Vida Media
La vida media es el tiempo que se necesita para que la mitad de los átomos de un isótopo radiactivo en una muestra se desintegren en un isótopo diferente.
Formula
N(t) = N_0 \left(\tfrac{1}{2}\right)^{t/t_{1/2}}
Definition
La vida media es el tiempo que tarda la mitad de los átomos radiactivos de algo en transformarse en un tipo de átomo diferente: después de una vida media, queda la mitad, y después de dos, queda una cuarta parte. Escrita $t_{1/2}$, es constante para cada isótopo y no se ve afectada por la temperatura, la presión ni el estado químico, y como la proporción entre padre e hijo cambia de manera predecible, es la base de la datación radiométrica; después de $n$ vidas medias, la fracción de isótopo padre que queda es $\left(\tfrac{1}{2}\right)^n$. La vida media se deriva de la cinética de desintegración de primer orden, $N(t) = N_0 e^{-\lambda t}$, lo que da $t_{1/2} = \frac{\ln 2}{\lambda}$. La desintegración es un proceso cuántico con una probabilidad fija por átomo y por unidad de tiempo, de modo que las desintegraciones individuales son aleatorias mientras que el comportamiento a gran escala es exactamente exponencial. Las vidas medias van desde fracciones de segundo hasta más de $10^{15}$ años, y el rango útil para datar una muestra es aproximadamente de $0.1$ a $10$ vidas medias, fuera del cual el isótopo padre o el hijo se vuelve demasiado escaso para medirse con precisión.
Example
El carbono-14 tiene una vida media de $5{,}730$ años, así que si un hueso comienza con $100$ átomos de carbono-14, quedan unos $50$ después de $5{,}730$ años y unos $25$ después de $11{,}460$ años. Una muestra de roca con $1$ átomo padre por cada $3$ átomos hijos tiene una cuarta parte del isótopo padre restante, así que han transcurrido dos vidas medias; si el isótopo es potasio-40 con una vida media de $1.25$ mil millones de años, la roca tiene $2.5$ mil millones de años. El carbono-14 se desintegra por emisión beta a nitrógeno-14 con $t_{1/2} = 5{,}730$ años, correspondiente a $\lambda = 1.21 \times 10^{-4}\ \text{yr}^{-1}$. Una muestra que retiene el $12.5\%$ de su carbono-14 original tiene $3$ vidas medias, es decir, unos $17{,}190$ años.
Key Insight
La mitad de los átomos restantes se desintegra en cada vida media, así que la cantidad nunca llega del todo a cero; simplemente sigue reduciéndose a la mitad. Hay que elegir el isótopo según la edad: el carbono-14 es inútil para huesos de dinosaurio porque después de $66$ millones de años (más de $11{,}000$ vidas medias) no quedaría ni un solo átomo original. La vida media es una afirmación estadística, no una promesa sobre un átomo individual. Un átomo de carbono-14 podría desintegrarse mañana o en $50{,}000$ años, pero una muestra de $10^{20}$ átomos se reduce a la mitad con una regularidad que serviría para poner en hora un reloj.