Nuclídeo primordial
Física nuclear |
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Em geoquímica , geofísica e física nuclear , nuclídeos primordiais , também conhecidos como isótopos primordiais , são nuclídeos encontrados na Terra que existem em sua forma atual desde antes da Terra ser formada . Nuclídeos primordiais estavam presentes no meio interestelar do qual o sistema solar foi formado, e foram formados no, ou depois, do Big Bang , por nucleossíntese em estrelas e supernovas seguida por ejeção de massa, por espalação de raios cósmicos , e potencialmente de outros processos. Eles são os nuclídeos estáveis mais a fração de longa vida de radionuclídeos sobreviventes na nebulosa solar primordial através da acreção planetária até o presente; 286 desses nuclídeos são conhecidos.
Estabilidade
Todos os 251 nuclídeos estáveis conhecidos , mais outros 35 nuclídeos que têm meias-vidas longas o suficiente para terem sobrevivido à formação da Terra, ocorrem como nuclídeos primordiais. Esses 35 radionuclídeos primordiais representam isótopos de 28 elementos separados .
Cádmio , telúrio , xenônio , neodímio , samário , ósmio e urânio têm cada um dois radioisótopos primordiais (113
Cd
,116
Cd
;128
Te
,130
Te
;124
Xe
,136
Xe
;144
E
,150
E
;147
Pequeno
,148
Pequeno
;184
Os
,186
Os
; e235
você
,238
você
).
Porque a idade da Terra é4,58 × 10 9 anos (4,6 bilhões de anos), a meia-vida dos nuclídeos fornecidos deve ser maior que cerca de10 8 anos (100 milhões de anos) para considerações práticas. Por exemplo, para um nuclídeo com meia-vida6 × 10 7 anos (60 milhões de anos), isto significa que se passaram 77 meias-vidas, o que significa que para cada mol (6,02 × 10 23 átomos ) desse nuclídeo estavam presentes na formação da Terra, restando hoje apenas 4 átomos.
Os sete nuclídeos primordiais de vida mais curta (ou seja, os nuclídeos com as meias-vidas mais curtas) que foram verificados experimentalmente são87
Rb
(5,0 × 10 10 anos ),187
Ré
(4,1 × 10 10 anos ),176
Lu
(3,8 × 10 10 anos ),232
O
(1,4 × 10 10 anos ),238
você
(4,5 × 10 9 anos ),40
E
(1,25 × 10 9 anos ), e235
você
(7,0 × 10 8 anos ).
Estes são os sete nuclídeos com meias-vidas comparáveis ou um pouco menores que a idade estimada do universo . ( 87 Rb, 187 Re, 176 Lu e 232 Th têm meias-vidas um pouco maiores que a idade do universo.) Para uma lista completa dos 35 radionuclídeos primordiais conhecidos, incluindo os próximos 28 com meias-vidas muito maiores que a idade do universo, veja a lista completa abaixo. Para fins práticos, nuclídeos com meias-vidas muito maiores que a idade do universo podem ser tratados como se fossem estáveis. 87 Rb, 187 Re, 176 Lu, 232 Th e 238 U têm meias-vidas longas o suficiente para que sua decadência seja limitada em escalas de tempo geológicas; 40 K e 235 U têm meias-vidas mais curtas e, portanto, são severamente esgotados, mas ainda são longos o suficiente para persistir significativamente na natureza.
O isótopo de vida mais longa não provado como primordial [1] é146
Pequeno
, que tem uma meia-vida de1,03 × 10 8 anos , seguido por244
Pu
(8,08 × 10 7 anos ) e92
Nota
(3,5 × 10 7 anos ). 244 Pu foi relatado como existindo na natureza como um nuclídeo primordial em 1971, [2] mas esta detecção não pôde ser confirmada por estudos posteriores em 2012 e 2022. [3] [4]
Levando em conta que todos esses nuclídeos devem existir por pelo menos4,6 × 10 9 anos , 146 Sm deve sobreviver a 45 meias-vidas (e, portanto, ser reduzido em 2 45 ≈ 4 × 10 13 ), 244 Pu deve sobreviver a 57 (e ser reduzido por um fator de 2 57 ≈ 1 × 10 17 ), e 92 Nb deve sobreviver a 130 (e ser reduzido em 2 130 ≈ 1 × 10 39 ). Matematicamente, considerando as prováveis abundâncias iniciais desses nuclídeos, o 146 Sm primordial e o 244 Pu devem persistir em algum lugar dentro da Terra hoje, mesmo que não sejam identificáveis na porção relativamente menor da crosta terrestre disponível para ensaios humanos, enquanto o 92 Nb e todos os nuclídeos de vida mais curta não devem. Nuclídeos como o 92 Nb que estavam presentes na nebulosa solar primordial, mas que há muito tempo decaíram completamente, são chamados de radionuclídeos extintos se não tiverem outros meios de serem regenerados. [5] Quanto ao 244 Pu, os cálculos sugerem que, em 2022, os limites de sensibilidade estavam a cerca de uma ordem de magnitude de distância de detectá-lo como um nuclídeo primordial. [4]
Como os elementos químicos primordiais geralmente consistem em mais de um isótopo primordial, há apenas 83 elementos químicos primordiais distintos . Destes, 80 têm pelo menos um isótopo observacionalmente estável e três elementos primordiais adicionais têm apenas isótopos radioativos ( bismuto , tório e urânio).
