Estabilidad Nuclear

Un núcleo contiene la mayor parte de la masa de un átomo y es diminuto en comparación con el átomo completo. La densidad nuclear media es nueve billones de veces mayor que la densidad del osmio:El elemento más denso! La tierra sería 30.000 veces más pequeña si tuviera la densidad del núcleo.

Por qué tiene el núcleo una densidad tan alta? Los nucleones se mantienen unidos por la fuerte fuerza nuclear de corto alcance. El equilibrio entre las repulsiones protón-protón la atracción nucleón-nucleón determina la estabilidad del núcleo.

Cuando las repulsiones protón-protón superan a las fuerzas nucleares atractivas, el núcleo se desintegra. Trazar los nucleídos por el número de protones y neutrones ilustra que los núcleos estables ocupan una región central, indicada en azul, que se llama cinturón o valle de estabilidad. Los nucleídos más ligeros con una relación neutrón-protón de uno, como el carbono-12, disfrutan de una gran estabilidad.

A medida que el número atómico aumenta más allá de 20, se requieren más neutrones para contrarrestar las repulsiones protón-protón. Los neutrones se atraen entre sí por las fuerzas nucleares, mientras que no hay interacciones repulsivas entre ellos. Por lo tanto, un aumento en el número de neutrones fortalece significativamente la fuerza nuclear.

Todos los nucleídos estables más pesados tienen relaciones neutrones a protones superiores a uno. Los radionúclidos con proporciones más altas de neutrones a protones generalmente experimentan una desintegración beta-menos, que convierte un neutrón en un protón. Por lo tanto, la relación neutrón-protón disminuye para producir un nucleído secundario que está más cerca del cinturón de estabilidad en el gráfico.

Los radionúclidos con relaciones neutrón-protón más bajas emiten positrones o se someten a la captura de electrones para convertir protones en neutrones y, por lo tanto, acercarse al cinturón de estabilidad. Curiosamente, al igual que los pares de electrones que residen en los orbitales, el emparejamiento protón-protón y neutrón-neutrón se observa en el núcleo. Cuando el número de protones y neutrones es par, los núcleos son notablemente estables, ya que el emparejamiento es posible para todos los nucleones.

Solo cinco nucleídos con números impares de neutrones y protones son estables. Los núcleos con cierto número de protones o neutrones son más estables de lo esperado, por lo que estos números se denominan números mágicos. Los núcleos con números mágicos tanto de protones como de neutrones se denominan doblemente mágicos.

Todos los núcleos con números atómicos superiores a 82 son radiactivos. Sin embargo, el bismuto-209, número atómico 83, tiene una vida media excepcionalmente larga entre los radionúclidos. Para un radionúclido alejado del cinturón de estabilidad, su cadena de desintegración es la serie de procesos de desintegración mediante los cuales finalmente alcanza un nucleído estable.