Hidrógeno-4
Todos los átomos de un mismo elemento tienen el mismo número de protones, pero algunos pueden tener distinto número de neutrones. Por ejemplo, todos los átomos de carbono tienen seis protones y la mayoría también seis neutrones. Pero algunos átomos de carbono tienen siete u ocho neutrones en lugar de los seis habituales. Los átomos de un mismo elemento que difieren en el número de neutrones se denominan isótopos. Hay muchos isótopos en la naturaleza. Normalmente, uno o dos isótopos de un elemento son los más estables y comunes. Los distintos isótopos de un elemento suelen tener las mismas propiedades físicas y químicas porque tienen el mismo número de protones y electrones.
El hidrógeno es un ejemplo de elemento que tiene isótopos. Tres isótopos de hidrógeno se modelan en la Figura \(\PageIndex{1}\}). La mayoría de los átomos de hidrógeno tienen sólo un protón, un electrón y carecen de neutrón. Estos átomos se denominan simplemente hidrógeno. Algunos átomos de hidrógeno también tienen un neutrón. Estos átomos son el isótopo llamado deuterio. Otros átomos de hidrógeno tienen dos neutrones. Estos átomos son el isótopo llamado tritio.
Deuterio
Un átomo está formado por protones y neutrones, que constituyen el núcleo, y electrones que orbitan alrededor del núcleo. El núcleo tiene carga positiva; los protones tienen carga positiva y los neutrones no tienen carga. Los electrones, que tienen carga negativa, se mueven alrededor del núcleo formando nubes (o envolturas). Una fuerza eléctrica atrae a los electrones negativos hacia el núcleo positivo. Así es como el átomo se mantiene unido.
Lo que distingue a cada elemento es el número de protones del núcleo, el número atómico. El número de protones es único para cada elemento. Por ejemplo, en el carbono hay seis protones, por lo que su número atómico es 6 en la tabla periódica.
Los átomos son estables cuando el número de neutrones y protones del núcleo está equilibrado. Cuando hay un desequilibrio importante entre el número de neutrones y protones de un núcleo, el átomo se vuelve inestable y, para alcanzar la estabilidad, puede sufrir una transformación o una desintegración radiactiva.
Los átomos de uno o varios elementos se combinan para formar compuestos mayores, que se denominan moléculas. Una molécula de agua, por ejemplo, está formada por dos átomos de hidrógeno combinados con un átomo de oxígeno (H2O).
Qué es un isótopo en química
Una de las principales características de un átomo es su número atómico, que se define como el número de protones. Las propiedades químicas de un átomo vienen determinadas por su número atómico y se indican con el símbolo Z. El número total de nucleones (protones y neutrones) de un átomo es el número másico atómico. Este valor se indica con el símbolo A. El número de neutrones de un átomo se indica con N. Por tanto, la masa de un átomo es A = N + Z.
Los átomos con el mismo número atómico pero con masas atómicas diferentes se denominan isótopos. Los isótopos tienen propiedades químicas idénticas, pero propiedades nucleares muy diferentes. Por ejemplo, existen tres isótopos del hidrógeno. Dos de estos isótopos son estables (no radiactivos), pero el tritio (un protón y dos neutrones) es inestable. La mayoría de los elementos tienen isótopos estables. También se pueden crear isótopos radiactivos de muchos elementos.
Qué es un isótopo en física
Existen dos tipos básicos de isótopos. Los radioisótopos son inestables debido al neutrón o neutrones adicionales, y liberan espontáneamente radiación en forma de partículas y energía. Esta liberación, estadísticamente predecible, puede cambiar el número atómico del átomo y dar lugar a la producción de un elemento diferente. En cambio, los isótopos estables tienen un núcleo estable indefinidamente. No emiten radiación, sino que persisten junto a los demás isótopos. Por ejemplo, los tres isótopos naturales del oxígeno son estables, por lo que no emiten radiación espontáneamente ni se descomponen en otros elementos.
Los distintos isótopos de un mismo elemento participan en reacciones químicas, pero a ritmos ligeramente diferentes. Los isótopos «más ligeros» se desplazan más fácilmente que los «más pesados». Este movimiento diferencial se denomina fraccionamiento y afecta a la proporción de isótopos presentes en cualquier muestra de agua, suelo, roca, tejido o aire. Los científicos pueden medir las proporciones isotópicas en un laboratorio. Suelen presentar los datos isotópicos como valores «δ» (a menudo denominados valores «del» por la letra griega «delta») en partes por mil (es decir, por mil, ‰) en relación con una muestra de referencia estándar. Las muestras pueden describirse como «agotadas» o «enriquecidas» en un isótopo determinado (normalmente el más pesado y menos común) en relación con el patrón. Por ejemplo, el Pee Dee Belemnite (Belemnitella americana), o «PDB», es una referencia estándar para los isótopos de carbono basada en cristales de calcita (carbonato cálcico, CaCO3) encontrados en fósiles de esta especie recogidos en una localidad específica de Carolina del Sur. El patrón internacional para el nitrógeno es el aire atmosférico, que está muy bien mezclado en todo el planeta.