Nuclídeo estável - Stable nuclide

Gráfico de nuclídeos (isótopos) por tipo de decaimento. Os nuclídeos laranja e azul são instáveis, com os quadrados pretos entre essas regiões representando nuclídeos estáveis. A linha contínua que passa abaixo da maioria dos nuclídeos compreende as posições no gráfico dos nuclídeos (principalmente hipotéticos) para os quais o número de prótons seria igual ao número de nêutrons. O gráfico reflete o fato de que elementos com mais de 20 prótons têm mais nêutrons do que prótons ou são instáveis.

Nuclídeos estáveis são nuclídeos que não são radioativos e, portanto (ao contrário dos radionuclídeos ), não sofrem decaimento radioativo espontaneamente . Quando tais nuclídeos são referidos em relação a elementos específicos, eles são geralmente denominados isótopos estáveis .

Os 80 elementos com um ou mais isótopos estáveis ​​compreendem um total de 252 nuclídeos que não se decompõem com o uso de equipamentos atuais (ver lista no final deste artigo). Destes elementos, 26 têm apenas um isótopo estável; eles são, portanto, denominados monoisotópicos . O resto tem mais de um isótopo estável. O estanho tem dez isótopos estáveis, o maior número de isótopos estáveis ​​conhecidos para um elemento.

Definição de estabilidade e nuclídeos de ocorrência natural

A maioria dos nuclídeos de ocorrência natural são estáveis ​​(cerca de 252; consulte a lista no final deste artigo), e cerca de 34 mais (total de 286) são conhecidos por serem radioativos com meias-vidas suficientemente longas (também conhecidas) para ocorrerem primordialmente. Se a meia-vida de um nuclídeo for comparável ou maior que a idade da Terra (4,5 bilhões de anos), uma quantidade significativa terá sobrevivido desde a formação do Sistema Solar , e então é considerada primordial . Assim, contribuirá para a composição isotópica natural de um elemento químico. Radioisótopos primordialmente presentes são facilmente detectados com meias-vidas tão curtas quanto 700 milhões de anos (por exemplo, 235 U ). Este é o limite atual de detecção, já que nuclídeos de vida mais curta ainda não foram detectados indiscutivelmente na natureza, exceto quando produzidos recentemente, como produtos de decomposição ou fragmentação de raios cósmicos.

Muitos radioisótopos de ocorrência natural (outros 53 ou mais, para um total de cerca de 339) exibem meias-vidas ainda mais curtas do que 700 milhões de anos, mas são feitos recentemente, como produtos filhos de processos de decaimento de nuclídeos primordiais (por exemplo, rádio de urânio ) ou de reações energéticas em curso, como nuclídeos cosmogênicos produzidos pelo atual bombardeio da Terra por raios cósmicos (por exemplo, 14 C feito de nitrogênio).

Prevê-se que alguns isótopos classificados como estáveis ​​(ou seja, nenhuma radioatividade foi observada para eles) têm meias-vidas extremamente longas (às vezes tão altas quanto 10-18 anos ou mais). Se a meia-vida prevista cair em uma faixa experimentalmente acessível, tais isótopos têm uma chance de passar da lista de nuclídeos estáveis ​​para a categoria radioativa, uma vez que sua atividade seja observada. Por exemplo, 209 Bi e 180 W foram anteriormente classificados como estáveis, mas foram considerados alfa- ativos em 2003. No entanto, esses nuclídeos não mudam seu status de primordial quando são considerados radioativos.

Acredita-se que a maioria dos isótopos estáveis ​​na Terra tenham sido formados em processos de nucleossíntese , seja no Big Bang , ou em gerações de estrelas que precederam a formação do sistema solar . No entanto, alguns isótopos estáveis ​​também mostram variações de abundância na terra como resultado do decaimento de nuclídeos radioativos de vida longa. Esses produtos de decaimento são denominados isótopos radiogênicos , a fim de distingui-los do grupo muito maior de isótopos 'não-radiogênicos'.

Isótopos por elemento

Dos elementos químicos conhecidos, 80 elementos têm pelo menos um nuclídeo estável. Estes compreendem os primeiros 82 elementos do hidrogênio ao chumbo , com as duas exceções, tecnécio (elemento 43) e promécio (elemento 61), que não possuem nuclídeos estáveis. Em dezembro de 2016, havia um total de 252 nuclídeos "estáveis" conhecidos. Nesta definição, "estável" significa um nuclídeo que nunca foi observado em decadência contra o fundo natural. Assim, esses elementos têm meias-vidas muito longas para serem medidos por qualquer meio, direto ou indireto.

