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Química 2ed

21.6 Efectos biológicos de la radiación

Química 2ed21.6 Efectos biológicos de la radiación

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Índice
  1. Prefacio
  2. 1 Ideas esenciales
    1. Introducción
    2. 1.1 La química en su contexto
    3. 1.2 Fases y clasificación de la materia
    4. 1.3 Propiedades físicas y químicas
    5. 1.4 Mediciones
    6. 1.5 Incertidumbre, exactitud y precisión de las mediciones
    7. 1.6 Tratamiento matemático de los resultados de las mediciones
    8. Términos clave
    9. Ecuaciones clave
    10. Resumen
    11. Ejercicios
  3. 2 Átomos, moléculas e iones
    1. Introducción
    2. 2.1 Las primeras ideas de la teoría atómica
    3. 2.2 Evolución de la teoría atómica
    4. 2.3 Estructura atómica y simbolismo
    5. 2.4 Fórmulas químicas
    6. 2.5 La tabla periódica
    7. 2.6 Compuestos iónicos y moleculares
    8. 2.7 Nomenclatura química
    9. Términos clave
    10. Ecuaciones clave
    11. Resumen
    12. Ejercicios
  4. 3 Composición de sustancias y soluciones
    1. Introducción
    2. 3.1 La fórmula de masa y el concepto de mol
    3. 3.2 Determinación de fórmulas empíricas y moleculares
    4. 3.3 Molaridad
    5. 3.4 Otras unidades para las concentraciones de las soluciones
    6. Términos clave
    7. Ecuaciones clave
    8. Resumen
    9. Ejercicios
  5. 4 Estequiometría de las reacciones químicas
    1. Introducción
    2. 4.1 Escritura y balance de ecuaciones químicas
    3. 4.2 Clasificación de las reacciones químicas
    4. 4.3 Estequiometría de la reacción
    5. 4.4 Rendimiento de la reacción
    6. 4.5 Análisis químico cuantitativo
    7. Términos clave
    8. Ecuaciones clave
    9. Resumen
    10. Ejercicios
  6. 5 Termoquímica
    1. Introducción
    2. 5.1 Conceptos básicos de energía
    3. 5.2 Calorimetría
    4. 5.3 Entalpía
    5. Términos clave
    6. Ecuaciones clave
    7. Resumen
    8. Ejercicios
  7. 6 Estructura electrónica y propiedades periódicas de los elementos
    1. Introducción
    2. 6.1 Energía electromagnética
    3. 6.2 El modelo de Bohr
    4. 6.3 Desarrollo de la teoría cuántica
    5. 6.4 Estructura electrónica de los átomos (configuraciones de electrones)
    6. 6.5 Variaciones periódicas de las propiedades de los elementos
    7. Términos clave
    8. Ecuaciones clave
    9. Resumen
    10. Ejercicios
  8. 7 Enlace químico y geometría molecular
    1. Introducción
    2. 7.1 Enlace iónico
    3. 7.2 Enlace covalente
    4. 7.3 Símbolos y estructuras de Lewis
    5. 7.4 Cargas formales y resonancia
    6. 7.5 Fuerza de los enlaces iónicos y covalentes
    7. 7.6 Estructura molecular y polaridad
    8. Términos clave
    9. Ecuaciones clave
    10. Resumen
    11. Ejercicios
  9. 8 Teorías avanzadas del enlace covalente
    1. Introducción
    2. 8.1 Teoría de enlace de valencia
    3. 8.2 Orbitales atómicos híbridos
    4. 8.3 Enlaces múltiples
    5. 8.4 Teoría de los orbitales moleculares
    6. Términos clave
    7. Ecuaciones clave
    8. Resumen
    9. Ejercicios
  10. 9 Gases
    1. Introducción
    2. 9.1 Presión del gas
    3. 9.2 Relaciones entre presión, volumen, cantidad y temperatura: la ley de los gases ideales
    4. 9.3 Estequiometría de sustancias gaseosas, mezclas y reacciones
    5. 9.4 Efusión y difusión de los gases
    6. 9.5 La teoría cinético-molecular
    7. 9.6 Comportamiento no ideal de los gases
    8. Términos clave
    9. Ecuaciones clave
    10. Resumen
    11. Ejercicios
  11. 10 Líquidos y sólidos
    1. Introducción
    2. 10.1 Fuerzas intermoleculares
    3. 10.2 Propiedades de los líquidos
    4. 10.3 Transiciones de fase
    5. 10.4 Diagramas de fase
    6. 10.5 El estado sólido de la materia
    7. 10.6 Estructuras de red en los sólidos cristalinos
    8. Términos clave
    9. Ecuaciones clave
    10. Resumen
    11. Ejercicios
  12. 11 Soluciones y coloides
    1. Introducción
    2. 11.1 El proceso de disolución
    3. 11.2 Electrolitos
    4. 11.3 Solubilidad
    5. 11.4 Propiedades coligativas
    6. 11.5 Coloides
    7. Términos clave
    8. Ecuaciones clave
    9. Resumen
    10. Ejercicios
  13. 12 Cinética
    1. Introducción
    2. 12.1 Tasas de reacciones químicas
    3. 12.2 Factores que afectan las tasas de reacción
    4. 12.3 Leyes de velocidad
    5. 12.4 Leyes de tasas integradas
    6. 12.5 Teoría de colisiones
    7. 12.6 Mecanismos de reacción
    8. 12.7 Catálisis
    9. Términos clave
    10. Ecuaciones clave
    11. Resumen
