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Alle Elemente sind Isotope. Obwohl alle Atome eines bestimmten Elements die gleiche Ordnungszahl (Anzahl der Protonen) haben, variiert das Atomgewicht (Anzahl der Protonen und Neutronen zusammen). Der Begriff "Isotop" bezieht sich auf diese Variation des Atomgewichts - zwei Atome mit der gleichen Anzahl von Protonen und einer unterschiedlichen Anzahl von Neutronen sind zwei Isotope des gleichen Elements.
Ordnungszahl
Protonen sind positiv geladene Teilchen in einem Atomkern. Ein Atom als Ganzes trägt eine neutrale Ladung, so dass jedes positiv geladene Proton durch ein negativ geladenes Teilchen ausgeglichen wird. Diese negativen Teilchen - Elektronen - kreisen außerhalb des Kerns. Die Umlaufbahn der Elektronen bestimmt, wie ein Atom reagiert und sich mit anderen Atomen verbindet, wodurch jedem Element seine spezifischen chemischen und physikalischen Eigenschaften verliehen werden. Jedes Element hat eine eindeutige Ordnungszahl über der chemischen Abkürzung im Periodensystem.
Atomares Gewicht
Neutronen sind subatomare Teilchen, die keine Ladung tragen, so dass die Anzahl der Neutronen in einem Atomkern keinen Einfluss auf die Anzahl der Elektronen oder deren Umlaufbahnkonfiguration hat. Zwei Atome mit der gleichen Anzahl von Protonen und einer unterschiedlichen Anzahl von Neutronen haben die gleichen physikalischen und chemischen Eigenschaften, aber unterschiedliche Atomgewichte. Diese beiden Atome sind unterschiedliche Isotope desselben Elements. Beispielsweise ist das häufigste Isotop von Wasserstoff H-1, was bedeutet, dass das Atom ein Proton und keine Neutronen hat, aber es gibt auch H-2- und H-3-Isotope mit einem bzw. zwei Neutronen. Das Periodensystem gibt das durchschnittliche Atomgewicht der Elemente unter dem chemischen Symbol der Elemente an.
Radioaktive Isotope
Schwerere Isotope eines Atoms sind oft instabil und zerfallen mit der Zeit in leichtere Isotope. Dieser Atomzerfall setzt Energie in Form von Alpha-, Beta- und Gammastrahlung frei. Wasserstoff-3 ist beispielsweise radioaktiv und zerfällt in Wasserstoff-2. Alle Elemente haben radioaktive Isotope, die unterschiedlich schnell zerfallen. Die Zerfallsrate wird in Halbwertszeiten gemessen - die Zeit, die die Hälfte der radioaktiven Isotope in einer Probe eines bestimmten Elements benötigt, um in leichtere Isotope zerfallen zu können. Die Halbwertszeit für Wasserstoff-3 beträgt 12,32 Jahre.
Verwendung für radioaktive Isotope
Forscher und Mediziner setzen in großem Umfang radioaktive Isotope ein. Durch Messung der Menge des natürlich vorkommenden radioaktiven Isotops Kohlenstoff-14 können Archäologen und Paläontologen das ungefähre Alter eines Fossils oder Artefakts bestimmen. Ärzte verwenden die Isotope Iod-131 und Barium-137 als radioaktive Tracer, um Herzprobleme, Gehirntumoren und andere Anomalien zu erkennen, und Kobalt-60 dient als Strahlungsquelle, um die Entwicklung von Krebstumoren zu stoppen.