Nucleido estable

Gráfico de nuclidos (isotópicos) por tipo de decaimiento. Los nuclidos naranja y azul son inestables, con los cuadrados negros entre estas regiones que representan los nuclidos estables. La línea continua que pasa por debajo de la mayoría de los nuclidos comprende las posiciones en el gráfico de los nuclidos (principalmente hipotéticos) para los cuales el número de protón sería el mismo que el número de neutrones. El gráfico refleja el hecho de que elementos con más de 20 protones tienen más neutrones que protones o son inestables.

nucleidos estables son nucleidos que no son radiactivos y, por lo tanto, (a diferencia de los radionucleidos) no experimentan desintegración radiactiva espontánea. Cuando se hace referencia a tales nucleidos en relación con elementos específicos, generalmente se los denomina isótopos estables.

Los 80 elementos con uno o más isótopos estables comprenden un total de 251 nucleidos que no se sabe que se desintegren con los equipos actuales (consulte la lista al final de este artículo). De estos 80 elementos, 26 tienen un solo isótopo estable; por lo tanto, se denominan monoisotópicos. El resto tiene más de un isótopo estable. El estaño tiene diez isótopos estables, el mayor número de isótopos estables conocidos para un elemento.

Definición de estabilidad y nucleidos naturales

La mayoría de los nucleidos naturales son estables (alrededor de 251; consulte la lista al final de este artículo), y se sabe que alrededor de 34 más (un total de 286) son radiactivos con vidas medias lo suficientemente largas (también conocidas) como para ocurrir primordialmente. Si la vida media de un nucleido es comparable o mayor que la edad de la Tierra (4500 millones de años), una cantidad significativa habrá sobrevivido desde la formación del Sistema Solar, y entonces se dice que es primordial.. Entonces contribuirá de esa manera a la composición isotópica natural de un elemento químico. Los radioisótopos primordialmente presentes se detectan fácilmente con vidas medias tan cortas como 700 millones de años (por ejemplo, 235U). Este es el límite actual de detección, ya que los nucleidos de vida más corta aún no se han detectado indiscutiblemente en la naturaleza, excepto cuando se han producido recientemente, como los productos de desintegración o la espalación de rayos cósmicos.

Muchos radioisótopos naturales (otros 53 más o menos, para un total de alrededor de 339) exhiben vidas medias aún más cortas que 700 millones de años, pero se fabrican recientemente, como productos secundarios de los procesos de descomposición de los nucleidos primordiales (por ejemplo, radio del uranio) o de reacciones energéticas en curso, como los nucleidos cosmogénicos producidos por el actual bombardeo de la Tierra por rayos cósmicos (por ejemplo, ¹⁴C hechos de nitrógeno).

Se prevé que algunos isótopos que se clasifican como estables (es decir, no se ha observado radiactividad en ellos) tienen vidas medias extremadamente largas (a veces de hasta 10¹⁸ años o más). Si la vida media pronosticada cae dentro de un rango experimentalmente accesible, dichos isótopos tienen la posibilidad de pasar de la lista de nucleidos estables a la categoría radiactiva, una vez que se observe su actividad. Por ejemplo, ²⁰⁹Bi y ¹⁸⁰W se clasificaron anteriormente como estables, pero se descubrió que eran alfa activos en 2003. Sin embargo, estos nucleidos no cambian su estado como primordiales. cuando se descubre que son radiactivos.

