5.8: Izotopy – když se mění počet neutronů

Stabilita izotopů

Atomy potřebují určitý poměr neutronů a protonů, aby měly stabilní jádro. Příliš mnoho nebo příliš málo neutronů v poměru k protonům má za následek nestabilní neboli radioaktivní jádro, které se dříve nebo později rozpadne na stabilnější formu. Tento proces se nazývá radioaktivní rozpad. Mnoho izotopů má radioaktivní jádra a tyto izotopy se označují jako radioizotopy. Při rozpadu uvolňují částice, které mohou být škodlivé. Proto jsou radioaktivní izotopy nebezpečné a práce s nimi vyžaduje speciální ochranné obleky. Příkladem radioizotopu je izotop uhlíku známý jako uhlík-14. Naproti tomu izotopy uhlíku označované jako uhlík-12 a uhlík-13 jsou stabilní.

Celá tato diskuse o izotopech nás vrací k Daltonově atomové teorii. Podle Daltona jsou atomy daného prvku identické. Pokud však atomy daného prvku mohou mít různý počet neutronů, pak mohou mít i různé hmotnosti! Jak to, že to Daltonovi uniklo? Ukázalo se, že prvky vyskytující se v přírodě existují jako stálé homogenní směsi svých přirozeně se vyskytujících izotopů. Jinými slovy, kus lithia vždy obsahuje oba typy přirozeně se vyskytujícího lithia (typ se 3 neutrony a typ se 4 neutrony). Navíc vždy obsahuje oba typy ve stejném relativním množství (neboli „relativní zastoupení“). V kusu lithia bude \(93\%\) vždy lithium se 4 neutrony, zatímco zbývající \(7\%\) bude vždy lithium se 3 neutrony.

Dalton vždy experimentoval s velkými kusy prvku – kusy, které obsahovaly všechny přirozeně se vyskytující izotopy daného prvku. Díky tomu při svých měřeních vlastně pozoroval zprůměrované vlastnosti všech různých izotopů ve vzorku. Pro většinu našich účelů v chemii budeme postupovat stejně a budeme se zabývat průměrnou hmotností atomů. Naštěstí kromě toho, že mají různé hmotnosti, je většina ostatních vlastností různých izotopů podobná.

Existují dva hlavní způsoby, jak vědci často ukazují hmotnostní číslo atomu, který je zajímá. Je důležité si uvědomit, že hmotnostní číslo se v periodické tabulce neuvádí. Tyto dva způsoby zahrnují zápis jaderného symbolu nebo uvedení názvu prvku s napsaným hmotnostním číslem.

Při zápisu jaderného symbolu se hmotnostní číslo umístí do levého horního rohu (horní index) chemického symbolu a atomové číslo se umístí do levého dolního rohu (dolní index) symbolu. Úplný jaderný symbol pro helium-4 je nakreslen níže:

Následující jaderné symboly jsou pro jádro niklu s 31 neutrony a jádro uranu se 146 neutrony.

\

\

Ve výše znázorněném jádru niklu atomové číslo 28 znamená, že jádro obsahuje 28 protonů, a proto musí obsahovat 31 neutronů, aby mělo hmotnostní číslo 59. V případě niklu se jedná o jádro, které má hmotnostní číslo 59. Jádro uranu má stejně jako všechna jádra uranu 92 protonů a toto konkrétní jádro uranu má 146 neutronů.

Jiný způsob znázornění izotopů je přidáním pomlčky a hmotnostního čísla k chemickému názvu nebo symbolu. Dvě jádra by tedy byla nikl-59 nebo Ni-59 a uran-238 nebo U-238, kde 59 a 238 jsou hmotnostní čísla obou atomů. Všimněte si, že hmotnostní čísla (nikoli počet neutronů) jsou uvedena na straně názvu.