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2.9: Isotope

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2.9: Isotopes

2.9: Isotope

Elements have a set number of protons that determines their atomic number. For example, all atoms with eight protons are oxygen. However, the number of neutrons can vary for an atom of the same element. These variations of elements, with the same number of protons but different numbers of neutrons, are called isotopes.

The mass number is the sum of protons and neutrons. Hence, isotopes of an element have the same atomic number, but different mass numbers. An element’s atomic mass, or atomic weight, is a weighted average of the masses of the element’s isotopes. The average is said to be weighted because it reflects the relative abundance of the different isotopes in the sample. In other words, the masses of the most common isotopes contribute most strongly to the average.

Several elements exist as multiple isotopes in nature, including carbon, potassium, and uranium. On the periodic table, the atomic mass of an element reflects the relative abundance of their naturally-occurring isotopes on Earth.

Isotopes are often discussed in the context of radioactivity. A radioactive element is essentially an element with an unstable nucleus. Most radioactive elements have atomic numbers of 84 or higher. Other elements have isotopes that are non-radioactive and, in most cases, at least one radioactive isotope, a radioisotope.

To become more stable, radioisotopes release subatomic particles. In the process, known as radioactive decay, they emit energy known as radiation. Radioactive decay can alter the number of protons in an element, effectively changing its identity.

Radiation can be used to help determine the age or thickness of different materials. In medicine, it is applied to diagnose and track medical conditions using PET scanners, as well as to treat cancer.

Elemente haben eine bestimmte Anzahl von Protonen, die folglich ihre Ordnungszahl bestimmt. Alle Atome mit acht Protonen sind beispielsweise Sauerstoff. Die Anzahl der Neutronen kann jedoch für ein Atom desselben Elements variieren. Diese Variationen von Elementen mit gleicher Anzahl von Protonen, aber unterschiedlicher Anzahl von Neutronen, werden als Isotope bezeichnet.

Die Massenzahl ist die Summe von Protonen und Neutronen. Die Isotope eines Elements haben also die gleiche Ordnungszahl, jedoch unterschiedliche Massezahlen. Die Atommasse eines Elements, oder das Atomgewicht ist ein gewichteter Mittelwert der Massen der Isotope des Elements. Der Mittelwert wird als gewichtet bezeichnet, weil er die relative Häufigkeit der verschiedenen Isotope in der Probe widerspiegelt. Die Masse der am häufigsten vorkommenden Isotope tragen also am stärksten zum Mittelwert bei.

In der Natur kommen verschiedene Elemente als multiple Isotope vor. Darunter sind unter anderem Kohlenstoff, Kalium und Uran. Im Periodensystem spiegelt die Atommasse eines Elements die relative Häufigkeit ihrer natürlich vorkommenden Isotope auf der Erde wider.

Über Isotope wird oft im Zusammenhang mit Radioaktivität gesprochen. Ein radioaktives Isotop ist im Wesentlichen ein Element mit einem instabilen Kern. Die meisten radioaktiven Elemente haben Ordnungszahlen von 84 oder höher. Andere Elemente besitzen nicht radioaktive Isotope und in den meisten Fällen mindestens ein radioaktives Isotop, ein sogenanntes Radioisotop.

Um stabiler zu werden, setzen Radioisotope subatomare Partikel frei. Sie geben während diesem Prozess des radioaktiven Zerfalls Energie ab. Diese Energie bezeichnet man dann als Strahlung. Der radioaktive Zerfall kann die Anzahl der Protonen in einem Element verändern, wodurch sich seine Eigenschaften praktisch ändern.

Strahlung kann zur Bestimmung des Alters oder der Dicke verschiedener Materialien verwendet werden. In der Medizin wird sie zur Diagnose und Verfolgung von Krankheiten mit Hilfe von PET-Scannern sowie zur Behandlung von Krebs eingesetzt.

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