Las isobaras son átomos ( nucleidos ) de diferentes elementos químicos que tienen el mismo número de nucleones . En consecuencia, las isobaras difieren en número atómico (o número de protones ) pero tienen el mismo número másico . Un ejemplo de serie de isobaras es 40 S , 40 Cl , 40 Ar , 40 K y 40 Ca. Si bien los núcleos de estos nucleidos contienen 40 nucleones, contienen un número variable de protones y neutrones. [1]
El término "isobaras" (originalmente "isobaras") para nucleidos fue sugerido por el químico británico Alfred Walter Stewart en 1918. [2] Se deriva del griego ἴσος (isos) 'igual' y βάρος (baros) 'peso'. [3]
El mismo número másico no implica ni la misma masa de núcleos , ni masas atómicas iguales de los nucleidos correspondientes. De la fórmula de Weizsäcker para la masa de un núcleo:
donde el número de masa A es igual a la suma del número atómico Z y el número de neutrones N , y m p , m n , a V , a S , a C , a A son constantes, se puede ver que la masa depende de Z y N de forma no lineal, incluso para un número de masa constante. Para A impar , se admite que δ = 0 y la dependencia de masa de Z es convexa (o de N o N − Z , no importa para una A constante ). Esto explica que la desintegración beta es energéticamente favorable para los nucleidos ricos en neutrones, y la desintegración de positrones es favorable para los nucleidos fuertemente deficientes en neutrones. Ambos modos de desintegración no cambian el número de masa, por lo que un núcleo original y su núcleo hijo son isobaras. En los dos casos antes mencionados, un núcleo más pesado se desintegra hasta su isobara más ligera.
Incluso para A, el término δ tiene la forma:
donde a P es otra constante. Este término, restado de la expresión de masa anterior, es positivo para núcleos pares y negativo para núcleos impares. Esto significa que los núcleos pares, que no tienen un fuerte exceso o deficiencia de neutrones, tienen una energía de enlace mayor que sus vecinos isobáricos impares. Implica que los núcleos pares son (relativamente) más ligeros y más estables. La diferencia es especialmente fuerte para la A pequeña . Este efecto también lo predicen (cualitativamente) otros modelos nucleares y tiene consecuencias importantes.
La regla de las isobaras de Mattauch establece que si dos elementos adyacentes en la tabla periódica tienen isótopos del mismo número másico, al menos una de estas isobaras debe ser un radionúclido (radiactivo). En los casos de tres isobaras de elementos secuenciales donde el primero y el último son estables (este suele ser el caso de nucleidos pares, ver arriba), puede ocurrir una desintegración ramificada de la isobara media. Por ejemplo, el yodo-126 radiactivo tiene probabilidades casi iguales para dos modos de desintegración: emisión de positrones , que da lugar al telurio-126 , y emisión beta , que da lugar al xenón-126 .
No existen isobaras observacionalmente estables para los números de masa 5 (se desintegra en helio-4 más un protón o neutrón ), 8 (se desintegra en dos núcleos de helio-4), 147, 151, así como para 209 y superiores. Existen dos isobaras observacionalmente estables para 36, 40, 46, 50, 54, 58, 64, 70, 74, 80, 84, 86, 92, 94, 96, 98, 102, 104, 106, 108, 110, 112, 114, 120, 122, 123, 124, 126, 132, 134, 136, 138, 142, 154, 156, 158, 160, 162, 164, 168, 170, 176, 180 (incluido un metaestado), 192, 196, 198 y 204. [4]
En teoría, no hay dos nucleidos estables que tengan el mismo número de masa (ya que no hay dos nucleidos que tengan el mismo número de masa que sean estables a la desintegración beta y a la doble desintegración beta ), y no existen nucleidos estables para los números de masa 5, 8, 143-155. , 160–162 y ≥ 165, ya que en teoría, los nucleidos estables en desintegración beta para estos números de masa pueden sufrir desintegración alfa .
Descontrol, Perry (1993). "5 - Características y Estructura de la Materia". Principios físicos de las imágenes médicas (2 ed.). Madison, WI : Publicaciones de física médica. ISBN 0-8342-0309-X. Consultado el 28 de abril de 2010 .
