Valle de la estabilidad de los núcleos atómicos

En la naturaleza, toda la materia se concentra en una masa de energía en los núcleos, que son 100.000 veces menores que los átomos pero miles de veces más pesados ​​que todos sus electrones.
En materia, muchos núcleos atómicos son estables y permanecen en el mismo estado indefinidamente. Un isótopo es estable cuando tiene un número armonioso de protones y neutrones. Por otra parte, otros muchos son inestables porque tienen demasiados protones o neutrones o ambos.
Los físicos han identificado algo menos de 300 isótopos estables y cerca de 3.000 inestables. Si los núcleos son inestables, se debe a la barrera de Coulomb que crea una competencia entre la fuerza electrostática de repulsión entre protones y la fuerza nuclear de atracción entre neutrones y protones. Por ello, los núcleos deben integrar cada vez más neutrones a medida que crecen.
Todos los núcleos de materia anhelan una estabilidad energética frugal. Así, para volver a un estado estable, deben transformarse por desplazamiento de energía en forma de masa o radiación (E=mc2). Esto se llama radioactividad.
Este fenómeno de radioactividad natural se encuentra en todas partes en la materia, tanto en los minerales como en nuestros alimentos (la Comunidad Europea tiene unas dosis fijas de radiactividad que no deben superarse en los alimentos) e incluso en el nuestro organismo (debido al carbono 14 y el potasio 40). ).

  • Cuando representamos todos los isótopos conocidos por su número de protones (Z) y su número de neutrones (N) en el gráfico (imagen de al lado), vemos que todos los isótopos estables (puntos negros) se agrupan en torno a una línea . se encuentra en el fondo de un valle llamado ‘valle de la estabilidad’.
    Los núcleos inestables se distribuyen por los lados del valle a ambos lados de esta línea negra, que representa un río de material estable que baja por el fondo del valle. Cuanto más inestables son los núcleos, más altos están en el valle. Así, en este valle, el camino más corto hacia la estabilidad es bajar al fondo del valle.
  • Los núcleos del lado izquierdo del valle (en azul en la figura) con un exceso de neutrones respecto a su número de protones recuperan su estabilidad gracias a una cascada de desintegraciones β<, liberando de electrones y neutrinos que les permiten descender gradualmente. las vertientes del valle.
  • Los núcleos del lado derecho del valle (naranja) con exceso de protones recuperan la estabilidad mediante una cascada de desintegración β< con emisión de positrones y neutrinos.
  • Los núcleos de la pequeña cresta del valle izquierdo (púrpura) en el límite periférico de la zona azul restablecen la estabilidad por emisión de neutrones, con el núcleo manteniendo el mismo número atómico (Z) pero disminuyendo la masa atómica.
  • Los núcleos de la pequeña cresta del valle derecho (rojo) en el límite periférico de la zona naranja restablecen la estabilidad mediante la emisión de protones, disminuyendo el número atómico (Z) y la masa atómica del núcleo.
  • La fisión se producirá junto a núcleos muy pesados. Los núcleos fuera de la línea de isótopos estables (verde pálido) recuperan su estabilidad dividiéndose en dos núcleos más ligeros, liberando uno o más neutrones.
  • Los núcleos de alta masa atómica (amarillo) experimentan una desintegración α, a menudo acompañada de la emisión de fotones de alta energía o rayos gamma. Si la pendiente es demasiado grande, las desintegraciones β se insertan entre las desintegraciones α. Se necesita una cascada de desintegración radioactiva para llegar al fondo del valle.
  • Por último, los núcleos extremadamente estables tienen un cierto número de nucleones (2, 8, 20, 28, 50, 82 y 126) que corresponden al modelo estratificado del núcleo atómico (niveles de energía cuantificados según el principio de exclusión de Pauli) . Estos llamados números mágicos se identifican a lo largo de los escalones de la escalera de las curvas negras. Se dice que los núcleos con un número mágico de protones y neutrones y un número de protones igual al número de neutrones son doblemente mágicos por ser muy estables.
    Es el caso del plomo 208, que tiene 82 protones y 126 neutrones, y del calcio 48, que tiene 20 protones y 28 neutrones.
  • Las irregularidades de la curva negra en neutrones (19, 21, 35, 39, 45, 84, 115 y 123) y protones (43 y 61) corresponden a casos en los que no existe un núcleo estable con estas cantidades de nucleones.

    En resumen, existen aproximadamente 3000 núclidos estables, inestables y altamente inestables observados en el valle de la estabilidad. Sin embargo, desconocemos los límites de estabilidad de los núcleos (líneas de goteo). Para los protones (el número máximo de protones), es bastante conocido gracias a la mesa de Mendeleyev. Los límites de la estabilidad de los neutrones (número máximo de neutrones) sólo se conocen para los primeros elementos, desde el hidrógeno hasta el oxígeno 15. Por ejemplo, en Z = 8, el número máximo de neutrones es de 16 , lo que hace que el oxígeno 24 sea lo más pesado posible. isótopo del oxígeno.
    Se desconoce la extensión total de Stability Valley y lo que queda por descubrir parece ser enorme.

    Nota: el núcleo de un átomo está formado por protones y neutrones. Los átomos de un mismo elemento químico tienen el mismo número de protones pero pueden tener un número distinto de neutrones, son isótopos. Los átomos estables no sufren desintegración radioactiva.

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    Conoce al autor, Michael Montero
    Michael Montero

    Michael Montero es especialista en Astronomía, cuenta con años de experiencia en observatorios y está especializado en avistamiento a media distancia. También ha preparado a algunos grupos de iniciados en astronomía. Una de sus aficiones más importantes es la observación de astros en la naturaleza, que practica cuando sus viajes y trabajo se lo permiten.

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