Isótopos estáveis:

  • 1 elemento ( estanho ) tem 10 isótopos estáveis
  • 5 elementos têm 7 isótopos estáveis ​​cada
  • 7 elementos têm 6 isótopos estáveis ​​cada
  • 11 elementos têm 5 isótopos estáveis ​​cada
  • 9 elementos têm 4 isótopos estáveis ​​cada
  • 5 elementos têm 3 isótopos estáveis ​​cada
  • 16 elementos têm 2 isótopos estáveis ​​cada
  • 26 elementos têm um único isótopo estável.

Esses últimos 26 são chamados de elementos monoisotópicos . O número médio de isótopos estáveis ​​para elementos que têm pelo menos um isótopo estável é 252/80 = 3,15.

Números mágicos físicos e contagem ímpar e par de prótons e nêutrons

A estabilidade dos isótopos é afetada pela proporção de prótons para nêutrons, e também pela presença de certos números mágicos de nêutrons ou prótons que representam camadas quânticas fechadas e preenchidas. Essas camadas quânticas correspondem a um conjunto de níveis de energia dentro do modelo de camada do núcleo; conchas preenchidas, como a concha preenchida de 50 prótons para estanho, conferem estabilidade incomum ao nuclídeo. Como no caso do estanho, um número mágico para Z , o número atômico, tende a aumentar o número de isótopos estáveis ​​para o elemento.

Assim como no caso dos elétrons, que têm o estado de menor energia quando ocorrem aos pares em um determinado orbital, os núcleons (prótons e nêutrons) exibem um estado de menor energia quando seu número é par, ao invés de ímpar. Esta estabilidade tende a evitar o decaimento beta (em duas etapas) de muitos nuclídeos pares-pares em outro nuclídeo par-par com o mesmo número de massa, mas energia inferior (e, claro, com mais dois prótons e dois menos nêutrons), porque o decaimento ocorre um passo de cada vez teria que passar por um nuclídeo ímpar-ímpar de alta energia. Assim, em vez disso, tais núcleos sofrem decaimento beta duplo (ou, teoricamente, isso ocorre) com meias-vidas várias ordens de magnitude maiores do que a idade do universo . Isso resulta em um número maior de nuclídeos pares estáveis, que respondem por 151 do total de 252. Os nuclídeos pares estáveis totalizam até três isóbaros para alguns números de massa e até sete isótopos para alguns números atômicos.

Por outro lado, dos 252 nuclídeos estáveis ​​conhecidos, apenas cinco têm um número ímpar de prótons e um número ímpar de nêutrons: hidrogênio-2 ( deutério ), lítio-6 , boro-10 , nitrogênio-14 e tântalo-180m . Além disso, apenas quatro nuclídeos ímpar-ímpares radioativos de ocorrência natural têm meia-vida ao longo de um bilhão de anos: potássio-40 , vanádio-50 , lantânio-138 e lutécio-176 . Nuclídeos primordiais ímpar-ímpares são raros porque a maioria dos núcleos ímpares são instáveis ​​com relação ao decaimento beta , porque os produtos do decaimento são pares-pares e, portanto, são mais fortemente ligados, devido aos efeitos de emparelhamento nuclear .

Ainda outro efeito da instabilidade de um número ímpar de qualquer tipo de nucleons é que os elementos de número ímpar tendem a ter menos isótopos estáveis. Dos 26 elementos monoisotópicos (aqueles com apenas um único isótopo estável), todos, exceto um, têm um número atômico ímpar e todos, exceto um, têm um número par de nêutrons - a única exceção a ambas as regras é o berílio.

O fim dos elementos estáveis ​​na tabela periódica ocorre após o chumbo , em grande parte devido ao fato de que os núcleos com 128 nêutrons são extraordinariamente instáveis ​​e quase imediatamente liberam partículas alfa. Isso também contribui para as meias-vidas muito curtas do astato , do radônio e do frâncio em relação aos elementos mais pesados. Isso também pode ser visto em uma extensão muito menor com 84 nêutrons, que exibe um certo número de isótopos na série de lantanídeos que exibem decaimento alfa.

