Nuclide

Un nucleido es un tipo de átomo definido por el número específico de protones y neutrones en su núcleo, así como por su estado energético nuclear. El término fue introducido en 1947 por el físico estadounidense Truman P. Kohman, quien lo describió como una "especie de átomo caracterizada por la constitución de su núcleo". Esta definición original enfatizaba el núcleo en sí mismo.

El concepto de nucleido difiere del de isótopo. Mientras que los isótopos se refieren a átomos del mismo elemento (mismo número de protones) con diferente cantidad de neutrones, el término nucleido fue creado para centrarse en las propiedades nucleares, independientemente del comportamiento químico. Por ejemplo, el carbono-13 (⁶¹³C) tiene 6 protones y 7 neutrones. Aunque "isótopo" sigue siendo común en campos como la tecnología nuclear y la medicina, "nucleido" es el término más preciso al hablar de características nucleares. En física nuclear, el número de neutrones puede ser tan importante como el número de protones, a diferencia de la química, donde el número de neutrones tiene un efecto menor, excepto en el hidrógeno y el helio. Para el hidrógeno, el efecto isotópico es lo suficientemente fuerte como para influir en los sistemas biológicos. Para el helio, el ⁴₂He sigue la estadística de Bose-Einstein, mientras que el ³₂He sigue la estadística de Fermi-Dirac, lo que genera grandes diferencias en las propiedades físicas a bajas temperaturas.

Aunque a menudo se usan indistintamente, "nucleido" e "isótopo" describen relaciones diferentes. Los isótopos son nucleidos con el mismo número de protones (mismo elemento) pero diferente número de neutrones. Los isóbaros son nucleidos con el mismo número másico pero diferente número atómico. Los isótonos comparten el mismo número de neutrones pero difieren en el número de protones. Los isodiaferos tienen el mismo exceso de neutrones (N − Z). El término "isótono" se modeló a partir de "isótopo" para resaltar que la característica constante es el número de neutrones. Los isómeros nucleares son un caso especial: son nucleidos con el mismo número de protones y número másico (por lo tanto, el mismo isótopo) pero diferentes estados de excitación. Por ejemplo, el tecnecio-99m y el tecnecio-99 son dos nucleidos diferentes del mismo isótopo. El isómero nuclear de vida más larga es el tantalio-180m, con un período de semidesintegración superior a 10¹⁷ años; se encuentra de forma natural y nunca se ha observado que se desintegre a su estado fundamental. En cambio, el tantalio-180 en estado fundamental se desintegra en aproximadamente 8 horas.

Existen 251 nucleidos en la naturaleza que nunca se han observado en desintegración, distribuidos entre 80 elementos que poseen al menos un isótopo estable. Los nucleidos inestables son radiactivos y se denominan radionucleidos; sus productos de desintegración son nucleidos radiogénicos.

Los radionucleidos naturales se dividen en tres grupos. En primer lugar, los radionucleidos primordiales tienen períodos de semidesintegración lo suficientemente largos como para haber sobrevivido desde la formación de la Tierra (hace unos 4,6×10⁹ años), originándose en la nucleosíntesis estelar anterior a la formación del Sistema Solar. Por ejemplo, el uranio-238 (período de semidesintegración 4,463×10⁹ años) sigue siendo común, mientras que el uranio-235 (período de semidesintegración 0,704×10⁹ años) es ahora 138 veces más raro. Se conocen treinta y cinco radionucleidos primordiales de este tipo. El segundo grupo está formado por nucleidos radiogénicos, como el radio-226 (período de semidesintegración 1600 años), que se forman mediante desintegración radiactiva dentro de las cadenas de desintegración del uranio o torio primordiales. Algunos de ellos, como los isótopos del francio, tienen una vida muy corta; existen alrededor de 50 nucleidos hijos únicamente por la desintegración de padres primordiales de vida más larga. El tercer grupo incluye nucleidos producidos por reacciones nucleares naturales, no por desintegración espontánea simple. Estos surgen cuando los átomos interactúan con neutrones naturales (procedentes de rayos cósmicos, fisión espontánea u otras fuentes) o son bombardeados directamente por rayos cósmicos. Los que provienen de rayos cósmicos se denominan nucleidos cosmogénicos; los demás, de reacciones nucleares naturales, son nucleidos nucleogénicos. Los productos de la fisión espontánea varían ampliamente, pero se desintegran rápidamente —a lo largo del tiempo geológico— en nucleidos primordiales o en uno de los siete productos de fisión de vida larga, que por lo tanto se encuentran en la naturaleza.