Isótopo estável

Gráfico de isótopos / nuclides por tipo de decadência. Laranja e azul nuclídeos são instáveis, com os quadrados pretos entre essas regiões representam nuclidos estáveis. A linha contínua que passa abaixo muitos dos nuclídeos representa a posição teórica no gráfico de nuclidos para a qual o número de protões é o mesmo que o número de neutrões. O gráfico mostra que os elementos com mais do que 20 protões deve ter mais do que protões, neutrões, de modo a ser estável.

Os isótopos estáveis são químicos isótopos radioactivos que não são - isto é, que não sejam objecto espontaneamente decaimento radioativo.

Apenas 90 nuclides de os primeiros 40 elementos são energeticamente estável a qualquer tipo de deterioração Salvar decaimento do próton, em teoria (ver lista dos nuclides). Um adicional de 164 são teoricamente instável para os tipos conhecidos de decadência, mas jamais foi observada nenhuma evidência de deterioração, de um total de 254 nuclides para os quais não há evidência de radioatividade. Por esta definição, existem 254 conhecidos nuclides estáveis dos 80 elementos que têm um ou mais estáveis isótopos. Uma lista destes é dada no fim deste artigo.

Dos 80 elementos com um ou mais isótopos estáveis, vinte e seis têm apenas um único isótopo estável, e são assim denominados monoisotópico, e os restantes têm mais de um isótopo estável. Um elemento ( estanho ) tem dez isótopos estáveis, o maior número conhecido por um elemento.

Estudo de isótopos estáveis

Sistemas de isótopos estáveis vulgarmente analisados incluem os de oxigénio , carbono , azoto , hidrogénio e enxofre . Estes sistemas de isótopos para os elementos mais leves que exibem mais do que um isótopo primordial para cada elemento, estiveram sob a investigação por muitos anos, a fim de estudar os processos de fracionamento de isótopos em sistemas naturais. A longa história de estudo destes elementos é, em parte, porque as proporções de isótopos estáveis nestes elementos leves voláteis e é relativamente fácil de medir. No entanto, avanços recentes na espectrometria de massa (isto é, com colector múltiplo espectrometria de massa com plasma acoplado indutivamente) permitem agora a medição das taxas de isótopos estáveis em elementos mais pesados, tais como ferro , cobre , zinco , molibdénio , etc.

Rácios de isótopos estáveis têm sido usados em investigações biológicas e botânicas da planta por muitos anos, e os estudos mais e mais ecológicos e biológicos estão encontrando isótopos estáveis (principalmente de carbono, nitrogênio e oxigênio) para ser extremamente útil. Outros trabalhadores usaram rácios de isótopos de oxigênio para reconstruir as temperaturas atmosféricas históricos, tornando-as importantes ferramentas para pesquisas climáticas. Medidas de proporções de uma ocorrência natural do isótopo estável para outro desempenhar um papel importante na datação radiométrica e geoquímica de isótopos, e também útil para determinar os padrões de precipitação e movimentos de elementos através de organismos vivos, ajudando a resolver dinâmica da cadeia alimentar dos ecossistemas.

Definição de estabilidade e presença isotópica natural

Ocorrendo mais naturalmente nuclídeos são estáveis (cerca de 254; ver lista no final deste artigo); e cerca de 34 mais (total de 288) estão radioactives conhecido com suficientemente longas meias-vidas (também conhecida) a ocorrer "primordialmente". Se a meia-vida de um nuclide é comparável ou maior do que, a idade da Terra (4.500 milhões ano), uma quantidade significativa terá sobrevivido desde o formação do sistema solar, e, em seguida, é dito ser primordial. Será então contribuir desta forma para a composição isotópica natural de um elemento químico. Primordialmente presentes radioisótopos são facilmente detectados com meias-vidas curtas como como para 700 milhões de anos (por exemplo, ²³⁵ L), embora tenham sido detectados alguns isótopos primordiais com semividas tão curtas quanto 80 milhões de anos (por exemplo, Pu ^244). No entanto, este é o limite de detecção presente, como o nuclido com a meia-vida mais curta da próxima ( Ainda não foi detectado nióbio-92 com uma meia-vida 34,7 milhões ano) na natureza.

Muitos radioisótopos que ocorrem naturalmente (outro 51 ou assim, para um total de cerca de 339) exibem ainda mais curtas semi-vidas de 80 milhões de anos, mas eles são feitos na hora, como produtos de filha de processos de deterioração de nuclidos primordiais (por exemplo, o rádio a partir de urânio) ou a partir de reacções energéticas em curso, tal como nuclides cosmogénicos produzidos pela presente bombardeamento da Terra por raios cósmicos (por exemplo, carbono-14, feita a partir de azoto).

Muitos isótopos que são classificados como estável (ou seja, nenhuma radioactividade foi observada para eles) são previstos para ter extremamente longas semi-vidas (por vezes tão elevadas como 10 ¹⁸ anos ou mais). Se a semi-vida prevista cai numa gama experimentalmente acessíveis, tais isótopos têm a oportunidade de se mover a partir da lista de nuclídeos estáveis à categoria radioactivo, uma vez que a sua actividade é observada. Bons exemplos são o bismuto-209 e tungstênio-180, que eram anteriormente classificados como estáveis, mas foram recentemente (2003) verificou-se alfa-activo. No entanto, esses nuclídeos não mudar seu status como primordial quando eles são encontrados para ser radioativo.

