Mis on isotoop?

Igal elemendil on ainulaadne prootonite arv, mida tähistatakse selle aatomnumbriga ja positsiooniga perioodilisustabelis. Lisaks prootonitele sisaldavad kõigi elementide tuumad, välja arvatud vesinik, ka neutroneid, mis on prootonitega sama massiga elektriliselt neutraalsed osakesed. Prootonite arv konkreetse elemendi tuumas ei muutu kunagi, muidu muutuks see teistsuguseks elemendiks. Neutronite arv võib siiski muutuda. Iga neutronite arvu variatsioon konkreetse elemendi tuumas on selle elemendi erinev isotoop.

Sõna "isotoop" tuleneb kreekakeelsetest sõnadest isos (võrdne) ja topos (koht), mis tähistab, et elemendi isotoopid hõivavad perioodilisustabelis sama koha, kuigi neil on erinev aatomimass. Erinevalt aatomiarvust, mis on võrdne tuumas olevate prootonite arvuga, on aatomimass kõigi prootonite ja neutronite mass.

Üks viis isotoopi tähistamiseks on kirjutada elemendi sümbol, millele järgneb arv, mis tähistab selle tuumas olevate nukleonide koguarvu. Näiteks on ühe süsiniku isotoobi tuumas 6 prootonit ja 6 neutronit, nii et võite seda tähistada kui C-12. Teisel isotoopil C-14 on kaks täiendavat neutronit.

Teine võimalus isotoopide tähistamiseks on elementide sümbolite ees olevad subtiitrid. Selle meetodi abil märkiksite süsinik-12 kui ¹²₆C ja süsinik-14 nagu ¹⁴₆C. Alaindeks on aatomnumber ja ülaindeks aatommass.

Igal looduses esineval elemendil on mitu isotoopvormi ja teadlastel on õnnestunud laboris veel palju sünteesida. Mul kõigil on stabiilsete elementide 275 ja umbes 800 radioaktiivset isotoopi. Kuna igal isotoopil on erinev aatommass, on perioodilisustabelis iga elemendi jaoks loetletud aatommass kõigi isotoopide masside keskmine, mida on kaalutud iga aastal esineva isotoobi üldprotsendiga loodus.

Näiteks vesiniku tuum koosneb kõige põhilisemal kujul ühest prootonist, kuid seal on kaks looduslikult esinevat isotoopi, deuteerium (²₁H), millel on üks prooton, ja triitiumi (³₁H), millel on kaks. Kuna prootoneid sisaldav vorm on ülekaalukalt kõige rikkalikum, ei erine vesiniku keskmine aatomimass palju 1-st. Kell on 1.008.

Aatomid on kõige stabiilsemad, kui prootonite ja neutronite arv tuumas on võrdne. Lisaneutroni lisamine ei kahjusta seda stabiilsust sageli, kuid kui lisate kaks või enam, ei pruugi nukleone koos hoidev sidumisenergia olla nende hoidmiseks piisavalt tugev. Aatomid viskavad ära täiendavad neutronid ja koos nendega teatud hulga energiat. See protsess on radioaktiivsus.

Kõik elemendid, mille aatomnumber on suurem kui 83, on radioaktiivsed, kuna nende tuumades on palju nukleone. Kui aatom kaotab stabiilsema konfiguratsiooni taastamiseks neutroni, ei muutu selle keemilised omadused. Mõned raskemad elemendid võivad aga stabiilsema konfiguratsiooni saavutamiseks eraldada prootoni. See protsess on transmutatsioon, kuna aatom muutub prootoni kaotamisel teiseks elemendiks. Kui see juhtub, on muutuse läbiv aatom isotoop ja radioaktiivse lagunemise järel järelejäänud tütar isotoop. Transmutatsiooni näiteks on uraan-238 lagunemine toorium-234-ks.