Isótopo (Português)

Propriedades químicas e molecularesEditar

Um átomo neutro tem o mesmo número de electrões que os prótons. Assim, isótopos diferentes de um dado elemento têm todos o mesmo número de electrões e partilham uma estrutura electrónica semelhante. Dado que o comportamento químico de um átomo é largamente determinado pela sua estrutura electrónica, os diferentes isótopos apresentam um comportamento químico quase idêntico.

A principal excepção a isto é o efeito isotópico cinético: devido às suas massas maiores, os isótopos mais pesados tendem a reagir um pouco mais lentamente do que os isótopos mais leves do mesmo elemento. Isto é de longe mais pronunciado para o protium (1
H
), deutério (2
H
br>), e trítio (3
H
br>), porque o deutério tem o dobro da massa de protium e o trítio tem três vezes a massa de protium. Estas diferenças de massa também afectam o comportamento das suas respectivas ligações químicas, ao alterar o centro de gravidade (massa reduzida) dos sistemas atómicos. No entanto, para elementos mais pesados, a diferença de massa relativa entre isótopos é muito menor, de modo que os efeitos da diferença de massa na química são geralmente negligenciáveis. (Elementos pesados também têm relativamente mais neutrões do que elementos mais leves, pelo que a relação entre a massa nuclear e a massa electrónica colectiva é ligeiramente maior). Existe também um efeito isotópico de equilíbrio.

meia-vida isotópica. Z = número de prótons. N = número de nêutrons. A parcela para isótopos estáveis diverge da linha Z = N à medida que o elemento número Z se torna maior

Similarmente, duas moléculas que diferem apenas nos isótopos dos seus átomos (isotopólogos) têm uma estrutura electrónica idêntica, e por isso propriedades físicas e químicas quase indistinguíveis (mais uma vez com o deutério e o trítio como excepções primárias). Os modos vibracionais de uma molécula são determinados pela sua forma e pelas massas dos seus átomos constituintes; assim, isotopólogos diferentes têm conjuntos diferentes de modos vibracionais. Porque os modos vibracionais permitem a uma molécula absorver fotões de energias correspondentes, os isotopólogos têm diferentes propriedades ópticas na gama infravermelha.

Propriedades e estabilidade nuclearEditar

Núcleos atómicos consistem em prótons e neutrões ligados entre si pela força forte residual. Como os prótons são carregados positivamente, repelem-se uns aos outros. Os neutrões, que são electricamente neutros, estabilizam o núcleo de duas maneiras. A sua copresença afasta ligeiramente os protões, reduzindo a repulsão electrostática entre os protões, e exercem a atractiva força nuclear um sobre o outro e sobre os protões. Por esta razão, é necessário um ou mais neutrões para que dois ou mais prótons se liguem a um núcleo. medida que o número de protões aumenta, aumenta também a proporção de neutrões em relação aos protões necessária para assegurar um núcleo estável (ver gráfico à direita). Por exemplo, embora a razão neutrões:prótons de 3
2He
é 1:2, a razão neutrões:prótons de 238
92U
é superior a 3:2. Vários elementos mais leves têm nuclídeos estáveis com a razão 1:1 (Z = N). O nuclídeo 40
20Ca
(calcium-40) é, a título de observação, o nuclídeo estável mais pesado, com o mesmo número de neutrões e protões. Todos os nuclídeos estáveis mais pesados que o cálcio-40 contêm mais neutrões que os prótons.

