QUÍMICA · ISÓTOPOS
Compara protones y neutrones, aprende a leer los símbolos y distingue un cambio de isótopo de un cambio de carga. Con ocho casos resueltos y ocho ejercicios.
Los isótopos son átomos del mismo elemento con igual número de protones y distinto número de neutrones. Comparten el número atómico Z, pero tienen diferente número de masa A. Por ejemplo, C-12 y C-13 tienen seis protones; el primero tiene seis neutrones y el segundo, siete.
No todos los isótopos son radiactivos. La estabilidad depende del núcleo, no de una regla que diga «un neutrón adicional lo vuelve inestable». Los isótopos de un elemento tienen comportamiento químico parecido, aunque la diferencia de masa puede cambiar propiedades y velocidades de reacción. Estructura atómica · Efecto isotópico.
En cada fila, Z es el número de protones y n = A − Z es el de neutrones. Si el átomo es neutro, tiene Z electrones. «Estable» significa que no se observa desintegración radiactiva; «radiactivo» no indica por sí solo rapidez de desintegración ni actividad de una muestra.
Los casos 1–30 forman la colección principal. Los cuatro últimos permiten comparar el hidrógeno y el carbono, completar los isótopos naturales del estroncio y distinguir dos isótopos del californio. Composiciones isotópicas; datos de N-16, F-20 y Cf-247.
| Isótopo | Z | A | n | Estabilidad |
|---|---|---|---|---|
| 1. Hidrógeno (deuterio) (H-2) | 1 | 2 | 1 | Estable |
| 2. Hidrógeno (tritio) (H-3) | 1 | 3 | 2 | Radiactivo |
| 3. Carbono (C-13) | 6 | 13 | 7 | Estable |
| 4. Carbono (C-14) | 6 | 14 | 8 | Radiactivo |
| 5. Cobalto (Co-60) | 27 | 60 | 33 | Radiactivo |
| 6. Yodo (I-127) | 53 | 127 | 74 | Estable |
| 7. Yodo (I-131) | 53 | 131 | 78 | Radiactivo |
| 8. Americio (Am-241) | 95 | 241 | 146 | Radiactivo |
| 9. Americio (Am-243) | 95 | 243 | 148 | Radiactivo |
| 10. Nitrógeno (N-16) | 7 | 16 | 9 | Radiactivo |
| Isótopo | Z | A | n | Estabilidad |
|---|---|---|---|---|
| 11. Radón (Rn-222) | 86 | 222 | 136 | Radiactivo |
| 12. Uranio (U-235) | 92 | 235 | 143 | Radiactivo |
| 13. Uranio (U-238) | 92 | 238 | 146 | Radiactivo |
| 14. Flúor (F-20) | 9 | 20 | 11 | Radiactivo |
| 15. Aluminio (Al-27) | 13 | 27 | 14 | Estable |
| 16. Cloro (Cl-35) | 17 | 35 | 18 | Estable |
| 17. Cloro (Cl-37) | 17 | 37 | 20 | Estable |
| 18. Cobre (Cu-63) | 29 | 63 | 34 | Estable |
| 19. Cobre (Cu-65) | 29 | 65 | 36 | Estable |
| 20. Magnesio (Mg-24) | 12 | 24 | 12 | Estable |
| Isótopo | Z | A | n | Estabilidad |
|---|---|---|---|---|
| 21. Magnesio (Mg-25) | 12 | 25 | 13 | Estable |
| 22. Magnesio (Mg-26) | 12 | 26 | 14 | Estable |
| 23. Boro (B-10) | 5 | 10 | 5 | Estable |
| 24. Boro (B-11) | 5 | 11 | 6 | Estable |
| 25. Bromo (Br-79) | 35 | 79 | 44 | Estable |
| 26. Bromo (Br-81) | 35 | 81 | 46 | Estable |
| 27. Estroncio (Sr-84) | 38 | 84 | 46 | Estable |
| 28. Estroncio (Sr-86) | 38 | 86 | 48 | Estable |
| 29. Estroncio (Sr-87) | 38 | 87 | 49 | Estable |
| 30. Californio (Cf-247) | 98 | 247 | 149 | Radiactivo |
| Isótopo | Z | A | n | Estabilidad |
|---|---|---|---|---|
| 31. Hidrógeno (protio) (H-1) | 1 | 1 | 0 | Estable |
| 32. Carbono (C-12) | 6 | 12 | 6 | Estable |
| 33. Estroncio (Sr-88) | 38 | 88 | 50 | Estable |
| 34. Californio (Cf-252) | 98 | 252 | 154 | Radiactivo |
Otros elementos tienen colecciones amplias: el estaño posee diez isótopos naturales habitualmente clasificados como estables: Sn-112, Sn-114, Sn-115, Sn-116, Sn-117, Sn-118, Sn-119, Sn-120, Sn-122 y Sn-124. En este contexto, estabilidad significa ausencia de desintegración observada, no una demostración de imposibilidad absoluta de decaer. Isótopos del estaño.