    12. Ejercicios
  14. 13 Conceptos fundamentales del equilibrio
    1. Introducción
    2. 13.1 Equilibrio químico
    3. 13.2 Constantes de equilibrio
    4. 13.3 Equilibrios cambiantes: el principio de Le Châtelier
    5. 13.4 Cálculos de equilibrio
    6. Términos clave
    7. Ecuaciones clave
    8. Resumen
    9. Ejercicios
  15. 14 Equilibrios ácido-base
    1. Introducción
    2. 14.1 Ácidos y Bases de Brønsted-Lowry
    3. 14.2 pH y pOH
    4. 14.3 Fuerza relativa de los ácidos y las bases
    5. 14.4 Hidrólisis de sales
    6. 14.5 Ácidos polipróticos
    7. 14.6 Tampones
    8. 14.7 Titulaciones ácido-base
    9. Términos clave
    10. Ecuaciones clave
    11. Resumen
    12. Ejercicios
  16. 15 Equilibrios de otras clases de reacción
    1. Introducción
    2. 15.1 Precipitación y disolución
    3. 15.2 Ácidos y Bases de Lewis
    4. 15.3 Equilibrios acoplados
    5. Términos clave
    6. Ecuaciones clave
    7. Resumen
    8. Ejercicios
  17. 16 Termodinámica
    1. Introducción
    2. 16.1 Espontaneidad
    3. 16.2 Entropía
    4. 16.3 La segunda y la tercera ley de la termodinámica
    5. 16.4 Energía libre
    6. Términos clave
    7. Ecuaciones clave
    8. Resumen
    9. Ejercicios
  18. 17 Electroquímica
    1. Introducción
    2. 17.1 Repaso de química redox
    3. 17.2 Celdas galvánicas
    4. 17.3 Potenciales del electrodo y de la celda
    5. 17.4 Potencial, energía libre y equilibrio
    6. 17.5 Baterías y pilas de combustible
    7. 17.6 Corrosión
    8. 17.7 Electrólisis
    9. Términos clave
    10. Ecuaciones clave
    11. Resumen
    12. Ejercicios
  19. 18 Metales representativos, metaloides y no metales
    1. Introducción
    2. 18.1 Periodicidad
    3. 18.2 Incidencia y preparación de los metales representativos
    4. 18.3 Estructura y propiedades generales de los metaloides
    5. 18.4 Estructura y propiedades generales de los no metales
    6. 18.5 Incidencia, preparación y compuestos de hidrógeno
    7. 18.6 Incidencia, preparación y propiedades de los carbonatos
    8. 18.7 Incidencia, preparación y propiedades del nitrógeno
    9. 18.8 Incidencia, preparación y propiedades del fósforo
    10. 18.9 Incidencia, preparación y compuestos del oxígeno
    11. 18.10 Incidencia, preparación y propiedades del azufre
    12. 18.11 Incidencia, preparación y propiedades de los halógenos
    13. 18.12 Incidencia, preparación y propiedades de los gases nobles
    14. Términos clave
    15. Resumen
    16. Ejercicios
  20. 19 Metales de transición y química de coordinación
    1. Introducción
    2. 19.1 Incidencia, preparación y propiedades de los metales de transición y sus compuestos
    3. 19.2 Química de coordinación de los metales de transición
    4. 19.3 Propiedades espectroscópicas y magnéticas de los compuestos de coordinación
    5. Términos clave
    6. Resumen
    7. Ejercicios
  21. 20 Química orgánica
    1. Introducción
    2. 20.1 Hidrocarburos
    3. 20.2 Alcoholes y éteres
    4. 20.3 Aldehídos, cetonas, ácidos carboxílicos y ésteres
    5. 20.4 Aminas y amidas
    6. Términos clave
    7. Resumen
    8. Ejercicios
  22. 21 Química nuclear
    1. Introducción
    2. 21.1 Estructura y estabilidad nuclear
    3. 21.2 Ecuaciones nucleares
    4. 21.3 Decaimiento radiactivo
    5. 21.4 Transmutación y energía nuclear
    6. 21.5 Usos de los radioisótopos
    7. 21.6 Efectos biológicos de la radiación
    8. Términos clave
    9. Ecuaciones clave
    10. Resumen
    11. Ejercicios
  23. A La tabla periódica
  24. B Matemáticas esenciales
  25. C Unidades y factores de conversión
  26. D Constantes físicas fundamentales
  27. E Propiedades del agua
  28. F Composición de los ácidos y las bases comerciales
  29. G Propiedades termodinámicas estándar de determinadas sustancias
  30. H Constantes de ionización de los ácidos débiles
  31. I Constantes de ionización de las bases débiles
  32. J Productos de solubilidad
  33. K Constantes de formación de iones complejos
  34. L Potenciales de electrodos estándar (media celda)
  35. M Semivida de varios isótopos radiactivos
  36. Clave de respuestas
    1. Capítulo 1
    2. Capítulo 2
    3. Capítulo 3
    4. Capítulo 4
    5. Capítulo 5
    6. Capítulo 6
    7. Capítulo 7
    8. Capítulo 8
    9. Capítulo 9
    10. Capítulo 10
    11. Capítulo 11
    12. Capítulo 12
    13. Capítulo 13
    14. Capítulo 14
    15. Capítulo 15
    16. Capítulo 16
    17. Capítulo 17
    18. Capítulo 18
    19. Capítulo 19
    20. Capítulo 20
    21. Capítulo 21
  37. Índice

