¿Por qué todas las series de desintegración radiactiva terminan en plomo?

Question

Serie de torio:

Serie de uranio:

Serie de Actinium:

¿Por qué todas las series de desintegración radiactiva terminan en el isótopo de plomo? ¿Por qué no el hidrógeno?

(Todas las fotos fueron tomadas de Wikipedia .)

Answer 1

Hay cuatro cadenas de descomposición principales para los actínidos y los elementos superpesados. Esto es una simple consecuencia del hecho de que uno de los principales procesos para aumentar la estabilidad de un núcleo pesado es la emisión de partículas alfa, que tienen un número de masa de 4 ( $\ce{^4_2\alpha}$ ); obsérvese que si se toma el número de masa del isótopo y se divide por 4, el resto de esta división (0, 1, 2 o 3, correspondientes al $4n$ , $4n+1$ , $4n+2$ y $4n+3$ cadenas de desintegración del número de masa, respectivamente) permanece constante bajo la desintegración alfa, beta o gamma. Allí son desintegraciones que cambian el resto (emisión de neutrones, emisión de protones, fisión espontánea, etc.) y, por tanto, permiten el salto entre las principales cadenas de desintegración, pero para simplificar se pueden ignorar aproximadamente para los isótopos que no son demasiado inestables o pesados.

Sólo tres de estas cuatro cadenas principales de desintegración "se detienen" en el plomo, por lo que la afirmación de la pregunta ya es incorrecta. El $4n$ , $4n+2$ y $4n+3$ las cadenas "paran" en $\ce{^208_82Pb}$ , $\ce{^206_82Pb}$ y $\ce{^207_82Pb}$ respectivamente. El $4n+1$ La cadena de decadencia alcanza $\ce{^209_82Pb}$ pero este isótopo del plomo es bastante efímero ( $t_{1/2}=3.25\ \mathrm{h})$ y decae aún más hasta $\ce{^209_83Bi}$ donde se "detiene" (o al menos parecía hasta 2003 ).

Nótese que he dicho que las cadenas "se detienen" en estos isótopos. Eso es porque en realidad no lo hacen. Lo que ocurre es que $\ce{^208_82Pb}$ , $\ce{^209_83Bi}$ , $\ce{^206_82Pb}$ y $\ce{^207_82Pb}$ son todos isótopos de muy larga vida, con vidas medias miles de millones de veces mayores que la edad actual del Universo. Esto significa que cualquier desintegración continuada se ve gravemente limitada en estos puntos, por lo que, a efectos prácticos, las cadenas de desintegración se detienen allí. Sin embargo, en rigor, si se tuviera mucha paciencia, habría más desintegraciones en la secuencia. De hecho, teóricamente el isótopo más pesado que no es susceptible de ningún modo conocido de desintegración radiactiva espontánea (excepto desintegración de protones ) es un isótopo de circonio , $\ce{^92_40Zr}$ así que las cadenas de desintegración se extienden mucho más allá del plomo o el bismuto. Sólo que se necesita una inmensa cantidad de tiempo para que se produzcan las desintegraciones.

Answer 2

Respuesta corta: No lo hacen.

Como indican los comentarios anteriores, las cadenas de desintegración terminarán en un núcleo estable. Para la serie que mencionas en tu pregunta, el plomo tiene el primer isótopo estable.

Una herramienta realmente útil para ver las diferentes cadenas de descomposición está disponible en Sistema de Información de Evaluación de Riesgos del Laboratorio Nacional de Oak Ridge .

Puedes elegir entre muchos isótopos diferentes y ver las cadenas de desintegración. Por ejemplo, $\ce{^142_56Ba}$ da $\ce{^142_58Ce}$ como producto final estable. $\ce{^14_6C}$ va a $\ce{^14_7N}$ etc. Muchos terminan con plomo, pero muchos no.

¿Y el hidrógeno? Hay que tener en cuenta que para los núcleos grandes se suele favorecer la fisión y otros procesos nucleares que disminuyen el número de protones, pero para los núcleos pequeños se suelen favorecer los procesos que aumentan el número de protones (por ejemplo, la desintegración beta) - cambiando el relación neutrón-protón y generando más nucleidos estables .