Estabilidade Nuclear

Um núcleo contém a maior parte da massa de um átomo e é minúsculo em comparação com todo o átomo. A densidade nuclear média é de nove trilhões vezes maior do que a densidade do ósmio:o elemento mais denso! A terra seria 30.000 vezes menor se tivesse a densidade do núcleo.

Porque é que o núcleo têm uma densidade tão elevada, Os nucleos são mantidos juntos pela força nuclear forte a curta distância. O equilíbrio entre as repulsões de prótons-e-prótons e as atrações núcleo-núcleo determina a estabilidade do núcleo. Quando as repulsões próton-próton compensam as atrativas forças nucleares, o núcleo desintegra-se.

A plotagem de nuclídeos pelo números de prótons e nêutrons ilustra que os núcleos estáveis ocupam uma região central, indicados a azul, que se chama o cinto ou vale de estabilidade. Os nuclídeos mais leves com rácios nêutrons-para-prótons de um, como o carbono-12, desfrutam de grande estabilidade. Como o número atómico aumenta para além de 20, são necessários mais nêutrons para contrabalançar as repulsões dos prótons.

Os nêutrons são atraídos um pelo outro por forças nucleares, enquanto não existem interações repulsivas entre eles. Assim, um aumento no número de nêutrons fortifica a força nuclear significativamente. Todos os nuclídeos mais pesados estáveis têm rácios de nêutrons para prótons de mais de um.

Os radionuclídeos com maior rácios nêutrons-para-prótons normalmente sofrem desintegração beta-menos, que converte um nêutron num próton. Assim, a relação nêutrons-prótons diminui para render um nuclídeo derivado que está mais perto do cinto de estabilidade na tabela. Os radionuclídeos com menor rácios nêutrons-para-prótons emitem positróns ou sofrem captura de eletróns para converter os prótons em nêutrons e assim aproximam-se do cinto de estabilidade.

Curiosamente, tal como os pares de eletróns residentes nas orbitais, os pares próton-próton e nêutron-nêutron o emparelhamento de nêutrons é observado no núcleo. Quando os números de prótons e nêutrons são ambos iguais, os núcleos são notavelmente estáveis, sendo o emparelhamento possível para todos os nucleos. Apenas cinco nuclídeos com número ímpar de nêutrons e prótons são estáveis.

Os núcleos com determinados números de prótons ou nêutrons são mais estáveis do que o esperado, levando estes números a ser chamados números mágicos. Os núcleos com números mágicos tanto de prótons como de nêutrons são chamados duplamente mágicos. Todos os núcleos com números atómicos superiores a 82 são radioativos.

No entanto, o bismuto-209, número atómico 83, tem uma meia-vida entre os radionuclídeos. Para um radionuclídeo longe do cinto de estabilidade, a sua cadeia de desintegração é uma série de processos de desintegração pela qual, em última análise atinge um nuclídeo estável.