La radiolisis descompone moléculas con radiación ionizante; explora sus efectos, aplicaciones en medicina, industria y más en este artículo detallado.
Radiolisis: Visión General, Efectos y Usos
La radiolisis es un fenómeno físico-químico que involucra la descomposición de moléculas debido a la exposición a radiaciones ionizantes. Este proceso tiene una gran importancia en muchos campos de la ciencia y la ingeniería, incluyendo la química, la biología, y la tecnología nuclear. A continuación, se presentará una visión general sobre la radiolisis, los efectos que tiene sobre las sustancias, y algunos de sus usos más destacados.
Visión General de la Radiolisis
La palabra radiolisis proviene del griego “radios” que significa radiación y “lisis” que significa disolución o descomposición. Este proceso involucra la interacción de radiaciones ionizantes, como rayos gamma, rayos X, electrones acelerados, y partículas alfa, con la materia. Al incidir sobre las moléculas, estas radiaciones pueden romper enlaces químicos y generar especies químicas reactivas.
La radiación ionizante tiene suficiente energía para ionizar átomos y moléculas, es decir, eliminar electrones de sus órbitas generando iones. Por ejemplo, un fotón de radiación gamma puede tener energías superiores a 1 MeV (mega-electrón-voltios), suficiente para causar la ionización en varios tipos de materiales.
La teoría que explica la radiolisis se basa en la física de interacciones de fotones y partículas cargadas con la materia. Al tratarse de interacciones energéticas, involucra también conceptos de física cuántica y la teoría de colisiones.
Efectos de la Radiolisis
Los efectos de la radiolisis dependen del tipo de radiación y de la naturaleza de la sustancia irradiada. A continuación, se describen algunos de los principales efectos:
- Ionización: Se produce cuando los electrones son expulsados de los átomos o moléculas, creando iones positivos y electrones libres.
- Excitación: Algunas veces, la energía absorbida sólo excita a los electrones a niveles de mayor energía sin que sean expulsados.
- Radicales libres: Son especies químicas altamente reactivas que se generan debido a la ruptura homolítica de enlaces covalentes. Un ejemplo importante es la formación de radicales hidroxilo (•OH) y radicales del oxígeno (O2•).
- Reacciones químicas inducidas: Las especies generadas pueden participar en una cascada de reacciones químicas, alterando la estructura y propiedades de las sustancias irradiadas.
Formación de Radicales Libres
Uno de los aspectos más estudiados de la radiolisis es la formación de radicales libres. Por ejemplo, en la radiolisis del agua, se produce según las siguientes reacciones generales:
H2O + hν → H2O+ + e–
H2O+ → H+ + •OH
El electrón libre (e–) puede reaccionar con otra molécula de agua para formar otro radical hidroxilo:
H2O + e– → H2O•- → •OH + H–
Las reacciones producidas durante la radiolisis del agua son fundamentales en áreas como la radioterapia, donde los radicales libres generados pueden dañar las células cancerosas.
Teoría Subyacente a la Radiolisis
La teoría física que subyace en el proceso de radiolisis se basa en la interacción de la radiación con la materia. Según la teoría de colisiones, se puede describir el proceso en los siguientes pasos:
- Absorción de energía: La materia absorbe la energía de la radiación ionizante. La cantidad de energía absorbida se describe mediante el coeficiente de absorción lineal, µ.
- Ionización primaria: La energía absorbida es suficiente para expeler electrones de sus órbitas, generando iones y radicales libres primarios.
- Transferencia de energía: Los electrones liberados pueden transferir su energía a otras moléculas cercanas, provocando más ionización y excitación.
- Reacciones químicas secundarias: Los radicales libres y especies iónicas formadas reaccionan entre sí, produciendo nuevas especies químicas y cadenas de reacciones.
El proceso de radiolisis se puede modelar matemáticamente utilizando las ecuaciones de tasa de reacción, que describen la velocidad a la que se producen estas reacciones químicas inducidas por la radiación.