Al observar el número de partículas subatómicas parece existir, debe haber miles de elemento combinaciones de configuración posibles. Sin embargo, hemos encontrado poco más de un centenar de elementos que existen. ¿Cuál es la explicación de esto?
Respuestas
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El término "elemento" se reserva para los átomos que tienen un núcleo que es una combinación de al menos un protón y opcionalmente uno o más neutrones.
Además, sólo una diferencia en el número de protones hace que un núcleo se considere de un elemento diferente. Cambiar sólo el número de neutrones sólo hace un isótopo diferente. Cambiar el número de electrones se considera un estado de ionización diferente del mismo elemento.
El hidrógeno muónico, en el que el eletrón es sustituido por un muón, no se considera un nuevo elemento.
Los hipernúcleos, en los que se añaden partículas lamba o sigma a un núcleo, se denominan isótopos y no nuevos elementos.
Fernando Briano
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El núcleo obedece a las leyes de la mecánica cuántica. No es el número de combinaciones lo que controla la existencia de un elemento (o de un isótopo del elemento) sino el número de soluciones de la ecuación mecánica cuántica específica que describe el núcleo. Este es un problema de muchos cuerpos y ha sido abordado por los modelos mecánicos cuánticos como el modelo de carcasa que utiliza un pozo de potencial efectivo para llegar a los niveles de energía permitidos para un conglomerado de nucleones, protones y neutrones.
Dos factores contribuyen al potencial, el derrame de la fuerza fuerte de los quarks unidos dentro del protón y el neutrón, y la repulsión del campo eléctrico de los protones de la misma carga. Cualitativamente los neutrones ayudan a apantallar la fuerza repulsiva protón-protón para permitir que la atracción de la fuerza fuerte cree el pozo de potencial. Esta interacción es la responsable del gran número de neutrones de los núcleos de alto Z: cuantos más protones haya, mayor será la probabilidad mecánica cuántica de que se acerquen a otro protón, y mayor será el blindaje de neutrones necesario.
A medida que aumenta el número de neutrones neutralizantes necesarios, un tercer factor se vuelve dominante: los neutrones son inestables cuando están libres y decaen con la desintegración beta. Puede existir una probabilidad mecánica cuántica para esta desintegración incluso en núcleos de bajo Z.. Esta probabilidad de desintegración es muy grande cuando el número de neutrones es grande. Esto es cierto para otros modos de desintegración, para la partícula alfa por ejemplo, en núcleos con demasiados protones o neutrones las probabilidades de inestabilidad se vuelven grandes como se ve en la cifra donde las entradas negras son estables.
Así que las combinaciones están limitadas por la dinámica mecánica cuántica.
Lewis Miller
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Peter Hall
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Bueno, la respuesta corta es que cuanto más grande es el núcleo, más inestable es, y es susceptible de desmoronarse (en forma de radiación). Por eso el uranio, un elemento con un núcleo grande, se utiliza en la fisión nuclear porque es más fácil de descomponer que un elemento como el hierro. Esto es básicamente lo que limita los elementos a 118 elementos naturales. Aunque los científicos han creado otros elementos más grandes, sus vidas medias son muy cortas, por lo que no permanecen mucho tiempo.
