¿Qué son los isótopos? – Definición, tipos y ejemplos

¿Qué son los isótopos?

Imaginemos un par de gemelos idénticos. Estos gemelos tienen el mismo temperamento y, como son idénticos, es muy difícil distinguirlos a menos que los examines de cerca. Cuando llega el momento de su examen físico anual, los gemelos deben subirse a una báscula y, cuando lo hacen, uno pesa un poco más que el otro. En términos de química, podemos decir que estos gemelos son como isótopos entre sí.

Los átomos y los elementos están hechos de protones, neutrones y electrones. El núcleo está formado por protones y neutrones, y los electrones rodean el núcleo, como se muestra en la siguiente ilustración. La suma del número de protones y el número de neutrones es igual a la masa atómica.

En un elemento dado, el número de neutrones puede ser diferente entre sí, mientras que el número de protones no lo es. Estas diferentes versiones del mismo elemento se denominan isótopos. Los isótopos son átomos con el mismo número de protones pero que tienen un número diferente de neutrones. Dado que el número atómico es igual al número de protones y la masa atómica es la suma de protones y neutrones, también podemos decir que los isótopos son elementos con el mismo número atómico pero diferentes números de masa.

Echemos un vistazo a un ejemplo.

Isótopos de hidrógeno

Los tres son todos isótopos de hidrógeno. Como puede ver, tienen el mismo número atómico, o número de protones, (número en la parte inferior izquierda del elemento) pero diferentes masas atómicas (número en la parte superior izquierda del elemento).

El número de neutrones se puede calcular calculando la diferencia entre la masa atómica y el número atómico. Podemos ver que para los isótopos de hidrógeno, tienen un número variable de neutrones. Para el protio, el número de neutrones es cero; para el deuterio, el número de neutrones es uno; y para el tritio, el número de neutrones es dos.

Volviendo a nuestra comparación con gemelos idénticos, podemos decir que estos tres isótopos de hidrógeno son como tripletes idénticos entre sí: pueden parecer idénticos por fuera, pero son diferentes por dentro y también tienen nombres diferentes.

Isótopos de carbono

Un elemento muy popular, el carbono, también tiene isótopos. Hay tres isótopos de carbono: carbono-12, carbono-13 y carbono-14. Los números que están después del carbono se refieren a la masa atómica.

El isótopo de carbono más común y abundante es el carbono 12. Al observar los porcentajes debajo de cada isótopo de carbono, vemos que casi el 98,9% del carbono que se encuentra está en forma de carbono-12. La forma menos abundante de carbono es el carbono 14, con una abundancia inferior al 0,0001%. Si calculamos el número de neutrones para cada isótopo de carbono, podemos ver que se diferencian entre sí. Para el carbono 12, tenemos 6 neutrones; para el carbono 13, tenemos 7 neutrones; y para el carbono 14, tenemos 8 neutrones.

Si miramos las masas atómicas de los elementos en la tabla periódica, puede notar que rara vez son números enteros, como ocurre con el carbono, donde la masa atómica es 12.011. Esto se debe a que la masa atómica del carbono se basa en las masas atómicas promedio de sus isótopos y la abundancia de cada isótopo.

Tipos de isótopos

Hay dos tipos principales de isótopos, y estos son isótopos radiactivos e isótopos estables. Los isótopos estables tienen una combinación estable de protones y neutrones, por lo que tienen núcleos estables y no sufren desintegración. Estos isótopos no presentan efectos peligrosos para los seres vivos, como los isótopos radiactivos.

Suelen ser útiles al realizar experimentos en el medio ambiente y en el campo de la geoquímica. Estos isótopos pueden ayudar a determinar la composición química y la edad de los minerales y otros objetos geológicos. Algunos ejemplos de isótopos estables son los isótopos de carbono, potasio, calcio y vanadio.

Los isótopos radiactivos tienen una combinación inestable de protones y neutrones, por lo que tienen núcleos inestables. Debido a que estos isótopos son inestables, se descomponen y, en el proceso, pueden emitir rayos alfa, beta y gamma.

Los isótopos radiactivos pueden ser útiles en diferentes industrias, como la alimentaria, la agricultura, la arqueología y la medicina. Por ejemplo, en la industria alimentaria, los alimentos que comemos se someten a un proceso llamado irradiación de alimentos, en el que se exponen a los rayos gamma. Esto mata las bacterias en la comida. En medicina, los isótopos radiactivos emiten rayos gamma para ayudar a detectar tumores. En arqueología, si un objeto contiene carbono y no estamos seguros de su edad, el isótopo de carbono, carbono-14, se usa para determinar su edad con un proceso llamado datación por radiocarbono.

Tipos de isótopos radiactivos

Existen diferentes tipos de isótopos radiactivos. Los isótopos radiactivos de larga duración se crearon cuando se formó el sistema solar y han estado presentes durante miles de millones de años. Ejemplos de isótopos radiactivos de larga duración incluyen potasio-40, rubidio-87 y uranio-238.

Los isótopos cosmogénicos se forman cuando la atmósfera reacciona con los rayos emitidos por las estrellas o cuando los materiales geológicos en la superficie de la Tierra son irradiados directamente por rayos cósmicos. El carbono 14, el cloro 36 y el hidrógeno 3, también conocido como tritio, son todos isótopos cosmogénicos.

Los isótopos antropogénicos son creados por el hombre o son el resultado de actividades humanas, como probar armas y procesar combustibles nucleares. Estos isótopos son útiles en los campos de la oceanografía y la hidrología, ya que se pueden utilizar para estudiar el flujo, las corrientes y las velocidades de sedimentación. Los isótopos antropogénicos incluyen algunos isótopos cosmogénicos, como el carbono-14, el cloro-36 y el hidrógeno-3, así como el criptón-85.

Los isótopos radiogénicos se producen cuando los isótopos sufren una desintegración radiactiva. Estos isótopos son útiles en el campo geológico, donde pueden ayudar a determinar la línea de tiempo de eventos geológicos y predecir fracturas. En hidrología, pueden servir como trazadores hidrológicos, ayudando a los científicos a determinar la trayectoria del flujo de agua y las tasas de flujo. Los ejemplos de isótopos radiogénicos incluyen argón-40 e hidrógeno-4.

Resumen de la lección

Los isótopos de un elemento son como diferentes versiones de un elemento: tienen el mismo número de protones pero diferente número de neutrones. A su vez, también podemos decir que los isótopos de un elemento tienen los mismos números atómicos pero diferente masa atómica. El número de neutrones se puede determinar tomando la diferencia entre la masa atómica y el número atómico. Las masas atómicas de los elementos que se reflejan en la tabla periódica se calculan a partir de promedios de los diferentes isótopos y su abundancia.

Hay dos tipos de isótopos: estables y radiactivos. Estos dos tipos de isótopos tienen muchos usos en diferentes industrias: médica, agrícola y alimentaria, entre otras. Los isótopos estables no se descomponen y no son dañinos para los seres vivos. Los isótopos radiactivos son inestables, por lo que se descomponen y son, en general, dañinos para los seres vivos. Hay cuatro tipos de isótopos radiactivos: antropogénicos, de larga duración, cosmogénicos y radiogénicos.

Los resultados del aprendizaje

Una vez que haya terminado, debería poder:

• Explica qué son los isótopos y cómo se producen.
• Compara las propiedades de los isótopos estables y radiactivos.
• Recuerde la utilidad de los isótopos estables y radiactivos.
• Nombrar los diferentes tipos de isótopos radiactivos.