¿Por qué el cobalto tiene una masa atómica mayor que el níquel?

Question

Entiendo que esta desviación de la tendencia general de aumento del número atómico y de la masa atómica se debe a que los isótopos del cobalto suelen tener más neutrones que los del níquel. ¿Por qué es así? ¿Cómo se podría predecir casos similares como éste?

He leído un poco sobre el modelo de concha. Tengo entendido que 28 es un "número mágico" de nucleones, es decir, una cáscara llena. En ese caso, ¿no sería lo más estable que ambos átomos se encontraran principalmente con 28 neutrones; y así, el cobalto-55 y el níquel-56 serían los isótopos más estables de cada elemento. ¿Por qué no es así? ¿Me estoy perdiendo o entendiendo mal algo?

Answer 1

Los protones de cada núcleo se repelen electrostáticamente.

A medida que aumenta el número atómico, hay más repulsión y una mayor ventaja de repartir los protones con los neutrones.

El calcio-40 es el último isótopo (de mayor número atómico) observablemente estable con un número igual o mayor de protones que de neutrones.

El cobalto-55 y el níquel-56 son inestables a la desintegración beta, porque es favorable a la emisión de un positrón que convierte un protón en un neutrón.

La abundancia natural de los isótopos no es necesariamente proporcional a la estabilidad, sino a los procesos estelares y cósmicos. Como se explica en el artículo de 1963 El ordenador guía al profesor Hoyle hacia nuevas hipótesis :

En colaboración con el profesor W. A. Fowler, del Instituto de Tecnología de California, había comenzado con un análisis de la distribución de los isótopos de los metales comunes, y descubrió que el níquel presentaba un caso inusual; en el metal natural de la Tierra, el níquel-58 es unas tres veces más abundante que el níquel-60, lo cual es contrario a lo que cabría esperar por consideraciones de estabilidad nuclear. Encontró la solución a este rompecabezas en el efecto de la emisión de neutrinos de las estrellas muy evolucionadas, que da lugar a tiempos de vida extremadamente cortos, del orden de 20 minutos a 10 horas, y también en el fenómeno de la producción de pares electrón-positrón. El níquel-58 pudo fabricarse en una explosión de una gran estrella que se produjo con tanta rapidez que el proceso de síntesis se interrumpió.

Así que, aunque los detalles de ese artículo pueden estar desfasados, la razón por la que el cobalto tiene una masa atómica de abundancia natural superior a la del níquel es una combinación de estabilidad nuclear y procesos estelares.

Ver Sobre el proceso e - Sus componentes y sus excesos de neutrones para una mayor discusión de las relaciones de abundancia natural de los isótopos de Co y Ni.