Els isòtops d'un element químic són àtoms amb el mateix nombre atòmic (nombre de protons) però diferent nombre màssic (protons més neutrons). És a dir, els seus nuclis atòmics tenen el mateix nombre de protons però diferent nombre de neutrons .[1]

Els tres isòtops de l'hidrogen (tots amb 1 protó, Z = 1). El proti: hidrogen sense neutrons, A = 1. El deuteri: amb 1 neutró, A = 2. El triti: amb 2 neutrons, A = 3.
Variació de l'estabilitat dels isòtops segons el seu nombre atòmic i nombre màssic.

El nom, basat en els mots grecs ἰσο-, iso-, mateix, i τόπος, topos, lloc, va ser adoptat pel radioquímic Frederick Soddy, a partir d'un suggeriment de la metgessa i escriptora Margaret Todd,[2] a causa del fet que els isòtops ocupen el mateix lloc en la taula periòdica dels elements.[3]

En el llenguatge comú és habitual utilitzar la paraula isòtop per a referir-se a cada espècie caracteritzada per un determinat conjunt del valor Z i A. Estrictament, tal espècie hauria de ser denominada núclid, i reservar-se la paraula isòtop per als núclids que pertanyen a un mateix element. Així, els núclids carboni 12 i carboni 14 són isòtops de l'element carboni.

HistòriaModifica

L'existència dels isòtops fou descoberta a conseqüència de l'estudi de les substàncies radioactives naturals. Frederick Soddy va treballar amb Ernest Rutherford sobre la desintegració dels elements radioactius, el 1913 va ser un dels primers a arribar a la conclusió de que existien alguns elements que tenien un nombre màssic diferent però que no es podien diferenciar ni separar químicament.[2] El 1921 va ser guardonat amb el Premi Nobel de Química per la seva contribució al coneixement de la química de les substàncies radioactives i les seves investigacions sobre l'origen i la natura dels isòtops.[4]

A principis del segle XX es van començar a descobrir alguns productes intermedis de la cadena de desintegració dels elements radioactius. Segons Frederick Soddy mateix, la història dels isòtops comença amb el descobriment del radio-tori per William Ramsay i Otto Hahn el 1905, llavors un nou producte de la desintegració del tori (Th) que avui coneixem com a 228Th. El mateix any Tadeusz Godlewski va descobrir l'actini X (223Ra). El 1907 Otto Hahn va descobrir el meso-tori un producte intermedi entre el tori i el radio-tori i el 1908 va trobar que en realitat n'eren dos productes. Es van fer molt intents d'aïllar el radio-tori, però tots els esforços foren debades. Finalment es va arribar a la conclusió de que no era possible separar-lo per mitjans químics i es va trobar que el meso-tori esdevenia radio-tori espontàniament (com a producte del procés de la seva desintegració radioactiva.[5]

CaracterístiquesModifica

Tots els elements químics tenen un o més isòtops.[6] La majoria dels elements naturals són formats per diversos isòtops, les seves proporcions no canvien mai com a conseqüència de reaccions químiques, són només el resultat de reaccions nuclears.[7] Les propietats químiques dels isòtops d'un mateix àtom són les mateixes, són determinades pel nombre d'electrons, no pas per la massa del nucli.[8]

En canvi, les propietats físiques dels nuclis atòmics poden ser molt diferents. Per exemple, el temps de vida mitjana dels isòtops 12 i 14 del carboni és molt diferent, cosa que es pot aprofitar per datar mostres d'interès històric o arqueològic d'origen orgànic. Els isòtops només poden ésser separats per procediments físics (difusió, centrifugació, espectrometria de masses, destil·lació fraccionada i electròlisi). Hom classifica els isòtops en estables, amb una vida mitjana de l'ordre de 3 000 milions d'anys, i inestables o radioactius, que emeten radiacions i es converteixen en altres isòtops o elements.[1]

Si la relació entre el nombre de protons i de neutrons no és l'apropiat per a obtenir l'estabilitat nuclear, l'isòtop és inestable, i per tant radioactiu.

