DESARROLLO

DESARROLLO

DEFINICION:

Representación de los isótopos del Hidrógeno

Los *isótopos* son átomos que tienen el mismo número atómico, pero diferente masa atómica. Es decir, contienen el mismo número de protones pero difieren en el número de neutrones.

• Como ejemplo, tendríamos el Hidrógeno y sus 3 isótopos, el Protio, el Deuterio y el Tritio.

Mientras que los 3 tienen el mismo número atómico, 1 al poseer un sólo protón en el núcleo, en el Protio existe su correspondiente neutrón, en el Deuterio existe un segundo y en el Tritio un tercero, con lo que cada isótopo difiere en forma creciente en su masa atómica.

La masa atómica presente en la tabla periódica es un valor que tiene en cuenta la abundancia natural de cada isotopo. Así, por ejemplo, siendo la abundancia del Protio99,9855% y la del Deuterio 0,0145% el valor presenta en la tabla sera de [0,999855x1,007u.m.a. + 0,000145x2,014u.m.a] = 1.0071. Ya que practicamente todo el Hidrógeno se encuentra como Protio, el valor contenido en la tabla sera muy cercano a la masa atómica del Protio.

Los isotopos del Cobre Cu63 y Cu65 se encuentran en un porcentaje de 69,09% y 30,91% y poseen una masa atómica de 62,93 uma y 64,9278 uma respectivamente. En este caso el valor que esperamos encontrar en la tabla sera: [0,6909x62,93uma + 0,3091x64,9278uma] = 63,55 uma.

En este caso se observa que el valor se aleja bastante de la masa del isótopo mas abundante dada la importante contribución del isotopo Cu65.

Solo hay tres elementos que son monoisotrópicos (un sólo isótopo), el Al, P, y el Mn.

Isótopos más abundantes
en el Sistema Solar

Isótopo	Núcleos por millón
Hidrógeno-1	705 700
Hidrógeno -2	23
Helio-4	275 200
Helio-3	35
Oxígeno-16	5920
Carbono-12	3032
Carbono-13	37
Neón-20	1548
Neón-22	208
Hierro-56	1169
Hierro-54	72
Hierro-57	28
Nitrógeno-14	1105
Silicio-28	653
Silicio-29	34
Silicio-30	23
Magnesio-24	513
Magnesio-26	79
Magnesio-25	69
Azufre-32	39
Argón-36	77
Calcio-40	60
Aluminio-27	58
Níquel-58	49
Sodio-23	33

Notación

Inicialmente los nombres de los isótopos de cada elementoque se iban descubriendo recibieron nombres propios diferentes al del elemento al que pertenecían. Así cuando se descubrieron tres isótopos del hidrógeno, recibieron los nombres de protio, deuterio y tritio. El núcleo del protio consta de un protón, el del deuterio de un protón y un neutrón, y el del tritio de un protón y dos neutrones.

Cuando se siguieron descubriendo isótopos de casi todos los elementos se vio que serían necesarios cientos o miles de nombres y se cambió el sistema de nomenclatura. Actualmente cada isótopo se representa con el símbolo del elemento al que pertenece, colocando como subíndice a la izquierda su número atómico (número de protones en el núcleo), y como superíndice a la izquierda su número másico(suma del número de protones y de neutrones). Así los isótopos del hidrógeno protio, deuterio y tritio se denotan ₁¹H, ₁²H y ₁³H, respectivamente.

Como todos los isótopos de un mismo elemento tienen el mismo número atómico, que es el de orden en la tabla periódica, y el mismo símbolo, habitualmente se elide el número atómico. Así para los isótopos del hidrógeno escribiremos ¹H, ²H y ³H. Esto se hace porque todos los isótopos de un elemento particular se comportan de la misma manera en cualquier reacción química. Por ejemplo, un átomo del escaso isótopo de oxígeno que tiene número másico 18, se combinará exactamente igual con dos átomos de hidrógeno para formar agua que si se tratara del abundante átomo de oxígeno de número másico 16. Sin embargo cuando se están describiendo reacciones nucleares es útil tener el número atómico como referencia.

En el caso de textos no científicos, como textos periodísticos, esta notación con subíndices y superíndices es incómoda, por lo que también se usa una notación consistente en el nombre del elemento unido por un guion al número másico del isótopo de que se trate. De esta forma los isótopos del hidrógeno ₁¹H, ₁²H y ₁³H, también se pueden nombrar como hidrógeno-1, hidrógeno-2 e hidrógeno-3 respectivamente.

Estas son las reglas de nomenclatura científicamente aceptadas, correspondientes a la Nomenclatura de Química Inorgánica. Recomendaciones de 2005 (Libro Rojo de la IUPAC), tal y como se pueden encontrar en su sección IR-3.3.

Hay que recordar que los nombres de los elementos químicos son nombres comunes y como tales deben escribirse sin mayúscula inicial, salvo que otra regla ortográfica lo imponga.

Radioisótopos

Artículo principal: Radioisótopos

Diagrama de los isótopos del hidrógeno.

Los radioisótopos son isótopos radiactivos ya que tienen un núcleo atómico inestable 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 la desintegración 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 por electrones 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.

Aplicaciones de los isótopos

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 energíaque 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 los huesos 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 en espectroscopia de resonancia magnética nuclear (NMR).
• Yodo-131. Es uno de los radionucleidos involucrados en las pruebas nuclearesatmosféricas, 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.
• Tritio, ³H. El tritio tiene aplicaciones médicas como rastreador ya que al descomponerse, como hemos visto, emite electrones de baja energía pero no rayos γ (que es un tipo de radiación mucho más peligrosa). La bomba de hidrógeno es en realidad bomba de tritio.
• Tecnecio-99. Puede usarse para identificar vasos sanguíneos bloqueados.

Utilización de las propiedades químicas

• 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 por espectrometría 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.