Was ist ein Isotop?

Jedes Element hat eine eindeutige Anzahl von Protonen, die durch seine Ordnungszahl und seine Position im Periodensystem angegeben wird. Neben Protonen enthalten die Kerne aller Elemente mit Ausnahme von Wasserstoff auch Neutronen, die elektrisch neutrale Teilchen mit der gleichen Masse wie Protonen sind. Die Anzahl der Protonen im Kern eines bestimmten Elements ändert sich nie, oder es würde ein anderes Element werden. Die Anzahl der Neutronen kann sich jedoch ändern. Jede Variation der Neutronenzahl im Kern eines bestimmten Elements ist ein anderes Isotop dieses Elements.

Das Wort "Isotop" stammt aus dem Griechischen isos (gleich) und Topos (Ort), was bedeutet, dass Isotope eines Elements den gleichen Platz im Periodensystem einnehmen, obwohl sie unterschiedliche Atommassen haben. Im Gegensatz zur Ordnungszahl, die der Anzahl der Protonen im Kern entspricht, ist die Atommasse die Masse aller Protonen und Neutronen.

Eine Möglichkeit, ein Isotop zu bezeichnen, besteht darin, das Symbol des Elements gefolgt von einer Zahl zu schreiben, die die Gesamtzahl der Nukleonen in seinem Kern angibt. Zum Beispiel hat ein Kohlenstoffisotop 6 Protonen und 6 Neutronen in seinem Kern, also können Sie es als C-12 bezeichnen. Ein anderes Isotop, C-14, hat zwei zusätzliche Neutronen.

Eine andere Möglichkeit, Isotope zu kennzeichnen, sind tiefgestellte und hochgestellte Zeichen vor dem Symbol des Elements. Mit dieser Methode würden Sie Kohlenstoff-12 bezeichnen als ¹²₆C und Kohlenstoff-14 as ¹⁴₆C. Der Index ist die Ordnungszahl und der hochgestellt die Atommasse.

Jedes Element, das in der Natur vorkommt, hat mehrere Isotopenformen, und Wissenschaftler haben es geschafft, im Labor viele weitere zu synthetisieren. Insgesamt gibt es 275 Isotope der stabilen Elemente und rund 800 radioaktive Isotope. Da jedes Isotop eine andere Atommasse hat, ist die für jedes Element im Periodensystem aufgeführte Atommasse ein Durchschnitt der Massen aller Isotope, gewichtet mit dem Gesamtprozentsatz jedes Isotops, das in Natur.

Zum Beispiel besteht der Wasserstoffkern in seiner einfachsten Form aus einem einzigen Proton, aber es gibt zwei natürlich vorkommende Isotope, Deuterium (²₁H), das ein Proton hat, und Tritium (³₁H), die zwei hat. Da die Form ohne Protonen bei weitem am häufigsten vorkommt, unterscheidet sich die durchschnittliche Atommasse von Wasserstoff nicht wesentlich von 1. Es ist 1,008.

Atome sind am stabilsten, wenn die Anzahl der Protonen und Neutronen im Kern gleich ist. Das Hinzufügen eines zusätzlichen Neutrons beeinträchtigt diese Stabilität oft nicht, aber wenn Sie zwei oder mehr hinzufügen, ist die Bindungsenergie, die Nukleonen zusammenhält, möglicherweise nicht stark genug, um sie zu halten. Die Atome werfen die zusätzlichen Neutronen und mit ihnen eine gewisse Energiemenge ab. Dieser Vorgang ist Radioaktivität.

Alle Elemente mit Ordnungszahlen über 83 sind wegen der großen Anzahl von Nukleonen in ihren Kernen radioaktiv. Wenn ein Atom ein Neutron verliert, um in eine stabilere Konfiguration zurückzukehren, ändern sich seine chemischen Eigenschaften nicht. Einige der schwereren Elemente können jedoch ein Proton abgeben, um eine stabilere Konfiguration zu erreichen. Dieser Prozess ist Transmutation, weil sich das Atom in ein anderes Element verwandelt, wenn es ein Proton verliert. Wenn dies geschieht, ist das Atom, das die Veränderung durchmacht, das Mutterisotop und das nach dem radioaktiven Zerfall verbleibende ist das Tochterisotop. Ein Beispiel für die Transmutation ist der Zerfall von Uran-238 in Thorium-234.