Isótopos y estabilidad nuclear

SAVE OFFLINE

CURSO: e-QUÍMICA U3M2 ISOTOPOS Y ESTABILIDAD NUCLEAR Como ya se ha visto en unidades anteriores, es muy común que los elementos presenten isótopos, o sea, que existan varios átomos del mismo elemento (igual Z) con distinta masa (A). Entre uno y otro sólo varía la cantidad de neutrones. Ejemplos:

Ahora, un núclido es una especie con un número definido de protones (Z) y neutrones (N), por lo tanto cada átomo en sí es considerado un núclido y varios núclidos con el mismo Z son considerados isótopos. El objetivo de introducir esta nueva clasificación es porque todos aquellos núclidos que emiten radiaciones son denominados formalmente como radionúclidos. Entonces, un radionúclido es la forma inestable de un elemento, la cual libera radiación a medida que se descompone y se vuelve más estable. Los radionúclidos se pueden presentar en la naturaleza o producir en el laboratorio. En el campo de la medicina, se usan en las pruebas de imaginología y para tratamiento. También se llama radioisótopo. Así, y son núclidos, mientras que todos ellos son isótopos entre sí.

es un radionúclido, más allá de que

Estabilidad atómica Cuando se analiza la estabilidad de los núcleos atómicos siempre surge la misma pregunta: ¿por qué unos átomos son estables mientras que otros no? Para contestar a esto, primero se analiza el núcleo atómico. El núcleo ocupa una porción muy pequeña del volumen total del átomo, pero concentra casi toda la masa; entonces, si consideramos la densidad del núcleo, ésta es cerca de 1012 veces más alta que la del átomo. La enorme densidad del núcleo hace difícil imaginar como es que los protones y neutrones se mantienen unidos, pues siempre se tiende a considerar únicamente el hecho de que los protones, por ser partículas cargadas, se repelen entre sí, pero en el núcleo también intervienen otras fuerzas más allá de las repulsiones eléctricas y estas fuerzas son las atracciones de corto alcance que se establecen entre neutrónneutrón, neutrón-protón y, por extraño que parezca, entre protón-protón. Entonces, cuando las fuerzas de atracción superan a las de repulsión, el núcleo es estable, mientras que cuando la repulsión es mayor el núcleo es inestable, se desintegra y comienza a emitir partículas. En este caso se habla de un radionúclido o de un radioisótopo.

1

Todos los átomos con más de 1 protón contienen neutrones y mientras más protones posee el núcleo, más neutrones necesita para ser estable. Así, el factor principal que determina la estabilidad del núcleo atómico es la relación neutrón/protón.

Como se aprecia en la figura, hasta Z=20 los átomos son estables con igual cantidad de neutrones y protones. A medida que Z aumenta se necesitan más neutrones para estabilizar al núcleo, puesto que las repulsiones aumentan. Los núcleos que contienen 2, 8, 20, 50, 82 o 126 protones o neutrones tienden a ser más estables que aquellos núcleos que no tienen estos números. Por ejemplo, existen 10 isótopos estables para el estaño (Z=50) y sólo 2 del antimonio (Z=51). La importancia de los números 2, 8, 20, 50, 82 y 126 para la estabilidad nuclear es similar a la del número de electrones asociados a la estabilidad electrónica de los gases nobles.

2

Decaimiento Cuando un núcleo atómico es inestable emite radiaciones o partículas; al hacer esto cambia su número atómico y se vuelve un núcleo más estable. A esto se le llama decaimiento radiactivo (esto también es transmutación, pues cambia el Z). Los núcleos sobre el cinturón de estabilidad pueden estabilizarse emitiendo partículas beta, pues así disminuyen la cantidad de neutrones. Los núcleos bajo el cinturón de estabilidad necesitan aumentar la cantidad de protones y para esto emiten un positrón o bien realizan una captura electrónica. Los núcleos con Z sobre 84 emiten partículas alfa y con esto se acercan a la estabilidad.

3

Series radiactivas Cuando un núcleo radiactivo emite partículas y se transforma en otro, si bien se estabiliza, no siempre esta estabilidad es plena y el nuevo núcleo sigue emitiendo partículas o energía buscando la estabilidad indefinida. Al proceso completo, que se inicia con el núcleo radiactivo y termina luego de sucesivas emisiones y sucesivas transmutaciones, se le denomina serie radiactiva.

4

Tiempo de vida media Si bien todos los núcleos radiactivos emiten partículas para lograr la estabilidad, las velocidades a la cual ocurren estas emisiones son distintas para cada núcleo, más allá de que se emita el mismo tipo de partículas. Para medir la velocidad de las emisiones se utiliza una constante denominada t½, o tiempo de vida media. Este valor cuantifica el tiempo que tarda un elemento radiactivo en descomponer (desintegrar o transmutar) la mitad de su masa.

El tiempo t½, es absolutamente independiente de la cantidad de masa inicial del elemento, mientras que es dependiente del núcleo estudiado, o sea, para cada núcleo radiactivo es distinto.

5