Elementen worden gedifferentieerd volgens het aantal protonen in hun kern. Waterstof heeft bijvoorbeeld één proton in zijn kern, terwijl goud 79 heeft. Protonen hebben een positieve lading en wegen één atomaire massa-eenheid. Kernen bevatten meestal ook neutronen, die ongeveer hetzelfde wegen als protonen, maar geen lading hebben.
TL; DR (te lang; niet gelezen)
Twee atomen die hetzelfde aantal protonen maar een verschillend aantal neutronen bevatten, zijn isotopen van hetzelfde element. Hun massa's zijn verschillend, maar ze reageren chemisch op dezelfde manier.
Atoom massagetal
Isotopen krijgen meestal geen speciale namen, met uitzondering van deuterium en tritium, die waterstofisotopen zijn. In plaats daarvan worden isotopen eenvoudig gelabeld op basis van hun atomaire massagetal. Dit getal verwijst naar de massa van de kern van het element. Omdat protonen en neutronen ongeveer hetzelfde gewicht hebben, is het atomaire massagetal gewoon de som van de protonen en neutronen in de kern. Alle koolstof heeft zes protonen, maar verschillende isotopen hebben verschillende aantallen neutronen. Koolstof-12 is de meest voorkomende, met zes neutronen, maar koolstof-13 en koolstof-14 - met respectievelijk zeven en acht neutronen - komen ook van nature voor.
Chemie
Positieve en negatieve ladingen trekken elkaar aan. Om een atoom of molecuul stabiel te laten zijn, moet het een netto lading van nul hebben, wat betekent dat de positieve en negatieve ladingen elkaar opheffen. Het aantal positief geladen protonen in de kern bepaalt het aantal negatief geladen elektronen dat om de kern draait. Chemische reacties worden aangedreven door de interactie tussen de positieve en negatieve ladingen - de protonen en elektronen - van verschillende atomen. Omdat neutronen niet positief of negatief zijn, hebben ze geen invloed op chemische reacties. Met andere woorden, verschillende isotopen gedragen zich niet anders tijdens chemische reacties of bij het vormen van verbindingen. Ze onderscheiden zich alleen op gewicht.
Gemiddelde isotopenmassa
Het periodiek systeem geeft de atoommassa's van elk element weer. Meestal is dit getal een decimaal in plaats van een geheel getal. Dit komt niet omdat een individueel waterstofatoom 1.0079 atomaire massa-eenheden weegt - neutronen en protonen wegen elk één atomaire massa-eenheid, dus elk gegeven atoom heeft een geheel getal voor massa. Het getal in het periodiek systeem is een gewogen gemiddelde van de natuurlijk voorkomende isotopen van een element. Bijna alle waterstof heeft slechts één proton en geen neutronen, maar een klein percentage waterstof heeft één of twee neutronen en wordt deuterium of tritium genoemd. Deze zwaardere isotopen scheeftrekken het gemiddelde gewicht iets hoger.
Isotopenstabiliteit en voorkomen
Bepaalde combinaties van protonen en neutronen zijn min of meer stabiel dan andere. Over het algemeen wordt de frequentie van een isotoop in de natuur bepaald door zijn stabiliteit. De meest stabiele isotopen komen ook het meest voor. Bepaalde isotopen zijn zo onstabiel dat ze radioactief zijn, wat betekent dat ze na verloop van tijd vervallen tot een ander element of isotoop en straling afgeven als bijproduct. Koolstof-14 en tritium zijn bijvoorbeeld beide radioactief. Bepaalde extreem radioactieve isotopen komen in de natuur niet voor omdat ze te snel vervallen, maar andere, zoals koolstof-14, vervallen langzaam en komen van nature voor.