Co to jest izotop?

Każdy pierwiastek ma unikalną liczbę protonów, oznaczoną jego liczbą atomową i jego pozycją w układzie okresowym pierwiastków. Oprócz protonów jądra wszystkich pierwiastków, z wyjątkiem wodoru, zawierają również neutrony, które są elektrycznie obojętnymi cząstkami o tej samej masie co protony. Liczba protonów w jądrze danego pierwiastka nigdy się nie zmienia, inaczej stałby się innym pierwiastkiem. Liczba neutronów może się jednak zmienić. Każda zmiana liczby neutronów w jądrze danego pierwiastka jest innym izotopem tego pierwiastka.

Słowo „izotop” pochodzi od greckich słów isos (równe) i topos (miejsce), co oznacza, że ​​izotopy pierwiastka zajmują to samo miejsce w układzie okresowym, chociaż mają różne masy atomowe. W przeciwieństwie do liczby atomowej, która jest równa liczbie protonów w jądrze, masa atomowa jest masą wszystkich protonów i neutronów.

Jednym ze sposobów oznaczenia izotopu jest napisanie symbolu pierwiastka, po którym następuje liczba oznaczająca całkowitą liczbę nukleonów w jego jądrze. Na przykład jeden izotop węgla ma w swoim jądrze 6 protonów i 6 neutronów, więc można go oznaczyć jako C-12. Inny izotop, C-14, ma dwa dodatkowe neutrony.

Innym sposobem oznaczenia izotopów jest użycie indeksów dolnych i górnych przed symbolem elementu. Używając tej metody, oznaczysz węgiel-12 jako ¹²₆C i węgiel-14 jako ¹⁴₆DO. Indeks dolny to liczba atomowa, a indeks górny to masa atomowa.

Każdy pierwiastek występujący w przyrodzie ma wiele form izotopowych, a naukowcom udało się zsyntetyzować znacznie więcej w laboratorium. W sumie istnieje 275 izotopów pierwiastków stabilnych i około 800 izotopów promieniotwórczych. Ponieważ każdy izotop ma inną masę atomową, masa atomowa wymieniona dla każdego pierwiastka w układzie okresowym to średnia mas wszystkich izotopów ważona przez całkowity procent każdego izotopu występującego w Natura.

Na przykład w swojej najbardziej podstawowej postaci jądro wodoru składa się z jednego protonu, ale istnieją dwa naturalnie występujące izotopy, deuter (²₁H), który ma jeden proton i tryt (³₁H), który ma dwa. Ponieważ forma nie zawierająca protonów jest zdecydowanie najliczniejsza, średnia masa atomowa wodoru niewiele różni się od 1. Jest 1.008.

Atomy są najbardziej stabilne, gdy liczba protonów i neutronów w jądrze jest równa. Dodanie dodatkowego neutronu często nie narusza tej stabilności, ale gdy doda się dwa lub więcej, energia wiązania, która utrzymuje nukleony razem, może nie być wystarczająco silna, aby je utrzymać. Atomy wyrzucają dodatkowe neutrony, a wraz z nimi pewną ilość energii. Ten proces to radioaktywność.

Wszystkie pierwiastki o liczbie atomowej powyżej 83 są radioaktywne ze względu na dużą liczbę nukleonów w ich jądrach. Kiedy atom traci neutron, aby powrócić do bardziej stabilnej konfiguracji, jego właściwości chemiczne się nie zmieniają. Jednak niektóre z cięższych pierwiastków mogą zrzucić proton, aby uzyskać bardziej stabilną konfigurację. Proces ten jest transmutacją, ponieważ atom zmienia się w inny pierwiastek, gdy traci proton. Kiedy tak się dzieje, atom ulegający przemianie jest izotopem macierzystym, a ten, który pozostał po rozpadzie promieniotwórczym, jest izotopem potomnym. Przykładem transmutacji jest rozpad uranu-238 na tor-234.