QUÍMICA · ELEMENTOS Y NÚCLEOS
Uranio, radio y polonio son elementos sin isótopos estables. Carbono-14 y potasio-40 también son radiactivos, aunque otros isótopos de esos elementos sean estables. La clave está en identificar el núcleo concreto.
Un elemento se define por su número de protones, Z. Sus isótopos tienen el mismo Z y diferente número de neutrones. A es el número másico: protones más neutrones. Para obtener los neutrones se calcula N = A − Z.
Un radionúclido tiene un núcleo inestable que puede transformarse espontáneamente. La regla del octeto describe una pauta electrónica de algunos enlaces químicos; no explica la estabilidad nuclear. Carbono-14 es radiactivo, mientras que carbono-12 es estable. Uranio, por su parte, no tiene isótopos estables conocidos.
La expresión «elementos radiactivos» suele referirse a los elementos sin isótopos estables, como uranio o radio. En una lista de ejemplos también aparecen radioisótopos de otros elementos, como K-40: eso no convierte en radiactivo a todo átomo de potasio. No hace falta superar 83 protones para ser radiactivo; Bi-209, con Z = 83, también se desintegra.
Las fichas indican el núcleo, su número de protones y neutrones y una semivida aproximada. Salvo Tc-99m, los valores corresponden al estado fundamental; las notas distinguen los estados metaestables relevantes. Se describen las vías principales, sin pretender enumerar todas las ramas minoritarias.
EJEMPLO 01
K-40 · Z = 19 · N = 21
Presenta principalmente desintegración beta menos hacia calcio-40 y una rama hacia argón-40, sobre todo por captura electrónica. El potasio también tiene isótopos estables: no todo átomo de K es K-40.
Semivida aproximada: 1,25 mil millones de años.
EJEMPLO 02
C-14 · Z = 6 · N = 8
Emite beta menos y se transforma en nitrógeno-14. Es un isótopo radiactivo de un elemento que también posee carbono-12 y carbono-13 estables.
Semivida aproximada: 5700 años.
EJEMPLO 03
Po-214 · Z = 84 · N = 130
Su desintegración alfa produce plomo-210. Una semivida tan corta contrasta con las escalas de miles o millones de años de otros ejemplos.
Semivida aproximada: 163 microsegundos.
EJEMPLO 04
Po-218 · Z = 84 · N = 134
Se desintegra casi siempre por emisión alfa hacia plomo-214. Tiene el mismo Z que Po-214, pero cuatro neutrones más y una semivida muy diferente.
Semivida aproximada: 3,10 minutos.
EJEMPLO 05
Th-234 · Z = 90 · N = 144
Se forma al desintegrarse U-238 por emisión alfa. Después emite beta menos hacia protactinio-234; en la cadena predomina el estado metaestable Pa-234m.
Semivida aproximada: 24,1 días.
EJEMPLO 06
Th-230 · Z = 90 · N = 140
Su vía principal es alfa hacia radio-226. No debe confundirse con Th-234: comparten elemento, pero no número de neutrones ni semivida.
Semivida aproximada: 75 400 años.
EJEMPLO 07
U-232 · Z = 92 · N = 140
La emisión alfa lo transforma en torio-228. En un decaimiento alfa, A baja cuatro unidades y Z baja dos.
Semivida aproximada: 68,9 años.
EJEMPLO 08
U-233 · Z = 92 · N = 141
Su desintegración principal es alfa hacia torio-229. El nombre uranio identifica sus 92 protones; el número 233 cuenta protones y neutrones.
Semivida aproximada: 159 000 años.
EJEMPLO 09
U-234 · Z = 92 · N = 142
Emite alfa hacia torio-230. Es una etapa de la serie de U-238; su semivida no es de miles de millones de años.
Semivida aproximada: 245 500 años.
EJEMPLO 10
U-235 · Z = 92 · N = 143
Su desintegración espontánea predominante es alfa hacia torio-231. La radiactividad espontánea y una reacción inducida son procesos que se estudian por separado.
