Fundamentos de Química y Radiactividad: Isótopos, Reacciones y Aplicaciones

Isótopos: Concepto y Aplicaciones Clave

Un isótopo es una variante de un mismo elemento químico. Todos los átomos de un elemento tienen el mismo número de protones (Z), pero los isótopos se diferencian en la cantidad de neutrones (N) que poseen en su núcleo.

Usos Diversos de los Isótopos

• Arqueología y Paleontología: Determinación de la edad de fósiles y restos orgánicos.
• Bibliotecas: Irradiación para eliminar hongos y polillas, protegiendo documentos incunables.
• Agricultura: Adición de isótopos a fertilizantes para determinar qué parte de la planta capta el producto.
• Medicina: Utilización en diagnósticos como el centellograma, que evalúa el funcionamiento de la glándula tiroidea.

Radiactividad y Datación con Carbono-14

La radiactividad es el proceso por el cual un núcleo atómico inestable se desintegra para volverse más estable, liberando energía en forma de radiaciones. Se genera debido a un desequilibrio entre protones y neutrones en el núcleo, lo que provoca que el átomo expulse partículas (alfa, beta) o energía (rayos gamma).

La Datación con Carbono-14 (C-14)

La datación con Carbono-14 (C-14) consiste en asignar una edad a fósiles y restos orgánicos. Se utiliza este isótopo porque los seres vivos incorporan carbono (C-12 y C-14) a través de la respiración y la alimentación. Mientras están vivos, el carbono se renueva constantemente; sin embargo, cuando mueren, el C-14 queda en sus estructuras y comienza a decaer. Dado que existe una relación entre la cantidad de C-14 que se encuentra en el fósil y el tiempo transcurrido desde la muerte, se puede calcular la edad del organismo. Por esta razón, el C-14 es el isótopo preferido para la datación de fósiles.

Marie Curie: Pionera de la Ciencia Radiactiva

Marie Curie fue una científica pionera en el estudio de la radiactividad. Junto con su esposo Pierre Curie, descubrió en 1898 dos elementos radiactivos: el polonio y el radio. Introdujo el término “radiactividad” y abrió el camino para aplicaciones como la energía nuclear y la radioterapia contra el cáncer.

Por sus investigaciones, recibió dos Premios Nobel:

• Premio Nobel de Física (1903): Compartido con Pierre Curie y Henri Becquerel.
• Premio Nobel de Química (1911): Por el descubrimiento y aislamiento del radio, siendo la primera persona en obtener dos Nobel en distintas áreas científicas.

Desastres Nucleares: Impacto y Consecuencias

Hiroshima y Nagasaki

En Hiroshima se utilizó uranio-235 (U-235) y en Nagasaki plutonio-239 (Pu-239), ambos a través de fisión nuclear. Estas explosiones liberaron una enorme cantidad de energía que causó la muerte inmediata de unas 200.000 personas y dejaron radiación residual con efectos prolongados como cáncer, mutaciones genéticas y contaminación ambiental, que afectó también a los descendientes de los sobrevivientes.

Chernóbil

En Chernóbil, el accidente liberó isótopos radiactivos como yodo-131, estroncio-90 y cesio-137. Estos se acumularon en órganos específicos como la tiroides, los huesos y los músculos, provocando cáncer de tiroides, leucemia y otros problemas de salud. La leche contaminada fue una de las principales vías de exposición. Además, grandes áreas quedaron inhabitables y se observaron mutaciones genéticas en animales y humanos.

Fukushima

En Fukushima, el principal isótopo liberado fue el cesio-137, que se dispersó sobre todo en el océano, provocando una grave contaminación marina. Esto afectó a animales marinos, generó bioacumulación en peces y riesgos alimentarios para los humanos. Aunque la mortalidad directa fue baja, la población sufrió evacuaciones masivas y persisten efectos ambientales y genéticos en la fauna.

