Definición de Isotopos Radiactivos
Licenciado en Física
1. También conocido como radioisótopo o radionúclido, es un elemento químico cuyo núcleo se encuentra inestable, es decir, en desequilibrio en la relación entre protones y neutrones, y debido a esto libera el exceso de energía que contiene en forma de radiación ionizante en un proceso llamado decaimiento que ocurre hasta que este elemento alcanza estabilidad.
Etimología: Isotopo, por el inglés isotope, a partir del prefijo iso-, respecto del griego ἴσος (ísos) que remite a ‘igual’, ‘mismo’, y el término griego τόπος (tópos), que remite a ‘lugar’.+ Radiactivo, por el francés radioactif, 1898, acuñado por Pierre y Marie Curie, en su trabajo publicado en el Comptes Rendus, de la Academia de Ciencias de París.
Cat. gramatical: Sustantivo masc.
En sílabas: i-so-to-po/s + ra-diac-ti-vo/s.
Isotopos Radiactivos
Un isótopo radioactivo o radioisótopo es una especie atómica inestable que emite radiación a medida que alcanza una configuración más estable. Los núcleos atómicos están compuestos por protones y neutrones, todos ellos están unidos gracias a la fuerza nuclear fuerte que compensa a la repulsión eléctrica entre los protones. Para mantener la estabilidad del núcleo se necesita un especial equilibrio entre ambas fuerzas, dicho equilibrio está dictado por el número de protones y neutrones que hay en el núcleo atómico.
Entender lo que es un isótopo
El número de protones o número atómico (\(Z\)) dicta el elemento químico del que se está hablando, por ejemplo, el Hidrógeno tiene número atómico \(Z = 1\), es decir, tiene un protón en su núcleo, por otro lado, el Oxígeno tiene número atómico \(Z = 8\) porque tiene 8 protones en su núcleo.
El número de masa (\(A\)) de un átomo es la suma del número de protones (número atómico) y del número de neutrones. A pesar de que los núcleos de los átomos de un elemento tienen el mismo número de protones (\(Z\)), no todos cuentan con el mismo número de neutrones, es decir, no todos cuentan con el mismo número de masa \(A\). Las diferentes especies atómicas de un mismo elemento que tienen distintos números de masa \(A\) se denominan “isótopos”.
Los radioisótopos
No todas las combinaciones de número de protones y neutrones dan lugar a un núcleo estable. En los elementos ligeros los núcleos contienen casi el mismo número de protones y de neutrones, sin embargo, conforme nos vamos yendo a elementos más pesados la proporción de neutrones aumenta considerablemente. El factor que determina la estabilidad del núcleo es el cociente entre el número de neutrones y el número de protones ( \({}^{A-Z}\!\!\diagup\!\!{}_{Z}\) ). Entre más pesado sea el núcleo atómico, más posibilidad tiene de ser inestable.
Otro factor importante a tomar en cuenta para determinar la estabilidad de un núcleo es el «spin” de sus componentes. El “spin” es una propiedad intrínseca de la materia que comúnmente es asociada a una especie de “giro” que poseen ciertas partículas. Los protones y los neutrones tienen spin con un valor de ½, de tal manera que obedecen el principio de exclusión de Pauli y no pueden estar en el mismo nivel energético. Los protones y los neutrones se acomodan en niveles de energía en el núcleo atómico de una manera similar a como los electrones se organizan en el exterior del átomo. La manera en la que se acomodan tiende a ser aquella que resulta en una menor energía y por consiguiente en una mayor estabilidad del núcleo.
Decaimientos radioactivos
Los isótopos radioactivos emiten radiación con la finalidad de alcanzar una configuración más estable. El proceso a través del cuál un radioisótopo emite radiación se conoce como “Decaimiento radioactivo” o simplemente “Radioactividad”.
Hay distintos tipos de decaimientos a través de los cuales un radioisótopo alcanza su estabilidad.
