Mini-kurzus
Izotópok
Az izotópok ugyanannak az elemnek olyan atomjai, amelyekben ugyanannyi proton, de eltérő számú neutron található. Emiatt azonos a rendszámuk és többnyire hasonló a kémiájuk, miközben tömegük és magfizikai stabilitásuk különbözhet.
Mi marad azonos?
Az elem azonosságát a protonok száma rögzíti. A szén minden atomjában hat proton van, ezért a ¹²C, ¹³C és ¹⁴C mind szén. Semleges állapotban mindháromnak hat elektronja van, így elektronhéjuk és a legtöbb kémiai tulajdonságuk nagyon hasonló.
Mi változik?
A neutronok száma és ezzel a tömegszám változik. ¹²C esetén 6 neutron, ¹³C esetén 7, ¹⁴C esetén 8 neutron található a magban. A tömegszám A egész szám, míg a periódusos rendszerben szereplő relatív atomtömeg gyakran nem egész, mert a természetes izotópkeverék súlyozott átlaga.
Stabil és radioaktív izotópok
Nem minden proton–neutron arány eredményez stabil atommagot. Egyes izotópok spontán átalakulnak, és részecskét vagy elektromágneses sugárzást bocsátanak ki. A ¹⁴C például radioaktív, a ¹²C és ¹³C stabil. A radioaktivitás tehát nem az elem neve, hanem egy adott nuklid magstabilitásának tulajdonsága.
Miért hasonló mégis a kémiájuk?
A kémiai kötéseket elsősorban az elektronok, különösen a vegyértékelektronok hozzák létre. Az izotópok azonos rendszám mellett azonos elektronszámú semleges atomokat adnak, ezért ugyanazokat a tipikus kötéseket alakítják ki. Kis különbségek azonban megjelenhetnek a reakciósebességben, mert a különböző tömeg befolyásolja a rezgéseket és a mozgást; ezt izotóphatásnak nevezzük.
Izotópjelölés
A nuklidot gyakran ᴬ_ZX alakban írjuk. X az elem jele, Z a protonok száma, A a protonok és neutronok összege. A neutronok száma ezért N=A−Z. A ²³⁵₉₂U jelölésből azonnal látható, hogy 92 proton és 143 neutron van az atommagban.
Mire használjuk őket?
Az izotópösszetétel geológiai és régészeti kormeghatározást, anyagok eredetének vizsgálatát és orvosi nyomjelzést is lehetővé tesz. A módszer mindig attól függ, hogy az adott izotóp stabil-e, milyen gyorsan bomlik, és a vizsgált rendszer a kialakulása óta mennyire maradt zárt.
Gyakori hiba
Az izotóp nem ion. Izotópok között a neutronok száma tér el; ionképződéskor az elektronok száma változik. A protonok számának megváltoztatása pedig már másik elemet jelent.
Átlagos atomtömeg
Ha egy elemnek több természetes izotópja van, a periódusos rendszerben közölt atomtömeg azok gyakorisággal súlyozott átlaga. Ha két izotóp tömege m₁ és m₂, előfordulásuk pedig x és 1−x, akkor az átlag közel xm₁+(1−x)m₂. Ez magyarázza, miért lehet például egy elem atomtömege két gyakori izotóp tömege közötti nem egész érték.
Próbáld ki
A ³⁷Cl atom rendszáma 17. Hány protonja, neutronja és elektronja van semleges állapotban?
Megoldás
17 proton és 17 elektron. A neutronok száma 37−17=20.