Un nucleido (o nucleido , de núcleo , también conocido como especie nuclear) es una clase de átomos caracterizados por su número de protones , Z , su número de neutrones , N , y su estado de energía nuclear . [1]
La palabra nucleido fue acuñada por el físico nuclear estadounidense Truman P. Kohman en 1947. [2] [3] Kohman definió nucleido como una "especie de átomo caracterizada por la constitución de su núcleo" que contiene un cierto número de neutrones y protones. Por lo tanto, el término originalmente se centraba en el núcleo.
Un nucleido es una especie de átomo con un número específico de protones y neutrones en el núcleo, por ejemplo el carbono-13 con 6 protones y 7 neutrones. El concepto de nucleido (que se refiere a las especies nucleares individuales) enfatiza las propiedades nucleares sobre las químicas, mientras que el concepto de isótopo (que agrupa todos los átomos de cada elemento) enfatiza las químicas sobre las nucleares. El número de neutrones tiene grandes efectos en las propiedades nucleares, pero su efecto en las reacciones químicas es insignificante para la mayoría de los elementos. Incluso en el caso de los elementos más ligeros, donde la relación entre el número de neutrones y el número atómico varía más entre isótopos, generalmente solo tiene un efecto pequeño, pero es importante en algunas circunstancias. Para el hidrógeno, el elemento más ligero, el efecto isotópico es lo suficientemente grande como para afectar fuertemente a los sistemas biológicos. En el caso del helio, el helio-4 obedece a la estadística de Bose-Einstein , mientras que el helio-3 obedece a la estadística de Fermi-Dirac . Dado que isótopo es un término más antiguo, es más conocido que nucleido y todavía se utiliza ocasionalmente en contextos en los que nucleido podría ser más apropiado, como la tecnología nuclear y la medicina nuclear.
Aunque las palabras nucleido e isótopo se utilizan a menudo indistintamente, ser isótopos es en realidad sólo una de las relaciones entre los nucleidos. La siguiente tabla menciona otras relaciones.
Un conjunto de nucleidos con igual número de protones ( número atómico ), es decir, del mismo elemento químico pero diferente número de neutrones , se denominan isótopos del elemento. A los nucleidos particulares todavía se les suele llamar vagamente "isótopos", pero el término "nucleido" es el correcto en general (es decir, cuando Z no es fijo). De manera similar, un conjunto de nucleidos con igual número de masa A , pero diferente número atómico , se denominan isóbaros (isóbaro = igual en peso), y los isótonos son nucleidos de igual número de neutrones pero diferente número de protones. Del mismo modo, los nucleidos con el mismo exceso de neutrones ( N − Z ) se denominan isodiáferos. [4] El nombre isoto n e se derivó del nombre isoto p e para enfatizar que en el primer grupo de nucleidos es el número de neutrones (n) el que es constante, mientras que en el segundo es el número de protones (p). [5]
Consulte Isotope#Notation para obtener una explicación de la notación utilizada para diferentes tipos de nucleidos o isótopos.
Los isómeros nucleares son miembros de un conjunto de nucleidos con igual número de protones y número de masa (lo que los convierte, por definición, en el mismo isótopo), pero con diferentes estados de excitación. Un ejemplo son los dos estados del isótopo único99
43Tc
Se muestra entre los esquemas de desintegración . Cada uno de estos dos estados (tecnecio-99m y tecnecio-99) se califica como un nucleido diferente, lo que ilustra una forma en que los nucleidos pueden diferir de los isótopos (un isótopo puede constar de varios nucleidos diferentes con diferentes estados de excitación).
El isómero nuclear no fundamental de vida más larga es el nucleido tantalio-180m (180 m
73Ejército de reserva
), que tiene una vida media de más de 1.000 billones de años. Este nucleido se produce de forma primordial y nunca se ha observado que se desintegra al estado fundamental. (En cambio, el nucleido de estado fundamental tántalo-180 no se produce de forma primordial, ya que se desintegra con una vida media de solo 8 horas a 180 Hf (86%) o 180 W (14%).)
Existen 251 nucleidos en la naturaleza cuya desintegración nunca se ha observado. Se encuentran entre los 80 elementos diferentes que tienen uno o más isótopos estables. Véase nucleido estable y nucleido primordial . Los nucleidos inestables son radiactivos y se denominan radionucleidos . Sus productos de desintegración (productos "hijos") se denominan nucleidos radiogénicos .
Los radionucleidos naturales pueden subdividirse convenientemente en tres tipos. [6] En primer lugar, aquellos cuyas vidas medias t 1/2 son al menos un 2% tan largas como la edad de la Tierra (para fines prácticos, son difíciles de detectar con vidas medias menores al 10% de la edad de la Tierra).4,6 × 10 9 años ). Se trata de restos de la nucleosíntesis que se produjo en las estrellas antes de la formación del Sistema Solar . Por ejemplo, el isótopo238
tú
(t1 /2 =4,5 × 10 9 años ) de uranio todavía es bastante abundante en la naturaleza, pero el isótopo de vida más corta235
tú
(t1 /2 =0,7 × 10 9 años ) es 138 veces más raro. Se han descubierto alrededor de 34 de estos nucleidos (consulte la Lista de nucleidos y el Nuclido primordial para obtener más detalles).
