El calor natural de la Tierra que calienta a las aguas termales, o que proporciona energía a los géiseres o a un volcán proviene de las reacciones químicas nucleares que son producidas por la radiactividad de los minerales del interior de la Tierra.
La radiactividad libera energía, pero no ha llegado a ser una fuente importante. En pequeña escala, la radiactividad se usa para alimentar pequeñas fuentes de energía en los vehículos espaciales y hace que se caliente una muestra de radio. A gran escala funde rocas y es la fuente de energía geotérmica que proviene del interior de la Tierra.
Las reglas de la radiactividad están regidas por la equivalencia entre la masa y la energía. Las partículas se desintegran sólo si los productos combinados tienen menos masa después de la desintegración que antes. La masa de un neutrón es ligeramente mayor que la masa total de un protón más un electrón (y el antineutrino). Cuando un neutrón se desintegra la masa final es menor que la masa inicial.
Uno de los factores que limitan el número de núcleos atómicos estables diferentes que pueden existir es la inestabilidad del neutrón. El neutrón sólo es radiactivo, por lo que se desintegra espontáneamente en un protón más un electrón (y un antineutrino).
No se produce una desintegración espontánea en las reacciones químicas nucleares en las que la masa final es mayor que la masa inicial. La reacción química nuclear opuesta, es decir, la desintegración de un protón para formar un neutrón sólo puede ocurrir si hay una aportación externa de energía.
Actualmente se conocen alrededor de 1500 núcleos diferentes de los que cerca de 300 son estables, es decir, no presentan tendencia a descomponerse con el transcurso del tiempo. La estabilidad de un átomo está en función de la relaciónneutrones/protones que cambia con el número atómico. Esta relación tiene un valor próximo a uno para los elementos químicos ligeros, por ejemplo, los isótopos 612C,714N y 816O son estables. A medida que aumenta el número atómico la relación neutrones/protones aumenta hasta cerca de 1.5 en los elementos químicos pesados, por ejemplo, 82206Pb. Para un determinado elemento químico, son sólo unos pocos isótopos los que tienen una relación neutrones/protones requerida para ser estables.
Actualmente se conocen alrededor de 1500 núcleos diferentes de los que cerca de 300 son estables, es decir, no presentan tendencia a descomponerse con el transcurso del tiempo. La estabilidad de un átomo está en función de la relaciónneutrones/protones que cambia con el número atómico. Esta relación tiene un valor próximo a uno para los elementos químicos ligeros, por ejemplo, los isótopos 612C,714N y 816O son estables. A medida que aumenta el número atómico la relación neutrones/protones aumenta hasta cerca de 1.5 en los elementos químicos pesados, por ejemplo, 82206Pb. Para un determinado elemento químico, son sólo unos pocos isótopos los que tienen una relación neutrones/protones requerida para ser estables.
Al graficar el número de neutrones “contra” el número de protones de los isótopos se obtiene la zona conocida como “el cinturón de estabilidad”. Los isótopos estables tienen una relación neutrones/protones que cae dentro del “cinturón de estabilidad”. Para isótopos ligeros de peso atómico pequeño, la relación estable es de 1.0 y para los isótopos pesados aumenta hasta cerca de 1.5. No existen isótopos estables para elementos químicos de número atómico mayor a 83 (el bismuto). Los isótopos que tienen una relación neutrones/protones mayor o menor al “cinturón de estabilidad” son inestables y se descomponen espontáneamente por medio de un tipo de reacción nuclear que se llama radiactividad.
Un núcleo inestable produce una reacción química llamada descomposición radiactiva o desintegración. En la naturaleza existen sólo unos pocos núcleos inestables y su descomposición se conoce como con el nombre de radiactividad natural. En el laboratorio se han preparado mucho más isótopos inestables y al proceso de descomposición de estos núcleos se le llama radiactividad artificial.
EL ÁTOMO NUCLEAR
Se define el número atómico del elemento como la cantidad de protones que contiene el núcleo en uno de sus átomos.
La masa atómica es el peso comparado de un núcleo atómico. Su unidad es la u.m.a (unidad de masa atómica) que se define como la doceava parte del peso del carbono –12. Un elemento es él y no otro por su número atómico. Así, el uranio lo es porque tiene 92 protones; si no fuera así dejaría de ser uranio. Sin embargo, un mismo elemento puede tener átomos de distinto número de neutrones. A los núcleos que tienen igual número de protones y distinto el de neutrones se les denominas isótopos. La existencia de isótopos de un mismo elemento es una razón por la que los pesos atómicos expresados en las tablas químicas no son números enteros.
Una anotación aceptada para indicar el número y la masa atómica de un núcleo es colocando la masa atómica en la parte superior izquierda del símbolo del elemento, y el número atómico en la inferior izquierda.
El número que indica la masa atómica se representa por A mayúscula y el que indica el número atómico se representa por una Z mayúscula.
Únicamente ciertas combinaciones de Z y A forman núcleos estables: si hay demasiados neutrones, o demasiados pocos, el núcleo sufrirá más pronto o más tarde un cambio, una desintegración radiactiva, que la llevará a la estabilidad en uno o varios pasos. El grado de es inestabilidad se pone de manifiesto por la energía emitida en la desintegración, así como en la velocidad de ésta. Tal velocidad de desintegración se mide por la vida media o período de semidesintegración, que es el tiempo necesario para que el número de átomos inicialmente presente se reduzca a la mitad por desintegración. Los tiempos de semidesintegración varían desde fracciones de segundo hasta millones de años. La desintegración radiactiva puede tener lugar de varias maneras diferentes.
