Wat is een isotoop?

Elk element heeft een uniek aantal protonen, aangegeven door het atoomnummer en de positie in het periodiek systeem. Naast protonen bevatten de kernen van alle elementen, met uitzondering van waterstof, ook neutronen, dit zijn elektrisch neutrale deeltjes met dezelfde massa als protonen. Het aantal protonen in de kern van een bepaald element verandert nooit, anders zou het een ander element worden. Het aantal neutronen kan echter veranderen. Elke variatie in het aantal neutronen in de kern van een bepaald element is een andere isotoop van dat element.

Het woord "isotoop" komt van de Griekse woorden isos (gelijk) en topos (plaats), wat betekent dat isotopen van een element dezelfde plaats in het periodiek systeem innemen, ook al hebben ze verschillende atoommassa's. In tegenstelling tot het atoomnummer, dat gelijk is aan het aantal protonen in de kern, is de atoommassa de massa van alle protonen en neutronen.

Een manier om een ​​isotoop aan te duiden, is door het symbool van het element te schrijven, gevolgd door een getal dat het totale aantal nucleonen in zijn kern aangeeft. Een isotoop van koolstof heeft bijvoorbeeld 6 protonen en 6 neutronen in zijn kern, dus je kunt het aanduiden als C-12. Een andere isotoop, C-14, heeft twee extra neutronen.

Een andere manier om isotopen aan te duiden is met subscripts en superscripts voor het symbool van het element. Met deze methode zou je koolstof-12 aanduiden als ¹²₆C en koolstof-14 as ¹⁴₆C. Het subscript is het atoomnummer en het superscript is de atoommassa.

Elk element dat in de natuur voorkomt, heeft meerdere isotoopvormen en wetenschappers zijn erin geslaagd om er nog veel meer in het laboratorium te synthetiseren. Alles bij elkaar zijn er 275 isotopen van de stabiele elementen en ongeveer 800 radioactieve isotopen. Omdat elke isotoop een andere atomaire massa heeft, is de atomaire massa die voor elk element in het periodiek systeem wordt vermeld een gemiddelde van de massa's van alle isotopen gewogen door het totale percentage van elke isotoop dat voorkomt in natuur.

In zijn meest basale vorm bestaat de waterstofkern bijvoorbeeld uit een enkel proton, maar er zijn twee natuurlijk voorkomende isotopen, deuterium (²₁H), die één proton heeft, en tritium (³₁H), die er twee heeft. Omdat de vorm die geen protonen bevat verreweg de meest voorkomende is, verschilt de gemiddelde atoommassa van waterstof niet veel van 1. Het is 1.08.

Atomen zijn het meest stabiel als het aantal protonen en neutronen in de kern gelijk is. Het toevoegen van een extra neutron verstoort deze stabiliteit vaak niet, maar als je er twee of meer toevoegt, is de bindingsenergie die nucleonen bij elkaar houdt mogelijk niet sterk genoeg om ze vast te houden. De atomen stoten de extra neutronen af ​​en daarmee een bepaalde hoeveelheid energie. Dit proces is radioactiviteit.

Alle elementen met atoomnummers hoger dan 83 zijn radioactief vanwege het grote aantal nucleonen in hun kernen. Wanneer een atoom een ​​neutron verliest om terug te keren naar een stabielere configuratie, veranderen zijn chemische eigenschappen niet. Sommige van de zwaardere elementen kunnen echter een proton afstoten om een ​​stabielere configuratie te bereiken. Dit proces is transmutatie omdat het atoom in een ander element verandert wanneer het een proton verliest. Wanneer dit gebeurt, is het atoom dat de verandering ondergaat de ouderisotoop, en het atoom dat overblijft na het radioactieve verval is de dochterisotoop. Een voorbeeld van transmutatie is het verval van uranium-238 in thorium-234.