2.9: Изотопы

Элементы имеют установленное количество протонов, определяющих их атомное число. Например, все атомы с восемью протонами являются кислородом. Тем не менее, количество нейтронов может варьироваться для атома одного и того же элемента. Эти вариации элементов, с одинаковым количеством протонов, но разное количество нейтронов, называются изотопами.

Масса - это сумма протонов и нейтронов. Следовательно, изотопы элемента имеют одно и то же атомное число, но разные массовые числа. Атомная масса элемента, или атомный вес, является средневзвешенным показателем масс изотопов элемента. Считается, что среднее значение является взвешенным, поскольку оно отражает относительное изобилие различных изотопов в выборке. Другими словами, массы наиболее распространенных изотопов вносят наиболее значительный вклад в среднее значение.

В природе существует несколько элементов, включая углерод, калий и уран. На периодической таблице атомная масса элемента отражает относительное изобилие их естественных изотопов на Земле.

Изотопы часто обсуждаются в контексте радиоактивности. Радиоактивный элемент, по сути, является элементом с нестабильным ядром. Большинство радиоактивных элементов имеют атомное число 84 или выше. Другие элементы имеют изотопы, которые являются нерадиоактивными и, в большинстве случаев, по крайней мере один радиоактивный изотоп, радиоизотоп.

Чтобы стать более стабильными, радиоизотопы высвобождают субатомные частицы. В процессе, известном как радиоактивный распад, они испускают энергию, известную как излучение. Радиоактивный распад может изменить количество протонов в элементе, эффективно изменяя его идентичность.

Радиация может быть использована, чтобы помочь определить возраст или толщину различных материалов. В медицине он применяется для диагностики и отслеживания заболеваний с помощью ПЭТ-сканеров, а также для лечения рака.

Все элементы имеют один или несколько изотопов. Ядерные вариации, в которых количество протонов, или их атомный номер, одинаковы, но количество нейтронов варьируется, приводит к разным атомным массам. Например, элемент водород имеет три естественно встречающихся изотопа.

Самым распространённым является атом водорода, не содержащий нейтроны. Второй дейтерий, который содержит один нейтрон. А третий тритий, содержащий два нейтрона.

В то время, как стандартный атом водорода и дейтерий стабильны в естественных условиях, многие другие изотопы, такие как тритий, распадаются на другие вещества, излучая энергию, и известны как радиоактивные изотопы. Атом трития претерпевает бета-распад. Один из двух его нейтронов преобразован в протон излучением электрона.

Это приводит к более стабильному, нерадиоактивному гелий-три изотопу, содержащему два протона и один нейтрон. Распад радиоактивных изотопов происходит с постоянной скоростью, которая является основой для радиометрического датирования, метода, используемого для определения геологического возраста.