Nuclido primordial

Física nuclear
Núcleo Nucleones pag norte Materia nuclear Fuerza nuclear Estructura nuclear Reacción nuclear
Modelos del núcleo Gota de liquido Modelo de capa nuclear Modelo de bosón interactuante Desde el principio
Clasificación de los nucleidos Isótopos – iguales a Z Isóbaras – iguales A Isótonos – igual a N Isodiaphers – equal N − Z Isomers – equal all the above Mirror nuclei – Z ↔ N Stable Magic Even/odd Halo Borromean
Nuclear stability Binding energy p–n ratio Drip line Island of stability Valley of stability Stable nuclide
Radioactive decay Alpha α Beta β 2β 0v β+ K/L capture Isomeric Gamma γ Internal conversion Spontaneous fission Cluster decay Neutron emission Proton emission Decay energy Decay chain Decay product Radiogenic nuclide
Nuclear fission Spontaneous Products pair breaking Photofission
Capturing processes electron 2× neutron s r proton p rp
High-energy processes Spallation by cosmic ray Photodisintegration
Nucleosynthesis and nuclear astrophysics Nuclear fusion Processes: Stellar Big Bang Supernova Nuclides: Primordial Cosmogenic Artificial
High-energy nuclear physics Quark–gluon plasma RHIC LHC
Scientists Alvarez Becquerel Bethe A. Bohr N. Bohr Chadwick Cockcroft Ir. Curie Fr. Curie Pi. Curie Skłodowska-Curie Davisson Fermi Hahn Jensen Lawrence Mayer Meitner Oliphant Oppenheimer Proca Purcell Rabi Rutherford Soddy Strassmann Świątecki Szilárd Teller Thomson Walton Wigner
Physics portal  Category
v t e

En geoquímica , geofísica y física nuclear , los nucleidos primordiales , también conocidos como isótopos primordiales , son nucleidos que se encuentran en la Tierra y que han existido en su forma actual desde antes de que se formara la Tierra . Los nucleidos primordiales estaban presentes en el medio interestelar a partir del cual se formó el sistema solar, y se formaron durante o después del Big Bang , por nucleosíntesis en estrellas y supernovas seguida de eyección de masa, por espalación de rayos cósmicos y potencialmente a partir de otros procesos. Son los nucleidos estables más la fracción de radionucleidos de larga duración que sobrevivieron en la nebulosa solar primordial a través de la acreción planetaria hasta el presente; se conocen 286 de estos nucleidos.

Los 251 nucleidos estables conocidos , más otros 35 nucleidos que tienen vidas medias lo suficientemente largas como para haber sobrevivido desde la formación de la Tierra, se presentan como nucleidos primordiales. Estos 35 radionucleidos primordiales representan isótopos de 28 elementos separados . El cadmio , el telurio , el xenón , el neodimio , el samario , el osmio y el uranio tienen cada uno dos radioisótopos primordiales (¹¹³
Cd
,¹¹⁶
Cd
;¹²⁸
Te
,¹³⁰
Te
;¹²⁴
Xe
,¹³⁶
Xe
;¹⁴⁴
Dakota del Norte
,¹⁵⁰
Dakota del Norte
;¹⁴⁷
Pequeño
,¹⁴⁸
Pequeño
;¹⁸⁴
El sistema operativo
,¹⁸⁶
El sistema operativo
; y²³⁵
tú
,²³⁸
tú
).

Porque la edad de la Tierra es4,58 × 10 ⁹  años (4.600 millones de años), la vida media de los nucleidos dados debe ser mayor que aproximadamente10 ⁸  años (100 millones de años) por razones prácticas. Por ejemplo, para un nucleido con vida media6 × 10 ⁷  años (60 millones de años), esto significa que han transcurrido 77 vidas medias, lo que significa que por cada mol (Como en el momento de la formación de la Tierra había 6,02 × 10 ²³  átomos de ese nucleido, hoy en día sólo quedan 4 átomos.

