Kiekvienas elementas turi unikalų protonų skaičių, žymimą jo atominiu skaičiumi ir padėtimi periodinėje lentelėje. Be protonų, visų elementų branduoliuose, išskyrus vandenilį, taip pat yra neutronų, kurie yra elektriniu požiūriu neutralios dalelės, kurių masė yra tokia pati kaip protonų. Protonų skaičius tam tikro elemento branduolyje niekada nesikeičia, kitaip jis taps kitu elementu. Neutronų skaičius vis dėlto gali kisti. Kiekvienas neutronų skaičiaus pokytis konkretaus elemento branduolyje yra skirtingas to elemento izotopas.
Kaip žymėti izotopus
Žodis „izotopas“ kilęs iš graikų kalbos žodžių isos (lygi) ir topos (vieta), kurie reiškia, kad elemento izotopai periodinėje lentelėje užima tą pačią vietą, nors jų atominės masės yra skirtingos. Skirtingai nuo atominio skaičiaus, kuris yra lygus protonų skaičiui branduolyje, atominė masė yra visų protonų ir neutronų masė.
Vienas iš izotopo žymėjimo būdų yra parašyti elemento simbolį, po kurio eina skaičius, žymintis bendrą jo branduolyje esančių nukleonų skaičių. Pavyzdžiui, vieno anglies izotopo branduolyje yra 6 protonai ir 6 neutronai, todėl galite jį pažymėti kaip C-12. Kitas izotopas C-14 turi du papildomus neutronus.
Kitas izotopų žymėjimo būdas yra prenumeratos ir viršutiniai indeksai prieš elemento simbolį. Naudodami šį metodą, anglį-12 pažymėtumėte kaip 126C ir anglies-14 as 146C. Indeksas yra atominis skaičius, o viršutinis indeksas - atominė masė.
Vidutinė atominė masė
Kiekvienas gamtoje pasitaikantis elementas turi kelias izotopų formas, o mokslininkams pavyko daug daugiau sintetinti laboratorijoje. Aš visi, yra 275 stabiliųjų elementų ir apie 800 radioaktyviųjų izotopų. Kadangi kiekvienas izotopas turi skirtingą atominę masę, kiekviename periodinės lentelės elemento atominė masė yra tokia visų izotopų masių vidurkis, svertas bendru kiekvieno izotopo, esančio 2005 m., procentu gamta.
Pavyzdžiui, vandenilio branduolys savo pagrindine forma susideda iš vieno protono, tačiau yra du natūraliai atsirandantys izotopai - deuteris (21H), kuriame yra vienas protonas, ir tričio (31H), kuris turi du. Kadangi forma, kurioje nėra protonų, yra pati gausiausia, vidutinė vandenilio atominė masė nedaug skiriasi nuo 1. Tai 1.008.
Izotopai ir radioaktyvumas
Atomai yra stabiliausi, kai branduolyje protonų ir neutronų skaičius yra vienodas. Pridėjus papildomą neutroną, šis stabilumas dažnai nesutrinka, tačiau, kai pridedate du ar daugiau, jungiamoji energija, kuri išlaiko nukleonus, gali būti nepakankamai stipri, kad juos išlaikytų. Atomai išmeta papildomus neutronus ir kartu su jais tam tikrą energijos kiekį. Šis procesas yra radioaktyvumas.
Visi elementai, kurių atomų skaičius yra didesnis nei 83, yra radioaktyvūs, nes jų branduoliuose yra daug nukleonų. Kai atomas praranda neutroną ir grįžta į stabilesnę konfigūraciją, jo cheminės savybės nesikeičia. Tačiau kai kurie sunkesni elementai gali išmesti protoną, kad būtų pasiekta stabilesnė konfigūracija. Šis procesas yra transmutacija, nes praradęs protoną atomas pasikeičia į kitą elementą. Kai taip atsitinka, atomas, kuris keičiasi, yra pagrindinis izotopas, o likęs po radioaktyvaus skilimo yra dukros izotopas. Transmutacijos pavyzdys yra urano-238 irimas į torį-234.