5.8: Izotopii – Când numărul neutronilor variază

Stabilitatea izotopilor

Atomii au nevoie de un anumit raport neutroni/protoni pentru a avea un nucleu stabil. Având prea mulți sau prea puțini neutroni în raport cu protonii, rezultă un nucleu instabil sau radioactiv, care se va descompune mai devreme sau mai târziu într-o formă mai stabilă. Acest proces se numește dezintegrare radioactivă. Mulți izotopi au nuclee radioactive, iar acești izotopi sunt denumiți radioizotopi. Atunci când se dezintegrează, ei eliberează particule care pot fi dăunătoare. Acesta este motivul pentru care izotopii radioactivi sunt periculoși și pentru care lucrul cu ei necesită costume speciale de protecție. Izotopul de carbon cunoscut sub numele de carbon-14 este un exemplu de radioizotop. În schimb, izotopii de carbon numiți carbon-12 și carbon-13 sunt stabili.

Toată această discuție despre izotopi ne readuce la teoria atomică a lui Dalton. Conform lui Dalton, atomii unui anumit element sunt identici. Dar dacă atomii unui anumit element pot avea numere diferite de neutroni, atunci și ei pot avea mase diferite! Cum de i-a scăpat lui Dalton acest lucru? Se pare că elementele găsite în natură există sub formă de amestecuri uniforme și constante ale izotopilor lor naturali. Cu alte cuvinte, o bucată de litiu conține întotdeauna ambele tipuri de litiu existent în mod natural (tipul cu 3 neutroni și tipul cu 4 neutroni). În plus, conține întotdeauna cele două tipuri de litiu în aceleași cantități relative (sau „abundențe relative”). Într-o bucată de litiu, \(93\%\) va fi întotdeauna litiu cu 4 neutroni, în timp ce restul \(7\%\) va fi întotdeauna litiu cu 3 neutroni.

Dalton a experimentat întotdeauna cu bucăți mari de un element – bucăți care conțineau toți izotopii naturali ai acelui element. Ca urmare, atunci când își efectua măsurătorile, el observa de fapt proprietățile medii ale tuturor izotopilor diferiți din eșantion. În majoritatea scopurilor noastre în chimie, vom face același lucru și ne vom ocupa de masa medie a atomilor. Din fericire, în afară de faptul că au mase diferite, majoritatea celorlalte proprietăți ale diferiților izotopi sunt similare.

Există două moduri principale prin care oamenii de știință arată frecvent numărul de masă al unui atom care îi interesează. Este important de reținut că numărul de masă nu este indicat în tabelul periodic. Aceste două moduri includ scrierea unui simbol nuclear sau prin indicarea numelui elementului cu numărul de masă scris.

Pentru a scrie un simbol nuclear, numărul de masă este plasat în stânga sus (superscript) al simbolului chimic, iar numărul atomic este plasat în stânga jos (subscript) al simbolului. Simbolul nuclear complet pentru heliu-4 este desenat mai jos:

Simbolurile nucleare următoare sunt pentru un nucleu de nichel cu 31 de neutroni și un nucleu de uraniu cu 146 de neutroni.

În nucleul de nichel reprezentat mai sus, numărul atomic 28 indică faptul că nucleul conține 28 de protoni și, prin urmare, trebuie să conțină 31 de neutroni pentru a avea un număr de masă de 59. Nucleul de uraniu are 92 de protoni, la fel ca toate nucleele de uraniu, iar acest nucleu special de uraniu are 146 de neutroni.

O altă modalitate de a reprezenta izotopii este adăugarea unei liniuțe și a numărului de masă la denumirea sau simbolul chimic. Astfel, cele două nuclee ar fi Nichel-59 sau Ni-59 și Uraniu-238 sau U-238, unde 59 și, respectiv, 238 sunt numerele de masă ale celor doi atomi. Rețineți că numerele de masă (nu numărul de neutroni) sunt date în partea laterală a numelui.

.