Što je izotop?

Svaki element ima jedinstveni broj protona, označen svojim atomskim brojem i položajem u periodnom sustavu. Osim protona, jezgre svih elemenata, osim vodika, sadrže i neutrone, koji su električki neutralne čestice iste mase kao i protoni. Broj protona u jezgri određenog elementa nikada se ne mijenja ili bi on postao drugačiji element. Međutim, broj neutrona se može promijeniti. Svaka varijacija broja neutrona u jezgri određenog elementa različit je izotop tog elementa.

Riječ "izotop" dolazi od grčkih riječi izos (jednak) i topos (mjesto), što znači da izotopi elementa zauzimaju isto mjesto u periodnom sustavu, iako imaju različite atomske mase. Za razliku od atomskog broja, koji je jednak broju protona u jezgri, atomska masa je masa svih protona i neutrona.

Jedan od načina za označavanje izotopa je pisanje simbola elementa nakon kojeg slijedi broj koji označava ukupan broj nukleona u njegovoj jezgri. Na primjer, jedan izotop ugljika u svojoj jezgri ima 6 protona i 6 neutrona, pa ga možete označiti kao C-12. Drugi izotop, C-14, ima dva dodatna neutrona.

Drugi način označavanja izotopa je indeksima i nadređenima ispred simbola elementa. Korištenjem ove metode ugljik-12 označili biste kao ¹²₆C i ugljik-14 kao ¹⁴₆C. Podpis je atomski broj, a nadpis je atomska masa.

Svaki element koji se javlja u prirodi ima više oblika izotopa, a znanstvenici su uspjeli sintetizirati još mnogo njih u laboratoriju. Sve u svemu, postoji 275 izotopa stabilnih elemenata i oko 800 radioaktivnih izotopa. Budući da svaki izotop ima različitu atomsku masu, atomska masa navedena za svaki element u periodnom sustavu je prosjek masa svih izotopa ponderiranih ukupnim postotkom svakog izotopa koji se javlja u priroda.

Na primjer, u svom najosnovnijem obliku, jezgra vodika sastoji se od jednog protona, ali postoje dva prirodna izotopa, deuterij (²₁H), koji ima jedan proton, i tritij (³₁H), koji ima dva. Budući da je oblik koji ne sadrži protone daleko najzastupljeniji, prosječna atomska masa vodika ne razlikuje se puno od 1. To je 1.008.

Atomi su najstabilniji kada je broj protona i neutrona u jezgri jednak. Dodavanje dodatnog neutrona često ne narušava ovu stabilnost, ali kada dodate dva ili više, energija vezanja koja nukleone drži na okupu možda neće biti dovoljno jaka da ih zadrži. Atomi bacaju suvišne neutrone i s njima i određenu količinu energije. Ovaj proces je radioaktivnost.

Svi elementi s atomskim brojevima većim od 83 radioaktivni su zbog velikog broja nukleona u njihovim jezgrama. Kad atom izgubi neutron da bi se vratio u stabilniju konfiguraciju, njegova se kemijska svojstva ne mijenjaju. Međutim, neki od težih elemenata mogu odbaciti proton da bi se postigla stabilnija konfiguracija. Ovaj je proces transmutacija jer se atom mijenja u drugi element kad izgubi proton. Kad se to dogodi, atom koji prolazi kroz promjenu roditeljski je izotop, a onaj preostali nakon radioaktivnog raspada kćerni izotop. Primjer transmutacije je raspadanje urana-238 u torij-234.