ISOTOPOS Y ALOTROPOS DE LOS ATOMOS

ISOTOPOS Y ALOTROPOS DE LOS ATOMOS

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Introduccin: Qu es un tomo?Es la unidad ms pequea de un elemento qumico que mantiene su identidad o sus propiedades y que no es posible dividir mediante procesos qumicos.El ncleo del tomo se encuentra formado por nucleones, los cuales pueden ser de dos clases:Protones: Partcula de carga elctrica positiva igual a una carga elemental, y una masa 1837 veces mayor que la del electrn. Neutrones: Partculas carentes de carga elctrica y una masa un poco mayor que la del protn (1,67493 1027 kgEn un tomo los electrones rodean el ncleo, compuesto nicamente de protones y neutrones.Los electrones tienen una masa pequea respecto al protn, y su movimiento genera corriente elctrica en la mayora de los metales. Estas partculas desempean un papel primordial en la qumica ya que definen las atracciones con otros tomos.

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Estructura del tomo

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Numero atmicoEl nmero atmico es el nmero entero positivo que es igual al nmero total de protones en el ncleo del tomo. Se suele representar con la letra ZEl nmero atmico es caracterstico de cada elemento qumico y representa una propiedad fundamental del tomo: su carga nuclear.En un tomo elctricamente neutro (sin carga elctrica neta) el nmero de electrones ha de ser igual al de protones. De este modo, el nmero atmico tambin indica el nmero de electrones y define la configuracin electrnica de los tomos.

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Numero MsicoEl nmero msico o nmero de masa representa el nmero de nucleones presentes en el ncleo atmico, es decir, la suma de sus protones y neutrones. Se simboliza con la letra A.

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Nombre del elemento qumico en la tabla peridica

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IsotoposSe denominan istopos a los ncleos atmicos con el mismo nmero de protones (Z) pero con distinto nmero de neutrones. Dos istopos por tanto corresponden al mismo elemento qumico, pero tienen un peso atmico (A) distinto ya que ste resulta de la suma de protones y neutrones del ncleo.Es decir, tienen el mismo nmero atmico pero distinto nmero msico. En los istopos el nmero de protones es idntico, por lo que tienen idntica configuracin electrnica e idnticas propiedades qumicas. Pero en cambiola masa varia, por lo que las propiedades del ncleo son distintas.

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INVESTIGACIONESA principios del siglo XX se realizaron experimentos que indicaban que las sustancias radiactivas qumicamente inseparables se podran diferenciar slo en la estructura de sus ncleos. El fsico britnico Joseph J. Thomson demostr en 1912 la existencia de istopos estables pasando nen a travs de un tubo luminoso y desviando los iones de nen por medio de campos elctricos y magnticos; esto demostr que el elemento estable nen existe en ms de una forma. Thomson encontr dos istopos del nen de nmeros msicos 20 y 22. Posteriores experimentos demostraron que el nen existente en la naturaleza contiene un 90% de nen 20 (el istopo de nmero msico 20), un 9,73% de nen 22 y un 0,27% de nen 21. Numerosos cientficos continuaron las investigaciones sobre los istopos, en concreto el fsico britnico Francis William Aston. El trabajo para detectar y estudiar los istopos se intensific con el desarrollo del espectrmetro de masas. Actualmente se sabe que la mayora de los elementos en estado natural consisten en una mezcla de dos o ms istopos. Entre las excepciones se encuentran el berilio, el aluminio, el fsforo y el sodio. La masa atmica qumica de un elemento es el promedio de las masas atmicas individuales, o nmeros msicos, de sus istopos. Por ejemplo, el cloro, cuya masa atmica es 35,457, est compuesto por cloro 35 y cloro 37, en una proporcin del 76 y el 24% respectivamente. Todos los istopos de los elementos con un nmero atmico superior a 83 (por encima del bismuto en el sistema peridico) son radiactivos, y tambin lo son algunos de los istopos ms ligeros, por ejemplo, el potasio 40. Se conocen unos 280 istopos estables (no radiactivos) existentes en la naturaleza.

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ISOTOPOS RADIOACTIVOSLos istopos radiactivos artificiales, conocidos tambin como radioistopos, fueron producidos por vez primera en 1933 por los fsicos franceses Irene y Frederick Joliot-Curie. Los radioistopos se obtienen bombardeando tomos existentes en la naturaleza con partculas nucleares como neutrones, electrones, protones y partculas alfa, utilizando aceleradores de partculas. Los istopos radiactivos son aquellos que tienden a transformarse o desintegrarse en otros. La desintegracin tiene lugar mediante la emisin espontnea de radiaciones (en forma de partculas y rayos gamma y rayos X). Dentro de los istopos hay algunos que, normalmente, se encuentran en la naturaleza. A estos istopos se les conoce como istopos radiactivos naturales, o simplemente istopos naturales. Los restantes istopos tienen que producirse artificialmente (istopos radiactivos artificiales) por irradiacin o bombardeo de istopos estables en reactores nucleares y aceleradores de partculas (ciclotrones, aceleradores de Van der Graaff, etc.) modificando la configuracin de los ncleos estables, en lo que se refiere al nmero de neutrones.De los 99 elementos naturales se conocen 1.300 ncleos. De ellos 274, correspondientes a 81 elementos, son estables, es decir, permanecen sin alterarse durante largos periodos de tiempo. Entre estos, 20 poseen un nico ncleo estado (por ejemplo, el aluminio o el fsforo), conocindoseles como mononclidos o antistopos. Los dems elementos tienen entre 2 y 10 istopos estables.

