O que são isótopos?

Vamos imaginar um par de gêmeos idênticos. Esses gêmeos têm o mesmo temperamento e, como são idênticos, é muito difícil distingui-los, a menos que você os examine de perto. Quando chega a hora do exame físico anual, os gêmeos precisam subir em uma balança e, quando o fazem, um pesa um pouco mais que o outro. Em termos de química, podemos dizer que esses gêmeos são como isótopos um do outro.

Os átomos e elementos são feitos de prótons, nêutrons e elétrons. O núcleo é feito de prótons e nêutrons, e os elétrons circundam o núcleo, conforme mostrado na ilustração abaixo. A soma do número de prótons e do número de nêutrons é igual à massa atômica.

Em um determinado elemento, o número de nêutrons pode ser diferente um do outro, enquanto o número de prótons não. Essas diferentes versões do mesmo elemento são chamadas de isótopos. Isótopos são átomos com o mesmo número de prótons, mas que possuem um número diferente de nêutrons. Como o número atômico é igual ao número de prótons e a massa atômica é a soma dos prótons e nêutrons, também podemos dizer que os isótopos são elementos com o mesmo número atômico, mas com números de massa diferentes.

Vamos dar uma olhada em um exemplo.

Isótopos de Hidrogênio

Os três são todos isótopos de hidrogênio. Como você pode ver, eles têm o mesmo número atômico, ou número de prótons, (número na parte inferior esquerda do elemento), mas diferentes massas atômicas (número na parte superior esquerda do elemento).

O número de nêutrons pode ser calculado calculando a diferença entre a massa atômica e o número atômico. Podemos ver que, para os isótopos de hidrogênio, eles têm um número variável de nêutrons. Para o prótio, o número de nêutrons é zero; para o deutério, o número de nêutrons é um; e para o trítio, o número de nêutrons é dois.

Voltando à nossa comparação com gêmeos idênticos, podemos dizer que esses três isótopos de hidrogênio são como trigêmeos idênticos uns dos outros – eles podem parecer idênticos por fora, mas são diferentes por dentro, e também têm nomes diferentes.

Isótopos de Carbono

Um elemento muito popular, o carbono, também possui isótopos. Existem três isótopos de carbono: carbono-12, carbono-13 e carbono-14. Os números que estão após o carbono referem-se à massa atômica.

O isótopo de carbono mais comum e abundante é o carbono-12. Observando as porcentagens abaixo de cada isótopo de carbono, vemos que quase 98,9% do carbono encontrado está na forma de carbono-12. A forma menos abundante de carbono é o carbono-14, com abundância de menos de 0,0001%. Se calcularmos o número de nêutrons para cada isótopo de carbono, podemos ver que eles diferem uns dos outros. Para o carbono-12, temos 6 nêutrons; para o carbono-13, temos 7 nêutrons; e para o carbono-14, temos 8 nêutrons.

Você pode notar se olharmos para as massas atômicas dos elementos na tabela periódica que eles raramente são números inteiros, assim como para o carbono, onde a massa atômica é 12,011. Isso ocorre porque a massa atômica do carbono é baseada na massa atômica média de seus isótopos e na abundância de cada isótopo.

Tipos de isótopos

Existem dois tipos principais de isótopos, e estes são os isótopos radioativos e os isótopos estáveis. Os isótopos estáveis têm uma combinação estável de prótons e nêutrons, portanto, eles têm núcleos estáveis e não sofrem decaimento. Esses isótopos não apresentam efeitos perigosos para os seres vivos, como os isótopos radioativos.

Eles são normalmente úteis ao realizar experimentos no ambiente e no campo da geoquímica. Esses isótopos podem ajudar a determinar a composição química e a idade dos minerais e outros objetos geológicos. Alguns exemplos de isótopos estáveis são isótopos de carbono, potássio, cálcio e vanádio.

Os isótopos radioativos têm uma combinação instável de prótons e nêutrons, portanto, eles têm núcleos instáveis. Como esses isótopos são instáveis, eles sofrem decadência e, no processo, podem emitir raios alfa, beta e gama.

Os isótopos radioativos podem ser úteis em diferentes setores, como alimentos, agricultura, arqueologia e medicina. Por exemplo, na indústria de alimentos, os alimentos que consumimos passam por um processo denominado irradiação alimentar, onde são expostos aos raios gama. Isso mata as bactérias nos alimentos. Na medicina, os isótopos radioativos emitem raios gama para ajudar a detectar tumores. Em arqueologia, se um objeto contém carbono e não temos certeza de sua idade, o isótopo de carbono, carbono-14, é usado para determinar sua idade com um processo chamado datação por radiocarbono.

Tipos de isótopos radioativos

Existem diferentes tipos de isótopos radioativos. Isótopos radioativos de longa vida foram criados quando o sistema solar foi formado e estão presentes há bilhões de anos. Exemplos de isótopos radioativos de vida longa incluem potássio-40, rubídio-87 e urânio-238.

Isótopos cosmogênicos são formados quando a atmosfera reage com os raios emitidos pelas estrelas ou quando materiais geológicos na superfície da Terra são irradiados por raios cósmicos diretamente. Carbono-14, cloro-36 e hidrogênio-3, também conhecido como trítio, são todos isótopos cosmogênicos.

Os isótopos antropogênicos são feitos pelo homem ou resultam de atividades humanas, como testes de armas e processamento de combustíveis nucleares. Esses isótopos são úteis nas áreas de oceanografia e hidrologia, uma vez que podem ser usados para estudar fluxos, correntes e taxas de sedimentação. Isótopos antropogênicos incluem alguns isótopos cosmogênicos, como carbono-14, cloro-36 e hidrogênio-3, bem como criptônio-85.

Os isótopos radiogênicos são produzidos quando os isótopos sofrem decaimento radioativo. Esses isótopos são úteis no campo geológico, onde podem ajudar a determinar a linha do tempo de eventos geológicos e prever fraturas. Em hidrologia, eles podem servir como marcadores hidrológicos, ajudando os cientistas a determinar o caminho do fluxo de água e as taxas de fluxo. Exemplos de isótopos radiogênicos incluem argônio-40 e hidrogênio-4.

Resumo da lição

Os isótopos de um elemento são como versões diferentes de um elemento – eles têm o mesmo número de prótons, mas número diferente de nêutrons. Por sua vez, também podemos dizer que os isótopos de um elemento têm os mesmos números atômicos, mas diferentes massas atômicas. O número de nêutrons pode ser determinado pela diferença entre a massa atômica e o número atômico. As massas atômicas dos elementos refletidos na tabela periódica são calculadas a partir das médias dos diferentes isótopos e sua abundância.

Existem dois tipos de isótopos: estáveis e radioativos. Esses dois tipos de isótopos têm muitos usos em diferentes indústrias – médica, agrícola e alimentícia, entre outras. Isótopos estáveis não sofrem deterioração e não são prejudiciais aos seres vivos. Os isótopos radioativos são instáveis, então eles sofrem decadência e são, em geral, prejudiciais aos seres vivos. Existem quatro tipos de isótopos radioativos: antropogênicos, de vida longa, cosmogênicos e radiogênicos.

Resultados de Aprendizagem

Assim que terminar, você deverá ser capaz de:

Explique o que são isótopos e como ocorrem
Compare as propriedades dos isótopos estáveis e radioativos
Lembre-se da utilidade dos isótopos estáveis e radioativos
Cite os diferentes tipos de isótopos radioativos