FísicaMedio2,5 pts

Radiactividad y desintegración

Cataluña · 2022 · Junio
Enunciado
El gas radón es una de las fuentes de radiactividad natural más abundantes de la Tierra. El radón proviene de la descomposición de elementos radiactivos naturales (como el uranio y el torio). El gas se difunde a través del suelo hasta llegar a la superficie. La cadena de desintegración del radón 86222Rn{}^{222}_{86}\text{Rn} incluye ocho desintegraciones radiactivas, hasta que se forma el isótopo estable del plomo 82206Pb{}^{206}_{82}\text{Pb}. En la figura siguiente se representan los núcleos que forman parte de esta cadena de desintegración nuclear. Al lado de cada núcleo se indica su periodo de semidesintegración.
Cadena de desintegración del radón-222 hasta el plomo-206, pasando por Po-218, Pb-214, Bi-214, Po-214, Pb-210, Bi-210 y Po-210, con el periodo de semidesintegración de cada núcleo
Cadena de desintegración del radón-222 hasta el plomo-206, pasando por Po-218, Pb-214, Bi-214, Po-214, Pb-210, Bi-210 y Po-210, con el periodo de semidesintegración de cada núcleo
a) (1,25 puntos) Escriba las reacciones nucleares que permiten llegar al 82206Pb{}^{206}_{82}\text{Pb} a partir del 86222Rn{}^{222}_{86}\text{Rn}.

b) (1,25 puntos) La gráfica siguiente corresponde a la evolución de los núcleos de una de las desintegraciones radiactivas de la cadena del radón. La muestra estudiada inicialmente tenía 8,00×10238{,}00\times 10^{23} núcleos. A partir de la gráfica, determine cuál es el periodo de semidesintegración de la muestra y razone a qué núcleo de la cadena corresponde. Con este dato, calcule cuántos días deben pasar hasta que se hayan desintegrado 7,95×10237{,}95\times 10^{23} átomos.
Número de átomos (×10²³) frente al tiempo (días) entre 0 y 12 días: baja desde 8
Número de átomos (×10²³) frente al tiempo (días) entre 0 y 12 días: baja desde 8
Comprobar el resultadocompara con lo que te ha salido
Resultado
  Cuatro desintegraciones α y cuatro β− de 86222Rn a 82206Pb  \boxed{\;\text{Cuatro desintegraciones } \alpha \text{ y cuatro } \beta^- \text{ de } {}^{222}_{86}\text{Rn a } {}^{206}_{82}\text{Pb}\;}  T1/2=3,5 dıˊas: 83210Bi    t=25,4 dıˊas  \boxed{\;T_{1/2} = 3{,}5\ \text{días: } {}^{210}_{83}\text{Bi}\;}\qquad \boxed{\;t = 25{,}4\ \text{días}\;}
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)

0,15 p. 86222Rn→84218Po+24α{}^{222}_{86}\text{Rn} \to {}^{218}_{84}\text{Po} + {}^{4}_{2}\alpha

0,15 p. 84218Po→82214Pb+24α{}^{218}_{84}\text{Po} \to {}^{214}_{82}\text{Pb} + {}^{4}_{2}\alpha

0,15 p. 82214Pb→83214Bi+−1   0e+νˉe{}^{214}_{82}\text{Pb} \to {}^{214}_{83}\text{Bi} + {}^{\;\,0}_{-1}e + \bar\nu_e

0,15 p. 83214Bi→84214Po+−1   0e+νˉe{}^{214}_{83}\text{Bi} \to {}^{214}_{84}\text{Po} + {}^{\;\,0}_{-1}e + \bar\nu_e

0,15 p. 84214Po→82210Pb+24α{}^{214}_{84}\text{Po} \to {}^{210}_{82}\text{Pb} + {}^{4}_{2}\alpha

0,15 p. 82210Pb→83210Bi+−1   0e+νˉe{}^{210}_{82}\text{Pb} \to {}^{210}_{83}\text{Bi} + {}^{\;\,0}_{-1}e + \bar\nu_e

