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Aplicaciones
de los isótopos radiactivos |
Medicina
En medicina la
radiación de alta energía emitida por el radio fue
utilizada durante mucho
tiempo en el tratamiento del cáncer. Actualmente se usa el
cobalto-60 para el
tratamiento del cáncer porque emite una radiación con
más energía que la que
emite el radio y es más barato que este. En medicina se usa el
tratamiento con
cobalto-60 para detener ciertos tipos de cáncer con base en la
capacidad que
tienen los rayos gamma para destruir tejidos cancerosos. El cobalto-60
se
desintegra emitiendo partículas beta y rayos gamma, y tiene una
vida media de
5.27 años. Su proceso de desintegración se representa
mediante la ecuación
química nuclear:
2760Co ----> 2860Ni + -10b + 00g . t1/2
= 5.27 años
Ciertos tipos de
cáncer se pueden tratar internamente con isótopos
radiactivos, como el cáncer
de tiroides, como el yodo se va a la glándula tiroides, se trata
con yoduro de
sodio (NaI) que contenga iones de yoduros radiactivos provenientes del
yodo-131
o del yodo-123. Allí la radiación destruye a las
células cancerosas sin afectar
al resto del cuerpo.
Para detectar
desórdenes circulatorios de la sangre se utiliza una
solución de cloruro sódico
(NaCl) que contenga una pequeña cantidad de sodio radiactivo y
midiendo la
radiación el médico puede saber si la circulación
de la sangre es anormal.
Para el estudio
de los desórdenes cerebrales se utiliza una tomografía de
emisión de protones
conocida como PET. Se le administra al paciente una dosis de glucosa (C6H12O6)
que contenga una pequeña cantidad de carbono-11 (11C),
que es
radiactivo y emite positrones, luego se hace un barrido del cerebro
para
detectar los positrones emitidos por la glucosa radiactiva “marcada”.
Se
establecen las diferencias entre la glucosa inyectada y metabolizada
por los
cerebros normales y los anormales. Por ejemplo, con la técnica
PET se ha
encontrado que el cerebro de un esquizofrénico metaboliza
alrededor de un 20 %
de la glucosa que metaboliza un individuo normal.
Algunos
radioisótopos utilizados en medicina.
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Arsénico-74
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Cobre-64
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Radio-226
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Astato-211
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Estroncio-90
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Radón-222
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Bismuto-206
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Europio-152
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Sodio-24
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Boro-10
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Arsénico-35
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Tantalio-182
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Boro-11
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Fierro-55
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Tecnecio-99
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Bromo-82
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Fierro-59
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Tulio-170
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Carbono-14
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Fósforo-32
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Xenón-133
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Cerio-144
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Itrio-90
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Yodo-131
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Cesio-137
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Litio-6
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Yodo-132
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Cromo-51
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Litio-7
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Oro-198
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Cobalto-60
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Nitrógeno-15
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Química
Una de las
primeras aplicaciones de los isótopos radiactivos en
química fue en el estudio
de las velocidades de una reacción reversible para establecer
las condiciones
de equilibrio. Por ejemplo, para conocer el equilibrio en una
solución saturada
de cloruro de plomo II (PbCl2). La ecuación
química que representa
el equilibrio de esta solución es:
PbCl2(S) ---->
Pb2+(ac) + 2 Cl1-(ac)
Se usa el
isótopo radiactivo de plomo-212 para comprobar que los procesos
de disolución y
de precipitación se producen a la misma velocidad. Se agrega a
una solución
saturada de cloruro de plomo II una pequeña cantidad de nitrato
de plomo II que
contenga el isótopo plomo-212. Un tiempo después se
precipita plomo, lo que
indica que se está produciendo un intercambio entre el cloruro
de plomo sólido
y el ión plomo +2 de la solución.