Objetivos de aprendizaje

Al final de esta sección, podrá:

  • Describir el impacto biológico de la radiación ionizante.
  • Definir las unidades para medir la exposición a la radiación.
  • Explicar el funcionamiento de las herramientas habituales para detectar la radiactividad.
  • Enumerar las fuentes comunes de exposición a la radiación en los EE. UU.

El aumento del uso de radioisótopos ha dado lugar a una mayor preocupación por los efectos de estos materiales en los organismos biológicos (como en el caso del cuerpo humano). Todos los nucleidos radiactivos emiten partículas de alta energía u ondas electromagnéticas. Cuando esta radiación entra en contacto con las células vivas, puede causar calentamiento, romper los enlaces químicos o ionizar las moléculas. Los daños biológicos más graves se producen cuando estas emisiones radiactivas fragmentan o ionizan las moléculas. Por ejemplo, las partículas alfa y beta, emitidas en las reacciones de decaimiento nuclear, poseen energías mucho más altas que las energías de los enlaces químicos ordinarios. Cuando estas partículas golpean y penetran en la materia, producen iones y fragmentos moleculares que son extremadamente reactivos. El daño que esto provoca en las biomoléculas de los organismos vivos puede causar graves disfunciones en los procesos celulares normales, lo que pone a prueba los mecanismos de reparación del organismo y puede causar enfermedades y hasta la muerte (Figura 21.30).

Se muestra un diagrama con una esfera blanca seguida de una flecha hacia la derecha y una gran esfera compuesta por muchas esferas blancas y verdes más pequeñas. La esfera única ha impactado en la esfera mayor. Una flecha orientada a la derecha conduce desde la esfera más grande a un par de esferas más pequeñas que son colecciones de las mismas esferas blancas y verdes. Entre estas dos esferas hay un patrón en forma de estrella con tres flechas orientadas a la derecha que conducen a dos esferas blancas y a un círculo lleno de diez círculos más pequeños de color melocotón con puntos morados en el centro. Una flecha conduce hacia abajo desde este círculo hasta una caja que contiene una forma helicoidal con una explosión de estrellas cerca de su parte superior izquierda y que está marcada como “daño del A D N”. Una flecha orientada a la derecha conduce desde este círculo a un segundo círculo, con nueve círculos más pequeños de color melocotón con puntos morados en sus centros y un pequeño círculo totalmente morado marcado como "célula cancerosa". Una flecha orientada a la derecha conduce a un último círculo, esta vez lleno de las células púrpuras, que está marcado como "tumor".
Figura 21.30 La radiación puede perjudicar el organismo biológico al dañar el ADN de las células. Si este daño no se repara adecuadamente, las células pueden dividirse de forma descontrolada y causar cáncer.

