Núcleus atòmics parells i impars
Física nuclear
 • Núcleu • Nucleones (p, n) • Matèria nuclear • Força nuclear • Estructura nuclear • Processos nuclears |
En física nuclear, les propietats d'un núcleu depenen de les paritat (parell o impar) del seu número atómico Z (el seu número de protones), del seu número neutrónico N i, en conseqüència, de la seua suma, el número másico A. Lo més important és que la imparidad tant de Z com de N tendix a reduir l'energia d'enllaç nuclear, lo que fa que els núcleus impars siguen generalment menys estables. Este efecte no solament s'observa experimentalment, sino que s'inclou en la fòrmula semiempírica de masses i és explicat per alguns atres models del núcleu, com el model de capes nuclear. Esta diferència d'energia d'enllaç nuclear entre núcleus veïns, especialment de núcleus isóbaros de A impar, té conseqüències importants per a la desintegració beta.
l'espin nuclear és zero per a núcleus de Z parell, de N parell, sancer per a tots els núcleus de A parell i semi sancer impar per a tots els núcleus de A impar.
| Parell | Impar | Total | |
|---|---|---|---|
| Estable | 150 | 101 | 251 |
| De vida llarga | 26 | 9 | 35 |
| Tots primordials | 176 | 110 | 286 |
La relació neutrons-protones no és l'únic factor que afecta a l'estabilitat nuclear. Agregar neutrons a isòtops pot variar els seus espin i formes nuclears, provocant diferències en les propietats de la secció eficaç de captura neutrónica, l'espectroscopía gamma i la resonància magnètica nuclear. Si hi ha massa o molt pocs neutrons sobre l'òptim d'energia d'enllaç nuclear, el núcleu es torna inestable i subjecte a certs tipos de radiactivitat. Els nucleidos inestables en un número no òptim de neutrons o protones es desintegren per mig de desintegració beta (inclosa la desintegració de positrones), captura electrònica o atres processos, com la fissió espontànea i el decaiguda d'agregats.
Número parell
[editar | editar còdic]Els nucleidos en número parell, que comprenen 150/251=60% de tots els nucleidos estables, són bosónicos, és dir, tenen espin sancer. 145 dels 150 són nucleidos de protones parells i neutrons pares (EE), que necessàriament tenen espin 0 pel emparejamiento. El restant dels nucleidos bosónicos estables són cinc nucleidos estables de protones impars i neutrons impars (Plantilla:Nuclide, Plantilla:Nuclide, Plantilla:Nuclide, Plantilla:Nuclide i Plantilla:Nuclide), tots en un espin sancer distint de zero.
Efectes de emparejamiento
[editar | editar còdic]| p,n | EE | OO | EO | OE | Total |
|---|---|---|---|---|---|
| Estable | 145 | 5 | 53 | 48 | 251 |
| Vida llarga | 22 | 4 | 4 | 5 | 35 |
| Tots primordials | 167 | 9 | 57 | 53 | 286 |
| * NOTA: I parell (de "even") // O impar (de "odd") | |||||
La desintegració beta d'un núcleu impar-impar produïx un núcleu impar-impar i viceversa. Els número par de protones o de neutrons són més estables (pel seu energia d'unió més alta) pels efectes de paritat, per lo que els núcleus pares-parells són molt més estables que els impar-impars. Un efecte és que hi ha pocs nucleidos impar-impar estables, pero un atre efecte és evitar la desintegració beta de molts núcleus parell-parell en un atre núcleu parell-parell del mateix número másico pero de menor energia, perque la desintegració alvança pas a pas. Tindria que passar a través d'un núcleu impar de major energia. La doble desintegració beta directament de parell-parell a parell-parell que permet ometre un nucleido impar-impar, solament és possible ocasionalment, i inclús llavors en una semivida major que mil millons de voltes l'edat de l'univers. Per eixemple, l'emissor doble beta 116Cadmi té una vida mija de 2,9 anys. Açò genera un major número de nucleidos parells estables, a on alguns número atòmica tenen dos nucleidos estables i alguns elements (segons els seus número atómico) tenen tants com sèt.
Per eixemple, l'extrema estabilitat de l'heli-4 per un doble emparejamiento de dos protones i dos neutrons impedix que qualsevol nucleido que continga cinc o huit nucleones existixca durant el temps suficient com per a servir com a plataforma per a l'acumulació d'elements més pesats a través de la fusió nuclear en nucleosíntesis primordial. Solament en les estreles es donen les condicions necessàries el temps suficient per a que es puga completar el procés (vore procés triple-alfa). Esta és també la raó per la que el Plantilla:Nuclide es descompon tan ràpidament en dos partícules alfa, lo que convertix al berili en l'únic element parell que és monoisotópico.
