¿Has oído hablar alguna vez de la datación por carbono? La datación por carbono es una técnica muy utilizada por los arqueólogos para averiguar la edad de objetos antiguos derivados de plantas o animales. Este proceso consiste en determinar la cantidad de carbono-14, un isótopo radiactivo del carbono.
Así que, si te interesa saber más sobre los isótopos radiactivos, ¡sigue leyendo!
Primero aprenderemos qué son los Isótopos no radiactivos.
Después, aprenderemos qué son los isótopos radiactivos y veremos algunos ejemplos.
Después, hablaremos de la vida media de los radioisótopos.
Por último, exploraremos algunos usos de los isótopos radiactivos.
Isótopos no radiactivos
Empecemos hablando de los isótopos. Todos los elementos pueden tener isótopos, que son formas de ese elemento que tienen el mismo número de protones pero difieren en el número de neutrones de su núcleo.
Losátomos de un mismo elemento que varían en el número de neutrones de su núcleo se llaman isótopos.
Lanotación atómica de un isótopo es la siguiente \( ^{A}_Z\text {X} \), donde A es el número másico del isótopo, Z es el número atómico y X es el símbolo químico del elemento.
El númeromásico es el númerode protones + neutrones.
Elnúmero atómico es el número de protones del núcleo atómico del elemento.
Por ejemplo, el hidrógeno tiene tres isótopos naturales: \( ^{1}_1\text {H} \), \( ^{2}_1\text {H} \) y \( ^{3}_1\text {H} \), siendo el \( ^{1}_1\text {H} \) el isótopo más abundante del hidrógeno (99,985%) . En términos de notación de masas, los escribiríamos como hidrógeno-1, hidrógeno-2 e hidrógeno-3, donde el número que aparece junto al nombre del elemento es simplemente la masa atómica del isótopo.
El hidrógeno-1, también llamado protio, contiene un protón (y, en consecuencia, un electrón) y cero neutrones en su núcleo. El hidrógeno-2, también llamado deuterio, tiene 1 protón, 1 electrón y 1 neutrón. El hidrógeno-3, también llamado tritio, tiene un protón, un electrón y 2 neutrones.
Como estos isótopos tienen masas diferentes, se comportan de forma distinta en las reacciones químicas. Por ejemplo, una molécula de agua que posea un átomo \( ^{2}_1\text {H} \text {O}) sufrirá una evaporación más lenta que una molécula de agua con un átomo \( ^{1}_1\text {H} \text {O}) porque es más pesada que \( ^{1}\text {H}_2 \text {O} \text {O}). Los factores afectados por la composición isotópica de una molécula son, entre otros, el punto de congelación, el punto de ebullición y la presión de vapor.
El punto de fusión de \( ^{1}\text {H}_2 \text {O} \) es de 0,00 °C a 760 torr, mientras que el punto de fusión de \( ^{2}\text {H}_2 \text {O} \) es igual a 3,81 °C a 760 torr.
Los isótopos que poseen unnúcleo estable se conocen como isótopos no radiactivos. Cuando un isótopo es estable, significa que su núcleo no sufrirá espontáneamente lo que se denominadesintegraciónradiactiva .
Ladesintegración radi activa es el proceso por el que el núcleo de un átomo se desintegra espontáneamente, liberando partículas nucleares y radiación en el proceso.
Los elementos que suelen tener dos o más isótopos estables son los que tienen un peso atómico bajo, ¡como el hidrógeno, el nitrógeno, el oxígeno, el azufre y el carbono! La imagen siguiente muestra los isótopos estables del oxígeno: oxígeno-16, oxígeno-17 y oxígeno-18.
Pero, ¿cómo sabemos si un isótopo se considera no radiactivo (estable) o radiactivo (inestable)? Pues depende de si ese isótopo se encuentra en relación con el cinturón de estabilidad. Si el isótopo se encuentra en el cinturón de estabilidad, ¡será no radiactivo!
El cinturón de estabilidad es la región que abarca todos los nucleidos no radiactivos.
El cinturón de estabilidad nos dice que los isótopos más ligeros (isótopos con hasta 20 protones) son más estables cuando la relación número de neutrones/número de protones es cercana a 1. No entraremos en más detalles por el momento.
Ejemplos de isótopos radiactivos
Ahora que ya sabes qué son los isótopos no radiactivos, vamos a sumergirnos en los isótopos radiactivos. Los isótopos radiactivos son isótopos inestables.
Losisótopos radiactivos son isótopos que sufren una desintegración nuclear espontánea para convertirse en un isótopo estable (y acercarse al cinturón de estabilidad).
Durante la desintegración nuclear, se emite radiación por la emisión de partículas nucleares. Existen distintos tipos de desintegración nuclear que puede experimentar un isótopo.
Si un isótopo radiactivo tiene una relación neutrón/protón elevada (número másico elevado en comparación con el número másico de la Tabla Periódica), se encontraría por encima del cinturón de estabilidad y sufriría una desintegración beta (β). En la desintegración beta, el núcleo pierde un neutrón y gana un protón.
Un núcleo con una relación neutrón/protón baja (número másico inferior al de la Tabla Periódica) se encontraría por debajo del cinturón de estabilidad y sufriría emisión de positrones o captura de electrones. En este caso, el núcleo gana un neutrón y pierde un protón.
Los núcleos con número atómico > 83 tienden a sufrir desintegración alfa (α), perdiendo dos protones y dos neutrones.
Para una explicación detallada de la desintegración radiactiva, consulta"Equilibrar las ecuaciones nucleares".
