Nuclei stabili ed instabili

Un nucleo è un insieme di particelle tenute insieme dalla forza nucleare forte

Le particelle nucleari (dette anche nucleoni) sono:
Protoni massa = 1 uma (1,672*10-27 Kg); carica =+1
Neutroni Massa= 1 uma (1,675*10-27 Kg); carica = 0

Un nucleo viene comunemente descritto utulizzando due numeri:
Z: numero atomico (indica il numero di protoni)
A: numero di massa (indica il numero di protoni e neutroni).
Il numero di neutroni (A) di solito non si cita ma può essere ricavato dalla relazione N=A-Z.

Alla luce della scarsa differenza di massa tra protone e neutrone, ai fini chimici, entrambe le masse vengono approssimate ad 1 Unità di Massa Atomica. Quando ci si riferisce ad un atomo con una particolare combinazione di nucleoni si parla di un isotopo, se ci si riferisce esclusivamente al nucleo si parla di nuclide; in entrambi i casi, si fa precedere il simbolo chimico dal il numero atomico, in basso, e dal numero di massa, in alto:
13H : Trizio (1 protone e 2 neutroni)
Dato che il numero di protoni è indicato implicitamente dal simbolo chimico dell'elemento, la scrittura precedente può essere semplificata in questo modo: 3H

La forza nucleare forte è in grado di tenere insieme i nucleoni,vincendo la repulsione elettrostatica, solo in presenza di particolari combinazioni di particelle: queste risultano stabili. Altre combinazioni sono possibili ma instabili ed altre ancora del tutto impossibili.

La figura seguente mostra il numero di neutroni dei nuclidi conosciuti ordinati per numero atomico. I nuclei stabili sono indicati in nero; per quelli instabili, il colore indica il tipo di decadimento.

I nuclei instabili decadono fino a trasformarsi in nuclei stabili.

(Source:Wikimedia)

Osservarando la figura possiamo notare che di ciascun elemento (Z) esiste normalmente un isotopo stabile (cercate le eccezioni!); La serie di nuclidi stabili forma una linea continua (quasi...) che separa il piano in due regioni: una in basso (con eccesso di protoni) ed una in alto con eccesso di neutroni.

Vediamo anche come, per i nuclei leggeri, i nuclei stabili contengano un egual numero di protoni e neutroni (per riferimento è stata tracciata la retta N=P); al crescere di Z, però, N cresce più rapidamente di Z.

Infine, oltre Z=82 (Pb) non si trovano più nuclei stabili

A sinistra ed in alto rispetto alla zona di stabilità troviamo nuclei con eccesso di neutroni che presentano il decadimento β- (un neutrone si trasforma in un protone, un elettrone ed un neutrino elettronico); alcuni decadono con emissione di neutroni.

A destra ed in basso rispetto alla zona di stabilità troviamo nuclei con un eccesso di protoni che decadono trasformando un protone in un neutrone (decadimento β+). A causa della maggior massa del neutrone rispetto a quella del protone, questa trasformazione avviene solo nei nuclei instabili a spese della loro energia interna di legame.

Nella parte alta del grafico troviamo nuclei con grande numero di nucleoni. Questi nuclei decadono emettendo una particella α o rompendosi in nuclei più piccoli (fissione spontanea).