Всеки елемент има уникален брой протони, обозначени с атомния му номер и позицията му в периодичната таблица. Освен протоните, ядрата на всички елементи, с изключение на водорода, съдържат и неутрони, които са електрически неутрални частици със същата маса като протоните. Броят на протоните в ядрото на определен елемент никога не се променя или би се превърнал в различен елемент. Броят на неутроните обаче може да се промени. Всяка вариация в броя на неутроните в ядрото на даден елемент е различен изотоп на този елемент.
Как да обозначим изотопите
Думата „изотоп“ идва от гръцките думи isos (равно) и топос (място), което означава, че изотопите на даден елемент заемат едно и също място в периодичната таблица, въпреки че имат различни атомни маси. За разлика от атомния номер, който е равен на броя на протоните в ядрото, атомната маса е масата на всички протони и неутроните.
Един от начините да се обозначи изотоп е да се напише символът на елемента, последван от число, което обозначава общия брой нуклони в ядрото му. Например, един изотоп на въглерода има 6 протона и 6 неутрона в ядрото си, така че можете да го обозначите като C-12. Друг изотоп, С-14, има два допълнителни неутрона.
Друг начин за обозначаване на изотопи е с индекси и индекси преди символа на елемента. Използвайки този метод, бихте обозначили въглерод-12 като 126С и въглерод-14 като 146° С. Индексът е атомният номер, а индексът е атомната маса.
Средна атомна маса
Всеки елемент, който се среща в природата, има множество изотопни форми и учените са успели да синтезират много повече в лабораторията. В крайна сметка има 275 изотопа на стабилните елементи и около 800 радиоактивни изотопи. Тъй като всеки изотоп има различна атомна маса, атомната маса, посочена за всеки елемент в периодичната таблица, е средна маса от всички изотопи, претеглени от общия процент на всеки изотоп, който се среща в природата.
Например, в най-основната си форма, водородното ядро се състои от един протон, но има два естествено срещащи се изотопа, деутерий (21H), който има един протон и тритий (31H), която има две. Тъй като формата, която не съдържа протони, е най-разпространената, средната атомна маса на водорода не се различава много от 1. Това е 1.008.
Изотопи и радиоактивност
Атомите са най-стабилни, когато броят на протоните и неутроните в ядрото е равен. Добавянето на допълнителен неутрон често не нарушава тази стабилност, но когато добавите два или повече, свързващата енергия, която поддържа нуклоните заедно, може да не е достатъчно силна, за да ги задържи. Атомите изхвърлят излишните неутрони и заедно с тях определено количество енергия. Този процес е радиоактивност.
Всички елементи с атомни числа по-високи от 83 са радиоактивни поради големия брой нуклони в техните ядра. Когато атом загуби неутрон, за да се върне към по-стабилна конфигурация, неговите химични свойства не се променят. Някои от по-тежките елементи обаче могат да отделят протон, за да постигнат по-стабилна конфигурация. Този процес е трансмутация, тъй като атомът се превръща в различен елемент, когато загуби протон. Когато това се случи, атомът, подложен на промяната, е родителският изотоп, а този, останал след радиоактивния разпад, е дъщерният изотоп. Пример за трансмутация е разпадането на уран-238 в торий-234.