isotopos

Se denomina isótopos a los átomos de un mismo elemento, cuyos núcleos tienen una cantidad diferente de neutrones, y por lo tanto, difieren en número másico.se usa para indicar que todos los tipos de átomos de un mismo elemento químico (isótopos) se encuentran en el mismo sitio de la tabla periódica. Los átomos que son isótopos entre sí son los que tienen igual número atómico (número deprotones en el núcleo), pero diferente número másico (suma del número deneutrones y el de protones en el núcleo). Los distintos isótopos de un elemento difieren, pues, en el número de neutrones.

La mayoría de los elementos químicos tienen más de un isótopo. Solamente 21 elementos (por ejemplo berilio o sodio) poseen un solo isótopo natural. En contraste, el estaño es el elemento con más isótopos estables, 10.

Otros elementos tienen isótopos naturales, pero inestables, como el uranio, cuyos isótopos pueden transformarse o decaer en otros isótopos más estables, emitiendo en el proceso radiación, por lo que decimos que son radiactivos.

Los isótopos inestables son útiles para estimar la edad de variedad de muestras naturales, como rocas y materia orgánica. Esto es posible, siempre y cuando, se conozca el ritmo promedio de desintegración de determinado isótopo, en relación a los que ya han decaído. Gracias a este método de datación, se conoce la edad de la Tierra.

Todos los isótopos tienen el mismo número atómico pero difieren en el número másico.

Si la relación entre el número de protones y de neutrones no es la apropiada para obtener la estabilidad nuclear, el isótopo es radiactivo.

Por ejemplo, en la naturaleza el carbono se presenta como una mezcla de tres isótopos con números másicos 12, 13 y 14:¹²C, ¹³C y ¹⁴C. Sus abundancias respecto a la cantidad global de carbono son respectivamente 98,89 %, 1,11 % y en las bombas atomicas.

• Isótopos naturales. Los isótopos naturales son los que se encuentran en la naturaleza de manera natural. Por ejemplo el hidrógeno tiene tres isótopos naturales, el protio, el deuterio y el tritio. El tritio es muy usado en trabajos de tipo nuclear; es el elemento esencial de la bomba de hidrógeno.

Otro elemento que está formado por isótopos muy importantes es el carbono, que son el carbono-12, que es la base referencial del peso atómico de cualquier elemento, el carbono-13 que es el único carbono con propiedades magnéticas y el carbono-14 radiactivo, muy importante ya que su semivida es de 5730 años y se usa mucho en arqueología para determinar la edad de los fósiles orgánicos. El uranio-235 se usa en las centrales nucleares y en lasbombas atómicas.

• Isótopos artificiales. Los isótopos artificiales se producen en laboratorios nucleares por bombardeo de partículas subatómicas o en las centrales nucleares. Estos isótopos suelen tener una vida corta, principalmente por la inestabilidad y radioactividad que presentan. Uno de estos es el cesio, cuyos isótopos artificiales se usan en plantas nucleares de generación eléctrica. Otro muy usado es el iridio-192 que se usa para comprobar la hermeticidad de las soldaduras de tubos, sobre todo en tubos de transporte de crudo pesado y combustibles. Algunos isótopos del uraniocomo el uranio-233 también se usan en tecnología nuclear.

Los isótopos se subdividen en isótopos estables (existen menos de 300) y no estables o isótopos radiactivos (existen alrededor de 1200). El concepto de estabilidad no es exacto, ya que existen isótopos casi estables. Su estabilidad se debe al hecho de que, aunque son radiactivos, tienen un periodo de semidesintegración extremadamente largo comparado con la edad de la Tierra.

Los radioisótopos son isótopos radiactivos ya que tienen un núcleo atómicoinestable y emiten energía y partículas cuando se transforman (decaen) en un isótopo diferente más estable. La energía liberada al decaer puede detectarse con un contador Geiger o con una película fotográfica.

La principal razón de la inestabilidad está en el exceso de protones o neutrones. La fuerza nuclear fuerte, que une protones y neutrones entre sí, requiere que la cantidad de neutrones y protones esté cerca de cierta relación. Cuando el número de neutrones es superior al que requiere esta relación el átomo puede presentar decaimiento beta negativo. Cuando el átomo tiene un exceso de protones (defecto de neutrones) suele presentar decaimiento beta positivo.

Esto sucede porque la fuerza nuclear fuerte residual depende de la proporción de neutrones y protones. Si la relación está muy sesgada hacia uno de los extremos la fuerza nuclear débil responsable del decaimiento beta puede producir esporádicamente la pérdida de algún nucleón. Para números atómicos elevados (Z > 80) también se vuelve frecuente ladesintegración alfa (que casi es mucho más frecuente cuando además hay exceso de protones).

Cada radioisótopo tiene un periodo de semidesintegración o semivida característico. La energía puede ser liberada principalmente en forma de radiación alfa (partículas constituidas por núcleos de helio), beta (partículas formadas porelectrones o positrones) o gamma (energía en forma de radiación electromagnética).

Varios isótopos radiactivos inestables y artificiales tienen usos en técnicas de radioterapia en medicina. Por ejemplo, un isótopo del tecnecio (^99mTc, la "^m" indica que es un isómero nuclear metaestable) puede usarse para identificar vasos sanguíneos bloqueados.

Varios isótopos radiactivos naturales se usan en datación radiométrica para determinar cronologías, por ejemplo,arqueológicas.

Las siguientes son varias de las aplicaciones de diferentes isótopos en diversas áreas, como la medicina:

• 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.
• Arsénico-73. Se usa como trazador para estimar la cantidad de arsénico absorbido por el organismo y el arsénico-74 en la localización de tumores cerebrales.
• Bromo-82. Útil para hacer estudios en hidrología tales como determinación de caudales de agua, direcciones de flujo de agua y tiempos de residencia en aguas superficiales y subterráneas, determinación de la dinámica de lagos y fugas en embalses.
• Oro-198. De gran aplicación en la industria del petróleo: perforación de pozos para búsqueda de petróleo, estudios de recuperación secundaria de petróleo, que se adelantan en la determinación de producción incremental e industria petroquímica en general.
• Fósforo-32. Es un isótopo que emite rayos beta y se usa para diagnosticar y tratar enfermedades relacionadas con loshuesos y con la médula ósea.
• Escandio-46. Aplicable en estudios de sedimentología y análisis de suelos.
• Lantano-140. Usado en el estudio del comportamiento de calderas y hornos utilizados en el sector industrial.
• Mercurio-147. De aplicación en celdas electrolíticas.
• Nitrógeno-15. Se emplea a menudo en investigación médica y en agricultura. También se emplea habitualmente enespectroscopia de resonancia magnética nuclear (NMR).
• Yodo-131. Es uno de los radionucleidos involucrados en las pruebas nucleares atmosféricas, que comenzaron en 1945. Aumenta el riesgo de cáncer y posiblemente otras enfermedades del tiroides y aquellas causadas por deficiencias hormonales tiroideas.
• Radio-226. En tratamientos para curar el cáncer de la piel.

• En el marcado isotópico, se usan isótopos inusuales como marcadores de reacciones químicas. Los isótopos añadidos reaccionan químicamente igual que los que están presentes en la reacción, pero después se pueden identificar porespectrometría de masas o espectroscopia infrarroja. Si se usan radioisótopos, se pueden detectar también gracias a las radiaciones que emiten. Los procesos de separación isotópica o enriquecimiento isotópico representan un desafío.