Números de isótopos por elementoEdit

Dos 80 elementos com um isótopo estável, o maior número de isótopos estáveis observados para qualquer elemento é dez (para o elemento estanho). Nenhum elemento tem nove ou oito isótopos estáveis. Cinco elementos têm sete isótopos estáveis, oito têm seis isótopos estáveis, dez têm cinco isótopos estáveis, nove têm quatro isótopos estáveis, cinco têm três isótopos estáveis, 16 têm dois isótopos estáveis (contando 180m
73Ta
como estáveis), e 26 elementos têm apenas um único isótopo estável (destes, 19 são os chamados elementos mononuclídeos, tendo um único isótopo primordial estável que domina e fixa o peso atómico do elemento natural com alta precisão; 3 elementos mononuclídeos radioactivos também ocorrem). No total, existem 252 nuclídeos que não foram observados a decompor-se. Para os 80 elementos que têm um ou mais isótopos estáveis, o número médio de isótopos estáveis é 252/80 = 3,15 isótopos por elemento.

Números de núcleos pares e ímparesEditar

>EE

>48 252

22

O próton:a razão de neutrões não é o único factor que afecta a estabilidade nuclear. Depende também da uniformidade ou estranheza do seu número atómico Z, número de neutrões N e, consequentemente, da sua soma, o número de massa A. A estranheza tanto de Z como de N tende a baixar a energia de ligação nuclear, tornando os núcleos ímpares, geralmente, menos estáveis. Esta notável diferença de energia de ligação nuclear entre núcleos vizinhos, especialmente de isobares ímpares-A, tem consequências importantes: isótopos instáveis com um número não óptimo de neutrões ou protões decaem por decaimento beta (incluindo emissão de positrões), captura de electrões, ou outros modos de decaimento menos comuns, tais como fissão espontânea e decaimento de clusters.

A maioria dos nuclídeos estáveis são pares-protões-neutrões pares, onde todos os números Z, N, e A são pares. Os nuclídeos ímpar-A estáveis são divididos (mais ou menos uniformemente) em núcleos ímpar-proton-ímpar-neutrão, e nuclídeos ímpar-proton-ímpar-neutrão. Os nuclídeos de botão ímpar-ímpar-neutrão (EE) estáveis são os menos comuns.

Número atómico parEditar

Os 146 nuclídeos de botão par-ímpar-neutrão (EE) compreendem ~58% de todos os nuclídeos estáveis e todos têm spin 0 por causa do emparelhamento. Existem também 24 nuclídeos de longa duração, mesmo de longa duração, primordiais. Como resultado, cada um dos 41 elementos de número par de 2 a 82 tem pelo menos um isótopo estável, e a maioria destes elementos tem vários isótopos primordiais. Metade destes elementos de numeração par tem seis ou mais isótopos estáveis. A extrema estabilidade do hélio-4 devido a um emparelhamento duplo de 2 prótons e 2 neutrões impede qualquer nuclídeo contendo cinco (5
2He
, 5
3Li
) ou oito (8
4Be
) núcleos de núcleos existentes durante tempo suficiente para servirem de plataformas para a acumulação de elementos mais pesados através da fusão nuclear em estrelas (ver processo alfa triplo).

53 nuclídeos estáveis têm um número par de prótons e um número ímpar de neutrões. São uma minoria em comparação com os isótopos pares e pares, que são cerca de 3 vezes mais numerosos. Entre os 41 elementos de Z pares que têm um nuclídeo estável, apenas dois elementos (argónio e cério) não têm nuclídeos estáveis e homogéneos. Um elemento (estanho) tem três. Há 24 elementos que têm um nuclídeo estável e 13 que têm dois nuclídeos ímpares e pares. Dos 35 radionuclídeos primordiais, existem quatro nuclídeos pares (ver quadro à direita), incluindo o físsil 235
92U
. Devido ao seu número ímpar de neutrões, os nuclídeos pares tendem a ter grandes secções transversais de captura de neutrões, devido à energia que resulta dos efeitos de pares de neutrões. Estes nuclídeos estáveis de neutrões ímpares e pares tendem a ser incomuns por natureza em abundância, geralmente porque, para formar e entrar em abundância primordial, devem ter escapado à captura de neutrões para formar ainda outros isótopos estáveis de neutrões pares, durante o processo s e r da captura de neutrões, durante a nucleossíntese em estrelas. Por esta razão, apenas 195
78Pt
br>e 9
4Be
são os isótopos mais naturalmente abundantes do seu elemento.

