Los átomos son los "bloques de construcción de la materia". Todo lo que tenga masa y ocupe espacio (por tener volumen) se compone de estas diminutas unidades diminutas. Eso se aplica al aire que respiras, el agua que bebes y tu propio cuerpo.
Los isótopos son un concepto vital en el estudio de los átomos. Los químicos, físicos y geólogos los utilizan para dar sentido a nuestro mundo. Pero antes de que podamos explicar qué son los isótopos, o por qué son tan importantes, tendremos que dar un paso atrás y mirar los átomos como un todo.
Nuestro Mundo Atómico
Como probablemente sepa, los átomos tienen tres componentes principales , dos de los cuales residen en el núcleo. Ubicado en el centro del átomo, el núcleo es un grupo de partículas muy compacto. Algunas de esas partículas son protones, que tienen cargas eléctricas positivas.
Está bien documentado que se atraen cargas opuestas. Mientras tanto, los cuerpos cargados de manera similar tienden a repelerse entre sí. Entonces, aquí hay una pregunta: ¿Cómo pueden dos o más protones, con sus cargas positivas, coexistir en el mismo núcleo? ¿No deberían alejarse unos de otros?
Ahí es donde entran los neutrones. Los neutrones son partículas subatómicas que comparten núcleos con protones. Pero los neutrones no poseen carga eléctrica. Fieles a su nombre, los neutrones son neutrales y no tienen carga ni positiva ni negativa. Es un atributo importante. En virtud de su neutralidad, los neutrones pueden evitar que los protones se expulsen unos a otros del núcleo.
"Elemental mi querido Watson"
Orbitando el núcleo están los electrones, partículas ultraligeras con cargas negativas. Los electrones facilitan los enlaces químicos y sus movimientos pueden producir una pequeña cosa llamada electricidad . Los protones no son menos importantes. Por un lado, ayudan a los científicos a diferenciar los elementos.
Es posible que haya notado que en la mayoría de las versiones de la tabla periódica , cada cuadrado tiene un pequeño número impreso en la esquina superior derecha. Esa cifra se conoce como número atómico. Le dice al lector cuántos protones hay en el núcleo atómico de un elemento dado. Por ejemplo, el número atómico del oxígeno es ocho. Cada átomo de oxígeno del universo tiene un núcleo con exactamente ocho protones; ni mas ni menos.
Sin esta disposición muy específica de partículas, el oxígeno no sería oxígeno. El número atómico de cada elemento, incluido el del oxígeno, es totalmente único. Y es un rasgo definitorio. Ningún otro elemento tiene ocho protones por núcleo. Contando los protones, puede identificar un átomo. Así como los átomos de oxígeno siempre tendrán ocho protones, los átomos de nitrógeno invariablemente vienen con siete. Es así de simple.
Los neutrones no siguen su ejemplo. Se garantiza que el núcleo de un átomo de oxígeno albergará ocho protones (como hemos establecido). Sin embargo, también puede contener entre cuatro y 20 neutrones . Los isótopos son variantes del mismo elemento químico que tienen diferentes números de neutrones.
Ahora, cada isótopo se nombra sobre la base de su número de masa, que es el número total combinado de neutrones y protones en un átomo. Por ejemplo, uno de los isótopos de oxígeno más conocidos se llama oxígeno-18 (O-18). Tiene los ocho protones estándar más 10 neutrones.
Ergo, el número de masa de O-18 es, lo adivinó, 18. Un isótopo relacionado, el oxígeno-17 (O-17), tiene un neutrón menos en el núcleo.
Sentirse inestable
Algunas combinaciones son más fuertes que otras. Los científicos clasifican O-17 y O-18 como isótopos estables. En un isótopo estable, las fuerzas ejercidas por los protones y los neutrones se mantienen unidos , manteniendo el núcleo intacto de forma permanente.
