Els isòtops són àtoms els nuclis atòmics dels quals tenen el mateix nombre de protons però diferent nombre de neutrons. No tots els àtoms d‟un mateix element són idèntics i cadascuna d‟aquestes varietats correspon a un isòtop diferent.
La paraula isòtop s'utilitza per indicar que tots els tipus d'àtoms d'un element químic estan ubicats al mateix lloc de la taula periòdica.
Definició d'isòtop
Segons la definició d'isòtop, cadascun d'un mateix element té el mateix nombre atòmic (Z), però cadascun té un nombre màssic diferent (A). El nombre atòmic correspon al nombre de protons al nucli atòmic de l'àtom. El nombre màssic correspon a la suma de neutrons i protons del nucli.
Això vol dir que els diferents isòtops d'un mateix àtom es diferencien entre ells únicament pel nombre de neutrons.
Tot i que puguin tenir qualsevol quantitat de neutrons hi ha algunes combinacions de protons i neutrons preferides en els diferents àtoms.
Els que són lleugers (amb pocs protons i neutrons) tendeixen a igualar la quantitat de neutrons i protons, mentre que els més pesats solen tenir més neutrons que protons.
Tipus d'isòtops
Els isòtops poden ser classificats en tres categories principals en funció de la seva estabilitat:
-
Isòtops estables: Són aquells que no experimenten desintegració radioactiva. Aquests isòtops tenen una combinació equilibrada de protons i neutrons al seu nucli, cosa que els confereix estabilitat a llarg termini. Per exemple, el Carboni-12, l'Oxigen-16 o el Calci-40.
-
Isòtops inestables o radioactius: Són aquells que pateixen desintegració radioactiva, emetent partícules subatòmiques o radiació per assolir una configuració més estable. Els isòtops radioactius tenen un excés o una manca de neutrons en comparació amb la configuració més estable. Alguns exemples són l'Urani-238, el Plutoni-239 o el Carboni-14.
-
Isòtops semiestables o radioisòtops: Són isòtops que són inestables però tenen una vida mitjana perllongada. La seva desintegració radioactiva és més lenta en comparació amb altres isòtops radioactius. El Potasi-40 i el Cessi-137 en són exemples.
Isòtops inestables: definició i exemples
Els isòtops inestables, també coneguts com a radioisòtops, són aquells isòtops que pateixen desintegració radioactiva, emetent partícules subatòmiques o radiació en un intent per assolir una configuració més estable.
Aquests isòtops tenen un excés o una manca de neutrons en comparació amb la configuració més estable, cosa que els fa inestables i propensos a la descomposició nuclear.
Aquí tens alguns exemples d'isòtops inestables i algunes de les aplicacions:
-
Urani-238 (238U): És un isòtop inestable de l'urani i es troba de forma natural a l'escorça terrestre. És el precursor de l'isòtop radioactiu urani-235, que es fa servir en la producció d'energia nuclear i en la fabricació d'armes nuclears.
-
Plutoni-239 (239Pu): És un isòtop inestable del plutoni i es produeix a partir de l'isòtop urani-238 en reactors nuclears. És utilitzat en la producció d'armes nuclears i en reactors de fissió nuclear.
-
Carboni-14 (14C): És un isòtop inestable del carboni que es forma a l'atmosfera a causa de la interacció dels raigs còsmics. S'utilitza a la datació per radiocarboni per determinar l'edat d'objectes arqueològics i geològics.
-
Iode-131 (131I): És un isòtop inestable del iode i es produeix en reactors nuclears. S'utilitza en medicina nuclear per al tractament de l'hipertiroïdisme i el càncer de tiroide, ja que emet radiació beta i gamma que pot destruir les cèl·lules tiroïdals anormals.
-
Cessi-137 (137Cs): És un isòtop inestable del cesi i es forma com a subproducte de la fissió nuclear. S'utilitza en aplicacions industrials, a la radioteràpia i en el mesurament de l'activitat sísmica.
Isòtops estables: definició i exemples
Els isòtops estables són aquells isòtops que no pateixen desintegració radioactiva i mantenen la composició nuclear al llarg del temps. Això significa que tenen una combinació equilibrada de protons i neutrons al seu nucli, cosa que els confereix estabilitat a llarg termini.
Aquí mostrem alguns exemples d'isòtops estables i aplicacions:
-
Carboni-12 (12C): És l'isòtop més abundant del carboni a la Terra. S'utilitza a la química orgànica com a referència per a la determinació de masses moleculars ia l'espectrometria de masses per al calibratge d'instruments.
