Los componentes principales de un elemento son sus átomos, los átomos de diferentes elementos se diferencian entre sí en función del número atómico. Pero se pensó que los átomos de un elemento son iguales en todas partes, pero con los avances en química, se descubrió que los átomos de los mismos elementos también pueden diferir, no difieren en función de los protones o electrones, por lo que su atómica número es el mismo, pero pueden diferir en función de su número de masa.
Número de masa y números atómicos
El número de protones en el núcleo de un elemento químico es su número atómico. El número atómico del hidrógeno, por ejemplo, es 1. El número total de protones y neutrones en un átomo se denomina número de masa. El carbono, por ejemplo, tiene un número de masa de 12 (6 protones y 6 neutrones).
Isótopos
Los isótopos son variaciones de un elemento que tienen el mismo número de protones pero difieren en el número de neutrones en el átomo. Los isótopos tienen diferentes pesos debido al número impar de neutrones. Existen uno o dos isótopos estables para elementos con números atómicos impares, como el hidrógeno y el litio. Es probable que los elementos pares, como el azufre y el oxígeno, tengan al menos tres isótopos estables. El carbono, el helio y el berilio son las únicas excepciones.
Isótopos de Hidrógeno y Carbono
Los tres isótopos de hidrógeno estables son protio, deuterio y tritio. Todos tienen el mismo número de protones, pero tienen diferente número de neutrones. El tritio tiene dos neutrones, mientras que el deuterio solo tiene uno. El protio tiene cero neutrones, mientras que el deuterio tiene uno y el tritio tiene dos. El carbono tiene tres isótopos: Carbono-12 (isótopo estable), Carbono-13 y Carbono-14 (isótopo radiactivo), con pesos atómicos de 12, 13 y 14 respectivamente.
Tipos de isótopos
- Los isótopos son estables o radiactivos.
- Los isótopos que son radiactivos se llaman radioisótopos o radionúclidos.
- Los isótopos estables o nucleidos estables son isótopos que no se desintegran radiactivamente. En el planeta Tierra existen alrededor de 339 nucleidos o isótopos naturales.
- Hay 286 nucleidos primordiales que se cree que han existido desde la formación del Sistema Solar.
¿Qué son los isótopos radiactivos ?
Un átomo de un elemento es diferente de los átomos de otro elemento sobre la base de su número atómico, pero algunos átomos de los mismos elementos exhiben diferentes propiedades, como la radiactividad y el cambio en la masa molar promedio. Cuando se investigó, este cambio se debió al cambio en el número de masa de los átomos. El cambio en el número de masa se debe únicamente a la presencia de diferentes números de neutrones y, como los neutrones son eléctricamente neutros, no cambian el número atómico.
Los átomos de elementos que tienen el mismo número atómico pero diferente número másico se llaman isótopos.
Por ejemplo:
- El carbono tiene tres isótopos. Carbono-12, Carbono-13 y Carbono-14.
- Además, el Hidrógeno tiene tres isótopos: Protio ( 1 H 1 ), Deuterio ( 2 H 1 ) y Tritio ( 3 H 1 ).
Propiedades de los isótopos
- D 2 O (D denota deuterio) se llama agua pesada y se usa como moderador de neutrones en reactores nucleares.
- El tritio es radiactivo cuando los otros dos no lo son.
- El carbono-14 también es radiactivo y se usa en la datación por carbono (la datación por carbono es una técnica arqueológica para determinar la edad de los fósiles).
- Aparte de este oxígeno, el uranio y el torio también muestran una isotropía de gran importancia.
Aplicaciones de los isótopos radiactivos
- Campo médico: el cobalto-60 es una fuente de radiación utilizada en el tratamiento del cáncer para disminuir el crecimiento de la enfermedad. Otros isótopos radiactivos se utilizan como marcadores en la investigación y el diagnóstico metabólicos. El carbono-14 se usa en una prueba de aliento para detectar la bacteria Helicobacter pylori que causa úlceras.
- Industria: En la industria, los isótopos radiactivos se utilizan para determinar el espesor de láminas de metal o plástico, y la fuerza de las radiaciones que penetran en la sustancia que se estudia revela el espesor exacto. También se pueden utilizar para generar cantidades modestas de electricidad. Un ejemplo es el uso de plutonio-238 en naves espaciales.
¿Qué es la radioactividad?
La radiactividad es un fenómeno nuclear. En el que hay una emisión espontánea de radiaciones de los núcleos de los átomos durante su desintegración. El átomo generalmente se descompone y la energía se libera en forma de radiaciones alfa, beta y gamma.
En 1896 fue Sir Henry Becquerel quien descubrió el fenómeno de la radiactividad. En una habitación oscura una vez que salió se colocó una sal de uranio sobre una placa fotográfica envuelta en papel negro. Días después cuando investigó, se sorprendió al encontrar que la placa fotográfica había sido afectada. Más tarde se hizo la misma observación con las otras sales de uranio.
De estas observaciones concluyó que el uranio y el número de sus sales por sí mismos emiten algún tipo de radiación que puede atravesar la cubierta (ie papel negro, vidrio o madera, etc.) del exterior de la placa fotográfica y afectarla. Estas radiaciones se denominaron rayos de Becquerel. Más tarde renombrado como rayos alfa, beta y gamma.
Emisión radiactiva
Las sustancias radiactivas emiten tres tipos de radiaciones como se dijo anteriormente, debido al desequilibrio e inestabilidad en sus átomos debido al número variable de neutrones.