El segundo grupo de radionucleidos que existen de forma natural está formado por nucleidos radiogénicos como226
Real academia de bellas artes
(t1 /2 =1602 años ), un isótopo del radio , que se forma por desintegración radiactiva . Se producen en las cadenas de desintegración de los isótopos primordiales del uranio o el torio. Algunos de estos nucleidos tienen una vida muy corta, como los isótopos del francio . Existen alrededor de 51 de estos nucleidos hijos que tienen vidas medias demasiado cortas para ser primordiales, y que existen en la naturaleza únicamente debido a la desintegración de nucleidos primordiales radiactivos de vida más larga.
El tercer grupo está formado por nucleidos que se forman continuamente de otra manera que no es la simple desintegración radiactiva espontánea (es decir, solo un átomo involucrado sin ninguna partícula entrante) sino que implica una reacción nuclear natural . Estos ocurren cuando los átomos reaccionan con neutrones naturales (de rayos cósmicos, fisión espontánea u otras fuentes), o son bombardeados directamente con rayos cósmicos . Estos últimos, si no son primordiales, se denominan nucleidos cosmogénicos . Otros tipos de reacciones nucleares naturales producen nucleidos que se dice que son nucleogénicos .
Un ejemplo de nucleidos formados por reacciones nucleares son los cosmogénicos.14
do
( radiocarbono ) que se forma mediante el bombardeo de rayos cósmicos de otros elementos y nucleogénico239
Pu
que todavía se está creando mediante el bombardeo de neutrones de la naturaleza.238
tú
como resultado de la fisión natural en los minerales de uranio. Los nucleidos cosmogénicos pueden ser estables o radiactivos. Si son estables, su existencia debe deducirse en un contexto de nucleidos estables, ya que todos los nucleidos estables conocidos están presentes en la Tierra de manera primordial.
Además de los nucleidos naturales, se han producido y caracterizado artificialmente más de 3000 radionucleidos de distintas vidas medias.
Los nucleidos conocidos se muestran en la Tabla de nucleidos . Se proporciona una lista de nucleidos primordiales ordenados por elemento en Lista de elementos por estabilidad de isótopos . La lista de nucleidos está ordenada por vida media, para los 905 nucleidos con vidas medias superiores a una hora.
Esta es una tabla resumen [7] de los 905 nucleidos con vidas medias superiores a una hora, que figuran en la lista de nucleidos . Tenga en cuenta que los números no son exactos y pueden cambiar ligeramente en el futuro, si se observa que algunos nucleidos "estables" son radiactivos con vidas medias muy largas.
Núcleos atómicos distintos del hidrógeno1
1yo
tienen protones y neutrones unidos por la fuerza fuerte residual . Debido a que los protones están cargados positivamente, se repelen entre sí. Los neutrones, que son eléctricamente neutros, estabilizan el núcleo de dos maneras. Su copresencia separa ligeramente a los protones, lo que reduce la repulsión electrostática entre ellos, y ejercen la fuerza nuclear atractiva entre sí y sobre los protones. Por esta razón, se necesitan uno o más neutrones para que dos o más protones se unan en un núcleo. A medida que aumenta el número de protones, también aumenta la relación de neutrones a protones necesaria para garantizar un núcleo estable (ver gráfico). Por ejemplo, aunque la relación neutrón-protón de3
2Él
es 1:2, la relación neutrón-protón de238
92tú
es mayor que 3:2. Una cantidad de elementos más ligeros tienen nucleidos estables con una relación de 1:1 ( Z = N ). El nucleido40
20California
El calcio-40 es, según las observaciones, el nucleido estable más pesado, con el mismo número de neutrones y protones. Todos los nucleidos estables más pesados que el calcio-40 contienen más neutrones que protones.
La relación protón-neutrón no es el único factor que afecta a la estabilidad nuclear. Depende también de la paridad par o impar de su número atómico Z , número neutrónico N y, en consecuencia, de su suma, el número másico A . La imparidad tanto de Z como de N tiende a reducir la energía de enlace nuclear , haciendo que los núcleos impares, en general, sean menos estables. Esta notable diferencia de energía de enlace nuclear entre núcleos vecinos, especialmente de isóbaros impares A , tiene consecuencias importantes: los isótopos inestables con un número no óptimo de neutrones o protones se desintegran por desintegración beta (incluida la desintegración de positrones), captura de electrones o medios más exóticos, como la fisión espontánea y la desintegración en cúmulos .
La mayoría de los nucleidos estables son pares-protón-neutrón, donde todos los números Z , N y A son pares. Los nucleidos estables impares- A se dividen (de manera aproximadamente uniforme) en nucleidos impares-protón-neutrón y pares-protón-neutrón impares. Los nucleidos (y núcleos) impares-protón-neutrón impar son los menos comunes.