Abundancia natural

En física, la abundancia natural (NA) se refiere a la abundancia de isótopos de un elemento químico que se encuentra naturalmente en un planeta. La masa atómica relativa (un promedio ponderado, ponderado por cifras de abundancia de fracciones molares) de estos isótopos es el peso atómico indicado para el elemento en la tabla periódica. La abundancia de un isótopo varía de un planeta a otro, e incluso de un lugar a otro de la Tierra, pero permanece relativamente constante en el tiempo (en una escala de corto plazo).

Como ejemplo, el uranio tiene tres isótopos naturales: ²³⁸U, ²³⁵U y ²³⁴U. Sus respectivas abundancias naturales de fracción molar son 99,2739–99,2752%, 0,7198–0,7202% y 0,0050–0,0059%. Por ejemplo, si se analizaran 100 000 átomos de uranio, se esperaría encontrar aproximadamente 99 274 átomos de ²³⁸U, aproximadamente 720 ²³⁵átomos de U y muy pocos (probablemente 5 o 6) ²³⁴átomos de U. Esto se debe a que ²³⁸U es mucho más estable que ²³⁵U o ²³⁴U, como revela la vida media de cada isótopo: 4,468 × 10 ⁹ años para ²³⁸U en comparación con 7,038 × 10⁸ años para ²³⁵U y 245 500 años para ²³⁴U.

Exactamente porque los diferentes isótopos de uranio tienen diferentes vidas medias, cuando la Tierra era más joven, la composición isotópica del uranio era diferente. A modo de ejemplo, hace 1,7×10⁹ años la NA de ²³⁵U era del 3,1 % frente al 0,7 % actual, y por ello una fisión nuclear natural reactor pudo formarse, algo que no puede suceder hoy.

Sin embargo, la abundancia natural de un determinado isótopo también se ve afectada por la probabilidad de su creación en la nucleosíntesis (como en el caso del samario; radioactivos ¹⁴⁷Sm y ¹⁴⁸ Los Sm son mucho más abundantes que los ¹⁴⁴Sm estables) y por la producción de un determinado isótopo como hijo de isótopos radiactivos naturales (como en el caso de los isótopos radiogénicos del plomo).

Desviaciones de la abundancia natural

Ahora se sabe a partir del estudio del Sol y de meteoritos primitivos que el sistema solar era inicialmente casi homogéneo en composición isotópica. Las desviaciones del promedio galáctico (en evolución), muestreadas localmente alrededor del tiempo en que comenzó la quema nuclear del Sol, generalmente pueden explicarse por el fraccionamiento de masa (consulte el artículo sobre fraccionamiento independiente de la masa) más un número limitado de descomposición nuclear. y procesos de transmutación. También hay evidencia de la inyección de isótopos de vida corta (ahora extintos) de una explosión de supernova cercana que puede haber provocado el colapso de la nebulosa solar. Por lo tanto, las desviaciones de la abundancia natural en la Tierra a menudo se miden en partes por mil (por mil o ‰) porque son menos del uno por ciento (%).

Una excepción a esto son los granos presolares que se encuentran en los meteoritos primitivos. Estos pequeños granos se condensaron en los flujos de salida de estrellas evolucionadas ('moribundas') y escaparon de los procesos de mezcla y homogeneización en el medio interestelar y el disco de acreción solar (también conocido como nebulosa solar o disco protoplanetario). Como condensados estelares ("polvo de estrellas"), estos granos llevan las firmas isotópicas de procesos de nucleosíntesis específicos en los que se formaron sus elementos. En estos materiales, las desviaciones de la "abundancia natural" a veces se miden en factores de 100.

Abundancia isotópica natural de algunos elementos

La siguiente tabla muestra las distribuciones de isótopos terrestres para algunos elementos. Algunos elementos como el fósforo y el flúor solo existen como un solo isótopo, con una abundancia natural del 100%.

Notas al pie y referencias