Izotopi

Identitet elementa određuje Z

Nuklid zapisujemo kao ᴬ_ZX. Z je broj protona, a A zbroj protona i neutrona. Za ³⁷₁₇Cl imamo 17 protona i 20 neutrona. Drugi atom klora može imati drukčiji A, ali mora zadržati Z = 17.

Nuklid označuje jedan određeni sastav jezgre. Izotopi opisuju odnos između nuklida istog elementa. Dvije jezgre s istim A, ali različitim Z, nisu međusobno izotopi.

Izotopska masa nije maseni broj

A je cijeli broj nukleona. Stvarna izotopska masa u u obično nije cijeli broj jer mase protona, neutrona i elektrona nisu točno 1 u, a energija vezanja jezgre mijenja masu sastavljenog sustava. Razlika između zbroja masa slobodnih nukleona i mase vezane jezgre odgovara energiji vezanja prema E = mc².

Neutralni izotopi istog elementa imaju istu elektronsku konfiguraciju. Njihova je kemija zato gotovo jednaka, ali razlika mase može promijeniti vibracijske frekvencije te malo i brzine reakcija ili ravnoteže, osobito kod vodika.

Stabilnost jezgre ovisi o više čimbenika

Neutroni pridonose jakoj nuklearnoj vezi bez dodatnog Coulombova odbijanja među protonima. Kod težih jezgara zato je povoljan omjer neutrona i protona veći nego kod lakih.

Sam omjer N/Z nije dovoljan. Važne su i nuklearne ljuske, sparivanje nukleona te ukupna energija vezanja. Nestabilan nuklid može prijeći alfa, beta ili drugom radioaktivnom pretvorbom.

Prosječna masa ovisi o sastavu uzorka

Za izotope masa m_i i udjela x_i prosjek je Σm_ix_i uz Σx_i = 1. Kod klora prevladavanje ³⁵Cl pomiče prosjek prema 35,45 u; to ne znači da pojedinačni atom ima 35,45 nukleona.

Prirodni izotopski udjeli mogu se malo razlikovati među uzorcima zbog isparavanja, difuzije, bioloških procesa ili nastanka minerala. Izotopski sastav zato može čuvati informaciju o povijesti materijala.

Spektrometrija i obilježavanje koriste razliku masa

Maseni spektrometar razdvaja ione prema omjeru m/z. Položaji vrhova razlikuju izotope, a korigirani intenziteti omogućuju procjenu njihovih udjela. U molekulskim spektrima kombinacije izotopa stvaraju karakteristične skupine vrhova.

Stabilni izotopi, primjerice ¹³C ili ¹⁵N, mogu pratiti reakcije i biološke procese. Radioizotopi se mogu koristiti za datiranje, dijagnostiku ili terapiju, ali uvijek su važni vrijeme poluraspada, vrsta zračenja i kemija nosača.

Riješeni primjeri