Semivida aproximada: 704 millones de años.
EJEMPLO 11
U-236 · Z = 92 · N = 144
Emite principalmente alfa hacia torio-232. Compararlo con U-235 muestra que aumentar un neutrón no produce una variación simple y uniforme de la semivida.
Semivida aproximada: 23,4 millones de años.
EJEMPLO 12
U-238 · Z = 92 · N = 146
Inicia una serie cuya vía principal termina en plomo-206 estable. Su primer paso alfa produce torio-234, no torio-230.
Semivida aproximada: 4,46 mil millones de años.
EJEMPLO 13
Pa-234 · Z = 91 · N = 143
Pa-234 en su estado fundamental emite beta menos hacia U-234. Pa-234m es un estado metaestable del mismo núcleo y tiene semivida cercana a 1,16 minutos. Pa significa protactinio; Pd significa paladio.
Semivida aproximada: 6,70 horas.
EJEMPLO 14
Ra-226 · Z = 88 · N = 138
Su desintegración alfa produce radón-222. Ambos pertenecen a la serie que parte de U-238, pero son elementos distintos.
Semivida aproximada: 1600 años.
EJEMPLO 15
Rn-222 · Z = 86 · N = 136
Emite alfa hacia polonio-218. El radón es un gas noble: tener una capa electrónica cerrada no vuelve estable su núcleo.
Semivida aproximada: 3,82 días.
EJEMPLO 16
Bi-214 · Z = 83 · N = 131
Se transforma principalmente por beta menos en polonio-214. También presenta una rama alfa minoritaria; indicar el modo principal no excluye otras vías.
Semivida aproximada: 19,9 minutos.
EJEMPLO 17
Pb-214 · Z = 82 · N = 132
Emite beta menos hacia bismuto-214. El plomo posee isótopos estables, pero Pb-214 no es uno de ellos.
Semivida aproximada: 27,1 minutos.
EJEMPLO 18
At-210 · Z = 85 · N = 125
Su transformación dominante conduce a polonio-210; también tiene una rama alfa minoritaria hacia bismuto-206. Un radionúclido puede tener más de un producto de desintegración.
Semivida aproximada: 8,1 horas.
EJEMPLO 19
At-218 · Z = 85 · N = 133
Se desintegra principalmente por emisión alfa hacia bismuto-214. Comparado con At-210, tiene ocho neutrones más, pero una semivida mucho menor.
Semivida aproximada: 1,28 segundos.
EJEMPLO 20
Np-235 · Z = 93 · N = 142
Se transforma casi siempre por captura electrónica en uranio-235. En esa vía A se conserva y Z disminuye una unidad.
Semivida aproximada: 396 días.
EJEMPLO 21
Np-237 · Z = 93 · N = 144
Su modo dominante es alfa hacia protactinio-233. Np-235 y Np-237 ilustran dos vías principales distintas dentro del mismo elemento.
Semivida aproximada: 2,14 millones de años.
EJEMPLO 22
Pu-238 · Z = 94 · N = 144
Su emisión alfa produce uranio-234. El plutonio reúne varios isótopos radiactivos; nombrar solo el elemento no especifica su semivida.
Semivida aproximada: 87,7 años.
EJEMPLO 23
Pu-239 · Z = 94 · N = 145
Se desintegra principalmente por alfa hacia uranio-235. Su semivida es mucho mayor que la de Pu-238, aunque sus núcleos difieren en un neutrón.
Semivida aproximada: 24 100 años.
EJEMPLO 24
Pu-240 · Z = 94 · N = 146
Su vía principal es alfa hacia uranio-236. La semivida no sigue un aumento continuo al pasar de Pu-238 a Pu-239 y Pu-240.
Semivida aproximada: 6560 años.
EJEMPLO 25
Pu-241 · Z = 94 · N = 147
A diferencia de los ejemplos cercanos de plutonio, su modo dominante es beta menos hacia americio-241. A permanece en 241 y Z pasa de 94 a 95.
