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.

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.

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 denominadesintegración radiactiva .

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 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.

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.

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.

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

Isótopos radiactivos del carbono

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.

$$ ^{14}_{6}\text{C }\longrightarrow \text{ }^{0}_{-1}\text{e + }^{14}_{7}\text{N} $$

Vida media de los isótopos radiactivos

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.

$$ ^{131}_{53}\text{I }\longrightarrow \text{ }^{0}_{-1}\text{e + }^{131}_{54}\text{Xe} $$

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.

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 la Datación 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.

$$ 2,0 \text{ semividas} {veces \frac{5730\text{ años}} {1 \text{ semivida}} = 11.000 \text{ años}} $$

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!