Todos hemos escuchado de la tabla periódica y de sus elementos. Pero, ¿sabías que cada elemento se puede dividir en familias, dependiendo del número de neutrones? Estas familias se conocen como isótopos. No son más que átomos, de un mismo elemento, pero con distinto número de neutrones. Para entender un poco más acerca de ellos, comencemos estudiando la definición del término.
Definición de isótopos
Un isótopo es el término que se utiliza para designar a átomos del mismo elemento (mismo número de protones), pero con distinto número de neutrones.
Los isótopos pueden ser más ligeros o más pesados, según el exceso o la falta de neutrones. La mayoría de los isótopos no se dan en la naturaleza porque son inestables y se desintegran en otros elementos o en isótopos del mismo elemento. Los isótopos que no atraviesan procesos de desintegración se denominan estables.
Fig. 1: Isótopos estables e inestables. A la izquierda: Helio, un isótopo estable.A la derecha: carbono 14, un isótopo inestable del carbono conocido y empleado para datar objetos.
Sin embargo, algunos isótopos inestables, como el bismuto 209, sí se encuentran en la naturaleza. Esto se debe a que el tiempo transcurrido para su desintegración es excepcionalmente largo (se pueden llegar a millones de años).
Isótopos radiactivos
- Un isótopo radiactivo es un isótopo inestable, dado que para alcanzar estabilidad atraviesa procesos de desintegración que emiten energía o partículas.
- La energía o las partículas liberadas por estos elementos se denominan radiación.
- El proceso en el que estos isótopos inestables se degradan y rompen se llama desintegración.
Algunos isótopos pueden tardar millones de años en romperse; otros, solo segundos. Los isótopos radiactivos se encuentran con más frecuencia en los elementos pesados, aunque la inestabilidad puede deberse tanto a un exceso de neutrones como a una carencia de ellos.
Es posible que hayas oído hablar de esto en las noticias, en la televisión o en las películas. La razón es que este proceso es un factor clave para la producción de energía nuclear. La desintegración de los elementos usados en la producción de energía es la que se encuentra en átomos muy pesados (como el uranio), que se descomponen en dos átomos más ligeros, partículas subatómicas y algo de energía residual.
Algunos ejemplos de isótopos inestables son:
- Isótopos del uranio: uranio 235 y uranio 238.
- Isótopos del plutonio: plutonio 241 y plutonio 238.
- Isótopos del polonio: polonio 208 y polonio 209.
- Isótopos del cadmio: cadmio 113 y cadmio 109.
Fig. 2: Algunos isótopos radiactivos, como el uranio, se utilizan para producir energía en los reactores nucleares (como se ilustra) o para la investigación y la medicina.
Isótopos estables
Un isótopo estable es un átomo que no se descompone ni se desintegra. Son los isótopos más abundantes en la naturaleza.
Puedes encontrar muchos ejemplos de isótopos estables entre los elementos con un número atómico bajo. Entre ellos se encuentran:
- Isótopos del cobre: cobre 63 y cobre 65.
- Isótopos del carbono: carbono 12 y carbono 13.
- Isótopos del hidrógeno: hidrógeno 2 e hidrógeno 1.
- Isótopos del oxígeno: oxígeno 18 y oxígeno 16.
- Isótopos del azufre: azufre 34 y azufre 32.
- Isótopos del hierro: hierro 56 y hierro 54.
- Isótopos del titanio: titanio 47 y titanio 48.
Los isótopos y la notación de nucleidos
Puedes identificar los isótopos basándote en la notación de los nucleidos. Cuando el número atómico no es igual al número másico, se trata de un isótopo.
Cuando el número atómico (\(\mathrm{Z}\)) es menor que la mitad del número másico \(\mathrm{A}\)), hay un exceso de neutrones.
Cuando el número atómico es mayor que la mitad del número másico, hay una falta de neutrones.
