Datación radiactiva

Definición de datación radiactiva

Para poder comprender la datación radiactiva, debemos repasar los conceptos básicos de los isótopos radiactivos. Los isótopos son átomos de un mismo elemento que poseen el mismo número de protones y distinto número de neutrones en su núcleo.

Ahora bien, un isótopo radiactivo es un isótopo que tiene un núcleo inestable. Como el núcleo de un isótopo radiactivo no es estable, sufrirá espontáneamente una desintegración radiactiva (o nuclear ) para convertirse en un nucleido hijo (también llamado isótopo hijo) que contiene un núcleo estable.

Por ejemplo, el isótopo radiactivo del Nitrógeno tiene un núcleo inestable, y sufre espontáneamente una desintegración beta para convertirse en un núcleo estable de oxígeno. Durante la desintegración beta, un tipo de desintegración radiactiva, se emite una partícula beta (o electrón) desde un núcleo atómico.

$$ ^{16}_{7}\text{N }\longrightarrow \text{ }^{0}_{-1}\text{e + }^{16}_{8}\text{O} $$

Veamos ahora la definición de datación radiactiva .

En términos más sencillos, en la datación radiactiva los científicos cuentan el número de isótopos padres y de isótopos hijos formados a partir de la desintegración nuclear para determinar cuántas vidas medias han transcurrido y proporcionar una sugerencia de la edad de un objeto.

Por ejemplo, el isótopo radiactivo potasio-40 tiene una semivida de 1.300 millones de años, lo que significa que la mitad de los átomos de la muestra de potasio-40 tardan 1.300 millones de años en desintegrarse en calcio-40 y argón-40.

$$ ^{40} {19} {texto{K} {longrightarrow ^texto{} {0} {-1} {texto{e + }^{40} {20} {texto{Ca} $$$

$$ ^{40}_{19}\text{K } |text{ + }^{0}_{-1}\text{e } \^{40}_{18}{text{Ar} $$

Técnicas de datación radiactiva

Dependiendo del objeto que los científicos intenten estudiar, pueden utilizarse distintas técnicas de datación radiactiva. Por ejemplo, el potasio-40 puede utilizarse en la datación de rocas de más de 100.000 años de antigüedad. Pero, ¿por qué potasio-40? Pues porque la mayoría de las rocas contienen potasio.

Sin embargo, el radioisótopo más utilizado en las técnicas de datación radiactiva es probablemente el carbono-14. El carbono-14 es un isótopo radiactivo del carbono que tiene una semivida de 5.720 años, y la razón por la que es muy útil en la datación de fósiles y algunas rocas es que tiene una semivida corta en comparación con otros átomos radiactivos. Así que, utilizando el carbono-14, los científicos pueden obtener una edad más precisa. Esta técnica se denomina datación por radiocarbono (^14C), y es útil para datar objetos hasta hace 40.000 años.

La siguiente figura muestra los isótopos estables e inestables del carbono (carbono-12 y carbono-13), incluida la desintegración radiactiva del isótopo inestable^14Cen ^14N. A medida que pasa el tiempo, el carbono-14 se desintegra en nitrógeno-14, ¡liberando mucha energía!

Otras técnicas de datación consisten en utilizar un sistema de uranio-plomo (U-Pb ) para datar rocas volcánicas, y renio-osmio (Re-Os) para datar meteoritos de hierro.

Método de datación radiactiva

Ahora que sabemos qué son los isótopos radiactivos y cómo pueden utilizarse en la datación radiactiva, vamos a profundizar en el método utilizado en el laboratorio para determinar la edad de una roca.

En este caso, se utiliza un espectrómetro de masas para medir el número de átomos de un elemento y determinar la abundancia de los isótopos padre e hija (relación padre/hija) presentes en la roca. A continuación, se calcula matemáticamente la edad de la roca utilizando la semivida de los isótopos radiactivos implicados.

Fórmula de datación radiactiva

Una vez que los geólogos determinan las abundancias isotópicas de cada elemento padre/hijo mediante el espectrómetro de masas, se puede utilizar la fórmula de datación radiactiva que se indica a continuación para hallar la edad de la roca.

$$ t = \frac{1}{\lambda}{texto{ln}(\frac{D}{P}) $$

Donde

• \( t \) es igual a la edad de la roca u objeto
• \( \lambda \) es la constante de desintegración
• \( D \) es el número de átomos del isótopo hijo
• \( P \) es el número de átomos del isótopo padre

Ahora, ¡pongamos en práctica esta fórmula! Supongamos que has encontrado una roca que contiene 0,200 mg de Pb-206 por cada 1.000 mg de U-238. Utilizando métodos de laboratorio, has averiguado que la roca tiene 1,000 mg de U-206 y 1,231 mg de U-238.

Como la semivida de la desintegración del U-238 en Pb-206 es de \( \text {4,5} \times \text {10}^{9} \) años y la constante de desintegración es de \( \text {1,5} \times \text {10}^{-10} \) ^años-1, ¿cómo podemos averiguar la edad de esa roca? ¡Averigüémoslo!

Por el problema, sabemos que el U-238 es el isótopo padre y el Pb-206 es el isótopo hijo formado a partir de la desintegración del núcleo del isótopo padre. Ahora sólo tenemos que introducir los valores en la fórmula de datación radiactiva.

$$ t = 1,5 veces 10^{-10}}{texto{ln}(\frac{1.000}{0,231}) = 1,7 veces 10^{9}{texto{ años} $$

Ejemplos de datación radiactiva

Por último, veamos algunos ejemplos relacionados con la datación radiactiva. Para predecir la edad de la Tierra, se puede utilizar la relación Rb/Sr. Según los investigadores, ¡la datación radiactiva sugiere que la Tierra tiene unos \( \text {4,53} \times \text {10}^{9} \) años!

Figura 4. Edad de la Tierra, Isadora Santos - StudySmarter Originals.

¡La datación radiactiva también se ha utilizado para determinar la edad de distintas montañas y volcanes! Por ejemplo, se descubrió que la edad de una roca encontrada en la cima del Gran Cañón, producida por una erupción volcánica, ¡era de 1.143 millones de años! Sin embargo, la datación radiactiva no siempre es correcta, y si hay contaminación, puede dar un resultado de fecha incorrecto.

Ahora, ¡espero que hayas podido comprender un poco mejor la datación radiactiva!