Isômeros nucleares, incluindo um "estável"

A contagem de 252 nuclídeos estáveis ​​conhecidos inclui tântalo-180m, uma vez que, embora sua decadência e instabilidade sejam automaticamente implícitas por sua notação de "metaestável", isso ainda não foi observado. Todos os isótopos "estáveis" (estáveis ​​por observação, não por teoria) são os estados fundamentais dos núcleos, com exceção do tântalo-180m, que é um isômero nuclear ou estado excitado. O estado fundamental desse núcleo específico, o tântalo-180, é radioativo com meia-vida comparativamente curta de 8 horas; em contraste, o decaimento do isômero nuclear excitado é extremamente fortemente proibido pelas regras de seleção de paridade de spin. Tem sido relatado experimentalmente pela observação direta que a meia-vida de 180m Ta à deterioração gamma deve ser mais de 10 15 anos. Outros modos possíveis de decaimento Ta 180m (decaimento beta, captura de elétrons e decaimento alfa) também nunca foram observados.

Energia de ligação por núcleo de isótopos comuns.

Decadência ainda não observada

Espera-se que alguma melhoria contínua da sensibilidade experimental permitirá a descoberta de radioatividade muito leve (instabilidade) de alguns isótopos que são considerados estáveis ​​hoje. Como exemplo de uma descoberta recente, não foi até 2003 que o bismuto-209 (o único isótopo primordial do bismuto) mostrou ser muito moderadamente radioativo, confirmando as previsões teóricas da física nuclear de que o bismuto-209 decairia muito lentamente por emissão alfa .

Isótopos que teoricamente se acredita serem instáveis, mas que não foram observados em decadência, são denominados como observacionalmente estáveis . Atualmente, existem 162 isótopos teoricamente instáveis, 45 dos quais foram observados em detalhes sem nenhum sinal de decadência, sendo o mais leve em qualquer caso 36 Ar.


Tabela de resumo para números de cada classe de nuclídeos

Esta é uma tabela de resumo da Lista de nuclídeos . Observe que os números não são exatos e podem mudar um pouco no futuro, visto que os nuclídeos são radioativos ou novas meias-vidas são determinadas com alguma precisão.

Tipo de nuclídeo por classe de estabilidade Número de nuclídeos na classe Correndo total de nuclídeos em todas as classes até este ponto Notas
Teoricamente estável para tudo, exceto decaimento de prótons 90 90 Inclui os primeiros 40 elementos. Se os prótons decaem , não há nuclídeos estáveis.
Teoricamente estável para decaimento alfa , decaimento beta , transição isomérica e decaimento beta duplo, mas não fissão espontânea , o que é possível para nuclídeos "estáveis" ≥ nióbio-93 56 146 Observe que a fissão espontânea nunca foi observada para nuclídeos com número de massa <230.
Energeticamente instável para um ou mais modos de decaimento conhecidos, mas nenhum decaimento ainda visto. Considerado estável até a confirmação da radioatividade. 106
252 Total são os nuclídeos observacionalmente estáveis.
Nuclídeos primordiais radioativos . 34 286 Inclui Bi, Th, U
Radioativo não primordial, mas de ocorrência natural na Terra. ~ 61 significativo ~ 347 significativo Nuclídeos cosmogênicos de raios cósmicos; filhas de primordiais radioativos como o frâncio , etc.

