El NÚCLEO: Inestabilidad nuclear

Consideremos que:

• El núcleo es extremadamente pequeño en comparación con el tamaño total del átomo.
• El núcleo está formado por protones y neutrones, muy juntos, ocupando un pequeño volumen.

El núcleo está formado por protones y neutrones.

         

• Lo protones tienen carga positiva.
• Las cargas eléctricas de igual signo se repelen. 

       
Entonces,

      ¿Por qué los protones, con igual carga, pueden estar juntos en el núcleo? ¿acaso no se repelen? 

El modelo considera la existencia de un tipo especial de fuerza, llamada fuerza nuclear fuerte, que impide la separación de los protones apesar de la repulsión eléctrica que existe entre ellos.
También podemos suponer que los neutrones, al no tener carga eléctrica, contribuyen a disminuir las repulsiones entre protones.

Inestabilidad nuclear y fuerza nuclear fuerte¹
Todo lo que observamos en el universo se encuentra sometido a solamente cuatro fuerzas, llamadas fuerzas fundamentales. Estas fuerzas son:

• La fuerza de atraccción gravitatoria.

• La fuerza electromagnética.

• La fuerza nuclear fuerte.

• La fuerza nuclear débil. 

Para entender el fenómeno de la inestabilidad nuclear sólo es necesario considerar, la fuerza nuclear fuerte y la fuerza electromagnética. 
En la tabla siguiente encontrarán las cuatro fuerzas en orden de mayor a menor intensidad:

Notemos que la fuerza nuclear fuerte es 100 veces mayor que la electromagnética, de ahí su nombre, es la fuerza más fuerte que existe. Pero a diferencia de la electromagnética solamente puede actuar dentro de un radio de acción de 0,000000000000001 m. A diferencia de la electromagnética que actúa siempre.
Existe otra diferencia muy importante, la fuerza electromagnética puede ser atractiva o repulsiva. Entre cargas iguales es repulsiva y entre cargas diferentes es atractiva. En cambio la fuerza fuerte es siempre atractiva y así tiene que ser para mantener la estabilidad del núcleo atómico y consecuentemente de toda la materia. El núcleo atómico esta formado por protones, de carga positiva y neutrones, sin carga eléctrica. Los protones se encuentran sometidos a la repulsión de la fuerza electromagnética, para que esta fuerza de repulsión no destruya el núcleo atómico tiene que existir otra fuerza mucho más intensa que la electromagnética y que mantenga unido a los protones y neutrones del núcleo. Esta es la fuerza nuclear, que la denominamos fuerza nuclear fuerte. La característica de esta fuerza nuclear fuerte es que es atractiva y interacciona solamente dentro del núcleo, recordemos que su distancia de acción es muy pequeña. Además esta interacción actúa entre protones y protones, neutrones y neutrones y entre protones y neutrones. Por supuesto, los neutrones al no tener carga eléctrica solamente notan la fuerza nuclear fuerte, en cambio los protones al tener carga positiva notan la fuerza de repulsión electromagnética y la fuerza de atracción nuclear fuerte.

Los diferentes elementos se forman añadiendo protones en el núcleo atómico, pero a medida que el núcleo va creciendo aumenta su volumen y por supuesto su radio. Al colocar más protones aumenta la fuerza de repulsión electromagnética, pero la naturaleza es sabia y al ir creciendo el número de protones aumenta más el número de neutrones. Es decir, los neutrones actúan como un "pegamento" entre protones, a más protones mucho más pegament. Con todo esto, resulta que los núcleos grandes contienen más neutrones que protones. Pero al ir añadiendo protones y neutrones llega un momento que el diámetro nuclear es mayor que la distancia de acción de la fuerza nuclear fuerte. Esto es cuando el diámetro nuclear es mayor que los 0,000000000000001 m. 

¿Qué ocurre entonces?
Cuando el tamaño nuclear supera los 60 protones y neutrones se vuelve inestable. Los protones mas alejados solamente notan la fuerza de repulsión electrostática, la fuerza nuclear fuerte no los alcanza, y salen despedidos del núcleo en direcciones opuestas.  

En la imagen se representa el núcleo. Algunos protones y neutrones dentro del radio de acción de la fuerza nuclear fuerte, pero hay dos protones que se encuentran más lejos y solamente interaccionan mediante la fuerza de repulsión electrostática. Estos protones saldrán expedidos del núcleo.

Cuando esto ocurre, decimos que el núcleo es inestable.
Inestable: Que es incapaz de mantener o recuperar el equilibrio. Que sufre continuas o frecuentes alteraciones de sus condiciones y características. Elemento o sustancia que tiende a alterarse, descomponerse o sufrir una reacción química rápidamente.
 
Radiactividad 
A partir de lo que hemos expuesto es fácil ver que las causas naturales de la inestabilidad nuclear son:

• Exceso de protones.

• Elevado número de nucleones.

• Exceso de energía. 

Los núcleos tienden a estabilizarse espontáneamente emitiendo partículas, ondas electromagnéticas, o ambas, según el caso, transformándose en otros núcleos.
Este fenómeno se conoce como RADIACTIVIDAD.

La radiactividad es el fenómeno que se produce en el núcleo de algunos átomos, los cuales se modifican emitiendo radiaciones.

Se denomina radioisótopos a los isótopos que espontáneamente se transforman liberando energía, son radiactivos. Los núcleos d estos isótopos se denominan radionucleidos.

En general, de cada elemento existen isótopos estables e isótopos inestables o radioisótopos.

Protio y deuterio son los isótopos estables del hidrógeno, mientras que el tritio es el isótopo inestable o  radiactivo.

 Fuentes:
 ¹Tomado y adaptado de http://abcienciade.blogspot.com/2008/03/radioactividad.html
  Libro "Todo se transforma" Saravia, Segurola, Franco, Nassi. Editorial Contexto.