¿Para qué sirven los isótopos?

Los átomos están formados, de forma clásica, por tres tipos de partículas: neutrones, protones y electrones. Los neutrones y protones forman el núcleo mientras que los electrones se encuentran girando alrededor del núcleo, formando una "nube de electrones".

Los átomos de un elemento químico se caracterizan por tener un determinado número de protones. El número de protones de un elemento en química se llama número atómico (Z). Los átomos son eléctricamente neutros, es decir, tienen el mismo número total de partículas positivas (protones) que negativas (electrones). Otra cosa que caracteriza a los átomos es su número másico (A) que es la suma de todos los protones y neutrones que componen el núcleo atómico y que le dan a este la mayoría de su peso o masa. Puedes aprender más sobre este en esta otra lección de unPROFESOR sobre ¿Cómo sacar el número másico?

Ahora bien, dos átomos de un mismo elemento químico (con el mismo número atómico) pueden tener diferente número de neutrones en su núcleo, y por tanto peso atómico diferente. Estos dos átomos, con el mismo número atómico pero con distinto peso atómico, se llaman isótopos. Los isótopos de un mismo elemento químico pueden tener características o propiedades que los hagan muy interesantes y útiles para los seres humanos. Si quieres saber más sobre el tema puedes visitar nuestra lección Características de los isótopos.

Ahora que ya sabes bien qué son, si alguna vez te has preguntado para qué sirven los isótopos, ¡sigue leyendo!

Como sabrás, una de las principales fuentes de energía del planeta es la energía nuclear. El nombre de energía nuclear proviene de que la energía se obtiene, literalmente, del núcleo de los átomos. Como ya vimos anteriormente, el núcleo de los átomos está formado por protones y neutrones, que están unidos debido a una gran fuerza. Esta energía puede ser liberada y aprovechada por el hombre mediante dos procesos: la fusión nuclear (la combinación de dos núcleos, que se unen para formar otro más grande y con más energía) y la fisión nuclear (la desintegración o separación de un núcleo en varios más pequeños).

Actualmente, la mayoría de la obtención de energía nuclear se hace por fisión nuclear. Para ello, normalmente se utilizan el isótopo de Plutonio «Pu-239» y el isótopo del Uranio «U-235» ya que son muy inestables y pesados y la división del núcleo conlleva una producción de energía bastante alta. Cuando se produce la ruptura de los núcleos de estos isótopos, se genera gran cantidad en forma de calor; este calor es aprovechado en los reactores nucleares para calentar agua, que pasa de estado líquido a gas. Este vapor de agua es transportado hasta una turbina, que se mueve. A su vez, esa turbina está conectada a un generador eléctrico cuya misión es transformar la energía de giro de la turbina en energía eléctrica, que puede ser almacenada, transportada y utilizada en nuestras casas.

Uno de los campos en los que la aplicación de los isótopos es mayor es en la medicina. Podemos distinguir dos fases durante la enfermedad en las cuales se utilizan los isótopos: el diagnóstico y el tratamiento de la enfermedad.

Para el diagnóstico de enfermedades y patologías se pueden utilizar técnicas como las radiografías o las gammagrafías; las gammagrafías se basan en un método de detección de radiofármacos, que no son más que mezclas de sustancias entre las cuales hay pequeñas cantidades de un radioisótopo. También se pueden utilizar para determinar pequeñas cantidades de enzimas o proteínas generadas en algunos procesos biológicos.

Los isótopos pueden utilizarse para el tratamiento de enfermedades. Los isótopos se utilizan durante los tratamientos de radioterapia para destruir las células que forman tejidos malignos y tumores; en este proceso, las radiaciones ionizantes de los equipos médicos llegan hasta las células tumorales y afectan al ADN de estas, generando tantas roturas y mutaciones que provocan la muerte de estas. Además, antes de aplicar los tratamientos de radioterapia, los isótopos pueden ayudar a los médicos a estudiar las características de las células del tumor, su localización, etc. y de esas manera crear un plan de acción para ajustar la dosis, frecuencia y cantidad de sesiones de irradiación necesarias antes de comenzar el tratamiento.