Semivida aproximada: 14,3 años.
EJEMPLO 26
Pu-242 · Z = 94 · N = 148
Predomina la emisión alfa hacia uranio-238. La presencia de una vía principal no convierte en imposible una vía mucho menos frecuente, como la fisión espontánea.
Semivida aproximada: 375 000 años.
EJEMPLO 27
Pu-244 · Z = 94 · N = 150
La emisión alfa hacia uranio-240 es la vía dominante. Sigue siendo radiactivo aunque su semivida sea muy larga.
Semivida aproximada: 81,3 millones de años.
EJEMPLO 28
Am-240 · Z = 95 · N = 145
Su transformación dominante por captura electrónica conduce a plutonio-240. Una captura electrónica absorbe un electrón; no es una partícula emitida por el núcleo.
Semivida aproximada: 50,8 horas.
EJEMPLO 29
Am-241 · Z = 95 · N = 146
Se desintegra principalmente por emisión alfa hacia neptunio-237. En el balance, 241 = 237 + 4 y 95 = 93 + 2.
Semivida aproximada: 432,6 años.
EJEMPLO 30
Am-242 · Z = 95 · N = 147
En el estado fundamental presenta beta menos hacia curio-242 y captura electrónica hacia plutonio-242. Am-242m es otro estado nuclear, con semivida aproximada de 141 años: la letra m importa.
Semivida aproximada: 16,02 horas.
EJEMPLO 31
F-18 · Z = 9 · N = 9
La emisión de positrones es su vía predominante hacia oxígeno-18. En beta más, Z baja una unidad y A no cambia; también puede existir captura electrónica.
Semivida aproximada: 109,7 minutos.
EJEMPLO 32
Tc-99m · Z = 43 · N = 56
Tc-99m es un estado metaestable. Su transición isomérica produce Tc-99 mediante emisión gamma y conversión interna; no cambia de elemento. Tc-99 continúa siendo radiactivo.
Semivida aproximada: 6,01 horas.
EJEMPLO 33
Bi-209 · Z = 83 · N = 126
Bi-209 emite alfa hacia talio-205. Su enorme semivida explica por qué no conviene usar «parece estable» como sinónimo de núcleo estable.
Semivida aproximada: 2,01 × 10¹⁹ años.
Las emisiones alfa y beta son partículas; la radiación gamma está formada por fotones. La captura electrónica es un proceso nuclear, no una emisión de electrones.
| Proceso | Qué sucede | Cambio del núcleo |
|---|---|---|
| Alfa, α | Sale un núcleo de helio-4: 2 protones y 2 neutrones | A − 4; Z − 2 |
| Beta menos, β⁻ | Se emiten un electrón y un antineutrino electrónico | A igual; Z + 1 |
| Beta más, β⁺ | Se emiten un positrón y un neutrino electrónico | A igual; Z − 1 |
| Captura electrónica | Se captura un electrón y se emite un neutrino | A igual; Z − 1 |
| Gamma, γ | Un núcleo excitado pierde energía mediante un fotón | A y Z iguales |
En beta menos, un neutrón se transforma en protón; en beta más ocurre la conversión inversa. El electrón beta no es un electrón de la corteza expulsado como en una ionización. Los rayos gamma se distinguen por su origen nuclear, no por un intervalo rígido de longitudes de onda.
Escribimos el número másico arriba y Z abajo a la izquierda: ²³⁸₉₂U. En partículas como ⁰₋₁e, la cifra inferior indica su carga en unidades de carga elemental. Para comprobar las ecuaciones se suman A y las cargas de ambos lados. Los neutrinos tienen carga y número de nucleones cero.
Estas son ecuaciones de núcleos y partículas; no describen el estado químico o la carga final de una muestra macroscópica. Se omiten excitaciones y fotones secundarios cuando no cambian el balance mostrado.
