En geoquímica , geofísica y física nuclear , los nucleidos primordiales , también conocidos como isótopos primordiales , son nucleidos que se encuentran en la Tierra y que han existido en su forma actual desde antes de que se formara la Tierra . Los nucleidos primordiales estaban presentes en el medio interestelar a partir del cual se formó el sistema solar, y se formaron en el Big Bang o después , por nucleosíntesis en estrellas y supernovas seguida de eyección de masa, por espalación de rayos cósmicos y potencialmente a partir de otros procesos. Son los nucleidos estables más la fracción de radionucleidos de larga vida que sobreviven en la nebulosa solar primordial a través de la acreción planetaria hasta el presente; Se conocen 286 nucleidos de este tipo.
Los 251 nucleidos estables conocidos , más otros 35 nucleidos que tienen vidas medias lo suficientemente largas como para haber sobrevivido desde la formación de la Tierra, se presentan como nucleidos primordiales. Estos 35 radionucleidos primordiales representan isótopos de 28 elementos separados . El cadmio , el telurio , el xenón , el neodimio , el samario , el osmio y el uranio tienen cada uno dos radioisótopos primordiales (113
Cd
,116
Cd
;128
te
,130
te
;124
xe
,136
xe
;144
Dakota del Norte
,150
Dakota del Norte
;147
sm
,148
sm
;184
os
,186
os
; y235
Ud.
,238
Ud.
).
Porque la edad de la Tierra es4,58 × 10 9 años (4,6 mil millones de años), la vida media de los nucleidos dados debe ser mayor que aproximadamente10 8 años (100 millones de años) por consideraciones prácticas. Por ejemplo, para un nucleido con vida media6 × 10 7 años (60 millones de años), esto significa que han transcurrido 77 vidas medias, lo que significa que por cada mol (Como 6,02 × 10 23 átomos ) de ese nucleido estaban presentes en la formación de la Tierra, hoy solo quedan 4 átomos.
Los siete nucleidos primordiales de vida más corta (es decir, los nucleidos con las vidas medias más cortas) que se han verificado experimentalmente son87Rb(5,0 × 10 10 años ),187
Re
(4,1 × 10 10 años ),176
Lu
(3,8 × 10 10 años ),232
Th
(1,4 × 10 10 años ),238
Ud.
(4,5 × 10 9 años ),40k(1,25 × 10 9 años ), y235
Ud.
(7,0 × 10 8 años ).
Se trata de los siete nucleidos con vidas medias comparables, o algo inferiores, a la edad estimada del universo . ( 87 Rb, 187 Re, 176 Lu y 232 Th tienen vidas medias algo más largas que la edad del universo). Para obtener una lista completa de los 35 radionucleidos primordiales conocidos, incluidos los 28 siguientes con vidas medias mucho más largas que las edad del universo, consulte la lista completa a continuación. A efectos prácticos, los nucleidos con vidas medias mucho más largas que la edad del universo pueden tratarse como si fueran estables. 87 Rb, 187 Re, 176 Lu, 232 Th y 238 U tienen vidas medias lo suficientemente largas como para que su desintegración esté limitada en escalas de tiempo geológicas; El 40 K y el 235 U tienen vidas medias más cortas y, por tanto, están muy agotados, pero siguen siendo lo suficientemente duraderos como para persistir significativamente en la naturaleza.
