O que são isótopos e por que eles importam?

Mesmos prótons, nêutrons diferentes

Todo átomo de carbono tem 6 prótons. É isso que o torna carbono. Mas os átomos de carbono não têm todos o mesmo número de nêutrons. A maioria tem 6, cerca de um em cada cem tem 7, e um número bem pequeno tem 8.

Essas versões diferentes são chamadas de isótopos. A palavra vem de palavras gregas que significam “mesmo lugar”, porque todos os isótopos de um elemento compartilham um único quadradinho na tabela periódica.

Os nêutrons não têm carga, então adicioná-los ou removê-los não muda o número de elétrons. A química depende dos elétrons, por isso os isótopos de um elemento se comportam de forma quase igual nas reações. A principal diferença entre eles é a massa.

Como os isótopos são nomeados

Um isótopo recebe o nome de seu elemento mais seu número de massa, o total de seus prótons e nêutrons. O carbono-12 tem 6 prótons e 6 nêutrons. O carbono-13 tem 6 prótons e 7 nêutrons. O carbono-14 tem 6 prótons e 8 nêutrons.

Os cientistas também escrevem o número de massa no canto superior esquerdo do símbolo, como em ¹²C e ¹⁴C. Para encontrar os nêutrons, subtraia o número atômico do número de massa: 14 − 6 = 8 para o carbono-14.

Os isótopos do hidrogênio são especiais porque têm nomes próprios. O hidrogênio comum (hidrogênio-1) não tem nêutrons, o deutério (hidrogênio-2) tem um e o trítio (hidrogênio-3) tem dois.

Por que as massas atômicas são decimais

A maioria dos elementos encontrados na natureza é uma mistura de isótopos. A massa atômica na tabela periódica é a massa média de todos esses átomos, ponderada pela abundância de cada isótopo.

O cloro é um exemplo claro. Cerca de três em cada quatro átomos de cloro são cloro-35, e cerca de um em cada quatro é cloro-37. A média fica entre os dois, mas mais perto de 35: 35,45, o número no quadradinho do cloro.

O carbono funciona do mesmo jeito. Cerca de 98,9% dos átomos de carbono são carbono-12 e cerca de 1,1% são carbono-13, então a massa atômica do carbono é 12,011, logo acima de 12.

17ClCloro35,45

Isótopos estáveis e radioativos

Muitos isótopos são estáveis, ou seja, nunca mudam por conta própria. Outros são radioativos. Seus núcleos são instáveis, então mais cedo ou mais tarde se desintegram e emitem radiação. Isso se chama decaimento radioativo e muitas vezes transforma o átomo em outro elemento.

O carbono-14 é radioativo. Quando decai, um de seus nêutrons se transforma em próton, e o átomo se torna nitrogênio-14. O tempo que leva para metade de uma amostra decair se chama meia-vida. Para o carbono-14, a meia-vida é de cerca de 5.730 anos.

Alguns elementos não têm nenhum isótopo estável. O tecnécio (43), o promécio (61) e todos os elementos mais pesados que o chumbo (82) são radioativos.

Como os isótopos são usados

As plantas absorvem um pouco de carbono-14 do ar, e os animais o absorvem ao comer plantas. Quando um ser vivo morre, ele deixa de absorver carbono, e seu carbono-14 decai lentamente. Medindo quanto restou, os cientistas conseguem datar ossos, madeira e tecidos de até cerca de 50.000 anos. Isso se chama datação por radiocarbono.

Os médicos também usam isótopos radioativos. O tecnécio-99m ajuda a gerar imagens de ossos e órgãos, e o iodo-131 trata algumas doenças da tireoide. O urânio-235, que representa apenas cerca de 0,7% do urânio natural, é o combustível da maioria das usinas nucleares.