Isotopos

5. HERRAMIENTAS ISOTÓPICAS. ESTADO DEL ARTE

5.1 Fundamentos del uso en hidrología subterránea

Los átomos están constituidos por un núcleo rodeado por electrones. La densa concentración de materia del núcleo constite principalmnente de dos tipos de partículas: protones y neutrones. La suma del número de protones (Z) y de neutrones (N) es el número másico: A=Z+N. La notación que describe a unnúcleo determinado del elemento es: [pic]
Como entre los protones existen unas fuerzas eléctricas repulsivas, se requiere la presencia de los neutrones para estabilizar el núcleo. En los nucelos más abundantes de los elementos ligeros, los números de protones y neutrones son idénticos.
El núcleo atómico de un elemento que contiene diferente número de neutrones recibe nombre de isótopo. Muchoselementos tienen de manera natural dos o más isótopos estables. La probabilidad de formación de estos núcleos con diferente número de protones y neutrones es baja, por lo que la concentración natural de estos núcleos es menor.

Las relaciones isotópicas se definen mediante la expresión:

[pic]

Sin embargo las relaciones isotópicas no se describen como números absolutos, sino como undesplazamiento de la relación isotópica de una muestra respecto a un estándar:

[pic]‰)

Las diferencias en las propiedades físicas y químicas de los compuestos químicos formados por diferentes isótopos del mismo elemento se deben a las diferencias en la masa de los núcleos atómicos. Las consecuencias de estas diferencias en la masa son de dos tipos:
- Las moléculas isotópicas más pesadastienen una movilidad inferior.
- Las moléculas más pesadas tienen energía de ligazón superior.

Estas diferencias entre diferentes isótopos es lo que provoca el fraccionamiento isotópico, el cual se define como la diferente concentración de los isótopos de un elemento entre dos fases físicas o especies químicas debido a procesos físicos, químicos o biológicos.

El proceso de fraccionamientoisotópico se describe matemáticamente mediante la comparación de las relaciones isotópicas de los dos componentes en equilibrio químico (A(B), o la posterior y anterior en un proceso químico de transición (A(B). El factor de fraccionamiento se define como el conciente de las dos relaciones isotópicas: [pic]
Normalmente los efectos isotópicos son pequeños (α≈1). Por este motivo se utiliza con másfrecuencia la desviación α respecto a 1. Esta cantidad, a la que se denomina fraccionamiento, y se define de la siguiente manera:
[pic]
A continuación se describen brevemente los fundamentos de las técnicas que utilizadas:

5.12 Isótopos estables de la molécula de agua (18O y 2H).

El oxígeno posee tres isótopos estables, 16O, 17O, 18O, con abundancias de 99,76; 0,035; 0,2%; respectivamente(Nier, 1950). Las observaciones de las concentraciones del 17O aportan poca información sobre el ciclo hidrológico.

El Hidrógeno consta de dos isótopos estables, el 1H y el 2H, con abundancias de 99,985 y 0,015% respectivamente. El estándar utilizado para ambos isótopos fue establecido por la OIEA en 1976, consistente en la mezcla de grandes volúmenes de agua oceánica tomada a variasprofundidades.

Basan La su utilidad de ambos isótopos se basa en en los la redistribución de los distintos isótopos de cada elemento que tiene lugar durante los cambios de estado físico (procesos de evaporación, (formación de nubes) y formación de lluviacondensación (precipitación que recargará el acuífero)).

La evaporación que tienen lugar en la naturaleza transcurre en condiciones de no equilibrio,y la mayor difusividad de las moléculas ligeras provoca que estas se escapen con mayor rapidez, lo que se traduce en un mayor enriquecimiento de la fase líquida de isótopos pesados en condiciones de no equilibrio (el efecto cinético es mayor para el deuterio que para el 18O). Al contrario que la evaporación, la condensación se produce en condiciones de equilibrio o casi equilibrio.

La línea...