Nuclido - Nuclide

Un nucleido (o nucleido , del 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 nucleido como una "especie de átomo caracterizada por la constitución de su núcleo" que contiene un cierto número de neutrones y protones. Por tanto, el término se centró originalmente en el núcleo.

Nuclidos vs isótopos

Un nucleido es una especie de átomo con un número específico de protones y neutrones en el núcleo, por ejemplo 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 isótopos (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 ligeros, donde la relación entre el número de neutrones y el número atómico varía más entre los isótopos, por lo general tiene solo 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 utiliza 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.

Designacion Caracteristicas Ejemplo Observaciones
Isótopos igual número de protones ( Z 1 = Z 2 ) 12
6
C
, 13
6
C
, 14
6
C
Isotonos igual número de neutrones ( N 1 = N 2 ) 13
6
C
, 14
7
norte
, 15
8
O
Isobaras igual número de masa (Z 1 + N 1 = Z 2 + N 2 ) 17
7
norte
, 17
8
O
, 17
9
F
ver decaimiento beta
Isodiafros exceso de neutrones igual (N 1 - Z 1 = N 2 - Z 2 ) 13
6
C
, 15
7
norte
, 17
8
O
Algunos ejemplos son los isodiafros con exceso de neutrones 1.

Un nucleido y su producto de desintegración alfa son isodiafros.

Núcleos espejo intercambio de números de neutrones y protones

(Z 1 = N 2 y Z 2 = N 1 )

3
1
H
, 3
2
Él
Isómeros nucleares mismo número de protones y número de masa,

pero con diferentes estados energéticos

99
43
Tc
, 99m
43
Tc
m = metaestable (estado excitado de larga duración)

Un conjunto de nucleidos con el mismo número de protones (número atómico ), es decir, del mismo elemento químico pero con diferentes números 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 isobaras (isobar = igual en peso), y las isotonas 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 isodiafros. El nombre isoto n e se derivó del nombre isótopo p e para enfatizar que en el primer grupo de núclidos es el número de neutrones (n) el que es constante, mientras que en el segundo el número de protones (p).

Consulte Notación de número 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 el mismo número de protones y el mismo 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 único 99
43
Tc
se muestra entre los esquemas de decaimiento . 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 constar de varios nucleidos diferentes de diferentes estados de excitación).

El isómero nuclear del estado no fundamental de mayor duración es el nucleido tantalio-180m ( 180m
73
Ejército de reserva
), que tiene una vida media superior a los 1.000 billones de años. Este nucleido se produce primordialmente y nunca se ha observado que se descomponga al estado fundamental. (En contraste, el nucleido tantalio-180 en estado fundamental no ocurre primordialmente, ya que se desintegra con una vida media de solo 8 horas a 180 Hf (86%) o 180 W (14%)).

Hay 252 nucleidos en la naturaleza que nunca se ha observado que se descompongan. Ocurren entre los 80 elementos diferentes que tienen uno o más isótopos estables. Ver nucleido estable y nucleido primordial . Los nucleidos inestables son radiactivos y se denominan radionucleidos . Sus productos de desintegración ( productos "hijos") se denominan nucleidos radiogénicos . Existen 252 nucleidos estables y alrededor de 87 inestables (radiactivos) que existen naturalmente en la Tierra, para un total de alrededor de 339 nucleidos naturales en la Tierra.

Orígenes de los radionucleidos naturales

Los radionucleidos naturales pueden subdividirse convenientemente en tres tipos. Primero, 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 9  años ). Estos son restos de nucleosíntesis que ocurrieron en las estrellas antes de la formación del sistema solar . Por ejemplo, el isótopo 238
U
(t 1/2 = 4,5 × 10 9  años ) de uranio todavía es bastante abundante en la naturaleza, pero el isótopo de vida más corta 235
U
(t 1/2 = 0,7 × 10 9  años ) es 138 veces más raro. Se han descubierto aproximadamente 34 de estos núclidos (consulte la Lista de núclidos y núclidos primordiales para obtener más detalles).

El segundo grupo de radionucleidos que existen de forma natural consiste en nucleidos radiogénicos como 226
Real academia de bellas artes
(t 1/2 = 1602 años ), un isótopo de radio , que se forma por desintegración radiactiva . Ocurren en las cadenas de desintegración de los isótopos primordiales de uranio o torio. Algunos de estos nucleidos tienen una vida muy corta, como los isótopos del 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 desintegración de nucleidos primordiales radiactivos de vida más larga.

El tercer grupo consiste en nucleidos que se están produciendo continuamente de otra manera que no es una simple desintegración 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 núclidos que se dice que son nucleógenos .