Radiación ionizante y no ionizante

Existe una gran diferencia en la magnitud de los efectos biológicos de la radiación no ionizante (por ejemplo, la luz y las microondas) y de la radiación ionizante, emisiones lo suficientemente energéticas como para desprender electrones de las moléculas (por ejemplo, las partículas α y β, los rayos γ, los rayos X y la radiación ultravioleta de alta energía) (Figura 21.31).

Un diagrama tiene dos secciones verticales. En la parte superior hay dos flechas horizontales orientadas hacia la derecha, marcadas como "energía creciente, E" y "frecuencia creciente, símbolo rho", respectivamente. Debajo de las dos primeras hay una flecha horizontal orientada hacia la izquierda, marcada como "longitud de onda creciente, símbolo lambda". Desde el lado izquierdo del diagrama comienza una línea horizontal y sinusoidal que se desplaza por el diagrama hacia el extremo derecho y se hace cada vez más compacta. La sección inferior del diagrama tiene una flecha horizontal de doble punta a lo largo de su parte superior, con el extremo izquierdo dibujado en rojo y marcado como "no ionizante" y el extremo derecho dibujado en verde y marcado como "ionizante". Debajo hay un conjunto de términos, que se leen de izquierda a derecha como "radio de emisión e inalámbrica", "microondas", "terahercios", "infrarrojos", "luz visible", "ultravioleta", "rayos X" y "gamma". Debajo de esta fila de términos hay cuatro columnas. La primera contiene las frases "no térmico" e "induce corrientes bajas", mientras que en la segunda se lee "térmico" e "induce corrientes altas, calentamiento". La tercera contiene las frases “óptico" y “excita los electrones, foto, guion, efectos químicos", mientras que en la cuarta se lee "ruptura de enlaces" y "daños del A D N". Debajo de estas columnas se leen, de izquierda a derecha, los términos: "campo estático", "línea eléctrica", "radio A M", "radio F M", "horno microondas", "lámpara de calor", "cabina de bronceado" y “rayos X para uso médico".
Figura 21.31 La radiación electromagnética de menor frecuencia y energía es no ionizante, y la de mayor frecuencia y energía es ionizante.

La energía que absorbe la radiación no ionizante acelera el movimiento de los átomos y las moléculas, lo que equivale a calentar la muestra. Aunque los organismos biológicos son sensibles al calor (como podemos saber por haber tocado una estufa caliente o haber pasado un día de playa al sol), es necesaria una gran cantidad de radiación no ionizante antes de que se alcancen niveles peligrosos. Sin embargo, la radiación ionizante puede causar daños mucho más graves al romper los enlaces o eliminar los electrones de las moléculas biológicas, ya que altera su estructura y función. El daño también puede producirse de forma indirecta, al ionizar primero el H2O (la molécula más abundante en los organismos vivos), que forma un ion de H2O+ que reacciona con el agua, para formar un ion hidronio y un radical hidroxilo.

Esta imagen muestra una reacción. Comienza con H subíndice 2 O más radiación. Hay una flecha orientada hacia la derecha que apunta a H subíndice 2 O signo positivo más H subíndice 2 O. Desde la flecha, hay otra flecha que se curva hacia arriba y apunta a una e superíndice signo negativo. Después del segundo H subíndice 2 O hay otra flecha orientada a la derecha que señala el H subíndice 3 O superíndice signo positivo más O superíndice signo negativo.

Debido a que el radical hidroxilo tiene un electrón desapareado, es muy reactivo. (Este es el caso en cualquier sustancia con electrones desapareados, conocida como radical libre). Este radical hidroxilo puede reaccionar con todo tipo de moléculas biológicas (ADN, proteínas, enzimas, etc.), y causar daños a las moléculas y alterar los procesos fisiológicos. En la Figura 21.32 se muestran ejemplos de daños directos e indirectos.

Se muestran dos pares de imágenes marcadas como "a" y "b". En el primer par, una estructura helicoidal a la izquierda con una explosión de estrellas en su parte central derecha está conectada por una flecha orientada a la derecha a una esfera compuesta por esferas verdes y blancas más pequeñas. Una flecha serpenteante apunta hacia la esfera desde la parte superior izquierda y una flecha orientada hacia abajo se aleja de la esfera hacia un pequeño círculo con signo negativo. En el segundo par de imágenes, una flecha serpenteante conduce a una molécula de agua, mientras que una flecha orientada hacia abajo se aleja de esta hasta un pequeño círculo con una carga negativa escrita en este. En el extremo derecho se dibuja una forma helicoidal con una estrella en su parte central y una flecha orientada hacia arriba conduce a esta desde la siguiente ecuación: H, subíndice 2, O, signo positivo, radiación, flecha de rendimiento, H, subíndice 2, O, superíndice signo positivo, signo positivo, e, superíndice signo negativo, flecha orientada hacia abajo, H, subíndice 2, O, superíndice signo positivo, signo positivo, H, subíndice 2, O, flecha orientada hacia la derecha, H, subíndice 3, O, superíndice signo positivo, signo positivo, O H, superíndice signo negativo. Debajo de esta ecuación está la frase "efecto indirecto".
Figura 21.32 Las radiaciones ionizantes pueden (a) dañar directamente una biomolécula al ionizarla o romper sus enlaces, o (b) crear un ion 2O+, que reacciona con el H2O para formar un radical hidroxilo, que a su vez reacciona con la biomolécula, lo que causa daños indirectamente.

