El Número de Avogadro

Isótopos (I): Deuterio

Cada elemento que aparece en la tabla periódica viene definido por su número atómico, Z. Este es el número de protones que tiene en el núcleo. Así, el carbono tiene un número atómico de 6 o el oxígeno de 8.

Algunos elementos tienen distintos isótopos, esto es, tienen el mismo número atómico pero diferente número másico. ¿Qué quiere decir esto? Que en su núcleo hay el mismo número de protones pero diferente número de neutrones. (Recordemos que el núcleo de un átomo está compuesto de protones y neutrones mientras que la corteza está compuesta de electrones).

Algunos de estos isótopos tienen características que los hacen especiales, peculiares o interesantes para el ser humano. Con esta anotación empiezo una serie que tratará sobre algunos de los isótopos más curiosos de la naturaleza.

Hablaremos del Hidrógeno. Todo el mundo conoce el hidrógeno. Es el elemento más abundante del Universo, forma parte de la molécula de agua y con suerte será el combustible del futuro (con algo más de suerte será el tema central de una futura anotación en la que comentaré muchas características químicas de este átomo y de los compuestos que forma).

La mayor parte del hidrógeno que se puede encontrar en el Universo es el hidrógeno-1. Un átomo con un solo protón y un electrón girando a su alrededor. Es la molécula más pequeña y sencilla que existe. Sin embargo, existen más isótopos de este elemento, y aunque la abundancia del hidrógeno-1 sea insultantemente mayor (99.985%) los otros dos isótopos merecen una mención especial.

En primer lugar tenemos el hidrógeno-2 o Deuterio. Su símbolo es ²H o D para simplificar. Este isótopo es mucho menos abundante (0.015%) y en su núcleo se encuentra alojado un protón y un neutrón. Fue descubierto por Urey al que le concedieron el Nobel de Química de 1934 por este descubrimiento.

Aunque se trate del mismo elemento las diferencias entre los dos isótopos son bastante considerables ya que el D tiene el doble de masa que el H. El deuterio entra en ebullición a 4 grados por encima del hidrógeno (a partir de ahora denominaremos hidrógeno al hidrógeno-1), esto es, a unos -249º y su energía de enlace también es mayor. Lo mismo sucede con la molécula de H₂O y D₂O (la llamada agua pesada). A pesar de similares también difieren en sus temperaturas de fusión, ebullición y energías de enlace. Y estas diferencias son suficientemente grandes como para imposibilitar una hipotética vida basada en el agua pesada.

¿Qué como obtenemos deuterio? Electrolizando el agua. Pasamos una corriente por el agua convirtiéndola en H₂ y O₂. Como hemos dicho, el deuterio tiene una abundancia del 0.015 %, luego de cada 100000 moléculas de agua 15 serán de agua pesada (tendrán D en vez de H). Como hemos dicho también, la energía del enlace de D-O del agua pesada es mayor que la del O-H del agua común. Así, la energía que provee la electrólisis romperá más fácilmente los enlaces O-H haciendo que el líquido remanente contenga cada vez más proporción de D₂O.Si hacemos este proceso con 30 L de agua cuando quede 1 mL este será en un 99% agua pesada. ¿Es mucho o poco? Juguemos un poco con los números.

Supongamos que tenemos una piscina olímpica reglamentaria (50 metros de largo por 20 de ancho y 2 de profundidad). ¿Quien no querría tenerla? Llena de agua son 2000 m3 de agua. 2000000 de litros. Ahora pasamos una corriente eléctrica por el agua (siempre que podamos permitirnos el lujo de pagar el recibo de la luz, que os aseguro será muy caro). ¿Que obtendríamos? 65 litros aproximadamente (con eso no nos daría ni para llenar una bañera).

El deuterio, además de para bañarnos en piscinas llenas de él, tiene muchas interesantes aplicaciones. Entre ellas destaca el uso como rastreador para estudiar reacciones químicas o rutas metabólicas (ya que puede sustituir un hidrógeno y puedes seguirlo para ver “a donde va” esa molécula o “que va a hacer”), en resonancia magnética (para estudiar estructuras moleculares) o para una hipotética fusión fría (imitando las reacciones que se producen en el Sol) que parece inviable de conseguir hoy en día por grandes dificultades tecnológicas.