Lista de nuclídeos estáveis

  1. Hidrogênio-1
  2. Hidrogênio-2
  3. Helium-3
  4. Helium-4
    sem número de massa 5
  5. Lítio-6
  6. Lítio-7
    sem número de massa 8
  7. Berílio-9
  8. Boro-10
  9. Boro-11
  10. Carbon-12
  11. Carbon-13
  12. Nitrogênio-14
  13. Nitrogênio-15
  14. Oxygen-16
  15. Oxygen-17
  16. Oxygen-18
  17. Flúor-19
  18. Neon-20
  19. Neon-21
  20. Neon-22
  21. Sódio-23
  22. Magnésio-24
  23. Magnésio-25
  24. Magnésio-26
  25. Alumínio-27
  26. Silicon-28
  27. Silicon-29
  28. Silicon-30
  29. Fósforo-31
  30. Enxofre-32
  31. Enxofre-33
  32. Enxofre-34
  33. Enxofre-36
  34. Cloro-35
  35. Cloro-37
  36. Argônio-36 (2E)
  37. Argon-38
  38. Argon-40
  39. Potássio-39
  40. Potássio-41
  41. Cálcio-40 (2E) *
  42. Cálcio-42
  43. Cálcio-43
  44. Cálcio-44
  45. Cálcio-46 (2B) *
  46. Scandium-45
  47. Titanium-46
  48. Titanium-47
  49. Titanium-48
  50. Titanium-49
  51. Titanium-50
  52. Vanadium-51
  53. Chromium-50 (2E) *
  54. Chromium-52
  55. Chromium-53
  56. Chromium-54
  57. Manganês-55
  58. Ferro-54 (2E) *
  59. Iron-56
  60. Iron-57
  61. Iron-58
  62. Cobalt-59
  63. Níquel-58 (2E) *
  64. Níquel-60
  65. Níquel-61
  66. Níquel-62
  67. Níquel-64
  68. Cobre-63
  69. Copper-65
  70. Zinco-64 (2E) *
  71. Zinco-66
  72. Zinco-67
  73. Zinco-68
  74. Zinco-70 (2B) *
  75. Gálio-69
  76. Gálio-71
  77. Germânio-70
  78. Germânio-72
  79. Germânio-73
  80. Germânio-74
  81. Arsênico-75
  82. Selênio-74 (2E)
  83. Selênio-76
  84. Selênio-77
  85. Selênio-78
  86. Selênio-80 (2B)
  87. Bromo-79
  88. Bromo-81
  89. Krypton-80
  90. Krypton-82
  91. Krypton-83
  92. Krypton-84
  93. Criptônio-86 (2B)
  94. Rubídio-85
  95. Estrôncio-84 (2E)
  96. Estrôncio-86
  97. Estrôncio-87
  98. Estrôncio-88
  99. Ítrio-89
  100. Zircônio-90
  101. Zircônio-91
  102. Zircônio-92
  103. Zircônio-94 (2B) *
  104. Nióbio-93
  105. Molibdênio-92 (2E) *
  106. Molibdênio-94
  107. Molibdênio-95
  108. Molibdênio-96
  109. Molibdênio-97
  110. Molibdênio-98 (2B) *
    Tecnécio - sem isótopos estáveis
  111. Rutênio-96 (2E) *
  112. Rutênio-98
  113. Rutênio-99
  114. Rutênio-100
  115. Rutênio-101
  116. Rutênio-102
  117. Rutênio-104 (2B)
  118. Ródio-103
  119. Palladium-102 (2E)
  120. Palladium-104
  121. Palladium-105
  122. Palladium-106
  123. Palladium-108
  124. Palladium-110 (2B) *
  125. Silver-107
  126. Silver-109
  127. Cádmio-106 (2E) *
  128. Cádmio-108 (2E) *
  129. Cádmio-110
  130. Cádmio-111
  131. Cádmio-112
  132. Cádmio-114 (2B) *
  133. Indium-113
  134. Tin-112 (2E)
  135. Tin-114
  136. Tin-115
  137. Tin-116
  138. Tin-117
  139. Tin-118
  140. Tin-119
  141. Tin-120
  142. Tin-122 (2B)
  143. Tin-124 (2B) *
  144. Antimônio-121
  145. Antimônio-123
  146. Telúrio-120 (2E) *
  147. Telúrio-122
  148. Telúrio-123 (E) *
  149. Telúrio-124
  150. Telúrio-125
  151. Telúrio-126
  152. Iodo-127
  153. Xenon-126 (2E)
  154. Xenon-128
  155. Xenon-129
  156. Xenon-130
  157. Xenon-131
  158. Xenon-132
  159. Xenon-134 (2B) *
  160. Césio-133
  161. Bário-132 (2E) *
  162. Bário-134
  163. Bário-135
  164. Bário-136
  165. Bário-137
  166. Bário-138
  167. Lanthanum-139
  168. Cério-136 (2E) *
  169. Cério-138 (2E) *
  170. Cério-140
  171. Cério-142 (A, 2B) *
  172. Praseodímio-141
  173. Neodímio-142
  174. Neodímio-143 (A)
  175. Neodímio-145 (A) *
  176. Neodímio-146 (2B)
    sem número de massa 147
  177. Neodímio-148 (A, 2B) *
    Promécio - sem isótopos estáveis
  178. Samário-144 (2E)
  179. Samário-149 (A) *
  180. Samário-150 (A)
    sem número de massa 151
  181. Samário-152 (A)
  182. Samário-154 (2B) *
  183. Europium-153 (A)
  184. Gadolínio-154 (A)
  185. Gadolínio-155 (A)
  186. Gadolínio-156
  187. Gadolínio-157
  188. Gadolínio-158
  189. Gadolínio-160 (2B) *
  190. Terbium-159
  191. Disprósio-156 (A, 2E) *
  192. Disprósio-158 (A)
  193. Disprósio-160 (A)
  194. Disprósio-161 (A)
  195. Disprósio-162 (A)
  196. Disprósio-163
  197. Disprósio-164
  198. Holmium-165 (A)
  199. Erbium-162 (A, 2E) *
  200. Erbium-164 (A)
  201. Érbio-166 (A)
  202. Erbium-167 (A)
  203. Erbium-168 (A)
  204. Erbium-170 (A, 2B) *
  205. Túlio-169 (A)
  206. Itérbio-168 (A, 2E) *
  207. Itérbio-170 (A)
  208. Itérbio-171 (A)
  209. Itérbio-172 (A)
  210. Itérbio-173 (A)
  211. Itérbio-174 (A)
  212. Itérbio-176 (A, 2B) *
  213. Lutécio-175 (A)
  214. Háfnio-176 (A)
  215. Háfnio-177 (A)
  216. Háfnio-178 (A)
  217. Hafnium-179 (A)
  218. Háfnio-180 (A)
  219. Tântalo-180m (A, B, E, IT) * ^
  220. Tântalo-181 (A)
  221. Tungstênio-182 (A) *
  222. Tungstênio-183 (A) *
  223. Tungstênio-184 (A) *
  224. Tungstênio-186 (A, 2B) *
  225. Rênio-185 (A)
  226. Ósmio-184 (A, 2E) *
  227. Ósmio-187 (A)
  228. Ósmio-188 (A)
  229. Ósmio-189 (A)
  230. Ósmio-190 (A)
  231. Ósmio-192 (A, 2B) *
  232. Iridium-191 (A)
  233. Irídio-193 (A)
  234. Platinum-192 (A) *
  235. Platinum-194 (A)
  236. Platinum-195 (A)
  237. Platinum-196 (A)
  238. Platinum-198 (A, 2B) *
  239. Gold-197 (A)
  240. Mercúrio-196 (A, 2E) *
  241. Mercúrio-198 (A)
  242. Mercúrio-199 (A)
  243. Mercúrio-200 (A)
  244. Mercúrio-201 (A)
  245. Mercúrio-202 (A)
  246. Mercúrio-204 (2B)
  247. Tálio-203 (A)
  248. Tálio-205 (A)
  249. Chumbo-204 (A) *
  250. Chumbo-206 (A)
  251. Chumbo-207 (A)
  252. Chumbo-208 (A) *
    Bismuto ^^ e superior -
    sem isótopos estáveis
    sem número de massa 209 e acima

