Lista de elementos por estabilidade de isótopos - List of elements by stability of isotopes

Os núcleos atômicos consistem em prótons e nêutrons , que se atraem por meio da força nuclear , enquanto os prótons se repelem por meio da força elétrica devido à sua carga positiva . Essas duas forças competem, fazendo com que algumas combinações de nêutrons e prótons sejam mais estáveis ​​do que outras. Os nêutrons estabilizam o núcleo porque atraem os prótons, o que ajuda a compensar a repulsão elétrica entre os prótons. Como resultado, conforme o número de prótons aumenta, uma proporção crescente de nêutrons para prótons é necessária para formar um núcleo estável; se muitos ou poucos nêutrons estiverem presentes em relação à proporção ótima, o núcleo se torna instável e sujeito a certos tipos de decaimento nuclear . Isótopos instáveis ​​decaem por meio de várias vias de decaimento radioativo , mais comumente decaimento alfa , decaimento beta ou captura de elétrons . Muitos tipos raros de decadência, como fissão espontânea ou decadência do cluster , são conhecidos. (Consulte Decaimento radioativo para obter detalhes.)

Meias -vidas do isótopo . A região isotópica mais escura e estável se afasta da linha de prótons (Z) = nêutrons (N), conforme o número do elemento Z se torna maior.

Dos primeiros 82 elementos da tabela periódica , 80 possuem isótopos considerados estáveis. O 83º elemento, o bismuto, era tradicionalmente considerado como tendo o isótopo estável mais pesado, o bismuto-209 , mas em 2003 pesquisadores em Orsay , França, mediram a meia-vida de ²⁰⁹
Bi
ser 1,9 × 10 ¹⁹  anos . Tecnécio e promécio ( números atômicos 43 e 61, respectivamente) e todos os elementos com um número atômico acima de 82 têm apenas isótopos que se decompõem por decaimento radioativo . Nenhum elemento não descoberto deve ser estável; portanto, o chumbo é considerado o elemento estável mais pesado. No entanto, é possível que alguns isótopos que agora são considerados estáveis ​​se revelem decadentes com meias-vidas extremamente longas (como com ²⁰⁹
Bi
) Esta lista mostra o que foi acordado pelo consenso da comunidade científica a partir de 2019.

Para cada um dos 80 elementos estáveis, o número de isótopos estáveis ​​é dado. Espera-se que apenas 90 isótopos sejam perfeitamente estáveis, e 162 adicionais são energeticamente instáveis, mas nunca foi observada decadência. Assim, 252 isótopos ( nuclídeos ) são estáveis por definição (incluindo tântalo-180m, para o qual ainda não foi observada decadência). Aqueles que no futuro podem ser considerados radioativos devem ter meia-vida superior a 10 ²² anos (por exemplo, xenônio-134).

Em abril de 2019, foi anunciado que a meia-vida do xenônio-124 foi medida para 1,8 × 10 ²² anos. Esta é a meia-vida mais longa medida diretamente para qualquer isótopo instável; apenas a meia-vida do telúrio-128 é mais longa.

Dos elementos químicos, apenas um elemento ( estanho ) tem 10 desses isótopos estáveis, cinco têm sete isótopos, oito têm seis isótopos, dez têm cinco isótopos, nove têm quatro isótopos, cinco têm três isótopos estáveis, 16 têm dois isótopos estáveis ​​e 26 têm um único isótopo estável.

Além disso, cerca de 30 nuclídeos dos elementos de ocorrência natural têm isótopos instáveis ​​com meia-vida maior do que a idade do Sistema Solar (~ 10 ⁹ anos ou mais). Outros quatro nuclídeos têm meia-vida superior a 100 milhões de anos, o que é muito menor do que a idade do sistema solar, mas longa o suficiente para que alguns deles tenham sobrevivido. Estes 34 nuclídeos radioativos de ocorrência natural compreendem os nuclídeos primordiais radioativos . O número total de nuclídeos primordiais é então 252 (os nuclídeos estáveis) mais os 34 nuclídeos primordiais radioativos, para um total de 286 nuclídeos primordiais. Este número está sujeito a alterações se novos primordiais de vida curta forem identificados na Terra.

Um dos nuclídeos primordiais é o tântalo-180m , que deve ter meia-vida superior a ^10-15 anos, mas nunca foi observado que decai. A meia-vida ainda mais longa de 2,2 × 10 ²⁴ anos de telúrio-128 foi medida por um método exclusivo de detecção de seu filho radiogênico xenônio-128 e é a meia-vida mais longa conhecida medida experimentalmente. Outro exemplo notável é o único isótopo de bismuto que ocorre naturalmente, o bismuto-209 , que foi predito como instável com meia-vida muito longa, mas que decaiu. Por causa de suas longas meias-vidas, esses isótopos ainda são encontrados na Terra em várias quantidades e, junto com os isótopos estáveis, são chamados de isótopos primordiais . Todos os isótopos primordiais são dados em ordem decrescente de abundância na Terra . Para obter uma lista de nuclídeos primordiais em ordem de meia-vida, consulte Lista de nuclídeos .

