¿Por qué ocurre la descomposición radiactiva?

La desintegración radiactiva es el proceso espontáneo a través del cual un núcleo atómico inestable se rompe en fragmentos más pequeños y más estables. ¿Alguna vez te has preguntado por qué algunos núcleos se descomponen y otros no??

Es básicamente una cuestión de termodinámica. Cada átomo busca ser lo más estable posible. En el caso de la desintegración radiactiva, la inestabilidad ocurre cuando hay un desequilibrio en el número de protones y neutrones en el núcleo atómico. Básicamente, hay demasiada energía dentro del núcleo para mantener todos los nucleones juntos. El estado de los electrones de un átomo no es importante para la descomposición, aunque ellos también tienen su propia forma de encontrar estabilidad. Si el núcleo de un átomo es inestable, eventualmente se romperá para perder al menos algunas de las partículas que lo hacen inestable. El núcleo original se llama padre, mientras que el núcleo o núcleos resultantes se llaman hija o hijas. Las hijas aún podrían ser radiactivas, eventualmente dividiéndose en más partes, o podrían ser estables..

Tres tipos de descomposición radiactiva

Hay tres formas de desintegración radiactiva: cuál de ellas sufre un núcleo atómico depende de la naturaleza de la inestabilidad interna. Algunos isótopos pueden descomponerse a través de más de una vía..

Decaimiento Alfa

En la desintegración alfa, el núcleo expulsa una partícula alfa, que es esencialmente un núcleo de helio (dos protones y dos neutrones), disminuyendo el número atómico del progenitor en dos y el número de masa en cuatro.

Decaimiento Beta

En la desintegración beta, una corriente de electrones, llamados partículas beta, se expulsa del progenitor y un neutrón en el núcleo se convierte en un protón. El número de masa del nuevo núcleo es el mismo, pero el número atómico aumenta en uno.

Decadencia gamma

En la desintegración gamma, el núcleo atómico libera el exceso de energía en forma de fotones de alta energía (radiación electromagnética). El número atómico y el número de masa permanecen iguales, pero el núcleo resultante asume un estado de energía más estable.

Radioactivo vs. Estable

Un isótopo radiactivo es uno que sufre descomposición radiactiva. El término "estable" es más ambiguo, ya que se aplica a elementos que no se separan, a efectos prácticos, durante un período de tiempo prolongado. Esto significa que los isótopos estables incluyen aquellos que nunca se rompen, como el protio (que consiste en un protón, por lo que no queda nada que perder), y los isótopos radiactivos, como el telurio -128, que tiene una vida media de 7.7 x 10²⁴ años. Los radioisótopos con una vida media corta se denominan radioisótopos inestables..

Algunos isótopos estables tienen más neutrones que protones

Puede suponer que un núcleo en configuración estable tendría la misma cantidad de protones que los neutrones. Para muchos elementos más ligeros, esto es cierto. Por ejemplo, el carbono se encuentra comúnmente con tres configuraciones de protones y neutrones, llamados isótopos. El número de protones no cambia, ya que esto determina el elemento, pero el número de neutrones sí: el carbono-12 tiene seis protones y seis neutrones y es estable; el carbono 13 también tiene seis protones, pero tiene siete neutrones; El carbono 13 también es estable. Sin embargo, el carbono 14, con seis protones y ocho neutrones, es inestable o radiactivo. El número de neutrones para un núcleo de carbono 14 es demasiado alto para que la fuerza de atracción fuerte lo mantenga unido indefinidamente.

Pero, a medida que avanza hacia átomos que contienen más protones, los isótopos son cada vez más estables con un exceso de neutrones. Esto se debe a que los nucleones (protones y neutrones) no están fijos en su lugar en el núcleo, sino que se mueven y los protones se repelen entre sí porque todos llevan una carga eléctrica positiva. Los neutrones de este núcleo más grande actúan para aislar a los protones de los efectos de cada uno..

La relación N: Z y los números mágicos

La relación de neutrones a protones, o la relación N: Z, es el factor principal que determina si un núcleo atómico es estable o no. Elementos más ligeros (Z < 20) prefer to have the same number of protons and neutrons or N:Z = 1. Heavier elements (Z = 20 to 83) prefer an N:Z ratio of 1.5 because more neutrons are needed to insulate against the repulsive force between the protons.

También existen los llamados números mágicos, que son números de nucleones (ya sea protones o neutrones) que son especialmente estables. Si tanto el número de protones como los neutrones tienen estos valores, la situación se denomina números mágicos dobles. Puede pensar en esto como el núcleo equivalente a la regla del octeto que rige la estabilidad de la capa electrónica. Los números mágicos son ligeramente diferentes para protones y neutrones:

• Protones: 2, 8, 20, 28, 50, 82, 114
• Neutrones: 2, 8, 20, 28, 50, 82, 126, 184

Para complicar aún más la estabilidad, hay isótopos más estables con Z: N (162 isótopos) pares a pares que pares a impares (53 isótopos), que valores impares a pares (50) que valores impares a impares (4).

Aleatoriedad y decadencia radiactiva

Una nota final: si un núcleo sufre decadencia o no es un evento completamente al azar. La vida media de un isótopo es la mejor predicción para una muestra suficientemente grande de los elementos. No se puede usar para hacer ningún tipo de predicción sobre el comportamiento de un núcleo o unos pocos núcleos.

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