Ncleo atmico.El ncleo atmico est formado por protones y neutrones.

La cantidad de protones en un ncleo es el nmero atmico Z. La cantidad de neutrones es el nmero neutrnico o nmero de neutrones, N. El nmero nuclenico o nmero de masa A es la suma de la cantidad de protones Z y la cantidad de neutrones N:Z+N A una sola especie nuclear que tenga valores especficos tanto de Z como de N se le llama nclido o nucleido.

Los nclidos de la misma masa atmica A, pero de diferentes nmeros atmicos, reciben el nombre de isbaros. Los nclidos que tienen el mismo nmero de protones, pero diferente nmero de neutrones reciben el nombre de isotopos de aquel elemento particular.Los istopos de un elemento se comportan de manera idntica desde un punto de vista qumico, pero la diferencia en sus masas conduce a distintos comportamientos durante procesos fsicos.

La fuerza que une a los protones y neutrones en el ncleo, a pesar de la repulsin elctrica de los protones, es un ejemplo de la interaccin fuerte.En primer lugar, no depende de la carga; los neutrones y los protones se enlazan y el enlace es igual para los dos. En segundo lugar, tiene corto alcance, del orden de las dimensiones nucleares, esto es, de 10215 m. (Si no fuera as, el ncleo crecera atrayendo ms protones y neutrones.) Pero dentro de este alcance, la fuerza nuclear es mucho ms intensa que las fuerzas elctricas; si no fuera as, el ncleo nunca sera estable.En tercer lugar, la densidad casi constante de la materia nuclear y la energa de enlace por nuclen casi constante de nclidos ms grandes demuestran que determinado nuclen no puede interactuar en forma simultnea con todos los dems nucleones de un ncleo, sino slo con los que tiene en su cercana inmediata.Estabilidad nuclear y radiactividadEntre unos 2500 nclidos conocidos, menos de 300 son estables. Los dems son estructuras inestables que se desintegran para formar otros nclidos, emitiendo partculas y radiacin electromagntica mediante un proceso llamado radiactividad. La escala de tiempos de esos procesos de decaimiento va desde una pequea fraccin de microsegundo hasta miles de millones de aos. Existe una relacin entre la estabilidad del ncleo atmico y la relacin del nmero de protones/nmero de neutrones. Para nucledos con masas atmicas bajas, la mayor estabilidad se logra cuando N Z, pero conforme se incrementa la masa atmica, la relacin estable se aproxima a N/Z 1.5. La trayectoria de estabilidad es un "valle" de energa en el cual los nclidos inestables de los alrededores tienden a caer, emitiendo partculas de energa, constituyendo as el fenmeno de decaimiento radioactivo.

Casi el 90% de los 2500 nclidos conocidos son radiactivos; no son estables, sino que se desintegran y forman otros nclidos. Cuando los nclidos inestables decaen y forman diferentes nclidos, suelen emitir partculas alfa (a) o beta (b).Los elementos no slo tienen varios istopos, sino que algunos de estos istopos pueden ser inestables (istopo padre o radioactivo) y convertirse a otros elementos (istopo hijo o radiognico) Decaimiento : Este tipo de decaimiento ocurre en tomos pesados mayores que el Bi. Puesto que las partculas alfa estn compuestas por 2 protones y 2 neutrones, la emisin de una de estas partculas reduce en dos unidades el nmero atmico y en cuatro unidades al nmero de masa. El istopo hijo no es un isbaro del istopo padre. + + Q.Decaimiento - Hay tres clases distintas y sencillas de decaimiento beta: beta menos, beta ms y captura de electrn. Una partcula beta menos es un electrn. No es obvio cmo puede un ncleo emitir un electrn, si en el ncleo no hay electrones. La emisin de una b menos implica la transformacin de un neutrn en un protn, un electrn y una tercera partcula, llamada antineutrino.Los tomos del elemento padre decaen mediante la emisin de una partcula beta cargada negativamente (negatrn) y neutrinos que provienen del ncleo atmico y que son acompaados de radiacin en forma de rayos gama (). El nmero atmico del tomo hijo se incrementa en uno y el nmero de neutrones se reduce en uno, quedando el mismo nmero de masa.

