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Abundancia relativa de los elementos químicos en la corteza continental superior de la Tierra , por átomo

En geoquímica , geofísica y física nuclear , los nucleidos primordiales , también conocidos como isótopos primordiales , son nucleidos que se encuentran en la Tierra y que han existido en su forma actual desde antes de que se formara la Tierra . Los nucleidos primordiales estaban presentes en el medio interestelar a partir del cual se formó el sistema solar, y se formaron en o después del Big Bang , por nucleosíntesis en estrellas y supernovas seguidas de eyección de masa, por espalación de rayos cósmicos.y potencialmente de otros procesos. Son los nucleidos estables más la fracción de radionucleidos de larga duración que sobreviven en la nebulosa solar primordial a través de la acreción planetaria hasta el presente. Se conocen doscientos ochenta y seis de estos nucleidos.

Estabilidad [ editar ]

Todos los 252 nucleidos estables conocidos , más otros 34 nucleidos que tienen una vida media lo suficientemente larga como para haber sobrevivido a la formación de la Tierra, se presentan como nucleidos primordiales. Estos 34 radionucleidos primordiales representan isótopos de 28 elementos separados . Cadmio , telurio , xenón , neodimio , samario y uranio tienen cada uno dos radioisótopos primordiales (113Discos compactos, 116Discos compactos; 128Te, 130Te; 124Xe, 136Xe; 144Dakota del Norte, 150Dakota del Norte; 147Sm, 148Sm; y235U, 238U).

Porque la edad de la Tierra es4.58 × 10 9  años (4.6 mil millones de años), la vida media de los nucleidos dados debe ser mayor que aproximadamente10 8  años (100 millones de años) para consideraciones prácticas. Por ejemplo, para un nucleido con vida media6 × 10 7  años (60 millones de años), esto significa que han transcurrido 77 vidas medias, lo que significa que por cada mol (6.02 × 10 23  átomos ) de ese núclido presente en la formación de la Tierra, solo quedan 4 átomos en la actualidad.

Los cuatro nucleidos primordiales de vida más corta ( es decir , los nucleidos con las vidas medias más cortas) que han sido indiscutiblemente verificados experimentalmente son232Th (1,4 × 10 10  años ),238U (4,5 × 10 9  años ),40K (1,25 × 10 9  años ), y235U (7,0 × 10 8  años años).

Estos son los 4 nucleidos con vidas medias comparables o algo menores que la edad estimada del universo . ( 232 Th tiene una vida media un poco más larga que la edad del universo). Para obtener una lista completa de los 34 radionucleidos primordiales conocidos, incluidos los siguientes 30 con vidas medias mucho más largas que la edad del universo, consulte la lista completa a continuación. . A efectos prácticos, los nucleidos con vidas medias mucho más largas que la edad del universo pueden tratarse como si fueran estables. 232 Th y 238 U tienen vidas medias lo suficientemente largas como para que su desintegración esté limitada en escalas de tiempo geológico; 40 K y 235U tienen vidas medias más cortas y, por lo tanto, están gravemente agotadas, pero aún tienen una vida lo suficientemente larga como para persistir significativamente en la naturaleza.

El siguiente nucleido de vida más larga después del final de la lista dada en la tabla es 244Pu, con una vida media de 8.08 × 10 7  años . Se ha informado que existe en la naturaleza como un nucleido primordial, [1] aunque un estudio posterior no lo detectó. [2] El segundo isótopo de vida más larga que no se ha demostrado que sea primordial [3] [4] es146Sm, que tiene una vida media de 6,8 × 10 7  años , aproximadamente el doble que el tercer isótopo de vida más larga92Nótese bien (3,5 × 10 7  años ). [5] Teniendo en cuenta que todos estos nucleidos deben existir durante al menos4.6 × 10 9  años , 244 Pu debe sobrevivir 57 vidas medias (y por lo tanto reducirse en un factor de 2 57  ≈ 1.4 × 10 17 ), 146 Sm debe sobrevivir 67 (y reducirse en 2 67  ≈ 1,5 × 10 20 ), y 92 Nb deben sobrevivir a 130 (y reducirse en 2130  ≈ 1,4 × 10 39 ). Matemáticamente, considerando las abundancias iniciales probables de estos nucleidos, los primordiales 244 Pu y 146 Sm deberían persistir en algún lugar de la Tierra hoy, incluso si no son identificables en la porción relativamente menor de la corteza terrestre disponible para ensayos humanos, mientras que 92 Nb y todos los nucleidos de vida más corta no deberían hacerlo. Los nucleidos como 92 Nb que estaban presentes en la nebulosa solar primordial pero que hace mucho tiempo que se han desintegrado por completo se denominan radionucleidos extintos si no tienen otros medios para regenerarse. [6]

Debido a que los elementos químicos primordiales a menudo constan de más de un isótopo primordial, solo hay 83 elementos químicos primordiales distintos . De estos, 80 tienen al menos un isótopo observacionalmente estable y tres elementos primordiales adicionales tienen solo isótopos radiactivos ( bismuto , torio y uranio).

