Isótopo

De EcuRed
Isótopo
Información sobre la plantilla
Concepto:Se conoce como isótopo a las variedades de átomos que tienen el mismo número atómico y que, por lo tanto, constituyen el mismo elemento aunque tengan un diferente número másico. Los átomos que son isótopos entre sí tienen el mismo número de protones en el núcleo y ocupan el mismo lugar en la tabla periódica.

Isótopo. Es el conjunto de átomos de un mismo elemento que poseen diferente índice de masa e igual número atomico y se comportan quimicamente de igual forma. Son átomos de un mismo elemento, que de forma general poseen en sus núcleos además de protones, una cantidad de neutrones que hacen variar su masa, aunque estos no afectan sus propiedades químicas, la que es influenciada por la cantidad de protones (partículas cargadas positivamente en el núcleo) y por los electrones (partículas cargadas negativamente)de su envoltura) .

Contenido

Etimología

La palabra isótopo proviene del vocablo iso que significa igual y de topo que significa suelo, tierra.

La etimología hace alusión a que los isótopos poseen el mismo (iso) número atómico (Z) o cantidad de protones, que es la base o piso (suelo) para que el elemento químico sea el mismo y no varíe en cuanto a su principal cualidad que la define el núcleo.

Éste se refiere al lugar de orden de cierto elemento en el sistema periódico, la mayoría de los elementos químicos naturales no son isotópicamente puros.

El estaño (Sn), por ejemplo, está constituido por una mezcla de 10 isótopos diferentes, en tanto que sólo 22 de los 90 elementos naturales, están conformados por un solo tipo de átomos, entre ellos el Helio (He).

Historia

Los estudios sobre la diferenciación de la estructura de los núcleos atómicos comenzaron junto con el siglo XX. Los experimentos realizados indicaban que las sustancias radiactivas químicamente inseparables podrían diferenciarse sólo en su núcleo.

En 1912, Sir Joseph Thomson, físico británico, demostró que algunos isótopos son estables. Su experiencia consistió en pasar neón (Ne) a través de un tubo luminoso y desviando los iones de neón mediante campos eléctricos y magnéticos; esto demostró que el neón existe en más de una forma. Fue así como Thomson encontró dos isótopos del Neón Ne−20 y Ne−22.

Otros experimentos demostraron que el neón existente en la naturaleza contiene:

• 90% de neón−20

• 0,27% de neón−21

• 73% de neón−22

Francis William Aston, físico británico, continuó con el estudio de isótopos. Un instrumento llamado espectrómetro de masas ayudó a detectar y estudiar los isótopos mayormente. Este instrumento, desarrollado en 1919 por Aston, usaba un haz de iones con carga positiva (+), que se desviaba en primer lugar mediante un campo eléctrico y que a continuación se desviaba en la dirección opuesta con un campo magnético.

La cantidad de partículas resultantes de la deflexión o frenado se registraba en una placa fotográfica, y dependía de su masa y velocidad. Cuanto mayor era la masa del ión, menor era su deflexión. Aston midió las masas moleculares de los isótopos de muchos elementos, y comprobó la abundancia relativa de ellos en la naturaleza.

La mayoría de los elementos en estado natural consisten en una mezcla de dos o más isótopos. Algunas excepciones son el Berilio (Be), Aluminio (Al), Fósforo (P) y Sodio (Na) También hoy en día se desarrollan isótopos radiactivos artificiales o radioisótopos.

Fueron producidos en 1933 por los franceses Irène Curie y Frédéric Joliot−Curie. Los radioisótopos se obtienen bombardeando átomos existentes en la naturaleza con partículas nucleares como neutrones, electrones, protones y partículas alfa, utilizando aceleradores de partículas.

¿Que son los Isótopos?

Se conoce como isótopo a las variedades de átomos que tienen el mismo número atómico y que, por lo tanto, constituyen el mismo elemento aunque tengan un diferente número másico. Los átomos que son isótopos entre sí tienen el mismo número de protones en el núcleo y ocupan el mismo lugar en la tabla periódica.

La mayoría de los elementos químicos cuentan con más de un isótopo. Apenas 21 elementos, como el sodio, tienen un único isótopo natural. Es posible dividir los isótopos en isótopos estables e isótopos no estables o radiactivos.

Para que un isótopo sea radiactivo, debe exhibir una relación entre el número de protones y de neutrones que no resulte propicia para mantener la estabilidad nuclear. La noción de estabilidad, de todas maneras, no es muy precisa ya que hay isótopos que son casi estables gracias a un tiempo de neutralización extremadamente largo.

El isótopo radiactivo tiene un núcleo atómico inestable ante el balance entre neutrones y protones. Esta misma característica hace que emita energía cuando muta de forma hacia condiciones más estables. Los isótopos no estables tienen un periodo de desintegración donde la energía es emitida en forma de rayos beta (electrones o positrones), alfa (núcleos de helio) o gamma (energía electromagnética).

Aplicaciones de los isótopos radiactivos

Medicina

En medicina la radiación de alta energía emitida por el radio fue utilizada durante mucho tiempo en el tratamiento del cáncer. Actualmente se usa el cobalto-60 para el tratamiento del cáncer porque emite una radiación con más energía que la que emite el radio y es más barato que este.