A maioria dos isótopos estáveis na terra são acreditados para ter sido formado em processos de nucleossíntese, quer 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 da deterioração de nuclídeos radioactivos de longa vida. Estes subprodutos de degradação são denominados isótopos radiogênicos, a fim de distingui-los do grupo muito maior de isótopos de "não-radiogênicos '.

Áreas de pesquisa

A chamada ilha de estabilidade pode revelar um número de átomos de longa duração ou mesmo estáveis que são mais pesados (e com mais prótons) que o chumbo.

Isótopos por elemento

Dos elementos químicos conhecidos, elementos 80 têm, pelo menos, um nuclídeo estável. Estes compreendem os primeiros 82 elementos de hidrogénio para levar , com as duas exceções, tecnécio (elemento 43) e promethium (elemento 61), que não tem nenhum nuclides estáveis. Em dezembro de 2011, havia um total de 254 conhecidos nuclídeos "estáveis". Nesta definição, "estável" significa um nuclídeo que nunca foi observada a deterioração contra o fundo natural. Assim, estes elementos têm semi-vidas muito tempo para ser medido por qualquer meio, diretos ou indiretos.

Isótopos estáveis:

• 1 elemento ( estanho ) tem 10 isótopos estáveis
• 1 elemento ( xenon ) tem 8 isótopos estáveis
• 4 elementos tem 7 isótopos estáveis apiece
• 8 elementos tem 6 isótopos estáveis apiece
• 10 elementos tem cinco isótopos estáveis apiece
• 9 elementos tem quatro isótopos estáveis apiece
• 5 elementos têm três isótopos estáveis apiece
• 16 elementos tem dois isótopos estáveis apiece
• 26 elementos tem um único isótopo estável.

Estes últimos 26 são assim chamados elementos monoisotópico. O número médio de isótopos estáveis de elementos que possuem, pelo menos um isótopo estável é 254/80 = 3,2.

"Números mágicos" e pares e ímpares de prótons e nêutrons contagem

Estabilidade de isótopos é afectada pela proporção de protões de neutrões, e também pela presença de certos números "mágicas" de neutrões ou protões que representam conchas fechadas e preenchidas quântica. Estas conchas do quantum correspondem a um conjunto de níveis de energia dentro do shell modelo do núcleo; escudos enchidos, como o shell cheia de 50 prótons para o estanho, confere estabilidade incomum na nuclide. Tal como no caso do estanho, um número mágico para Z, o número atómico, tende a aumentar o número de isótopos estáveis para o elemento.

Assim como no caso de elétrons, que têm o menor estado de energia quando eles ocorrem em pares em um determinado orbitais, núcleons (prótons e nêutrons) exibem um estado de energia mais baixo quando o seu número é ainda, em vez de estranho. Esta estabilidade tende a impedir a deterioração beta (em duas etapas) de muitas mesmo-mesmo nuclídeos em outro mesmo-mesmo nuclide do mesmo número de massa, mas menor energia (e, claro, com mais dois prótons e dois nêutrons) menos, porque um processo de decaimento passo de cada vez teria de passar por uma nuclide ímpar-ímpar de maior energia. Isso faz com que um maior número de estáveis mesmo-mesmo nuclides, até três por alguns números de massa, e até sete para alguns números (prótons) atômicas. Por outro lado, dos 254 conhecidas nuclides estáveis, apenas cinco têm ambos um número ímpar de prótons e número ímpar de nêutrons: hidrogênio-2 ( deutério), lítio-6, boro-10, azoto-14, e tântalo-180m. Além disso, somente quatro ocorrem naturalmente, nuclides odd-ímpares radioativos tem uma meia-vida mais de um bilhão de anos: potássio-40, vanádio-50, lantânio-138, e lutécio-176. Ímpar-ímpar nuclidos primordiais são raros porque os núcleos mais estranho e poucos são altamente instáveis com relação a decaimento beta, porque os produtos de decaimento são mesmo-mesmo, e são, portanto, mais fortemente ligados, devido à efeitos de emparelhamento nucleares.

Ainda um outro efeito da instabilidade de um número ímpar de ambos os tipos de núcleos, é que os elementos com números ímpares tendem a ter menos de isótopos estáveis. Dos 26 monoisotópico elementos que têm apenas um único isótopo estável, apenas um tem um número atômico estranho - a única exceção para ambas as regras sendo berílio. Todos estes elementos também têm um número par de neutrões, com a única excepção de estar novamente berílio.

