Aplicaciones de los isótopos radiactivos

Aplicaciones de los isótopos radiactivos

Los isótopos estables y radiactivos tienen varias aplicaciones en la ciencia y en la medicina. En química se utilizan para determinar estructuras de compuestos, seguir el curso de una reacción química (determinación de los pasos que se realizan en la fotosíntesis), determinar la edad de ciertos objetos (mediante la técnica del carbono-14 se logró determinar que los papiros del Mar Muerto tienen aproximadamente entre 1917 a 2000 años), etc. En medicina se usan, por ejemplo, en el sodio-24, que inyectado al torrente sanguíneo como una solución salina puede ser monitoreado para rastrear el flujo de sangre y detectar posibles constricciones u obstrucciones en el sistema circulatorio. El yodo-131 se ha utilizado para probar la actividad de la glándula tiroides, otro isótopo, el yodo-132, se usa para producir imágenes del cerebro, el cobalto-60 para la destrucción de tumores cancerosos, el arsénico-74 para localizar tumores cerebrales, el cobalto-58 en la determinación del nivel vitamínico B, el cromo-51 en la estimación de volúmenes de líquidos del cuerpo, el fósforo-32 en la detección de cáncer en la piel, el hierro-59 para calcular la rapidez de formación de glóbulos rojos y el oro-198 para el cáncer de próstata.

Fechado radiactivo

Sumado a todo esto, se puede determinar la antigüedad de objetos que en alguna época fueron o formaron parte de organismos vivos, como pueden ser los huesos, utilizando la vida media del isótopo radiactivo carbono-14. En la materia viva, la relación entre el carbono-14 y el carbono-12 (no radiactivo) permanece relativamente constante. El carbono-14 que hay en nuestra atmósfera se origina por la reacción entre un átomo de nitrógeno y un neutrón que proviene de la atmósfera superior, como lo indica la siguiente reacción nuclear:

7N14 + 0n1 è 6C14 + 1H1

El carbono-14 se desintegra formando una partícula beta, de acuerdo con la siguiente ecuación nuclear:

6C14 è 7N14 + -1e0

Se considera que la relación entre el carbono-14 y el carbono-12 en el tejido vivo es constante durante milenios. Cuando el tejido de una planta o un animal mueren, el contenido de carbono-14 disminuye porque ya no ocurre la ingestión ni la utilización del carbono-14. Por tanto, en el tejido muerto la relación del carbono-14 y el carbono-12 disminuye con el tiempo, siendo así la relación una medida de la edad de la muestra.

La vida media del C –14 es de 5730 años. Trascurridos 5730 años de la muerte del organismo, la cantidad de C-14 se reduce a la mitad de la que había inicialmente. Por lo cual, después de dos periodos de semi - desintegración, quedará la cuarta parte de la cantidad original; después de tres periodos, la octava parte y así sucesivamente. Cuanto menor es la cantidad de C-14 que queda en el organismo muerto u objeto arqueológico, más antiguo es él.

De la misma manera, se utiliza la vida media del uranio-238 para determinar la edad de diferentes objetos no vivos, como por ejemplo las rocas. En estos cálculos se emplea la relación del uranio-238 radiactivo con el plomo-206 no radiactivo, con una vida media de 4,5 x 109 años. De acuerdo con los resultados de la aplicación de este método, la edad de las rocas más antiguas sobre la Tierra parece ser cercana a 4 x 109 años.

Reacciones nucleares artificiales

Fue Rutherford, en 1919, quien realizó la primera reacción nuclear artificial. Mediante el bombardeo de partículas alfa sobre una muestra de nitrógeno, Rutherford detectó un protón aislado; la explicación fue que la energía cinética de la partícula alfa le permite chocar con un núcleo de nitrógeno y fusionarse con él. Así, se forma un núcleo inestable de flúor, que decae eliminando un protón.

7N14 + 2He4 ====> (9F18 ) ====> 8O17 + 1H1

Si se sustituye el nitrógeno-14 por el berilio-9, en la reacción nuclear se obtiene carbono-12 y un neutrón, tal como lo indica la siguiente ecuación:

4Be9 + 2He4 ====> (6C13 ) ====> 6C12 + 0n1

Esta es la reacción que le permitió a Chadwick comprobar la existencia del neutrón.

Elementos transuránicos

Los aceleradores de partículas hicieron posible la síntesis de elementos con números atómicos mayores que 92, llamados elementos transuránicos, porque su número atómico supera el del uranio (Z=92). Desde que el neptunio (Z=93) fuera preparado por primera vez en 1940, se han sintetizado otros 16 elementos transuránicos. Todos los isótopos de estos elementos son radiactivos. Los que poseen números atómicos mayores de 100 han sido producidos utilizando elementos que luego han sido bombardeados sobre otros que les han servido de

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