Кожен елемент має унікальну кількість протонів, що позначається його атомним номером і положенням у періодичній системі. Крім протонів, ядра всіх елементів, за винятком водню, містять також нейтрони, які є електрично нейтральними частинками з такою ж масою, що і протони. Кількість протонів в ядрі певного елемента ніколи не змінюється, інакше він став би іншим елементом. Однак кількість нейтронів може змінюватися. Кожне варіювання кількості нейтронів в ядрі певного елемента є різним ізотопом цього елемента.
Як позначити ізотопи
Слово «ізотоп» походить від грецьких слів isos (рівний) і топос (місце), що означає, що ізотопи елемента посідають одне і те ж місце в періодичній системі, хоча вони мають різні атомні маси. На відміну від атомного числа, яке дорівнює кількості протонів в ядрі, атомна маса - це маса всіх протонів та нейтронів.
Одним із способів позначення ізотопу є написання символу елемента, за яким йде число, яке позначає загальну кількість нуклонів у його ядрі. Наприклад, один ізотоп вуглецю має в своєму ядрі 6 протонів і 6 нейтронів, тому ви можете позначити його як С-12. Інший ізотоп, С-14, має два зайвих нейтрони.
Інший спосіб позначення ізотопів - це індекси та індекси перед символом елемента. За допомогою цього методу ви позначили б вуглець-12 як 126С і вуглець-14 як 146C. Індекс - атомний номер, а індекс - атомна маса.
Середня атомна маса
Кожен елемент, що зустрічається в природі, має кілька ізотопних форм, і вченим вдалося синтезувати набагато більше в лабораторії. Всього існує 275 ізотопів стабільних елементів та близько 800 радіоактивних ізотопів. Оскільки кожен ізотоп має різну атомну масу, атомна маса, перелічена для кожного елемента в періодичній системі, є середнє значення мас усіх ізотопів, зважених на загальний відсоток кожного ізотопу, що зустрічається в природи.
Наприклад, у самому основному вигляді ядро водню складається з одного протона, але є два природні ізотопи - дейтерій (21H), який має один протон, і тритій (31Н), який має два. Оскільки форма, що не містить протонів, на сьогоднішній день є найпоширенішою, середня атомна маса водню мало чим відрізняється від 1. Це 1.008.
Ізотопи та радіоактивність
Атоми найбільш стійкі, коли кількість протонів і нейтронів в ядрі дорівнює. Додавання зайвого нейтрона часто не порушує цієї стабільності, але коли ви додаєте два або більше, енергія зв'язку, яка утримує нуклони, може бути недостатньо сильною, щоб утримувати їх. Атоми скидають зайві нейтрони і разом з ними певну кількість енергії. Цей процес є радіоактивністю.
Всі елементи з атомними номерами вище 83 радіоактивні через велику кількість нуклонів у їхніх ядрах. Коли атом втрачає нейтрон, щоб повернутися до більш стабільної конфігурації, його хімічні властивості не змінюються. Однак деякі важчі елементи можуть скидати протон для досягнення більш стабільної конфігурації. Цей процес є трансмутацією, оскільки атом перетворюється на інший елемент, коли він втрачає протон. Коли це трапляється, атом, що зазнає змін, є батьківським ізотопом, а той, що залишився після радіоактивного розпаду, є дочірнім ізотопом. Прикладом трансмутації є розпад урану-238 в торій-234.