Se cree que la mayoría de los isótopos estables de la Tierra se formaron en procesos de nucleosíntesis, ya sea en el Big Bang o en generaciones de estrellas que precedieron a la formación del sistema solar. Sin embargo, algunos isótopos estables también muestran variaciones de abundancia en la tierra como resultado de la desintegración de nucleidos radiactivos de vida prolongada. Estos productos de descomposición se denominan isótopos radiogénicos, para distinguirlos del grupo mucho más grande de isótopos 'no radiogénicos' isótopos

Isótopos por elemento

De los elementos químicos conocidos, 80 elementos tienen al menos un nucleido estable. Estos comprenden los primeros 82 elementos desde el hidrógeno hasta el plomo, con las dos excepciones, tecnecio (elemento 43) y prometio (elemento 61), que no tienen nucleidos estables. A noviembre de 2022, había un total de 251 "estables" nucleidos. En esta definición, "estable" significa un nucleido que nunca se ha observado que se desintegre contra el fondo natural. Por lo tanto, estos elementos tienen vidas medias demasiado largas para ser medidas por cualquier medio, directo o indirecto.

Isótopos estables:

• 1 elemento (tin) tiene 10 isótopos estables
• 5 elementos tienen 7 isótopos estables
• 7 elementos tienen 6 isótopos estables
• 11 elementos tienen 5 isótopos estables
• 9 elementos tienen 4 isótopos estables
• 5 elementos tienen 3 isótopos estables
• 16 elementos tienen 2 isótopos estables
• 26 elementos tienen 1 isótopo estable.

Estos últimos 26 se denominan así elementos monoisotópicos. El número medio de isótopos estables para elementos que tienen al menos un isótopo estable es 251/80 = 3,1375.

Números mágicos físicos y recuento de protones y neutrones pares e impares

La estabilidad de los isótopos se ve afectada por la relación entre protones y neutrones, y también por la presencia de ciertos números mágicos de neutrones o protones que representan capas cuánticas cerradas y llenas. Estas capas cuánticas corresponden a un conjunto de niveles de energía dentro del modelo de capa del núcleo; las capas llenas, como la capa llena de 50 protones para el estaño, confieren una estabilidad inusual al nucleido. Como en el caso del estaño, un número mágico para Z, el número atómico, tiende a aumentar el número de isótopos estables del elemento.

Al igual que en el caso de los electrones, que tienen el estado de energía más bajo cuando se encuentran en pares en un orbital determinado, los nucleones (tanto los protones como los neutrones) exhiben un estado de energía más bajo cuando su número es par, en lugar de impar. Esta estabilidad tiende a evitar el decaimiento beta (en dos pasos) de muchos nucleidos pares pares en otro nucleido par par del mismo número de masa pero de menor energía (y por supuesto con dos protones más y dos neutrones menos), porque el decaimiento procede uno paso a paso tendría que pasar a través de un extraño nucleido de energía superior. Dichos núcleos, por lo tanto, sufren una doble desintegración beta (o se teoriza que lo hacen) con vidas medias varios órdenes de magnitud mayores que la edad del universo. Esto genera una mayor cantidad de nucleidos pares estables, que representan 150 del total de 251. Los nucleidos pares estables tienen hasta tres isobaras para algunos números másicos y hasta siete isótopos para algunos números atómicos.

Por el contrario, de los 251 nucleidos estables conocidos, solo cinco tienen un número impar de protones y un número impar de neutrones: hidrógeno-2 (deuterio), litio-6, boro-10, nitrógeno -14, y tantalio-180m. Además, solo cuatro nucleidos radiactivos naturales tienen una vida media de más de mil millones de años: potasio-40, vanadio-50, lantano-138 y lutecio-176. Los nucleidos primordiales impares son raros porque la mayoría de los núcleos impares son inestables con respecto a la desintegración beta, porque los productos de desintegración son pares-pares y, por lo tanto, están más fuertemente unidos debido a los efectos de emparejamiento nuclear.

Otro efecto más de la inestabilidad de un número impar de cualquier tipo de nucleones es que los elementos impares tienden a tener menos isótopos estables. De los 26 elementos monoisotópicos (aquellos con un solo isótopo estable), todos menos uno tienen un número atómico impar y todos menos uno tienen un número par de neutrones; la única excepción a ambas reglas es el berilio.