• Decaimiento \(\alpha \)
Este tipo de decaimiento consiste en la emisión de una “Partícula \(\alpha \)” que básicamente es un núcleo de Helio – 4. Esta partícula posee 2 protones y 2 neutrones, el decaimiento Alpha se ve como:
\({}_Z^AX \to {}_{Z – 2}^{A – 4}Y + {}_2^4He\)
Es decir, un núcleo \(X\) cuando sufre un decaimiento \(\alpha \;\)pierde dos protones y dos neutrones resultando en un nuevo núcleo \(Y\) con mayor estabilidad.
• Decaimiento \({\beta ^ – }\)
El decaimiento \({\beta ^ – }\) consiste en la transformación de un neutrón en un protón y en un electrón que es emitido por el núcleo
\(n \to {p^ + } + {e^ – }\)
Este tipo de decaimiento reduce la proporción de neutrones en un núcleo y aumenta el número de protones o número atómico.
• Decaimiento \({\beta ^ + }\)
Este tipo de decaimiento es parecido al anterior sólo que en este caso un protón se transforma en un neutrón y se emite un positrón, la antipartícula del electrón.
\({p^ + } = n + {e^ + }\)
El decaimiento \({\beta ^ + }\) aumenta la proporción de neutrones en un núcleo y disminuye su número atómico o número de protones, esto es contario a lo que se logra con el decaimiento \({\beta ^ – }\).
• Desintegración \(\gamma \)
En la desintegración \(\gamma \) un núcleo que se encuentra en un estado excitado emite rayos \(\gamma \) que son fotones de muy alta energía.
\({}_Z^A{X^*} \to {}_Z^AX + \gamma \)
De esta manera, un núcleo que se encuentra excitado disminuye su nivel de energía y alcanza un estado más estable.
• Captura de electrones.
Otro proceso a través del cual un núcleo puede alcanzar su estabilidad es la captura de un electrón.
\({p^ + } + {e^ – } \to n\)
En este proceso un electrón es captura por un protón y se transforma en un neutrón. Al igual que el decaimiento \({\beta ^ + }\), la captura de un electrón resulta en un aumento de la proporción de neutrones y en una disminución del número de protones.
Aplicaciones de los isótopos radioactivos
A pesar de lo peligrosa que puede ser la radioactividad para nosotros, los isótopos radioactivos tienen aplicaciones muy prácticas y benéficas para el ser humano. Quizá una de las aplicaciones más conocidas sea su uso en la medicina nuclear, los radioisótopos de Tecnecio – 99 son ampliamente usados como marcadores para llevar a cabo diagnósticos médicos. En la radioterapia, los isótopos de Cobalto – 60 se utilizan como fuentes de rayos \(\gamma \) para atacar tumores malignos.
Otro uso de los radioisótopos en la medicina lo podemos encontrar en la Tomografía por Emisión de Positrones o PET Scan. En este tipo de estudios se introduce Fluorodesoxiglucosa en el torrente sanguíneo del paciente, esta molécula es básicamente una molécula de glucosa unida a un radioisótopo de Fluor – 18 que emite positrones. Este tipo de estudios se utilizan para analizar el funcionamiento de ciertos órganos, así como para detectar tumores cancerosos.
Podemos encontrar aplicaciones de radioisótopos también en la datación de materiales, rocas o restos orgánicos. Este proceso se conoce como “datación radiométrica”. En este tipo de datación se analizan las cantidades de Carbono – 14 presentes en los objetos que se quieren datar, este radioisótopo del carbono decae a Nitrógeno – 14. Analizando las cantidades de Carbono – 14 y comparándolas con su periodo de decaimiento se puede obtener la edad de ciertos objetos.
Art. actualizado: Agosto 2022; sobre el original de marzo, 2015.
Referencias
Arthur Beiser. (2003). Concepts of Modern Physics. United States: McGraw-Hill Higher Education.David Halliday, Robert Resnick & Jearl Walker. (2011). Fundamentals of Physics. United States: John Wiley & Sons, Inc.
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