Izotop

În orice atom neutru, numărul de electroni este același cu numărul de protoni. Prin urmare, izotopii aceluiași element au, de asemenea, același număr de electroni și aceeași structură electronică. Modul în care acționează un atom este decis de structura sa electronică, astfel încât izotopii aceluiași element au aproape același comportament chimic, cum ar fi moleculele pe care le pot forma. Este foarte dificil să separați izotopii unui element de un amestec de izotopi diferiți din cauza cât de asemănător este acest comportament.

Izotopii mai grei reacționează chimic mai lent decât izotopii mai ușori ai aceluiași element. Acest "efect de masă" este mare în cazul protiului (¹ H) și al deuteriului (² H), deoarece deuteriul are o masă dublă față de cea a protiului. În cazul elementelor mai grele, raportul masei atomice relative între izotopi este mult mai mic, astfel încât efectul de masă este de obicei mic.

Unii izotopi nu sunt stabili, astfel încât se transformă într-un alt izotop sau element prin dezintegrare radioactivă. Aceștia se numesc izotopi instabili sau izotopi radioactivi. Timpul mediu de dezintegrare a unui izotop se numește timpul de înjumătățire. Alți izotopi nu se dezintegrează, deci nu sunt radioactivi. Aceștia se numesc izotopi stabili.

Fiecare atom are un nucleu atomic, format din protoni și neutroni care sunt ținuți împreună prin forța nucleară. Deoarece protonii au sarcină electrică pozitivă, aceștia se resping unul pe celălalt. Neutronii sunt neutri și stabilizează nucleul. Neutronii țin protonii ușor depărtați. Acest lucru reduce repulsia electrostatică dintre protoni, astfel încât forța nucleară poate ține protonii și neutronii împreună. Unul sau mai mulți neutroni sunt necesari pentru ca doi sau mai mulți protoni să se unească într-un nucleu. Pe măsură ce numărul de protoni crește, crește și numărul de neutroni necesari pentru a avea un nucleu stabil.

Unele elemente au doar un singur izotop stabil. De exemplu, fluorul-19 (¹⁹ F) este singurul izotop stabil al fluorului. Ceilalți izotopi ai fluorului se descompun rapid, astfel încât nu se găsesc în natură. Alte elemente au mai mulți izotopi stabili. De exemplu, xenonul are șapte izotopi stabili. Acesta are, de asemenea, doi izotopi care se descompun foarte lent și care se găsesc în natură. Cel mai mare număr de izotopi stabili pentru orice element este de zece, pentru elementul staniu. Unele elemente nu au niciun izotop stabil, cum ar fi curiul. Aceștia există pe Pământ doar pentru că sunt creați în reactoare nucleare, explozii nucleare sau acceleratoare de particule.

Unii izotopi instabili există în mod natural pe Pământ, deoarece au un timp de înjumătățire foarte lung. De exemplu, uraniul-238 are un timp de înjumătățire de 4468 milioane de ani. Timpul de înjumătățire al radiului-226 este de numai 1600 de ani și se găsește în natură deoarece se formează în mod constant din dezintegrarea uraniului-238.

Hidrogenul are trei izotopi comuni. Cel mai comun izotop al hidrogenului se numește protium (¹ H), care are un proton și niciun neutron. Un atom de hidrogen care are un proton și un neutron (masa atomică de 2) se numește deuteriu (² H). Hidrogenul care are un proton și doi neutroni (masa atomică de 3) se numește tritiu (³ H). Protiul și deuteriul sunt izotopi stabili, în timp ce tritiul este un izotop radioactiv.

Cele mai grele elemente din tabelul periodic sunt toate radioactive. Toți izotopii de radon, toriu și uraniu sunt radioactivi, deoarece sunt foarte grei. Acest lucru se datorează faptului că forțele nucleare din interiorul nucleului atomului nu pot ține împreună toți protonii și neutronii.

• Electrochimie izotopică
• Radionuclizi