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 una 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 cantidades variables de protones y neutrones. [1]
El término "isóbaros" (originalmente "isobaros") para los 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 másico 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 másico constante. Para A impar , se admite que δ = 0 y la dependencia de la masa en Z es convexa (o en N o N − Z , no importa para un A constante ). Esto explica que la desintegración beta sea energéticamente favorable para los nucleidos ricos en neutrones, y la desintegración de positrones sea favorable para los nucleidos fuertemente deficientes en neutrones. Ambos modos de desintegración no cambian el número másico, por lo tanto, un núcleo original y su núcleo hijo son isóbaros. En ambos casos mencionados anteriormente, un núcleo más pesado se desintegra en su isóbaro más ligero.
Para un número par 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-pares y negativo para núcleos impares-impares. Esto significa que los núcleos pares-pares, que no tienen un exceso o deficiencia de neutrones fuerte, tienen una energía de enlace más alta que sus vecinos isobáricos impares-impares. Esto implica que los núcleos pares-pares son (relativamente) más ligeros y más estables. La diferencia es especialmente fuerte para A pequeña . Este efecto también lo predicen (cualitativamente) otros modelos nucleares y tiene consecuencias importantes.
La regla de isóbaras de Mattauch establece que si dos elementos adyacentes en la tabla periódica tienen isótopos del mismo número de masa, al menos uno de estos isóbaros debe ser un radionúclido (radiactivo). En los casos de tres isóbaros de elementos secuenciales donde el primero y el último son estables (este suele ser el caso de los nucleidos pares-pares, véase más arriba), puede ocurrir la desintegración ramificada del isóbaro del medio. Por ejemplo, el yodo-126 radiactivo tiene probabilidades casi iguales para dos modos de desintegración: emisión de positrones , que conduce al telurio-126 , y emisión beta , que conduce al xenón-126 .
No existen isóbaros 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 isóbaros 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 estado meta), 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 desintegración beta doble ), y no existen nucleidos estables para números de masa 5, 8, 143-155, 160-162 y ≥ 165, ya que en teoría, los nucleidos estables a la desintegración beta para estos números de masa pueden sufrir desintegración alfa .
Sprawls, Perry (1993). "5 – Características y estructura de la materia". Principios físicos de la obtención de imágenes médicas (2.ª ed.). Madison, WI : Medical Physics Publishing. ISBN 0-8342-0309-X. Consultado el 28 de abril de 2010 .