Otra aplicación interesante es el estudio de la temperatura de la Tierra a lo largo de toda su historia midiendo la cantidad de deuterio que ha quedado atrapado en el hielo de la Antártida.

Como veo que me he extendido demasiado, dejaremos el Tritio (el tercer isótopo del hidrógeno) para otra ocasión.

Referencias

Dirección para referencias

1. [...] Isótopos (I): Deuterio. - Isótopos (II): Tritio. - H3+. Química Cotidiana: - Química en una Piscina. - Dolor de Estómago. Noticias: - Cumbre contra el Cambio Climático. - La célula de combustible más pequeña. - Albert Hofmann c [...]

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Comentarios

1. Muy interesante y elaborado el artículo. Una pregunta, si tuvieramos sólo agua pesada y congeláramos parte de ella. ¿Flotaría la parte congelada sobre el agua pesada en estado líquido como lo haría el agua normal?
   
   Lo digo porque creo que el agua es la única sustancia que en estado sólido es menos denso que en líquido y me preguntaba si en eso también diferen las propiedades de ambos.

   Comentario de Shora hace 3 años y 46 meses

2. En primer lugar, gracias por el comentario positivo sobre el artículo. :).
   
   Sobre tu duda, cabe esperar que los cubitos de hielo del agua pesada floten en el agua pesada líquida.
   
   Sucede por otro lado un efecto curioso. El agua pesada es a cualquier temperatura un 10% más densa que el agua normal. Así, un cubito de agua pesada sólido se hundirá en agua normal líquida a 0ºC. Más sorprendente es verlo.

   Comentario de Gauss hace 3 años y 46 meses

3. Como vienes acostumbrando, muy interesante y también ameno, lo cual se agradece ;) Por cierto, será curioso cuya abundancia debe ser casi inexistente, viendo las proporciones de los otros dos. Y pensar que la primera vez que oí nombrar al Tritio fue en una mala película de ciencia-ficción y pensé que sería 'inventado'...

   Comentario de ark hace 3 años y 46 meses

4. Sabiendo de la importancia del H y del agua para la humanidad, no sería ciertamente de utilidad juntar en cantidades importantes el agua de lluvia por tener condiciones de pureza que el agua tratada por el hombre no tiene. Además puede dársele alguna otra utilidad en bien de la agricultura, por ejemplo.

   Comentario de eraldo hace 3 años y 44 meses

5. Me pareció un articulo muy interesante. y me gustaría escuchar más acerca del Tritio...Saludos.

   Comentario de Sebastián hace 3 años y 44 meses

6. para marley

   Comentario de marley hace 3 años y 44 meses

7. MUY ACELERADO EL TEMA

   Comentario de felicitas khuno quispe hace 3 años y 43 meses

8. estudio 1 año de medicina integrar y me gustaria que me esplicara mas sobre los isotopos es pero pronta respuesta
   
   
   
   gracias

   Comentario de emmily anzoila hace 3 años y 43 meses

9. me gusto la lectura sobre isotopos porque esta sustanciosa , me podria enviar algo de factor unitario de conversiones

   Comentario de ANGY hace 3 años y 43 meses

10. bueno me gusto por ke Asi la gente sabra mas =) hi ta buena la informacion bye...

    Comentario de miguelito hace 3 años y 43 meses

11. quisiera saber que es el numero de avogadro . como se define. como aparese.quien descubrio y para que se usa

    Comentario de migail ernesto hace 3 años y 42 meses

12. Agradecería que se indique los isótopos que contienen los elementos químicos respectivos.

    Comentario de fidel peña espinoza hace 3 años y 42 meses

13. me gustarìa que me pudieran enviar alguna tabla con la abundancia relativa de todos los isòtopos, ya que la bibliografìa consultada sòlo presenta algunos ejemplos, generalmente del oxìgeno, hidrògeno y carbono

    Comentario de Fabiana hace 3 años y 42 meses

14. por fa dame tu comentario solo 10 dias
    chau amor te quiero

    Comentario de william hace 3 años y 42 meses

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