Por otro lado, los núcleos de los isótopos radiactivos, también llamados " radioisótopos ", son inestables y se descompondrán con el tiempo. Estas cosas tienen una proporción de protones a neutrones que es fundamentalmente insostenible a largo plazo. Nadie quiere quedarse en esa situación. Por lo tanto, los isótopos radiactivos se arrojar ciertas partículas subatómicas (y liberación de energía) hasta que han convierten ellos mismos en agradable, isótopos estables.
El O-18 es estable, pero el oxígeno-19 (O-19) no lo es. Este último inevitablemente se romperá, ¡rápido! Dentro de los 26.88 segundos de su creación, se garantiza que una muestra de O-19 perderá la mitad de sus átomos debido a los estragos de la descomposición.
Eso significa que el O-19 tiene una vida media de 26,88 segundos. Una vida media es la cantidad de tiempo que tarda el 50 por ciento de una muestra de isótopo en descomponerse. Recuerde este concepto; lo conectaremos con la paleontología en la siguiente sección.
Pero antes de hablar de ciencia fósil, hay un punto importante que debe destacarse. A diferencia del oxígeno, algunos elementos no tienen isótopos estables en absoluto. Considere el uranio. En el mundo natural hay tres isótopos de este metal pesado, y todos son radiactivos , con los núcleos atómicos en constante estado de descomposición. Eventualmente, un trozo de uranio se convertirá en un elemento completamente diferente.
No se moleste en intentar ver la transición en tiempo real. El proceso se desarrolla muy, muy lentamente.
Conseguir fechas (y mantenerse saludable)
El uranio-238 (U-238), el isótopo más común del elemento, tiene una vida media de aproximadamente 4.500 millones de años . Gradualmente, se convertirá en plomo-206 (Pb-206), que es estable. Asimismo, el uranio-235 (U-235), con su vida media de 704 millones de años, se convierte en plomo-207 (Pb-207), otro isótopo estable.
Para los geólogos, esta es una información realmente útil. Digamos que alguien encuentra una losa de roca cuyos cristales de circón contienen una mezcla de U-235 y Pb-207. La proporción de estos dos átomos puede ayudar a los científicos a determinar la edad de la roca.
He aquí cómo: digamos que los átomos de plomo superan ampliamente en número a sus homólogos de uranio. En ese caso, sabrá que está viendo una piedra bastante antigua. Después de todo, el uranio tuvo mucho tiempo para comenzar a transformarse en plomo. Por otro lado, si ocurre lo contrario, y los átomos de uranio son más comunes, entonces la roca debe estar en el lado más joven.
La técnica que acabamos de describir se llama datación radiométrica . Ese es el acto de utilizar las tasas de descomposición bien documentadas de los isótopos inestables para estimar la edad de las muestras de rocas y las formaciones geológicas. Los paleontólogos aprovechan esta estrategia para determinar cuánto tiempo ha transcurrido desde que se depositó un fósil en particular. (Aunque no siempre es posible fechar el espécimen directamente ).
No es necesario ser un aficionado a la prehistoria para apreciar los isótopos. Los médicos utilizan algunas de las variedades radiactivas para controlar el flujo sanguíneo, estudiar el crecimiento óseo e incluso combatir el cáncer. También se han utilizado radioisótopos para dar a los agricultores conocimientos sobre la calidad del suelo .
Así que ahí lo tienes. Algo tan aparentemente abstracto como la variabilidad de los neutrones afecta todo, desde el tratamiento del cáncer hasta los misterios del tiempo profundo. La ciencia es asombrosa.
AHORA ES DIVERTIDO
Los deportes y la ciencia se cruzan más a menudo de lo que piensas. La ciudad más grande de Nuevo México consiguió un nuevo equipo de béisbol de ligas menores en 2003. ¿Su nombre? Los isótopos de Albuquerque. Una referencia a un episodio de la temporada 12 de "Los Simpson", el nombre inusual del equipo ha tenido un efecto secundario agradable: por necesidad, los empleados del estadio dan regularmente lecciones de química a los fanáticos curiosos.