Número par de protones i de neutrons
[editar | editar còdic]Hi ha 145 nucleidos parells estables, que formen el 58% dels 251 nucleidos estables. També hi ha 22 nucleidos parell-parell primordials de vida llarga. Com a resultat, molts dels 41 elements pares del 2 al 82 tenen distints isòtops primordials. La mitat d'estos elements pares tenen sis o més isòtops estables. L'isòtop parell estable més llauger és el Plantilla:Nuclide, i el més pesat és el Plantilla:Nuclide, que també són els nucleidos dóblemente màgics més llauger i pesat que es coneixen.[1] El Plantilla:Nuclide és el producte final de la desintegració de el Plantilla:Nuclide,[2] un radionucleido primordial en un número par de protones i neutrons. El Plantilla:Nuclide és un atre radionucleido primordial notable, en una vida mija de 4.468 millons d'anys,[3] que produïx casi la mitat de tota la calor radiactiva en l'interior de la Terra.[4]
Tots els nucleidos parells tenen espin 0 en el seu estat fonamental, pel principi d'exclusió de Pauli (consulte's efectes de pareado per a obtindre més detalls).
Número impar de protones i de neutrons
[editar | editar còdic]Només cinc nucleidos estables contenen tant un número impar de protones com un número impar de neutrons. Els primers quatre nucleidos "impar-impar" es produïxen a partir d'àtoms de baixa massa, en els que canviar un protó per un neutró o viceversa conduiria a una relació protón-neutró molt desequilibrada (Plantilla:Nuclide, Plantilla:Nuclide, Plantilla:Nuclide i Plantilla:Nuclide; espin 1, 1, 3, 1). Els quatre isòtops tenen la mateixa cantitat de protones i de neutrons, i tots tenen un número impar del seu espin nuclear. L'únic un atre nucleido impar-impar "estable" observacionalmente és el Plantilla:Nuclide (espin 9), l'únic isòmer nuclear primordial, que encara no s'ha observat que es desintegre a pesar dels intents experimentals.[5] Ademés, quatre nucleidos impars radiactius de llarga vida (Plantilla:Nuclide, el radioisòtop més comú en el cos humà,[6][7] Plantilla:Nuclide,Plantilla:Nuclide,Plantilla:Nuclide en espin 4, 6, 5 i 7 respectivament) es produïxen de forma natural. Com en el cas de la desintegració de el Plantilla:Nuclide de nucleidos d'alt espin per desintegració beta (inclosa captura electrònica), rajos gamma o conversió interna s'inhibix en gran mida si l'única desintegració possible entre nucleidos isóbaros (o en el cas de el Plantilla:Nuclide entre isòmers nuclears del mateix nucleido) implica múltiples alts d'un canvi d'espin d'1 unitat, el canvi d'espin "preferit" que s'associa en una ràpida decaiguda. Esta inhibició de la desintegració per alt espin és la causa dels cinc nucleidos pesats, estables o de llarga vida en números de protones i de neutrons impars discutits anteriorment. Com a eixemple d'este efecte en el que es resta l'efecte d'espin, el tantalio-180, l'estrany producte de desintegració (teòrica) de baix espin del tantalio-180m primordial, té en sí mateixa una vida mija de solament unes onze hores.[8]
Es coneixen molts radionucleidos estranys (com el tantalio-180) en vides miges comparativament curtes. Casi invariablement, estos es desintegren per mig de desintegració beta positiva o negativa, per a produir isòtops pares estables que tenen números de protones i de neutrons pares. En alguns radionucleidos impars a on la proporció de protones a neutrons no és ni excessivament gran ni excessivament chicoteta (és dir, que cauen massa llunt de la proporció d'estabilitat màxima), esta desintegració pot ocórrer en qualsevol direcció, convertint un protó en un neutró, o viceversa. Un eixemple és el Plantilla:Nuclide, que pot desintegrar-se per mig d'emissió de positrones a Plantilla:Nuclide o per mig d'emissió d'electrons a Plantilla:Nuclide.
Dels nou nucleidos impars primordials (cinc estables i quatre radiactius en vides miges llargues), solament el Plantilla:Nuclide és l'isòtop més comú d'un element comú. Est és el cas perque la captura de protones en el Plantilla:Nuclide és el pas limitante de la velocitat del cicle CNO-I. Els nucleidos Plantilla:Nuclide i Plantilla:Nuclide són isòtops minoritaris d'elements que en sí mateixos són rars en comparació a atres elements llaugers, mentres que els atres sis isòtops constituïxen solament un chicotet percentage de l'abundància natural dels seus elements. Per eixemple, es creu que el Plantilla:Nuclide és el més rar dels 251 isòtops estables.
