos o tres, que pueden ser capturados por otros núcleos pesados induciendo nuevas fisiones y dando lugar así a una reacción en cadena), dos núcleos hijos más pequeños (que corresponden a los productos de fisión, que son radiactivos y se desintegran emitiendo partículas beta) y una considerable cantidad de energía, en forma de rayos gamma y de energía cinética de los neutrones y núcleos hijos.
Este proceso se origina con neutrones lentos (también llamados térmicos) sólo en algunos núcleos pesados, de los cuales el único que existe de forma natural es el del isótopo 235 del uranio. Ahora bien, el uranio natural es una mezcla de isótopos, de los cuales el más abundante es el uranio-238, que no experimenta fisión por neutrones lentos, siendo el uranio-235 sólo un 0,7% del uranio natural. De ahí que para aumentar el porcentaje de neutrones que son capturados por otros núcleos de uranio-235 y tener así una fisión en cadena autosostenida que permita el aprovechamiento comercial de la energía de fisión, se recurre a un proceso llamado enriquecimiento, en el que se separa parte del uranio-238 del uranio natural, aumentando así el porcentaje de uranio-235.
Ahora bien, ocurre que el isótopo 235 del uranio se desintegra radioactivamente más rápidamente que el isótopo 238. En concreto, el período de semidesintegración del uranio-235 (tiempo que tarda una cierta cantidad de átomos de un nucleido radioactivo en reducirse a la mitad) es de 704 millones de años frente a 4470 millones de años del uranio-238. Esto se traduce en que, hace unos 2000 millones de años, la abundancia relativa del isótopo 235 en el uranio natural era mucho mayor que ahora, pareciéndose mucho a la del uranio enriquecido actual, lo que permitía reacciones de fisión en cadena en las que el agua actuase como moderador de neutrones.
Esto fue precisamente lo que ocurrió en el yacimiento de Oklo. El yacimiento se inundó de agua subterránea, que actuó como moderador. La reacción nuclear iniciada de forma accidental se mantuvo durante unos 500000 años, generando productos de fisión y elementos transuránicos (o actínidos), exactamente como en los reactores actuales.
Se puede encontrar más información sobre el reactor de Oklo en la wikipedia, y también aquí.
Ahora que las oposiciones han terminado, ya dispongo de más tiempo, y puedo permitirme retomar el blog, que, por cierto, por estas fechas cumple su primer aniversario.
El artículo de hoy es de Química y trata de la reacción de los metales alcalinos con el agua. Es sabido que los metales alcalinos (litio, sodio, potasio, rubidio, cesio y francio) tienen la propiedad de reaccionar vigorosamente con el agua, lo que se debe a su carácter marcadamente reductor (tienen potenciales normales de reducción muy negativos), lo que a su vez se relaciona con su baja electronegatividad (tienen una gran tendencia a perder el electrón del orbital s más externo, adquiriendo así la configuración del gas noble que les precede en la Tabla Periódica). La reacción con el agua de los metales alcalinos es tanto más violenta cuanto mayor sea el peso atómico del metal alcalino, en total consonancia con la disminución de la electronegatividad al descender en el grupo.
Pero una cosa es que te lo expliquen teóricamente y otra es presenciar una demostración práctica, que es lo que se muestra en el vídeo que incluyo al final del post. En el vídeo se puede ver que el rubidio y el cesio son los metales alcalinos que más violentamente reaccionan. Tanto es así, que se tiran al agua metidos en tubos de ensayo que se disuelven al contacto con la misma, para que al lanzarlos el experimentador disponga de unos breves segundos hasta que el tubo se disuelva y tenga lugar la reacción química. En el primer caso, el presentador le pregunta al experimentador cuáles serán los efectos de tirar un tubo de ensayo con rubidio a la bañera. La respuesta es: "¿Has visto alguna vez explotar una granada en una bañera?". Cuando repiten el experimento con el cesio, de nuevo se hace la misma pregunta, y la respuesta es ahora: "¿Has visto alguna vez explotar una carga de profundidad en una bañera?". Bueno, para no liarme más he aquí el vídeo de marras, a ver qué os parece:
Muy espectacular, ¿verdad?. El vídeo se puede encontrar también en Curioso pero inútil. Me enteré de la existencia de este sitio y de este vídeo a través de un amigo. Por cierto, he decidido añadir Curioso pero inútil a mi lista de enlaces.
Pues nada, hasta la próxima.