Efectos biológicos de la exposición a la radiación

La radiación puede dañar todo el cuerpo (daño somático) o los óvulos y el esperma (daño genético). Sus efectos son más pronunciados en las células que se reproducen rápidamente, como el revestimiento del estómago, los folículos pilosos, la médula ósea y los embriones. Por ello, las pacientes sometidas a radioterapia suelen sentir náuseas o malestar estomacal, perder el cabello, tener dolores en los huesos, etc., y por ello hay que tener especial cuidado al someterse a la radioterapia durante el embarazo.

Los diferentes tipos de radiación tienen diferentes capacidades para atravesar el material (Figura 21.33). Una barrera muy fina, como una o dos hojas de papel, o la capa superior de las células de la piel, suele detener las partículas alfa. Por este motivo, las fuentes de partículas alfa no son peligrosas si se encuentran fuera del cuerpo, pero son bastante peligrosas si se ingieren o inhalan (vea el artículo de Química en la vida cotidiana sobre la exposición al radón). Las partículas beta atraviesan una mano, o una fina capa de material como el papel o la madera, pero las detiene una fina capa de metal. La radiación gama es muy penetrante y puede atravesar una capa gruesa de la mayoría de los materiales. Algunas radiaciones gama de alta energía son capaces de atravesar algunos pies de hormigón. Algunos elementos densos y de alto número atómico (como el plomo) pueden atenuar eficazmente la radiación gama con material más fino y se utilizan para el blindaje. La capacidad de los distintos tipos de emisiones para provocar la ionización varía mucho, y algunas partículas casi no tienen tendencia a producir ionización. Las partículas alfa tienen aproximadamente el doble de poder ionizante que los neutrones rápidos, unas 10 veces más que las partículas β y unas 20 veces más que los rayos γ y los rayos X.

Un diagrama muestra cuatro partículas en una columna vertical a la izquierda, seguidas de una hoja de papel en posición vertical, la mano de una persona, una hoja de metal en posición vertical, un vaso de agua, un grueso bloque de hormigón y un grueso trozo de plomo en posición vertical. La partícula superior de la lista se compone de dos esferas blancas y dos verdes, marcadas con signos positivos, y se denomina "alfa". Una flecha orientada a la derecha conduce desde aquí hasta el papel. La segunda partícula es una esfera roja marcada como "beta" y va seguida de una flecha hacia la derecha que atraviesa el papel y se detiene en la mano. La tercera partícula es una esfera blanca marcada como "neutrón" y va seguida de una flecha orientada a la derecha que atraviesa el papel, la mano y el metal, pero se detiene en el vaso de agua. La cuarta partícula se muestra con una flecha serpenteante y pasa a través de todas las sustancias, pero se detiene en el plomo. Los términos en la parte inferior se leen, de izquierda a derecha: "papel", "metal", "agua", "hormigón" y "plomo".
Figura 21.33 Se muestra la capacidad de los diferentes tipos de radiación para atravesar el material. De menor a mayor penetración, son alfa < beta < neutrón < gama.

La química en la vida cotidiana

Exposición al radón

Para muchas personas, una de las mayores fuentes de exposición a la radiación es el gas radón (Rn-222). El radón-222 es un emisor α con una vida media de 3,82 días. Es uno de los productos de la serie de decaimiento radiactivo del U-238 (Figura 21.9), que se encuentra en cantidades mínimas en el suelo y las rocas. El gas radón que se produce escapa lentamente del suelo y se filtra poco a poco en las casas y otras estructuras situadas por encima. Dado que es unas ocho veces más denso que el aire, el gas radón se acumula en los sótanos y los pisos inferiores, y se difunde lentamente por los edificios (Figura 21.34).