Puedes escribir el nombre y A, separados por guion: uranio-235, o el símbolo con A: U-235. En la notación nuclear se escribe AZX: A arriba a la izquierda y Z abajo. Así, 23592U tiene 92 protones y 235 − 92 = 143 neutrones.
A no es la masa atómica medida. Es el número entero de nucleones, sin unidad. La masa de un átomo se expresa en u y puede ser distinta del entero A. Una masa media de la tabla periódica tampoco identifica por sí sola el isótopo.
H-1 se llama protio; H-2, deuterio (D); H-3, tritio (T). Sus núcleos tienen un protón y, respectivamente, cero, uno y dos neutrones.
La proporción de deuterio varía entre materiales. La tabla de CIAAW recoge para materiales terrestres normales un intervalo de fracción isotópica de 0,00001 a 0,00028, aproximadamente 0,001 % a 0,028 %. Por eso «uno de cada 5000» no debe tratarse como una proporción universal. Datos de abundancia.
El agua con dos átomos de deuterio se representa D₂O; el amoníaco también puede contener deuterio, por ejemplo ND₃. El número de protones del hidrógeno no cambia, pero sí la masa y, potencialmente, el comportamiento de la molécula. Comparación de masas del agua.
EJEMPLO 1
H-1: 0 neutrones; H-2: 1; H-3: 2
Los tres tienen Z = 1 y un protón. Aplicamos n = A − Z: 1 − 1 = 0; 2 − 1 = 1; 3 − 1 = 2.
Protio y deuterio son estables; tritio es radiactivo. Tener un neutrón más no vuelve radiactivo automáticamente a un núcleo. En un átomo neutro de cualquiera de ellos hay un electrón.
EJEMPLO 2
Mismo Z = 6; neutrones = 6, 7 y 8
C-12 y C-13 son estables; C-14 es radiactivo. Los tres son carbono porque conservan seis protones.
En la desintegración beta del C-14 un neutrón se transforma en protón: se forma N-14. Ese producto ya es otro elemento, con Z = 7.
EJEMPLO 3
Cl-37: 17 p, 20 n, 17 e⁻; Cl-37⁻: 17 p, 20 n, 18 e⁻
Neutrones = 37 − 17 = 20. Ganar un electrón cambia la carga, pero no A ni Z: sigue siendo el mismo isótopo.
En cambio, pasar de Cl-35 a Cl-37 cambia el número de neutrones de 18 a 20. No es un cambio de carga.
EJEMPLO 4
C-12/C-13: isótopos; C-14/N-14: isóbaros; C-13/N-14: isótonos
Los isótopos comparten Z. Los isóbaros comparten A: C-14 y N-14 tienen A = 14, pero Z = 6 y 7. Los isótonos comparten neutrones: C-13 y N-14 tienen siete.
No basta comparar el número que acompaña al nombre; hay que decidir qué se mantiene: protones, nucleones o neutrones.
EJEMPLO 5
¹H₂¹⁶O: ≈18 g/mol; ²H₂¹⁶O (D₂O): ≈20 g/mol
Como estimación escolar usamos H-1 ≈1 u, H-2 ≈2 u y O-16 ≈16 u. Las sumas son 1 + 1 + 16 = 18 y 2 + 2 + 16 = 20.
Son masas molares aproximadas, no valores exactos obtenidos de A. D es deuterio. El cambio de masa puede modificar velocidades de reacción y propiedades físicas; no convierte al deuterio en otro elemento.
EJEMPLO 6
Mezcla didáctica: 75 % Cl-35 y 25 % Cl-37 → ≈35,5 u
Con masas aproximadas de 35 u y 37 u: masa media = 0,75 × 35 + 0,25 × 37 = 35,5 u. Los porcentajes suman 100 %.
La composición es hipotética y las masas están redondeadas; no reproduce el peso atómico tabulado del cloro. Ningún átomo de la mezcla necesita tener A = 35,5: A siempre es entero.
