Isótopos estables y radiactivos

Los isótopos estables son átomos que no se alteran durante largos períodos de tiempo, o que sí sufren alteración pero no es medible. En éstos nucleidos, la relación entre protones y neutrones se mantiene dentro de ciertos límites.

En éste gráfico se representa l número de neutrones en función del número de protones para varios isótopos. Los núcleos más estables se encuentran dentro del cinturón de estabilidad. Los núcleos radiactivos se encuentran fuera de la banda de estabilidad.

Los isótopos inestables se denominan radiactivos, o radisótopos, y en ellos, la relación protón/neutrón no está dentro de los límites de la estabilidad. Los núcleos de éstos átomos emiten partículas y radiación. Existen radisótopos naturales y artificiales.

Tipos de nucleidos

Con el término nucleido se denomina a todas las combinaciones de protones y neutrones que se pueden formar.

Isótopos: son átomos que tienen la misma cantidad de protones(igual Z) pero distinta cantidad de neutrones(distinto A). Son químicamente idénticos pero sus núcleos son diferentes en cuanto a su estabilidad

Isóbaros: son átomos con igual número de masa, es decir, con la misma cantidad de partículas en su núcleo pero distinto número atómico, por lo tanto son químicamente diferentes entre sí

Isótonos: son átomos con igual número de neutrones pero diferente número atómico y másico, también son químicamente diferentes entre sí

Energía de enlace del núcleo

Las fuerzas que mantienen unidas a las partículas en el núcleo se llaman fuerzas nucleares, se dan entre protones y neutrones pero no se conoce su naturaleza.

Se supone que la masa del núcleo es igual a la suma de la masa de los protones que contiene (Z) y la masa de los neutrones que lo forman (A-Z). Como el átomo de hidrógeno está formado por un protón y un electrón, suponemos que la masa de un átomo es:

ZmH + (A-Z)mneutrones

Sin embargo, el cálculo experimenal de la masa de diferentes núcleos siempre da un valor menor que el calculado utilizando la ecuación anterior. La diferencia entre la masa calculada teóricamente y la calculada experimentalmente se denomina defecto de masa y se expresa como:

ΔM= ZmH + (A-Z)mn - M

El defecto de masa es la fracción de masa que se libera en forma de energía si construimos artificialmente el átomo a partir de sus protones, neutrones y electrones. Y esa misma energía se debería aplicar al átomo para romperlo en sus partículas.

Para determinar a qué energía equivale esa masa se utiliza la relación entre masa y energía determinada por Einstein:

                                                 

 

Donde c es la velocidad de la luz y E la energía equivalente a la masa m. Si utilizamos los gramos como unidad para la masa, y cm/seg como unidad para la velocidad de la luz, la unidad de energía será ergios. 

Si dividimos la energía entre la cantidad de nucleones existentes se obtiene la energía de enlace por nucleón

En ésta gráfica está representada la energía de enlace por nucleón en función del número másico. Cuanto más fuerte es la energía de enlace por nucleón más estable es el núcleo.

Núcleo

Según el modelo atómico de Rutherford el átomo está formado por un núcleo y a su alrededor se distribuyen los electrones. En el núcleo se encuentran protones(partículas con carga positiva) y neutrones( partículas sin carga). Para que el átomo sea eléctricamente neutro la cantidad de protones debe de ser igual a la cantidad de electrones(partículas con carga negativa). 

Toda la masa del átomo está concentrada en el núcleo, ya que los neutrones y protones tienen más masa que los electrones, y como el volumen del átomo es muy pequeño, su densidad es muy alta. De acuerdo con la Ley de Coulomb las cargas iguales se repelen, si en un pequeño volumen se encuentran muy juntas partículas con carga positiva suponemos que deberían repelerse y el núcleo no podría existir. Ésto no sucede, porque de hecho el núcleo existe, y por eso existe la materia, por lo que deben haber otro tipo de fuerzas que mantienen unidas de manera muy fuerte a las partículas. 

La estabilidad del núcleo depende de la relación entre las fuerzas de repulsión y las de atracción: si las primeras predominan sobre las de atracción el núcleo se desintegra. Si predominan las de atracción el núcleo es estable.