- Rayos Alfa: Son haces de partículas con carga positiva, o precisamente núcleos de helio ( 4 He 2 ). Cuando el número de neutrones es mayor que el del protón, el neutrón sobrante se convierte en protón y en este proceso se libera una partícula alfa, generalmente observada para elementos más pesados que el plomo. Esto da como resultado una disminución en el número de masa A y el número atómico Z.
- Rayos Beta: Estas son corrientes de partículas cargadas negativamente. Cuando un núcleo inestable contiene más neutrones que protones, un neutrón puede convertirse en un protón emitiendo un electrón. El electrón que sale del núcleo a gran velocidad se llama partícula beta. Este resultado aumenta el número atómico y no cambia el número másico.
- Rayos gamma: Los rayos gamma son flujos rápidos de partículas sin carga. A veces, después de que se descubre que la emisión alfa o beta es seguida por la emisión gamma. Ocurre cuando el núcleo hijo o el padre está en estado de excitación (es decir, tiene un exceso de energía). Esta energía adicional se libera en forma de radiación electromagnética conocida como radiación gamma (o fotón de rayos y). El rayo gamma no tiene masa y no tiene carga eléctrica, esto implica que no se pierden neutrones ni protones, por lo tanto, el núcleo no se desintegra en un núcleo diferente, es decir, no hay cambio en el número de masa A y el número atómico Z del núcleo. en emisión gamma.
Radioisótopos y condiciones para que los isótopos muestren radiactividad
En los isótopos el número de neutrones es mayor que el del átomo original, lo que añade una masa excesiva. Debido a la masa excesiva, los núcleos se vuelven inestables y en adelante se produce una explosión, provocando la disipación de energía en forma de ondas radiactivas.
Los isótopos tienen una combinación inestable de neutrones y protones o exceso de energía en su núcleo. se llaman isótopos radiactivos
La inestabilidad del núcleo puede ser natural o creada artificialmente al alterar los átomos. Algunos isótopos artificiales se producen en reactores nucleares o en ciclotrones. Ejemplos de radioisótopos naturales son el uranio-235 (alrededor del 99,3 % del uranio es radiactivo por naturaleza, solo el 0,7 % es uranio 238). Ejemplos de radioisótopos creados artificialmente son el flúor-18 y el molibdeno-99.
Usos de los isótopos radiactivos
El uso de los radioisótopos es muy amplio, se utilizan en diversos campos, sobre todo en la medicina, la conservación de alimentos, la esterilización y la investigación. Algunos utilizados se enumeran a continuación:
- Medicamentos: Radiofármacos, es decir, diagnóstico y terapia de un órgano específico. (el molibdeno-99 se descompone en tecnecio-99). El carbono-11 se usa en la tomografía por emisión de positrones, el yodo-123 y el yodo-131 se usan en imágenes para monitorear la función tiroidea y detectar la disfunción suprarrenal del cuerpo humano, el lutecio-177 y el samario-153 se usan en el diagnóstico y tratamiento de varios tumores del cuerpo humano.
- Investigación: Carbono-14 utilizado en la datación por carbono. El cloro-36 se utiliza para medir las fuentes de cloruro y la edad del agua (hasta 2 millones de años). y el Plomo-210 se usa para fechar capas de arena y suelo. Además, el uranio-235 se utiliza como combustible en reactores nucleares.
Ejemplos de preguntas
Pregunta 1: Nombre los tres tipos de radiación que se emiten en la desintegración radiactiva. ¿Cómo se desviarán en un campo eléctrico negativo?
Responder:
Los tres tipos de radiaciones que se emiten debido a la radiactividad son los rayos alfa, los rayos beta y los rayos gamma.
- Los rayos alfa tienen carga positiva, por lo que el campo eléctrico negativo los atraerá.
- Los rayos beta tienen carga negativa, por lo que serán repelidos por el campo eléctrico.
- Los rayos gamma no tienen carga, por lo que pasarán sin desviarse de su camino.
Pregunta 2: ¿Qué sustancia fue la primera en detectarse radiactiva? Además, indique sus isótopos.
Responder:
El uranio fue la primera sustancia radiactiva que se detectó. Tiene tres isótopos, U-238 (el más abundante), U-235, U-234.
Pregunta 3: ¿Cuál es la condición para la emisión de rayos gamma? ¿Hay un cambio en el número atómico después de una emisión gamma?
Responder:
Los rayos gamma se emiten cuando el núcleo excitado libera energía en forma de radiaciones y vuelve a un estado estable. No hay cambio en la configuración atómica porque solo se libera el exceso de energía que posee el núcleo.
Pregunta 4: ¿Qué isótopo de carbono se usa en la datación por carbono? Indique todos los isótopos del carbono.
Responder:
El carbono-14 se utiliza en la datación por carbono, ya que es el isótopo radiactivo del carbono. El carbono tiene tres isótopos naturales C-12, C-13, C-14.
Pregunta 5: ¿Todos los isótopos muestran radiactividad? si no, indique la condición específica.
Responder:
No todos los isótopos de todos los elementos no son radiactivos. Por ejemplo, de tres isótopos de hidrógeno, solo el tritio es radiactivo. No es posible predecir si un isótopo será radiactivo o no, aparte del hecho de que la radiactividad se muestra solo si hay una diferencia significativa entre el número de protones y neutrones.