Se muestra una imagen recortada del lateral de una casa y cuatro capas del suelo sobre el que se apoya, así como una segunda imagen recortada de la cabeza y la cavidad torácica de una persona. La casa se muestra con un baño en el segundo piso y en la planta baja o primer piso un calentador de agua. Las flechas verdes conducen desde la capa más baja del suelo, marcada como "radón en el agua subterránea", desde la tercera capa del suelo, marcada como "lecho de roca" y "lecho de roca fracturado", desde la segunda capa, marcada como "radón en el agua del pozo", y desde la capa superior, marcada como "radón en el suelo hasta el interior de la zona del sótano". En la imagen más pequeña del torso, se muestra una flecha verde que penetra las fosas nasales de la persona y viaja hasta los pulmones. Esto está marcado como "inhalación de productos de decaimiento del radón". Una pequeña estructura helicoidal enrollada junto al torso lleva la marcación "partícula alfa" en una sección en la que tiene un patrón de estrellas y “daños al A D N debido a la radiación" en otro segmento.
Figura 21.34 El radón-222 se filtra en las casas y otros edificios desde las rocas que contienen uranio-238, un emisor de radón. El radón entra a través de las grietas de los cimientos de hormigón y los suelos de los sótanos, los cimientos de piedra o de bloques de hormigón porosos y las aberturas de las tuberías de agua y gas.

El radón se encuentra en edificios de todo el país, en cantidades que dependen del lugar donde se viva. La concentración media de radón en el interior de las casas en los EE. UU. (1,25 pCi/L) es aproximadamente tres veces superior a los niveles encontrados en el aire exterior, y aproximadamente una de cada seis casas tiene niveles de radón lo suficientemente altos como para que se recomienden esfuerzos de remediación para reducir la concentración de radón. La exposición al radón aumenta el riesgo de contraer cáncer (especialmente de pulmón), y los niveles elevados de radón pueden ser tan perjudiciales para la salud como fumar un cartón de cigarrillos al día. El radón es la primera causa de cáncer de pulmón en los no fumadores y la segunda causa de cáncer de pulmón en general. Se cree que la exposición al radón causa más de 20.000 muertes al año en los EE. UU.

Medición de la exposición a la radiación

Para detectar y medir las radiaciones se utilizan diferentes dispositivos, como los contadores Geiger, los contadores de centelleo (centelladores) y los dosímetros de radiación (Figura 21.35). Probablemente el instrumento de radiación más conocido, el contador Geiger (también llamado contador Geiger-Müller) detecta y mide la radiación. La radiación provoca la ionización del gas en un tubo Geiger-Müller. La tasa de ionización es proporcional a la cantidad de radiación. El contador de centelleo contiene un centellador. Este consiste en un material que emite luz (luminiscencia) con el estímulo de la radiación ionizante y un sensor que convierte la luz en una señal eléctrica. Los dosímetros de radiación también miden la radiación ionizante y se utilizan para determinar la exposición personal a la radiación. Los tipos más utilizados son los dosímetros electrónicos, de lámina, termoluminiscentes y de fibra de cuarzo.

Se muestran tres fotografías marcadas como "a", "b" y "c". La foto a muestra un contador Geiger sobre una mesa. Está compuesto por una caja metálica con una pantalla de lectura y un cable que sale de la caja y se conecta a un sensor. La fotografía b muestra una colección de tubos verticales altos y cortos dispuestos en una agrupación, mientras que la fotografía c muestra la mano de una persona que sostiene una pequeña máquina con una lectura digital mientras está de pie, al borde de una calzada.
Figura 21.35 Para medir las radiaciones se utilizan dispositivos como: (a) los contadores Geiger, (b) los centelladores y (c) los dosímetros (créditos c: modificación del trabajo de "osaMu"/Wikimedia commons).

Se utiliza una variedad de unidades para medir diversos aspectos de la radiación (Figura 21.36). La unidad del sistema internacional (SI) para la tasa de decaimiento radiactivo es el becquerel (Bq), donde 1 Bq = 1 decaimiento por segundo. El curio (Ci) y el milicurio (mCi) son unidades mucho mayores y se utilizan con frecuencia en medicina (1 curio = 1 Ci = 3,7 ×× 1010 decaimientos por segundo). La unidad del SI para medir la dosis de radiación es el gray (Gy), donde 1 Gy = 1 J de energía absorbida por kilogramo de tejido. En las aplicaciones médicas, se utiliza más a menudo la dosis de radiación absorbida (rad) (1 rad = 0,01 Gy; 1 rad da lugar a la absorción de 0,01 J/kg de tejido). La unidad del SI que mide el daño tisular causado por la radiación es el sievert (Sv). Esto tiene en cuenta tanto la energía como los efectos biológicos del tipo de radiación implicado en la dosis de radiación. El equivalente en roentgen para el hombre (rem) es la unidad de daño por radiación que más se utiliza en medicina (100 rem = 1 Sv). Observe que las unidades de daño tisular (rem o Sv) incluyen la energía de la dosis de radiación (rad o Gy) junto con un factor biológico denominado RBE (de eficacia biológica relativa [relative biological effectiveness]) que es una medida aproximada del daño relativo que causa la radiación. Estos están relacionados por:

número de rems=RBE×número de radsnúmero de rems=RBE×número de rads

donde RBE es aproximadamente 10 para la radiación α, 2(+) para protones y neutrones, y 1 para la radiación β y la radiación γ.