Abreviações para decadência não observada prevista:

A para decaimento alfa, B para decaimento beta, 2B para decaimento beta duplo, E para captura de elétrons, 2E para captura dupla de elétrons, IT para transição isomérica, SF para fissão espontânea, * para os nuclídeos cujas meias-vidas têm limite inferior.

^ Tântalo-180m é um "isótopo metaestável", o que significa que é um isômero nuclear excitado de tântalo-180. Veja isótopos de tântalo . No entanto, a meia-vida desse isômero nuclear é tão longa que nunca foi observada decadência e, portanto, ocorre como um nuclídeo primordial "observacionalmente não radioativo" , como um isótopo menor de tântalo. Este é o único caso de um isômero nuclear que tem meia-vida tão longa que nunca foi observada decadência. Portanto, está incluído nesta lista.

^^ muito que se acreditava que o bismuto-209 era estável, devido à sua meia-vida incomumente longa de 2,01,10 19 anos, que é mais de um bilhão (1000 milhões) de vezes a idade do universo.

Veja também

Referências

  1. ^ Belli, P .; Bernabei, R .; Danevich, FA; et al. (2019). "Pesquisas experimentais para decaimentos alfa e beta raros". European Physical Journal A . 55 (8): 140–1–140–7. arXiv : 1908.11458 . doi : 10.1140 / epja / i2019-12823-2 . ISSN  1434-601X .
  2. ^ Sonzogni, Alejandro. "Gráfico Interativo de Nuclídeos" . Centro Nacional de Dados Nucleares: Laboratório Nacional de Brook Haven . Página visitada em 06/06/2008 .
  3. ^ Vários (2002). Lide, David R. (ed.). Handbook of Chemistry & Physics (88ª ed.). CRC. ISBN 978-0-8493-0486-6. OCLC  179976746 . Página visitada em 23/05/2008 .
  4. ^ "Tabela WWW de isótopos radioativos" .
  5. ^ "Nucleonica :: Ciência nuclear conduzida pela Web" .

Referências de livros

links externos