Все элементы изотопы. Хотя все атомы данного элемента имеют одинаковый атомный номер (количество протонов), атомный вес (количество протонов и нейтронов вместе) варьируется. Термин «изотоп» относится к этому изменению атомной массы - два атома с одинаковым числом протонов и разным числом нейтронов являются двумя изотопами одного и того же элемента.
Атомный номер
Протоны - это положительно заряженные частицы в ядре атома. Атом в целом несет нейтральный заряд, поэтому каждый положительно заряженный протон уравновешивается отрицательно заряженной частицей. Эти отрицательные частицы - электроны - вращаются по орбите вне ядра. Орбитальная конфигурация электронов определяет, как атом будет реагировать и связываться с другими атомами, придавая каждому элементу его конкретные химические и физические характеристики. Каждый элемент имеет уникальный атомный номер, напечатанный над сокращением химического вещества в периодической таблице.
Атомный вес
Нейтроны - это субатомные частицы, которые не несут заряда, поэтому количество нейтронов в ядре атома не влияет на количество электронов или их орбитальную конфигурацию. Два атома с одинаковым числом протонов и разным числом нейтронов будут иметь одинаковые физические и химические свойства, но разный атомный вес. Эти два атома представляют собой разные изотопы одного и того же элемента. Например, наиболее распространенным изотопом водорода является H-1, что означает, что у атома есть один протон и нет нейтронов, но также существуют изотопы H-2 и H-3 с одним и двумя нейтронами соответственно. В периодической таблице указан средний атомный вес элемента под химическим символом элемента.
Радиоактивные изотопы
Более тяжелые изотопы атома часто нестабильны и со временем распадаются на более легкие изотопы. Этот атомный распад высвобождает энергию в виде альфа, бета и гамма-излучения. Например, водород-3 радиоактивен и распадается на водород-2. Все элементы имеют радиоактивные изотопы, которые распадаются с разной скоростью. Скорость распада измеряется периодом полураспада - количеством времени, за которое половина радиоактивных изотопов в образце данного элемента распадается на более легкие изотопы. Период полураспада водорода-3 составляет 12,32 года.
Использование радиоактивных изотопов
Исследователи и медицинские работники широко используют радиоактивные изотопы. Измеряя количество встречающегося в природе радиоактивного изотопа углерода-14, археологи и палеонтологи могут определить приблизительный возраст окаменелости или артефакта. Врачи используют изотопы йода-131 и бария-137 в качестве радиоактивные индикаторы для обнаружения проблем с сердцем, опухолей головного мозга и других аномалий, а кобальт-60 служит источником радиации, чтобы остановить развитие раковых опухолей.