ไอโซโทปคืออะไร?

แต่ละองค์ประกอบมีจำนวนโปรตอนไม่ซ้ำกัน แทนด้วยเลขอะตอมและตำแหน่งของมันในตารางธาตุ นอกจากโปรตอนแล้ว นิวเคลียสของธาตุทั้งหมด ยกเว้นไฮโดรเจน ยังมีนิวตรอน ซึ่งเป็นอนุภาคที่เป็นกลางทางไฟฟ้าซึ่งมีมวลเท่ากันกับโปรตอน จำนวนโปรตอนในนิวเคลียสของธาตุใดธาตุหนึ่งไม่เปลี่ยนแปลง หรือจะกลายเป็นธาตุอื่น อย่างไรก็ตามจำนวนนิวตรอนสามารถเปลี่ยนแปลงได้ การแปรผันของจำนวนนิวตรอนในนิวเคลียสของธาตุหนึ่ง ๆ แต่ละรูปแบบเป็นไอโซโทปที่แตกต่างกันของธาตุนั้น

คำว่า "ไอโซโทป" มาจากคำภาษากรีก isos (เท่ากัน) และ ท็อปส์ซู (สถานที่) ซึ่งมีความหมายว่าไอโซโทปของธาตุนั้นอยู่ในตำแหน่งเดียวกันในตารางธาตุ แม้ว่าจะมีมวลอะตอมต่างกันก็ตาม ต่างจากเลขอะตอมซึ่งเท่ากับจำนวนโปรตอนในนิวเคลียส มวลอะตอมคือมวลของโปรตอนและนิวตรอนทั้งหมด

วิธีหนึ่งในการแสดงไอโซโทปคือการเขียนสัญลักษณ์ของธาตุแล้วตามด้วยตัวเลขที่แสดงจำนวนนิวคลีออนทั้งหมดในนิวเคลียส ตัวอย่างเช่น ไอโซโทปของคาร์บอนหนึ่งไอโซโทปมีโปรตอน 6 ตัวและนิวตรอน 6 ตัวในนิวเคลียส ดังนั้นคุณสามารถระบุมันเป็น C-12 ไอโซโทปอีกตัวหนึ่งคือ C-14 มีนิวตรอนพิเศษสองตัว

อีกวิธีหนึ่งในการแสดงไอโซโทปคือการใช้ตัวห้อยและตัวยกก่อนสัญลักษณ์ขององค์ประกอบ เมื่อใช้วิธีนี้ คุณจะแสดงว่าคาร์บอน-12 เป็น

ทุกองค์ประกอบที่เกิดขึ้นในธรรมชาติมีไอโซโทปหลายรูปแบบ และนักวิทยาศาสตร์ก็สามารถสังเคราะห์ได้อีกมากมายในห้องปฏิบัติการ อิ่มแล้ว มีไอโซโทป 275 ไอโซโทปของธาตุที่เสถียรและไอโซโทปกัมมันตภาพรังสีประมาณ 800 ไอโซโทป เนื่องจากไอโซโทปแต่ละตัวมีมวลอะตอมต่างกัน มวลอะตอมที่ระบุไว้สำหรับแต่ละธาตุในตารางธาตุจึงเป็น มวลเฉลี่ยของไอโซโทปทั้งหมดที่ถ่วงน้ำหนักด้วยเปอร์เซ็นต์รวมของแต่ละไอโซโทปที่เกิดขึ้นใน ธรรมชาติ.

ตัวอย่างเช่น ในรูปแบบพื้นฐานที่สุด นิวเคลียสของไฮโดรเจนประกอบด้วยโปรตอนตัวเดียว แต่มีไอโซโทปที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติสองไอโซโทปคือ ดิวเทอเรียม (²₁H) ซึ่งมีโปรตอนหนึ่งตัวและไอโซโทป (³₁H) ซึ่งมีสองตัว เนื่องจากรูปแบบที่ไม่มีโปรตอนอยู่ไกลที่สุด มวลอะตอมเฉลี่ยของไฮโดรเจนจึงไม่ต่างจาก 1 มากนัก คือ 1.008

อะตอมจะเสถียรที่สุดเมื่อจำนวนโปรตอนและนิวตรอนในนิวเคลียสเท่ากัน การเพิ่มนิวตรอนพิเศษมักจะไม่ทำให้ความเสถียรนี้เสียไป แต่เมื่อคุณเติมตั้งแต่สองตัวขึ้นไป พลังงานยึดเหนี่ยวที่ยึดนิวคลีออนไว้ด้วยกันอาจไม่แข็งแรงพอที่จะยึดไว้ อะตอมจะเหวี่ยงนิวตรอนส่วนเกินออกไปและปล่อยพลังงานออกมาจำนวนหนึ่ง กระบวนการนี้เป็นกัมมันตภาพรังสี

ธาตุทั้งหมดที่มีเลขอะตอมมากกว่า 83 เป็นกัมมันตภาพรังสีเนื่องจากมีนิวคลีออนจำนวนมากในนิวเคลียส เมื่ออะตอมสูญเสียนิวตรอนเพื่อเปลี่ยนกลับเป็นโครงสร้างที่เสถียรกว่า สมบัติทางเคมีของอะตอมจะไม่เปลี่ยนแปลง อย่างไรก็ตาม ธาตุที่หนักกว่าบางส่วนอาจหลั่งโปรตอนเพื่อให้ได้รับการกำหนดค่าที่เสถียรยิ่งขึ้น กระบวนการนี้เป็นการแปลงสภาพเนื่องจากอะตอมเปลี่ยนเป็นองค์ประกอบอื่นเมื่อสูญเสียโปรตอน เมื่อสิ่งนี้เกิดขึ้น อะตอมที่ทำการเปลี่ยนแปลงคือไอโซโทปต้นกำเนิด และไอโซโทปที่เหลือหลังจากการสลายตัวของกัมมันตภาพรังสีคือไอโซโทปลูกสาว ตัวอย่างของการแปลงสภาพคือการสลายตัวของยูเรเนียม -238 เป็นทอเรียม -234