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Radiactividad y desintegración

Cataluña · 2020 · Julio
Enunciado
El 614C{}^{14}_{6}\text{C} se produce en la atmósfera por la acción de los rayos cósmicos. Este isótopo es inestable y va decayendo a 714N{}^{14}_{7}\text{N} mediante un proceso de desintegración β\beta, con un periodo de semidesintegración de 5 7305\,730 años. La proporción de 14C{}^{14}\text{C} respecto al 12C{}^{12}\text{C} que hay en la atmósfera es constante a lo largo del tiempo. Los seres vivos asimilan el CO2\text{CO}_2 de la atmósfera sin distinguir si se trata de 12C{}^{12}\text{C} o de 14C{}^{14}\text{C}, y lo hacen en la proporción en que estos isótopos se encuentran de manera natural en la atmósfera. Cuando mueren, los seres dejan de asimilar CO2\text{CO}_2 y, a partir de ese momento, la cantidad de 14C{}^{14}\text{C} va decayendo.

a) (1,25 puntos) Escriba la reacción que corresponde al decaimiento del 14C{}^{14}\text{C} a 14N{}^{14}\text{N}. Incluya, si procede, los antineutrinos.

b) (1,25 puntos) Si una muestra de una madera utilizada en un sarcófago presenta una proporción de 614C{}^{14}_{6}\text{C} de solo el 58 % respecto a la proporción que hay en la atmósfera, encuentre cuál es la antigüedad del sarcófago.
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Resultado
  614C→714N+−1   0e+00νˉe    t=4500 an˜os  \boxed{\;{}^{14}_{6}\text{C} \to {}^{14}_{7}\text{N} + {}^{\;\,0}_{-1}e + {}^{0}_{0}\bar\nu_e\;}\qquad \boxed{\;t = 4500\ \text{años}\;}
Ver la solución oficialla corrección de la PAU, con los puntos de cada paso

Solución oficial

Corrección oficial de la PAU de Cataluña (Generalitat de Catalunya), traducida del catalán. Las puntuaciones de cada paso son las de la pauta de corrección.
a)

1,25 p. 614C→714N+−1   0e+00νˉe{}^{14}_{6}\text{C} \to {}^{14}_{7}\text{N} + {}^{\;\,0}_{-1}e + {}^{0}_{0}\bar\nu_e

En este apartado se penalizará la omisión del antineutrino con 0,25 p.

Alternativamente, se puede escribir −1   0β{}^{\;\,0}_{-1}\beta en lugar de −1   0e{}^{\;\,0}_{-1}e.

b)

0,25 p. m(t)=m0 e−λtm(t) = m_0\,e^{-\lambda t}

0,25 p. 12=e−λT1/2⟹λ=−ln⁡0,5T1/2=1,21×10−4 an˜os−1\dfrac{1}{2} = e^{-\lambda T_{1/2}} \Longrightarrow \lambda = -\dfrac{\ln 0{,}5}{T_{1/2}} = 1{,}21\times 10^{-4}\ \text{años}^{-1}

0,75 p. m(t)m0=0,58=e−λt⟹t=−ln⁡0,58λ=4500 an˜os\dfrac{m(t)}{m_0} = 0{,}58 = e^{-\lambda t} \Longrightarrow t = -\dfrac{\ln 0{,}58}{\lambda} = 4500\ \text{años}

Alternativamente:

1,0 p.0,58=e−λt0,5=e−λT1/2}⟹ln⁡0,58ln⁡0,5=tT1/2\left.\begin{aligned} 0{,}58 &= e^{-\lambda t}\\ 0{,}5 &= e^{-\lambda T_{1/2}} \end{aligned}\right\} \Longrightarrow \frac{\ln 0{,}58}{\ln 0{,}5} = \frac{t}{T_{1/2}}0,25 p. t=T1/2 ln⁡0,58ln⁡0,5=4500 an˜ost = T_{1/2}\,\dfrac{\ln 0{,}58}{\ln 0{,}5} = 4500\ \text{años}

Corrección oficial en PDF (original en catalán)

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