domingo, 28 de noviembre de 2010

aPLICACIONES DE LOS ISOTOPOS RADIACTIVOS






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.


Arsénico-74
 Cobre-64
 Radio-226

Astato-211
 Estroncio-90
 Radón-222

Bismuto-206
 Europio-152
 Sodio-24

Boro-10
 Arsénico-35
 Tantalio-182

Boro-11
 Fierro-55
 Tecnecio-99

Bromo-82
 Fierro-59
 Tulio-170

Carbono-14
 Fósforo-32
 Xenón-133

Cerio-144
 Itrio-90
 Yodo-131

Cesio-137
 Litio-6
 Yodo-132

Cromo-51
 Litio-7
 Oro-198

Cobalto-60
 Nitrógeno-15
 



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.

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