Nuclidos naturales que no son primordiales [ editar ]

Algunos isótopos inestables que ocurren naturalmente (como 14C, 3H, y 239Pu) no son primordiales, ya que deben regenerarse constantemente. Esto ocurre por radiación cósmica (en el caso de nucleidos cosmogénicos como14
C
y 3
H
), o (raramente) por procesos como la transmutación geonuclear ( captura de neutrones de uranio en el caso de237
Notario público
y 239
Pu
). Otros ejemplos de nucleidos comunes de origen natural pero no primordiales son los isótopos de radón , polonio y radio , todos los cuales son nucleidos radiogénicos derivados de la desintegración del uranio y se encuentran en los minerales de uranio. El isótopo estable de argón 40 Ar es en realidad más común como nucleido radiogénico que como nucleido primordial, formando casi el 1% de la atmósfera terrestre , que es regenerada por la desintegración beta del isótopo primordial radioactivo de vida extremadamente larga 40 K, cuya vida media es del orden de mil millones de años y, por lo tanto, ha estado generando argón desde principios de la existencia de la Tierra. (El argón primordial estaba dominado por el nucleido del proceso alfa 36 Ar, que es significativamente más raro que el 40 Ar en la Tierra).

Una serie radiogénica similar se deriva del nucleido primordial radiactivo de larga vida 232 Th . Estos núclidos se describen como geogénicos , lo que significa que son productos de descomposición o fisión del uranio u otros actínidos en las rocas del subsuelo. [7] Todos estos nucleidos tienen vidas medias más cortas que sus nucleidos primordiales radiactivos parentales. Algunos otros nucleidos geogénicos no se encuentran en las cadenas de desintegración de 232 Th, 235 U o 238 U, pero aún pueden ocurrir fugazmente de forma natural como productos de la fisión espontánea de uno de estos tres nucleidos de larga vida, como 126 Sn , que hace hasta alrededor de 10−14 de todo el estaño natural . [8]

Elementos primordiales [ editar ]

Hay 252 nucleidos primordiales estables y 34 nucleidos primordiales radiactivos, pero solo 80 elementos primordiales estables (1 a 82, es decir, hidrógeno a través del plomo, sin incluir 43 y 61, tecnecio y prometio respectivamente) y tres elementos primordiales radiactivos (bismuto, torio y uranio). La vida media del bismuto es tan larga que a menudo se clasifica con los 80 elementos estables primordiales, ya que su radiactividad no es motivo de grave preocupación. El número de elementos es menor que el número de nucleidos, porque muchos de los elementos primordiales están representados por múltiples isótopos . Consulte elemento químico para obtener más información.

Nuclidos estables de origen natural [ editar ]

Como se señaló, estos suman alrededor de 252. Para obtener una lista, consulte la lista del artículo de elementos por estabilidad de isótopos . Para obtener una lista completa en la que se indique cuál de los 252 nucleidos "estables" puede ser inestable en algún aspecto, consulte la lista de nucleidos y nucleidos estables . Estas preguntas no afectan la cuestión de si un nucleido es primordial, ya que todos los nucleidos "casi estables", con vidas medias más largas que la edad del universo, también son primordiales.

Nuclidos primordiales radiactivos [ editar ]

Aunque se estima que alrededor de 34 nucleidos primordiales son radiactivos (enumere a continuación), resulta muy difícil determinar el número total exacto de primordiales radiactivos porque el número total de nucleidos estables es incierto. Existen muchos nucleidos de vida extremadamente larga cuyas vidas medias aún se desconocen. Por ejemplo, se predice teóricamente que todos los isótopos de tungsteno , incluidos los indicados incluso por los métodos empíricos más modernos para ser estables, deben ser radiactivos y pueden decaer por emisión alfa , pero a partir de 2013 esto solo podría medirse experimentalmente para180W. [9] De manera similar, se espera que los cuatro isótopos primordiales del plomo se descompongan en mercurio , pero las vidas medias previstas son tan largas (algunas excediendo los 10 100 años) que esto difícilmente podrá observarse en un futuro próximo. Sin embargo, el número de nucleidos con vidas medias tan largas que no pueden medirse con los instrumentos actuales —y se consideran desde este punto de vista nucleidos estables— es limitado. Incluso cuando se descubre que un nucleido "estable" es radiactivo, simplemente se mueve de lo estable a lo inestable.lista de nucleidos primordiales, y el número total de nucleidos primordiales permanece sin cambios. A efectos prácticos, estos nucleidos pueden considerarse estables para todos los fines fuera de la investigación especializada. [ cita requerida ]

Lista de 34 nucleidos primordiales radiactivos y vidas medias medidas [ editar ]

Estos 34 nucleidos primordiales representan radioisótopos de 28 elementos químicos distintos (cadmio, neodimio, samario, telurio, uranio y xenón tienen cada uno dos radioisótopos primordiales). Los radionucleidos se enumeran en orden de estabilidad, con la vida media más larga al comienzo de la lista. En muchos casos, estos radionucleidos son tan estables que compiten por la abundancia con isótopos estables de sus respectivos elementos. Para tres elementos químicos, indio , telurio y renio , se encuentra en mayor abundancia un nucleido primordial radiactivo de vida muy larga que un nucleido estable.

