Kas ir izotops?

Katram elementam ir unikāls protonu skaits, ko apzīmē ar tā atomu skaitli un atrašanās vietu periodiskajā tabulā. Bez protoniem visu elementu kodolos, izņemot ūdeņradi, ir arī neitroni, kas ir elektriski neitrālas daļiņas ar tādu pašu masu kā protoni. Protonu skaits konkrēta elementa kodolā nekad nemainās, vai arī tas kļūtu par citu elementu. Neitronu skaits tomēr var mainīties. Katra neitronu skaita variācija konkrēta elementa kodolā ir atšķirīgs šī elementa izotops.

Vārds "izotops" nāk no grieķu vārdiem isos (vienāds) un topos (vieta), kas norāda, ka elementa izotopi periodiskajā tabulā aizņem vienu un to pašu vietu, kaut arī tiem ir atšķirīga atomu masa. Atšķirībā no atomu skaitļa, kas ir vienāds ar protonu skaitu kodolā, atomu masa ir visu protonu un neitronu masa.

Viens veids, kā apzīmēt izotopu, ir rakstīt elementa simbolu, kam seko skaitlis, kas apzīmē kopējo nukleonu skaitu tā kodolā. Piemēram, viena oglekļa izotopa kodolā ir 6 protoni un 6 neitroni, tāpēc jūs varat to apzīmēt kā C-12. Citam izotopam C-14 ir divi papildu neitroni.

Vēl viens veids, kā apzīmēt izotopus, ir abonenti un virsraksti pirms elementa simbola. Izmantojot šo metodi, jūs apzīmētu oglekļa-12 kā ¹²₆C un ogleklis-14 kā ¹⁴₆C. Apakš indekss ir atomu skaitlis, bet virsraksts ir atomu masa.

Katram dabā sastopamam elementam ir vairākas izotopu formas, un zinātniekiem laboratorijā ir izdevies sintezēt daudz vairāk. Man visiem ir 275 stabilo elementu un aptuveni 800 radioaktīvo izotopu. Tā kā katram izotopam ir atšķirīga atomu masa, periodiskajā tabulā katram elementam uzskaitītā atoma ir visu izotopu masu vidējais rādītājs, kas svērts ar visu izotopu kopējo procentuālo daudzumu, kas rodas daba.

Piemēram, ūdeņraža kodols visvienkāršākajā formā sastāv no viena protona, bet ir divi dabiski sastopami izotopi, deitērijs (²₁H), kuram ir viens protons, un tritiju (³₁H), kuram ir divi. Tā kā forma, kas nesatur protonus, neapšaubāmi ir visplašākā, vidējā ūdeņraža atoma masa daudz neatšķiras no 1. Ir 1.008.

Atomi ir visstabilākie, ja protonu un neitronu skaits kodolā ir vienāds. Papildu neitrona pievienošana bieži neizjauc šo stabilitāti, bet, pievienojot divus vai vairāk, saistošā enerģija, kas satur nukleonus kopā, var nebūt pietiekami spēcīga, lai tos noturētu. Atomi izmet papildu neitronus un līdz ar tiem arī noteiktu enerģijas daudzumu. Šis process ir radioaktivitāte.

Visi elementi, kuru atomu skaits ir lielāks par 83, ir radioaktīvi, jo to kodolos ir daudz nukleonu. Kad atoms zaudē neitronu, lai atgrieztos stabilākā konfigurācijā, tā ķīmiskās īpašības nemainās. Tomēr daži no smagākajiem elementiem var izdalīt protonu, lai panāktu stabilāku konfigurāciju. Šis process ir transmutācija, jo, zaudējot protonu, atoms mainās uz citu elementu. Kad tas notiek, atoms, kurā notiek izmaiņas, ir vecāku izotops, un tas, kas palicis pēc radioaktīvās sabrukšanas, ir meitas izotops. Transmutācijas piemērs ir urāna-238 sabrukšana torija-234.