En estudios de
química orgánica se usan los isótopos radiactivos
como trazadores o
rastreadores (por ejemplo, carbono-14)
para conocer los mecanismos de reacciones complejas como las de
la
fotosíntesis, en la que en varias etapas se van formando
moléculas más
complejas. Para el estudio de la trayectoria de las reacciones
químicas en la
fotosíntesis se nutre a la planta con dióxido de carbono
(CO2) que
contiene carbono-14. Por esto, el químico norteamericano Melvin
Calvin (1911-)
obtuvo el Premio Nobel de Química en 1961, aclaró una
parte del proceso químico
de la fotosíntesis y de los productos intermedios que se
producen (ciclo de
Calvin)
Datación
Las mediciones
de la radiactividad se usan para determinar la edad de los minerales y
de
restos fósiles (datación). Por ejemplo, la existencia de
núclidos radiactivos
naturales sobre la superficie de la Tierra sugiere que sus vidas medias
son
comparables con las edades de los minerales en los cuales se
encuentran, y
estos proporcionan una estimación de la edad de la Tierra.
Como los
isótopos radiactivos se usan para determinar el tiempo que hace
que se
solidificaron las rocas (edad de las rocas) se les conoce como “los
relojes
naturales”. Por ejemplo, si una roca contenía uranio-238 al
solidificarse los
productos de la desintegración radiactiva del uranio no pueden
escapar por
difusión, por lo que quedan retenidos en la roca, y se
transforman en
plomo-206. Para conocer la vida media (t1/2) de la roca se
necesita
conocer la reacción química global del proceso y la
relación actual entre el
plomo-206 y el uranio-238 en la roca, y es:
92 238U ----> 82 206Pb +
8 24He +
6 -10e t1/2
= 4.5x109
años.
La reacción de
desintegración es de primer orden, por lo que, la
ecuación que relaciona la
concentración y el tiempo de reacción es: ln Ci/Cf
= kt o
log Ci/Cf = kt/2.3; donde Ci es la
concentración inicial de reactivo, Cf es la
concentración final de
reactivo, t es el tiempo que tarda en descender la concentración
del reactivo
inicial y k es la relación de la velocidad de reacción
entre la concentración
inicial del reactivo y se conoce como la constante de velocidad. La
edad de las
rocas determinada por este método varía entre 3x109
años y 4x109
años. El valor más alto se
toma como la edad aproximada de la Tierra (cuatro mil quinientos
millones de
años).
A mediados del
siglo pasado, el químico norteamericano Willard Frank Libby
(1908- ) y sus
colaboradores desarrollaron un método basado en la
desintegración del
carbono-14, radiactivo, que sirve para calcular edades entre unos
cientos de
años hasta 50 000 años. Se ha usado para calcular la edad
de reliquias que
quedan del hombre prehistórico y para determinar la autenticidad
de lienzos de
la pintura renacentista.
El carbono-14 se
forma en la atmósfera por la interacción de los
átomos de nitrógeno con los
neutrones de los rayos cósmicos y la ecuación nuclear que
representa dicho
proceso es:
714N
+ 01n ---->
6 14C + 11H
El carbono-14
formado en esta reacción nuclear se incorpora a la
atmósfera como dióxido de
carbono (CO2). El dióxido de carbono
atmosférico alcanza una concentración
estacionaria, que asciende aproximadamente a un átomo de
carbono-14 por cada 1012
átomos de carbono-12. Tanto los animales que se alimentan de
plantas como una
planta viva que absorbe dióxido de carbono de la
atmósfera mantienen esta
proporción de 14C/12C.
Cuando muere una
planta o un animal se termina la ingestión de carbono radiactivo
y en
consecuencia, comienza a producirse la desintegración radiactiva
del carbono-14
y la relación 14C/12C disminuye.
6 14C ----> 714N
+ -10e
Determinando la
relación 14C/12C y comparándola
con la edad de las
plantas vivas, se puede saber el tiempo que hace que murió la
planta o el
animal mediante la ecuación cinética: ln Ci/Cf
= kt o log
Ci/Cf = kt/2.3.