Nuclídeo - Nuclide
| Física nuclear |
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| Núcleo · Núcleons ( p , n ) · Nuclear matéria · força Nuclear · estrutura nuclear · reacção nuclear |
Um nuclídeo (ou nucleídeo , do núcleo , também conhecido como espécie nuclear) é uma classe de átomos caracterizada por seu número de prótons , Z , seu número de nêutrons , N , e seu estado de energia nuclear .
A palavra nuclídeo foi cunhada por Truman P. Kohman em 1947. Kohman definiu nuclídeo como uma "espécie de átomo caracterizada pela constituição de seu núcleo" contendo um certo número de nêutrons e prótons. O termo, portanto, originalmente focava no núcleo.
Nuclídeos vs isótopos
Um nuclídeo é uma espécie de átomo com um número específico de prótons e nêutrons no núcleo, por exemplo, carbono-13 com 6 prótons e 7 nêutrons. O conceito de nuclídeo (referindo-se a espécies nucleares individuais) enfatiza as propriedades nucleares sobre as propriedades químicas, enquanto o conceito de isótopo (agrupando todos os átomos de cada elemento) enfatiza a química sobre o nuclear. O número de nêutrons tem grandes efeitos nas propriedades nucleares, mas seu efeito nas reações químicas é desprezível para a maioria dos elementos. Mesmo no caso dos elementos mais leves, onde a razão entre o número de nêutrons e o número atômico varia mais entre os isótopos, geralmente tem apenas um pequeno efeito, mas é importante em algumas circunstâncias. Para o hidrogênio, o elemento mais leve, o efeito do isótopo é grande o suficiente para afetar fortemente os sistemas biológicos. Para o hélio, He4 obedece às estatísticas de Bose-Einstein , enquanto He3 obedece às estatísticas de Fermi-Dirac . Como isótopo é o termo mais antigo, ele é mais conhecido do que nuclídeo e ainda é ocasionalmente usado em contextos nos quais o nuclídeo pode ser mais apropriado, como tecnologia nuclear e medicina nuclear.
Tipos de nuclídeos
Embora as palavras nuclídeo e isótopo sejam freqüentemente usadas de forma intercambiável, ser isótopos é, na verdade, apenas uma relação entre os nuclídeos. A tabela a seguir nomeia algumas outras relações.
| Designação | Características | Exemplo | Observações |
|---|---|---|---|
| Isótopos | número de prótons igual ( Z 1 = Z 2 ) |
12 6 C , 13 6 C , 14 6 C |
|
| Isótonos | número de nêutrons igual ( N 1 = N 2 ) |
13 6 C , 14 7 N , 15 8 O |
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| Isobars | número de massa igual (Z 1 + N 1 = Z 2 + N 2 ) |
17 7 N , 17 8 O , 17 9 F |
ver decadência beta |
| Isodiaphers | excesso de nêutrons iguais (N 1 - Z 1 = N 2 - Z 2 ) |
13 6 C , 15 7 N , 17 8 O |
Os exemplos são isodiaphers com excesso de nêutrons 1. Um nuclídeo e seu produto de decaimento alfa são isodiaphers. |
| Núcleos espelho | número de nêutrons e prótons trocados (Z 1 = N 2 e Z 2 = N 1 ) |
3 1 H , 3 2 Ele |
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| Isômeros nucleares | mesmo número de próton e número de massa, mas com diferentes estados de energia |
99 43 Tc , 99m 43 Tc |
m = metaestável (estado excitado de longa duração) |
Um conjunto de nuclídeos com igual número de prótons (número atômico ), ou seja, do mesmo elemento químico, mas com números de nêutrons diferentes , são chamados de isótopos do elemento. Nuclídeos particulares ainda são freqüentemente chamados de "isótopos", mas o termo "nuclídeo" é o correto em geral (isto é, quando Z não é fixo). De maneira semelhante, um conjunto de nuclídeos com igual número de massa A , mas número atômico diferente , são chamados de isóbaros (isobar = igual em peso), e os isótonos são nuclídeos de igual número de nêutrons, mas diferentes números de prótons. Da mesma forma, nuclídeos com o mesmo excesso de nêutrons ( N - Z ) são chamados de isodiaferos. O nome isoto n e foi derivado do nome isoto p e para enfatizar que no primeiro grupo de nuclídeos é o número de nêutrons (n) que é constante, enquanto no segundo o número de prótons (p).
Consulte Isótopo # Notação para uma explicação da notação usada para diferentes tipos de nuclídeos ou isótopos.
Os isômeros nucleares são membros de um conjunto de nuclídeos com igual número de prótons e igual número de massa (tornando-os, por definição, o mesmo isótopo), mas diferentes estados de excitação. Um exemplo são os dois estados do único isótopo 99
43 Tc
mostrado entre os esquemas de decaimento . Cada um desses dois estados (tecnécio-99m e tecnécio-99) se qualifica como um nuclídeo diferente, ilustrando uma maneira pela qual os nuclídeos podem diferir dos isótopos (um isótopo pode consistir em vários nuclídeos diferentes de diferentes estados de excitação).
