Conceito de Isótopo
Diz-se dos átomos
que têm o mesmo número atómico (mesma carga nuclear ou
igual número de protões no núcleo, e que portanto
constituem o mesmo elemento) mas diferem no número de massa, e
que têm propriedades químicas quase idênticas, tanto menos
diferentes quanto mais pesados forem os elementos. A
possibilidade de que existam isótopos é explicada pelo
diferente número de neutrões no núcleo. Assim, os três
isótopos conhecidos do oxigénio, de pesos atómicos 16, 17
e 18, têm, todos, o número atómico igual a 8, com
dois eletrões no primeiro nível de energia e seis no segundo nível, pelo
que não apresentam comportamento químico diferente; em contrapartida,
todos têm no seu núcleo o mesmo número de protões, mas o
de neutrões é respetivamente 8, 9 e 10. A
existência de isótopos explica porque é que a maioria dos
elementos químicos tem pesos atómicos que não são números
inteiros, dado que estes são calculados tendo em conta a
quantidade relativa de cada isótopo que existe. Por exemplo,
o cloro, com 75.4 % de átomos de peso atómico 35 e
24.6% de peso 37, tem um peso atómico 35.457. A
existência de isótopos foi descoberta em 1912 por Joseph
Thomson (1856 - 1940), através do uso do espectrógrafo de massa,
aperfeiçoado por Francis Aston (1877 - 1945). Este instrumento permite
determinar as massas relativas de átomos e
moléculas, medindo o desvio que sofrem os raios positivos, pela ação
de campos elétricos e magnéticos.
Os elementos
químicos são compostos por um ou mais isótopos. Os
isótopos instáveis (radioativos) são de natureza
primordial ou pós-primordial. Os isótopos primordiais
são o produto da nucelossíntese estelar ou de outro tipo
de nucleossíntese, e têm persistido até ao presente devido à sua
velocidade lenta de decaimento. Os isótopos
pós-primordiais foram criados pelo bombardeamento de raios
cósmicos como os nuclídeos cosmogénicos, (por exemplo:
trítio, carbono-14), ou pelo decaimento de um
isótopo primordial radioativo para um nuclídeo radiogénico
radioativo (por exemplo: de urânio para rádio). O
decaimento radioativo de isótopos é um parâmetro muito
importante na determinação do tempo, por isso, é chamado de “relógio
geológico”. Isso se deve a uma propriedade dos radioisótopos
chamado tempo de meia vida, que é o período de
tempo necessário para que metade dos seus átomos sofra decaimento
radioativo. O tempo de meia vida varia muito de um
isótopo para outro, alguns decaem em milhões de anos,
outros fazem-no em milésimos de segundos.
Somente cerca de 80
elementos químicos é que têm isótopos estáveis, e 26
destes têm um só isótopo estável. Assim, cerca de dois terços
dos elementos químicos naturalmente presentes na Terra
estão sob a forma de múltiplos isótopos. Existem cerca de 94
elementos químicos que se apresentam de uma forma natural na Terra,
que só são detetados em pequenas quantidades (plutónio-244).
Estima-se que os elementos que ocorrem naturalmente na Terra
possuam 339 isótopos. Somente 254 destes são estáveis,
no sentido de nunca terem sido observados a sofrer decaimento.
Para além disto, detetaram-se aproximadamente 3000 isótopos
radioativos não encontrados na Natureza, que foram criados em
reatores nucleares e em aceleradores de partículas. Outros
isótopos podem ser criados pelas estrelas ou pelas
supernovas, como por exemplo o alumínio-26, que não se
encontra naturalmente presente na Terra, mas que tem uma relativa
abundância ao nível astronómico.
Separação de
isótopos
A separação dos
isótopos de um elemento é uma operação difícil devido
às propriedades químicas semelhantes que apresentam. O hidrogénio
pode decompor-se nos isótopos de peso 1 e 2 por
eletrólise fracionada da água. As moléculas de água
que possuam o hidrogénio-2 (deutério) decompõem-se com
maior dificuldade. Por isso, o resíduo de uma longa
eletrólise é rico em deutério. Outro isótopo do hidrogénio,
o trítio, de peso 3, obteve-se por síntese. Para obter o
isótopo de urânio-235, que se usa na bomba atómica,
foi necessário idealizar processos de separação dos isótopos.
A separação isotópica eletromagnética baseia-se no
mesmo princípio do espectrógrafo de massa. A de difusão
gasosa, que se empregou para separar os isótopos de urânio,
tem no seu fundamento na lei de Graham, segundo a qual a
velocidade com que os gases atravessam os diafragmas
porosos depende das suas densidades.
Outros assuntos
relacionados:
- Número atómico
- Ligação Química
- Protão
- Eletrão
- Neutrão
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