Nuclídeos naturais que não são primordiais
Alguns isótopos instáveis que ocorrem naturalmente (como14
C
,3
E
, e239
Pu
) não são primordiais, pois devem ser constantemente regenerados. Isso ocorre por radiação cósmica (no caso de nuclídeos cosmogênicos como14
C
e3
E
), ou (raramente) por processos como a transmutação geonuclear ( captura de urânio por neutrões no caso de237
Não
e239
Pu
). Outros exemplos de nuclídeos comuns de ocorrência natural, mas não primordiais, são os isótopos de radônio , polônio e rádio , que são todos nuclídeos radiogênicos filhos do decaimento do urânio e são encontrados em minérios de urânio. O isótopo estável de argônio 40 Ar é, na verdade, mais comum como um nuclídeo radiogênico do que como um nuclídeo primordial, formando quase 1% da atmosfera da Terra , que é regenerada pelo decaimento beta do isótopo primordial radioativo de vida extremamente longa 40 K , cuja meia-vida é da ordem de um bilhão de anos e, portanto, tem gerado argônio desde o início da existência da Terra. (O argônio primordial foi dominado pelo nuclídeo de processo alfa 36 Ar, que é significativamente mais raro do que 40 Ar na Terra.)
Uma série radiogênica semelhante é derivada do nuclídeo primordial radioativo de longa duração 232 Th . Esses nuclídeos são descritos como geogênicos, o que significa que são produtos de decaimento ou fissão de urânio ou outros actinídeos em rochas subterrâneas. [6] Todos esses nuclídeos têm meias-vidas mais curtas do que seus nuclídeos primordiais radioativos originais. Alguns outros nuclídeos geogênicos não ocorrem nas cadeias de decaimento de 232 Th, 235 U ou 238 U, mas ainda podem ocorrer naturalmente como produtos da fissão espontânea de um desses três nuclídeos de longa duração, como 126 Sn , que compõe cerca de 10 −14 de todo o estanho natural . [7] Outro, 99 Tc , também foi detectado. [8] Existem cinco outros produtos de fissão de longa duração conhecidos.
Elementos primordiais
Um elemento primordial é um elemento químico com pelo menos um nuclídeo primordial. Existem 251 nuclídeos primordiais estáveis e 35 nuclídeos primordiais radioativos, mas apenas 80 elementos primordiais estáveis — hidrogênio até chumbo, números atômicos de 1 a 82, com as exceções de tecnécio (43) e promécio (61) — e três elementos primordiais radioativos — bismuto (83), tório (90) e urânio (92). Se o plutônio (94) for primordial (especificamente, o isótopo de longa duração 244 Pu), então seria um quarto primordial radioativo, embora, na prática, ainda seria mais conveniente produzi-lo sinteticamente. A meia-vida do bismuto é tão longa que ele é frequentemente classificado com os 80 elementos primordiais estáveis, já que sua radioatividade não é motivo de preocupação séria. O número de elementos é menor do que o número de nuclídeos, porque muitos dos elementos primordiais são representados por múltiplos isótopos . Veja elemento químico para mais informações.
Nuclídeos estáveis de ocorrência natural
Conforme observado, estes somam cerca de 251. Para uma lista, veja o artigo lista de elementos por estabilidade de isótopos . Para uma lista completa observando quais dos 251 nuclídeos "estáveis" podem ser em algum aspecto instáveis, veja lista de nuclídeos e nuclídeo estável . Essas questões não impactam a questão de se um nuclídeo é primordial, já que todos os nuclídeos "quase estáveis", com meias-vidas maiores que a idade do universo, também são primordiais.
