En física , la abundancia natural (NA) se refiere a la abundancia de isótopos de un elemento químico tal como se encuentran de forma natural en un planeta . La masa atómica relativa (un promedio ponderado, ponderado por cifras de abundancia en fracciones molares ) de estos isótopos es el peso atómico que figura para el elemento en la tabla periódica . La abundancia de un isótopo varía de un planeta a otro, e incluso de un lugar a otro en la Tierra, pero permanece relativamente constante en el tiempo (en una escala de corto plazo).
Por ejemplo, el uranio tiene tres isótopos naturales : 238 U, 235 U y 234 U. Sus respectivas abundancias en fracciones molares naturales son 99,2739–99,2752%, 0,7198–0,7202% y 0,0050–0,0059%. [1] Por ejemplo, si se analizaran 100.000 átomos de uranio, se esperaría encontrar aproximadamente 99.274 átomos de 238 U, aproximadamente 720 átomos de 235 U y muy pocos (probablemente 5 o 6) átomos de 234 U. Esto se debe a que el 238 U es mucho más estable que el 235 U o el 234 U, como lo revela la vida media de cada isótopo: 4,468 × 10 9 años para el 238 U en comparación con 7,038 × 10 8 años para el 235 U y 245.500 años para el 234 U.
Precisamente porque los diferentes isótopos del uranio tienen vidas medias diferentes, cuando la Tierra era más joven, la composición isotópica del uranio era diferente. Por ejemplo, hace 1,7×10 9 años la NA del 235 U era del 3,1%, en comparación con el 0,7% actual, y eso permitió que se formara un reactor nuclear de fisión natural , algo que hoy no puede suceder.
Sin embargo, la abundancia natural de un isótopo dado también se ve afectada por la probabilidad de su creación en la nucleosíntesis (como en el caso del samario ; los radiactivos 147 Sm y 148 Sm son mucho más abundantes que el estable 144 Sm) y por la producción de un isótopo dado como hijo de isótopos radiactivos naturales (como en el caso de los isótopos radiogénicos del plomo ).
Ahora se sabe, a partir del estudio del Sol y de los meteoritos primitivos, que el sistema solar era inicialmente casi homogéneo en composición isotópica. Las desviaciones del promedio galáctico (en evolución), muestreadas localmente alrededor del momento en que comenzó la combustión nuclear del Sol, generalmente se pueden explicar por el fraccionamiento de masa (ver el artículo sobre fraccionamiento independiente de la masa ) más un número limitado de procesos de desintegración y transmutación nuclear. [2] También hay evidencia de la inyección de isótopos de vida corta (ahora extintos) de una explosión de supernova cercana que puede haber desencadenado el colapso de la nebulosa solar. [3] Por lo tanto, las desviaciones de la abundancia natural en la Tierra a menudo se miden en partes por mil ( por mil o ‰) porque son menos del uno por ciento (%).
Una excepción a esto son los granos presolares que se encuentran en los meteoritos primitivos. Estos pequeños granos se condensaron en los flujos de estrellas evolucionadas ("moribundas") y escaparon a los procesos de mezcla y homogeneización en el medio interestelar y el disco de acreción solar (también conocido como nebulosa solar o disco protoplanetario). [4] [ aclaración necesaria ] Como condensados estelares ("polvo de estrellas"), estos granos llevan las firmas isotópicas de procesos de nucleosíntesis específicos en los que se crearon sus elementos. [5] En estos materiales, las desviaciones de la "abundancia natural" a veces se miden en factores de 100. [ cita requerida ] [4]
La siguiente tabla muestra las distribuciones de isótopos terrestres de algunos elementos. Algunos elementos, como el fósforo y el flúor , solo existen como un único isótopo, con una abundancia natural del 100%.