¿Por qué el núcleo de uranio es inestable?

Se trata de energía.

Tomemos moléculas por ejemplo. Algunas moléculas se rompen o reaccionan entre sí y liberan energía (calor, radiación). ¿Por qué pasó esto?

Porque el producto final de la reacción química tiene menos energía que los reactivos originales.

Lo mismo cuando dividimos grandes núcleos (por ejemplo, Uranio) o fusionamos núcleos pequeños (por ejemplo, deuterio en Helio-4)

En el núcleo tienes 3 fuerzas en juego:

1- Fuerza electromagnética , ya que los quarks están cargados y los protones son cargas totales + 1e

2- Fuerza fuerte : que une el quark

3- Fuerza débil . La interacción débil cambia un sabor de quark a otro. El “sabor” es básicamente el tipo de quark (arriba, abajo, encanto, extraño, arriba, abajo). También juega un papel en la formación de núcleos pesados.

4- Además, existe la Fuerza Residual Fuerte, que es básicamente la fuerza residual que “se arrastra” fuera de los protones y neutrones y básicamente los mantiene unidos formando el núcleo (mientras que la fuerza fuerte propiamente dicha mantiene el quark que forma protones o neutrones juntos_

Por supuesto, al igual que con las moléculas, los núcleos también pueden ser estables o inestables.

1- Cuando la relación protón / neutrón del átomo está “desequilibrada”, la fuerza electromagnética (principalmente como la fuerza de coulomb) comienza a ganar sobre la “fuerza fuerte residual”. Esto hará que el núcleo sea inestable y, por lo tanto, en la “cima de la colina” de un perfil de energía.

2- Para núcleos muy pesados, incluso si los protones y los neutrones están equilibrados, todavía parece que los núcleos son inestables. Probablemente la presencia de muchos protones hace que los núcleos pesados ​​siempre sean desfavorables, sin importar si están equilibrados por neutrones .

Por lo tanto, los núcleos buscan ir a un valle energético donde serán estables.

La fuerza débil entonces será responsable de la desintegración radiactiva.

²³⁵U

Una proporción definida de neutrones a protones en el núcleo hace que el núcleo sea estable. Si la relación está lejos de la relación de estabilidad, el núcleo es inestable. En ²³⁵U, 92 protones y 143 neutrones hacen una relación 143/92 = 1.554 está lejos de la relación de estabilidad requerida que lo hace inestable. La relación de estabilidad requerida es diferente para diferentes elementos y aumenta con el aumento en el número de protones (número atómico) del elemento.

Cuando un núcleo inestable como ²³⁵U es bombardeado con neutrones, se rompe en dos o más piezas más pequeñas. Esta reacción se llama fisión nuclear. Como la relación de estabilidad en piezas más pequeñas es menor, se desprenden algunos de los neutrones de ²³⁵U. Estos neutrones separados pueden golpear otros núcleos de ²³⁵U en la masa de uranio causando una reacción en cadena que debe ser controlada en un reactor nuclear para una reacción exitosa.

En un átomo, la fuerza fuerte mantiene unidos los núcleos mientras que las fuerzas electrostáticas intentan separar los protones. Cuando un átomo se vuelve lo suficientemente grande, la repulsión electrostática superará la atracción de la fuerza fuerte, ya que la fuerza fuerte solo opera a una distancia cercana, mientras que la fuerza electrostática disminuye en el cuadrado inverso de la distancia. El átomo sufrirá una descomposición.

Hay diferentes isótopos de uranio. El isótopo inestable se debe a la relación protón a neutrón en el núcleo del átomo de uranio inestable.

Esa es la respuesta más simple que puedo dar.

Todos los nucleidos más pesados ​​que el plomo son inestables. De las miles de combinaciones concebibles de protones y neutrones, solo un centenar son estables.