Ποια στοιχεία είναι τα ισότοπα;

Όλα τα στοιχεία είναι ισότοπα. Αν και όλα τα άτομα ενός δεδομένου στοιχείου έχουν τον ίδιο ατομικό αριθμό (αριθμός πρωτονίων), το ατομικό βάρος (αριθμός πρωτονίων και νετρονίων μαζί) ποικίλλει. Ο όρος "ισότοπο" αναφέρεται σε αυτή τη διακύμανση του ατομικού βάρους - δύο άτομα με τον ίδιο αριθμό πρωτονίων και ένας διαφορετικός αριθμός νετρονίων είναι δύο ισότοπα του ίδιου στοιχείου.

Τα πρωτόνια είναι θετικά φορτισμένα σωματίδια στον πυρήνα ενός ατόμου. Ένα άτομο, στο σύνολό του, φέρει ένα ουδέτερο φορτίο, έτσι κάθε θετικά φορτισμένο πρωτόνιο εξισορροπείται από ένα αρνητικά φορτισμένο σωματίδιο. Αυτά τα αρνητικά σωματίδια - ηλεκτρόνια - περιστρέφονται έξω από τον πυρήνα. Η τροχιακή διαμόρφωση των ηλεκτρονίων καθορίζει πώς ένα άτομο θα αντιδράσει και θα συνδεθεί με άλλα άτομα, δίνοντας σε κάθε στοιχείο τα συγκεκριμένα χημικά και φυσικά χαρακτηριστικά του. Κάθε στοιχείο έχει έναν μοναδικό ατομικό αριθμό τυπωμένο πάνω από τη χημική συντομογραφία στον περιοδικό πίνακα.

Τα νετρόνια είναι υποατομικά σωματίδια που δεν φέρουν φορτίο, επομένως ο αριθμός των νετρονίων στον πυρήνα ενός ατόμου δεν επηρεάζει τον αριθμό των ηλεκτρονίων ή την τροχιακή τους διαμόρφωση. Δύο άτομα με τον ίδιο αριθμό πρωτονίων και διαφορετικό αριθμό νετρονίων θα έχουν τις ίδιες φυσικές και χημικές ιδιότητες αλλά διαφορετικά ατομικά βάρη. Αυτά τα δύο άτομα είναι διαφορετικά ισότοπα του ίδιου στοιχείου. Για παράδειγμα, το πιο κοινό ισότοπο του υδρογόνου είναι το Η-1, που σημαίνει ότι το άτομο έχει ένα πρωτόνιο και κανένα νετρόνιο, αλλά υπάρχουν επίσης ισότοπα Η-2 και Η-3, με ένα και δύο νετρόνια, αντίστοιχα. Ο περιοδικός πίνακας δίνει το μέσο ατομικό βάρος ενός στοιχείου κάτω από το χημικό σύμβολο του στοιχείου.

Τα βαρύτερα ισότοπα ενός ατόμου είναι συχνά ασταθή και διασπώνται σε ελαφρύτερα ισότοπα με την πάροδο του χρόνου. Αυτή η ατομική διάσπαση απελευθερώνει ενέργεια με τη μορφή ακτινοβολίας άλφα, βήτα και γάμμα. Το υδρογόνο-3, για παράδειγμα, είναι ραδιενεργό και θα διασπάται σε υδρογόνο-2. Όλα τα στοιχεία έχουν ραδιενεργά ισότοπα που αποσυντίθενται σε ποικίλους ρυθμούς. Ο ρυθμός αποσύνθεσης μετράται σε ημιζωές - ο χρόνος που απαιτείται για τα μισά από τα ραδιενεργά ισότοπα σε ένα δείγμα ενός δεδομένου στοιχείου για την αποσύνθεση σε ελαφρύτερα ισότοπα. Ο χρόνος ημιζωής για το υδρογόνο-3 είναι 12,32 χρόνια.

Ερευνητές και επαγγελματίες του ιατρικού τομέα χρησιμοποιούν εκτεταμένα ραδιενεργά ισότοπα. Μετρώντας την ποσότητα του φυσικώς απαντώμενου ραδιενεργού ισότοπου άνθρακα-14, οι αρχαιολόγοι και οι παλαιοντολόγοι μπορούν να προσδιορίσουν την κατά προσέγγιση ηλικία ενός απολιθωμένου ή τεχνητού αντικειμένου. Οι γιατροί χρησιμοποιούν τα ισότοπα ιώδιο-131 και βάριο-137 ως ραδιενεργά ιχνηθέτες για την ανίχνευση καρδιακών προβλημάτων, όγκων του εγκεφάλου και άλλων ανωμαλιών, και το κοβάλτιο-60 χρησιμεύει ως πηγή ακτινοβολίας για να σταματήσει η ανάπτυξη καρκινικών όγκων.