¿Qué son los isótopos?

Un átomo es la unidad más pequeña de un elemento que consta de protones (carga positiva), electrones (carga negativa) y neutrones (neutro). Los protones son partículas cargadas positivamente y los electrones son partículas cargadas negativamente que determinan la valencia del elemento. Un átomo se puede dividir en dos regiones, la primera es el núcleo que contiene protones y neutrones, y otra es la capa externa que transporta electrones. Los electrones de un átomo siguen girando alrededor del núcleo en su propia órbita, tal como podemos ver en el sistema solar, donde los planetas siguen girando alrededor del Sol. Los protones y los neutrones comparten una masa similar, pero los electrones tienen una masa comparativamente insignificante que el protón o el neutrón. La masa atómica está totalmente determinada por el núcleo, ya que lleva protones y neutrones.

¿Qué es un isótopo?

Los isótopos son diferentes tipos de elementos que tienen el mismo número de protones pero un número diferente de neutrones. El carbono, el potasio y el uranio, por ejemplo, tienen numerosos isótopos naturales. Los isótopos se caracterizan primero por su elemento, luego por el total de sus protones y neutrones. 

La estabilidad de los isótopos varía. El carbono-12 ( ¹² C) es el isótopo de carbono más frecuente y representa el 98,89 % de todo el carbono de la Tierra. El carbono-14 (1 ⁴ C) es un elemento inestable que existe solo en pequeñas cantidades. Se sabe que los isótopos inestables liberan partículas alfa (He ²⁺ ) y electrones. A través de un proceso conocido como desintegración radiactiva, se pueden liberar neutrones, protones y positrones y se pueden recolectar electrones para lograr una configuración atómica más estable (menor cantidad de energía potencial). Los átomos recién formados pueden estar en un estado de alta energía y liberar rayos gamma, reduciendo la energía pero sin convertir el átomo en un isótopo diferente. Estos átomos se conocen como isótopos radiactivos.

Analicemos ahora los isótopos de diferentes elementos como hidrógeno, carbono, oxígeno y neón como se muestra a continuación:

Isótopos de Hidrógeno 

El hidrógeno tiene el número atómico uno y es el primer elemento de la tabla periódica. Los isótopos son elementos que tienen el mismo número atómico pero diferente número másico. Hay tres isótopos de hidrógeno: protio ¹ H ₁ , deuterio ¹ H ₂ o D y tritio ¹ H ₃ o T. Debido a la cantidad variable de neutrones en ellos, los isótopos difieren.

El hidrógeno tiene tres isótopos naturales, que se representan con las letras ¹ H, ² H y ³ H. En el laboratorio se han producido otros núcleos muy inestables ( ⁴ H a ⁷ H), pero no se han detectado en la naturaleza. Cada isótopo tiene características distintas. Estos isótopos han sido ampliamente utilizados hasta la fecha.

Los tres isótopos de hidrógeno se discuten brevemente a continuación:

• Protium ( ¹ H ₁ ): Protium recibe su nombre formal de su estructura, ya que consta de un solo protón. Protium se denota ¹ H. Es el isótopo más común, ya que su abundancia es del 99,98 % en la naturaleza. Es un isótopo estable con una masa atómica de 1.007825 amu. Son combustibles y se pueden combinar con otros átomos o compuestos.

• Deuterio ( ² H ₁ ): El deuterio es uno de los isótopos estables del hidrógeno, también conocido como ² H. El núcleo del deuterio consta de un protón y un neutrón en su núcleo. Su masa es el doble del protio. El deuterio no es radiactivo, por lo que no afecta negativamente a los humanos. También se le conoce como agua pesada. Generalmente, el agua pesada se utiliza como moderador de neutrones. El deuterio también es aplicable para la espectroscopia de RMN y se utiliza como prototipo de reactor de fusión.

• Tritio ( ³ H ₁ ): El tritio es el isótopo natural más estable del hidrógeno. También se conoce como ³ H. Se preparó por primera vez bombardeando con deuterio en 1935. Consta de un protón con carga positiva y dos neutrones con carga negativa. El tritio se descompone en partículas muy ligeras que automáticamente se transforman en helio. Se forma en la atmósfera superior por la reacción de los rayos cósmicos y la interacción con los gases presentes en la atmósfera. El tritio se utiliza para fabricar pinturas luminosas y dispositivos de iluminación autoalimentados. También se utiliza como radiomarcador en experimentos de radiomarcaje, así como en secundarias de bombas de hidrógeno.

Isótopos de Carbono

El carbono tiene 15 isótopos conocidos, entre los cuales el carbono-12, el carbono-13 y el carbono-14 son los principales isótopos naturales. Son estables y ocurren naturalmente.

• Carbono-12: El carbono 12 se seleccionó inicialmente para reemplazar el oxígeno, ya que consta de 6 protones, 6 neutrones y 6 electrones. El carbono-12 es el isótopo más amplio del carbono, y representa el 98,93 % del elemento carbono. Simbólicamente, está representado por ¹² C. El carbono 12 se usa para definir mol como una sustancia o elemento. Su masa isotópica cuenta 12u. Se utiliza como patrón a partir del cual se mide la masa atómica de todos los nucleidos.
• Carbono-13: El carbono-13 es un isótopo estable que se utiliza especialmente para la investigación médica y la investigación fisiológica. Su abundancia natural es del 1,109%. Contiene seis protones y siete neutrones. La masa isotópica del carbono-13 es 13,035u. Simbólicamente, está representado por ¹³ C. Se utilizan en pruebas de diagnóstico médico.
• Carbono-14: El carbono-14, también conocido como radiocarbono, es un isótopo radiactivo de carbono descubierto por Martin Kamen y Sam Ruben en 1940. Contiene seis protones y ocho neutrones. Se utilizan para la datación por radiocarbono y el radiomarcaje. El carbono-14 también se usa en el campo médico para una prueba de aliento para detectar bacterias que causan úlceras. Simbólicamente, está representado por ¹⁴ C. Su masa isotópica es de 14,10032u.

