5.8: Izotópok – Amikor a neutronok száma változik

Az izotópok stabilitása

Az atomoknak a neutronok és a protonok bizonyos arányára van szükségük ahhoz, hogy stabil atommagjuk legyen. Ha a protonokhoz képest túl sok vagy túl kevés neutronunk van, az instabil vagy radioaktív atommagot eredményez, amely előbb-utóbb egy stabilabb formára bomlik. Ezt a folyamatot radioaktív bomlásnak nevezzük. Sok izotópnak van radioaktív atommagja, és ezeket az izotópokat radioizotópoknak nevezzük. Amikor bomlanak, olyan részecskéket bocsátanak ki, amelyek károsak lehetnek. Ezért veszélyesek a radioaktív izotópok, és ezért van szükség a velük való munkavégzéshez speciális védőruhára. A szén-14 nevű szénizotóp egy példa a radioizotópokra. Ezzel szemben a szén-12 és a szén-13 nevű szénizotópok stabilak.

Az izotópokról szóló egész vita visszavezet minket Dalton atomelméletéhez. Dalton szerint egy adott elem atomjai azonosak. De ha egy adott elem atomjai különböző számú neutronnal rendelkezhetnek, akkor a tömegük is különböző lehet! Hogyan hagyhatta ezt ki Dalton? Kiderült, hogy a természetben található elemek a természetben előforduló izotópjaik állandó, egységes keverékeiként léteznek. Más szóval egy darab lítium mindig tartalmazza a természetben előforduló lítium mindkét típusát (a 3 neutronos és a 4 neutronos típust). Ráadásul mindig ugyanolyan relatív mennyiségben (vagy “relatív abundanciában”) tartalmazza a kettőt. Egy darab lítiumban a \(93\%\) mindig 4 neutronos lítium lesz, míg a fennmaradó \(7\%\) mindig 3 neutronos lítium lesz.

Dalton mindig egy elem nagy darabjaival kísérletezett – olyan darabokkal, amelyek az adott elem összes természetesen előforduló izotópját tartalmazzák. Ennek eredményeként, amikor méréseit végezte, valójában a mintában lévő összes különböző izotóp átlagolt tulajdonságait figyelte meg. A legtöbb kémiai célunk érdekében ugyanezt fogjuk tenni, és az atomok átlagos tömegével fogunk foglalkozni. Szerencsére a különböző tömegeken kívül a különböző izotópok legtöbb más tulajdonsága hasonló.

A tudósok gyakran kétféleképpen mutatják meg az őket érdeklő atom tömegszámát. Fontos megjegyezni, hogy a tömegszám nem szerepel a periódusos rendszerben. Ez a két mód az atomszimbólum írása, vagy az elem nevének megadása a tömegszám leírásával.

Az atomszimbólum írásához a tömegszámot a kémiai szimbólum bal felső sarkában (superscript), az atomszámot pedig a szimbólum bal alsó sarkában (subscript) helyezik el. A hélium-4 teljes magjelét az alábbiakban rajzoltuk:

A következő magjelek egy 31 neutronos nikkelmagra és egy 146 neutronos uránmagra vonatkoznak.

\\

\

A fent ábrázolt nikkel atommagban a 28-as atomi szám azt jelzi, hogy az atommag 28 protont tartalmaz, ezért 31 neutront kell tartalmaznia ahhoz, hogy tömegszáma 59 legyen. Az uránmagnak 92 protonja van, mint minden uránmagnak, és ennek a bizonyos uránmagnak 146 neutronja van.”

Az izotópok ábrázolásának másik módja az, hogy a kémiai névhez vagy szimbólumhoz egy kötőjelet és a tömegszámot adjuk hozzá. Így a két atommag a Nikkel-59 vagy Ni-59 és az Urán-238 vagy U-238 lenne, ahol 59 és 238 a két atom tömegszáma. Vegyük észre, hogy a tömegszámokat (nem a neutronok számát) a név oldalán adjuk meg.