Un ejemplo de nucleidos producidos por reacciones nucleares, son cosmogénicos 14
C
( radiocarbono ) que se produce por el bombardeo de rayos cósmicos de otros elementos y nucleogénicos 239
Pu
que todavía está siendo creado por el bombardeo de neutrones de 238
U
como 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.

Nuclidos producidos artificialmente

Más allá de los 339 nucleidos de origen natural, se han producido y caracterizado artificialmente más de 3000 radionucleidos de vida media variable.

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 núclidos está ordenada por semivida, para los 905 núclidos con semividas superiores a una hora.

Cuadro resumen de números de cada clase de nucleidos

Este es un cuadro resumen de los 905 nucleidos con semividas superiores a una hora, que figuran en la lista de nucleidos . Tenga en cuenta que las cifras no son exactas y pueden cambiar ligeramente en el futuro si se observa que algunos nucleidos "estables" son radiactivos con vidas medias muy largas.

Clase de estabilidad Número de nucleidos Total corriente Notas sobre el total acumulado
Teóricamente estable a todo menos a la desintegración de protones 90 90 Incluye los primeros 40 elementos. La desintegración de protones aún no se ha observado.
Energéticamente inestable a uno o más modos de desintegración conocidos, pero aún no se ha observado ninguna desintegración. La fisión espontánea es posible para los nucleidos "estables" desde el niobio-93 en adelante; otros mecanismos posibles para nucleidos más pesados. Todos considerados "estables" hasta que se detecta la descomposición. 162 252 Total de nucleidos clásicamente estables .
Núclidos primordiales radiactivos . 34 286 Los elementos primordiales totales incluyen bismuto , torio y uranio , además de todos los nucleidos estables.
Radiactivo no primordial, pero de origen natural en la Tierra. ~ 53 ~ 339 Carbono-14 (y otros nucleidos cosmogénicos generados por rayos cósmicos ); hijas de primordiales radiactivos, como el francio , etc., y nucleidos nucleogénicos de reacciones nucleares naturales que son distintas de las de los rayos cósmicos (como la absorción de neutrones de la fisión nuclear espontánea o la emisión de neutrones ).
Sintético radiactivo (vida media> 1 hora). Incluye los trazadores radiactivos más útiles . 556 905
Sintético radiactivo (vida media <1 hora). > 2400 > 3300 Incluye todos los nucleidos sintéticos bien caracterizados.

Propiedades nucleares y estabilidad.

Estabilidad de nucleidos por ( Z , N ) , un ejemplo de una tabla de nucleidos :
Negro - estable (todos son primordiales)
Rojo - radiactivo primordial
Otro - radiactivo, con estabilidad decreciente de naranja a blanco

Núcleos atómicos distintos del hidrógeno 1
1
H
tienen protones y neutrones unidos por la fuerza fuerte residual . Debido a que los protones están cargados positivamente, se repelen entre sí. Los neutrones, que son eléctricamente neutros, estabilizan el núcleo de dos formas. Su copresencia separa los protones ligeramente, reduciendo la repulsión electrostática entre los protones, y ejercen la fuerza nuclear atractiva entre sí y sobre los protones. Por esta razón, se necesitan uno o más neutrones para que dos o más protones se unan a un núcleo. A medida que aumenta el número de protones, también lo hace la proporción de neutrones a protones necesaria para asegurar un núcleo estable (ver gráfico). Por ejemplo, aunque la relación neutrón-protón de 3
2
Él
es 1: 2, la relación neutrón-protón de 238
92
U
es mayor que 3: 2. Varios elementos más ligeros tienen nucleidos estables con una proporción de 1: 1 ( Z = N ). El nucleido 40
20
California
(calcio-40) es observacionalmente el nucleido estable más pesado con el mismo número de neutrones y protones (teóricamente, el estable más pesado es azufre-32). Todos los nucleidos estables más pesados ​​que el calcio-40 contienen más neutrones que protones.

Números de nucleones pares e impares

Par / impar Z , N y A
A Incluso Impar Total
Z , N EE OO EO OE
Estable 146 5 53 48 252
151 101
Longevo 21 4 4 5 34
25 9
Todo primordial 167 9 57 53 286
176 110

La relación protón-neutrón no es el único factor que afecta la estabilidad nuclear. También depende de par o impar la paridad de su número atómico Z , el número de neutrones N y, en consecuencia, de su suma, el número de masa A . La rareza de Z y N tiende a disminuir la energía de enlace nuclear , haciendo que los núcleos impares, en general, sean menos estables. Esta notable diferencia de energía de enlace nuclear entre núcleos vecinos, especialmente de isobaras 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 desintegración de racimos .

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

Ver también

Referencias

enlaces externos