Isótopos de Oxígeno

El oxígeno consta de 16 isótopos en los que hay tres isótopos principales: oxígeno-16, oxígeno-17 y oxígeno-18. El oxígeno-16 es el isótopo más estable entre ellos. Entonces, los isótopos de oxígeno se describen brevemente a continuación: 

• Oxígeno-16: El oxígeno-16 es el isótopo de oxígeno más estable y tiene una abundancia natural del 99,76 %. Consta de ocho protones y ocho neutrones. Tiene una masa de 15,994914619 u. Aporta el 99% del oxígeno natural. Simbólicamente, el oxígeno-16 está representado por  ¹⁶ O. El N-13 radiactivo se produce mediante el uso de oxígeno-16, que se usa para imágenes PET y perfusión miocárdica.
• Oxígeno-17: El isótopo estable y natural de oxígeno que tiene poca abundancia se conoce como oxígeno-17. Consta de 8 protones y 9 neutrones. Simbólicamente, está representado por ¹⁷ O. Su masa isotópica es de 16,9991315 u. Se utiliza en el campo de la investigación médica y ayuda a mejorar la práctica de los medicamentos en el campo de la neurología y la cardiología. 
• Oxígeno- 18: El oxígeno-18 es un isótopo ambiental estable. También se denomina generalmente oxígeno pesado. Simbólicamente está representado por ¹⁸ O. Consta de 8 protones y 10 neutrones en su núcleo. La abundancia natural de Oxígeno -18 es de 0,2% y su masa isotópica es de 17,9991610 u. Se utiliza generalmente en las industrias farmacéuticas. También se utiliza para producir agua pesada mediante la combinación de oxígeno-18 y tritio.

Isótopos de neón

El neón es el segundo gas noble más ligero que tiene 20 isótopos. Tiene tres isótopos principales que son neón-20, neón-21 y neón-22. Los otros 17 isótopos de neón no son isótopos radiactivos de larga vida.

• Neon-20: Neon-20 es el principal isótopo estable de neón. Consta de diez protones y diez neutrones. Simbólicamente, está escrito como ²⁰ Ne. Su masa atómica es 19,99244018 amu La abundancia natural de Neon-20 oscila entre el 90,48%. Se utiliza para producir F-18. Neon-20 también se usa para estudiar física cuántica en Masters.
• Neon-21: Neon-21 es uno de los isótopos naturales estables de neón. Su representación simbólica está dada por    ²¹ Ne. La abundancia natural de Neon-21 es 0,27%. Tiene 3/2 giro y por lo tanto es cuadrúpedo. Su masa atómica es 20,99 amu Neon-21 es un isótopo natural.
• Neon-22: Neon-22 es un isótopo estable con una abundancia natural del 9,25%. Está compuesto por diez protones y 12 neutrones. Simbólicamente, está escrito como ²² Ne. La masa atómica del neón-22 es 21,9913851 amu. Se utilizan en tubos de vacío, tubos de televisión, tubos de ondas, etc.

Problemas de muestra 

Problema 1: ¿Qué isótopo de hidrógeno es menos radiactivo?

Solución:

El tritio es el isótopo más estable del hidrógeno. Por lo tanto, es el menos radiactivo entre todos los isótopos de hidrógeno producidos por científicos e investigadores, ya que son volátiles y no pueden existir libremente.

Problema 2: ¿Qué quiere decir con hidrógeno pesado?

Solución:

El rust de deuterio se conoce como hidrógeno pesado ya que el deuterio tiene moléculas de agua enriquecidas en lugar de hidrógeno normal. No tiene propiedades radiactivas.

Problema 3: ¿Cuál es el isótopo más común del hidrógeno?

Solución:

El protio es el isótopo de hidrógeno que se encuentra comúnmente. Se llama así porque consta de un solo protón. Su número atómico. es igual a su masa atómica y representa casi el 99 por ciento del hidrógeno universal.

Problema 4: ¿Qué causa un isótopo?

Solución :

Los átomos de un mismo elemento con distinto número de neutrones se denominan isótopos. Los elementos contienen uno o más isótopos radiactivos. Sus núcleos son inestables, se rompen o declinan y emiten radiación.

Problema 5: ¿Por qué existen los isótopos?

Solución:

Los isótopos existen porque diferentes elementos tienen diferentes tipos de átomos que se denominan isótopos. Tienen el mismo número de protones, pero diferente número de neutrones.

Problema 6: ¿Cómo se aplican los isótopos?

Solución:

Todos los isótopos de un elemento tienen un comportamiento similar, pero los isótopos inestables experimentan una disminución espontánea debido a la cual emiten radiación y alcanzan un estado estable. La actividad de radioisótopos es útil para:

• Conservación de los alimentos
• Identificación arqueológica abyecta
• Diagnóstico y tratamiento médico, etc.

Problema 7: ¿Todos los isótopos son radiactivos?

Solución:

Aquellos elementos con números atómicos de más de 83 son radioisótopos, lo que significa que tienen núcleos inestables y son radiactivos.