EJEMPLO 7
100 % → 50 % → 25 %
En el modelo exponencial de una población grande y cerrada, después de dos semividas queda (1/2)² = 1/4 de los núcleos iniciales del radionúclido.
Si se usa una semivida aproximada de 5730 años para C-14, dos semividas son unos 11 460 años. Es un ejercicio del modelo; una fecha arqueológica real requiere calibración y controlar contaminación e intercambio de carbono.
EJEMPLO 8
U-235 → Th-231 + α; U-238 → Th-234 + α
En una emisión alfa se pierden dos protones y dos neutrones del núcleo: 235 = 231 + 4 y 238 = 234 + 4; en ambos casos, 92 = 90 + 2.
Son ecuaciones de núcleos. U-235 no es el producto de la desintegración alfa de U-238. La partícula α es un núcleo de helio-4, no un átomo neutro completo.
Permite estimar la edad de materiales con carbono, como madera o papel, midiendo el C-14 restante. No se mide una semivida distinta para cada objeto ni se fecha cualquier fósil por el mero hecho de ser fósil.
Se emplea en medicina nuclear, entre otras aplicaciones, para tratar determinados cánceres de tiroides. La indicación depende del caso clínico; no es un uso general de cualquier isótopo del yodo.
Es una fuente de radiación usada en algunos detectores de humo de ionización. La detección se basa en cambios en la corriente de una cámara ionizada, no en que el material reconozca químicamente el humo.
Se utiliza como material de investigación, por ejemplo en blancos para estudiar y obtener elementos superpesados. Su uso se vincula a investigación especializada de núcleos pesados.
Cf-247 es un radionúclido estudiado en física nuclear. El isótopo conocido por aplicaciones como fuente de neutrones es Cf-252, utilizado, por ejemplo, en análisis y prospección. Es esencial especificar el número de masa al atribuir un uso.
Es un isótopo fisible: puede sostener una reacción de fisión en cadena con neutrones lentos en condiciones adecuadas. Forma parte de combustibles nucleares.
Es fértil: mediante captura de neutrones y transformaciones posteriores puede originar material fisible. También puede fisionarse con neutrones suficientemente energéticos, pero su papel no es idéntico al del U-235 frente a neutrones lentos.
Estas aplicaciones dependen del isótopo concreto y de sus propiedades nucleares. Los actínidos, como uranio, americio y californio, no se agrupan bajo el nombre de tierras raras. Este último se aplica habitualmente a los lantánidos, junto con escandio e itrio. Clasificación del USGS.
Un dibujo con un núcleo más grande no permite saber qué isótopo se representa. Para identificarlo hacen falta, al menos, el número de protones y el de neutrones o su número de masa.
1. ¿Cuántos neutrones tienen Cu-63 y Cu-65?
Z = 29. Cu-63 tiene 63 − 29 = 34; Cu-65, 65 − 29 = 36. Ambos tienen 29 protones.
2. ¿Cuántos electrones tiene Mg-26²⁺?
Z = 12: tiene 12 − 2 = 10 electrones. El núcleo conserva 12 protones y 26 − 12 = 14 neutrones.
3. ¿Son isótopos N-16 y O-16?
No. Comparten A = 16, pero no Z. Son isóbaros: N tiene siete protones y O, ocho.
4. ¿Todo núcleo con más neutrones que protones es radiactivo?
No. Cl-37, por ejemplo, es estable y tiene 17 protones y 20 neutrones.
5. Una mezcla didáctica contiene 80 % B-11 y 20 % B-10. Estima su masa media usando 11 u y 10 u.
0,80 × 11 + 0,20 × 10 = 10,8 u. Se han usado masas aproximadas y porcentajes indicados, no una composición natural universal.
6. ¿Qué porcentaje queda después de tres semividas?
(1/2)³ = 1/8 = 12,5 % en el modelo de desintegración de una población grande, sin aportes nuevos ni pérdidas por otros procesos.
7. Si U-238 emite una partícula alfa, ¿qué A y Z quedan?
A = 238 − 4 = 234 y Z = 92 − 2 = 90: Th-234.
8. ¿Pueden H-1 y H-2 tener comportamiento químico parecido y velocidades de reacción diferentes?
Sí. Son el mismo elemento, pero la diferencia de masa puede producir un efecto isotópico sobre la velocidad de una reacción.
Consultadas el 7 de octubre de 2026. Ejemplos y ejercicios desarrollados por Editorial Ejemplode.