Los siete nucleidos primordiales de vida más corta (es decir, los nucleidos con las vidas medias más cortas) que se han verificado experimentalmente son⁸⁷
Rb
(5,0 × 10 ¹⁰  años ),¹⁸⁷
Re
(4,1 × 10 ¹⁰  años ),¹⁷⁶
Lu
(3,8 × 10 ¹⁰  años ),²³²
El
(1,4 × 10 ¹⁰  años ),²³⁸
tú
(4,5 × 10 ⁹  años ),⁴⁰
K
(1,25 × 10 ⁹  años ), y²³⁵
tú
(7,0 × 10 ⁸  años ).

Estos son los siete nucleidos con vidas medias comparables a, o algo menores que, la edad estimada del universo . ( ⁸⁷ Rb, ¹⁸⁷ Re, ¹⁷⁶ Lu y ²³² Th tienen vidas medias algo más largas que la edad del universo.) Para una lista completa de los 35 radionucleidos primordiales conocidos, incluyendo los siguientes 28 con vidas medias mucho más largas que la edad del universo, vea la lista completa a continuación. Para propósitos prácticos, los nucleidos con vidas medias mucho más largas que la edad del universo pueden ser tratados como si fueran estables. ⁸⁷ Rb, ¹⁸⁷ Re, ¹⁷⁶ Lu, ²³² Th y ²³⁸ U tienen vidas medias lo suficientemente largas como para que su desintegración esté limitada en escalas de tiempo geológicas; ⁴⁰ K y ²³⁵ U tienen vidas medias más cortas y por lo tanto están severamente agotados, pero aún son lo suficientemente longevos como para persistir significativamente en la naturaleza.

El isótopo de vida más larga que no se ha demostrado que sea primordial ^[1] es¹⁴⁶
Pequeño
, que tiene una vida media de1,03 × 10 ⁸  años , seguido de²⁴⁴
Pu
(8,08 × 10 ⁷  años ) y⁹²
Nótese bien
(3,5 × 10 ⁷  años ). Se informó que ^{el 244 Pu existía en la naturaleza como un nucleido primordial en 1971, [2]} pero esta detección no pudo ser confirmada por estudios posteriores en 2012 y 2022. ^{[3] [4]}

Teniendo en cuenta que todos estos nucleidos deben existir durante al menos4,6 × 10 ⁹  años , ¹⁴⁶ Sm debe sobrevivir 45 vidas medias (y por lo tanto reducirse en 2 ⁴⁵  ≈ 4 × 10 ¹³ ), ²⁴⁴ Pu debe sobrevivir 57 (y reducirse por un factor de 2 ⁵⁷  ≈ 1 × 10 ¹⁷ ), y ⁹² Nb deben sobrevivir 130 (y reducirse en 2 ¹³⁰  ≈ 1 × 10 ³⁹ ). Matemáticamente, considerando las probables abundancias iniciales de estos nucleidos, ^{el 146} Sm y ^{el 244} Pu primordiales deberían persistir en algún lugar dentro de la Tierra hoy, incluso si no son identificables en la porción relativamente menor de la corteza terrestre disponible para los ensayos humanos, mientras que ^{el 92} Nb y todos los nucleidos de vida más corta no deberían. Los nucleidos como ^{el 92} Nb que estaban presentes en la nebulosa solar primordial pero que se han desintegrado por completo hace mucho tiempo se denominan radionucleidos extintos si no tienen otros medios de regenerarse. ^[5] En cuanto al ²⁴⁴ Pu, los cálculos sugieren que a partir de 2022, los límites de sensibilidad estaban a aproximadamente un orden de magnitud de detectarlo como un nucleido primordial. ^[4]

Debido a que los elementos químicos primordiales suelen estar compuestos por más de un isótopo primordial, solo existen 83 elementos químicos primordiales distintos . De estos, 80 tienen al menos un isótopo observablemente estable y tres elementos primordiales adicionales tienen solo isótopos radiactivos ( bismuto , torio y uranio).

