Ionización FÍS.

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Física

Es el nombre que se da a cualquier proceso en virtud del cual un átomo (v.) o molécula (v.), inicialmente neutro, queda con una o varias cargas eléctricas, positivas o negativas, iguales a la del electrón (v.). Sabemos que los átomos son eléctricamente neutros, pues la carga positiva del núcleo está compensada por un número igual de cargas electrónicas negativas de su corteza; pues bien, cuando uno de estos electrones es arrancado del átomo, éste se transforma en un ion positivo, y si, por el contrario, capta uno de exceso, el átomo se convierte en un ion negativo.

La i. de un átomo por pérdida de un electrón puede considerarse como un proceso límite de excitación: el electrón, por absorción de. energía, pasa a ocupar niveles energéticos superiores hasta que logra separarse del átomo del que formaba parte, que queda convertido en un ion positivo; por otra parte, el electrón libre será fijado normalmente por otro átomo neutro, con lo cual se transformará este último en un ion negativo. En consecuencia, para ionizar, un átomo positivamente debe comunicársele al electrón una cierta energía, igual a la que le mantiene ligado al átomo, o energía de enlace, denominada trabajo o energía de i. Estas energías del microcosmos se miden en electrón voltio (eV) o energía que adquiere un electrón en el campo eléctrico de un voltio; equivale a 1,610-’9 julios. Las energías de i. son del orden de pocos eV.

Los iones, aparte del hecho de poseer carga eléctrica neta, son extraordinariamente estables y difieren completamente, desde el punto de vista químico, del átomo o molécula de que proceden. Así, p. ej., la sal común es una molécula iónica formada por la unión de un ion cloro negativo y otro de sodio positivo; como tal molécula es totalmente inactiva, mientras que el cloro es un gas venenoso y el sodio se combina violentamente con el agua. Esto no puede sorprender si se tiene en cuenta que las propiedades químicas de un átomo están determinadas por su configuración electrónica externa. Por otra parte, existen estructuras químicas sumamente activas, conocidas con el nombre de radicales libres que constan, esencialmente, de átomos que no poseen estructura electrónica estable en su corteza.

La importancia de los fenómenos de i. radica precisamente en el hecho que acabamos de mencionar, es decir, en el peculiar comportamiento de la materia en estado iónico, especialmente cuando se encuentra en forma gaseosa, constituyendo lo que se denomina un plasma (v.); tanto los cohetes como los vuelos supersónicos y, en general, toda la Física espacial así como los estudios acerca de la fusión han dado gran interés a todo lo relacionado con los iones; la misma ionosfera, o región de la atmósfera que se extiende a partir de los 50 Km., se denomina así porque está constituida fundamentalmente por iones.

Agentes ionizantes y efectos de las radiaciones penetrantes. Como se ha dicho, el proceso inicial que determina la producción de iones es la pérdida de un electrón, la energía que tal proceso requiere puede ser aportada por diversos mecanismos; citaremos sólo alguno de ellos, tales como la fotoionización, la i. por choques determinados por partículas pesadas y la producida bajo el impacto de los propios electrones en forma de haces colimados sobre partículas pesadas. Sin embargo, en un proceso de fuerte i. intervienen, todas juntas, las causas citadas y otras, aunque inicialmente el mecanismo fuera determinado por uno en particular.

En consecuencia, existen diversos agentes ionizantes, entre los que conviene destacar, en nuestro caso, la acción de las radiaciones penetrantes, tales como los rayos X (v.) y rayos gamma (V. RADIACTIVIDAD), así como la de las partículas de alta energía; el mecanismo de las radiaciones (v.) consiste en ceder la energía de i. en forma de cuanto hv de energía igual a la de i., mientras que las partículas consiguen análogo objetivo por choque directo con los electrones, en virtud del cual éstos son arrancados de sus átomos.

Precisamente en estos efectos ionizantes se basan todos los métodos para detectar la intensidad y el poder de penetración de las radiaciones, tanto electromagnéticas (rayos X y gamma), como corpusculares (partículas alfa y beta de los cuerpos radiactivos, neutrones, etc.), así como para determinar la dosis de radiación a que se ha sometido a un cuerpo. Así, p. ej., para los rayos X, la cuantía de la irradiación se mide mediante una cámara de i., en la que los iones positivos y negativos producidos bajo el efecto de dicha radiación son atraídos por dos electrodos, entre los que se establece una diferencia de potencial; la corriente que se produce es una medida directa del número de iones originados y, en consecuencia, de la radiación recibida; ésta se mide en unidades roentgen, cada una de las cuales es aquella dosis de radiación que produce 2,1.109 pares de iones en un volumen de 1 cm3 de aire. Su valor energético resulta inmediato sabiendo que la creación de cada par requiere 34 eV.

Ahora bien, la energía perdida por las radiaciones en el medio, determinando en éste fuerte i., da lugar a que las moléculas, de las que el átomo forma parte, resulten químicamente alteradas, y precisamente, la producción de unas cuantas moléculas distintas es lo que constituye el riesgo que presentan todas las radiaciones ionizantes; téngase en cuenta que las alteraciones tienen lugar dentro de una célula o unidad biológica de cualquier tejido y esta lesión primaria es algo que no puede detectarse por ocurrir a escala celular, pero el desarrollo futuro del elemento celular prosigue en varias etapas, cada una de las cuales tiene su metabolismo; con ello, la lesión celular primaria se amplifica y desarrolla hasta que llega a ser capaz de interferir con el propio proceso bioquímico de la célula, momento en que se pone de manifiesto la lesión. Bien es verdad que mientras se desarrollan los procesos metabólicos destructivos, otros, de tipo constructivo, actúan de forma opuesta tendiendo a remediar la lesión celular primaria inicial; por tanto, el resultado final resulta de un complejo balance de reacciones antagónicas, y, en consecuencia, es imprevisible.

V. t.: ÁTOMO; ELECTRÓN;RADIACTIVIDAD.

J. CATALÁ DE ALEMANY.

BIBL.: J. M. A. LENIHAM, La energía atómica y sus aplicaciones, Barcelona 1956; 1. S. STRETTAN, Radiaciones ionizantes, Madrid 1967; P. ALEXANDER, Atomic radiation and lije, Londres 1955.