0,15 p. 83210Bi→84210Po+−1   0e+νˉe{}^{210}_{83}\text{Bi} \to {}^{210}_{84}\text{Po} + {}^{\;\,0}_{-1}e + \bar\nu_e

0,2 p. 84210Po→82206Pb+24α{}^{210}_{84}\text{Po} \to {}^{206}_{82}\text{Pb} + {}^{4}_{2}\alpha

Alternativamente, se puede escribir 24He{}^{4}_{2}\text{He} en lugar de 24α{}^{4}_{2}\alpha, o bien −1   0β{}^{\;\,0}_{-1}\beta en lugar de −1   0e{}^{\;\,0}_{-1}e.

b)

0,75 p. El periodo de semidesintegración corresponde al tiempo necesario para desintegrar la mitad de los núcleos iniciales, 8⋅1023/2=4⋅10238\cdot 10^{23}/2 = 4\cdot 10^{23}.
La misma gráfica con la lectura del periodo: el número de átomos llega a 4·10²³ a los 3,5 días
La misma gráfica con la lectura del periodo: el número de átomos llega a 4·10²³ a los 3,5 días
De la gráfica obtenemos T1/2=3,5T_{1/2} = 3{,}5 días, es decir, corresponde a la desintegración del 83210Bi{}^{210}_{83}\text{Bi}.

0,25 p.N(t)=N0 e−λt12=e−λT1/2  ⟹  λ=−ln⁡0,5T1/2=0,200 dıˊas−1N(t) = N_0\,e^{-\lambda t}\qquad \frac{1}{2} = e^{-\lambda T_{1/2}} \;\Longrightarrow\; \lambda = -\frac{\ln 0{,}5}{T_{1/2}} = 0{,}200\ \text{días}^{-1}0,25 p. N(t)=8×1023−7,95×1023=5,0×1021N(t) = 8\times 10^{23} - 7{,}95\times 10^{23} = 5{,}0\times 10^{21}N(t)N0=5×10218×1023=6,25×10−3=e−λt  ⟹  t=−ln⁡(6,25×10−3)λ=25,4 dıˊas\frac{N(t)}{N_0} = \frac{5\times 10^{21}}{8\times 10^{23}} = 6{,}25\times 10^{-3} = e^{-\lambda t} \;\Longrightarrow\; t = -\frac{\ln(6{,}25\times 10^{-3})}{\lambda} = 25{,}4\ \text{días}Alternativamente:

0,25 p. N(t)=8×1023−7,95×1023=5,0×1021N(t) = 8\times 10^{23} - 7{,}95\times 10^{23} = 5{,}0\times 10^{21}N(t)N0=5×10218×1023=6,25×10−3\frac{N(t)}{N_0} = \frac{5\times 10^{21}}{8\times 10^{23}} = 6{,}25\times 10^{-3}0,25 p.6,25×10−3=e−λt0,5=e−λT1/2}  ⟹  ln⁡6,25×10−3ln⁡0,5=tT1/2\left.\begin{aligned} 6{,}25\times 10^{-3} &= e^{-\lambda t}\\ 0{,}5 &= e^{-\lambda T_{1/2}} \end{aligned}\right\} \;\Longrightarrow\; \frac{\ln 6{,}25\times 10^{-3}}{\ln 0{,}5} = \frac{t}{T_{1/2}}t=T1/2 ln⁡6,25×10−3ln⁡0,5=25,4 dıˊast = T_{1/2}\,\frac{\ln 6{,}25\times 10^{-3}}{\ln 0{,}5} = 25{,}4\ \text{días}

Corrección oficial en PDF (original en catalán)

¿Has terminado el problema?
¿Te atascas?Manda tu duda a tu profesor o al equipo, o pregunta a otros estudiantes en la comunidad.
Sigue practicandoApuntes y todos los problemas de Física moderna →