¿Qué son los isótopos y por qué importan?
Los isótopos son átomos del mismo elemento que tienen distinto número de neutrones. Tienen el mismo número de protones, así que son el mismo elemento y reaccionan de forma casi idéntica, pero sus masas son diferentes. El carbono-12 y el carbono-14 son dos isótopos del carbono.
Mismos protones, distintos neutrones
Todos los átomos de carbono tienen 6 protones. Eso es lo que los hace carbono. Pero no todos los átomos de carbono tienen el mismo número de neutrones. La mayoría tienen 6, aproximadamente uno de cada cien tiene 7, y un número muy pequeño tiene 8.
Estas versiones distintas se llaman isótopos. La palabra viene de términos griegos que significan «mismo lugar», porque todos los isótopos de un elemento comparten una casilla en la tabla periódica.
Los neutrones no tienen carga, así que añadirlos o quitarlos no cambia el número de electrones. La química depende de los electrones, de modo que los isótopos de un elemento se comportan casi igual en las reacciones. La principal diferencia entre ellos es su masa.
Cómo se nombran los isótopos
Un isótopo se nombra con el nombre de su elemento más su número másico, el total de sus protones y neutrones. El carbono-12 tiene 6 protones y 6 neutrones. El carbono-13 tiene 6 protones y 7 neutrones. El carbono-14 tiene 6 protones y 8 neutrones.
Los científicos también escriben el número másico en la parte superior izquierda del símbolo, como en ¹²C y ¹⁴C. Para hallar los neutrones, resta el número atómico del número másico: 14 − 6 = 8 en el carbono-14.
Los isótopos del hidrógeno son especiales porque tienen nombres propios. El hidrógeno ordinario (hidrógeno-1) no tiene neutrones, el deuterio (hidrógeno-2) tiene uno y el tritio (hidrógeno-3) tiene dos.
Por qué las masas atómicas son decimales
La mayoría de los elementos que se encuentran en la naturaleza son una mezcla de isótopos. La masa atómica de la tabla periódica es la masa media de todos esos átomos, ponderada según la abundancia de cada isótopo.
El cloro es un ejemplo claro. Aproximadamente tres de cada cuatro átomos de cloro son cloro-35, y aproximadamente uno de cada cuatro es cloro-37. La media queda entre los dos, pero más cerca de 35: 35,45, el número de la casilla del cloro.
El carbono funciona igual. Aproximadamente el 98,9 % de los átomos de carbono son carbono-12 y aproximadamente el 1,1 % son carbono-13, así que la masa atómica del carbono es 12,011, justo por encima de 12.
Isótopos estables y radiactivos
Muchos isótopos son estables, lo que significa que nunca cambian por sí solos. Otros son radiactivos. Sus núcleos son inestables, así que tarde o temprano se rompen y emiten radiación. Esto se llama desintegración radiactiva, y a menudo convierte al átomo en un elemento diferente.
El carbono-14 es radiactivo. Cuando se desintegra, uno de sus neutrones se convierte en un protón y el átomo pasa a ser nitrógeno-14. El tiempo que tarda en desintegrarse la mitad de una muestra se llama período de semidesintegración. Para el carbono-14, es de unos 5730 años.
Algunos elementos no tienen ningún isótopo estable. El tecnecio (43), el prometio (61) y todos los elementos más pesados que el plomo (82) son radiactivos.
Cómo se usan los isótopos
Las plantas absorben un poco de carbono-14 del aire, y los animales lo incorporan al comer plantas. Cuando un ser vivo muere, deja de absorber carbono y su carbono-14 se desintegra lentamente. Midiendo cuánto queda, los científicos pueden datar huesos, madera y tela de hasta unos 50 000 años de antigüedad. Esto se llama datación por radiocarbono.
Los médicos también usan isótopos radiactivos. El tecnecio-99m ayuda a obtener imágenes de huesos y órganos, y el yodo-131 trata algunas enfermedades de la tiroides. El uranio-235, que representa solo alrededor del 0,7 % del uranio natural, es el combustible de la mayoría de las centrales nucleares.
Puntos clave
- Los isótopos son átomos del mismo elemento con el mismo número de protones pero distinto número de neutrones.
- Un isótopo se nombra por su número másico, como en carbono-12 y carbono-14.
- Las masas atómicas son decimales sobre todo porque son el promedio de las masas de los isótopos naturales de un elemento.
- Los isótopos radiactivos se desintegran con el tiempo; el carbono-14 tiene un período de semidesintegración de unos 5730 años.
- Los isótopos se usan para datar objetos antiguos, para diagnosticar y tratar enfermedades y como combustible en las centrales nucleares.
Ponte a prueba
Tres preguntas rápidas sobre esta lección.
1. ¿Qué es diferente entre dos isótopos del mismo elemento?
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El número de neutrones — Los isótopos de un elemento tienen el mismo número de protones pero distinto número de neutrones.2. ¿Cuántos neutrones tiene un átomo de carbono-14?
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8 — El carbono tiene 6 protones, así que el carbono-14 tiene 14 − 6 = 8 neutrones.3. ¿Por qué la masa atómica del cloro es 35,45 y no un número entero?