Izotopi

Identiteto elementa določa Z

Nuklid zapišemo kot ᴬ_ZX. Z je število protonov, A pa vsota protonov in nevtronov. Za ³⁷₁₇Cl imamo 17 protonov in 20 nevtronov. Drug atom klora ima lahko drugačen A, vendar mora ohraniti Z = 17.

Nuklid označuje eno določeno sestavo jedra. Izotopi opisujejo odnos med nuklidi istega elementa. Jedri z enakim A, a različnim Z, nista izotopa drug drugega.

Izotopska masa ni masno število

A je celoštevilsko število nukleonov. Dejanska izotopska masa v u navadno ni celo število, ker mase protonov, nevtronov in elektronov niso natančno 1 u, vezavna energija jedra pa spremeni maso sestavljenega sistema. Razlika med vsoto mas prostih nukleonov in maso vezanega jedra ustreza vezavni energiji po E = mc².

Nevtralni izotopi istega elementa imajo enako elektronsko konfiguracijo. Njihova kemija je zato skoraj enaka, razlika v masi pa lahko spremeni vibracijske frekvence ter rahlo tudi hitrosti reakcij ali ravnovesja, posebej pri vodiku.

Stabilnost jedra je odvisna od več dejavnikov

Nevtroni prispevajo močno jedrsko vezavo brez dodatnega Coulombovega odboja med protoni. Pri težjih jedrih je zato ugodno razmerje nevtronov in protonov večje kot pri lahkih.

Samo razmerje N/Z ni dovolj. Pomembni so tudi jedrske lupine, parjenje nukleonov in skupna vezavna energija. Nestabilen nuklid lahko preide z alfa, beta ali drugo radioaktivno pretvorbo.

Povprečna masa je odvisna od sestave vzorca

Za izotope z masami m_i in deleži x_i je povprečje Σm_ix_i, pri čemer je Σx_i = 1. Pri kloru prevlada ³⁵Cl premakne povprečje proti 35,45 u; to ne pomeni, da posamezni atom vsebuje 35,45 nukleona.

Naravni izotopski deleži se med vzorci lahko rahlo razlikujejo zaradi izhlapevanja, difuzije, bioloških procesov ali nastajanja mineralov. Izotopska sestava zato lahko ohrani informacijo o zgodovini materiala.

Spektrometrija in sledilci izkoriščajo razliko mas

Masni spektrometer ločuje ione po razmerju m/z. Položaji vrhov razlikujejo izotope, popravljene intenzitete pa omogočajo oceno njihovih deležev. V molekulskih spektrih kombinacije izotopov tvorijo značilne skupine vrhov.

Stabilni izotopi, na primer ¹³C ali ¹⁵N, lahko sledijo reakcijam in biološkim procesom. Radioizotope uporabljamo pri datiranju, diagnostiki ali terapiji, vendar so vedno pomembni razpolovni čas, vrsta sevanja in kemija nosilca.

Rešeni primeri