El isótopo de vida más larga que no se ha demostrado que sea primordial [1] es146
sm
, que tiene una vida media de1,03 × 10 8 años , seguido de244
PU
(8,08 × 10 7 años ) y92
Nótese bien
(3,5 × 10 7 años ). 244 Se ha informado que el Pu existe en la naturaleza como un nucleido primordial, [2] aunque un estudio posterior no lo detectó. [3] Teniendo en cuenta que todos estos nucleidos deben existir durante al menos4,6 × 10 9 años , 146 Sm debe sobrevivir 45 vidas medias (y por tanto reducirse en 2 45 ≈ 4 × 10 13 ), 244 Pu deben sobrevivir a 57 (y reducirse por un factor de 2 57 ≈ 1 × 10 17 ), y 92 Nb debe sobrevivir a 130 (y reducirse en 2 130 ≈ 1 × 10 39 ). Matemáticamente, considerando las probables abundancias iniciales de estos nucleidos, el 146 Sm y el 244 Pu primordiales deberían persistir hoy en algún lugar dentro de la Tierra, incluso si no son identificables en la porción relativamente menor de la corteza terrestre disponible para los ensayos humanos, mientras que 92 Nb y todos los nucleidos de vida más corta no deberían hacerlo. Los nucleidos como el 92 Nb, que estaban presentes en la nebulosa solar primordial pero que hace tiempo que se desintegraron por completo, se denominan radionucleidos extintos si no tienen otros medios para regenerarse. [4]
Debido a que los elementos químicos primordiales a menudo constan de más de un isótopo primordial, solo hay 83 elementos químicos primordiales distintos . De ellos, 80 tienen al menos un isótopo observacionalmente estable y tres elementos primordiales adicionales tienen sólo isótopos radiactivos ( bismuto , torio y uranio).
Algunos isótopos inestables que se encuentran naturalmente (como14C,3h, y239
PU
) no son primordiales, ya que deben regenerarse constantemente. Esto ocurre por radiación cósmica (en el caso de nucleidos cosmogénicos como14
C
y3
h
), o (rara vez) mediante procesos como la transmutación geonuclear ( captura de neutrones de uranio en el caso de237
Notario público
y239
PU
). Otros ejemplos de nucleidos naturales comunes pero no primordiales son los isótopos de radón , polonio y radio , que son todos nucleidos radiogénicos hijos de la desintegración del uranio y se encuentran en los minerales de uranio. El isótopo estable de argón 40 Ar es en realidad más común como nucleido radiogénico que como nucleido primordial, formando casi el 1% de la atmósfera terrestre , que se regenera mediante la desintegración beta del isótopo primordial radiactivo de vida extremadamente larga 40 K , cuya mitad -La vida tiene una antigüedad del orden de mil millones de años y, por lo tanto, ha estado generando argón desde los inicios de la existencia de la Tierra. (El argón primordial estaba dominado por el nucleido de proceso alfa 36 Ar, que es significativamente más raro que 40 Ar en la Tierra).
Una serie radiogénica similar se deriva del nucleido primordial radiactivo de larga vida 232 Th . Estos nucleidos se describen como geogénicos, lo que significa que son productos de desintegración o fisión del uranio u otros actínidos en rocas del subsuelo. [5] Todos estos nucleidos tienen vidas medias más cortas que sus nucleidos primordiales radiactivos originales. Algunos otros nucleidos geogénicos no aparecen en las cadenas de desintegración de 232 Th, 235 U o 238 U, pero aún pueden aparecer fugazmente de forma natural como productos de la fisión espontánea de uno de estos tres nucleidos de larga vida, como el 126 Sn , que hace que hasta aproximadamente 10 −14 de todo el estaño natural . [6] También se ha detectado otro, 99 Tc . [7] Se conocen otros cinco productos de fisión de larga duración .
Un elemento primordial es un elemento químico con al menos un nucleido primordial. Hay 251 nucleidos primordiales estables y 35 nucleidos primordiales radiactivos, pero sólo 80 elementos primordiales estables —hidrógeno a través del plomo, números atómicos del 1 al 82, con la excepción del tecnecio (43) y el prometio (61)— y tres elementos primordiales radiactivos —bismuto (83), torio (90) y uranio (92). Si el plutonio (94) resulta ser primordial (en concreto, el isótopo de larga vida 244 Pu), entonces sería un cuarto primordial radiactivo, aunque en la práctica sería aún más conveniente producirlo sintéticamente. La vida media del bismuto es tan larga que a menudo se le clasifica entre los 80 elementos estables primordiales, ya que su radiactividad no es motivo de gran preocupación. El número de elementos es menor que el número de nucleidos, porque muchos de los elementos primordiales están representados por múltiples isótopos . Consulte elemento químico para obtener más información.
