Alle elementen zijn isotopen. Hoewel alle atomen van een bepaald element hetzelfde atoomnummer (aantal protonen) hebben, varieert het atoomgewicht (aantal protonen en neutronen samen). De term "isotoop" verwijst naar deze variatie in atoomgewicht - twee atomen met hetzelfde aantal protonen en een verschillend aantal neutronen zijn twee isotopen van hetzelfde element.
Atoomgetal
Protonen zijn positief geladen deeltjes in de atoomkern. Een atoom als geheel draagt een neutrale lading, dus elk positief geladen proton wordt gecompenseerd door een negatief geladen deeltje. Deze negatieve deeltjes - elektronen - draaien buiten de kern. De orbitale configuratie van de elektronen bepaalt hoe een atoom zal reageren en zich aan andere atomen zal binden, waardoor elk element zijn specifieke chemische en fysieke kenmerken krijgt. Elk element heeft een uniek atoomnummer dat boven de chemische afkorting op het periodiek systeem is gedrukt.
Atoomgewicht
Neutronen zijn subatomaire deeltjes die geen lading dragen, dus het aantal neutronen in de atoomkern heeft geen invloed op het aantal elektronen of hun orbitale configuratie. Twee atomen met hetzelfde aantal protonen en een verschillend aantal neutronen zullen dezelfde fysische en chemische eigenschappen hebben, maar verschillende atoomgewichten. Deze twee atomen zijn verschillende isotopen van hetzelfde element. De meest voorkomende isotoop van waterstof is bijvoorbeeld H-1, wat betekent dat het atoom één proton heeft en geen neutronen, maar er bestaan ook H-2- en H-3-isotopen, met respectievelijk één en twee neutronen. Het periodiek systeem geeft het gemiddelde atoomgewicht van een element onder het chemische symbool van het element.
Radioactieve isotopen
Zwaardere isotopen van een atoom zijn vaak onstabiel en zullen na verloop van tijd uiteenvallen in lichtere isotopen. Bij dit atomaire verval komt energie vrij in de vorm van alfa-, bèta- en gammastraling. Waterstof-3 is bijvoorbeeld radioactief en zal afbreken tot waterstof-2. Alle elementen hebben radioactieve isotopen die met verschillende snelheden vervallen. De vervalsnelheid wordt gemeten in halfwaardetijden - de hoeveelheid tijd die nodig is voor de helft van de radioactieve isotopen in een monster van een bepaald element om te vervallen in lichtere isotopen. De halfwaardetijd van waterstof-3 is 12,32 jaar.
Gebruik voor radioactieve isotopen
Onderzoekers en medische professionals maken veelvuldig gebruik van radioactieve isotopen. Door de hoeveelheid van de natuurlijk voorkomende radioactieve isotoop koolstof-14 te meten, kunnen archeologen en paleontologen de geschatte leeftijd van een fossiel of artefact bepalen. Artsen gebruiken de isotopen jodium-131 en barium-137 als radioactieve tracers om hartproblemen, hersentumoren en andere afwijkingen op te sporen, en kobalt-60 dient als stralingsbron om de ontwikkeling van kankertumoren te stoppen.