Isótopos y masa atómica

La tabla periódica da para el cloro un valor de aproximadamente 35.45, pero ningún átomo de cloro pesa 35.45. Cada uno es cloro 35 o cloro 37.

Mismo elemento, distinto peso

Los isótopos de un elemento tienen el mismo número de protones y de electrones, así que se comportan igual en las reacciones. Solo se diferencian en los neutrones, lo que cambia su masa. El hidrógeno lo muestra con claridad. El hidrógeno común no tiene ningún neutrón. El deuterio tiene uno y pesa aproximadamente el doble. El tritio tiene dos y es radiactivo. El NIST mide que el 99.9885% del hidrógeno natural es del tipo común y el 0.0115%, deuterio.

De dónde sale 35.45

El peso atómico que aparece en la tabla periódica es un promedio de todos los átomos de ese elemento que hay en la naturaleza, ponderado según la abundancia de cada isótopo. Las masas se miden en unidades de masa atómica, en las que un átomo de carbono 12 vale exactamente 12. Para el cloro, el NIST da al cloro 35 una masa de 34.969 y una abundancia del 75.76%, y al cloro 37 una masa de 36.966 y una abundancia del 24.24%.

Multiplica cada masa por su abundancia y suma: 34.969 × 0.7576 + 36.966 × 0.2424 ≈ 26.49 + 8.96 ≈ 35.45. Como tres de cada cuatro átomos de cloro son del tipo más ligero, el promedio queda mucho más cerca de 35 que de 37. La misma suma para el carbono, 12 × 0.9893 + 13.003 × 0.0107, da aproximadamente 12.011, y por eso el carbono aparece un poco por encima de 12.

Fíjate en que las masas de los isótopos se acercan a números enteros, pero no son exactamente iguales a ellos. El cloro 35 tiene número másico 35, un simple recuento de 17 protones y 18 neutrones, pero su masa medida es 34.969. Los números másicos son siempre números enteros, y las masas medidas no, porque protones y neutrones no valen exactamente 1 unidad cada uno y parte de la masa se gasta en mantener unido el núcleo.

El NIST no da al cloro un único peso atómico. Da un intervalo, de 35.446 a 35.457, porque la proporción de cloro 37 varía un poco entre muestras de lugares distintos. En el trabajo diario, los químicos lo redondean a 35.45. Algunos otros elementos, entre ellos el hidrógeno y el carbono, aparecen con intervalos por la misma razón.

Isótopos inestables

Algunos isótopos son inestables y se transforman poco a poco en otros elementos emitiendo radiación. El carbono 14 es uno de ellos. El NIST indica que la mitad de cualquier cantidad de carbono 14 se convierte en nitrógeno 14 en 5730 años. Ese ritmo constante se llama periodo de semidesintegración (o vida media). Los seres vivos incorporan carbono durante toda su vida, incluida una pequeñísima proporción de carbono 14. Cuando mueren, el carbono 14 deja de reponerse y su proporción se reduce a la mitad cada 5730 años, así que medir lo que queda indica a los arqueólogos la edad de un hueso, una semilla o una hoguera antigua.

La mayoría de los isótopos que encontrarás son estables. El carbono 12 y el carbono 13 nunca cambian por sí solos, y tampoco los dos isótopos del cloro ni el hidrógeno común y el deuterio. De los ocho isótopos de la tabla anterior (D es el deuterio y T el tritio; las abundancias son valores del NIST), solo el tritio y el carbono 14 son radiactivos.