Algunos isótopos inestables que se encuentran en la naturaleza (como¹⁴
do
,³
yo
, y²³⁹
Pu
) no son primordiales, ya que deben regenerarse constantemente. Esto ocurre por la radiación cósmica (en el caso de los nucleidos cosmogénicos como¹⁴
do
y³
yo
), o (raramente) por procesos como la transmutación geonuclear ( captura de uranio por neutrones en el caso de²³⁷
Notario público
y²³⁹
Pu
). Otros ejemplos de nucleidos naturales comunes pero no primordiales son los isótopos de radón , polonio y radio , que son todos nucleidos radiogénicos hijos de la desintegración del uranio y se encuentran en los minerales de uranio. El isótopo estable de argón ⁴⁰ Ar es en realidad más común como nucleido radiogénico que como nucleido primordial, formando casi el 1% de la atmósfera de la Tierra , que se regenera por la desintegración beta del isótopo primordial radiactivo de vida extremadamente larga ⁴⁰ K , cuya vida media es del orden de mil millones de años y por lo tanto ha estado generando argón desde el principio de la existencia de la Tierra. (El argón primordial estaba dominado por el nucleido de proceso alfa ³⁶ Ar, ​​que es significativamente más raro que ^{el 40} Ar en la Tierra).

Una serie radiogénica similar se deriva del nucleido primordial radiactivo de larga vida ²³² Th . Estos nucleidos se describen como geogénicos, lo que significa que son productos de desintegración o fisión del uranio u otros actínidos en rocas del subsuelo. ^[6] Todos estos nucleidos tienen vidas medias más cortas que sus nucleidos primordiales radiactivos progenitores. Algunos otros nucleidos geogénicos no se producen en las cadenas de desintegración de ²³² Th, ²³⁵ U o ²³⁸ U, pero aún pueden aparecer fugazmente de forma natural como productos de la fisión espontánea de uno de estos tres nucleidos de larga vida, como ¹²⁶ Sn , que constituye alrededor de 10 ^{−14 de todo} el estaño natural . ^[7] También se ha detectado otro, ⁹⁹ Tc . ^[8] Hay otros cinco productos de fisión de larga duración conocidos.

Un elemento primordial es un elemento químico con al menos un nucleido primordial. Existen 251 nucleidos primordiales estables y 35 nucleidos primordiales radiactivos, pero sólo 80 elementos primordiales estables —del hidrógeno al plomo, números atómicos del 1 al 82, con las excepciones del tecnecio (43) y el prometio (61)— y tres elementos primordiales radiactivos —bismuto (83), torio (90) y uranio (92). Si el plutonio (94) resulta ser primordial (específicamente, el isótopo de larga vida ²⁴⁴ Pu), entonces sería un cuarto primordial radiactivo, aunque prácticamente hablando todavía sería más conveniente producirlo sintéticamente. La vida media del bismuto es tan larga que a menudo se lo clasifica con los 80 elementos primordiales estables, ya que su radiactividad no es motivo de preocupación grave. El número de elementos es menor que el número de nucleidos, porque muchos de los elementos primordiales están representados por múltiples isótopos . Ver elemento químico para más información.

Como se ha señalado, son unos 251. Para consultar una lista, véase el artículo Lista de elementos por estabilidad de isótopos . Para consultar una lista completa que indique cuáles de los 251 nucleidos "estables" pueden ser inestables en algún sentido, véase Lista de nucleidos y nucleido estable . Estas preguntas no afectan a la cuestión de si un nucleido es primordial, ya que todos los nucleidos "casi estables", con vidas medias más largas que la edad del universo, también son primordiales.

