Nuclide

Um nuclídeo é um tipo de átomo definido pelo número específico de prótons e nêutrons em seu núcleo, bem como pelo seu estado de energia nuclear. O termo foi introduzido em 1947 pelo físico americano Truman P. Kohman, que o descreveu como uma "espécie de átomo caracterizada pela constituição de seu núcleo". Essa definição originalmente enfatizava o próprio núcleo.

O conceito de nuclídeo difere do de isótopo. Enquanto isótopos se referem a átomos do mesmo elemento (mesmo número de prótons) com diferentes números de nêutrons, o termo nuclídeo foi criado para focar nas propriedades nucleares, independentemente do comportamento químico. Por exemplo, o carbono-13 (⁶¹³C) tem 6 prótons e 7 nêutrons. Embora "isótopo" permaneça comum em áreas como tecnologia nuclear e medicina, "nuclídeo" é o termo mais preciso ao discutir características nucleares. Na física nuclear, o número de nêutrons pode ser tão importante quanto o número de prótons — ao contrário da química, onde o número de nêutrons tem apenas um efeito menor, exceto para o hidrogênio e o hélio. Para o hidrogênio, o efeito isotópico é forte o suficiente para influenciar sistemas biológicos. Para o hélio, o ⁴₂He segue a estatística de Bose–Einstein, enquanto o ³₂He segue a estatística de Fermi–Dirac, levando a grandes diferenças nas propriedades físicas em baixas temperaturas.

Embora frequentemente usados de forma intercambiável, "nuclídeo" e "isótopo" descrevem relações diferentes. Isótopos são nuclídeos com o mesmo número de prótons (mesmo elemento), mas diferentes números de nêutrons. Isóbaros são nuclídeos com o mesmo número de massa, mas diferentes números atômicos. Isótonos compartilham o mesmo número de nêutrons, mas diferem no número de prótons. Isodíferos têm o mesmo excesso de nêutrons (N − Z). O termo "isótono" foi modelado a partir de "isótopo" para destacar que a característica constante é o número de nêutrons. Isômeros nucleares são um caso especial: são nuclídeos com o mesmo número de prótons e número de massa (portanto, o mesmo isótopo), mas diferentes estados de excitação. Por exemplo, o tecnécio-99m e o tecnécio-99 são dois nuclídeos diferentes do mesmo isótopo. O isômero nuclear de vida mais longa é o tântalo-180m, com meia-vida superior a 10¹⁷ anos; ele ocorre naturalmente e nunca foi observado decaindo para seu estado fundamental. Em contraste, o tântalo-180 em estado fundamental decai em cerca de 8 horas.

Existem 251 nuclídeos na natureza que nunca foram observados decaindo, encontrados entre 80 elementos com pelo menos um isótopo estável. Nuclídeos instáveis são radioativos e chamados de radionuclídeos; seus produtos de decaimento são nuclídeos radiogênicos.

Os radionuclídeos de ocorrência natural se enquadram em três grupos. Primeiro, os radionuclídeos primordiais têm meias-vidas longas o suficiente para sobreviver desde a formação da Terra (cerca de 4,6×10⁹ anos atrás), originando-se da nucleossíntese estelar antes da formação do Sistema Solar. Por exemplo, o urânio-238 (meia-vida de 4,463×10⁹ anos) ainda é comum, enquanto o urânio-235 (meia-vida de 0,704×10⁹ anos) é agora 138 vezes mais raro. Trinta e cinco desses radionuclídeos primordiais são conhecidos. O segundo grupo consiste em nuclídeos radiogênicos, como o rádio-226 (meia-vida de 1600 anos), que se formam através do decaimento radioativo dentro das cadeias de decaimento do urânio ou tório primordiais. Alguns deles, como isótopos de frâncio, têm vida muito curta; cerca de 50 nuclídeos filhos existem exclusivamente do decaimento de pais primordiais de vida mais longa. O terceiro grupo inclui nuclídeos produzidos por reações nucleares naturais, não por decaimento espontâneo simples. Estes surgem quando átomos interagem com nêutrons naturais (de raios cósmicos, fissão espontânea ou outras fontes) ou são diretamente bombardeados por raios cósmicos. Aqueles provenientes de raios cósmicos são chamados de nuclídeos cosmogênicos; outros de reações nucleares naturais são nuclídeos nucleogênicos. Os produtos da fissão espontânea variam amplamente, mas decaem rapidamente — ao longo do tempo geológico — em nuclídeos primordiais ou em um dos sete produtos de fissão de vida longa, que são, portanto, encontrados na natureza.