El final de los elementos estables en la tabla periódica ocurre después del plomo, en gran parte debido al hecho de que los núcleos con 128 neutrones, dos neutrones por encima del número mágico 126, son extraordinariamente inestables y casi inmediatamente arrojan partículas alfa. Esto también contribuye a las vidas medias muy cortas del astato, el radón y el francio en relación con los elementos más pesados. Un fenómeno similar ocurre en mucha menor medida con 84 neutrones, dos neutrones por encima del número mágico 82, donde varios isótopos de elementos en la serie de los lantánidos exhiben desintegración alfa.

Isómeros nucleares, incluido un "estable" uno

El recuento de 251 nucleidos estables conocidos incluye el tantalio-180m, ya que, aunque su decaimiento e inestabilidad se implica automáticamente por su notación de "metaestable", aún no se ha observado. Todo "estable" Los isótopos (estables por observación, no por teoría) son los estados fundamentales de los núcleos, con la excepción del tantalio-180m, que es un isómero nuclear o estado excitado. El estado fundamental de este núcleo particular, tantalio-180, es radiactivo con una vida media comparativamente corta de 8 horas; por el contrario, la descomposición del isómero nuclear excitado está extremadamente prohibida por las reglas de selección de paridad de espín. Se ha informado experimentalmente por observación directa que la vida media de ^180mTa a la desintegración gamma debe ser superior a 10¹⁵ años. Tampoco se han observado nunca otros posibles modos de desintegración de ^180mTa (desintegración beta, captura de electrones y desintegración alfa).

Energía vinculante por núcleo de isótopos comunes.

Descomposición aún no observada

Se espera que alguna mejora continua de la sensibilidad experimental permita el descubrimiento de radiactividad muy leve (inestabilidad) de algunos isótopos que se consideran estables en la actualidad. Como ejemplo de un descubrimiento reciente, no fue hasta 2003 que se demostró que el bismuto-209 (el único isótopo primordial del bismuto) era muy levemente radiactivo, lo que confirma las predicciones teóricas de la física nuclear de que el bismuto-209 se desintegraría muy lentamente por emisión alfa..

Los isótopos que teóricamente se cree que son inestables pero que no se ha observado que se desintegren se denominan observativamente estables. Actualmente hay 161 isótopos teóricamente inestables, 45 de los cuales han sido observados en detalle sin signos de descomposición, siendo el más ligero en cualquier caso ³⁶Ar.

Tabla resumen de números de cada clase de nucleidos

Esta es una tabla resumen de la Lista de nucleidos. Tenga en cuenta que los números no son exactos y pueden cambiar ligeramente en el futuro, ya que se observa que los nucleidos son radiactivos o se determinan nuevas vidas medias con cierta precisión.

Lista de nucleidos estables

Abreviaturas para el decaimiento no observado predicho:

A para decaimiento alfa, B para decaimiento beta, 2B para decaimiento beta doble, E para electrón captura, 2E para captura de doble electrón, IT para transición isomérica, SF para fisión espontánea, * para los nucleidos cuyas vidas medias tienen límite inferior.

^ El tantalio-180m es un "isótopo metaestable" lo que significa que es un isómero nuclear excitado de tantalio-180. Ver isótopos de tantalio. Sin embargo, la vida media de este isómero nuclear es tan larga que nunca se ha observado que se desintegre y, por lo tanto, se presenta como un "observablemente no radiactivo" nucleido primordial, como un isótopo menor de tantalio. Este es el único caso de un isómero nuclear que tiene una vida media tan prolongada que nunca se ha observado que se desintegre. Por lo tanto, se incluye en esta lista.

^^ Durante mucho tiempo se creía que el bismuto-209 era estable, debido a su inusualmente larga vida media de 2,01 · 10¹⁹ años, que es más de un mil millones (1000 millones) de veces la edad del universo.

Referencias de libros

• Varios (2002). Lide, David R. (ed.). Handbook of Chemistry & Physics (88th ed.). CRC. ISBN 978-0-8493-0486-6. OCLC 179976746. Archivado desde el original en 2017-07-24. Retrieved 2008-05-23.