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DESINTEGRACION DE LOS ISOTOPOS RADIOACTIVOS

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SEPARACIONLa separacin de los istopos de un mismo elemento es difcil. La separacin total en una sola fase por mtodos qumicos es imposible, porque los istopos de un mismo elemento tienen las mismas propiedades qumicas. Los mtodos fsicos se basan generalmente en las minsculas variaciones de sus propiedades fsicas, debidas a las diferencias en la masa de los istopos. Los primeros istopos que se separaron en cantidades apreciables fueron los del hidrgeno: el deuterio (hidrgeno 2) y el hidrgeno comn (hidrgeno 1). Este logro se le adjudica al qumico estadounidense Harold C. Urey, que descubri el deuterio en 1932. Antes de 1940 se utilizaron varios mtodos para separar pequeas cantidades de istopos en el curso de las investigaciones. Entre los ms eficaces se encontraban: el mtodo de centrifugacin, la destilacin fraccionada, la difusin trmica, la electrlisis, la difusin gaseosa y la separacin electromagntica. Todos estos mtodos dependen de la pequea diferencia en masa de los istopos a separar, y son ms efectivos con los istopos del hidrgeno, en los que la diferencia en masa entre las dos sustancias llega a ser de un 100%; en cambio, la diferencia en masa entre los istopos del carbono, el carbono 12 y el carbono 13, o entre los istopos del nen, el nen 20 y el nen 22 slo llega a ser de un 10%. Lo mismo ocurre con los istopos del uranio, el uranio 235 y el uranio 238, en los que la diferencia es slo de un 1%. Esta menor variacin de masa hace ms difcil la separacin. En todos los procesos, excepto en el electromagntico que es el nico procedimiento de una sola fase, la separacin de los istopos implica una serie de fases. El resultado de una fase individual es la separacin del material original en dos fracciones, una de las cuales contiene un porcentaje ligeramente mayor del istopo ms pesado que la mezcla original, y la otra contiene un porcentaje ligeramente mayor del istopo ms ligero.

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ESTRUCTURAS DEL DIAMANTE Y DEL GRAFITO

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ISOTOPOS DEL HIDROGENO

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ALOTROPOSSon elementos qumicos determinados que tienen la propiedad de presentarse bajo estructuras moleculares diferentes, como el oxgeno, que puede presentarse como oxgeno atmosfrico (O2) y como ozono (O3), o con caractersticas fsicas distintas, como el fsforo, que se presenta como fsforo rojo y fsforo blanco (P4), o el carbono, que lo hace como grafito, diamante y fulereno. Para que a un elemento se le pueda denominar como altropo, sus diferentes estructuras moleculares deben presentarse en el mismo estado fsico.Las propiedades alotrpicas se presentan en elementos que tienen una misma composicin, pero aspectos diferentes; por lo tanto, la propiedad debe observarse en el mismo estado de agregacin de la materia y es caracterstico del estado slido.La explicacin de las diferencias que presentan en sus propiedades se ha encontrado en la disposicin de los tomos de carbono en el espacio. Por ejemplo, en los cristales de diamante, cada tomo de carbono est unido a cuatro tomos de carbono vecinos, adoptando una ordenacin en forma de tetraedro que le confiere una particular dureza.En el grafito, los tomos de carbono estn dispuestos en capas superpuestas y en cada capa ocupan los vrtices de hexgonos regulares imaginarios. De este modo, cada tomo est unido a tres de la misma capa con ms intensidad y a uno de la capa prxima en forma ms dbil. Esto explica porqu el grafito es blando y untuoso al tacto. La mina de grafito de un lpiz forma el trazo porque, al desplazarse sobre el papel, se adhiere a ste una pequea capa de grafito.El diamante y el grafito, por ser dos sustancias simples diferentes, slidas, constituidas por tomos de carbono reciben la denominacin de variedades alotrpicas del elemento carbono.

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ALOTROPOSNO METALES Y METALOIDESCARBONOOXIGENONITROGENOFOSFOROAZUFRESELENIO BOROGERMANIOSILICIOARSENICOANTIMONIO

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Protones:Partcula de carga elctrica positiva igual a una carga elemental, y una masa 1837 veces mayor que la del electrn. Neutrones: Partculas carentes de carga elctrica y una masa un poco mayor que la del protnEn un tomo los electrones rodean el ncleo, compuesto nicamente de protones y neutrones.Los electrones tienen una masa pequea respecto al protn, y su movimiento genera corriente elctrica en la mayora de los metales. Estas partculas desempean un papel primordial en la qumica ya que definen las atracciones con otros tomos.

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