La Radiactividad, una herramienta para medir el tiempo

Alejandro Aguirre F. [1]

[1] Universidad Central del Ecuador-Fac. Ciencias Químicas-Química de Alimentos

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El tiempo en definitiva se enmarca dentro de lo más ambiguo de la existencia humana, es de suponerse también sea una gran inconformidad del hombre, porque nunca será suficiente, tanto es que el hombre se ha concentrado en estudiar su transcurrir, se le ha brindado nombre, unidades físicas para conceder formalmente una dimensión existente para explicarlo y aun así la ciencia se encuentra en la tarea de intentar romper sus “límites” casi de una forma irracional buscando evitar lo inevitable. El tiempo ha tenido sin numero de definiciones, la física menciona que el tiempo es una dimensión que representa la sucesión de estados por los que atraviesa la materia y la energía; la definición física moderna menciona:

No hay espacio ni tiempo fuera del límite de tu universo; el tiempo ocurre inexorablemente.

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Hasta hace poco, el cálculo de miles de años en el pasado es decir, para  referirnos a espacios de tiempo pertenecientes a la prehistoria e incluso la historia, eran efectuados mediante cálculos esencialmente empíricos que se sostienen únicamente en la habilidad deductiva de los más experimentados paleontólogos. En la actualidad  y gracias a los estudios de la radiactividad, se puede calcular la edad de los fósiles y de los minerales.

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El nuevo método consiste en la velocidad de disgregación de los principales elementos radioactivos; en efecto, al determinarse el grado de transformación que uno de éstos elementos experimenta en el periodo de una determinada estructura geológica, es muy posible establecer con gran exactitud cuántos años han transcurrido desde la formación de dicha estructura.

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En concreto la transformación de los elementos radioactivos es una especie de reloj  cuyas radiaciones marcan el tiempo desde el instante en que ha nacido el universo.

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La ley que rige dichas transformaciones establece que en cada unidad de tiempo la relación de los átomos transformados respecto a los que permanecen invariables es constante.

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Si dN es el número de átomos transformados en el tiempo dt, se puede decir que la ecuación diferencial:

dN=L.N.dt

La cual expresa que la cantidad de dN es PROPORCIONAL al número de los átomos N, que aún no se han desintegrado.

L es la constante de desintegración, es decir, la fracción que se transforma en unidad de tiempo t. POsteriormente se integra la ecuación diferencial obteniendo al fin:

ssssss.png

Misma que nos permite obtener el número de los átomos N que aún están con su carda de radioacividad después del tiempo t.

Lo mismo se puede decir en relación con el peso: Nt expresa el peso de la sustancia que subsiste después del tiempo t, y No expresa el peso que existía en el origen.

En el caso del Radio, por ejemplo, L es igual a 1/2200 tomando como unidad de tiempo el año; lo que significa que en un año sobre 2200 átomos de Radio se desintegra UNO SOLO.

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La vida media de un átomo, refiriéndonos a la duración de su existencia media tomada en un grupo a partir de un instante cualquiera es la inversa de la constante L; por tanto la vida media del Radio es de 2200 años; esta vida media varía como orden de magnitud entre 1010 años para el Torio y 10-9 segundos para el Torio C`, osea entre límites enormemente grandes.

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   Los físicos por su parte hacen todavía una distinción entre “vida media” y el tiempo de reducción del valor medio, llamado PERIODO, durante el cual cierta masa de sustancia se desintegra por mitad para comprenderlo Trevisani propone en 1952 un buen ejemplo:

En el estudio estadístico de la mortalidad humana cuando se consideran v.g. mil individuos de la misma edad, supóngase de 20 años , estos 1000 individuos, a 45 años serán reducidos a la mitad, pero no se puede deducir de aquí que en media, de las 1000 personas vivirían  25 años, porque tal vida media se obtendrían sumando todos los tiempos vividos. Podemos ver que ambos conceptos son distintos. Una análoga diferencia entre vida media y período en los cuerpos radioactivos.

Para la sustancias radioactivas el período es: 0.693/L.

Sea noel número de átomos que existían en el instante de origen del tiempo; n el número de átomos que existen en el momento del cálculo.

Llamamos L a la constante de radioactividad, y t el tiempo:

Tenemos:

n = no*e-Lt

Siendo: n = 1/2 no, de donde ½ = e-Lt  o sea  t =  log 2 /L = 0.693/L.

Así para el Radio el período es aproximadamente de 1600 años.

Para el Radio podemos calcular la constante de desintegración porque se ha llegado a contar directamente el número  de partículas alfa (∝) emitidas por segundo.

En efecto, el número de átomos emitidos de Radio en un tramo es:

AAAAAA

En un segundo son emitidos por gramo 3.71*1010 partículas y luego L para el Radio:

awaw.png

Se deduce la existencia media tomando la inversa de este número y dividiéndolo por el número de segundos tomados en un año. Nos da el período de 1600 años respectivamente.

El tiempo necesario para que una sustancia radioactiva esté en un equilibrio con el elemento que la genera depende de la velocidad de transformación de una y otra sustancia. es decir la emanación Radón se encuentra en equilibrio con el Radio. Después de dos meses cuando se hace iniciar el proceso de generación: el Radio A engendrado de emanación está en completo equilibrio después de cinco días. Esto nos da la posibilidad de encontrar las distintas cantidades de materia radioactiva que se encuentra en otra.