He descubierto una nueva noticia relacionada con la Química, aparecida en Astroseti con fecha del 31 de enero de 2006. En el centro de investigación nuclear de Dubna (Rusia) con la colaboración del Instituto Paul Scherrer, se han encontrado los elementos 115 y 113 de la Tabla Periódica (de símbolos químicos Uut y Uup). Se añaden así dos nuevos elementos al catálogo de elementos químicos conocidos.
Como se explica en el artículo de Astroseti:
Los elementos pesados se descomponen (o decaen) al emitir átomos de helio con carga, llamados partículas alfa. Las secuencias de esta descomposición fueron empleadas por los científicos americanos, rusos y suizos para probar físicamente la existencia del elemento 115 y el producto de su descomposición después de la emisión de la primera partícula alfa, el elemento 113. Para sintetizar los átomos del elemento 115, se bombardeó un disco giratorio de americio (el objetivo) con haces de calcio. Tras una reacción de fusión entre el objetivo y el haz de partículas, nació el elemento 115. Sin embargo su formación no bastaba para probar la existencia del elemento ya que sus átomos solo viven durante una mera centésima de segundo y son difíciles de detectar. El experimento radioquímico demostró ser un éxito mayor ya que produjo cinco veces el número de átomos requerido.
Como se esperaba, el elemento 115 decayó emitiendo partículas alpha hasta convertirse en el elemento 113 y después, en emisiones posteriores de cuatro partículas alpha, se transformó en dubnio , el elemento 105. Fue en este momento cuando el elegante enfoque experimental del PSI entró en juego. Detrás del disco giratorio de americio se colocó un disco de cobre que recogía todos los átomos emitidos por el elemento 115 desde el objetivo. El disco de cobre era procesado químicamente mediante técnicas de cromatografía líquida, y se observaron 15 átomos de dubnio (que tienen una vida media de 32 horas). El patrón de descomposición de estos átomos aportó las evidencias del experimento físico. Por ello, se probó el descubrimiento del elemento 115 y su progenie, el elemento 113. Todos los elementos que tienen un nº atómico inferior a 113 ya son conocidos.
El descubrimiento tiene un gran interés porque nos acerca al objetivo de comprobar una predicción teórica: la existencia de una "isla de estabilidad" en los núcleos atómicos de masa atómica próxima a 298.
Me explico. Los elementos transuránicos (de número atómico superior al del uranio, que es 92) no existen de forma natural y sólo se pueden obtener artificialmente como consecuencia de reacciones nucleares provocadas por medio de aceleradores de partículas o en los reactores nucleares (el famoso plutonio es un transuránico). Estos elementos sufren desintegración radiactiva, emitiendo partículas alfa (este tipo de desintegración es propia precisamente de núcleos atómicos pesados) y conforme crece su número atómico, su período de semiodesintegración se hace menor, es decir, duran cada vez menos tiempo.
Ahora bien, los teóricos creen que los núcleos atómicos cuya masa atómica está próxima a 298 serían excepcionalmente estables, teniendo vidas medias de hasta varios millones de años. La razón de esta predicción es puramente geométrica: con unos 298 protones y neutrones en el núcleo, éstos se dispondrían formando una esfera perfecta. Los protones y neutrones van formando capas sucesivas de partículas y cuando completan una capa, los núcleos resultantes tienden a ser más estables.
La ciencia ficción ha especulado con la posibilidad de crear nuevos materiales, tales como aleaciones, basados en estos elementos superpesados, pero lo cierto es que es altamente improbable que puedan tener aplicación práctica alguna, pues hoy por hoy sólo se pueden crear unos pocos átomos de los últimos elementos de la Tabla Periódica en los aceleradores de partículas.
De todas formas, como ya he dicho, la búsqueda de la mencionada "isla de estabilidad" de elementos químicos superpesados serviría para confirmar o desmentir las teorías vigentes sobre el nucleo atómico, de ahí su interés.
Bienvenido a mi blog, soy licenciado en químicas y actualmente preparo oposiciones a profesor de Secundaria. Nací en Londres, pero poseo la nacionalidad española, y vivo en Santiago de Compostela (A Coruña). Me gusta la lectura de revistas y libros de divulgación científica, el arroz, el pescado y el marisco (salvo el pulpo), nadar en la piscina y navegar por Internet para descubrir cosas nuevas sobre ciencia y tecnología.
Bienvenido a mi blog, soy licenciado en químicas y actualmente preparo oposiciones a profesor de Secundaria. Nací en Londres, pero poseo la nacionalidad española, y vivo en Santiago de Compostela (A Coruña). Me gusta la lectura de revistas y libros de divulgación científica, el arroz, el pescado y el marisco (salvo el pulpo), nadar en la piscina y navegar por Internet para descubrir cosas nuevas sobre ciencia y tecnología.