Cap dels nucleidos impars primordials (és dir, estables o casi estables) té espin 0 en el seu estat fonamental. Açò es deu a que l'únic neutró desapareado i el protó desapareado tenen una major atracció de la força nuclear entre abdós si els seus espin estan alineats (produint un espin total d'a lo manco 1 unitat), en lloc de antialineados. Consulte's l'artícul dedicat al deuteri per a conéixer el cas més simple d'este comportament nuclear.
Número impar
[editar | editar còdic]Per a un número impar dau, hi ha exactament un nucleido beta estable. No hi ha una diferència en l'energia d'enllaç entre parell-impar i impar-parell comparable a la que existix entre parell-parell i impar-impar, deixant atres nucleidos del mateix número (isóbaros) lliures per a iniciar un procés de desintegració beta cap al nucleido de menor massa. Per a número de 147, 151 i 209+, s'ha observat que el isóbaro beta estable d'eixe número sofrix desintegració alfa (en teoria, els número 143 a 155, 160 a 162 i 165+ també poden experimentar desintegració alfa). Açò dona un total de 101 nucleidos estables en número impars. Hi ha atres nou nucleidos primordials radiactius (que, per definició, tenen vides miges relativament llargues, superiors a 80 millons d'anys) en número impars.
Els nucleidos en número impars són fermiones, és dir, tenen espin semienteros. En térmens generals, ya que els nucleidos en número impar sempre tenen un número par de neutrons o protones, les partícules pares solen formar part d'un núcleu en el propi núcleu atòmic en un espin zero. El nucleón desapareado en l'número impar (ya siga protó o neutró) és llavors responsable de l'espin nuclear, que és la suma del moment angular orbital i el moment angular d'espin del nucleón restant. En total, 29 dels 110 nucleidos primordials de massa impar tenen espin 1/2, 30 tenen espin 3/2, 24 tenen espin 5/2, 17 tenen espin 7/2 i nou tenen espin 9/2.
Els nucleidos estables en número impar es dividixen (més o menys uniformemente) en nucleidos de protones impars-neutrons pares; i de neutrons impars-protones parells, que s'analisen en més detall a continuació.
Protones impars, neutrons pares
[editar | editar còdic]Estos 48 nucleidos estables, estabilisats pel seu número par de neutrons, formen la majoria dels isòtops estables dels elements impars. Els escassos nucleidos impars comprenen als demés. Hi ha 41 elements impars en Z = 1 a 81, dels quals 30 (inclós l'hidrogen, considerant que zero és un número par) tenen un isòtop parell impar estable, els elements tecnecio (Plantilla:PhysicsParticle) i prometio (Plantilla:PhysicsParticle) no tenen isòtops estables; mentres que nou elements: clor (Plantilla:PhysicsParticle), potassi (Plantilla:PhysicsParticle), coure (Plantilla:PhysicsParticle), gali (Plantilla:PhysicsParticle), bromo (Plantilla:PhysicsParticle), argent (Plantilla:PhysicsParticle), antimoni (Plantilla:PhysicsParticle),
iridi (Plantilla:PhysicsParticle) i talio (Plantilla:PhysicsParticle) tenen dos isòtops estables parells i impar cada u. Açò fa un total de 30 × 1 + 9 × 2 = 48 isòtops pares i impar estables. L'eixemple més llauger d'este tipo de nucleido és el Plantilla:Nuclide (protio) considerant que zero és un número par, mentres que l'eixemple més pesat és el Plantilla:Nuclide. També hi ha cinc isòtops radiactius parells i impar primordials de llarga vida, Plantilla:Nuclide, Plantilla:Nuclide,[9][10] Plantilla:Nuclide,[11] Plantilla:Nuclide,[12] i Plantilla:Nuclide.[13][14] Recentment es va descobrir que els dos últims sofrien desintegració alfa, en vides miges superiors a 1018 anys.