Veamos el ejemplo del carbono 14, a continuación:
La notación del nucleido del carbono 14 es: \(^{14}_6C\)
Al multiplicar su número atómico (6) por dos, nos da 12 —que suponemos que es el número total de protones y neutrones—. Sin embargo, la notación del núcleo nos dice que hay 14 partículas en el núcleo del átomo. Esto significa que hay ocho neutrones (14 partículas menos 6 protones es igual a 8 neutrones) y que, por tanto, es un isótopo. De hecho, el carbono 14 es un isótopo inestable del carbono.
Ejemplos de isótopos
Isótopos del hidrógeno
Algunos isótopos naturales han recibido nombres específicos.
Por ejemplo, los siguientes isótopos de la familia del hidrógeno:
- Protio: 1 protón, 1 electrón y ningún neutrón.
- Deuterio: 1 protón, 1 electrón y 1 neutrón.
- Tritio: 1 protón, 1 electrón y 2 neutrones.
Fig. 3: Tres conocidos isótopos del hidrógeno (de izquierda a derecha): Protio, Deuterio y Tritio.
Isótopos de cloro
El cloro tiene dos isótopos estables que son el \(^{35}Cl\) y el \(^{37}Cl\) (el primero es tres veces más abundante que el segundo). A su vez, también posee veintidós isótopos radiactivos; de estos, el 36 es el más estable, con una semidesintegración de 301.000 años. Por lo tanto, en total, hay veinticuatro isótopos de cloro —que van del 26 al 51—.
Aplicaciones de los isótopos
Las aplicaciones de los isótopos tienen un rango bastante amplio; por nombrar algunas, pueden ir desde la química, la medicina y la antropología hasta la oceanografía. En consecuencia, enlistar todas las aplicaciones sería imposible. Así que veamos algunos ejemplos importantes.
- La cantidad de algunos isótopos estables en diferentes partes de un cadáver puede darnos información acerca de su edad, el lugar de residencia y su alimentación.
- Existen isótopos radiactivos que se utilizan en la conservación de alimentos.
- En la industria textil se usan isótopos para realizar reacciones químicas y poder conseguir tejidos sintéticos.
- Algunos isótopos radiactivos se emplean para esterilizar el material quirúrgico de los hospitales.
- La radiación gamma se emplea para detectar fisuras en objetos de metal y medir el grosor de metales.
- Los isótopos del uranio se utilizan como combustible en las centrales nucleares.
Isótopos - Puntos clave
- Los isótopos son átomos que tienen diferente número de neutrones.
- Los isótopos pueden ser más pesados o más ligeros que el elemento original.
- Los isótopos pueden ser estables o inestables. En la naturaleza se pueden encontrar los estables y los inestables con una vida media larga.
- Un isótopo radiactivo es un isótopo inestable, dado que para alcanzar estabilidad atraviesa procesos de desintegración que emiten energía o partículas.
- En un proceso conocido como desintegración, los isótopos inestables se descomponen en partículas más pequeñas y energía residual; esto resulta en la emisión de radiación.
- Un isótopo estable es un átomo que no se descompone, ni se desintegra. Son los isótopos más abundantes en la naturaleza.
- Puedes distinguir entre un elemento y sus isótopos comparando su número de masa y su número atómico.
References
- Fig. 2: Advanced Test Reactor core, Idaho National Laboratory (https://www.flickr.com/photos/argonne/3954062594/in/photolist-72pB41-23zgDTk-fAeDeY-db5cVN-db56ja-db4MwF-db5hZa-db5kuF-SekkHp-7Y7L6W-db5ifD-db4XhX-tezNjY-db4Tjp-db596v-db56A9-db547K-db5bFx-db4YCg-db5nBe-db5jnd-omVa5f-db5nep-db5jLh-db55Lx-db4w5i-db4MMQ-db4pdn-db55XY-db5ebQ-db5c61-db5dHw-db5bZg-db4NTk-db4Zxg-db4Eh5-db5dyj-db5eRv-db4sri-db4X15-db5gm1-db536L-db5nve-db56Gw-db54eX-db5aeC-db5mvq-db4CZS-db4xNJ-db5h8f) by Argonne National Laboratory (https://www.flickr.com/photos/argonne/) licensed by CC BY 2.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/2.0/).
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