Isòtops més abundants
en el Sistema solar
[9]
Isòtop Nuclis per
milió
Hidrogen1 705.700
Hidrogen 2 23
Heli 4 275.200
Heli 3 35
Oxigen 16 5.920
Carboni 12 3.032
Carboni 13 37
Neó 20 1.548
Neó 22 208
Ferro 56 1.169
Ferro 54 72
Ferro 57 28
Nitrogen 14 1.105
Silici 28 653
Silici 29 34
Silici 30 23
Magnesi 24 513
Magnesi 26 79
Magnesi 25 69
Sofre 32 396
Argó 36 77
Calci 40 60
Alumini 27 58
Níquel 58 49
Sodi 23 33

NomenclaturaModifica

Els isòtops poden anomenar-se tres maneres diferents indicant sempre el nom de l'element i el seu nombre màssic:

  • Amb el nom de l'element, un espai, i a continuació el nombre màssic, com ara calci 48 o urani 235.
  • Amb el símbol de l'element, un guió i el nombre màssic. És el cas de Ca-48 o U-235.
  • Amb el símbol de l'element i el nombre màssic situat com a superíndex a la dreta del símbol. Pel isòtops anteriors seria 48Ca i 235U.[10]

Aplicacions dels isòtopsModifica

Existeixen nombroses aplicacions que utilitzen les diferències de propietats entre diferents isòtops del mateix element.

Utilització de les propietats químiquesModifica

  • Amb el marcatge isotòpic, s'usen isòtops inusuals com a marcadors de reaccions químiques. Els isòtops afegits reaccionen químicament igual que els presents, però després es poden identificar per espectrometria de masses o espectroscòpia infraroja. Si s'usen radioisòtops, es poden detectar també gràcies a les radiacions que emeten i la tècnica s'anomena marcatge radioactiu o marcatge radioisotòpic.
  • La datació radioactiva és una tècnica similar, però en la qual es compara la proporció de certs isòtops d'una mostra, amb la proporció que es troba en la natura.

Utilització de les propietats nuclearsModifica

  • Diferents varietats de l'espectroscòpia, es basen en les propietats úniques de núclids específics. Per exemple, l'espectroscòpia per ressonància magnètica nuclear (RMN), permet estudiar només isòtops amb un spin diferent de zero, i els núclids més usats són 1H, 2H, 13C, i 31P.

Vegeu tambéModifica

ReferènciesModifica

  1. 1,0 1,1 Gran Enciclopèdia Catalana. Volum 13. Reimpressió d'octubre de 1992. Barcelona: Gran Enciclopèdia Catalana, 1992, p. 169. ISBN 84-7739-008-8. 
  2. 2,0 2,1 «Frederick Soddy» (en anglès). Encyclopædia Britannica. Encyclopædia Britannica, Inc.. [Consulta: 29 agost 2021].
  3. Soddy, Frederick «The origins of the conceptions of isotopes» (PDF) (en anglès). Nobel Lectures, Desembre 1922, pàg. 393 [Consulta: 29 agost 2021]. «Thus the chemically identical elements - or isotopes, as I called them for the first time in this letter to Nature, because they occupy the same place in the Periodic Table - are elements with the same algebraic or nettnuclear charge, but with different numbers of + and - charges in the nucleus.»
  4. «The Nobel Prize in Chemistry 1921» (en anglès). The Nobel Prize. The official website of the Nobel Prize. [Consulta: 29 agost 2021].
  5. Soddy, 1922, p. 374-379.
  6. «Isotope» (en anglès). Encyclopædia Britannica. Encyclopædia Britannica, Inc.. [Consulta: 29 agost 2021].
  7. Feynman, 2010, p. 3-12.
  8. Feynman, 2010, p. 3-7.
  9. Arnett, David. Supernovae and Nucleosynthesis. 1a ed.. Princeton, New Jersey: Princeton University press, 1996. ISBN 0-691-01147-8. 
  10. «3.2.1. La simbologia i la formulació en els textos científics – Critèria: espai web de correcció de l'IEC». [Consulta: 17 juny 2019].

BibliografiaModifica

  • Feynman, Richard P.; Leighton, Robert B.; Matthew, Sands. The Feynman Lectures on Physics (en anglès). Volum I: Mainly Machanics, Radiation, and Heat. Edició New Millennium. Basic Books, Perseus Books Group, 2010. ISBN 978-0-465-02414-8. 

Enllaços externsModifica

A Wikimedia Commons hi ha contingut multimèdia relatiu a: Isòtop