Τι είναι το ισότοπο;

Κάθε στοιχείο έχει έναν μοναδικό αριθμό πρωτονίων, που υποδηλώνεται από τον ατομικό αριθμό και τη θέση του στον περιοδικό πίνακα. Εκτός από τα πρωτόνια, οι πυρήνες όλων των στοιχείων, με εξαίρεση το υδρογόνο, περιέχουν επίσης νετρόνια, τα οποία είναι ηλεκτρικά ουδέτερα σωματίδια με την ίδια μάζα με τα πρωτόνια. Ο αριθμός των πρωτονίων στον πυρήνα ενός συγκεκριμένου στοιχείου δεν αλλάζει ποτέ, ή θα γίνει διαφορετικό στοιχείο. Ωστόσο, ο αριθμός των νετρονίων μπορεί να αλλάξει. Κάθε παραλλαγή στον αριθμό των νετρονίων στον πυρήνα ενός συγκεκριμένου στοιχείου είναι ένα διαφορετικό ισότοπο αυτού του στοιχείου.

Η λέξη "ισότοπο" προέρχεται από τις ελληνικές λέξεις Ίσο (ίσο) και τόπος (place), που σημαίνει ότι τα ισότοπα ενός στοιχείου καταλαμβάνουν την ίδια θέση στον περιοδικό πίνακα, παρόλο που έχουν διαφορετικές ατομικές μάζες. Σε αντίθεση με τον ατομικό αριθμό, ο οποίος είναι ίσος με τον αριθμό των πρωτονίων στον πυρήνα, η ατομική μάζα είναι η μάζα όλων των πρωτονίων και των νετρονίων.

Ένας τρόπος για να δηλώσετε ένα ισότοπο είναι να γράψετε το σύμβολο του στοιχείου ακολουθούμενο από έναν αριθμό που δηλώνει τον συνολικό αριθμό νουκλεονίων στον πυρήνα του. Για παράδειγμα, ένα ισότοπο άνθρακα έχει 6 πρωτόνια και 6 νετρόνια στον πυρήνα του, έτσι μπορείτε να το δηλώσετε ως C-12. Ένα άλλο ισότοπο, το C-14, έχει δύο επιπλέον νετρόνια.

Ένας άλλος τρόπος για να δηλώσετε τα ισότοπα είναι με τους δείκτες και τους υπεργράφους πριν από το σύμβολο του στοιχείου. Χρησιμοποιώντας αυτήν τη μέθοδο, θα υποδηλώνετε τον άνθρακα-12 ως ¹²₆C και άνθρακα-14 ως ¹⁴₆ΝΤΟ. Ο δείκτης είναι ο ατομικός αριθμός και ο υπερθέτης είναι η ατομική μάζα.

Κάθε στοιχείο που εμφανίζεται στη φύση έχει πολλές μορφές ισοτόπων και οι επιστήμονες κατάφεραν να συνθέσουν πολλά περισσότερα στο εργαστήριο. Όλοι, υπάρχουν 275 ισότοπα των σταθερών στοιχείων και περίπου 800 ραδιενεργά ισότοπα. Επειδή κάθε ισότοπο έχει διαφορετική ατομική μάζα, η ατομική μάζα που αναφέρεται για κάθε στοιχείο στον περιοδικό πίνακα είναι ένα μέσο όρο των μαζών όλων των ισοτόπων σταθμισμένο με το συνολικό ποσοστό κάθε ισότοπου που εμφανίζεται στο φύση.

Για παράδειγμα, στην πιο βασική του μορφή, ο πυρήνας υδρογόνου αποτελείται από ένα μόνο πρωτόνιο, αλλά υπάρχουν δύο φυσικά ισότοπα, το δευτέριο (²₁Η), που έχει ένα πρωτόνιο και τρίτιο (³₁Η), που έχει δύο. Επειδή η μορφή που δεν περιέχει πρωτόνια είναι μακράν η πιο άφθονη, η μέση ατομική μάζα υδρογόνου δεν διαφέρει πολύ από το 1. Είναι 1,008.

Τα άτομα είναι πιο σταθερά όταν ο αριθμός των πρωτονίων και των νετρονίων στον πυρήνα είναι ίσος. Η προσθήκη ενός επιπλέον νετρονίου συχνά δεν διαταράσσει αυτήν τη σταθερότητα, αλλά όταν προσθέτετε δύο ή περισσότερα, η δεσμευτική ενέργεια που διατηρεί τα νουκλεόνια μαζί μπορεί να μην είναι αρκετά ισχυρή για να τα συγκρατήσει. Τα άτομα ρίχνουν τα επιπλέον νετρόνια και μαζί τους, μια ορισμένη ποσότητα ενέργειας. Αυτή η διαδικασία είναι ραδιενέργεια.

Όλα τα στοιχεία με ατομικούς αριθμούς άνω των 83 είναι ραδιενεργά λόγω του μεγάλου αριθμού νουκλεονίων στους πυρήνες τους. Όταν ένα άτομο χάνει ένα νετρόνιο για να επιστρέψει σε μια πιο σταθερή διαμόρφωση, οι χημικές του ιδιότητες δεν αλλάζουν. Ωστόσο, ορισμένα από τα βαρύτερα στοιχεία ενδέχεται να ρίξουν ένα πρωτόνιο για να επιτύχουν μια πιο σταθερή διαμόρφωση. Αυτή η διαδικασία είναι μεταλλαγή επειδή το άτομο αλλάζει σε διαφορετικό στοιχείο όταν χάνει ένα πρωτόνιο. Όταν συμβεί αυτό, το άτομο που υφίσταται την αλλαγή είναι το γονικό ισότοπο και αυτό που απομένει μετά τη ραδιενεργή διάσπαση είναι το θυγατρικό ισότοπο. Ένα παράδειγμα μεταλλαγής είναι η αποσύνθεση του ουρανίου-238 σε θόριο-234.