Veamos algunos ejemplos de isótopos radiactivos, también conocidos como radioisótopos. El tritio (\( ^{3}_1\texto {H} \) ) es un isótopo radiactivo del hidrógeno. El tritio se utiliza en la fabricación de pinturas que brillan en la oscuridad, y también en las bombas H.
Otro isótopo radiactivo común es el nitrógeno-16 (^{16}_7\text {N} \) ). El nitrógeno-16 tiene una masa superior a la masa del nitrógeno en la tabla periódica (14), por lo que lo más probable es que su núcleo sufra una desintegración beta y tenga un núcleo como el del oxígeno.
El carbono-12 (\( ^{12}_6\text {C} \) ) y el carbono-13 (\( ^{13}_6\text {C} \) ) se consideran isótopos estables del carbono. Sin embargo, hay algunos isótopos del carbono que se consideran inestables y, por tanto, radiactivos.
El carbono-14 es un isótopo radiactivo del carbono (\( ^{14}_6\text {C} \) ). Tiene 6 protones y 8 neutrones y lo más probable es que sufra una desintegración beta para desintegrarse en un isótopo estable (no radiactivo): el nitrógeno-14.
Se denomina vida media de un isótopo radiactivo al tiempo que tarda en desintegrarse \( \frac{1}{2}\) una muestra de radioisótopo.
Por ejemplo, el yodo-131( \(^{131}_{53}\text{I} \)) es un isótopo radiactivo del yodo que sufre una desintegración beta, produciendo el isótopo no radiactivo \ ( ^{131}_{54}\text {Xe} \) y liberando una partícula beta (electrón). La semivida de este isótopo radiactivo es de 8,0 días.
Por tanto, si empezaste con 10,0 mg de yodo-131, al cabo de 8,0 días tendrías 5,00 mg de yodo-131. Después de 2 semividas (16 días), ¡tendrías 2,5 mg de yodo-131!
Veamos un ejemplo de problema.
Supón que tienes una muestra que contiene 12,0 mg de fósforo-32. Este radioisótopo tiene una semivida de 14,3 días. ¿Cuántos miligramos de P-32 esperarías tener en la muestra al cabo de 57,2 días?
En primer lugar, tenemos que averiguar cuántas semividas de P-32 hay en 57,2 días. En 57,2 días, el fósforo-32 experimenta 4 semividas (\( \frac{57,2}{14,3} = 4 \))
Ahora bien, como en cada semivida decae la mitad del radioisótopo, después de 4 semividas te quedarían 0,75 mg de fósforo-32.
Usos de los isótopos radiactivos
Para terminar, hablemos de los usos de los isótopos radiactivos. Como dijimos al principio, el carbono-14 se utiliza en laDatación por Carbono.
Por ejemplo, para averiguar la antigüedad de un hueso animal o humano, se utiliza la semivida del carbono-14 (5730 años). Por ejemplo, un hueso de un animal prehistórico con un 25% de la actividad del carbono-14 significaría 2 vidas medias. Por tanto, la cantidad de años transcurridos desde que murió ese animal sería de 11.000 años.
Los isótopos radiactivos también tienen usos en medicina. Por ejemplo, un isótopo radiactivo del galio, \( ^{68}\text {Ga} \), se utiliza en la detección del cáncer de páncreas, mientras que el \ ( ^{67}\text {Ga} \) se utiliza en la obtención de imágenes abdominales y también para la detección de tumores.
El fósforo-32 se utiliza en el tratamiento de la leucemia, el exceso de glóbulos rojos y también el cáncer de páncreas. Otro isótopo radiactivo, el Itrio-90, se utiliza en el tratamiento del cáncer de hígado. Actualmente, para ladetección de lesiones óseas, y también en las exploraciones cerebrales, se utiliza habitualmente el Estroncio-85.
¡Esperemos que no estés más seguro de tus conocimientos sobre los isótopos radiactivos!
Isótopos radiactivos - Puntos clave
Losátomos de un mismo elemento que varían en el número de neutrones de su núcleo se denominan isótopos
Los isótoposque poseen unnúcleo estable se conocencomoisótopos no radiactivos.
Los isótoposradiactivos son isótopos que sufren una desintegración nuclear espontánea para convertirse en un isótopo estable (y acercarse al cinturón de estabilidad).
Se denomina vida media de un isótopo radiactivo al tiempo que tarda en desintegrarse ( \frac{1}{2} \) una muestra de radioisótopo.
Referencias
House, J. E., y Kathleen Ann House. (2016b). Química Inorgánica Descriptiva. Amsterdam ; Boston ; Heidelberg ; Londres ; Nueva York ; Oxford ; París ; San Diego ; Singapur ; Sidney ; Tokio Elsevier.
Timberlake, K. C., & Orgill, M. (2019). Química general, orgánica y biológica : estructuras de la vida. Pearson.
Moore, J. T., & Langley, R. (2021b). McGraw Hill : Química AP, 2022. Mcgraw-Hill Educación.
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Lily Hulatt is a Digital Content Specialist with over three years of experience in content strategy and curriculum design. She gained her PhD in English Literature from Durham University in 2022, taught in Durham University’s English Studies Department, and has contributed to a number of publications. Lily specialises in English Literature, English Language, History, and Philosophy.
Gabriel Freitas is an AI Engineer with a solid experience in software development, machine learning algorithms, and generative AI, including large language models’ (LLMs) applications. Graduated in Electrical Engineering at the University of São Paulo, he is currently pursuing an MSc in Computer Engineering at the University of Campinas, specializing in machine learning topics. Gabriel has a strong background in software engineering and has worked on projects involving computer vision, embedded AI, and LLM applications.