Se muestran dos imágenes. La primera, marcada como "tasa de decaimiento radiactivo medida en becquerel o curios", muestra una esfera roja con diez flechas rojas que se alejan de ella en un círculo de 360 grados. La segunda imagen muestra la cabeza y el torso de una mujer con bata médica y una placa en el pecho. La leyenda de la placa señala: "La placa o dosímetro mide la exposición al daño tisular en rems o sieverts", mientras que en una frase bajo esta imagen se lee: "La dosis absorbida se mide en grays o rads".
Figura 21.36 Se utilizan diferentes unidades para medir la tasa de emisión de una fuente radiactiva, la energía que se absorbe de la fuente y la cantidad de daño que produce la radiación absorbida.

Unidades de medida de la radiación

La Tabla 21.4 reseña las unidades que se utilizan para medir la radiación.

Unidades utilizadas para medir la radiación
Propósito de la medición Unidad Cantidad medida Descripción
actividad de la fuente becquerel (Bq) decaimientos o emisiones radiactivas cantidad de muestra que sufre 1 decaimiento/segundo
curio (Ci) cantidad de muestra que se somete a 3,7 ×× 1010 decaimientos/segundo
dosis absorbida gray (Gy) energía absorbida por kg de tejido 1 Gy = 1 J/kg de tejido
dosis de radiación absorbida (rad) 1 rad = 0,01 J/kg de tejido
dosis biológicamente eficaz sievert (Sv) daño tisular Sv = RBE ×× Gy
equivalente roentgen para el hombre (rem) Rem = RBE ×× rad
Tabla 21.4

Ejemplo 21.8

Cantidad de radiación

El cobalto 60 (t1/2 = 5,26 años [years, y]) se utiliza en la terapia contra el cáncer, ya que los rayos γ que emite pueden concentrarse en las zonas pequeñas donde se encuentra el cáncer. Se dispone de una muestra de 5,00 g de Co-60 para el tratamiento del cáncer.

(a) ¿Cuál es su actividad en Bq?

(b) ¿Cuál es su actividad en Ci?

Solución

La actividad viene dada por:
Actividad=λN=(ln 2t1/2 )N=(ln 25,26 y)×5,00 g=0,659gyde Co-60 que decaeActividad=λN=(ln 2t1/2 )N=(ln 25,26 y)×5,00 g=0,659gyde Co-60 que decae

Y para convertir esto en decaimientos por segundo:

0,659gy×1 y365 d×1 d24 h×1 h3.600 s×1 mol59,9 g×6,02×1023átomos1 mol×1 decaimiento1 átomo =2,10×1014decaimientos0,659gy×1 y365 d×1 d24 h×1 h3.600 s×1 mol59,9 g×6,02×1023átomos1 mol×1 decaimiento1 átomo =2,10×1014decaimientos

(a) Dado que 1 Bq = 1 decaimientos,1 decaimientos, la actividad en becquerel (Bq) es:

2,10×1014decaimientos×(1 Bq1decaimientos)=2,10×1014Bq2,10×1014decaimientos×(1 Bq1decaimientos)=2,10×1014Bq

(b) Dado que 1 Ci = 3,7×1011decaimientos,3,7×1011decaimientos, la actividad en curios (Ci) es:

2,10×1014decaimientos×(1 Ci3,7×1011decaimientos)=5,7×102Ci2,10×1014decaimientos×(1 Ci3,7×1011decaimientos)=5,7×102Ci

Compruebe lo aprendido

El tritio es un isótopo radiactivo del hidrógeno (t1/2 = 12,32 años) que tiene varios usos, como la iluminación autoalimentada, en la que los electrones emitidos en el decaimiento radiactivo del tritio hacen brillar el fósforo. Su núcleo contiene un protón y dos neutrones, y la masa atómica del tritio es de 3,016 u. ¿Cuál es la actividad de una muestra que contiene 1,00 mg de tritio (a) en Bq y (b) en Ci?

