Nucleido

Un nucleido (o nucleido, de núcleo, también conocido como especie nuclear) es una clase de átomos caracterizados por su número de protones, Z, su número de neutrones, N, y su estado de energía nuclear.

La palabra nucleido fue acuñada por Truman P. Kohman en 1947. Kohman definió el nucleido como una "especie de átomo caracterizada por la constitución de su núcleo" que contiene un cierto número de neutrones y protones. Así, el término se centró originalmente en el núcleo.

Nucleidos vs isótopos

Un nucleido es una especie de átomo con un número específico de protones y neutrones en el núcleo, por ejemplo, el carbono-13 con 6 protones y 7 neutrones. El concepto de nucleido (que se refiere a especies nucleares individuales) enfatiza las propiedades nucleares sobre las propiedades químicas, mientras que el concepto de isótopo (que agrupa todos los átomos de cada elemento) enfatiza las propiedades químicas sobre las nucleares. El número de neutrones tiene grandes efectos sobre las propiedades nucleares, pero su efecto sobre las reacciones químicas es insignificante para la mayoría de los elementos. Incluso en el caso de los elementos más livianos, donde la relación entre el número de neutrones y el número atómico varía más entre los isótopos, generalmente tiene un efecto pequeño, pero es importante en algunas circunstancias. Para el hidrógeno, el elemento más ligero, el efecto isotópico es lo suficientemente grande como para afectar fuertemente a los sistemas biológicos. Para el helio, He4 obedece a las estadísticas de Bose-Einstein, mientras que He3 obedece a las estadísticas de Fermi-Dirac. Dado que isótopo es el término más antiguo, es más conocido que nucleido y todavía se usa ocasionalmente en contextos en los que el nucleido podría ser más apropiado, como la tecnología nuclear y la medicina nuclear.

Tipos de nucleidos

Aunque las palabras nucleido e isótopo a menudo se usan indistintamente, ser isótopos es en realidad solo una relación entre nucleidos. La siguiente tabla nombra algunas otras relaciones.

Un conjunto de nucleidos con igual número de protones (número atómico), es decir, del mismo elemento químico pero diferente número de neutrones, se denominan isótopos del elemento. Los nucleidos particulares todavía se denominan vagamente "isótopos", pero el término "nucleido" es el correcto en general (es decir, cuando Z no es fijo). De manera similar, un conjunto de nucleidos con igual número de masa A, pero diferente número atómico, se denominan isóbaras (isobar = igual en peso), y los isótonos son nucleidos de igual número de neutrones pero diferente número de protones. Asimismo, los nucleidos con el mismo exceso de neutrones (N − Z) se denominan isodiaferos. El nombre isoto n e se derivó del nombre isoto pe destacar que en el primer grupo de nucleidos es el número de neutrones (n) el que es constante, mientras que en el segundo el número de protones (p).

Consulte Notación de isótopos para obtener una explicación de la notación utilizada para diferentes tipos de nucleidos o isótopos.

Los isómeros nucleares son miembros de un conjunto de nucleidos con igual número de protones e igual número de masa (lo que los convierte, por definición, en el mismo isótopo), pero con diferentes estados de excitación. Un ejemplo son los dos estados del isótopo único₄₃tcse muestra entre los esquemas de descomposición. Cada uno de estos dos estados (tecnecio-99m y tecnecio-99) califica como un nucleido diferente, lo que ilustra una forma en que los nucleidos pueden diferir de los isótopos (un isótopo puede consistir en varios nucleidos diferentes de diferentes estados de excitación).

El isómero nuclear de estado no fundamental de vida más larga es el nucleido tantalio-180m (₇₃Ejército de reserva), que tiene una vida media de más de 1.000 billones de años. Este nucleido se produce primordialmente y nunca se ha observado que se desintegre hasta el estado fundamental. (Por el contrario, el núclido de estado fundamental tantalio-180 no se presenta primordialmente, ya que se desintegra con una vida media de solo 8 horas a Hf (86%) o W (14%).

Hay 252 nucleidos en la naturaleza que nunca se ha observado que se desintegren. Se encuentran entre los 80 elementos diferentes que tienen uno o más isótopos estables. Véase nucleido estable y nucleido primordial. Los nucleidos inestables son radiactivos y se denominan radionucleidos. Sus productos de descomposición (productos 'hijos') se denominan nucleidos radiogénicos. 252 nucleidos estables y alrededor de 87 inestables (radiactivos) existen naturalmente en la Tierra, para un total de alrededor de 339 nucleidos que ocurren naturalmente en la Tierra.

Orígenes de los radionucleidos naturales

Los radionucleidos naturales pueden subdividirse convenientemente en tres tipos. En primer lugar, aquellos cuyas vidas medias t _1/2 son al menos un 2 % de la edad de la Tierra (a efectos prácticos, son difíciles de detectar con vidas medias inferiores al 10 % de la edad de la Tierra) (4,6 × 10 años). Estos son restos de la nucleosíntesis que se produjo en las estrellas antes de la formación del Sistema Solar. Por ejemplo, el isótopotu(t1 / ₂ =4,5 × 10 años) de uranio sigue siendo bastante abundante en la naturaleza, pero el isótopo de vida más cortatu(t1 / ₂ =0,7 × 10 años) es 138 veces más raro. Se han descubierto alrededor de 34 de estos nucleidos (ver Lista de nucleidos y Nucleido primordial para más detalles).

