3.3.- El núcleo atómico: Isótopos
 

Hoy se sabe que el núcleo de cualquier átomo está constituido por protones y neutrones. A partir de ellos, se define:

  • Z: número atómico = nº protones del núcleo = nº electrones si el átomo está neutro.

  • A: número másico = nº protones + nº neutrones = partículas que hay en el núcleo.

Si dos átomos poseen el mismo número atómico Z, pertenecen al mismo elemento. Es decir, que un elemento queda perfectamente definido dando su número atómico; sin embargo, para dar más información, también se suele dar el número másico, representándose de la siguiente manera:

por ejemplo:

                               13C                  6 protones, 6 electrones y 7 neutrones

                               14C                  6 protones, 6 electrones y 8 neutrones

                               14N                  7 protones, 7 electrones y 7 neutrones

con frecuencia, como vemos, el número atómico se omite, ya que al dar el símbolo del elemento queda perfectamente definido.

            Los isótopos son átomos de un mismo elemento, (por tanto, de igual número atómico Z) con distinto número másico A, es decir, poseen diferente número de neutrones en su núcleo.

 

         3.3.1.‑ La radiactividad.

Becquerel en 1896 descubrió, de forma casual, que ciertas sales de Uranio emitían espontáneamente radiaciones.

Mediante campos magnéticos, se vio que había tres tipos de radiaciones:

  • α (alfa): Se trata de partículas positivas que hoy se sabe que son núcleos de átomos de He. Poseen poca energía y no pueden atravesar una simple hoja de Penetración de los distintos tipos de radiacionespapel. Rutherford utilizó estas partículas α en su experimento, procedentes de la desintegración radiactiva del Polonio.

  • β (Beta): Son partículas, cargadas negativamente, de propiedades similares a los rayos catódicos. Son, por tanto, electrones. Poseen una energía media y se detienen con una plancha de aluminio de un milímetro.

  • γ (Gamma): No tiene carga ni masa. Es energía pura similar a la luz pero de longitud de onda más pequeña. Para detenerla necesitamos una capa de plomo de unos 22 cm de ancha.

 

La radiactividad natural es debida a la ruptura espontánea de los núcleos. Una indicación de la estabilidad de estos núcleos, es la relación neutrón/protón (N/P). Para los 20 primeros elementos, la relación es aproximadamente 1 y a partir de masa atómica 40, los núcleos se van enriqueciendo de neutrones para neutralizar la repulsión de los protones (por ejemplo, el isótopo 238 del Uranio tiene 92 protones y 146 neutrones).

A pesar de ésto, los núcleos más abundantes poseen una relación N/P inferior a 1'2 y no se hallan núcleos estables con N/P superior a 1'6. Sin embargo, a partir del número atómico 83, la repulsión de los protones es tan grande, que neutrones adicionales ya no pueden estabilizar el núcleo, y estos núcleos muy pesados se descomponen espontáneamente ya sea con radiación α, ß y/o γ.

 

 

El químico inglés Frederick Soddy formuló las siguientes leyes que rigen los procesos de desintegración radiactiva de los núcleos atómicos:

  1. Cuando un núcleo emite una partícula α, su número másico disminuye en 4 unidades y su número atómico en 2.

  2. Cuando un núcleo emite una partícula ß, su número másico no se modifica y su número atómico aumenta en una unidad.

  3. Cuando un núcleo emite una partícula γ, no varía ni su número másico ni su número atómico, sólo pierde cierta cantidad de energía (que debe ser múltiplo de un cuánto de energía).

La estructura de los núcleos puede perturbarse artificialmente bombardeándolos con neutrones u otras partículas y se producen entonces núcleos inestables que se descomponen espontáneamente emitiendo radiaciones α, ß y γ, es la llamada radiación artificial. Así se han obtenido isótopos radiactivos de casi todos los elementos. Algunos de ellos tienen aplicaciones de interés científico, por ejemplo:

  • Seguir la marcha de una molécula "marcada" en una determinada reacción química.

  • Calcular la edad de ciertos materiales orgánicos, (C14)

  • Prevenir y curar determinados tipos de enfermedades.

  • Conservación de alimentos.

  • Combatir determinadas plagas de insectos.

  • Obtención de especies vegetales de mayor rendimiento.

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