Isômeros nucleares, incluindo um "estável"

A contagem de 254 conhecidos nuclides estáveis inclui tântalo-180m, uma vez que, apesar de sua decadência e instabilidade é automaticamente encerrado na sua notação de "meta-estável", ainda esta ainda não foi observado. Todos os isótopos estáveis "" estáveis (por observação, não teoria) são os estados fundamentais de núcleos, com a excepção de tântalo-180m, que é um isômero nuclear ou estado animado (o estado fundamental desse núcleo é radioativo com uma meia-vida muito curta de 8 horas); mas a deterioração do isômero nuclear é extremamente animado fortemente proibido por regras de seleção spin-paridade. Tem sido relatado experimentalmente por observação directa de que a meia-vida de ^180m Ta à deterioração gama deve ser mais do que 10 ^{de 15} anos. Outros modos possíveis de ^180m Ta decadência (decaimento beta, captura de elétrons e de decaimento alfa) têm também nunca foi observada.

Decadência ainda não observado

Encadernação energia por núcleo de isótopos comuns.

Espera-se que alguma melhoria contínua de sensibilidade experimental vai permitir a descoberta de radioactividade muito leve (instabilidade) de alguns isótopos que são considerados ser estáveis hoje. Para um exemplo de uma recente descoberta, não foi até 2003 bismuto-209 (o isótopo única de ocorrência natural de bismuto) mostrou-se muito ligeiramente radioactivos. No entanto, havia também as previsões teóricas de física nuclear que bismuto-209 decairia muito lentamente por emissão alfa. Estes cálculos foram confirmadas pelas observações experimentais, em 2003.

Muitos nuclídeos "estáveis" são " na medida metaestável ", como eles iriam liberar a energia se um decaimento radioativo viesse a ocorrer, e são, de fato, espera-se passar por tipos muito raros de decaimento radioativo, incluindo double-beta emissão.

Noventa nuclídeos dos 40 elementos com número atômico de um ( hidrogênio ) através de 40 são teoricamente estável a qualquer tipo de decaimento nuclear, exceto para a possibilidade teórica de decaimento de protões - que nunca foi observada apesar pesquisas extensivas para ele.

Os radionuclídeos a partir com o isótopo de nióbio-93 e que se estendem a todos maior números de massa atômica, teoricamente poderia experimentar fissão espontânea.

Para outros do que a fissão espontânea processos, outras vias de decaimento teóricas para elementos mais pesados incluem:

• alfa decadência - 70 pesada nuclídeos (os dois mais leve são cério -142 e neodímio -143)
• decaimento beta duplo (incluindo elétron-pósitron conversão, e decadência de pósitrons duplo) - 55 nuclides
• decaimento beta - tântalo -180m
• captura de elétrons - telúrio -123, tântalo-180m
• dupla captura de elétrons
• transição isomérica - tântalo-180m
• decaimento de cluster e fissão espontânea - os 56 nuclides pesados (de nióbio -93 a disprósio -164)

Estes incluem todos os nuclídeos de massa 165 e maior. Argon-36 é atualmente o mais leve conhecido nuclide "estável", que é teoricamente instável.

A positividade da liberação da energia nesses processos significa que eles estão autorizados cinematicamente (que não violem a conservação de energia) e, portanto, em princípio, pode ocorrer. Eles não são observadas devido à supressão forte mas não absoluta, por regras de seleção spin-de paridade (para beta decai e transições isom�icas) ou pela espessura da barreira de potencial (para alfa e de cluster decai e fissão espontânea).

Quadro de síntese para os números de cada classe de nuclídeos

Este é um quadro-resumo de Lista de nuclidos. Note que os números não são exatos, e podem mudar um pouco no futuro, como nuclídeos são observados para ser radioativo, ou novas meias-vidas estão determinados a alguma precisão. Note que apenas o 254 tem qualquer pretensão de estabilidade, mas que apenas 90 nuclides de os primeiros 40 elementos são teoricamente estável a qualquer processo, mas o decaimento do próton.

Lista de isótopos estáveis observationally-

Na lista abaixo, 90 nuclides têm nenhum previu energeticamente possível modo de decaimento, salvar o decaimento do próton. Estes são desmarcados.

Outros previsto (mas ainda não observadas) modos de decaimento radioativo são apontados como: A para a decaimento alfa, B para o decaimento beta, o BB para o decaimento beta duplo, E para a captura eletrônica, EE para captura eletrônica de casal, e para a transição isomérica. Por causa da curva de energia de ligação, todos os nuclídeos de Z = 41 (nióbio) e além, são teoricamente instável em matéria de fissão espontânea SF (veja lista de nuclidos para detalhes), e muitos dos nuclídeos mais pesados são teoricamente instável para outros processos bem.

Abreviaturas:
Um para o decaimento alfa, B para o decaimento beta, o BB para o decaimento beta duplo, E para a captura eletrônica, EE para a captura eletrônica de casal, IT para a transição isomérica.

* Tântalo-180m é uma "isótopo metastável" o que significa que é um animado isômero nuclear de Ta-180. Ver isótopos de tântalo. No entanto, a semi-vida deste isómero nuclear é tão comprido que nunca foi observada a decair, e ocorre, assim, como um "observationally não radioactivo" nuclide primordial, como um isótopo menor de tântalo. Este é o único caso de um isómero nuclear que tem uma semi-vida tão longa que nunca foi observada a decair. É, portanto, incluídos nesta lista.