Ejemplo

El decaimiento beta menos suele presentarse con nclidos para los que la relacin de neutrones a protones N>Z es muy grande para tener estabilidad. En el decaimiento b menos, N disminuye en uno, Z aumenta en uno y A no cambia.El decaimiento beta menos puede ocurrir siempre que la masa atmica neutra del tomo original sea mayor que la del tomo final.Decaimiento + (positrn): el radionclido emite electrones del ncleo cargados positivamente (positrn) y un neutrino. El elemento hijo tiene el mismo nmero de masa que el padre, pero un protn menos.Los nclidos en los que N>Z es muy pequea para tener estabilidad pueden emitir un positrn, la antipartcula del electrn, que es idntica al electrn pero tiene carga positiva.

Donde es un positrn, y es el neutrino del electrn, o neutrino electrnico.Ejemplo.

El decaimiento beta puede presentarse siempre que la masa atmica neutra del tomo original es al menos dos masas de electrn mayor que la del tomo final.Decaimiento por captura de electrones: Hay unos nclidos para los que la emisin no es posible desde el punto de vista de la energa, pero en los que un electrn orbital (normalmente en la capa K) se puede combinar con un protn en el ncleo, formando un neutrn y un neutrino. El neutrn se queda en el ncleo, y se emite el neutrino.

Ejemplo

La captura de electrn puede presentarse siempre que la masa atmica neutra del tomo original sea mayor que la del tomo final.Esta tercera partcula es un antineutrino, la antipartcula de un neutrino. El smbolo asignado del neutrino es (la letra griega nu). Tanto el neutrino como el antineutrino tienen carga cero y masa cero (o muy pequea) y, en consecuencia, producen muy pocos efectos observables al atravesar la materia.Tasas de decaimiento radiactivo.La Ley de transformacin de cuerpos radioactivos: El nmero, n de tomos radioactivos de una misma especie que se desintegran por unidad de tiempo (y por consiguiente, el nmero de rayos emitidos) al nmero total N de tomos presentes.

La constante de proporcionalidad o radioactiva (: cuando mayor es, con ms rapidez se desintegra la sustancia, y el inverso de esta constante es igual a la vida media de la sustancia radioactiva.

A este perodo en el cual decae la mitad de los tomos padre, se le denomina vida media y es un valor caracterstico de cada nclido.La cantidad de decaimientos durante el intervalo dt es - dN(t). La tasa de cambio de N(t) es el negativo de dN(t)>dt; entonces, -dN(t)>dt se llama tasa de decaimiento, rapidez de decaimiento, velocidad de decaimiento o actividad del espcimen. Cuanto mayor sea la cantidad de ncleos en la muestra, ms ncleos decaen durante cualquier intervalo de tiempo. Es decir, la actividad es directamente proporcional a N(t); entonces es igual a una constante l multiplicada por N(t):

De esto se deduce que los cuerpos radioactivos decrecen exponencialmente a lo largo del tiempo:

Dnde:N: # total de tomos presentes en el t 0N: # total de tomos restantes. t: tiempo medio.

Caractersticas de algunos mtodos de datacin radiomtrica

Elementos PadreElemento HijoDecaimientoVida Media (aos)Observaciones utilizables

Samario 147Neodimio 143105.000x10^6Rocas metamrficas muy antiguas

Rubidio 87Estroncio 87-47.000 x 10^6cualquier tipo de roca

Uranio 238Plomo 2064.510 x 10^6mtodo ms preciso, Zircn, monacita, xenotima, esfena

Potasio 40Argn 40C.E., +1.300 x 10^6Mtodo ms comn, para Rocas gneas volcnicas y metamrficas, feldespatos, micas, anfboles, vidrios volcnicos.

Uranio 235Plomo 207713 x 10^6Mtodo ms preciso, Zircn, monacita, xenotima, esfena

Berilio 10Boro 10-1.5 x 10^6rocas sedimentarias

Torio 230Radio 22675.000sedimentos marinos de menosde un milln de aos

Carbono 14Nitrgeno 14-5.730Fsiles