Estructura Atómica, Modelos Atómicos e Isótopos
Isótopos: átomos del mismo elemento con distinta masa
Al terminar vas a poder reconocer isótopos y leer su notación, explicar por qué se comportan químicamente igual pero tienen usos distintos, y calcular una masa atómica promedio paso a paso.
Qué es un isótopo
Los isótopos son átomos del mismo elemento —mismo número de protones— pero con distinto número de neutrones, y por lo tanto distinta masa.
En números: mismo Z, distinto A.
Y de esa definición sale, sin necesidad de aprenderla aparte, la propiedad más preguntada del tema: los isótopos de un elemento se comportan químicamente igual. El comportamiento químico lo deciden los electrones, y como el número de protones no cambió, el de electrones tampoco. Los neutrones no participan en los enlaces.
Lo que sí cambia es lo que depende de la masa y de la estabilidad del núcleo: cuánto pesan, qué tan rápido se mueven, y si el núcleo se desintegra o no.
Notación
Se escribe el número másico arriba a la izquierda del símbolo, o simplemente elemento-A:
¹⁴C o carbono-14.
Z no se escribe porque el símbolo ya lo dice: si es C, son 6 protones.
Los isótopos del carbono
| Isótopo | Protones | Neutrones | Estable | Para qué se usa |
|---|---|---|---|---|
| ¹²C | 6 | 6 | sí | es el patrón de la unidad de masa atómica |
| ¹³C | 6 | 7 | sí | estudios de metabolismo y de origen de alimentos |
| ¹⁴C | 6 | 8 | no | datación de fósiles y restos arqueológicos |
Los tres son carbono, porque los tres tienen 6 protones. Lo único que cambia es el relleno del núcleo.
Estables y radiactivos
- Estables: el núcleo se mantiene igual indefinidamente. ¹²C, ¹⁶O.
- Radiactivos: el núcleo es inestable y se desintegra con el tiempo, emitiendo radiación y convirtiéndose en otro átomo. ¹⁴C, ²³⁵U, ²³⁸U.
Qué hace que un núcleo sea inestable: la proporción entre protones y neutrones. Los neutrones son los que mantienen unido el núcleo a pesar de la repulsión entre protones; si sobran o faltan respecto de esa proporción, el núcleo no aguanta y se reacomoda.
Cómo funciona la datación con ¹⁴C, que es lo que el temario pide poder explicar:
- El ¹⁴C se forma continuamente en la atmósfera alta y se mezcla con el CO₂.
- Mientras un ser vivo está vivo, incorpora carbono al comer y respirar, así que mantiene la misma proporción de ¹⁴C que la atmósfera.
- Cuando muere, deja de incorporar carbono. A partir de ese momento el ¹⁴C que tenía empieza a desintegrarse y no se repone.
- Midiendo cuánto ¹⁴C le queda respecto de lo que debería tener, se calcula cuánto tiempo lleva muerto.
Y de ahí su límite, que también se pregunta: sirve para restos que estuvieron vivos —huesos, madera, tela— y hasta unas decenas de miles de años, porque después queda tan poco ¹⁴C que ya no se puede medir. Para una roca no sirve: nunca incorporó carbono.
Otras aplicaciones del temario
- Medicina: yodo-131 para estudiar y tratar la tiroides —la tiroides concentra el yodo, así que el isótopo va solo a donde se necesita—; tecnecio-99 en diagnóstico por imágenes.
- Energía: uranio-235 en los reactores nucleares.
- Trazadores: isótopos marcados que permiten seguir el recorrido de una molécula en un organismo o en una reacción, porque se comportan químicamente igual pero se pueden detectar.
Fijate en que esa última aplicación existe precisamente por las dos propiedades juntas: el isótopo se comporta igual —así que el cuerpo lo trata como al normal— pero se puede distinguir —porque pesa distinto o emite radiación—.
Masa atómica promedio
La masa que aparece en la tabla periódica no es la de un átomo: es un promedio ponderado de las masas de los isótopos naturales, según cuánto abunda cada uno.
Por eso casi ninguna masa atómica es un número entero. El cloro no tiene 35,45 partículas en el núcleo —eso no existe—: es que en la naturaleza hay una mezcla de dos isótopos.
Ejemplo resuelto · cloro
- ³⁵Cl: masa 35 uma, abundancia 75,78 %
- ³⁷Cl: masa 37 uma, abundancia 24,22 %
- Pasá los porcentajes a fracción: 0,7578 y 0,2422.
- Multiplicá cada masa por su fracción:
- 35 × 0,7578 = 26,52
- 37 × 0,2422 = 8,96
- Sumá: 26,52 + 8,96 = 35,48 uma ≈ 35,45 en la tabla.
El control que evita errores: el resultado tiene que quedar entre las dos masas y más cerca del isótopo más abundante. 35,45 está entre 35 y 37, y pegado al 35 porque el ³⁵Cl es tres cuartas partes del total. Si te da 36 —el promedio simple— es que olvidaste ponderar.
Ejemplo al revés, que también cae: el boro tiene masa 10,81 y sus isótopos son ¹⁰B y ¹¹B. ¿Cuál abunda más? Como 10,81 está mucho más cerca de 11, abunda el ¹¹B. No hace falta calcular nada para contestar cuál.
Los errores que más se cobran
- Sacar el promedio simple. Hay que ponderar por la abundancia, no sumar y dividir entre dos.
- Decir que los isótopos tienen propiedades químicas distintas. Son casi idénticas: los electrones son los mismos.
- Cambiar el número de protones al hablar de isótopos. Cambian los neutrones.
- Usar la datación con ¹⁴C para rocas. Solo sirve para lo que estuvo vivo.
Clave de análisis
Isótopo es mismo Z, distinto A: mismos protones, distintos neutrones. De ahí salen las dos consecuencias que se preguntan: químicamente se portan igual —porque los electrones no cambiaron— y físicamente pesan distinto, y algunos son inestables. Para la masa promedio, multiplicá cada masa por su abundancia en fracción y sumá, y comprobá que el resultado quede entre las dos y pegado al más abundante.