Razão nêutron-próton - Neutron–proton ratio

A razão nêutron-próton ( razão N / Z ou razão nuclear ) de um núcleo atômico é a razão de seu número de nêutrons para seu número de prótons . Entre os núcleos estáveis e os núcleos de ocorrência natural, essa proporção geralmente aumenta com o aumento do número atômico. Isso ocorre porque as forças repulsivas elétricas entre os prótons escalam com a distância de maneira diferente do que as atrações da força nuclear forte . Em particular, a maioria dos pares de prótons em núcleos grandes não estão distantes o suficiente, de modo que a repulsão elétrica domine a força nuclear forte e, portanto, a densidade de prótons em núcleos maiores estáveis deve ser menor do que em núcleos menores estáveis, onde mais pares de prótons têm apreciável atrações de força nuclear de curto alcance.

Para cada elemento com número atômico Z pequeno o suficiente para ocupar apenas as três primeiras camadas nucleares , ou seja, até o do cálcio ( Z = 20), existe um isótopo estável com razão N / Z de um, com exceção do berílio ( N / Z = 1,25) e cada elemento com número atômico ímpar entre 9 e 19 inclusive ( N = Z + 1). Hidrogênio-1 ( proporção N / Z = 0) e hélio-3 ( proporção N / Z = 0,5) são os únicos isótopos estáveis com proporção nêutron-próton inferior a um. O urânio-238 tem a razão N / Z mais alta de qualquer nuclídeo primordial em 1,587, enquanto o chumbo-208 tem a razão N / Z mais alta de qualquer isótopo estável conhecido em 1,537. O decaimento radioativo geralmente ocorre de modo a alterar a razão N / Z para aumentar a estabilidade. Se a razão N / Z for maior do que 1, o decaimento alfa aumenta a razão N / Z e, portanto, fornece um caminho comum para a estabilidade de decaimentos envolvendo núcleos grandes com poucos nêutrons. A emissão de pósitrons e a captura de elétrons também aumentam a proporção, enquanto o decaimento beta diminui a proporção.

O lixo nuclear existe principalmente porque o combustível nuclear tem uma razão N / Z estável mais alta do que seus produtos de fissão .

Descrição semi-empírica

Para núcleos estáveis, a razão nêutron-próton é tal que a energia de ligação está em um mínimo local ou perto de um mínimo.

A partir do modelo de gota de líquido, esta energia de ligação é aproximada pela fórmula empírica de Bethe-Weizsäcker

{\ displaystyle E_ {B} = a_ {V} A-a_ {S} A ^ {2/3} -a_ {C} {\ frac {Z ^ {2}} {A ^ {1/3}}} -a_ {A} {\ frac {(A-2Z) ^ {2}} {A}} \ pm \ delta (A, Z).}

Dado um valor de e ignorando as contribuições do pareamento de spin do núcleo (isto é, ignorando o termo), a energia de ligação é uma expressão quadrática que é minimizada quando a razão nêutron-próton é . ${\ displaystyle A}$ ${\ displaystyle \ pm \ delta (A, Z)}$ ${\ displaystyle Z}$ ${\ displaystyle N / Z \ approx 1 + {\ frac {a_ {C}} {2a_ {A}}} A ^ {2/3}}$

Meias-vidas do isótopo. Observe que o gráfico para isótopos estáveis diverge da linha Z = N conforme o número do elemento Z se torna maior

Veja também

Referências

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