Protón parell, neutró impar
[editar | editar còdic]| Decaiguda | Semivida | |
|---|---|---|
| Plantilla:Nuclide | Beta | 7.7Plantilla:I a |
| Plantilla:Nuclide | Alfa | 1.06Plantilla:I a |
| Plantilla:Nuclide | Alfa | 7.04Plantilla:I a |
Estos 53 nucleidos estables tenen un número par de protones i un número impar de neutrons. Per definició, tots són isòtops d'elements en Z parell, a on són una minoria en comparació als isòtops pares, que són aproximadament 3 voltes més numerosos. Entre els 41 elements de Z parell que tenen un nucleido estable, solament dos (argón i ceri) no tenen nucleidos estables parells o impars. Un element (estany) té tres. Hi ha 24 elements que tenen un nucleido parell-impar i 13 que tenen dos nucleidos parell-impar. L'eixemple més llauger d'este tipo de nucleido és el Plantilla:Nuclide i el més pesat és el Plantilla:Nuclide.
Dels 34 radionucleidos primordials, existixen tres nucleidos parells i impars (vore la taula de la dreta), inclós l'isòtop fisible Plantilla:Nuclide. Pels seus número impar de neutrons, els nucleidos parells i impar tendixen a tindre seccions travesseres de captura neutrónica grans, per l'energia que resulta dels efectes del emparejamiento de neutrons.
Estos nucleidos estables de protones parells i neutrons impars tendixen a ser poc comuns per la seua abundància en la naturalea, generalment perque per a formar-se i contribuir a l'abundància primordial, deuen haver escapat de la captura de neutrons per a formar atres isòtops pares-parells estables, tant durant el processe S i el processe R de captura de neutrons, durant la nucleosíntesis en les estreles. Per esta raó, solament el Plantilla:Nuclide i el Plantilla:Nuclide són els isòtops més abundants naturalment del seu element, el primer sol per un chicotet marge, i el segon sol perque el berili-8 esperat té una energia d'unió menor que dos partícules alfa i, per lo tant, experimenta desintegració alfa de manera immediata.
Referències
[editar | editar còdic]- ↑ “Magic and doubly-magic nuclei” . Nuclear Physics News 10 (4): 20–27. doi:.
- ↑ “Evaluation of specific cost of obtainment of lead-208 isotope by gas centrifuges using various raw materials” . Theoretical Foundations of Chemical Engineering 46 (4): 373–378. doi:.
- ↑ «Status of Health Concerns about Military Use of Depleted Uranium and Surrogate Metals in Armor-Penetrating Munitions». OTAN. Consultat el 2010-11-14.
- ↑ “The K-U ràtio of the silicate Earth: Insights into mantle composition, structure and thermal evolution” (2009). Earth and Planetary Science Letters 278 (3–4): 361–369. doi:. Bibcode: 2009I&PSL.278..361A.
- ↑ “Search for the radioactivity of 180mTa using an underground HPGe sandwich spectrometer” (2009). Applied Radiation and Isotopes 67 (5): 918–21. doi:. PMID 19246206.
- ↑ «Radiation and Radioactive Decay. Radioactive Human Body». Harvard Natural Sciences Lecture Demonstrations. Consultat el 2016-07-02.
- ↑ Radioactive fallout in soils, crops and food: a background review, Food & Agriculture Org., p. 32. ISBN 978-92-5-102877-3.
- ↑ P. Mohr, F. Kaeppeler, and R. Gallino (2007). “Survival of Nature's Rarest Isotope 180Ta under Stellar Conditions”. Phys. Rev. C 75: 012802. doi:.
- ↑ Plantilla:NUBASE 2003
- ↑ “Second unique forbidden β decay of 115In and neutrí mass” . AIP Conf. Proc. 1417 (33): 33. doi:. Bibcode: 2011AIPC.1417...33D.
- ↑ “Observation of bound-state β− decay of fully ionized 187Re: 187Re-187Vos Cosmochronometry” . Physical Review Letters 77 (26): 5190–5193. doi:. PMID 10062738. Bibcode: 1996PhRvL..77.5190B.
- ↑ “Search for α decay of natural europium” . Nuclear Physics A 789 (1–4): 15–29. doi:. Bibcode: 2007NuPhA.789...15B.
- ↑ Dumé, Belle. Bismuth breaks half-life record for alpha decay, Physicsweb.
- ↑ Marcillac, Pierre de. “Experimental detection of α-particles from the radioactive decay of natural bismuth”. Nature 422 (6934): 876–878. doi:. PMID 12712201. Bibcode: 2003Natur.422..876D.
Referències
[editar | editar còdic]
- Este artícul conté una traducció derivada de «Núcleos atómicos pares e impares» de Wikipedia en castellà publicada baix la Llicència de documentació lliure de GNU i la Llicència Creative Commons Reconeiximent-CompartirIgual 4.0 Internacional.