Elemente werden nach der Anzahl der Protonen in ihrem Kern unterschieden. Wasserstoff zum Beispiel hat ein Proton in seinem Kern, während Gold 79 hat. Protonen haben eine positive Ladung und wiegen eine atomare Masseneinheit. Kerne enthalten normalerweise auch Neutronen, die ungefähr so wiegen wie Protonen, aber keine Ladung haben.
TL; DR (zu lang; nicht gelesen)
Zwei Atome, die die gleiche Anzahl von Protonen, aber eine unterschiedliche Anzahl von Neutronen enthalten, sind Isotope desselben Elements. Ihre Massen sind unterschiedlich, aber sie reagieren chemisch gleich.
Atommassenzahl
Isotopen werden normalerweise keine speziellen Namen gegeben, mit Ausnahme von Deuterium und Tritium, die Wasserstoffisotope sind. Stattdessen werden Isotope einfach nach ihrer Ordnungszahl bezeichnet. Diese Zahl bezieht sich auf die Masse des Kerns des Elements. Da Protonen und Neutronen ungefähr das gleiche Gewicht haben, ist die Atommassenzahl einfach die Summe der Protonen und Neutronen im Kern. Jeder Kohlenstoff hat sechs Protonen, aber verschiedene Isotope haben unterschiedliche Neutronenzahlen. Kohlenstoff-12 ist mit sechs Neutronen am häufigsten, aber Kohlenstoff-13 und Kohlenstoff-14 – mit sieben bzw. acht Neutronen – kommen auch natürlich vor.
Chemie
Positive und negative Ladungen ziehen sich an. Damit ein Atom oder Molekül stabil ist, muss es eine Nettoladung von Null haben, dh die positiven und negativen Ladungen heben sich gegenseitig auf. Die Anzahl der positiv geladenen Protonen im Kern bestimmt die Anzahl der negativ geladenen Elektronen, die den Kern umkreisen. Chemische Reaktionen werden durch die Wechselwirkung zwischen den positiven und negativen Ladungen – den Protonen und Elektronen – verschiedener Atome angetrieben. Da Neutronen weder positiv noch negativ sind, beeinflussen sie keine chemischen Reaktionen. Anders ausgedrückt verhalten sich verschiedene Isotope bei chemischen Reaktionen oder bei der Bildung von Verbindungen nicht unterschiedlich. Sie unterscheiden sich nur nach Gewicht.
Durchschnittliche Isotopenmasse
Das Periodensystem listet die Atommassen jedes Elements auf. Normalerweise ist diese Zahl eine Dezimalzahl und keine ganze Zahl. Dies liegt nicht daran, dass ein einzelnes Wasserstoffatom 1,0079 atomare Masseneinheiten wiegt – Neutronen und Protonen wiegen jeweils eine atomare Masseneinheit, sodass jedes Atom einen ganzzahligen Wert für die Masse hat. Die im Periodensystem aufgeführte Zahl ist ein gewichteter Durchschnitt der natürlich vorkommenden Isotope eines Elements. Fast der gesamte Wasserstoff hat nur ein Proton und keine Neutronen, aber ein kleiner Prozentsatz von Wasserstoff hat ein oder zwei Neutronen und wird Deuterium oder Tritium genannt. Diese schwereren Isotope verzerren das Durchschnittsgewicht etwas höher.
Isotopenstabilität und Vorkommen
Bestimmte Kombinationen von Protonen und Neutronen sind mehr oder weniger stabil als andere. Im Allgemeinen wird die Häufigkeit eines Isotops in der Natur durch seine Stabilität bestimmt. Die stabilsten Isotope sind auch die häufigsten. Bestimmte Isotope sind so instabil, dass sie radioaktiv sind, d. h. sie zerfallen im Laufe der Zeit in ein anderes Element oder Isotop und setzen Strahlung als Nebenprodukt frei. Kohlenstoff-14 und Tritium zum Beispiel sind beide radioaktiv. Bestimmte extrem radioaktive Isotope existieren in der Natur nicht, weil sie zu schnell zerfallen, aber andere, wie Kohlenstoff-14, zerfallen langsam und kommen natürlich vor.