El segundo grupo de radionucleidos que existen naturalmente consiste en nucleidos radiogénicos tales comoReal academia de bellas artes(t1 / ₂ =1602 años), un isótopo de radio, que se forman por desintegración radiactiva. Ocurren en las cadenas de desintegración de isótopos primordiales de uranio o torio. Algunos de estos nucleidos tienen una vida muy corta, como los isótopos de francio. Existen alrededor de 51 de estos nucleidos hijos que tienen vidas medias demasiado cortas para ser primordiales, y que existen en la naturaleza únicamente debido a la descomposición de los nucleidos primordiales radiactivos de vida más larga.

El tercer grupo consta de nucleidos que se producen continuamente de otra manera que no es una simple descomposición radiactiva espontánea (es decir, solo un átomo involucrado sin partículas entrantes), sino que involucra una reacción nuclear natural. Estos ocurren cuando los átomos reaccionan con neutrones naturales (de rayos cósmicos, fisión espontánea u otras fuentes), o son bombardeados directamente con rayos cósmicos. Estos últimos, si no son primordiales, se denominan nucleidos cosmogénicos. Otros tipos de reacciones nucleares naturales producen nucleidos que se denominan nucleidos nucleogénicos.

Un ejemplo de nucleidos hechos por reacciones nucleares, son cosmogénicos.C(radiocarbono) que se hace por el bombardeo de rayos cósmicos de otros elementos, y nucleogénicoPUque todavía está siendo creado por el bombardeo de neutrones de la naturalezatucomo resultado de la fisión natural en minerales de uranio. Los nucleidos cosmogénicos pueden ser estables o radiactivos. Si son estables, su existencia debe deducirse en un contexto de nucleidos estables, ya que todos los nucleidos estables conocidos están presentes primordialmente en la Tierra.

Nucleidos producidos artificialmente

Más allá de los 339 nucleidos naturales, se han producido y caracterizado artificialmente más de 3000 radionucleidos de vidas medias variables.

Los nucleidos conocidos se muestran en la Tabla de nucleidos. Se proporciona una lista de nucleidos primordiales ordenados por elemento, en Lista de elementos por estabilidad de isótopos. La lista de nucleidos está ordenada por vida media, para los 905 nucleidos con vidas medias superiores a una hora.

Cuadro resumen de los números de cada clase de nucleidos

Esta es una tabla resumen de los 905 nucleidos con vidas medias superiores a una hora, que figuran en la lista de nucleidos. Tenga en cuenta que los números no son exactos y pueden cambiar ligeramente en el futuro, si se observa que algunos nucleidos "estables" son radiactivos con vidas medias muy largas.

Propiedades nucleares y estabilidad

Núcleos atómicos distintos del hidrógeno₁Htienen protones y neutrones unidos por la fuerza fuerte residual. Como los protones tienen carga positiva, se repelen entre sí. Los neutrones, que son eléctricamente neutros, estabilizan el núcleo de dos formas. Su copresencia separa ligeramente a los protones, reduciendo la repulsión electrostática entre los protones, y ejercen la fuerza de atracción nuclear entre sí y sobre los protones. Por esta razón, se necesitan uno o más neutrones para que dos o más protones se unan en un núcleo. A medida que aumenta el número de protones, también lo hace la proporción de neutrones a protones necesarios para asegurar un núcleo estable (ver gráfico). Por ejemplo, aunque la relación neutrón-protón de₂Éles 1:2, la relación neutrón-protón de₉₂tues mayor que 3:2. Varios elementos más ligeros tienen nucleidos estables con una proporción de 1:1 (Z = N). el nucleido₂₀California(calcio-40) es observacionalmente el nucleido estable más pesado con el mismo número de neutrones y protones (teóricamente, el estable más pesado es el azufre-32). Todos los nucleidos estables más pesados ​​que el calcio-40 contienen más neutrones que protones.

Números de nucleones pares e impares

La relación protón-neutrón no es el único factor que afecta la estabilidad nuclear. Depende también de la paridad par o impar de su número atómico Z, número de neutrones N y, en consecuencia, de su suma, el número másico A. La imparidad de Z y N tiende a disminuir la energía de enlace nuclear, lo que hace que los núcleos impares, en general, sean menos estables. Esta notable diferencia de energía de enlace nuclear entre núcleos vecinos, especialmente de isóbaras A impares, tiene consecuencias importantes: los isótopos inestables con un número no óptimo de neutrones o protones se desintegran por desintegración beta (incluida la desintegración de positrones), captura de electrones o medios más exóticos, como como fisión espontánea y descomposición de cúmulos.

La mayoría de los nucleidos estables son pares de protones y pares de neutrones, donde todos los números Z, N y A son pares. Los nucleidos estables A impares se dividen (más o menos por igual) en nucleidos de protones impares-neutrones pares y nucleidos de protones pares-neutrones impares. Los nucleidos (y núcleos) de protones impares-neutrones impares son los menos comunes.