Jokaisella elementillä on ainutlaatuinen määrä protoneja, joita merkitään sen atomiluvulla ja sijainnilla jaksollisessa taulukossa. Protonien lisäksi kaikkien alkuaineiden ytimet, vetyä lukuun ottamatta, sisältävät myös neutroneja, jotka ovat sähköisesti neutraaleja hiukkasia, joiden massa on sama kuin protonit. Protonien lukumäärä tietyn elementin ytimessä ei koskaan muutu, tai muuttuisi siitä erilainen elementti. Neutronien määrä voi kuitenkin muuttua. Jokainen neutronien lukumäärän muutos tietyn elementin ytimessä on kyseisen elementin erilainen isotooppi.
Kuinka merkitä isotooppeja
Sana "isotooppi" tulee kreikkalaisista sanoista isos (yhtä suuri) ja topos (paikka), jotka tarkoittavat, että elementin isotoopit ovat samassa paikassa jaksollisessa taulukossa, vaikka niillä on erilainen atomimassa. Toisin kuin atomiluku, joka on yhtä suuri kuin ytimen protonien lukumäärä, atomimassa on kaikkien protonien ja neutronien massa.
Yksi tapa merkitä isotooppia on kirjoittaa elementin symboli, jota seuraa luku, joka osoittaa sen ytimen nukleonien kokonaismäärän. Esimerkiksi yhden hiilen isotoopin ytimessä on 6 protonia ja 6 neutronia, joten voit merkitä sen C-12: ksi. Toisella isotoopilla, C-14, on kaksi ylimääräistä neutronia.
Toinen tapa merkitä isotooppeja on ali- ja yläindeksit ennen elementin symbolia. Tätä menetelmää käyttämällä voit merkitä hiili-12: ta 126C ja hiili-14 as 146C. Alaindeksi on atominumero ja yläindeksi on atomimassa.
Keskimääräinen atomimassa
Jokaisella luonnossa esiintyvällä elementillä on useita isotooppimuotoja, ja tutkijat ovat onnistuneet syntetisoimaan monia muita laboratoriossa. Minulla on stabiilien alkuaineiden 275 ja noin 800 radioaktiivista isotooppia. Koska jokaisella isotoopilla on erilainen atomimassa, jaksollisessa taulukossa kullekin elementille lueteltu atomimassa on keskimääräinen kaikkien isotooppien massa painotettuna kunkin isotoopin kokonaisprosentilla, joka esiintyy luonto.
Esimerkiksi vetyydin kaikkein perusmuodossaan koostuu yhdestä protonista, mutta luonnossa esiintyviä isotooppeja on kaksi, deuterium (21H), jossa on yksi protoni, ja tritium (31H), jolla on kaksi. Koska protoneja sisältämätön muoto on ylivoimaisesti eniten, vedyn keskimääräinen atomimassa ei ole paljon erilainen kuin 1. Se on 1.008.
Isotoopit ja radioaktiivisuus
Atomit ovat vakaimpia, kun protonien ja neutronien määrä ytimessä on sama. Ylimääräisen neutronin lisääminen ei usein häiritse tätä vakautta, mutta kun lisäät kaksi tai enemmän, sitoutumisenergia, joka pitää nukleonit yhdessä, ei välttämättä ole riittävän vahva pitämään niitä. Atomit heittävät pois ylimääräiset neutronit ja heidän kanssaan tietyn määrän energiaa. Tämä prosessi on radioaktiivisuutta.
Kaikki elementit, joiden atomiluku on yli 83, ovat radioaktiivisia, koska niiden ytimissä on suuri määrä nukleoneja. Kun atomi menettää neutronin palatakseen vakaampaan kokoonpanoon, sen kemialliset ominaisuudet eivät muutu. Jotkut raskaammista elementeistä voivat kuitenkin irrottaa protonin vakaamman konfiguraation saavuttamiseksi. Tämä prosessi on transmutaatio, koska atomi muuttuu eri elementiksi, kun se menettää protonin. Kun näin tapahtuu, muutoksen läpikäyvä atomi on emoisotooppi, ja radioaktiivisen hajoamisen jälkeen jäljellä oleva on tytärisotooppi. Esimerkki transmutaatiosta on uraani-238: n hajoaminen torium-234: ksi.