Mira estos tres átomos. ¿Son diferentes verdad? ¿Qué crees que quiere decir esto? ¿Serán átomos de diferentes elementos? Si tu respuesta es que sí, entonces te equivocaste. Los tres son átomos de hidrógeno, solo que son variedades distintas de este elemento. Pero ¿cómo es posible esto? ¿No son todos los átomos de un mismo elemento iguales? Aunque no lo creas, no.
Como probablemente sabes, los átomos son entidades complejas. En otras palabras, tienen partes. Estas son tres: los protones, los electrones y los neutrones. Los protones y los neutrones se encuentran en el núcleo, aquí. Por otro lado, los electrones orbitan a este. Como sospecharás, cada uno de estos componentes es responsable de distintos fenómenos.
Por ejemplo, los electrones son aquellos que determinan las propiedades químicas de un elemento y cómo estos reaccionan con otros elementos. Son la razón por la que mezclar vinagre con bicarbonato resulta en una especie de erupción volcánica. Asimismo, son la razón por la que una vara de hierro se oxida si la dejamos desprotegida en el ambiente.
Por otro lado, los protones son quienes determinan la identidad de un átomo. El número de protones de un núcleo nos dice de qué átomo estamos hablando. Así, un átomo con solo un protón es un hidrógeno. Uno con dos, uno de helio. Y con tres, uno de litio.
Ahora, los protones y los electrones están íntimamente relacionados. ¿Por qué? Porque poseen carga electromagnética. Los protones tienen una carga positiva y los electrones, una negativa. Pero ¿qué es la carga electromagnética?
La carga electromagnética es la que da origen a la fuerza electromagnética. La fuerza que permite que nuestros dispositivos electrónicos funcionen y que nuestros cuerpos no atraviesen paredes. Si quieres saber más sobre ella, puedes buscar nuestro video sobre esta. Sin embargo, para este video, lo que debemos saber es que la fuerza electromagnética consiste en la atracción de cargas opuestas y la repulsión de cargas similares.
Esta propiedad causa que los átomos tengan por lo general un mismo número de protones y electrones. Un átomo con un protón tiene suficiente fuerza para atraer un electrón. Uno con dos, para atraer a dos y así sucesivamente.
¿Y qué hay de los neutrones? Los neutrones no tienen carga. Así, estos no atraen, ni repelen, a los electrones. Sin embargo, son la causa de que existan diferentes tipos de átomos de un mismo elemento.
¿Recuerdas los tres átomos que te mostramos? Los tres eran átomos de hidrógeno, pero tenían diferentes números de neutrones. Así, si bien son del mismo elemento no son exáctamente iguales. Pero ¿qué es lo que hacen los neutrones?
Para empezar, los neutrones son indispensables para que existan diferentes tipos de elementos. Si quieres saber por qué te recomendamos buscar nuestro video sobre la interacción fuerte. Por otro lado, así como los electrones determinan las propiedades químicas de un átomo, los neutrones determinan por lo general sus propiedades físicas.
El número de neutrones afecta la masa de un átomo. Por lo que un número diferente de ellos afecta otras propiedades como la densidad de un objeto, su punto de ebullición o su punto fusión (cuando un elemento pasa de ser sólido a líquido). Por ejemplo, el agua pesada, agua compuesta por hidrógenos con un neutrón y un protón en su núcleo, hierve aproximadamente a un grado más que el agua simple, con solo un protón en su núcleo.
Así, cada elemento químico de la tabla periódica, tiene distintas variedades. Cada uno de sus cuadrados y símbolos no representa a un solo tipo de átomo, sino más bien a una familia de elementos. A estas familias, se les denomina isótopos.
De hecho, el peso atómico, este que está acá, es calculado tomando en cuenta las diferentes masas atómicas de los distintos isótopos de cada elemento. Para ello, se multiplica la masa de cada isótopo del elemento en cuestión por su abundancia. Acá en pantalla, te mostramos cómo es calculado el peso atómico del bromo.
Ahora, una de las propiedades más interesantes de los isótopos es que estos pueden cambiar la identidad de un átomo. Pero ¿qué significa esto? Veamos.
Existen dos grandes grupos de isótopos: los estables y los inestables. Los isótopos estables son átomos cuyo núcleo es estable y no cambiará bajo circunstancias comunes. Sin embargo, otros núcleos son inestables y se degradan muy fácilmente, emitiendo radiación en el proceso y cambiando la naturaleza de su núcleo, tal es el caso, por ejemplo, del carbono-14. Pero ¿qué es el carbono 14?
El carbono, el elemento del que está hecha la vida en nuestro planeta, tiene tres tipos de isótopos: el carbono-12, el carbono-13 y el carbono-14. Los números de cada nombre indican el número de partículas que estos átomos tienen en su núcleo. Dado que todos son carbonos, todos tienen 6 protones. Lo que los diferencian es su número de neutrones. Así, el carbono-12 tiene 6 neutrones, mientras el carbono-14 tiene 8.
De estos tres, el carbono-12 es el más abundante en nuestro planeta representando el 98.9% de todo el carbono. Luego está el carbono-13 que representa el 1.1% y finalmente el carbono 14 que representa el 0.0001%. El carbono-12 y 13 son átomos estables. En contraste, el 14 es inestable, esto significa que después de un tiempo, su núcleo decaerá y se convertirá en otro elemento.
El carbono-14 tiene una vida media de 5,730 años, tras lo cual este decae. Cuando esto sucede, uno de sus neutrones se convierte en un protón, emitiendo un electrón y un antineutrino, como radiación. Como resultado, el carbono se habrá transformado en un nitrógeno. Este extraño proceso es el que nos permite saber la antigüedad de los objetos orgánicos, como la edad de Ötzi.
Los seres vivos consumen a lo largo de la vida nutrientes. Estos, por lo general, contienen carbono. Las plantas lo toman del ambiente, mientras realizan la fotosíntesis. Los seres humanos y los animales lo obtienen de las plantas y otros animales. Así, dentro del tejido de todo ser vivo hay siempre una proporción mínima de carbono-14. Esta proporción se mantiene constante a lo largo de su vida.
Sin embargo, cuando morimos, dejamos de consumir carbono. A medida que pasan los años, el carbono-14 que se encontraba en nuestro cuerpo va decayendo, convirtiéndose en nitrógeno. A más tiempo pasa, menos carbono-14 habrá. Así, la proporción de este isótopo permite a los científicos saber qué tan antiguo es un objeto orgánico, como una momia o una cuerda.
Esta no es la única utilidad de los isótopos inestables. Por ejemplo, estos sirven para tratar enfermedades, como el cáncer o para alargar la vida de algunos productos, como los tomates o los hongos.
Así, cuando la próxima vez que veas la tabla periódica no debes pensar que cada elemento es uno solo, sino una familia de átomos, con las mismas propiedades químicas, pero con diferentes propiedades físicas que pueden ser aprovechadas por nosotros en diferentes ámbitos, como la salud, la historia o las industrias alimentarias.
