¿Por qué los elementos con número atómico 83 y superior son radiactivos?

Como el núcleo está formado por neutrones y protones cargados positivamente, la repulsión por electromagnetismo es muy fuerte y el núcleo se desintegraría. Pero sabemos que hay otra fuerza que es aproximadamente 100 veces más fuerte que el electromagnetismo:

La fuerza nuclear fuerte abruma el electromagnetismo repulsivo pero es de corto alcance.

Comenzando con un tamaño específico del núcleo, la fuerza repulsiva de coulomb (electromagnetismo) se vuelve más fuerte que la fuerza nuclear fuerte y el núcleo cargado positivamente se desmorona.

Aquí puede ver un problema similar:

¡Está en alemán pero lo explicaré!

En esta ilustración (gráfico) se explica la distancia entre los nucleones (r) contra la fuerza internucleónica entre ellos. Marcado por la flecha, la distancia nucleónica típica es de aproximadamente 1.2 fm. ¡Una fuerza internucleónica positiva significa repulsión, una fuerza negativa significa atracción!

El rosa es la fuerza nuclear fuerte … como puedes ver es de corto alcance! ¡Es atractivo por encima de una distancia de aproximadamente 0.3 fm y repulsivo por debajo!

El azul es la fuerza repulsiva de la culombia (EM). Es una fuerza de largo alcance y como el núcleo consiste en protones cargados positivamente, ¡siempre es repulsivo! A una distancia de aproximadamente 2.5 fm, los nucleones se separarán porque la repulsión de culombio se vuelve más fuerte que la fuerza nuclear fuerte y atractiva.

Ahora…. ¿Qué pasaría si la fuerza nuclear fuerte fuera más larga? ENTONCES esos elementos radiactivos pesados ​​se volverían más estables … ¡y tal vez tan estables que perderían su desintegración radiactiva! Su vida media aumentaría considerablemente … ¡Hasta el infinito! ¡Un núcleo con vida media infinita es estable!

PERO: la fusión estelar no funcionaría como lo hace hoy. Y de repente los átomos se atraerían … ¡un resultado de caos extraño sería el resultado! 😉

Los científicos han realizado algunos cálculos sobre lo que sucedería si las cuatro fuerzas fundamentales tuvieran fuerzas relativas diferentes en comparación con las actuales.

A medida que el número atómico aumenta, el número total de protones aumenta (expresado por el número atómico) y el número total de neutrones y protones aumenta (expresado por el número atómico). Más allá de cierto tamaño, el núcleo del átomo es demasiado grande para mantenerse unido, y la desintegración radiactiva ocurre más rápidamente. La repulsión electromagnética del positrón del positrón (la fuerza de coulomb) * más la fuerza nuclear débil, que expulsa protones y neutrones del núcleo, domina el poder de la fuerza nuclear fuerte, que mantiene el núcleo unido, con mayor frecuencia.

* Gracias a Knut Ritter por señalar el papel de la fuerza de culombio, la repulsión electromagnética en el núcleo. En el electromagnetismo, todas las fuerzas de la misma valencia se repelen, por lo que todos los protones (partículas cargadas positivamente) se repelen.