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¿Qué es lo que hace que un elemento radiactivo sea inestable?

La mejor respuesta

¿Ha oído hablar de la escalera de Wittgenstein? El nivel de explicación depende del nivel de detalle que desee Por ejemplo, puede decirle a un niño de dos años que provienen de la barriga de «mamá», y eso está bien, no está mal, por lo que la escalera a veces se llama «Mentiras a los niños». Así que aquí está mi paso en el primer escalón 🙂

Los neutrones son inestables fuera del núcleo y no pueden unirse entre sí debido a su propiedades de isospin . Isospin implica la propiedad principal de los quarks conocida como «sabor». Un protón tiene un giro neto opuesto al de un neutrón, pero estas partículas pueden unirse entre sí a través de interacciones fundamentales de corto alcance que involucran su estructura de quarks y sus interacciones de quark antiquark virtuales. En este entorno, el protón y el neutrón pueden tratarse como estados diferentes de la misma partícula. Entonces ambos cambian de carácter , el neutrón ahora es estable y el protón comienza a interactuar . La fuerza de unión neta tiene un rango más corto que las repulsiones de carga, por lo que, en esencia, pasan «por debajo del radar».

Puedes leer sobre esto en este wiki: Isospin

La estructura es más compleja que los electrones alrededor de los átomos, pero esencialmente es la misma tipo de modelo de carcasa , con perillas. Con los electrones alrededor de los átomos, solo tiene que tener en cuenta el espín de electrones convencional, el espín nuclear se ignora en gran medida. Pero con núcleos el problema de muchos cuerpos es más complejo, con interacciones de isospin y sabor, en menos. Los estados de sabor son mutables para agregar al drama, ingresar a la fuerza débil, y este entorno único es altamente probabilístico , lo que resulta en diferentes modos de desintegración en varios canales.

La fuerza fuerte fundamental es de corto alcance, pero genera la unión nuclear general que simplemente falla en las repulsiones de carga de mayor alcance en grandes Tamaños. Entonces podemos decir «Son las distancias involucradas» como decir que el bebé viene de la barriga de mamá, y esperamos quedar satisfechos con eso.

Pero según los comentarios en su pregunta, quiere el siguiente escalón en la escalera. Quieres saber más sobre los detalles de la inestabilidad en el camino hacia arriba en los tamaños y los números mágicos. Pero ya deberías poder ver que debe haber un equilibrio bastante lineal entre neutrones y protones basado en isospin Esto no es diferente a la química, aunque en ese caso el agrupamiento cerca de la línea se debe a la energía de valencia electrónica.

¡Aquí hay una versión de la tabla periódica que creé en una tableta! para ilustrarla agrupamiento de energía, lo que hace la analogía:

Esto es informativo porque se compara en espíritu al menos con los gráficos típicos de estabilidad nuclear . Alejarse de la línea es improbable.

(Sin embargo, una nota al margen sobre la estabilidad, las bandas verticales llamadas estados de oxidación en la química Probablemente se ve mejor como límites energéticos que como valles energéticos o cumbres. El concepto de estabilidad en química es relativo, por lo general se necesitan dos para bailar el tango, aunque uno sea el ambiente térmico. Mientras que la estabilidad en física nuclear es un efecto de primer orden, determinado por la probabilidad de desintegración. )

Desafortunadamente, los núcleos no muestran una periodicidad tan obvia, pero el principio de los límites de ocupación sigue siendo relevante. Estoy seguro de que alguien publicará el mapa nuclear y algunos de los principios de estabilidad con más detalle. Pero basta con decir que si un modo de desintegración emite una carga positiva o negativa es claramente una función del lado de la línea en el que se encuentre.

Respuesta

La «vida media» no » t significa que el átomo sigue reduciéndose a la mitad. Se refiere a la población de átomos en su conjunto: después de una vida media (6.000 años en el caso del carbono-14, 700 millones de años para el U-235, hasta nanosegundos para isótopos), la mitad de los átomos de una muestra se desintegrarán. Después de dos vidas medias, 3/4 de los átomos se desintegrarán. Después de tres, solo queda 1/8. Después de diez vidas medias (60.000 años en el caso de C14 ), solo un átomo de cada mil seguirá siendo lo que era.

Lo que sucede después de que se desintegra depende de en qué se desintegra. No se dividen por la mitad. La mayoría de las veces, ganan o pierden un protón o neutrón. En el carbono 14, por ejemplo, un neutrón se divide en un protón y un electrón (más un neutrino). Pierde solo una pequeña, muy pequeña parte de su masa, pero debido a que cambia el número de protones, se convierte en nitrógeno 14. El nitrógeno 14 es estable: nunca se descompondrá.

La masa no se pierde realmente.Se lleva como un electrón más un neutrino de alta velocidad. La masa de esas partículas, más la energía que transportan (del famoso E = mc ^ 2) coinciden exactamente con la masa perdida por el átomo en descomposición. Pero » s mucho, mucho menos de la mitad; eso no es lo que significa vida media.

Algunos de los productos de desintegración son radiactivos en sí mismos y se desintegrarán en una forma estable. El uranio radiactivo, por ejemplo, terminará como plomo. En el proceso, pasa de 238 unidades de masa atómica a 207 (de nuevo, más de la mitad). El resto lo explican las diversas partículas desprendidas, que siguen su camino por el universo.

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