²³⁸₉₂U → ²³⁴₉₀Th + ⁴₂He
A: 238 = 234 + 4. Carga: 92 = 90 + 2. Se emite una partícula alfa, no cuatro.
¹⁴₆C → ¹⁴₇N + ⁰₋₁e + ν̄ₑ
A: 14 = 14. Carga: 6 = 7 − 1. ν̄ₑ representa el antineutrino electrónico.
¹⁸₉F → ¹⁸₈O + ⁰₊₁e + νₑ
A: 18 = 18. Carga: 9 = 8 + 1. νₑ representa el neutrino electrónico.
⁴⁰₁₉K + ⁰₋₁e → ⁴⁰₁₈Ar + νₑ
A: 40 = 40. Carga: 19 − 1 = 18. Es una rama del K-40; la otra principal produce Ca-40.
X* (A, Z) → X (A, Z) + γ
El asterisco indica excitación. A y Z no cambian. Es un esquema general: una transición isomérica también puede incluir conversión interna.
Cómo escribir ecuaciones nucleares · Neutrinos y leyes de conservación.
El núcleo que decae se llama progenitor y el resultante, hijo. El hijo puede seguir siendo radiactivo: una desintegración no garantiza llegar de inmediato a un núcleo estable.
La m distingue un estado metaestable. Pa-234m tiene semivida de unos 1,16 minutos; Pa-234 en el estado fundamental, 6,70 horas. La secuencia pasa por protactinio, Pa, Z = 91.
²³⁴₉₀Th → ²³⁴₉₁Paᵐ + ⁰₋₁e + ν̄ₑ
Balance de esa etapa: A = 234 a ambos lados y carga 90 = 91 − 1. El resultado de una beta menos debe tener un protón más.
²³⁸₉₂U → ²⁰⁶₈₂Pb + 8 ⁴₂He + 6 ⁰₋₁e + 6 ν̄ₑ
Este resumen de la vía principal reúne ocho emisiones alfa y seis beta menos; no es un único salto. Conserva A: 238 = 206 + 8 × 4, y carga: 92 = 82 + 8 × 2 − 6. Puede haber emisiones gamma y ramas intermedias no representadas.
U-238 tiene semivida aproximada de 4,46 mil millones de años; U-234, de 245 500 años; Th-230, de 75 400 años. Son tiempos de núclidos diferentes. La escala larga del progenitor domina muchos cálculos U-Pb, pero no permite asignar su semivida a cada etapa.
El uranio aparece en minerales como la uraninita, de composición nominal UO₂. La fórmula del mineral describe su química; la serie de desintegración describe cambios del núcleo. Uraninita · Semividas.
La semivida o período de semidesintegración es el tiempo en que, en promedio, queda la mitad de una población inicial de núcleos del radionúclido. No significa que desaparezca la mitad de toda la muestra: se forman productos de desintegración.
N(t) = N₀ × (1/2)^(t / T½)
El modelo supone que no se añaden núcleos del mismo tipo ni se producen a partir de otro progenitor. N₀ es la población inicial, N(t) la que queda y T½ la semivida. t y T½ deben usar la misma unidad.
No predice cuándo decaerá un átomo individual. Para un gran conjunto predice el comportamiento estadístico. La vida media en sentido matemático, τ = T½ / ln 2, es otra magnitud: aquí usamos siempre «semivida».
Las semividas de las fichas se han redondeado a partir de NUBASE2020. Por eso C-14 figura como unos 5700 años; también es habitual el valor didáctico 5730 años. Los ejercicios indican qué valor usan. Ley de desintegración.
En la atmósfera, neutrones producidos por la radiación cósmica pueden transformar nitrógeno-14 en carbono-14:
¹⁴₇N + ¹₀n → ¹⁴₆C + ¹₁H
Se conservan A: 14 + 1 = 14 + 1, y carga: 7 = 6 + 1. El carbono entra en los seres vivos; al cesar el intercambio, el C-14 decae. Se datan materiales adecuados, como madera o restos orgánicos. Una vasija mineral no se fecha directamente por C-14 solo por ser antigua; podrían estudiarse residuos orgánicos asociados.