Nuclídeos primordiais radioativos
Embora se estime que cerca de 35 nuclídeos primordiais sejam radioativos (lista abaixo), torna-se muito difícil determinar o número total exato de primordiais radioativos, porque o número total de nuclídeos estáveis é incerto. Existem muitos nuclídeos de vida extremamente longa cujas meias-vidas ainda são desconhecidas; na verdade, todos os nuclídeos mais pesados que o disprósio-164 são teoricamente radioativos. Por exemplo, prevê-se teoricamente que todos os isótopos de tungstênio , incluindo aqueles indicados até mesmo pelos métodos empíricos mais modernos como estáveis, devem ser radioativos e podem decair por emissão alfa , mas a partir de 2013 [update]isso só pôde ser medido experimentalmente para180
C
. [9] Da mesma forma, espera-se que todos os quatro isótopos primordiais de chumbo decaiam para mercúrio , mas as meias-vidas previstas são tão longas (algumas excedendo 10 100 anos) que tais decaimentos dificilmente poderiam ser observados em um futuro próximo. No entanto, o número de nuclídeos com meias-vidas tão longas que não podem ser medidas com os instrumentos atuais — e são considerados, desse ponto de vista, nuclídeos estáveis — é limitado. Mesmo quando um nuclídeo "estável" é considerado radioativo, ele apenas passa da lista estável para a instável de nuclídeos primordiais, e o número total de nuclídeos primordiais permanece inalterado. Para fins práticos, esses nuclídeos podem ser considerados estáveis para todos os fins fora da pesquisa especializada. [ citação necessária ]
Lista de 35 nuclídeos primordiais radioativos e meias-vidas medidas
Esses 35 nuclídeos primordiais representam radioisótopos de 28 elementos químicos distintos (cádmio, neodímio, ósmio, samário, telúrio, urânio e xenônio, cada um com dois radioisótopos primordiais). Os radionuclídeos são listados em ordem de estabilidade, com a meia-vida mais longa começando a lista. Esses radionuclídeos em muitos casos são tão estáveis que competem por abundância com isótopos estáveis de seus respectivos elementos. Para três elementos químicos, índio , telúrio e rênio , um nuclídeo primordial radioativo de vida muito longa é encontrado em maior abundância do que um nuclídeo estável.
O radionuclídeo de vida mais longa conhecido, 128 Te, tem uma meia-vida de2,2 × 10 24 anos , que é 160 trilhões de vezes a idade do Universo . Apenas quatro desses 35 nuclídeos têm meias-vidas menores ou iguais à idade do universo. A maioria dos 30 restantes tem meias-vidas muito maiores. O isótopo primordial de vida mais curta, 235 U, tem uma meia-vida de 703,8 milhões de anos, cerca de um sexto da idade da Terra e do Sistema Solar . Muitos desses nuclídeos decaem por decaimento beta duplo , embora alguns, como 209 Bi, decaiam por outros métodos, como decaimento alfa .
No final da lista, mais dois nuclídeos foram adicionados: 146 Sm e 244 Pu. Eles não foram confirmados como primordiais, mas suas meias-vidas são longas o suficiente para que quantidades mínimas persistam até hoje.
Não. | Nuclídeo | Energia | Meia- vida (anos) |
Modo de decaimento |
Energia de decaimento (MeV) |
Proporção aproximada entre a meia-vida e a idade do universo |
---|---|---|---|---|---|---|
252 | 128 Te | 8.743261 | 2,2 × 10 24 | 2 β − | 2.530 | 160 trilhões |
253 | 124 Xe | 8.778264 | 1,8 × 10 22 | KK | 2.864 | 1,3 trilhão |
254 | 78 coroas suecas | 9.022349 | 9,2 × 10 21 | KK | 2.846 | 670 bilhões |
255 | 136 Xe | 8.706805 | 2,165 × 10 21 | 2 β − | 2.462 | 160 bilhões |
256 | 76 Ge | 9.034656 | 1,8 × 10 21 | 2 β − | 2.039 | 130 bilhões |
257 | 130 BA | 8.742574 | 1,2 × 10 21 | KK | 2.620 | 87 bilhões |
