Radioactivitat i Espectroscòpia: Conceptes Fonamentals

Radioactivitat

La radioactivitat és un fenomen que fa que els nuclis atòmics inestables de determinats elements emetin radiació de forma espontània. Aquest fenomen va ser descobert el 1896 mentre s'investigaven substàncies fosforescents. Antoine-Henri Becquerel (1852-1908), premi Nobel de Física el 1903, va exposar a la llum diferents substàncies, com les sals d'urani, damunt unes plaques fotogràfiques embolicades amb paper negre i va veure que s'havien impressionat a la placa. Un dia va deduir que hi havia una radiació desconeguda que no era provocada per fosforescència. Aquest fenomen és la radioactivitat i les substàncies que la presenten són les substàncies radioactives.

El matrimoni Curie va estudiar l'origen de la radiació i van descobrir dos elements desconeguts que presenten una activitat superior a l'urani: el poloni i el radi, que tenen una massa atòmica elevada. Van comprovar que hi ha tres tipus de radiació:

Tipus de Radiació

• Alfa (α): Formats per partícules amb una massa que és 4 vegades la massa de l'àtom d'hidrogen i, per tant, igual a l'àtom d'heli. Tenen càrrega positiva que és el doble de la de l'electró i tenen molta velocitat, però són poc penetrants (un full de paper els atura).
• Beta (β): Formats per electrons molt ràpids, més penetrants que els alfa (poden travessar una mà però ser aturats per una làmina d'alumini). Tenen càrrega negativa.
• Gamma (γ): Radiació semblant a la llum o als raigs X però més energètica. Són molt penetrants i només poden ser aturats per un bloc gruixut de formigó.

Marie Curie (1867-1934), física i química polonesa, va ser pionera en els primers temps de l'estudi de la radioactivitat. Va ser la primera dona professora a la Universitat de París. El 1903 va compartir el premi Nobel de Física i el 1911 va rebre el premi Nobel de Química per l'aïllament del radi pur.

James Chadwick (1891-1974) va descobrir el neutró el 1932. Intentant determinar la causa de l'excés de massa de l'àtom d'heli va descobrir una nova partícula dels nuclis atòmics, amb massa semblant a la del protó però sense càrrega elèctrica.

Espectroscòpia

L'espectroscòpia és l'estudi de la llum emesa o absorbida per àtoms, és a dir, la llum que prové de substàncies en estat gasós quan s'escalfen.

Teoria Ondulatòria de la Llum

La llum és una ona o radiació electromagnètica. Les ones electromagnètiques tenen un caràcter elèctric i magnètic, no necessiten un medi per propagar-se i la seva velocitat de propagació és constant.

Tenen longitud d'ona i freqüència.

Teoria Corpuscular de la Llum

La llum està formada per un corrent de partícules anomenades fotons, que és el corpuscle de la llum (té energia però no massa), per tant, és la unitat corpuscular de la llum.

Quan un feix fi de llum blanca travessa un prisma, se separa en un feix més ample de diferents colors. Per tant, la llum blanca està composta per diferents colors i el prisma és capaç de descompondre-la perquè les llums de colors tenen longituds d'ona diferents que travessen el prisma a diferents velocitats. El color menys desviat és el vermell i el més desviat és el violat. El fenomen de descomposició de la llum blanca és la dispersió de la llum. La banda de colors s'anomena espectre visible.

El conjunt de bandes de diferents freqüències, per la dispersió de la radiació emesa per un àtom, una làmpada d'incandescència, el Sol o una font d'energia, és l'espectre. Els elements tenen un espectre atòmic característic que permet identificar-los.

Tipus d'Espectres

• Espectre d'emissió continu: Analitza la llum d'un sòlid escalfat a temperatura alta. Conté totes les longituds d'ona. Si fem passar la llum per un espectroscopi, s'obté un conjunt de ratlles de color separades entre si.
• Espectre d'emissió discontinu: La llum emesa no té totes les longituds d'ona. Correspon a àtoms gasosos, per tant, és l'espectre atòmic.
• Espectre d'absorció: Les ratlles coincideixen amb les de l'espectre d'emissió. Això vol dir que el gas absorbeix radiació de la mateixa freqüència que és capaç d'emetre.

Ionització

Els electrons es mantenen a l'àtom per forces electrostàtiques d'atracció amb el nucli. Si s'extreuen, es formen ions positius. Aquest procés és la ionització i implica aportar energia. L'energia de ionització és l'energia mínima necessària per extreure un electró d'un àtom. Aquesta energia creix a mesura que traiem un electró més, ja que cada cop el nucli és més positiu.