Kaikki alkuaineet ovat isotooppeja. Vaikka tietyn elementin kaikilla atomeilla on sama atomiluku (protonien lukumäärä), atomipaino (protonien ja neutronien lukumäärä yhdessä) vaihtelee. Termi "isotooppi" viittaa tähän atomipainon vaihteluun - kaksi atomia, joilla on sama määrä protoneja ja eri määrä neutroneja, ovat saman elementin kaksi isotooppia.
Atomiluku
Protonit ovat positiivisesti varautuneita hiukkasia atomin ytimessä. Atomilla on kokonaisuudessaan neutraali varaus, joten jokainen positiivisesti varautunut protoni on tasapainossa negatiivisesti varautuneen hiukkasen kanssa. Nämä negatiiviset hiukkaset - elektronit - kiertävät ytimen ulkopuolella. Elektronien kiertoradan kokoonpano määrittää, miten atomi reagoi ja sitoutuu muihin atomeihin, mikä antaa jokaiselle elementille sen erityiset kemialliset ja fysikaaliset ominaisuudet. Jokaisella elementillä on yksilöllinen atominumero, joka on painettu jaksollisen taulukon kemiallisen lyhenteen yläpuolelle.
Atomipaino
Neutronit ovat subatomisia hiukkasia, joissa ei ole varausta, joten neutronien lukumäärä atomin ytimessä ei vaikuta elektronien määrään tai niiden kiertoradan kokoonpanoon. Kaksi atomia, joilla on sama määrä protoneja ja eri määrä neutroneja, ovat samat fysikaaliset ja kemialliset ominaisuudet, mutta erilaiset atomipainot. Nämä kaksi atomia ovat saman elementin erilaisia isotooppeja. Esimerkiksi yleisin vedyn isotooppi on H-1, mikä tarkoittaa, että atomissa on yksi protoni eikä neutroneja, mutta myös H-2- ja H-3-isotooppeja on yksi ja kaksi neutronia. Jaksollisessa taulukossa on elementin keskimääräinen atomipaino elementin kemiallisen symbolin alapuolella.
Radioaktiiviset isotoopit
Atomin raskaemmat isotoopit ovat usein epävakaita ja hajoavat ajan myötä kevyemmiksi. Tämä atomihajotus vapauttaa energiaa alfa-, beeta- ja gammasäteilyn muodossa. Esimerkiksi vety-3 on radioaktiivista ja hajoaa vety-2: ksi. Kaikissa elementeissä on radioaktiivisia isotooppeja, jotka hajoavat vaihtelevalla nopeudella. Hajoamisnopeus mitataan puoliintumisaikoina - aika, jonka kuluu puoleen tietyn elementin näytteen radioaktiivisista isotoopeista hajoamaan kevyemmiksi isotoopeiksi. Vety-3: n puoliintumisaika on 12,32 vuotta.
Käyttää radioaktiivisia isotooppeja
Tutkijat ja lääketieteen ammattilaiset käyttävät laajasti radioaktiivisia isotooppeja. Mittaamalla luonnossa esiintyvän radioaktiivisen isotooppi hiili-14: n määrän arkeologit ja paleontologit voivat määrittää fossiilin tai artefaktin likimääräisen iän. Lääkärit käyttävät isotooppeja jodi-131 ja barium-137 kuten radioaktiiviset merkkiaineet sydänongelmien, aivokasvainten ja muiden poikkeavuuksien havaitsemiseksi, ja koboltti-60 toimii säteilyn lähteenä syöpäkasvainten kehittymisen pysäyttämiseksi.