Compuestos Inorgánicos: Estructura y Clasificación

Un compuesto es una molécula formada por al menos dos átomos (iguales o diferentes entre sí).

Se denominan inorgánicos porque, en su mayoría, no contienen carbono y no se encuentran en los organismos vivos. Los átomos se unen para lograr estabilidad, lo cual se consigue cumpliendo la regla del octeto, que consiste en reunir 8 electrones en la última órbita. Esto puede lograrse cediendo, aceptando o compartiendo electrones. La valencia es la cantidad de electrones que un átomo puede ceder, ganar o compartir al unirse con otro, y se determina con la tabla periódica.

Tipos de Compuestos Inorgánicos

• Óxidos básicos: Se forman al unir un metal con oxígeno. Con agua, generan hidróxidos.
• Óxidos ácidos: Se forman al unir un no metal con oxígeno. Con agua, forman oxoácidos.
• Hidruros: Compuestos formados por hidrógeno + metal.
• Hidrácidos: Se forman con hidrógeno + no metal.
• Sales binarias: Resultado de la unión entre hidrácidos y bases.

Hidrácidos: El Ácido Clorhídrico (HCl)

El ácido clorhídrico (HCl) del estómago ayuda a digerir los alimentos y a protegernos de bacterias. Sin embargo, cuando la mucosa que lo protege se debilita, puede dañarla. La bacteria Helicobacter pylori puede romper esa barrera protectora, provocando inflamación (gastritis) y facilitando la aparición de úlceras. El estrés y algunos hábitos o medicamentos también reducen la protección del estómago y pueden aumentar la producción de ácido, agravando el daño. Así, el HCl, las bacterias, el estrés y las defensas de la mucosa están interrelacionados en el desarrollo de gastritis y úlceras.

Reacciones Químicas: Transformaciones y Clasificación

Una reacción química es un proceso en el que una o más sustancias se transforman en otras distintas, con propiedades diferentes.

• Las sustancias que reaccionan se llaman reactivos.
• Las sustancias que se forman se llaman productos.
• En una reacción química se rompen y forman enlaces químicos.

Clasificación de las Reacciones Químicas

• Descomposición: Una sola sustancia se rompe en dos o más sustancias más simples.
• Sustitución: Un elemento reemplaza a otro en un compuesto.
• Combinación: Dos o más sustancias se unen para formar un solo producto.

Ejemplos Prácticos de Reacciones Químicas

Almohadillas Frías para Deportistas

Cuando las personas sufren una lesión menor, a menudo necesitan aplicar frío para calmar el dolor hasta recibir atención médica. Para ello, existen almohadillas que contienen agua en un compartimento grande y dos reactivos separados en compartimentos inferiores (por ejemplo, nitrato de amonio o bicarbonato de calcio en uno, y agua en el otro). Al accionar una lengüeta superior, se rompe el tabique que separa los compartimentos inferiores, permitiendo que los reactivos se combinen y generen el frío suficiente para enfriar la almohadilla.

Café Instantáneo de Alta Montaña (Autocalentable)

Este dispositivo fue diseñado para alpinistas o personas que practican deportes de montaña y necesitan una bebida caliente. Consiste en un vaso de poliestireno (telgopor) con café líquido en la parte superior y dos compartimentos inferiores: uno con óxido de calcio y otro con agua. Al destapar y accionar una lengüeta, los compartimentos inferiores se comunican, el óxido de calcio entra en contacto con el agua, generando una reacción que libera mucho calor y calienta el café. Este invento, exitoso en su propósito original, también se ha adoptado para un uso más cotidiano, siendo común en congresos o reuniones donde se busca evitar que los asistentes se ausenten para buscar café.

Reacciones Endotérmicas y Exotérmicas

• Reacciones Endotérmicas: Son aquellas que necesitan energía para transcurrir, absorbiendo calor del entorno.
• Reacciones Exotérmicas: Son aquellas que transcurren con la liberación de energía, desprendiendo calor al entorno.