Sabe-se da existência de 118 elementos químicos . Todos os elementos do elemento 94 são encontrados na natureza, e o restante dos elementos descobertos são produzidos artificialmente, com isótopos conhecidos por serem altamente radioativos com meias-vidas relativamente curtas (veja abaixo). Os elementos nesta lista são ordenados de acordo com o tempo de vida de seu isótopo mais estável. Destes, três elementos ( bismuto , tório e urânio ) são primordiais porque têm meia-vida longa o suficiente para ainda serem encontrados na Terra, enquanto todos os outros são produzidos por decomposição radioativa ou são sintetizados em laboratórios e reatores nucleares . Apenas 13 dos 38 elementos conhecidos, mas instáveis, têm isótopos com meia-vida de pelo menos 100 anos. Cada isótopo conhecido dos 25 elementos restantes é altamente radioativo; estes são usados ​​em pesquisas acadêmicas e às vezes na indústria e na medicina. Alguns dos elementos mais pesados ​​na tabela periódica podem ser revelados como tendo isótopos ainda não descobertos com vidas mais longas do que aqueles listados aqui.

Cerca de 338 nuclídeos são encontrados naturalmente na Terra. Estes compreendem 252 isótopos estáveis, e com a adição dos 34 radioisótopos de vida longa com meia-vida superior a 100 milhões de anos, um total de 286 nuclídeos primordiais , como observado acima. Os nuclídeos encontrados naturalmente compreendem não apenas os 286 primordiais, mas também incluem cerca de 52 isótopos de vida curta (definidos por uma meia-vida inferior a 100 milhões de anos, muito curta para ter sobrevivido da formação da Terra) que são filhas de isótopos primordiais (como o rádio do urânio ); ou então são feitos por processos naturais energéticos, como o carbono-14 feito do nitrogênio atmosférico por bombardeio de raios cósmicos .

Elementos por número de isótopos primordiais

Um número par de prótons ou nêutrons é mais estável ( energia de ligação mais alta ) por causa dos efeitos de emparelhamento , portanto, os nuclídeos pares são muito mais estáveis ​​do que os ímpares. Um dos efeitos é que existem poucos nuclídeos ímpar-ímpares estáveis: na verdade, apenas cinco são estáveis, com outros quatro tendo meia-vida superior a um bilhão de anos.

Outro efeito é evitar o decaimento beta de muitos nuclídeos pares-pares em outro nuclídeo par-par com o mesmo número de massa, mas com energia inferior, porque o decaimento ocorrendo uma etapa por vez teria que passar por um nuclídeo ímpar-ímpar de alta energia. (O decaimento beta duplo diretamente de par-par para par-par, pulando um nuclídeo ímpar-ímpar, só é possível ocasionalmente e é um processo tão fortemente impedido que tem uma meia-vida maior do que um bilhão de vezes a idade do universo ). Isso faz com que para um maior número de nuclidos estáveis par-par, attr para alguns neros de massa , e até sete para alguns protão) (números atómicos e, pelo menos, quatro para todos estáveis mesmo- Z elementos além do ferro (excepto estrôncio e chumbo ).

Como um núcleo com um número ímpar de prótons é relativamente menos estável, os elementos com números ímpares tendem a ter menos isótopos estáveis. Dos 26 elementos " monoisotópicos " que têm apenas um único isótopo estável, todos, exceto um, têm um número atômico ímpar - a única exceção sendo o berílio . Além disso, nenhum elemento de número ímpar tem mais de dois isótopos estáveis, enquanto cada elemento de número par com isótopos estáveis, exceto hélio, berílio e carbono, tem pelo menos três. Apenas um único elemento de número ímpar, o potássio , tem três isótopos primordiais; nenhum tem mais de três.

Mesas

As tabelas a seguir fornecem os elementos com nuclídeos primordiais , o que significa que o elemento ainda pode ser identificado na Terra a partir de fontes naturais, estando presente desde que a Terra se formou a partir da nebulosa solar. Assim, nenhuma é filha de primordial parental de vida mais curta, como o radônio . Dois nuclídeos que têm meia-vida longa o suficiente para serem primordiais, mas ainda não foram conclusivamente observados como tal ( ²⁴⁴ Pu e ¹⁴⁶ Sm), foram excluídos.

