Isotopen

A an Z liesen

Eng Kärspezies gëtt geschriwwen als ^A_ZX. X ass d’Elementsymbol, Z ass d’Protonenzuel an A d’Massenzuel. Bei ³⁷₁₇Cl enthält de Kär 17 Protonen an 37 − 17 = 20 Neutronen. Déi 17 identifizéiert schonn de Chlor; déi 37 identifizéiert dësen Isotop.

Well d’Symbol Z festleet, gëtt déi ënnescht Zuel am normale Schreiwen dacks ewechgelooss: Chlor-37 oder ³⁷Cl geet duer.

Nuklid an Isotop

A Nuklid ass eng bestëmmte Kärspezies. ¹²C an ¹³C sinn zwee Nukliden. Wann een se Isotopen nennt, ënnersträicht dat hir Relatioun: si gehéieren zum selwechten Element, well si déi selwecht Protonenzuel hunn.

Zwee Käre kënnen déi selwecht Massenzuel hunn an awer zu verschiddenen Elementer gehéieren. Dann si si keng Isotope vuneneen.

Chimie vun Isotopen

Neutral Isotope vun engem Element hunn déi selwecht Elektronenzuel a praktesch déi selwecht Elektronestruktur. Dofir maachen ¹²CO₂ an ¹³CO₂ déi selwecht grondleeënd Reaktiounen, an Isotopen hunn eng gemeinsam Plaz am Periodesche System.

Bal d’selwecht ass net genee d’selwecht. Eng aner Kärmass verännert Vibratiounsfrequenzen a kann d’Reaktiounsgeschwindegkeet oder Gläichgewiichter liicht verréckelen. Dës Isotopeffekter si besonnesch däitlech beim Waasserstoff, well den Ersatz vun ¹H duerch Deuterium d’Kärmass bal verduebelt.

Massenzuel a gemoosse Mass

D’ Massenzuel A ass eng ganzzueleg Zuel vu Protonen an Neutronen. Déi tatsächlech Isotopemass ass eng gemoosse Gréisst an vereenheetlechten Atommassenunitéiten, u, an ass normalerweis keng ganz Zuel. ¹³C huet d’Massenzuel 13, mee seng gemoossen Isotopemass läit liicht iwwer 13 u.

Den Ënnerscheed reflektéiert déi tatsächlech Masse vu Protonen, Neutronen an Elektronen an d’Kärbindungsenergie vum zesummegesaten Atom. Kärbindung verännert d’Mass iwwer E = mc².

Gewiichtent Mëttel vum Chlor

Huelt als Beispill eng Prouf mat 75,78 % ³⁵Cl mat enger Isotopemass vun 34,9689 u an 24,22 % ³⁷Cl mat enger Mass vun 36,9659 u:

(0.7578 × 34.9689) + (0.2422 × 36.9659) ≈ 35.45 u.

D’Resultat läit tëscht den Isotopemassen a méi no bei ³⁵Cl, well dësen Isotop d’Prouf dominéiert. Beräichert een d’Material mat ³⁷Cl, klëmmt déi duerchschnëttlech Mass, obwuel all Atom Chlor bleift.

Massespektrometrie

Massespektrometrie trennt Ionen no hirem Mass-Ladungsverhältnis m/z. Isotope vum selwechten Element hu bal identesch Chimie, awer verschidde Massen; gutt opgeléist Isotopespëtze kënnen dofir d’Zesummesetzung weisen.

Molekülmassespektre weisen och Isotopemuster. Molekülle mat Chlor, Brom oder e puer Kuelestoffatomer kënne charakteristesch Gruppe vu Spëtze bilden, well verschidden Isotopenkombinatioune liicht aner Massen hunn.

Kuelestoff

¹²C definéiert déi modern Referenz fir d’Atommass. ¹³C ass stabil a gëtt vill als Tracer an an der Strukturanalys benotzt. ¹⁴C ass radioaktiv a kann als Auer fir Kuelestoff déngen, deen Austausch mat der Atmosphär oder Biosphär hat.

Dat si keng verschidde Kuelestoffchimien. Et si Kärvariante vum selwechten Element, deenen hir Mass a Stabilitéit verschidden experimentell Méiglechkeete schafen.

Datéierung

Bei engem Radionuklid ass all eenzele Zerfall net virauszesoen, mee eng grouss Populatioun follegt N(t) = N₀e^−λt, mat T½ = ln 2 / λ. Dës statistesch Reegelméissegkeet mécht radiometresch Datéierung méiglech.

E gemoossent Isotopenverhältnis ass net automatesch en Alter. Ufanksbedéngungen, d’Verhale vu Mamm- a Duechterisotopen, Kontaminatioun an d’Fro, ob de System effektiv zou bliwwen ass, mussen all berücksichtegt ginn.

Tracer

En Tracer muss nëmmen z’ënnerscheede sinn. Wann eng Verbindung mat ¹³C, ¹⁵N oder ¹⁸O beräichert gëtt, kënnen hir Atomer duerch eng Reaktioun, en Organismus oder en Ëmweltreservoir verfollegt ginn, wärend d’Chimie bal d’selwecht bleift.

Natierlech Isotopenverhältnisser kënnen och Kuelestoffquelle vuneneen ënnerscheeden, Grondwaasser verfollegen, Aspekter vum fréiere Klima rekonstruéieren hëllefen a Relatiounen an Nahrungsnetzer weisen.

Medezin

Radioaktive Zerfall ka vu baussen um Kierper detektéiert ginn oder Energie am Tissu ofginn. Ausgewielte Radionuklide si dofir nëtzlech an der diagnostescher Bildgebung an Therapie. En nëtzlechen Isotop muss déi richteg Zerfallsart, Stralung, Hallefzäit a Chimie kombinéieren.

Eng ze laang Hallefzäit kann onnéideg laang unhalend Aktivitéit ginn; eng ze kuerz kann dozou féieren, datt den Isotop zerfält, ier d’Bildgebung oder d’Behandlung fäerdeg ass. Kärphysik a chemescht Targeting musse zesummeschaffen.