5.8: Izotopy – Kiedy Liczba Neutronów się zmienia

Stabilność Izotopów

Atomy potrzebują pewnego stosunku neutronów do protonów, aby mieć stabilne jądro. Posiadanie zbyt wielu lub zbyt mało neutronów w stosunku do protonów powoduje powstanie niestabilnego lub radioaktywnego jądra, które prędzej czy później rozpadnie się do bardziej stabilnej formy. Proces ten nazywany jest rozpadem promieniotwórczym. Wiele izotopów ma jądra radioaktywne i te izotopy nazywane są radioizotopami. Podczas rozpadu uwalniają one cząsteczki, które mogą być szkodliwe. Dlatego właśnie izotopy promieniotwórcze są niebezpieczne i praca z nimi wymaga specjalnych kombinezonów ochronnych. Izotop węgla znany jako węgiel-14 jest przykładem radioizotopu. Dla kontrastu, izotopy węgla zwane węglem-12 i węglem-13 są stabilne.

Cała ta dyskusja o izotopach sprowadza nas z powrotem do Teorii Atomowej Daltona. Według Daltona, atomy danego pierwiastka są identyczne. Ale jeśli atomy danego pierwiastka mogą mieć różną liczbę neutronów, to mogą też mieć różną masę! Jak Dalton mógł tego nie zauważyć? Okazuje się, że pierwiastki występujące w przyrodzie istnieją jako stałe jednorodne mieszaniny swoich naturalnie występujących izotopów. Innymi słowy, kawałek litu zawsze zawiera oba typy naturalnie występującego litu (typ z 3 neutronami i typ z 4 neutronami). Co więcej, zawsze zawiera je w takich samych względnych ilościach (lub „względnych obfitościach”). W kawałku litu, ∗(93%) będzie zawsze litem z 4 neutronami, podczas gdy pozostała część ∗(7%) będzie zawsze litem z 3 neutronami.

Dalton zawsze eksperymentował z dużymi kawałkami pierwiastka – kawałkami, które zawierały wszystkie naturalnie występujące izotopy tego pierwiastka. W rezultacie, kiedy wykonywał swoje pomiary, obserwował uśrednione właściwości wszystkich izotopów znajdujących się w próbce. Dla większości naszych celów w chemii, będziemy robić to samo i zajmować się średnią masą atomów. Na szczęście, poza tym, że mają różne masy, większość innych właściwości różnych izotopów jest podobna.

Są dwa główne sposoby, w jakie naukowcy często pokazują liczbę masową atomu, którym są zainteresowani. Należy zauważyć, że liczba masowa nie jest podawana w układzie okresowym. Te dwa sposoby obejmują pisanie symbolu atomowego lub podawanie nazwy pierwiastka z wpisaną liczbą masową.

Aby napisać symbol atomowy, liczbę masową umieszcza się w lewym górnym rogu (indeks górny) symbolu chemicznego, a liczbę atomową w lewym dolnym rogu (indeks dolny) symbolu. Pełny symbol jądrowy helu-4 narysowany jest poniżej:

Następujące symbole jądrowe dotyczą jądra niklu z 31 neutronami i jądra uranu ze 146 neutronami.

W przedstawionym powyżej jądrze niklu liczba atomowa 28 oznacza, że jądro zawiera 28 protonów, a zatem musi zawierać 31 neutronów, aby jego liczba masowa wynosiła 59. Jądro uranu ma 92 protony, tak jak wszystkie jądra uranu, a to konkretne jądro uranu ma 146 neutronów.

Innym sposobem reprezentowania izotopów jest dodanie myślnika i liczby masowej do nazwy chemicznej lub symbolu. Tak więc dwa jądra będą Nikiel-59 lub Ni-59 i Uran-238 lub U-238, gdzie 59 i 238 są liczbami masowymi dwóch atomów, odpowiednio. Zauważ, że liczby masowe (a nie liczba neutronów) są podane z boku nazwy.