O isômero nuclear de estado não fundamental de vida mais longa é o nuclídeo tântalo-180m ( 180m
73 Ta
), que tem meia-vida superior a 1.000 trilhões de anos. Este nuclídeo ocorre primordialmente e nunca foi observado decair ao estado fundamental. (Em contraste, o nuclídeo do estado fundamental tântalo-180 não ocorre primordialmente, uma vez que decai com meia-vida de apenas 8 horas para 180 Hf (86%) ou 180 W (14%)).
Existem 252 nuclídeos na natureza que nunca foram observados em decomposição. Eles ocorrem entre os 80 diferentes elementos que possuem um ou mais isótopos estáveis. Veja nuclídeo estável e nuclídeo primordial . Nuclídeos instáveis são radioativos e são chamados de radionuclídeos . Seus produtos de decomposição ( produtos 'filhos') são chamados de nuclídeos radiogênicos . 252 nuclídeos estáveis e cerca de 87 instáveis (radioativos) existem naturalmente na Terra, para um total de cerca de 339 nuclídeos que ocorrem naturalmente na Terra.
Origens de radionuclídeos de ocorrência natural
Os radionuclídeos naturais podem ser convenientemente subdivididos em três tipos. Em primeiro lugar, aqueles cujas meias-vidas t 1/2 são pelo menos 2% tão longas quanto a idade da Terra (para fins práticos, são difíceis de detectar com meias-vidas menores que 10% da idade da Terra) ( 4,6 × 10 9 anos ). Esses são resquícios da nucleossíntese que ocorreram nas estrelas antes da formação do sistema solar . Por exemplo, o isótopo 238
você
(t 1/2 = 4,5 × 10 9 anos ) de urânio ainda é bastante abundante na natureza, mas o isótopo de vida curta 235
você
(t 1/2 = 0,7 × 10 9 anos ) é 138 vezes mais raro. Cerca de 34 desses nuclídeos foram descobertos (consulte Lista de nuclídeos e Nuclídeo primordial para obter detalhes).
O segundo grupo de radionuclídeos que existe naturalmente consiste em nuclídeos radiogênicos , como 226
Ra
(t 1/2 = 1602 anos ), um isótopo de rádio , que são formados por decaimento radioativo . Eles ocorrem nas cadeias de decomposição dos isótopos primordiais de urânio ou tório. Alguns desses nuclídeos têm vida muito curta, como os isótopos do frâncio . Existem cerca de 51 desses nuclídeos filhos que têm meias-vidas muito curtas para serem primordiais, e que existem na natureza apenas devido à decomposição de nuclídeos primordiais radioativos de vida mais longa.
O terceiro grupo consiste em nuclídeos que estão continuamente sendo feitos de outra maneira que não é simples decaimento radioativo espontâneo (isto é, apenas um átomo envolvido sem nenhuma partícula de entrada), mas envolve uma reação nuclear natural . Eles ocorrem quando os átomos reagem com nêutrons naturais (de raios cósmicos, fissão espontânea ou outras fontes) ou são bombardeados diretamente com raios cósmicos . Os últimos, se não primordiais, são chamados de nuclídeos cosmogênicos . Outros tipos de reações nucleares naturais produzem nuclídeos que são chamados de nuclídeos nucleogênicos .
Um exemplo de nuclídeos produzidos por reações nucleares, são cosmogênicos 14
C
( radiocarbono ) que é feito pelo bombardeio de outros elementos por raios cósmicos e nucleogênico 239
Pu
que ainda está sendo criado pelo bombardeio de nêutrons de 238
você
como resultado da fissão natural dos minérios de urânio. Os nuclídeos cosmogênicos podem ser estáveis ou radioativos. Se eles são estáveis, sua existência deve ser deduzida contra um fundo de nuclídeos estáveis, uma vez que todos os nuclídeos estáveis conhecidos estão presentes primordialmente na Terra.
Nuclídeos produzidos artificialmente
Além dos 339 nuclídeos de ocorrência natural, mais de 3.000 radionuclídeos de meia-vida variável foram produzidos e caracterizados artificialmente.
Os nuclídeos conhecidos são mostrados na Tabela de nuclídeos . Uma lista de nuclídeos primordiais é fornecida classificada por elemento, em Lista de elementos por estabilidade de isótopos . A lista de nuclídeos é classificada pela meia-vida, para os 905 nuclídeos com meia-vida superior a uma hora.
