Glosario de química
Partícula beta
Las partículas beta son electrones o positrones emitidos durante procesos de desintegración radiactiva en núcleos inestables.
Definición de partícula beta
Una partícula beta (β) es un tipo de radiación ionizante emitida durante la desintegración beta de un núcleo radiactivo. Hay dos tipos principales:
- Beta menos (β⁻): un electrón de alta energía emitido desde el núcleo.
- Beta más (β⁺): un positrón (la antipartícula del electrón, con carga positiva).
Las partículas beta tienen propiedades muy distintas de las partículas alfa (núcleos de helio) y de la radiación gamma (fotones):
- Masa: muy pequeña (la del electrón, 9,109 × 10⁻³¹ kg).
- Carga: ±1 (la del electrón o positrón).
- Velocidad: cerca de la velocidad de la luz (típicamente 0,3-0,99 c).
- Penetración: media. Atraviesa papel y piel, pero la detiene una lámina de aluminio de 1-2 mm o un vidrio grueso.
Desintegración beta menos (β⁻)
En la desintegración β⁻, un neutrón del núcleo se transforma en un protón, emitiendo un electrón y un antineutrino electrónico:
n → p + β⁻ + ν̄_e
Consecuencia para el núcleo:
- El número atómico (Z) aumenta en 1: el núcleo se transforma en el elemento siguiente en la tabla periódica.
- El número másico (A) no cambia: A = Z + N, y aunque Z sube, N baja en 1.
Ejemplo clásico: el carbono-14 se desintegra a nitrógeno-14:
¹⁴C → ¹⁴N + β⁻ + ν̄_e (vida media: 5,730 años)
Esta desintegración es la base de la datación por carbono-14 en arqueología y paleontología.
Desintegración beta más (β⁺)
En la desintegración β⁺, un protón se transforma en un neutrón, emitiendo un positrón y un neutrino electrónico:
p → n + β⁺ + ν_e
Consecuencia:
- El número atómico Z disminuye en 1: el núcleo se transforma en el elemento anterior.
- El número másico A no cambia.
Ejemplo: el flúor-18 se desintegra a oxígeno-18:
¹⁸F → ¹⁸O + β⁺ + ν_e (vida media: 110 minutos)
El F-18 es la base del PET (tomografía por emisión de positrones), una técnica de imagen médica fundamental.
Capacidad de penetración y blindaje
La penetración de las partículas beta depende de su energía:
- β⁻ de baja energía (~10-100 keV): se detiene en mm de aire o papel grueso.
- β⁻ de alta energía (>1 MeV): atraviesa varios metros de aire y mm de aluminio.
Blindaje recomendado:
- Una hoja de aluminio de 1-2 mm detiene la mayoría de partículas beta.
- También vale plástico grueso, vidrio o agua.
- ⚠️ Importante: no usar plomo directamente: al frenarse rápidamente, las β producen rayos X intensos (bremsstrahlung) que sí atraviesan el plomo. Por eso primero se usa un material ligero (aluminio) y luego plomo si se necesita.
Partículas beta naturales y sintéticas
Emisores naturales (en cadenas de desintegración del U, Th, K-40):
- Carbono-14, potasio-40, tritio (H-3), rubidio-87, plomo-210, bismuto-210.
- Aparecen de forma natural en suelos, alimentos y tejidos vivos.
Emisores sintéticos (producidos en reactores o aceleradores):
- Yodo-131 (radioterapia tiroidea).
- Estroncio-90 (subproducto de fisión, fue contaminante de Chernóbil).
- Tritio (H-3) sintético usado en luminiscencia segura.
- Fósforo-32 (marcaje de ácidos nucleicos en biología molecular).
- Flúor-18 (β⁺, PET).
Comparación con otras radiaciones
| Tipo | Composición | Carga | Masa | Penetración | Blindaje |
|---|---|---|---|---|---|
| Alfa (α) | ²₄He²⁺ | +2 | 4 u | Muy baja (hoja papel) | Papel, piel |
| Beta (β⁻) | electrón | -1 | 0,000549 u | Media | Aluminio fino |
| Beta (β⁺) | positrón | +1 | 0,000549 u | Media | Aluminio fino |
| Gamma (γ) | fotón | 0 | 0 | Alta | Plomo, hormigón |
| Neutrones | n | 0 | 1 u | Alta | Agua, parafina |
Detección de partículas beta
Se usan varios tipos de detectores:
- Contador Geiger-Müller: el más común. Detecta β y γ.
- Detectores de centelleo: cristales (NaI, plástico) que emiten luz al ser golpeados por β.
- Cámaras de niebla y burbuja: muestran trazas curvas en campos magnéticos.
- Detectores de semiconductor (Si, Ge): alta resolución espectral.
Errores frecuentes en exámenes
- Decir que la β⁻ es un electrón «de la corteza»: NO. La β⁻ proviene del núcleo, formada en el momento de la desintegración (no estaba antes).
- Pensar que toda β es negativa: existen β⁻ (electrones) y β⁺ (positrones).
- Confundir la β con la α: la α es mucho más masiva (~7,300 veces más) y con carga +2; la β es ligera y con carga ±1.
- Olvidar el (anti)neutrino: siempre que hay desintegración beta, se emite también un (anti)neutrino. Es la pieza que conserva la energía y el espín.
Aplicaciones prácticas
- Datación radiométrica: el C-14 (β⁻) data restos biológicos hasta ~50,000 años de antigüedad.
- Medicina nuclear: el I-131 (β⁻) trata cánceres de tiroides; el F-18 (β⁺) es la base del PET para diagnóstico de cáncer y enfermedades neurodegenerativas.
- Biología molecular: P-32 y S-35 (β⁻) marcan ADN, ARN y proteínas para experimentos de Southern, Northern, secuenciación.
- Iluminación segura: el tritio (H-3, β⁻) ilumina las agujas de relojes y miras de armas sin necesidad de baterías.
- Industria: medidores de espesor de papel, plástico o metal usan emisores β y detectores para medir grosor sin contacto.