¿Cuál es la explicación científica de por qué los elementos súper pesados ​​son inestables, incluido Ununoctium, que se predice que es un gas noble?

La estabilidad depende de la relación de protones a neutrones. En elementos más pesados, esta relación es más, por lo que son menos estables. Ahora hablando de Ununoctium (ni siquiera sabía que existía hasta ahora), podría ser un gas noble. Pero recordemos la definición de gases nobles. Los gases que no tienen valencia (no necesitan ganar electrones para alcanzar la estabilidad química) se conocen como gases nobles. Pero, ¿tienen los electrones algo que ver con el núcleo? No. Vea, los gases nobles son químicamente estables (es decir, no reaccionan fácilmente en las reacciones químicas), pero la descomposición del núcleo no es una reacción química. En realidad, es un proceso de descomposición (algunas personas lo llaman ‘reacción nuclear’). Así que la estabilidad química de un elemento no tiene nada que ver con la estabilidad nuclear. Ahora, si quieres saber más sobre esta relación de Protones a Neutrones, sigue leyendo. También puede omitir esta parte si no desea demasiada información.

Veamos. Seguramente sabes de fuerza electrostática. El radio del núcleo es muy pequeño, por lo que podemos asumir que la fuerza electrostática en el núcleo es constante en todos los puntos del núcleo. Ahora, hay un tipo de energía llamada energía de enlace. La cantidad de energía requerida para llevar a todos los nucleones constituyentes del núcleo desde el infinito al núcleo (protones y neutrones) se denomina energía de enlace del núcleo. Los electrones también desempeñan un papel en la energía de enlace, pero podemos descuidar eso. Esta energía de unión del núcleo solo actúa hasta la distancia de hasta 3-4 nucleones lejos del centro. Así que los nucleones externos no obtienen una parte de ello. Pero, la electrostática en los nucleones externos es tan fuerte como la fuerza electrostática en los nucleones internos. Así que puedes verte a ti mismo, hay una fuerza repulsiva en los nucleones externos (debido a tanta carga positiva). Debido a esto, se produce la desintegración radiactiva.

Existen dos tipos principales de descomposición nuclear que pueden cambiar el tamaño y la composición de un núcleo, cada uno causado por diferentes fuerzas:

a) Desintegración beta : el tipo más común de descomposición en elementos más ligeros. Se produce cuando un núcleo tiene una relación inestable de protones de neutrones (según el principio de exclusión de Pauli). Tiene dos variaciones, β- convierte un neutrón en un protón, y β + cambia un protón en un neutrón que emite partículas beta (leptones) en ambos casos. La cantidad de partículas en el núcleo permanece igual, solo cambia la cantidad de protones protones. Muy similar a la desintegración beta es el proceso de captura de electrones , que absorbe uno de los electrones internos del átomo y convierte uno de sus protones en un neutrón.

b) Emisión : causada por la fuerza fuerte y la repulsión electrostática de los protones en el núcleo, y tiene varios subtipos múltiples:

  • Desintegración alfa : el tipo más común de desintegración emisiva, causada por la repulsión de los protones, expulsa una partícula alfa que consta de dos neutrones y dos protones del núcleo, disminuyendo su masa atómica.
  • Fisión espontánea : fragmentos del núcleo completo en dos núcleos hijos más pequeños (que a menudo también emiten neutrones). Causado por la repulsión de protones.
  • Neutrón y decaimiento de protones : por lo general ocurre en elementos muy ligeros, es causado por los efectos repulsivos de la fuerza nuclear a distancias demasiado cortas (normalmente, la fuerza nuclear es atractiva)

La razón por la que los núcleos más pesados ​​son más inestables reside en la repulsión electrostática de los protones, que es más fuerte que la fuerza nuclear a distancias más largas. La fuerza nuclear, que une los protones y los neutrones a otros protones o neutrones en el núcleo, es significativa solo en distancias muy cortas, y se hace imperceptible a aproximadamente 2.5 fm (femtómetros).

Sin embargo, muchos núcleos atómicos son mucho más grandes que 2.5 fm de diámetro; El núcleo de uranio-238 tiene un tamaño de alrededor de 15 pies por minuto , y cada protón o neutrón solo interactúa con algunos otros que están más cerca de él. Para reducir la fuerza de repulsión entre los protones, debe tener muchos más neutrones que protones (92 protones, 146 neutrones), aumentando tanto el valor neto de la fuerza de enlace nuclear como las distancias (y por lo tanto reduce las fuerzas de repulsión) entre los protones.

Cuando se trata de elementos superpesados, el tipo más común de decaimiento es definitivamente el decaimiento alfa o la fisión espontánea. Hay dos fuerzas principales que gobiernan la resistencia de los núcleos contra esos tipos de decaimiento, que son la fuerza fuerte y la fuerza electrostática, la diferencia entre ellos da una energía de enlace. La energía de unión de todos los núcleos más pesados ​​que el plomo 207 es inferior a 7.87 MeV por nucleón, lo que hace que todos sean inherentemente inestables.

La desintegración beta comúnmente ocurre en isótopos de elementos muy ligeros y no se basa en la masa de un núcleo , pero la desintegración alfa solo es posible para los elementos muy pesados.