¿Qué se entiende por equilibrio en un sistema radiactivo. Indique los tipos de equilibrio que se pueden producir y en qué consiste cada uno de ellos.

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Todos los núclidos con número de protones superior al bismuto son inestables.

La estabilidad viene determinada, principalmente por la relación N/Z. Si se hace una representación gráfica del número de protones, en el eje de ordenadas, frente al número de neutrones en el eje de abcisas, y se sitúan los núclidos estables, se encuentra que los elementos estables más ligeros con N

A medida que aumenta el número atómico, el número de neutrones va haciéndose mayor que el de protones, y la relación N/Z alcanza un valor de 1,5, aproximadamente, para los núcleos estables más pesados. Los núcleos más estables se localizan en una franja estrecha o banda de estabilidad. Por encima del Bismuto, Z=83, todos los núclidos son inestables.

Fuera del rango indicado de los valores de N/Z, se pueden dar dos posibilidades para esta relación: que tenga un valor por encima de 1,5, o que sea menor que 1. Un núclido que cumpla una de estas condiciones será inestable, tendiendo a la estabilidad por la emisión de radiación o de partículas, para convertirse en otro núclido inestable diferente, sucesivamente, hasta llegar a uno estable.

En el primer caso, N/Z es demasiado alto para que el nucleido sea estable, es decir, N>Z , y se dice que el núcleo es rico en neutrones, por lo que para ganar estabilidad tiene que disminuir el valor de N y aumentar el valor de Z. Esto se consigue mediante la conversión de un neutrón en un protón.

Si el valor de N/Z es menor que 1, quiere decir que N es menor que Z , para que el núcleo sea más estable tiene que aumentar N y disminuir Z, lo cual se consigue por la conversión de un protón a un neutrón.

Ahora podemos clasificar los siguientes isótopos, de acuerdo con esto, en estables o inestables:

- [pic 12]

- [pic 13]

[pic 14]

- [pic 15]

- , además presenta un número atómico superior a 83, [pic 16]

Completar las siguientes reacciones nucleares comentando la respuesta en cada caso:

- Después de la emisión de una partícula β-, el número de masa del núcleo inicial, núcleo padre, permanece invariable, pero el número atómico aumenta en una unidad (Z+1). Ocupará la posición siguiente en la Tabla Periódica[pic 17]

[pic 18]

- Observamos el número atómico del núcleo producido y observamos que ha aumentado en una unidad, es decir Z+1, por el contrario el número másico, A, permanece constante, se corresponde con la emisión de una partícula beta, , al igual que en caso a). Además, en la Tabla Periódica el elemento que ocupa la posición siguiente al K es el Ca.[pic 19][pic 20]

Expresión general de una partícula: [pic 21]

- Después de la emisión de una partícula alfa, α, el número másico del núcleo producido disminuye en 4 unidades mientras que el número atómico disminuye en 2 unidades es decir, A+4 y Z+2, se trata de la emisión de una partícula alfa, es decir, un átomo de He . Además se sitúa 2 lugares antes en la Tabla Periódica.[pic 22]

[pic 23]

- Después de la emisión de una partícula β+ el número atómico del núcleo inicial disminuye en una unidad permaneciendo la masa atómica igual. Se trata por lo tanto de un positrón, de modo que el núcleo producido debe tener un número atómico de 8, por lo que será el O que está situado una posición antes en la Tabla Periódica.[pic 24]

[pic 25]

El nitrógeno natural es 99,63 % , con masa 14,00307 uma y 0,37% , con masa 15,00011. Indicar cuál es el isótopo más estable, explicando las estabilidades relativas.[pic 26][pic 27]

Mp= 1,007276 u mn= 1,008665u.

Para poder terminar qué isótopo es más estable, debemos calcular antes la energía de enlace o energía media de enlace por nucleón de cada isótopo. Para ello calculamos el defecto másico y a partir de ese defecto másico la energía. La energía de enlace por nucleón permite comparar la estabilidad de núcleos distintos, la estabilidad de un núcleo viene dada por su energía de enlace nuclear, que es la desprendida cuando Z protones y A-Z neutrones se juntan para formar un núcleo. Cuanto mayor sea la energía de enlace por nucleón más estable será el núcleo.

[pic 28]

Para :[pic 29]

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Para :[pic 34]

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Ambos isótopos son estables, siendo para el la energía de enlace mayor que para el , por lo tanto el isótopo .[pic 39][pic 40][pic 41]

Además, como es sabido, los núclidos que contiene 2,8,20,28,50,82 ó 126 protones o neutrones tienn una gran estabilidad frente a los que no los poseen, en nuestro caso se cumple, además de tener número par de neutrones.