El radionúclido de vida más larga tiene una vida media de 2,2 × 10 24  años , que es 160 billones de veces la edad del Universo . Solo cuatro de estos 34 nucleidos tienen vidas medias más cortas o iguales a la edad del universo. La mayoría de los 30 restantes tienen vidas medias mucho más largas. El isótopo primordial de vida más corta, 235 U, tiene una vida media de 703,8 millones de años, aproximadamente una sexta parte de la edad de la Tierra y el Sistema Solar .

Lista de leyendas [ editar ]

Sin número)
Un entero positivo corriente como referencia. Estos números pueden cambiar levemente en el futuro, ya que hay 162 nucleidos ahora clasificados como estables, pero que teóricamente se predice que son inestables (ver Nuclido estable § Desintegración aún no observada ), por lo que experimentos futuros pueden mostrar que algunos son de hecho inestables. El número comienza en 253, para seguir a los 252 nucleidos estables (observacionalmente).
Nucleido
Los identificadores de nucleidos vienen dados por su número de masa A y el símbolo del elemento químico correspondiente (implica un número de protón único ).
Energía
Masa de la nucleon promedio de este núclido respecto a la masa de un neutrón (así que todos los nucleidos conseguir un valor positivo) en MeV / c 2 , formalmente: m n - m nucleido / A .
Media vida
Todos los tiempos se expresan en años.
Modo de decaimiento
Energía de descomposición
Los valores múltiples para la energía de desintegración (máxima) en MeV se asignan a los modos de desintegración en su orden.

Ver también [ editar ]

  • Nucleido alfa
  • Tabla de nucleidos ordenados por vida media
  • Tabla de nucleidos
  • Geoquímica de isótopos
  • Radionúclido
  • Elemento mononuclídico
  • Elemento monoisotópico
  • Isótopo estable
  • Lista de nucleidos
  • Lista de elementos por estabilidad de isótopos
  • Nucleosíntesis del Big Bang

Referencias [ editar ]

  1. ^ Hoffman, DC; Lawrence, FO; Mewherter, JL; Rourke, FM (1971). "Detección de plutonio-244 en la naturaleza". Naturaleza . 234 (5325): 132-134. Código Bib : 1971Natur.234..132H . doi : 10.1038 / 234132a0 . S2CID  4283169 .
  2. ^ Lachner, J .; et al. (2012). "Intento de detectar 244 Pu primordial en la Tierra". Physical Review C . 85 (1): 015801. Código bibliográfico : 2012PhRvC..85a5801L . doi : 10.1103 / PhysRevC.85.015801 .
  3. ^ Samir Maji; et al. (2006). "Separación de samario y neodimio: un requisito previo para obtener señales de síntesis nuclear". Analista . 131 (12): 1332-1334. Código Bibliográfico : 2006Ana ... 131.1332M . doi : 10.1039 / b608157f . PMID 17124541 . 
  4. ^ Kinoshita, N .; Paul, M .; Kashiv, Y .; Collon, P .; Deibel, CM; DiGiovine, B .; Greene, JP; Henderson, DJ; Jiang, CL; Marley, ST; Nakanishi, T .; Pardo, RC; Rehm, KE; Robertson, D .; Scott, R .; Schmitt, C .; Tang, XD; Vondrasek, R .; Yokoyama, A. (30 de marzo de 2012). "Una vida media más corta de 146Sm medida e implicaciones para la cronología 146Sm-142Nd en el sistema solar". Ciencia . 335 (6076): 1614–1617. arXiv : 1109.4805 . Código Bibliográfico : 2012Sci ... 335.1614K . doi : 10.1126 / science.1215510 . ISSN 0036-8075 . PMID 22461609 . S2CID   206538240 .
  5. ^ S. Maji; S. Lahiri; B. Wierczinski; G. Korschinek (2006). "Separación de samario y neodimio: un requisito previo para obtener señales de síntesis nuclear". Analista . 131 (12): 1332-1334. Código Bibliográfico : 2006Ana ... 131.1332M . doi : 10.1039 / b608157f . PMID 17124541 . 
  6. ^ PK Kuroda (1979). "Origen de los elementos: pre-reactor de Fermi y plutonio-244 en la naturaleza". Cuentas de Investigación Química . 12 (2): 73–78. doi : 10.1021 / ar50134a005 .
  7. ^ Clark, Ian (2015). Geoquímica e isótopos de aguas subterráneas . Prensa CRC. pag. 118. ISBN 9781466591745. Consultado el 13 de julio de 2020 .
  8. ^ H.-T. Shen; et al. "Investigación sobre la medición de 126 Sn por AMS" (PDF) . accelconf.web.cern.ch .
  9. ^ "Gráfico interactivo de nucleidos (Nudat2.5)" . Centro Nacional de Datos Nucleares . Consultado el 22 de junio de 2009 .