Tabela de resumo para números de cada classe de nuclídeos
Esta é uma tabela de resumo para os 905 nuclídeos com meia-vida superior a uma hora, fornecida na lista de nuclídeos . Observe que os números não são exatos e podem mudar ligeiramente no futuro, se for observado que alguns nuclídeos "estáveis" são radioativos com meias-vidas muito longas.
| Classe de estabilidade | Número de nuclídeos | Execução total | Notas sobre total de execução |
|---|---|---|---|
| Teoricamente estável para tudo, exceto decaimento de prótons | 90 | 90 | Inclui os primeiros 40 elementos. Decadência de prótons ainda a ser observada. |
| Energeticamente instável para um ou mais modos de decaimento conhecidos, mas nenhum decaimento ainda visto. Fissão espontânea possível para nuclídeos "estáveis" do nióbio-93 em diante; outros mecanismos possíveis para nuclídeos mais pesados. Todos considerados "estáveis" até a decadência ser detectada. | 162 | 252 | Total de nuclídeos classicamente estáveis . |
| Nuclídeos primordiais radioativos . | 34 | 286 | Os elementos primordiais totais incluem bismuto , tório e urânio , além de todos os nuclídeos estáveis. |
| Radioativo não primordial, mas de ocorrência natural na Terra. | ~ 53 | ~ 339 | Carbono-14 (e outros nuclídeos cosmogênicos gerados por raios cósmicos ); filhas de primordiais radioativos, como frâncio , etc., e nuclídeos nucleogênicos de reações nucleares naturais que não são provenientes de raios cósmicos (como absorção de nêutrons de fissão nuclear espontânea ou emissão de nêutrons ). |
| Sintético radioativo (meia-vida> 1 hora). Inclui os traçadores radioativos mais úteis . | 556 | 905 | |
| Sintético radioativo (meia-vida <1 hora). | > 2400 | > 3300 | Inclui todos os nuclídeos sintéticos bem caracterizados. |
Propriedades nucleares e estabilidade
Preto - estável (todos são primordiais)
Vermelho - radioativo primordial
Outro - radioativo, com estabilidade decrescente de laranja para branco
Núcleos atômicos diferentes de hidrogênio 1
1 H
têm prótons e nêutrons unidos pela forte força residual . Como os prótons têm carga positiva, eles se repelem. Os nêutrons, que são eletricamente neutros, estabilizam o núcleo de duas maneiras. Sua co-presença separa ligeiramente os prótons, reduzindo a repulsão eletrostática entre os prótons, e eles exercem a força nuclear atrativa uns sobre os outros e sobre os prótons. Por esse motivo, um ou mais nêutrons são necessários para que dois ou mais prótons se liguem a um núcleo. À medida que o número de prótons aumenta, também aumenta a proporção de nêutrons para prótons necessária para garantir um núcleo estável (ver gráfico). Por exemplo, embora a razão nêutron-próton de 3
2 Ele
é 1: 2, a razão nêutron-próton de 238
92 você
é maior que 3: 2. Vários elementos mais leves têm nuclídeos estáveis com a proporção de 1: 1 ( Z = N ). O nuclídeo 40
20 Ca
(cálcio-40) é observacionalmente o nuclídeo estável mais pesado com o mesmo número de nêutrons e prótons (teoricamente, o mais estável estável é o enxofre-32). Todos os nuclídeos estáveis mais pesados que o cálcio-40 contêm mais nêutrons do que prótons.
Números de núcleon pares e ímpares
| UMA | Até | Chance | Total | ||
|---|---|---|---|---|---|
| Z , N | EE | OO | EO | OE | |
| Estábulo | 146 | 5 | 53 | 48 | 252 |
| 151 | 101 | ||||
| De longa vida | 21 | 4 | 4 | 5 | 34 |
| 25 | 9 | ||||
| Tudo primordial | 167 | 9 | 57 | 53 | 286 |
| 176 | 110 | ||||
A razão próton-nêutron não é o único fator que afeta a estabilidade nuclear. Também depende do par ou impar a paridade do seu número atómico Z , o número de neutrões N e, consequentemente, da sua soma, o número de massa Uma . A estranheza de Z e N tende a diminuir a energia de ligação nuclear , tornando os núcleos estranhos, geralmente, menos estáveis. Esta diferença notável de energia de ligação nuclear entre núcleos vizinhos, especialmente de isóbaros A ímpar , tem consequências importantes: isótopos instáveis com um número não ótimo de nêutrons ou decaimento de prótons por decaimento beta (incluindo decaimento de pósitron), captura de elétrons ou meios mais exóticos, como fissão espontânea e decadência do cluster .
A maioria dos nuclídeos estáveis são prótons pares, nêutrons pares, onde todos os números Z , N e A são pares. Os Odd Um nuclídeos estáveis são divididos (de forma aproximadamente uniforme) em ímpar de protões-mesmo-neutrões, e nuclidos mesmo protão-impar-neutrões. Nuclídeos (e núcleos) próton-ímpar-próton-nêutron ímpar são os menos comuns.
Veja também
- Isótopo (muito mais informações sobre abundância de nuclídeos estáveis)
- Lista de elementos por estabilidade de isótopos
- Lista de nuclídeos (classificados por meia-vida)
- Tabela de nuclídeos
- Alfa nuclídeo
- Elemento monoisotópico
- Elemento mononuclídico
- Elemento primordial
- Radionuclídeo
- Hipernúcleo
Referências
links externos
- Tabela Periódica em Curlie
- Livechart - Tabela de Nuclídeos na Agência Internacional de Energia Atômica