Significado de elementos radiactivos Definición, series, tipos y riesgos
Licenciada en Física
Definición formal
Los elementos radiactivos son aquellos cuyos átomos emiten espontáneamente partículas y radiación electromagnética. De esta manera se van transformando en átomos de otros elementos, generalmente más ligeros, que a su vez pueden ser radiactivos hasta llegar, en última instancia, a un elemento estable. El tiempo que demoran estos procesos depende de cada elemento. Al fenómeno se lo conoce como radiactividad natural y en el universo surge con frecuencia.
Si bien la mayoría de los elementos son estables, es un hecho que la radiactividad ha estado ocurriendo en la Tierra desde el momento mismo de su formación. Tanto en la corteza terrestre como en el interior del planeta, hay elementos radiactivos emitiendo continuamente radiación, gran parte de la cual se traduce en calor.
Los elementos radiactivos más conocidos son el uranio, el torio, el polonio, el radio y el radón, este último un gas noble. En la tabla periódica, los elementos con número atómico mayor que 83 son radiactivos, pero también existen elementos más ligeros con esta característica, por ejemplo, el tritio, que es una variante menos abundante del hidrógeno, y el conocido carbono-14.
Primeras experiencias
La radiactividad natural fue descubierta a fines del siglo XIX por el físico francés Henri Becquerel (1852-1908). Hacia 1895, en su laboratorio en París, el profesor Becquerel se dedicaba a estudiar la fluorescencia de algunas sustancias, un fenómeno que consiste en la emisión espontánea de luz.
Manipulando un compuesto de uranio llamado pechblenda (dióxido de uranio), accidentalmente Becquerel encontró que esta sustancia podía oscurecer o velar las placas fotográficas, aún si estas se encontraban bien protegidas. Y lo hacía en un tiempo bastante breve.
El revelado de las placas demostró a Becquerel que la pechblenda emitía algún tipo de radiación, semejante a los rayos X, recién descubiertos por Wilhem Roentgen, responsable de impresionar la placa fotográfica.
La científica polaca Marie Curie (1867-1934), quien era alumna de Becquerel, siguiendo esta línea de investigación, sugirió el nombre de radiactividad para nombrar esta nueva radiación y junto a su esposo Pierre Curie (1859-1906), no tardaron en descubrir dos nuevos elementos radiactivos: el radio y el polonio.
Series radiactivas
Los elementos radiactivos pasan por distintos procesos de desintegración, de esta manera, se producen nuevos elementos antes de alcanzar la estabilidad, dando lugar a las series radiactivas.
Dado que el tiempo que tardan las desintegraciones es variable y su origen es diferente, los elementos radiactivos se clasifican en primarios, secundarios y terciarios.
Los elementos primarios, que participaron en la formación de la Tierra, se produjeron durante las explosiones de supernova, y dan lugar a una progenie a través de una cadena de desintegraciones. El uranio es uno de los elementos radiactivos primarios.
Luego vienen los elementos secundarios, como el radón, por ejemplo, que desciende del uranio-238.
Por último, los elementos terciarios se producen por la interacción de los rayos cósmicos (radiación procedente del espacio) con elementos presentes en la naturaleza, como el carbono-14 que forma parte de la materia orgánica.
Hay tres series radiactivas que se producen de manera natural en la Tierra:
• Uranio – 235
• Torio – 232
• Uranio – 238
Los tres elementos nombrados son los padres de sus respectivas series.
Luego vienen elementos intermedios, que son los hijos, siendo el producto final en las tres series el plomo-82, que es estable.
Cada elemento de la serie tiene una velocidad de desintegración diferente.
Tipos de radiactividad
La actividad de los elementos radiactivos da origen a tres tipos principales de radiación:
• Alfa
• Beta
• Gamma
Se dice que estas radiaciones son ionizantes, ya que, gracias a la elevada energía que poseen, ionizan la materia por la que atraviesan, arrancando electrones de los átomos. Seguidamente se describe en forma breve la naturaleza de cada tipo.
Radiación alfa o partículas α
Los rayos α consisten en núcleos de helio, compuestos de dos protones y dos neutrones, por lo que tienen carga positiva. Cuando un átomo de algún elemento radiactivo emite una partícula α, su número atómico pasa de ser Z a Z-2.
Por ejemplo, en la serie del uranio-238 (Z=92), el núcleo padre se desintegra emitiendo una partícula alfa y originando un núcleo de torio-234 (Z=90). El radio y el radón son desciendentes intermedios de esta serie.
Radiación beta o partículas β
Se distinguen dos clases de radiación β:
• β− (beta menos)
• β+ (beta más)
La radiación β− consiste en haces de electrones y antineutrinos (partículas sin carga eléctrica), que provienen de la transformación de un neutrón en un protón. De esta manera, el elemento de número atómico Z se transforma a Z+1.
Por su parte, en la radiación β+ se emiten positrones, partículas idénticas en todo a los electrones, salvo que tienen carga positiva. El origen de esta radiación es la transformación de un protón en un neutrón, por lo tanto, el elemento se transforma en otro de número atómico Z-1.
Radiación γ
Es un tipo de radiación electromagnética de alta energía, mucho mayor que la de la luz visible, pero de la misma naturaleza. Carece de carga eléctrica, por lo que no es desviada por campos electromagtnéticos, a diferencia de las radiaciones α y β.
Un núcleo emite rayos gamma cuando se encuentra en un estado energético por encima del estado fundamental.
Riesgos y aplicaciones
Los seres vivos en la Tierra han evolucionado junto a la radiactividad natural, puesto que en el planeta hay cantidades significativas de elementos radiactivos. Seguramente que estos han participado en la aparición de numerosas mutaciones genéticas, allanando el camino de la evolución.
El contacto cercano con materiales radiactivos es muy riesgoso, debido a su alta capacidad ionizante. La radiación es incolora e inodora, difícilmente perceptible sin instrumentos apropiados y causa daño en el tejido biológico, al alterar el funcionamiento de las moléculas.
Sin embargo, con las debidas precauciones, la radiactividad se utiliza para muchas aplicaciones, en medicina con fines diagnósticos y de tratamiento de algunos tipos de cáncer, hasta la datación de muestras empleando el carbono -14, el potasio – 40 y el uranio -238.
El comportamiento químico de las variantes radiactivas de un elemento es el mismo. A estas variantes se las denomina “isótopos”, por ejemplo, el tritio es un isótopo radiactivo del hidrógeno, mientras que el carbono-14 lo es del carbono-12, de mayor abundancia.
La naturaleza radiactiva de estos isótopos da lugar a su uso como trazadores o marcadores. Por ejemplo, la glándula tiroides absorbe el yodo radiactivo I-131, de igual forma que lo hace con el yodo estable, pero el I-131 va dejando una traza o huella, que se puede seguir para averiguar cómo lo metaboliza la tiroides y ver si hay diferencias con el comportamiento normal de la glándula.
Naturalmente, la cantidad de yodo radiactivo administrada al paciente es muy pequeña, para evitar que se produzcan daños.
Otra aplicación importantísima de la radiactividad es la producción de energía en las centrales nucleares. Cuando un núcleo se fisiona, la energía liberada en el proceso puede ser transformada en electricidad.
Trabajo publicado en: Ago., 2021.