En medicina se usa el tratamiento con cobalto-60 para detener ciertos tipos de cáncer con base en la capacidad que tienen los rayos gamma para destruir tejidos cancerosos. El cobalto-60 se desintegra emitiendo partículas beta y rayos gamma, y tiene una vida media de 5.27 años. Su proceso de desintegración se representa mediante la ecuación química nuclear:


2760Co ----> 2860Ni + -10b + 00g .       t 1/2 = 5.27 años

Ciertos tipos de cáncer se pueden tratar internamente con isótopos radiactivos, como el cáncer de tiroides, como el yodo se va a la glándula tiroides, se trata con yoduro de sodio (NaI) que contenga iones de yoduros radiactivos provenientes del yodo-131 o del yodo-123. Allí la radiación destruye a las células cancerosas sin afectar al resto del cuerpo.

Para detectar desórdenes circulatorios de la sangre se utiliza una solución de cloruro sódico (NaCl) que contenga una pequeña cantidad de sodio radiactivo y midiendo la radiación el médico puede saber si la circulación de la sangre es anormal.
Para el estudio de los desórdenes cerebrales se utiliza una tomografía de emisión de protones conocida como PET.

Se le administra al paciente una dosis de glucosa (C6H12O6) que contenga una pequeña cantidad de carbono-11 (11C), que es radiactivo y emite positrones, luego se hace un barrido del cerebro para detectar los positrones emitidos por la glucosa radiactiva “marcada”.

Se establecen las diferencias entre la glucosa inyectada y metabolizada por los cerebros normales y los anormales. Por ejemplo, con la técnica PET se ha encontrado que el cerebro de un esquizofrénico metaboliza alrededor de un 20 % de la glucosa que metaboliza un individuo normal.
Algunos radioisótopos utilizados en medicina.

Arsénico-74
Cobre-64
Radio-226
Astato-211 Estroncio-90 Radón-222
Bismuto-206
Europio-152
Sodio-24
Boro-10
Tantalio-182
Boro-11
Fierro-55
Tecnecio-99
Bromo-82
Fierro-59
Tulio-170
Carbono-14
Fósforo-32
Xenón-133
Cerio-144
Itrio-90
Yodo-131
Cesio-137
Litio-6
Yodo-132
Cromo-51
Litio-7
Oro-198
Cobalto-60
Nitrógeno-15


Química

Una de las primeras aplicaciones de los isótopos radiactivos en química fue en el estudio de las velocidades de una reacción reversible para establecer las condiciones de equilibrio. Por ejemplo, para conocer el equilibrio en una solución saturada de cloruro de plomo II (PbCl2). La ecuación química que representa el equilibrio de esta solución es:
PbCl2(S) ----> Pb2+(ac) + 2 Cl1-(ac)

Se usa el isótopo radiactivo de plomo-212 para comprobar que los procesos de disolución y de precipitación se producen a la misma velocidad. Se agrega a una solución saturada de cloruro de plomo II una pequeña cantidad de nitrato de plomo II que contenga el isótopo plomo-212.

Un tiempo después se precipita plomo, lo que indica que se está produciendo un intercambio entre el cloruro de plomo sólido y el ión plomo +2 de la solución. En estudios de química orgánica se usan los isótopos radiactivos como trazadores o rastreadores (por ejemplo, carbono-14)  para conocer los mecanismos de reacciones complejas como las de la fotosíntesis, en la que en varias etapas se van formando moléculas más complejas.

Para el estudio de la trayectoria de las reacciones químicas en la fotosíntesis se nutre a la planta con dióxido de carbono (CO2) que contiene carbono-14. Por esto, el químico norteamericano Melvin Calvin (1911) obtuvo el Premio Nobel de Química en 1961, aclaró una parte del proceso químico de la fotosíntesis y de los productos intermedios que se producen (ciclo de Calvin)

Datación

Las mediciones de la radiactividad se usan para determinar la edad de los minerales y de restos fósiles (datación). Por ejemplo, la existencia de núcleos radiactivos naturales sobre la superficie de la Tierra sugiere que sus vidas medias son comparables con las edades de los minerales en los cuales se encuentran, y estos proporcionan una estimación de la edad de la Tierra.

Como los isótopos radiactivos se usan para determinar el tiempo que hace que se solidificaron las rocas (edad de las rocas) se les conoce como “los relojes naturales”. Por ejemplo, si una roca contenía uranio-238 al solidificarse los productos de la desintegración radiactiva del uranio no pueden escapar por difusión, por lo que quedan retenidos en la roca, y se transforman en plomo-206. Para conocer la vida media (t1/2) de la roca se necesita conocer la reacción química global del proceso y la relación actual entre el plomo-206 y el uranio-238 en la roca, y es:
92 238U ----> 82 206Pb + 8 24He + 6 -10e            t 1/2 = 4.5x109 años.
La reacción de desintegración es de primer orden, por lo que, la ecuación que relaciona la concentración y el tiempo de reacción es: ln Ci/Cf = kt o log Ci/Cf = kt/2.3; donde Ci es la concentración inicial de reactivo, Cf es la concentración final de reactivo, t es el tiempo que tarda en descender la concentración del reactivo inicial y k es la relación de la velocidad de reacción entre la concentración inicial del reactivo y se conoce como la constante de velocidad.

La edad de las rocas determinada por este método varía entre 3x109 años y 4x109 años. El valor más alto se toma como la edad aproximada de la Tierra (cuatro mil quinientos millones de años).

Fuentes