Які елементи є ізотопами?

Всі елементи є ізотопами. Хоча всі атоми даного елемента мають однаковий атомний номер (кількість протонів), атомна вага (кількість протонів і нейтронів разом) змінюється. Термін "ізотоп" відноситься до цієї зміни атомної ваги - два атоми з однаковою кількістю протонів і різною кількістю нейтронів є двома ізотопами одного і того ж елемента.

Протони - це позитивно заряджені частинки в ядрі атома. Атом, як ціле, несе нейтральний заряд, тому кожен позитивно заряджений протон врівноважується негативно зарядженою частинкою. Ці негативні частинки - електрони - обертаються навколо ядра. Орбітальна конфігурація електронів визначає, як атом реагуватиме і зв’язуватиметься з іншими атомами, надаючи кожному елементу свої специфічні хімічні та фізичні характеристики. Кожен елемент має унікальний атомний номер, надрукований над хімічною абревіатурою в періодичній системі.

Нейтрони - це субатомні частинки, які не несуть заряду, тому кількість нейтронів в ядрі атома не впливає на кількість електронів та їх орбітальну конфігурацію. Два атоми з однаковою кількістю протонів та різною кількістю нейтронів матимуть однакові фізичні та хімічні властивості, але різну атомну вагу. Ці два атоми є різними ізотопами одного і того ж елемента. Наприклад, найпоширенішим ізотопом водню є H-1, тобто атом має один протон і ніяких нейтронів, але також існують ізотопи H-2 та H-3, з одним і двома нейтронами відповідно. Періодична система дає середню атомну масу елемента під хімічним символом елемента.

Більш важкі ізотопи атома часто нестійкі і з часом розпадаються на більш легкі ізотопи. Цей атомний розпад виділяє енергію у вигляді альфа-, бета- та гамма-випромінювання. Наприклад, водень-3 є радіоактивним і розщеплюється на водень-2. Всі елементи мають радіоактивні ізотопи, які розпадаються з різною швидкістю. Швидкість розпаду вимірюється у періодах напіврозпаду - кількості часу, необхідного половині радіоактивних ізотопів у зразку даного елемента для розпаду на більш легкі ізотопи. Період напіввиведення для водню-3 становить 12,32 року.

Дослідники та медичні працівники широко використовують радіоактивні ізотопи. Вимірюючи кількість природного радіоактивного ізотопу вуглецю-14, археологи та палеонтологи можуть визначити приблизний вік скам’янілості або артефакту. Лікарі використовують у якості ізотопів йод-131 та барій-137 радіоактивні індикатори для виявлення проблем із серцем, пухлин головного мозку та інших відхилень, а кобальт-60 служить джерелом випромінювання для зупинки розвитку ракових пухлин.