número atómico ímparEditar

quarenta e oito nuclídeos de nêutrons ímpares estáveis, estabilizados pelos seus pares de neutrões, formam a maioria dos isótopos estáveis dos elementos ímpares; os muito poucos nuclídeos de nêutrons ímpares-ímpares-ímpares-ímpares-ímpares compreendem os outros. Existem 41 elementos de número ímpar com Z = 1 até 81, dos quais 39 têm isótopos estáveis (os elementos tecnécio (
43Tc
) e promécio (
61Pm
) não têm isótopos estáveis). Destes 39 elementos Z ímpares, 30 elementos (incluindo o hidrogénio-1 onde 0 neutrões é uniforme) têm um isótopo ímpar estável, e nove elementos: cloro (
17Cl
),potássio (
19K
),cobre (
29Cu
),gálio (
31Ga
),bromo (
35Br
),prata (
47Ag
),antimónio (
51Sb
),irídio (
77Ir
),e tálio (
81Tl
), têm dois isótopos ímpares e estáveis cada um. Isto faz um total de 30 + 2(9) = 48 isótopos ímpares e estáveis.

p>Existem também cinco isótopos ímpares e radioactivos de longa duração, 87
37Rb
, 115
49In
, 187
75Re
, 151
63Eu
, e 209
83Bi
br>. Os dois últimos só recentemente foram encontrados a decompor-se, com meias-vidas superiores a 1018 anos.p>Apenas cinco nuclídeos estáveis contêm um número ímpar de prótons e um número ímpar de neutrões. Os primeiros quatro nuclídeos “ímpares” ocorrem em nuclídeos de baixa massa, para os quais a mudança de um próton para um nêutron ou vice-versa conduziria a uma relação próton-neutron muito desequilibrada (2
1H
, 6
3Li
, 10
5B
, e 14
7N
; giros 1, 1, 3, 1). O único outro nuclídeo totalmente “estável”, 180m
73Ta
br>(spin 9), é considerado o mais raro dos 252 isótopos estáveis, e é o único isómero nuclear primordial, que ainda não foi observado a decompor-se apesar das tentativas experimentais.

São conhecidos muitos radionuclídeos ímpares (como o tantalum-180) com meia-vida comparativamente curta. Normalmente, eles apresentam um decaimento beta para os seus isobares pares próximos, que têm protões e neutrões pareados. Dos nove nuclídeos ímpares primordiais (cinco estáveis e quatro radioactivos com meias-vidas longas), apenas 14
7N
é o isótopo mais comum de um elemento comum. Este é o caso porque faz parte do ciclo da CNO. Os nuclídeos 6
3Li
br>e 10
5B
são isótopos minoritários de elementos que são eles próprios raros em comparação com outros elementos leves, enquanto que os outros seis isótopos constituem apenas uma ínfima percentagem da abundância natural dos seus elementos.

número ímpar de neutrõesEdit

Actinídeos com número ímpar de neutrões são geralmente cindíveis (com neutrões térmicos), enquanto que os que têm mesmo número de neutrões não são geralmente, embora sejam fissionáveis com neutrões rápidos. Todos os nuclídeos de nêutrons estranhos, observáveis e estáveis, têm rotação inteira não zero. Isto deve-se ao facto de os únicos neutrões e prótons não pareados terem uma maior atracção de força nuclear uns para os outros se as suas giros estiverem alinhados (produzindo um spin total de pelo menos 1 unidade), em vez de anti-alinhados. Ver deutério para o caso mais simples deste comportamento nuclear.

p>Apenas 195
78Pt
br>, 9
4Be
br>e 14
7N
têm um número ímpar de neutrões e são o isótopo mais naturalmente abundante do seu elemento.