Isótopos


Qué es un isótopo?


Definición
Dos átomos se califican como isótopos si su núcleo tiene el mismo número de protones pero su número de neutrones es diferente.


Ejemplo
Si un átomo tiene 15 protones y 15 neutrones en su núcleo y otro tiene 15 protones y 17 neutrones, se dice que estos átomos son isótopos.


La isotopía es una relación definida entre dos tipos de átomos, pero por extensión también calificamos como "isótopo de un elemento químico" cualquier átomo correspondiente a este elemento y que tenga un número definido de neutrones.


Ejemplo
Decimos que un átomo con 6 protones y 14 neutrones en su núcleo es un isótopo de carbono.


Cómo designar un isótopo

Un isótopo (según la definición extendida) se caracteriza por su número de protones (que lo asocia con un elemento químico de número atómico Z) y por su número de neutrones N que pueden deducirse del número de nucleones A (ya que A = Z + N). Por lo tanto, un isótopo dado también se puede definir a partir del nombre del elemento químico y el número de nucleones.

Ejemplos

  • El isótopo formado por 6 protones y 14 nucleones se llama isótopo de carbono 14 o carbono 14

  • El isótopo formado por 2 protones y un total de 4 neutrones se llama isótopo 4 de helio o helio 4

Cómo reconocer isótopos

Según su definición, la primera condición para que los átomos sean isótopos es que tengan el mismo número de protones, lo que equivale a verificar:

  • Que tienen el mismo número atómico

  • Que corresponden al mismo elemento químico.

  • Que tienen el mismo símbolo atómico

  • Que tienen un núcleo que lleva la misma carga positiva

  • Que tienen la misma cantidad de electrones

  • Que tienen una nube electrónica con la misma carga negativa

La segunda condición para que dos átomos sean isótopos es un número diferente N de neutrones, lo que también implica que el número total A de nucleones (protones + neutrones) es diferente.

Propiedades químicas de isótopos

Los átomos de isótopos, por definición, tienen el mismo número de protones pero también el mismo número de electrones y, por lo tanto, también tienen la misma estructura electrónica, pero esto último determina una gran parte de las propiedades químicas de un átomo, en particular:

  • Los iones monoatómicos estables que puede formar

  • El número de enlaces que puede hacer con otros átomos en una molécula

Por lo tanto, los átomos de isótopos:

  • forman los mismos iones estables

  • hacer el mismo número de enlaces y formar las mismas moléculas

  • tiene una reactividad muy cercana

Número de nucleones en un elemento químico.

En la tabla periódica, cada elemento está acompañado por su número atómico (Z) pero también por su número de nucleones (A), pero este último difiere según el isótopo considerado. Por lo tanto, la tabla periódica muestra el número promedio de nucleones isotópicos presentes en una muestra natural del elemento químico. Es por esta razón que el número de nucleones en ciertos elementos es un número decimal.

Masa molar

Dado que dos isótopos tienen un número diferente de nucleones, su masa molar también es diferente.

Por ejemplo, el carbono 12 tiene una masa molar de 12 g / mol, mientras que la del carbono 14 es 14 g / mol.

Como cualquier elemento químico natural es una mezcla de isótopos, su masa molar corresponde al promedio (ponderado) de las masas molares de los diferentes isótopos.

Isótopos estables e inestables

Por definición, los isótopos de un elemento difieren en su número de neutrones, por lo que parece posible considerar varias decenas de isótopos para cada elemento químico.

En la práctica, cada elemento químico tiene solo un número bastante limitado de isótopos estables que a menudo tienen una cantidad de neutrones cercanos al de los protones (especialmente para números atómicos pequeños). Se dice que los otros isótopos son inestables o radiactivos, tienen una vida útil promedio que varía desde unas pocas millonésimas de segundo (para los más inestables) hasta varios miles de millones de años. Su núcleo finalmente se desintegra y forma un elemento diferente (que depende del modo de desintegración)

Algunos elementos de alto número atómico ni siquiera tienen isótopos naturales estables, solo tienen isótopos radiactivos inestables que pueden generarse por reacción nuclear entre elementos más ligeros.

Isótopos de hidrógeno

Los isótopos de hidrógeno tienen la distinción de tener su propio nombre y símbolo:

  • El hidrógeno 1, también llamado protio, es el principal isótopo estable del hidrógeno (99,98% de los hidrógenos naturales), también es el isótopo más pequeño que existe ya que su átomo contiene solo un protón y ningún neutrón.

  • El hidrógeno 2, también llamado deuterio (símbolo D) es un isótopo estable, su núcleo consiste en un protón y un neutrón. Una molécula de agua, ambas deuterio, se llama agua pesada (se usa en reactores nucleares para desacelerar los neutrones)

  • El hidrógeno 3, también llamado tritio (símbolo T) es radiactivo. Su núcleo incluye un protón y dos neutrones.

  • El hidrógeno 4, también llamado quadrinium (símbolo Q), es radiactivo y particularmente inestable. Su núcleo consiste en un protón y tres neutrones.

Isótopos de carbono

  • El isótopo natural estable más abundante (98.93%) es el carbono 12 que consiste en 6 protones y 6 neutrones (Z = 6 y A = 6).

  • El carbono 13 es otro isótopo estable, tiene 6 protones y 7 neutrones.

  • El carbono 14 (6 protones y 8 neutrones) es un isótopo radiactivo natural cuya desintegración es relativamente lenta (varios miles de años). Su proporción en una sustancia orgánica tiende a disminuir con el tiempo, es la base de una técnica de datación llamada carbono-14.

  • El carbono 11 es otro isótopo radiactivo pero cuya descomposición es mucho más rápida (del orden de unas pocas decenas de minutos), se usa en medicina nuclear (incluida en una sustancia inyectada allí en el cuerpo que permite explotar técnicas de imagen médica)

Isótopos de uranio

El uranio es un elemento del cual todos los isótopos son radiactivos, tiene un total de veinte pero solo existen naturalmente tres:

  • El isótopo natural más abundante (99,27%) es el uranio 238, cuyo núcleo está formado por 92 protones y 146 neutrones.

  • El uranio 235 (92 protones y 143 neutrones) representa solo una proporción muy pequeña de uranio natural (alrededor del 0,72%). Es el isótopo "fisible" que puede sufrir una reacción de fisión nuclear explotada en una bomba o un reactor nuclear, sin embargo, esta fisión solo puede ser causada con un porcentaje más alto. Para ser explotable, el uranio natural debe someterse a un proceso de enriquecimiento que aumenta la proporción de isótopos 235.

  • El uranio 234 (92 protones y 142 neutrones) solo está presente en el uranio natural en pequeñas cantidades.

Nota

Todos los elementos con un número atómico mayor que el del uranio (Z = 92) son artificiales.


 
 

 
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