Isòtops i Radioactivitat: Guia Completa

Què són els Isòtops?

Els àtoms d'un mateix element tenen el mateix nombre atòmic (Z), és a dir, el mateix nombre de protons al nucli i, en conseqüència, el mateix nombre d'electrons a l'escorça. No obstant això, poden existir àtoms d'un mateix element amb diferent nombre de neutrons. De fet, això passa amb tots els elements de la taula periòdica.

Definició d'Isòtop

Els isòtops d'un element són àtoms de l'element amb el mateix nombre atòmic però amb diferent nombre de neutrons i, per tant, diferent nombre màssic (A), ja que el nombre màssic és el nombre total de protons i neutrons que hi ha al nucli d'un àtom. De tots els elements hi ha diferents isòtops que es troben en quantitats variables. La majoria d'àtoms que hi ha en una mostra són d'un dels isòtops i els altres àtoms, en menor quantitat, són dels altres isòtops. L'hidrogen, l'element més senzill, té un sol protó al nucli, però hi ha tres isòtops diferents de l'hidrogen: àtoms d'hidrogen amb un sol protó al nucli i res més, isòtops amb un protó i un neutró al nucli, i isòtops d'hidrogen amb dos neutrons.

Hi ha 118 elements químics però, a causa dels isòtops, hi ha uns 2000 tipus d'àtoms diferents.

Radioactivitat: Descobriment i Tipus

Henri Becquerel, catedràtic de Física del Musée d'Histoire Naturelle, havia publicat articles sobre substàncies fosforescents. Després d'escoltar una conferència d'Henri Poincaré sobre el descobriment dels raigs X, Becquerel va pensar que ambdós fenòmens estaven relacionats i va començar una sèrie d'experiments per provar-ho.

Les radiacions surten del nucli de l'àtom. Aquest fenomen s'anomena radioactivitat perquè es va observar de manera molt intensa en l'element químic radi.

Tipus de Radiacions

• Radiacions alfa: Formades per dos protons i dos neutrons, tenen càrrega positiva. Surten del nucli a una velocitat moderada, avancen pocs centímetres per l'aire i ràpidament capturen dos electrons dels àtoms al voltant dels quals passen, deixant-los carregats.
• Radiacions beta: Són electrons que surten del nucli a gran velocitat. Com que al nucli no hi ha electrons, es formen per la descomposició d'un neutró en un electró, un protó i energia. Com que la seva velocitat és més gran que la de les partícules alfa, costen més de parar i poden penetrar més profundament en la matèria.
• Radiacions gamma: No tenen massa perquè són energia pura. Com que tenen molta energia, poden travessar parets molt gruixudes i produir efectes considerables. Només les parets de plom i formigó de set o vuit metres de gruix ofereixen una protecció completa. Produeixen importants efectes físics, químics i biològics.

Isòtops Radioactius i Estabilitat Nuclear

Es produeixen emissions radioactives en àtoms que tenen el nucli amb excés d'energia, cosa que els fa inestables. Emetre radiacions és una manera d'alliberar energia. No tots els àtoms coneguts emeten radiacions, només alguns isòtops determinats, anomenats isòtops radioactius.

Efectes de la Radioactivitat

Valors petits de radiació són compatibles amb la vida tal com la coneixem. L'evolució de les espècies i la nostra vida ha tingut lloc en un ambient que és una mica radioactiu, no és perillós. El problema apareix quan tenim una mostra d'una substància pura en la qual hem concentrat, amb tècniques complicades, una bona part dels isòtops radioactius i hem separat els isòtops no radioactius. Aquesta mostra serà molt més radioactiva del que és normal, o molt més radioactiva que les substàncies que es troben al medi ambient. Cal procedir amb grans mesures de protecció a les mines de materials radioactius. Hi ha molts isòtops dels diferents elements químics que es troben a la natura que són radioactius de manera natural; es tracta d'una radioactivitat natural.

Transmutació dels Elements

Un àtom d'un isòtop radioactiu d'un element, quan emet una partícula alfa (dos protons i dos neutrons), es transforma en un àtom d'un altre element. Per exemple, al nucli de l'àtom d'urani hi havia 92 protons; una vegada ha emès la partícula alfa, en queden dos menys, és a dir, 90. L'àtom ja no és d'urani sinó de l'element que té 90 protons al nucli, el tori (Th). Sempre que un àtom d'un element emet una partícula alfa des del nucli, canvia i es converteix en un àtom d'un altre element que es troba dos llocs abans a la taula periòdica.

Efectes Biològics

Els efectes de la radiació depenen de la quantitat i del lloc on arriben. Petites quantitats de radiació no tenen efectes notables. Les persones que treballen a les centrals nuclears (o amb materials radioactius) porten detectors que canvien de color i els avisen si reben més radiacions de les permeses. En algunes zones treballen amb vestits especials de protecció o a distància dels materials radioactius. Els pilots i les hostesses de vol, que reben radiacions del Sol, han de descansar uns dies sense volar després de cada vol per eliminar part de les radiacions rebudes. Quantitats mitjanes de radiació poden provocar taques vermelles a la pell, caiguda dels cabells, impotència, càncer, etc. Les quantitats grans poden provocar des de càncer fins a la mort en poc temps.

Aplicacions de la Radioactivitat

Datació Radiomètrica

Les radiacions s'utilitzen per datar objectes arqueològics o restes paleontològiques. Cada isòtop emet partícules a un ritme diferent. Amb un comptador Geiger es mesura la velocitat a la qual emeten radiacions els isòtops presents en un material antic. Això permet calcular quanta radiació emetia antigament i es pot saber l'antiguitat del material.

Fissió i Fusió Nuclear

En el procés de la fissió, alguns isòtops radioactius d'àtoms grans (urani, plutoni, etc.) es trenquen en topar amb un neutró en trossos més petits i altres neutrons. Els neutrons que surten serveixen per trencar més nuclis d'urani o plutoni, originant una reacció en cadena. Tenen fissió l'urani i els elements de la part baixa de la taula periòdica. Aquest procés també és el que té lloc en esclatar una bomba nuclear d'urani. En la fusió, nuclis d'àtoms molt petits s'ajunten per formar un o més nuclis d'àtoms més grans.

Abundància Relativa dels Isòtops

S'anomena abundància relativa al percentatge en què es troba present un isòtop determinat en una mostra de l'element. Això s'ha determinat agafant mostres de l'element de diferents llocs del planeta Terra i buscant el percentatge de cada isòtop. S'ha vist que aquest percentatge és molt semblant d'un lloc a un altre de la Terra i nosaltres podrem considerar que és el mateix a totes les mostres.

Conclusió

Els àtoms d'un mateix element tenen el mateix nombre atòmic (Z), és a dir, el mateix nombre de protons al nucli i, en conseqüència, el mateix nombre d'electrons a l'escorça. No obstant això, poden existir àtoms d'un mateix element amb diferent nombre de neutrons, com passa amb tots els elements de la taula periòdica.