Welche Elemente sind Isotope?

Alle Elemente sind Isotope. Obwohl alle Atome eines gegebenen Elements die gleiche Ordnungszahl (Anzahl der Protonen) haben, variiert das Atomgewicht (Anzahl der Protonen und Neutronen zusammen). Der Begriff "Isotop" bezieht sich auf diese Variation des Atomgewichts - zwei Atome mit der gleichen Anzahl von Protonen und einer unterschiedlichen Anzahl von Neutronen sind zwei Isotope desselben Elements.

Protonen sind positiv geladene Teilchen im Atomkern. Ein Atom als Ganzes trägt eine neutrale Ladung, so dass jedes positiv geladene Proton durch ein negativ geladenes Teilchen ausgeglichen wird. Diese negativen Teilchen – Elektronen – kreisen außerhalb des Kerns. Die Orbitalkonfiguration der Elektronen bestimmt, wie ein Atom reagiert und sich an andere Atome bindet, und verleiht jedem Element seine spezifischen chemischen und physikalischen Eigenschaften. Jedes Element hat eine eindeutige Ordnungszahl, die über der chemischen Abkürzung im Periodensystem aufgedruckt ist.

Neutronen sind subatomare Teilchen, die keine Ladung tragen, daher hat die Anzahl der Neutronen im Atomkern keinen Einfluss auf die Anzahl der Elektronen oder ihre Orbitalkonfiguration. Zwei Atome mit der gleichen Anzahl von Protonen und einer unterschiedlichen Anzahl von Neutronen haben die gleichen physikalischen und chemischen Eigenschaften, aber unterschiedliche Atomgewichte. Diese beiden Atome sind unterschiedliche Isotope desselben Elements. Das häufigste Isotop von Wasserstoff ist beispielsweise H-1, was bedeutet, dass das Atom ein Proton und keine Neutronen hat, aber es gibt auch H-2 und H-3 Isotope mit einem bzw. zwei Neutronen. Das Periodensystem gibt das durchschnittliche Atomgewicht eines Elements unter dem chemischen Symbol des Elements an.

Schwerere Isotope eines Atoms sind oft instabil und zerfallen im Laufe der Zeit in leichtere Isotope. Dieser atomare Zerfall setzt Energie in Form von Alpha-, Beta- und Gammastrahlung frei. Wasserstoff-3 zum Beispiel ist radioaktiv und zerfällt in Wasserstoff-2. Alle Elemente haben radioaktive Isotope, die unterschiedlich schnell zerfallen. Die Zerfallsrate wird in Halbwertszeiten gemessen – die Zeit, die benötigt wird, bis die Hälfte der radioaktiven Isotope in einer Probe eines bestimmten Elements in leichtere Isotope zerfällt. Die Halbwertszeit von Wasserstoff-3 beträgt 12,32 Jahre.

Forscher und Mediziner nutzen radioaktive Isotope in großem Umfang. Durch die Messung der Menge des natürlich vorkommenden radioaktiven Isotops Kohlenstoff-14 können Archäologen und Paläontologen das ungefähre Alter eines Fossils oder Artefakts bestimmen. Ärzte verwenden die Isotope Jod-131 und Barium-137 als radioaktive Tracer um Herzprobleme, Hirntumore und andere Anomalien zu erkennen, und Kobalt-60 dient als Strahlenquelle, um die Entwicklung von Krebstumoren zu stoppen.