5.8: Isótopos – Cuando el número de neutrones varía

Estabilidad de los isótopos

Los átomos necesitan una determinada proporción de neutrones respecto a los protones para tener un núcleo estable. Tener demasiados o muy pocos neutrones en relación con los protones da lugar a un núcleo inestable, o radiactivo, que tarde o temprano se descompondrá en una forma más estable. Este proceso se denomina desintegración radiactiva. Muchos isótopos tienen núcleos radiactivos, y estos isótopos se denominan radioisótopos. Cuando se desintegran, liberan partículas que pueden ser perjudiciales. Por eso los isótopos radiactivos son peligrosos y el trabajo con ellos requiere trajes especiales de protección. El isótopo del carbono conocido como carbono-14 es un ejemplo de radioisótopo. En cambio, los isótopos del carbono llamados carbono-12 y carbono-13 son estables.

Toda esta discusión sobre los isótopos nos remite a la teoría atómica de Dalton. Según Dalton, los átomos de un determinado elemento son idénticos. Pero si los átomos de un elemento dado pueden tener diferentes números de neutrones, ¡entonces también pueden tener diferentes masas! ¿Cómo se le escapó esto a Dalton? Resulta que los elementos que se encuentran en la naturaleza existen como mezclas uniformes constantes de sus isótopos naturales. En otras palabras, un trozo de litio siempre contiene los dos tipos de litio naturales (el tipo con 3 neutrones y el tipo con 4 neutrones). Además, siempre contiene los dos en las mismas cantidades relativas (o «abundancias relativas»). En un trozo de litio, \(93\%\) siempre será litio con 4 neutrones, mientras que el resto \(7\%\) siempre será litio con 3 neutrones.

Dalton siempre experimentó con grandes trozos de un elemento – trozos que contenían todos los isótopos naturales de ese elemento. Como resultado, cuando realizaba sus mediciones, en realidad estaba observando las propiedades promedio de todos los diferentes isótopos de la muestra. Para la mayoría de nuestros propósitos en química, haremos lo mismo y trataremos con la masa media de los átomos. Por suerte, aparte de tener masas diferentes, la mayoría de las demás propiedades de los diferentes isótopos son similares.

Hay dos formas principales en las que los científicos suelen mostrar el número de masa de un átomo en el que están interesados. Es importante tener en cuenta que el número de masa no se indica en la tabla periódica. Estas dos formas incluyen la escritura de un símbolo nuclear o dando el nombre del elemento con el número másico escrito.

Para escribir un símbolo nuclear, el número másico se coloca en la parte superior izquierda (superíndice) del símbolo químico y el número atómico se coloca en la parte inferior izquierda (subíndice) del símbolo. El símbolo nuclear completo del helio-4 se dibuja a continuación:

Los siguientes símbolos nucleares son para un núcleo de níquel con 31 neutrones y un núcleo de uranio con 146 neutrones.

En el núcleo de níquel representado arriba, el número atómico 28 indica que el núcleo contiene 28 protones, y por tanto, debe contener 31 neutrones para tener un número másico de 59. El núcleo de uranio tiene 92 protones como todos los núcleos de uranio y este núcleo de uranio en particular tiene 146 neutrones.

Otra forma de representar los isótopos es añadiendo un guión y el número de masa al nombre o símbolo químico. Así, los dos núcleos serían Níquel-59 o Ni-59 y Uranio-238 o U-238, donde 59 y 238 son los números de masa de los dos átomos, respectivamente. Nótese que los números de masa (no el número de neutrones) se dan al lado del nombre.

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