As tabelas de elementos são classificadas em ordem decrescente de número de nuclídeos associados a cada elemento. (Para uma lista classificada inteiramente em termos de meia-vida de nuclídeos, com mistura de elementos, veja Lista de nuclídeos .) Nuclídeos estáveis ​​e instáveis ​​( decaimentos marcados ) são dados, com símbolos para nuclídeos instáveis ​​(radioativos) em itálico. Observe que a classificação não fornece os elementos puramente na ordem de nuclídeos estáveis, uma vez que alguns elementos têm um número maior de nuclídeos instáveis ​​de vida longa, que os colocam à frente de elementos com um número maior de nuclídeos estáveis. Por convenção, os nuclídeos são contados como "estáveis" se nunca foram observados decadência por experimento ou pela observação de produtos de decaimento (nuclídeos de vida extremamente longa instáveis ​​apenas em teoria, como tântalo-180m, são contados como estáveis).

A primeira tabela é para elementos de número atômico par , que tendem a ter mais nuclídeos primordiais, devido à estabilidade conferida pelo emparelhamento próton-próton. Uma segunda tabela separada é fornecida para elementos de numeração atômica ímpar, que tendem a ter muito menos nuclídeos instáveis ​​estáveis ​​e de vida longa (primordial).

Elementos sem isótopos primordiais

Tabela periódica com elementos coloridos de acordo com a meia-vida de seu isótopo mais estável.

   Elementos que contêm pelo menos um isótopo estável.

   Elementos ligeiramente radioativos: o isótopo mais estável tem vida muito longa, com meia-vida de mais de dois milhões de anos.

   Elementos significativamente radioativos: o isótopo mais estável tem meia-vida entre 800 e 34.000 anos.

   Elementos radioativos: o isótopo mais estável tem meia-vida entre um dia e 130 anos.

   Elementos altamente radioativos: o isótopo mais estável tem meia-vida entre vários minutos e um dia.

   Elementos extremamente radioativos: o isótopo mais estável tem meia-vida inferior a vários minutos.

Veja também

• Ilha de estabilidade
• Isótopo § Propriedades nucleares e estabilidade
• Lista de nuclídeos
• Lista de nuclídeos radioativos por meia-vida
• Nuclídeo primordial
• Nuclídeo estável
• Razão de isótopos estável
• Tabela de nuclídeos

Notas de rodapé

• ^a Consulte Estabilidade dos isótopos de tecnécio para uma discussão detalhada sobre por que o tecnécio e o promécio não têm isótopos estáveis.
• ^b Isótopos que têm meia-vida de mais de cerca de 10 ⁸ anos ainda podem ser encontrados na Terra, mas apenas aqueles com meia-vida acima de 7 × 10 ⁸ anos (a partir de ²³⁵ U) são encontrados em quantidades apreciáveis. A lista atual negligencia alguns isótopos com meia-vida de cerca ^de 108 anos porque eles foram medidos em pequenas quantidades na Terra. O urânio-234 com sua meia-vida de 246.000 anos e abundância isotópica natural de 0,0055% é um caso especial: é um produto da decomposição do urânio-238, em vez de um nuclídeo primordial.
• ^c Existem isótopos instáveis ​​com meias-vidas extremamente longas que também são encontrados na Terra, e alguns deles são ainda mais abundantes do que todos os isótopos estáveis ​​de um determinado elemento (por exemplo, ¹⁸⁷ Re beta-ativo é duas vezes mais abundante do que estável ¹⁸⁵ Re). Além disso, uma maior abundância natural de um isótopo apenas implica que sua formação foi favorecida pelo processo de nucleossíntese estelar que produziu a matéria que agora constitui a Terra (e, é claro, o resto do Sistema Solar ) (ver também Formação e evolução do Sistema Solar ).
• ^d Enquanto o bismuto tem apenas um isótopo primordial, o urânio tem três isótopos que são encontrados na natureza em quantidades significativas ( ²³⁸
  você
  , ²³⁵
  você
  , e ²³⁴
  você
  ; os dois primeiros são primordiais, enquanto ²³⁴ U é radiogênico), e o tório tem dois (primordial ²³²
  º
  e radiogênico ²³⁰
  º
  )
• ^e Ver muitas aplicações industriais e médicas diferentes de elementos radioativos em radionuclídeo , medicina nuclear , emissores beta comuns , isótopos emissores de gama comumente usados , flúor-18 , cobalto-60 , estrôncio-90 , tecnécio-99m , iodo-123 , iodo- 124 , Promécio-147 , Irídio-192 , etc.
• ^f Para elementos com um número atômico maior do que califórnio (com Z> 98), pode haver isótopos não descobertos que são mais estáveis ​​do que os conhecidos .
• ^g Legenda: ano = ano , d = dia , h = hora , min = minuto , s = segundo .

Referências