Como se señaló, estos suman alrededor de 251. Para obtener una lista, consulte el artículo Lista de elementos por estabilidad de isótopos . Para obtener una lista completa que indique cuáles de los 251 nucleidos "estables" pueden ser inestables en algún aspecto, consulte la lista de nucleidos y nucleidos estables . Estas preguntas no afectan la cuestión de si un nucleido es primordial, ya que todos los nucleidos "casi estables", con vidas medias más largas que la edad del universo, también son primordiales.
Aunque se estima que alrededor de 35 nucleidos primordiales son radiactivos (enumere a continuación), resulta muy difícil determinar el número total exacto de nucleidos primordiales radiactivos, porque el número total de nucleidos estables es incierto. Existen muchos nucleidos de vida extremadamente larga cuyas vidas medias aún se desconocen; de hecho, todos los nucleidos más pesados que el disprosio-164 son teóricamente radiactivos. Por ejemplo, se predice teóricamente que todos los isótopos de tungsteno , incluidos aquellos que incluso los métodos empíricos más modernos consideran estables, deben ser radiactivos y pueden desintegrarse mediante emisión alfa , pero a partir de 2013 [update]esto solo se podía medir experimentalmente para180
W.
. [8] De manera similar, se espera que los cuatro isótopos primordiales del plomo se descompongan en mercurio , pero las vidas medias previstas son tan largas (algunas superan los 10 100 años) que tales desintegraciones difícilmente podrán observarse en un futuro próximo. Sin embargo, el número de nucleidos con vidas medias tan largas que no pueden medirse con los instrumentos actuales (y que desde este punto de vista se consideran nucleidos estables ) es limitado. Incluso cuando se descubre que un nucleido "estable" es radiactivo, simplemente pasa de la lista estable a la inestable de nucleidos primordiales, y el número total de nucleidos primordiales permanece sin cambios. A efectos prácticos, estos nucleidos pueden considerarse estables para todos los fines fuera de la investigación especializada. [ cita necesaria ]
Estos 35 nucleidos primordiales representan radioisótopos de 28 elementos químicos distintos (cadmio, neodimio, osmio, samario, telurio, uranio y xenón tienen cada uno dos radioisótopos primordiales). Los radionucleidos se enumeran en orden de estabilidad, comenzando la lista con el de vida media más larga. En muchos casos, estos radionucleidos son tan casi estables que compiten por la abundancia con isótopos estables de sus respectivos elementos. Para tres elementos químicos, indio , telurio y renio , un nucleido primordial radiactivo de vida muy larga se encuentra en mayor abundancia que un nucleido estable.
El radionucleido de vida más larga conocido, el 128 Te, tiene una vida media de2,2 × 10 24 años , que es 160 billones de veces la edad del Universo . Sólo cuatro de estos 35 nucleidos tienen vidas medias más cortas o iguales que la edad del universo. La mayoría de los 30 restantes tienen vidas medias mucho más largas. El isótopo primordial de vida más corta, el 235 U, tiene una vida media de 703,8 millones de años, aproximadamente una sexta parte de la edad de la Tierra y el Sistema Solar . Muchos de estos nucleidos se desintegran mediante desintegración beta doble , aunque a algunos les gusta la desintegración 209 Bi mediante otros métodos como la desintegración alfa .
Al final de la lista se han añadido dos nucleidos más: 146 Sm y 244 Pu. No se ha confirmado que sean primordiales, pero sus vidas medias son lo suficientemente largas como para que en la actualidad persistan cantidades diminutas.
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