La captura de electrones ( captura de electrones K , también captura de electrones K , o captura de electrones L , captura L ) es un proceso en el que el núcleo rico en protones de un átomo eléctricamente neutro absorbe un electrón atómico interno , generalmente de K o L. capas de electrones . Este proceso transforma así un protón nuclear en un neutrón y al mismo tiempo provoca la emisión de un neutrino electrónico .
Dado que este único neutrino emitido transporta toda la energía de desintegración , tiene esta única energía característica. De manera similar, el impulso de la emisión de neutrinos hace que el átomo hijo retroceda con un único impulso característico.
El nucleido hijo resultante , si está en un estado excitado , pasa a su estado fundamental . Normalmente, durante esta transición se emite un rayo gamma , pero también puede producirse una desexcitación nuclear por conversión interna .
Después de la captura de un electrón interno del átomo, un electrón externo reemplaza al electrón capturado y en este proceso se emiten uno o más fotones de rayos X característicos . La captura de electrones a veces también resulta en el efecto Auger , donde un electrón es expulsado de la capa electrónica del átomo debido a interacciones entre los electrones del átomo en el proceso de búsqueda de un estado electrónico de menor energía.
Después de la captura de electrones, el número atómico se reduce en uno, el número de neutrones aumenta en uno y no hay cambios en el número de masa . La simple captura de electrones por sí sola da como resultado un átomo neutro, ya que la pérdida del electrón en la capa electrónica se equilibra con una pérdida de carga nuclear positiva. Sin embargo, una mayor emisión de electrones Auger puede generar un ion atómico positivo.
La captura de electrones es un ejemplo de interacción débil , una de las cuatro fuerzas fundamentales.
La captura de electrones es el modo de desintegración principal de los isótopos con una superabundancia relativa de protones en el núcleo , pero con una diferencia de energía insuficiente entre el isótopo y su posible hija (la isobara con una carga positiva menos ) para que el nucleido se desintegre emitiendo un positrón . La captura de electrones es siempre un modo de desintegración alternativo para los isótopos radiactivos que tienen suficiente energía para desintegrarse mediante emisión de positrones . La captura de electrones a veces se incluye como un tipo de desintegración beta , [1] porque el proceso nuclear básico, mediado por la fuerza débil, es el mismo. En física nuclear , la desintegración beta es un tipo de desintegración radiactiva en la que un rayo beta (electrón o positrón de energía rápida) y un neutrino son emitidos desde un núcleo atómico. La captura de electrones a veces se denomina desintegración beta inversa , aunque este término generalmente se refiere a la interacción de un antineutrino electrónico con un protón. [2]
Si la diferencia de energía entre el átomo padre y el átomo hijo es inferior a 1,022 MeV , la emisión de positrones está prohibida ya que no hay suficiente energía de desintegración disponible para permitirla y, por lo tanto, la captura de electrones es el único modo de desintegración. Por ejemplo, el rubidio-83 (37 protones, 46 neutrones) se desintegrará en criptón-83 (36 protones, 47 neutrones) únicamente por captura de electrones (la diferencia de energía, o energía de desintegración, es de aproximadamente 0,9 MeV).
La teoría de la captura de electrones fue discutida por primera vez por Gian-Carlo Wick en un artículo de 1934 y luego desarrollada por Hideki Yukawa y otros. La captura del electrón K fue observada por primera vez por Luis Álvarez , en vanadio ,48V, que informó en 1937. [3] [4] [5] Álvarez pasó a estudiar la captura de electrones en el galio (67
Georgia
) y otros nucleidos. [3] [6] [7]
El electrón capturado es uno de los propios electrones del átomo, y no un nuevo electrón entrante, como podría sugerirse por la forma en que se escriben las reacciones a continuación. Algunos ejemplos de captura de electrones son:
Los isótopos radiactivos que se desintegran por captura pura de electrones pueden inhibirse de la desintegración radiactiva si están completamente ionizados (a veces se usa ("despojado" para describir tales iones). Se plantea la hipótesis de que dichos elementos, si se forman mediante el proceso r en la explosión de supernovas , son expulsados completamente ionizados y, por lo tanto, no sufren desintegración radiactiva siempre que no encuentren electrones en el espacio exterior. Las anomalías en las distribuciones elementales son pensadas [¿ por quién? ] ser en parte el resultado de este efecto sobre la captura de electrones. También se pueden inducir desintegraciones inversas mediante ionización total; por ejemplo,163
Ho
se descompone en163
dy
por captura de electrones; sin embargo, un completamente ionizado163
dy
decae en un estado ligado de163
Ho
por el proceso de desintegración β en estado ligado . [8]
Los enlaces químicos también pueden afectar la tasa de captura de electrones en un pequeño grado (en general, menos del 1%), dependiendo de la proximidad de los electrones al núcleo. Por ejemplo, en el 7 Be se ha observado una diferencia del 0,9% entre las vidas medias en ambientes metálicos y aislantes. [9] Este efecto relativamente grande se debe al hecho de que el berilio es un átomo pequeño que emplea electrones de valencia que están cerca del núcleo, y también en orbitales sin momento angular orbital. Los electrones en los orbitales s (independientemente de la capa o del número cuántico primario) tienen un antinodo de probabilidad en el núcleo y, por lo tanto, están mucho más sujetos a la captura de electrones que los electrones p o d , que tienen un nodo de probabilidad en el núcleo.
Alrededor de los elementos en el medio de la tabla periódica , los isótopos que son más ligeros que los isótopos estables del mismo elemento tienden a desintegrarse mediante captura de electrones, mientras que los isótopos más pesados que los estables se desintegran mediante emisión de electrones . La captura de electrones ocurre con mayor frecuencia en los elementos más pesados con deficiencia de neutrones, donde el cambio de masa es menor y la emisión de positrones no siempre es posible. Cuando la pérdida de masa en una reacción nuclear es mayor que cero pero menor que 2 m e c 2 el proceso no puede ocurrir por emisión de positrones, sino que ocurre espontáneamente por captura de electrones.
Algunos radionucleidos comunes que se desintegran únicamente por captura de electrones incluyen:
Para obtener una lista completa, consulte la tabla de nucleidos .