-
Oxigen-16 (16O): És l'isòtop més comú de l'oxigen i es troba a l'atmosfera, aigua i minerals. S'utilitza en la respiració cel·lular i en la formació d'enllaços químics a moltes reaccions biològiques.
-
Hidrogen-1 (1H): És l'isòtop més comú de l'hidrogen i s'utilitza en una àmplia gamma d'aplicacions. És essencial en la formació de molècules biològiques, com l'aigua, i es fa servir en la producció d'amoníac i altres productes químics.
-
Nitrogen-14 (14N): És l'isòtop més comú del nitrogen i es troba a l'atmosfera en grans quantitats. S'utilitza a la síntesi de fertilitzants i en processos d'enriquiment d'urani.
-
Calci-40 (40Ca): És l'isòtop més abundant del calci a la Terra i es troba en ossos, dents i altres teixits. És essencial per a la contracció muscular, la coagulació sanguínia i l'estructura òssia.
Isòtops semiestables: definició i exemples
Els isòtops semiestables, també coneguts com a isòtops de vida mitjana llarga, són aquells isòtops que tenen una vida mitjana significativament més llarga en comparació dels isòtops radioactius típics.
Encara que són inestables i eventualment es descomponen, la seva vida mitjana és prou llarga perquè es considerin "semiestables".
Alguns exemples d'isòtops semiestables:
-
Potassi-40 (40K): És un isòtop semiestable del potassi que té una vida mitjana d'aproximadament 1.3 mil milions d'anys. S'utilitza a la datació radiomètrica de roques i minerals, especialment a la datació de roques volcàniques.
-
Rubidio-87 (87Rb): És un isòtop semiestable del rubidi amb una vida mitjana d'aproximadament 49 mil milions d'anys. S'utilitza en la datació radiomètrica de minerals i roques, especialment en la datació de minerals com la feldspat.
-
Samario-147 (147Sm): És un isòtop semiestable del samari amb una vida mitjana d'aproximadament 106 mil milions d'anys. S'utilitza a la datació radiomètrica de minerals i roques, especialment a la datació de minerals com l'apatita.
-
Urani-235 (235U): Encara que es considera un isòtop inestable, la seva vida mitjana d'aproximadament 704 milions d'anys el col·loca en una categoria intermèdia. És utilitzat en la indústria de l'energia nuclear com a combustible en reactors nuclears i també és important per a la producció d'armes nuclears.
Què és la vida mitjana d'un isòtop?
La vida mitjana d'un isòtop és el temps mitjà que triga a desintegrar-se a la meitat de la quantitat inicial. És una mesura utilitzada per descriure l'estabilitat o la taxa de desintegració d'un isòtop radioactiu.
Quan un isòtop radioactiu es desintegra, emet partícules subatòmiques o radiació per assolir una configuració més estable. La vida mitjana fa referència al temps necessari perquè la meitat dels àtoms d'un isòtop donat es desintegren.
Isòtops d'origen natural i artificial
Els isòtops es poden classificar en dues categories principals: origen natural o origen artificial.
Isòtops d'origen natural
Els isòtops d'origen natural són aquells que es troben a la natura i es produeixen de forma natural a través de processos geològics, astronòmics i biològics.
Aquests isòtops existeixen des de la formació de la Terra i es troben en minerals, aigua, aire, plantes, animals i organismes vius.
Alguns exemples d'isòtops d'origen natural són:
-
Carboni-12 (12C)
-
Hidrogen-1 (1H)
-
Oxigen-16 (16O)
-
Urani-238 (238U)
-
Potassi-39 (39K)
Isòtops d'origen artificial
Els isòtops d'origen artificial són aquells que es produeixen mitjançant activitats humanes, ja sigui per mitjà de reaccions nuclears a laboratoris o per la radioactivitat induïda en reactors nuclears.
Generalment no existeixen de forma natural en quantitats significatives a la Terra. Alguns exemples d'origen artificial són:
-
Plutoni-239 (239Pu)
-
Tecneci-99m (99mTc)
-
Cobalt-60 (60Co)
-
Iode-131 (131I)
-
Americi-241 (241Am)
Els isòtops d'origen artificial s'utilitzen en una àmplia gamma d'aplicacions, com ara en medicina nuclear per a diagnòstics i tractaments, a la indústria per a proves no destructives, a la investigació científica ia la generació d'energia en reactors nuclears.
A més, alguns isòtops d'origen artificial es fan servir en aplicacions militars i en la fabricació d'armes nuclears.