Otra de las aplicaciones de los isótopos en medicina es la aplicación de radioisótopos para la esterilización de material, equipo e instalaciones como quirófanos. Existen diferentes tipos de esterilización por radiación según el elemento que utilicemos, aunque la más utilizada es la radiación ultravioleta (UV)

Si alguna vez te has preguntado para que sirven los isótopos dentro del mundo del arte y arqueología, posiblemente te has topado con una de sus aplicaciones: la datación de obras. Los isótopos y la comparación de la vida media de estos permiten datar la edad de muestras arqueológicas provenientes de excavaciones pero también de obras de arte como pinturas, murales o incluso esculturas. Otra de las aplicaciones más relevantes en el arte es la identificación de falsificaciones o alteraciones de obras: gracias al análisis de isótopos se puede saber no solo la fecha en la que se hizo una obra (y detectar posibles copias) si no saber qué materiales se utilizaron para hacerla (y compararlos con los que utilizaba el autor de la supuesta obra), se puede investigar las capas interiores de las obras sin dañarlas, etc. Incluso se puede detectar los microorganismos e insectos que se quedaron atrapados en las pinturas húmedas y analizar su antigüedad.

Por último, los isótopos también pueden utilizarse para conservar obras y prevenir que estas se dañen. Ciertas obras pueden cubrirse de una sustancia a la que después se le aplica radiación gamma. Esta combinación de monómeros y radiación hace que se ralentice el deterioro de la obra ya que reduce la progresiva pérdida de fijación que sufre la obra al estar expuesta al medio ambiente, se esteriliza y se eliminan los insectos, hongos y demás que dañan y contaminan las obras. Este método se suele aplicar a pinturas pero hay otros métodos que permiten recuperar incluso libros en condiciones extremas de conservación.

La agricultura y la alimentación se sirven de los isótopos a todos los niveles, desde antes de que se plante el vegetal hasta que llega a nuestra mesa. Los isótopos se utilizan para la mejora genética de especies vegetales muy importantes para la alimentación humana, lo que permite el desarrollo de variedades genéticas más productivas, resistentes y eficientes. Una vez en la plantación, los isótopos nos permiten un uso consciente de los fertilizantes ya que permiten que podamos detectar su sobreutilización. Por último, durante su preparado para la comercialización, los isótopos se utilizan durante la esterilización tanto de envases como del mismo producto en sí, haciendo que este dure más tiempo y en mejores condiciones, hasta su consumo.

Hay otras muchas aplicaciones de los isótopos, como las siguientes:

• Estudio del ciclo del agua. La hidrología se sirve de los isótopos para seguir el ciclo del agua y detectar la posible contaminación de esta durante distintas fases del ciclo. Una de las aplicaciones más importantes es la detección de contaminación de aguas subterráneas, especialmente por la sobreutilización de fertilizantes.
• Estudios de contaminación. Los isótopos no sirven solo para determinar la contaminación del agua como hemos visto en el punto anterior si no que puede utilizarse para determinar la presencia de compuestos contaminantes de azufre y nitrógeno en la atmósfera o para estudiar la contaminación de los sedimentos por derivados del petróleo que pueden provenir, por ejemplo, de un vertido ilegal.
• Aplicaciones de los isótopos en la industria. El estudio y los conocimientos de las propiedades de los distintos isótopos han permitido a la industria mejorar y desarrollar procesos industriales pero también para verificar que diferentes instrumentos, piezas u objetos están en perfectas condiciones (control de calidad).
• En la minería y la cosmología. Los isótopos son utilizados para crear las sondas nucleares, encargadas de estudiar la composición de las diferentes capas que componen nuestro planeta. En cambio, el estudio de los isótopos que contienen los meteoritos nos permite investigar la antigüedad del universo, el posible origen de estos meteoritos y las características de este.
• Los isótopos y el estudio del espacio exterior. Los isótopos se utilizan para fabricar las pilas nucleares; estos dispositivos se utilizan como almacenes de energía que alimentan los equipos e instrumentos de los satélites y las sondas espaciales.

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