Potasio 40

El potasio 40 (40K) es un isótopo radioactivo de potasio que tiene un periodo de semidesintegración muy largo, de 1.251 × 109 años. Constituye 0,012 % de la cantidad total de potasio que se encuentra en la naturaleza.

Potasio 40
Isótopo de potasio
General
Símbolo 40K
Neutrones 21
Protones 19
Datos del núclido
Abundancia natural 0.0117(1)%
Período de semidesintegración 1.251(3)×109 años
Masa atómica 39.96399848(21) u
Espín 4−
Exceso de energía −33505 keV
Energía de enlace 341523 keV
Véase también: Isótopos de potasio

40K es un raro ejemplo de un isótopo que sufre los dos tipos de desintegración beta. Alrededor del 89,28 % del tiempo, se descompone en calcio 40 (40Ca) con emisión de una partícula beta (β-, un electrón) con una energía máxima de 1,33 MeV y un antineutrino. Aproximadamente el 10,72 % del tiempo se desintegra hasta argón 40 (40Ar) por captura electrónica, con la emisión de rayos gamma de 1,460 MeV[1] y un neutrino. La desintegración radioactiva de este isótopo particular explica la gran abundancia del argón (casi un 1 %) en la atmósfera terrestre. Muy raramente (0,001 % del tiempo) se desintegrará hasta 40Ar emitiendo un positrón (β+) y un neutrino.[2]

Datación potasio-argón
Esquema de desintegración

40K es especialmente importante en la datación potasio-argón (K-Ar). El argón es un gas que normalmente no se combina con otros elementos. Por lo tanto, cuando un mineral se forma —ya sea de roca fundida, o de sustancias disueltas en el agua— será inicialmente libre de argón, incluso si hay algo de argón en el líquido. Sin embargo, si el mineral contiene potasio, entonces la desintegración del isótopo 40K presente creará 40Ar que permanecerá encerrado en el mineral. Puesto que se conoce la velocidad a la que se produce esta conversión, es posible determinar el tiempo transcurrido desde el mineral formado por la medición de la proporción de átomos 40K y 40Ar contenidos en él.

El argón encontrado en la atmósfera terrestre es 99,6 % 40Ar; mientras que el argón en el Sol —y presumiblemente en el material primordial que se condensó en los planetas— es mayormente 36Ar, con menos del 15 % de 38Ar. Se deduce que la mayor parte del argón terrestre deriva del 40K que se descompone en 40Ar, que eventualmente escapó a la atmósfera.

Contribución a la radiactividad natural
La evolución del flujo de calor radiogénico del manto de la Tierra a lo largo del tiempo: contribución de 40K en amarillo..

La desintegración radioactiva de 40K en el manto de la Tierra ocupa el tercer lugar, después de 232Th y 238U, como fuente de calor radiogénico. El núcleo también contiene fuentes radiogénicas, aunque la cantidad es incierta. Se ha propuesto que la radioactividad significativa del núcleo (1-2 TW) puede ser causada por altos niveles de U, Th y K.[3][4]

40K es la fuente más grande de radioactividad natural en animales, incluyendo humanos. Un cuerpo humano de 70 kg contiene aproximadamente 140 gramos de potasio, por lo tanto alrededor de 0,000117 × 140 = 0,0164 gramos son de 40K; cuyo decaimiento produce alrededor de 4,300 desintegraciones por segundo (bequerelios) a lo largo de la vida del cuerpo.[5][6]

Véase también

Notas y referencias
  1. Este fotón sería una radiografía si se emitiera desde un electrón. En la física nuclear, es común nombrar a los fotones según su origen más que su energía, los fotones de alta energía producidos por las transiciones eléctricas son denominados «rayos X» mientras que los emitidos desde los núcleos atómicos son llamados «rayos gamma» independientemente de su energía.
  2. Engelkemeir, D. W.; Flynn, K. F.; Glendenin, L. E. (1962). «Positron Emission in the Decay of K40». Physical Review 126 (5): 1818. Bibcode:1962PhRv..126.1818E. doi:10.1103/PhysRev.126.1818.
  3. Wohlers, A.; Wood, B. J. (2015). «A Mercury-like component of early Earth yields uranium in the core and high mantle 142Nd». Nature 520 (7547): 337-340. Bibcode:2015Natur.520..337W. doi:10.1038/nature14350.
  4. Murthy, V. Rama; Van Westrenen, Wim; Fei, Yingwei (2003). «Experimental evidence that potassium is a substantial radioactive heat source in planetary cores». Nature 423 (6936): 163. Bibcode:2003Natur.423..163M. PMID 12736683. doi:10.1038/nature01560.
  5. El número de desintegraciones radioactivas por segundo en una masa dada de 40K es el número de átomos en esa masa, dividido por el periodo de semidesintegración de un átomo de 40K en segundos. El número de átomos en un gramo de 40K es el número de Avogadro: 6,022 × 1023 (el número de átomos por mol) dividido por el peso atómico de 40K (39.96 gramos por mol), que es aproximadamente 0,1507 × 1023 por gramo. Como en cualquier decadencia exponencial, el periodo de semidesintegración es la semivida dividida por el logaritmo natural de 2, o aproximadamente 56,82 × 1015 segundos.
  6. Bin Samat, S.; Green, S.; Beddoe, A. H. (1997). «The 40K activity of one gram of potassium». Physics in Medicine and Biology 42 (2): 407. Bibcode:1997PMB....42..407S. doi:10.1088/0031-9155/42/2/012.

Enlaces externos
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