Respuesta:

(a) 3,56 ×× 1011 Bq; (b) 0,962 Ci

Efectos en el cuerpo humano de la exposición prolongada a la radiación

Los efectos de la radiación dependen del tipo, la energía y la ubicación de la fuente de radiación, así como de la duración de la exposición. Como se muestra en la Figura 21.37, la persona media está expuesta a la radiación de fondo, incluidos los rayos cósmicos del sol y el radón del uranio en el suelo (vea el artículo de Química en la vida cotidiana sobre la exposición al radón), la radiación de la exposición médica, incluidos la exploración por TAC, las pruebas de radioisótopos, los rayos X, etc., y pequeñas cantidades de radiación de otras actividades humanas, como los vuelos de aviones (que son bombardeados por un mayor número de rayos cósmicos en la atmósfera superior), la radiactividad de los productos de consumo y una variedad de radionúclidos que entran en nuestro cuerpo cuando respiramos (por ejemplo, el carbono-14) o a través de la cadena alimentaria (por ejemplo, el potasio-40, el estroncio-90 y el yodo-131).

Se muestra un gráfico de barras titulado "Dosis de radiación y límites reglamentarios (en milirems)". El eje y está marcado como "dosis en milirems" y tiene valores de 0 a 5.000 con un espacio entre 1.000 y 5.000 para indicar una escala diferente a la de la parte superior del gráfico. El eje y está marcado en función de cada barra. La primera barra, medida hasta 5.000 en el eje y, está en rojo y se marca como "límite anual de dosis para trabajadores nucleares (N R C)". La segunda barra, medida hasta 1.000 en el eje y, está en azul y se marca como "C T de todo el cuerpo", mientras que la tercera barra, medida hasta 620 en el eje y, está en azul y se marca como “dosis anual promedio en los EE. UU.". La cuarta barra, medida a 310 en el eje y, está azul y se marca como “dosis anual de radiación natural en los EE. UU.", mientras que en la quinta barra, medida a 100 en el eje y, en rojo, se lee: “límite de la dosis pública anual (N R C)”. La sexta barra, medida a 40 en el eje y, está en azul y se marca como “desde su cuerpo”, mientras que en la séptima barra, medida a 30 en el eje y, en azul, se lee: "rayos cósmicos". La octava barra, medida a 4 en el eje y, está en azul y se marca como "límite seguro de agua potable (E P A)", mientras que en la novena barra, medida a 2,5 en el eje y, en rojo, se lee: "vuelo transatlántico". Una leyenda en el gráfico señala que el rojo significa "límite de dosis de la actividad autorizada por el N R C", mientras que el azul se refiere a "dosis de radiación".
Figura 21.37 La exposición total anual a la radiación para una persona en los EE. UU. es de unos 620 mrem. Las distintas fuentes y sus cantidades relativas se muestran en este gráfico de barras (fuente: Comisión Reguladora Nuclear de los EE. UU.).

Una dosis repentina y de corta duración de una gran cantidad de radiación puede causar una amplia gama de efectos sobre la salud, desde cambios en la química de la sangre hasta la muerte. La exposición a corto plazo a decenas de rems de radiación probablemente causará síntomas o enfermedades muy notables; se estima que una dosis de unos 500 rems tiene una probabilidad del 50 % de causar la muerte de la víctima en los 30 días siguientes a la exposición. La exposición a las emisiones radiactivas tiene un efecto acumulativo en el organismo a lo largo de la vida de una persona, lo que constituye otra razón por la que es importante evitar cualquier exposición innecesaria a la radiación. Los efectos sobre la salud de la exposición a corto plazo a la radiación se muestran en la Tabla 21.5.

Efectos de la radiación en la salud2
Exposición (rem) Efectos en la salud Tiempo de manifestación (sin tratamiento)
5–10 cambios en la química de la sangre
50 náuseas horas
55 fatiga
70 vómitos
75 caída del cabello 2 a 3 semanas
90 diarrea
100 hemorragia
400 posible muerte en un plazo de 2 meses
1.000 destrucción del revestimiento intestinal
hemorragia interna
muerte 1 a 2 semanas
2.000 lesiones en el sistema nervioso central
pérdida de la conciencia minutos
muerte de horas a días
Tabla 21.5

Es imposible evitar cierta exposición a las radiaciones ionizantes. Estamos expuestos constantemente a la radiación espontánea de diversas fuentes naturales, como la radiación cósmica, las rocas, los procedimientos médicos, los bienes de consumo e incluso nuestros propios átomos. Podemos minimizar nuestra exposición al bloquear o protegernos de la radiación, alejarnos de la fuente y limitar el tiempo de exposición.

Notas a pie de página

  • 2Fuente: Agencia de Protección Medioambiental de los EE. UU.
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