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Es por tanto cierto que la transformación de los elementos de tipo radioactivo sean una especie maravillosa de reloj ultra preciso cuyas radiaciones marcan el tiempo desde el instante en que ha nacido el universo mismo; y si usted es de los que cree en Dios sea en su forma Buda o en el mismo Jesucristo, independientemente y de ser artífice de la creación, seguramente este sea el sofisticado reloj que cuelga de su muñeca (de poseerla).

Los paleontólogos a su vez ya han empezado a apropiarse de este método de medida del tiempo y en todo el mundo se ha procedido a la verificación de los datos y registros fósiles de todo vestigio arqueológico, Según estas determinaciones la evolución del  ser humano habría comenzado sobre la Tierra hace unos 15 millones de años o 25 millones tomando en cuenta el ancestro primate más antiguo, los primeros mamífero y anfibios hace unos 150 y 250 millones de años ha respectivamente.

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En todo esto existió dificultades grandes, puesto que estas radiaciones tienen una vida que se calcula en millones de años y no se prestan para medir tiempos menores a 1 millón de años.

A la postre cuando se investigó un poco más sobre el Uranio, el Plomo y el Torio 230, éste último que se encuentra frecuentemente en los sustratos geológicos del periodo Plioceno y que tiene un período de radioactividad que dura 186000 años. Con tal procedimiento fue posible se establezca que por ejemplo, el estado glaciar del Polo Sur (ANTÁRTIDA) existe desde hace unos 1100000 años atrás.

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En siglo pasado las investigaciones al respecto se activaron entorno al descubrimiento de los rayos cósmicos.

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Resultado de imagen para Libby, Anderson y ArnoldEfectivamente, fueron los profesores Libby, Anderson y Arnold del Instituto de Física Nuclear de la Universidad de Chicago, demostraron que en la naturaleza junto con el Carbono común (C 12) existe siempre en todas partes pequeñas cantidades de un isótopo radioactivo del mismo elemento (C 14) producido por la acción de los rayos cósmicos sobre el nitrógeno de la atmósfera.

Ing. Javier Trevisani. 1952.

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En el aire el Carbono 14 permanece en cantidades constantes porque se va formando tanto como se desintegra, así también el carbono radiactivo penetra y se renueva continuamente aún en el seno de la materia viviente (mediante su alimentación) en contacto con la atmósfera, y se refiere a la materia viviente que es la que pertenece a los seres orgánicos.

A su vez si los seres de los mencionados mueren o son enterrados accidentalmente, entonces el Carbono 14 no puede ya renovarse y comienza su agotamiento radioactivo según las leyes ya antes mencionadas, se sabe que la emanación radioactiva del Carbono 14  se reduce a la mitad después de 5720 años.

Entonces desde el momento que queda enterrada una sustancia orgánica se puede establecer con mucha aproximación la fecha de su muerte dentro de un límite de 25.000 años. El descubrimiento de los profesores, Libby, Arnold, y Anderson  tiene por tanto una gran importancia.

Se ha efectuado múltiples experimentos así por ejemplo se ha examinado un pedazo de ciprés del sarcófago de la tumba egipcia de Neferu (Meydum) y pedazo de acacia de la tumba de Zoser (Sakkara).

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Zoser, el magnífico.

Los dos sarcófagos resultaron tener 4800 años, fechas que concuerdan con las de la historia señalada entre 4576 y 4650 respectivamente.

En el Carbono 14 están cifradas muchas esperanzas de la prehistoria y de la historia antigua de todos los continentes, estos descubrimientos ampliaron la información que proporcionan los astrónomos puesto que les permite tener mayo exactitud con la edad de muchos cuerpos celestes impactados con la tierra hace millones de años. En consecuencia permite fijar los cimientos del tiempo mediante la radioactividad porque se habla de las emanaciones radioactivas de un isótopo del Potasio, el denominado Potasio 40 (K40), que con el tiempo se transforma en Calcio y Argón, aun existe mucha información pendiente sobre su desintegración.

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Con todo ello ya podríamos contestar con un poco de aproximación sobre cuál es la edad de nuestro planeta, y casi podríamos afirmar que la Tierra tiene unos 4600 millones de años ± 1%. Esta datación, basada en el decaimiento de hafnio 182 en tungsteno 182, fue determinada por John Rudge, del Departamento de Ciencias de la Tierra de la Universidad de Cambridge, en el año 2010, lo que resulta bastante curioso porque 70 años antes se creía que la edad de la Tierra databa de  unos 2 mil millones cosa que fue desmentida por los avances en el estudio del tungsteno y hafnio.

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La física y la química ponen así a disposición de la ciencia una cronología calculada sobre bases rigurosas que  permiten comprender con mayor exactitud la evolución de los distintos acontecimientos sobre y de nuestro globo así como del cosmos entero, un sentido de realidad y seguridad que apenas empieza a comprenderse.

Referencia Bibliográfica

Ing. Javier Trevisani. 1952. La radioactividad en la medición del tiempo. Revista Científica Órgano de la sociedad protectora de investigaciones científicas. Enero-Marzo 1952. Vol. Nº 1. pp. 18-21. Trujillo-Perú.

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