258 | 82 Se | 9.017596 | 1,1 × 10 20 | 2 β − | 2.995 | 8,0 bilhões |
259 | 116 CDs | 8.836146 | 3,102 × 10 19 | 2 β − | 2.809 | 2,3 bilhões |
260 | 48 Células | 8.992452 | 2,301 × 10 19 | 2 β − | 4.274, .0058 | 1,7 bilhões |
261 | 209 Bi | 8.158689 | 2,01 × 10 19 | um | 3.137 | 1,5 bilhão |
262 | 96 coroas suecas | 8.961359 | 2,0 × 10 19 | 2 β − | 3.4 | 1,5 bilhão |
263 | 130 Te | 8.766578 | 8,806 × 10 18 | 2 β − | .868 | 640 milhões |
264 | 150 Nd | 8.562594 | 9,3 × 10 18 [10] | 2 β − | 3.367 | 671 milhões |
265 | 100 meses | 8.933167 | 7,07 × 10 18 [10] | 2 β − | 3.035 | 510 milhões |
266 | 151 Eu | 8.565759 | 4,62 × 10 18 | um | 1.9644 | 333 milhões |
267 | 180 W | 8.347127 | 1,801 × 10 18 | um | 2.509 | 130 milhões |
268 | 50 V | 9.055759 | 1,4 × 10 17 | β + ou β − | 2.205, 1.038 | 10 milhões |
269 | 174 FH | 8.392287 | 7,0 × 10 16 | um | 2.497 | 5 milhões |
270 | 113 CDs | 8.859372 | 7,7 × 10 15 | β − | .321 | 560.000 |
271 | 148 Pequenos | 8.607423 | 7,005 × 10 15 | um | 1.986 | 510.000 |
272 | 144 Nd | 8.652947 | 2,292 × 10 15 | um | 1.905 | 170.000 |
273 | 186 Os | 8.302508 | 2,002 × 10 15 | um | 2.823 | 150.000 |
274 | 115 em | 8.849910 | 4,4 × 10 14 | β − | .499 | 32.000 |
275 | 152 Deus | 8.562868 | 1,1 × 10 14 | um | 2.203 | 8000 |
276 | 184 Os | 8.311850 | 1,12 × 10 13 | um | 2.963 | 810 |
277 | 190 pontos | 8.267764 | 4,83 × 10 11 [10] | um | 3.252 | 35 |
278 | 147 Pequenos | 8.610593 | 1,061 × 10 11 | um | 2.310 | 7.7 |
279 | 138 Lá | 8.698320 | 1,021 × 10 11 | β − ou K ou β + | 1.044, 1.737, 1.737 | 7.4 |
280 | 87 Rublos | 9.043718 | 4,972 × 10 10 | β − | .283 | 3.6 |
281 | 187 Ré | 8.291732 | 4,122 × 10 10 | β − | .0026 | 3.0 |
282 | 176 Lua | 8.374665 | 3,764 × 10 10 | β − | 1.193 | 2.7 |
283 | 232º | 7.918533 | 1,405 × 10 10 | α ou SF | 4.083 | 1.0 |
284 | 238 você | 7.872551 | 4,468 × 10 9 | α ou SF ou 2 β − | 4.270 | 0,3 |
285 | 40 mil | 8.909707 | 1,251 × 10 9 | β − ou K ou β + | 1,311, 1,505, 1,505 | 0,09 |
286 | 235 você | 7.897198 | 7,038 × 10 8 | α ou SF | 4.679 | 0,05 |
287 | 146 Pequenos | 8.626136 | 1,03 × 10 8 | um | 2.529 | 0,008 |
288 | 244 Pu | 7.826221 | 8,0 × 10 7 | α ou SF | 4.666 | 0,006 |
Listar lendas
- Não. (número)
- Um inteiro positivo em execução para referência. Esses números podem mudar um pouco no futuro, já que há 251 nuclídeos agora classificados como estáveis, mas que são teoricamente previstos como instáveis (veja Nuclídeo estável § Decaimento ainda não observado ), de modo que experimentos futuros podem mostrar que alguns são de fato instáveis. O número começa em 252, para seguir os 251 nuclídeos estáveis (observacionalmente).
- Nuclídeo
- Os identificadores de nuclídeos são dados pelo seu número de massa A e pelo símbolo do elemento químico correspondente (implica um número de prótons único ).
- Energia
- Massa do nucleon médio deste nuclídeo em relação à massa de um nêutron (de modo que todos os nuclídeos recebem um valor positivo) em MeV /c 2 , formalmente: m n − m nuclídeo / A .
- Meia-vida
- Todos os tempos são dados em anos.
- Modo de decaimento
- Energia de decaimento
- Vários valores para energia de decaimento (máxima) em MeV são mapeados para modos de decaimento em sua ordem.
Veja também
- Nuclídeo alfa
- Tabela de nuclídeos classificados por meia-vida
- Tabela de nuclídeos
- Geoquímica isotópica
- Radionuclídeo
- Elemento mononuclídico
- Elemento monoisotópico
- Isótopo estável
- Lista de nuclídeos
- Lista de elementos por estabilidade de isótopos
- Nucleossíntese do Big Bang
Referências
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