11.3: Isótopos estables e inestables

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Resultados de aprendizaje

Reconocer que la radiactividad es una firma de nucleido inestable - radioisótopos.
Describir un radioisótopo.
Explicar cómo la estabilidad de los isótopos depende de la composición de su núcleo.
Utilizar la “banda de estabilidad” para identificar isótopos estables.

El descubrimiento de la radiactividad y sus efectos sobre los núcleos de los elementos desmintieron la suposición de Dalton de que los átomos son indivisibles. Un nucleido es un término para un átomo con un número específico de protones y neutrones en su núcleo. Cuando los nucleidos de un tipo emiten radiación, se transforman en diferentes nucleidos. La desintegración radiactiva es espontánea y no requiere una entrada de energía para ocurrir. La estabilidad de un nucleido particular depende de la composición de su núcleo, incluyendo el número de protones, el número de neutrones y la relación protón-neutrón.

En las reacciones nucleares, es el núcleo del átomo el que gana estabilidad al sufrir algún cambio de algún tipo. Algunos elementos no tienen isótopos estables, lo que significa que cualquier átomo de ese elemento es radiactivo. Para algunos otros elementos, solo ciertos isótopos son radiactivos. Un radioisótopo es un isótopo de un elemento que es inestable y sufre desintegración radiactiva. Las energías que se liberan en las reacciones nucleares son muchos órdenes de magnitud mayores que las energías involucradas en las reacciones químicas. A diferencia de las reacciones químicas, las reacciones nucleares no se ven notablemente afectadas por los cambios en las condiciones ambientales, como la temperatura o la presión.

El carbono-12, con seis protones y seis neutrones, es un núcleo estable, lo que significa que no emite radiactividad espontáneamente. El carbono-14, con seis protones y ocho neutrones, es inestable y naturalmente radiactivo. Entre los átomos con números atómicos más bajos, la proporción ideal de neutrones a protones es aproximadamente 1:1. A medida que aumenta el número atómico, la relación estable neutrón-protón aumenta gradualmente a aproximadamente 1. 5:1 para los elementos más pesados conocidos. Por ejemplo, el plomo-206 es un núcleo estable que contiene 124 neutrones y 82 protones, una relación de 1.51 a 1.

Esta observación se muestra en la Figura\(\PageIndex{1}\). La banda de estabilidad es el rango de núcleos estables en una gráfica que traza el número de neutrones en un nucleido frente al número de protones. Los nucleidos estables conocidos se muestran con puntos azules individuales, mientras que las relaciones 1:1 y 1. 5:1 se muestran con una línea roja continua y una línea verde, respectivamente.

Cabe señalar que el hecho de que un núcleo sea “inestable” (capaz de sufrir desintegración radiactiva espontánea) no significa que se descomponga rápidamente. Por ejemplo, el uranio-238 es inestable porque se descompone espontáneamente con el tiempo, pero si se permite que una muestra de uranio-238 se asiente durante 1000 años, solo\(0.0000155\%\) de la muestra habrá decaído. Sin embargo, otros núcleos inestables, como el berkelio-243, desaparecerá casi por completo (>\(99.9999\%\) decaído) en menos de un día.

Colaboradores y Atribuciones

CK-12 Foundation by Sharon Bewick, Richard Parsons, Therese Forsythe, Shonna Robinson, and Jean Dupon.
Allison Soult, Ph.D. (Department of Chemistry, University of Kentucky)