Aunque se estima que unos 35 nucleidos primordiales son radiactivos (lista a continuación), resulta muy difícil determinar el número total exacto de nucleidos primordiales radiactivos, porque el número total de nucleidos estables es incierto. Existen muchos nucleidos de vida extremadamente larga cuyas vidas medias aún se desconocen; de hecho, todos los nucleidos más pesados ​​que el disprosio-164 son teóricamente radiactivos. Por ejemplo, se predice teóricamente que todos los isótopos del tungsteno , incluidos aquellos que incluso los métodos empíricos más modernos indican que son estables, deben ser radiactivos y pueden desintegrarse por emisión alfa , pero a partir de 2013 ^[update]esto solo se pudo medir experimentalmente para¹⁸⁰
Yo
. ^[9] De manera similar, se espera que los cuatro isótopos primordiales del plomo se desintegren en mercurio , pero las vidas medias predichas son tan largas (algunas superan los 10 ¹⁰⁰ años) que tales desintegraciones difícilmente podrían observarse en el futuro cercano. Sin embargo, el número de nucleidos con vidas medias tan largas que no pueden medirse con los instrumentos actuales (y que, desde este punto de vista, se consideran nucleidos estables ) es limitado. Incluso cuando se descubre que un nucleido "estable" es radiactivo, simplemente pasa de la lista de nucleidos primordiales estables a la de inestables , y el número total de nucleidos primordiales permanece inalterado. Para fines prácticos, estos nucleidos pueden considerarse estables para todos los fines fuera de la investigación especializada. ^{[ cita requerida ]}

Estos 35 nucleidos primordiales representan radioisótopos de 28 elementos químicos distintos (cadmio, neodimio, osmio, samario, telurio, uranio y xenón tienen cada uno dos radioisótopos primordiales). Los radionucleidos se enumeran en orden de estabilidad, comenzando la lista con el de vida media más larga. Estos radionucleidos en muchos casos son tan estables que compiten por la abundancia con isótopos estables de sus respectivos elementos. En el caso de tres elementos químicos, indio , telurio y renio , un nucleido primordial radiactivo de vida muy larga se encuentra en mayor abundancia que un nucleido estable.

El radionúclido más longevo conocido, ^{el 128} Te, tiene una vida media de2,2 × 10 ²⁴  años , que son 160 billones de veces la edad del Universo . Solo cuatro de estos 35 nucleidos tienen vidas medias más cortas o iguales a la edad del universo. La mayoría de los 30 restantes tienen vidas medias mucho más largas. El isótopo primordial de vida más corta, el ²³⁵ U, tiene una vida media de 703,8 millones de años, aproximadamente una sexta parte de la edad de la Tierra y del Sistema Solar . Muchos de estos nucleidos se desintegran por desintegración beta doble , aunque algunos como ^{el 209} Bi se desintegran por otros métodos como la desintegración alfa .

Al final de la lista se han añadido dos nucleidos más: ^{el 146} Sm y ^{el 244} Pu. No se ha confirmado que sean primigenios, pero sus vidas medias son lo suficientemente largas como para que en la actualidad persistan cantidades diminutas.

No. (número)

Un número entero positivo continuo como referencia. Estos números pueden cambiar ligeramente en el futuro, ya que hay 251 nucleidos clasificados actualmente como estables, pero que se predice teóricamente como inestables (véase Nuclido estable § Desintegración aún no observada ), de modo que los experimentos futuros pueden mostrar que algunos son, de hecho, inestables. El número comienza en 252, para seguir a los 251 nucleidos (observativamente) estables.

Nuclido

Los identificadores de nucleidos se dan por su número de masa A y el símbolo del elemento químico correspondiente (implica un número de protón único ).

Energía

Masa del nucleón promedio de este nucleido en relación con la masa de un neutrón (por lo que todos los nucleidos obtienen un valor positivo) en MeV /c ² , formalmente: m _n − m _nucleido / A .

Vida media

Todos los tiempos se dan en años.

Modo de decadencia

alfa	desintegración α
β −	β − desintegración
K	captura de electrones
KK	captura de doble electrón
β +	Desintegración β +
SF	fisión espontánea
2β−​	doble desintegración β −
2β +	doble desintegración β +
I	transición isomérica
pag	emisión de protones
norte	emisión de neutrones

Energía de desintegración

Los valores múltiples de energía de desintegración (máxima) en MeV se asignan a los modos de desintegración en su orden.

• Nuclido alfa
• Tabla de nucleidos ordenados por vida media
• Tabla de nucleidos
• Geoquímica de isótopos
• Radionúclido
• Elemento mononucleídico
• Elemento monoisotópico
• Isótopo estable
• Lista de nucleidos
• Lista de elementos según la estabilidad de sus isótopos
• Nucleosíntesis del Big Bang