La edad requiere considerar contaminación, composición inicial y calibración. Un ejercicio de semividas no sustituye una datación real. Fundamento del radiocarbono.
Se relaciona el uranio que queda con el plomo radiogénico formado. Hay que evaluar el plomo inicial y si el mineral conservó los elementos desde el evento que se desea datar. Los cocientes de masas se convierten en cantidades de núcleos o moles; no se usan indistintamente.
K-40 tiene semivida total de unos 1,25 mil millones de años, pero no todo K-40 decae hacia Ar-40. El cálculo considera esa ramificación y distingue argón radiogénico de otras aportaciones.
El argón puede perderse por difusión durante un calentamiento, sin que el mineral tenga que fundirse. Por ello, la edad puede reflejar el enfriamiento y la retención del gas. La espectrometría de masas permite medir relaciones isotópicas; interpretar la edad exige conocer el material y su historia.
Las fotografías muestran aspectos visibles de materiales. No permiten identificar por sí solas un radionúclido ni determinar su semivida.
1. ¿Cuántos neutrones tiene U-238?
A − Z = 238 − 92 = 146 neutrones. A es el número de nucleones; no es una masa expresada en gramos.
2. Completa la emisión alfa de Ra-226: ¿qué núcleo queda?
A = 226 − 4 = 222; Z = 88 − 2 = 86. El producto es Rn-222. Balance: 226 = 222 + 4; 88 = 86 + 2.
3. ¿Qué elemento produce Th-234 mediante beta menos?
Protactinio, Z = 90 + 1 = 91; A sigue siendo 234. La vía principal de la cadena conduce a Pa-234m. La carga se conserva: 90 = 91 − 1.
4. Queda el 12,5 % de un radionúclido de semivida 4 horas. ¿Qué tiempo ha pasado?
100 % → 50 % → 25 % → 12,5 %: tres semividas. t = 3 × 4 = 12 horas. Se supone una población grande, sin aporte del radionúclido ni producción por otro progenitor.
5. Una población de 800 000 núcleos tiene semivida 3 días. ¿Cuántos quedan, en promedio, tras 6 días?
N = 800 000 × (1/2)^(6/3) = 200 000 núcleos del radionúclido inicial. No significa que el resto de la materia haya desaparecido.
6. En un modelo ideal queda un 25 % del C-14 inicial. Usa 5700 años como semivida.
Han transcurrido dos semividas: 2 × 5700 = 11 400 años. Es un cálculo del modelo, no una fecha arqueológica calibrada.
7. ¿Cuántas emisiones alfa y beta menos resumen U-238 → Pb-206?
La diferencia de A es 32: 32/4 = 8 emisiones alfa. Z pasaría de 92 a 76; hacen falta 6 beta menos para alcanzar 82. Se emiten también seis antineutrinos en esas beta.
8. ¿Una transición gamma de Tc-99m lo convierte en otro elemento?
No: conserva A = 99 y Z = 43. Cambia el estado energético nuclear; Tc-99 sigue siendo tecnecio y es radiactivo.
9. ¿La misma masa de U-238 y U-234 contiene el mismo número de núcleos?
No exactamente: para igual masa, el número de núcleos es inversamente proporcional a la masa molar isotópica. Para datar con cocientes de masas hay que convertirlos a cantidades de núcleos o moles.
10. ¿Un color verde demuestra que una muestra es uranio radiactivo?
No. El color no identifica el elemento ni mide actividad. Una fluorescencia bajo luz ultravioleta tampoco es la observación directa de partículas alfa, beta o rayos gamma.
Consultadas el 7 de octubre de 2026. Datos nucleares: evaluación NUBASE2020. Explicaciones y ejercicios: Editorial Ejemplode.