¿Por qué los núcleos como Oganesson (también conocido como Ununoctium, este es el 118º elemento en la tabla periódica) caries en alrededor de 5 milisegundos? Esto es raro que se pudren. En comparación, ¿por qué elementos como el uranio tomar unos 200.000 años en desintegrarse, o incluso más? ¿Por qué los átomos de la caries? ¿Por qué los elementos como el Polonio (84 elemento) tomar sólo unos 140 días a la caries?
Respuestas
¿Demasiados anuncios?
En pocas palabras, los átomos de la caries porque son inestables y radiactivos.
Ununoctium (o Oganesson) tiene un número atómico de 118. Eso significa que hay 118 protones en el núcleo de un átomo de Oganesson, y que no está incluido el número de neutrones en el núcleo. Vamos a ver en la mayoría de los isótopos estables de Oganesson, $\mathrm{{}^{294}Og}$. El 294 significa que hay 294 nucleones, o un total de 294 protones y neutrones en el núcleo. Ahora, el más grande de los isótopos estables de un elemento conocido es $\mathrm{{}^{208}Pb}$ o de plomo-208.
Más allá de que muchos de los nucleones, la fuerza nuclear fuerte comienza a tener problemas para sostener todos los nucleones juntos. A ver, normalmente, nos gustaría pensar que el núcleo de lo imposible debido a que los protones (todos con carga positiva) sería repelen entre sí, debido a que las cargas iguales se repelen. Esa es la fuerza electromagnética. Pero los científicos descubrieron que otra fuerza, llamada fuerza nuclear fuerte. La fuerza nuclear fuerte es muchas veces más fuerte que la fuerza electromagnética (hay una razón por la que es llamada la fuerza fuerte), pero sólo opera a través de distancias muy, muy pequeñas. Más allá de las distancias, el núcleo comienza a desmoronarse. Oganesson y los átomos de Uranio ambos son suficientemente grande como para que la fuerza no puede mantenerlos juntos nunca más.
Así que ahora sabemos por qué los átomos son inestables y decaen (tenga en cuenta que hay más complicaciones a esto, pero esta es la visión general de por qué). Pero, ¿por qué la diferencia en el tiempo de caída? En primer lugar, permítanme abordar una idea errónea. La mecánica cuántica dice que no sabemos exactamente cuando un átomo se caries, o si en todos, pero para una colección de átomos, podemos medir la velocidad de desintegración en lo que se llama un elemento de la mitad de la vida. Es el tiempo necesario para que el cuerpo de los átomos para ser cortados a la mitad.
Así que, para ir de nuevo a tiempo de decaimiento, se relaciona (como cabría esperar) de nuevo para el tamaño del núcleo. En general, los isótopos con un número atómico superior al 101 tiene una vida media de menos de un día, y $\mathrm{{}^{294}Og}$ definitivamente se ajusta a esa descripción. (La única excepción aquí es dubnium-268.) No hay elementos con números atómicos por encima de 82 tienen isótopos estables. El uranio es el número atómico es 92, por lo que es radiactivo, pero decae mucho más lentamente que Oganessson por la sencilla razón de que es más pequeña.
Curiosamente, debido a razones que aún no se entiende completamente, puede ser una especie de "isla" de mayor estabilidad alrededor de los números atómicos de 110 a 114. Oganesson es algo cercano a esta isla, y es la mitad de la vida es más de lo que algunos predijeron valores, préstamos cierta credibilidad al concepto. La idea es que los elementos con un número de nucleones que puedan ser organizadas en completa conchas dentro del núcleo atómico tiene un promedio más alto de la energía de enlace por nucleón y por lo tanto puede ser más estable. Usted puede leer más acerca de esto aquí y aquí.
Espero que esto ayude!
Jane Sales
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De hecho, la gama de posibles tiempos de decaimiento es mucho, mucho más amplia que la de la misma gama que has dado, como he encontrado fuera de mí recientemente. Es difícil imaginar una cantidad física que varía más!
En un panorama sentido, una manera de pensar acerca de esto es el siguiente: la desintegración radiactiva puede ser pensado crudamente como una forma de quantum de túneles, donde los nucleones túnel de la metaestable nuclear estado unida a la de escape para liberar espacio (y, con ello, hacer que el núcleo completamente inestable y vuelan en pedazos). Resulta cuántica túneles de probabilidades genéricamente tiene una exponencial dependencia: por ejemplo, en una simple perforación de túneles modelo de la perforación que pasa el tiempo como
$$\tau \sim e^{\sqrt{\Delta E}}$$
donde $\Delta E$ es la altura de la barrera de energía para mantener las partículas de escape.
La altura efectiva de la barrera nuclear de túneles es un problema complicado de resolver en detalle, pero el punto es que si se va a imaginar que varía, por ejemplo, un factor de 1000x entre un estables e inestables núcleo, este se convierte en una diferencia en el tiempo de decaimiento que es un factor de $e^{\sqrt{1000}}=10^{13}$. Así que este exponencial de la dependencia amplía el rango de posibles valores considerablemente en relación a la gama de barreras de energía, e independiente de los detalles microscópicos prácticamente garantiza que el rango de descomposición tiempos de vida varían ampliamente.
Tony K.
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¿Por qué los átomos de la caries?
Por la misma razón que las rocas de rodar cuesta abajo. Hay una tendencia general a que las cosas que están en un alto nivel de energía para "caer" a un nivel de energía más bajo.
En términos de los núcleos atómicos, el de menor energía por nucleón es de hierro (Fe-56). La energía puede ser liberada por la fisión de elementos más pesados que el hierro y la fusión de elementos más ligeros que el hierro.
Desde esta perspectiva, la pregunta no es "¿por qué los átomos de la corrupción", sino "¿por qué es la caries no instantánea?" Esto es debido a que los estados intermedios requieren de mayor energía. Sin embargo, los sistemas cuánticos pueden "túnel" a través de una barrera de energía con una cierta probabilidad de: https://en.wikipedia.org/wiki/Quantum_tunnelling#Radioactive_decay
Así, el Polonio-210 decaimiento de los isótopos a un ritmo mayor que el Uranio-238 isótopos debido a que la barrera de energía entre el estado inicial y la descomposición del producto estado es menor.
A bajas temperaturas, la fusión no sucede de forma espontánea debido a que la barrera de energía es muy alto (aunque, presumiblemente, la fusión espontánea a través de túnel cuántico puede suceder, sólo tiene una muy baja probabilidad). En las estrellas, la barrera de energía es mucho menor debido a que la temperatura es muy alta y los núcleos involucrados tienen una gran cantidad de energía cinética que les permite superar algunos de los Coulomb fuerzas que se repelen (la principal causa de la barrera de energía).
