Los Isótopos
Enviado por 02jlpg • 4 de Noviembre de 2013 • Ensayos • 4.442 Palabras (18 Páginas) • 424 Visitas
Isótopos
Los átomos que componen a la materia poseen un número fijo de protones y electrones para cada elemento
Pero un mismo elemento puede tener diferentes números de neutrones ........
Un isótopo es cada uno de los diferentes átomos de un mismo elemento con un número de neutrones diferente 12C 14C 16C
Los isótopos de un elemento se comportan de manera idéntica desde un punto de vista químico pero la diferencia en sus masas conduce a distintos comportamientos durante procesos físicos.
Los elementos no sólo tienen varios isótopos, sino que pueden ser estables e inestables.
Isótopos estables: aquellos cuya naturaleza y/o masa no varía con el tiempo.
Isótopos radiogénicos: aquellos que se han originado por la desintegración radiactiva de otro elemento (isótopo padre o radiactivo) y se convirtió en otros elementos (isótopos hijos o radiogénicos) mediante diferentes mecanismos de decaimiento radiactivo (alfa, beta+, beta-, captura de electrones y fisión espontánea)
Isótopos estables
Los isótopos estables más utilizados son los correspondientes a los elementos químicos H, C, N, O y S.
Su importancia radica en que son elementos muy abundantes en la corteza terrestre y a que toman parte en numerosos procesos naturales. Las relaciones isotópicas que más se emplean son:
2H (D) - 1H
13C -12C
15N - 14N
18O - 16O
34S - 32S
Isótopos estables: unidades de medida
Cómo expresamos la composición isotópica de una muestra? comúnmente como la relación entre dos isótopos
R_muestra= 〖18〗_O/〖16〗_O
Rx= relación molar entre el isótopo pesado y el ligero de la muestra
A escala de abundancias isotópicas naturales las diferencias se hallan en cifras con 4 decimales y es dificultoso la precisión analítica para poder detectarlas por lo tanto:
Se desarrolló una unidad específica denominada δ (delta) que incorpora en su formulación la composición isotópica de una muestra standard ya que los espectrómetros isotópicos miden con mayor precisión las relaciones isotópicas mediante comparación y no estrictamente en valores absolutos.
Entonces:
Los isótopos estables están medidos en relación a un standard y son expresados en partes por mil 0/oo
Usando el O por ejemplo
δ 18O 0/oo = 18O/16O (muestra) – 18O/16O (standard) x 1000
18O/16O (standard)
El valor δ de una muestra dada representa, por tanto, la diferencia, en partes por mil, entre su razón isotópica y la del patrón, referida a este último.
δ 18O 0/oo= Rx – Rstd x 1000
Rstd
Su valor depende por tanto del patrón de referencia adoptado.
Un valor positivo o negativo indica que la muestra es, respectivamente, más rica o más pobre en el isótopo pesado que el patrón. Ej:
Un valor de +10.0 significa que la muestra está enriquecida en 18O en 10 partes en 1000
Patrones internacionales
Working Standars
No hay mucho de los estandares internacionales, son caros, y no se pueden usar diariamente en todos los laboratorios en el mundo.
Laboratorios de isótopos usan ”WORKING STANDARDS” (calculados en los laboratorios)
Fraccionamiento isotópico
Los elementos ligeros pueden experimentar fenómenos de fraccionamiento (separación de isótopos debido a sus masas- variación de la abundancia relativa)
Tipos de fraccionamiento
Básicamente existen dos tipos:
El fraccionamiento cinético
El fraccionamiento en equilibrio
El fraccionamiento cinético se origina a partir de procesos físicos o químicos irreversibles, es decir, de un solo sentido. Ej. la descomposición bacteriológica de las plantas
El segundo tipo de fraccionamiento es el fraccionamiento de equilibrio (o termodinámico). implican la redistribución de isótopos de un elemento entre varias especies o compuestos Ej. la reacción de intercambio isotópico
Cinético
La causa del fraccionamiento se debe a la energía de enlace molecular, que está relacionada a la frecuencia de vibración molecular que depende significativamente de la masa.
Por ello:
Los enlaces formados por isótopos ligeros son + débiles, implicando que las moléculas constituidas por isótopos + ligeros sean + reactivas....
En equilibrio
Las reacciones con este tipo de intercambio isotópico se producen en sistemas cerrados, uniformes y equilibrados químicamente. Un ejemplo clásico es el que se produce entre dos fases minerales, que es la base de la geotermometría isotópica.
Reacciones de intercambio isotópico (redistribución de isótopos de un elemento entre diferentes moléculas que lo contienen - oxigeno es intercambiado entre el cuarzo y la magnetita
2Si 16O2 + Fe318O4 = 2Si 18O2 + Fe316O4
Intercambio de isótopos entre dos fases de un mismo compuesto (e.g liquido y gaseoso)
El fraccionamiento de un isótopo entre 2 sustancias A y B puede ser definido como el factor α
α A-B = RA
RB
RA y RB: Relación molar entre el isótopo pesado y el ligero de cada sustancia
En el caso del intercambio entre cuarzo y magnetita, el fraccionamiento 18O/16O es:
α cuarzo-magnetita = 18O/16O en cuarzo
18O/16O en magnetita
y resultan valores tales como 1,009, esto puede ser expresado como el valor que ocupa el tercer decimal, el valor por mil y el factor es 9 o 9.0 por mil.
Una aprox matem útil es: 1000ln (1,009) ~ 9
La temperatura es un importante control del fraccionamiento lo que hace al fraccionamiento isotópico un valioso geotermómetro. Ejercicios 1 y 2
Por experimentación se puede observar que 1000 ln α es una función lineal de 1/T2 para pares de minerales y par mineral-fluido por lo cual podemos decir
1000 ln α mineral-mineral= A (106)+ B
T2
T en ºK
A y B constantes experimentales
Aproximaciones útiles:
para valores de δ (compo isotóp) menores a 10
1000 ln α mineral a-mineral b = δ mineral a - δ mineral b = Δ
Cuando los valores son mayores a 10
α ma-mb = 1000 + δma
1000 + δmb
...