Vad är en isotop?

Varje element har ett unikt antal protoner, betecknat med dess atomnummer och dess position i det periodiska systemet. Förutom protoner innehåller kärnorna i alla element, med undantag av väte, också neutroner, som är elektriskt neutrala partiklar med samma massa som protoner. Antalet protoner i kärnan i ett visst element ändras aldrig, annars skulle det bli ett annat element. Antalet neutroner kan dock ändras. Varje variation i antalet neutroner i kärnan hos ett visst element är en annan isotop för det elementet.

Ordet "isotop" kommer från de grekiska orden isos (lika) och topos (plats), som betyder att isotoper av ett element upptar samma plats i det periodiska systemet, även om de har olika atommassor. Till skillnad från atomnummer, vilket är lika med antalet protoner i kärnan, är atommassan massan av alla protoner och neutroner.

Ett sätt att beteckna en isotop är att skriva elementets symbol följt av ett tal som anger det totala antalet nukleoner i dess kärna. Till exempel har en isotop av kol 6 protoner och 6 neutroner i sin kärna, så du kan beteckna den som C-12. En annan isotop, C-14, har två extra neutroner.

Ett annat sätt att beteckna isotoper är med abonnemang och överskrift före elementets symbol. Med denna metod skulle du beteckna kol-12 som ¹²₆C och kol-14 som ¹⁴₆C. Subskriptet är atomnummer och överskrift är atommassa.

Varje element som förekommer i naturen har flera isotopformer, och forskare har lyckats syntetisera många fler i laboratoriet. Det finns 275 isotoper av de stabila elementen och cirka 800 radioaktiva isotoper. Eftersom varje isotop har olika atommassa är den atommassa som anges för varje element i det periodiska systemet ett genomsnitt av massorna av alla isotoper viktade med den totala procentandelen av varje isotop som förekommer i natur.

Till exempel, i sin mest grundläggande form, består vätekärnan av en enda proton, men det finns två naturligt förekommande isotoper, deuterium (²₁H), som har en proton, och tritium (³₁H), som har två. Eftersom formen som inte innehåller några protoner är den överlägset mest förekommande, skiljer sig den genomsnittliga atommassan av väte inte mycket från 1. Det är 1.008.

Atomer är mest stabila när antalet protoner och neutroner i kärnan är lika. Att lägga till en extra neutron stör ofta inte denna stabilitet, men när du lägger till två eller fler kanske den bindande energi som håller nukleonerna ihop kanske inte är tillräckligt stark för att hålla dem. Atomerna slänger bort de extra neutronerna och med dem en viss mängd energi. Denna process är radioaktivitet.

Alla element med atomnummer högre än 83 är radioaktiva på grund av det stora antalet nukleoner i deras kärnor. När en atom förlorar en neutron för att återgå till en mer stabil konfiguration ändras inte dess kemiska egenskaper. Några av de tyngre elementen kan emellertid kasta ett proton för att uppnå en mer stabil konfiguration. Denna process är transmutation eftersom atomen förändras till ett annat element när den förlorar en proton. När detta händer är atomen som genomgår förändringen moderisotopen, och den som är kvar efter det radioaktiva förfallet är dotterisotopen. Ett exempel på transmutation är förfallet av uran-238 till thorium-234.