4.18: Isótopos

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¿Todos los integrantes del equipo de futbol que se muestran arriba son idénticos?

Están en el mismo equipo y todos son conocidos por el mismo nombre de equipo, pero hay diferencias individuales entre los jugadores. No esperamos que el pateador sea tan grande como el mariscal de campo. Es muy probable que el ala cerrada pese menos que el tackle defensivo del otro lado del balón. Juegan como una unidad, pero tienen diferentes pesos y alturas.

¿Qué son los isótopos?

La historia del átomo está llena de algunas de estas diferencias. Si bien John Dalton afirmó en su teoría atómica de 1804 que todos los átomos de un elemento son idénticos, el descubrimiento del neutrón comenzó a mostrar que esta suposición no era correcta. El estudio de materiales radiactivos (elementos que desprenden espontáneamente partículas para formar nuevos elementos) de Frederick Soddy (1877-1956) dio pistas importantes sobre la estructura interna de los átomos. Su trabajo demostró que algunas sustancias con diferentes propiedades radiactivas y diferentes masas atómicas eran de hecho el mismo elemento. Acuñó el término isótopo de las raíces griegas isos (íσος “igual”) y topos (τóπος “lugar”). Describió los isótopos como: “Ponlos coloquialmente, sus átomos tienen lados externos idénticos pero interiores diferentes”. Soddy ganó el Premio Nobel de Química en 1921 por su trabajo.

Como se dijo anteriormente, no todos los átomos de un elemento dado son idénticos. Específicamente, el número de neutrones puede ser variable para muchos elementos. Como ejemplo, el carbono natural existe en tres formas. Cada átomo de carbono tiene el mismo número de protones (6), que es su número atómico. Cada átomo de carbono también contiene seis electrones con el fin de mantener la neutralidad eléctrica. Sin embargo, el número de neutrones varía de seis, siete u ocho. Los isótopos son átomos que tienen el mismo número número atómico, pero diferentes números de masa debido a un cambio en el número de neutrones.

Los tres isótopos de carbono pueden denominarse carbono-12 (\(^{12} _6C\)), carbono-13 (\(^{13} _6C\)), y carbono-14 (\(^{14} _6C\)) se refiere al núcleo de un isótopo dado de un elemento. Un átomo de carbono es uno de tres núclidos diferentes. La mayoría de los elementos consisten naturalmente en mezclas de isótopos. El carbono tiene tres isótopos naturales, mientras que algunos elementos más pesados pueden tener muchos más. El estaño tiene diez isótopos estables, la mayor parte de cualquier elemento.

Si bien la presencia de isótopos afecta la masa de un átomo, no afecta su reactividad química. El comportamiento químico se rige por el número de electrones y el número de protones. El carbono-13 se comporta químicamente exactamente de la misma manera que el carbono-12 más abundante.

Resumen

Los isótopos son átomos que tienen el mismo número atómico, pero diferentes números de masa debido a un cambio en el número de neutrones.
El término núclido se refiere al núcleo de un isótopo dado de un elemento.
La masa atómica de un átomo es igual a la suma de los protones y los neutrones.

Revisar

¿Qué son los isótopos?
¿Por qué los diferentes isótopos de un elemento generalmente tienen las mismas propiedades físicas y químicas?
¿Cómo se diferenciarían el núcleo del hidrógeno-1 y el hidrógeno-2?
Relacionar los conceptos de isótopo y número de masa.
Todos los átomos de oxígeno tienen ocho protones, y la mayoría tiene ocho neutrones también. ¿Cuál es el número de masa de un isótopo de oxígeno que tiene nueve neutrones? ¿Cuál es el nombre de este isótopo?
Un isótopo de itrio tiene 39 protones y 59 neutrones. ¿Cuál es el número de masa de ese isótopo?
Un isótopo con un número de masa de 193 tiene 116 neutrones. ¿Cuál es el número atómico de este isótopo?
Un isótopo de bario (número atómico 56) tiene una masa de 138. ¿Cuántos neutrones hay en el núcleo de este isótopo?
Relacionar los conceptos de isótopo y número de masa.