Hvert element har et unikt antall protoner, betegnet med atomnummer og posisjon i det periodiske systemet. Foruten protoner inneholder kjernene til alle elementene, med unntak av hydrogen, også nøytroner, som er elektrisk nøytrale partikler med samme masse som protoner. Antallet protoner i kjernen til et bestemt element endres aldri, ellers ville det bli et annet element. Antall nøytroner kan imidlertid endres. Hver variasjon i antall nøytroner i kjernen til et bestemt element er en annen isotop av det elementet.
Hvordan betegne isotoper
Ordet "isotop" kommer fra de greske ordene isos (lik) og topos (sted), som betyr at isotoper av et element opptar samme sted i det periodiske systemet, selv om de har forskjellige atommasser. I motsetning til atomnummer, som er lik antall protoner i kjernen, er atommassen massen til alle protonene og nøytronene.
En måte å betegne en isotop på er å skrive elementets symbol etterfulgt av et tall som angir det totale antallet nukleoner i kjernen. For eksempel har en isotop av karbon 6 protoner og 6 nøytroner i kjernen, slik at du kan betegne den som C-12. En annen isotop, C-14, har to ekstra nøytroner.
En annen måte å betegne isotoper er med abonnement og overskrift før elementets symbol. Ved å bruke denne metoden vil du betegne karbon-12 som 126C og karbon-14 som 146C. Subskriptet er atomnummeret og overskrift er atommassen.
Gjennomsnittlig atommasse
Hvert element som forekommer i naturen har flere isotopformer, og forskere har klart å syntetisere mange flere i laboratoriet. Alt i alt er det 275 isotoper av de stabile elementene og rundt 800 radioaktive isotoper. Fordi hver isotop har en annen atommasse, er den atommassen som er oppført for hvert element i det periodiske systemet et gjennomsnitt av massene til alle isotopene vektet med den totale prosentandelen av hver isotop som forekommer i natur.
For eksempel, i sin mest grunnleggende form, består hydrogenkjernen av en enkelt proton, men det er to naturlig forekommende isotoper, deuterium (21H), som har ett proton, og tritium (31H), som har to. Fordi formen som ikke inneholder noen protoner, er den langt vanligste, er den gjennomsnittlige atommassen av hydrogen ikke mye forskjellig fra 1. Det er 1.008.
Isotoper og radioaktivitet
Atomer er mest stabile når antall protoner og nøytroner i kjernen er like. Å legge til et ekstra nøytron opprører ofte ikke denne stabiliteten, men når du legger til to eller flere, er det ikke sikkert at bindingsenergien som holder nukleonene sammen er sterk nok til å holde dem. Atomene kaster bort de ekstra nøytronene og med dem en viss mengde energi. Denne prosessen er radioaktivitet.
Alle elementene med atomnummer høyere enn 83 er radioaktive på grunn av det store antallet nukleoner i kjernene. Når et atom mister et nøytron for å gå tilbake til en mer stabil konfigurasjon, endres dets kjemiske egenskaper ikke. Imidlertid kan noen av de tyngre elementene kaste et proton for å oppnå en mer stabil konfigurasjon. Denne prosessen er transmutasjon fordi atomet endres til et annet element når det mister et proton. Når dette skjer, er atomet som gjennomgår endringen foreldreisotopen, og den som er igjen etter det radioaktive forfallet er datterisotopen. Et eksempel på transmutasjon er forfallet av uran-238 til thorium-234.