Izotopy

Atom składa się z trzech typów cząstek "elementarnych" (sądzę, że wiesz już dlaczego wystąpił tu cudzysłów). Są to protony, neutrony i elektrony (p, n, e). Pierwiastek to zbiór atomów o określonej ilości protonów - każdy pierwiastek musi posiadać odmienną liczbę protonów. Rozpatrzmy trzy przypadki:

  1. Zmiana ilości elektronów - powoduje zmianę ładunku całości i powstanie jonu dodatniego (kationu) lub ujemnego (anionu).
  2. Zmiana ilości protonów w jądrze ma miejsce dość rzadko. Dzieje się tak, gdy pierwiastek wykazuje właściwości promieniotwórcze, lub jest bombardowany innymi cząstkami. Pierwiastek zmienia się wtedy w inny - np. możliwa jest zamiana rtęci w złoto.
  3. Zmiana ilości neutronów nie powoduje powstawania nowego pierwiastka tak jak w wypadku zmiany ilości protonów. Nie zmienia się też ładunek. Jedyne, co ulega zmianie to masa. Atomy jednego pierwiastka różniące się tylko masą nazywamy izotopami - są to odmiany izotopowe.

Wodór posiada trzy (podstawowe) odmiany izotopowe, które prezentuje tabela.

Nazwa Symbol Protony Neutrony Elektrony
Wodór-1 (prot) 11H 1 0 1
Wodór-2 (deuter) 12H 1 1 1
Wodór-3 (tryt) 13H 1 2 1

Odmiany izotopowe wodoru

Prot to główny składnik gazowego wodoru. Stanowi on ok. 99,99% wodoru w przyrodzie. Deuteru jest nie wiele, a trytu (z racji tego, że jest promieniotwórczy), śladowe ilości.

Ze względu na to, że w "normalnym" gazowym wodorze oprócz protu o masie 1 u występuje jeszcze niewielka ilość deuteru i trytu - masa atomowa jest różna od 1 u. Jest ona nieco większa, (bo pozostałe składniki są cięższe).

Masę atomową można wyliczać jako średnią arytmetyczną ważoną. Jest to średnia arytmetyczna, w której zostaje uwzględniony udział danej wartości w wyniku, który najczęściej wyraża się w procentach (%).

Zwykłą średnią można obliczyć posługując się wzorem:

aśr = (a1 + a2 + a3 + ... + an) / n

Średnia ważona może być obliczana zgodnie z wzorem następującym:

aśr = (a1 ⋅ b1 + a2 ⋅ b2 + a3 ⋅ b3 + ... + an ⋅ bn) / 100%

Wartości b są wyrażone w procentach i suma wszystkich od b1 do bn powinna być równa 100%. Tą metodą wylicza się masy, które figurują w układzie okresowym.

Przykład dla chloru: w gazowym chlorze występują głównie izotopy: 35Cl i 37Cl, co można zapisać także Cl-35 i Cl-37, czytać należy "chlor trzydzieści pięć i chlor trzydzieści siedem". Zawartość 35Cl w standardowej próbce wynosi ok. 75,77%, a 37Cl stanowi 24,23%. Pozostałe izotopy są promieniotwórcze i nie powinny występować w próbce naturalnej.

Wykonujemy obliczenia masy:

mCl = (mCl-35 ⋅ 75,77% + mCl-37 ⋅ 24,23%) / 100%

mCl = 35 ⋅ 0,7577 + 37 ⋅ 0,2423 = 26,5195 + 8,9651

mCl = 35,4846 u

Nieznaczna rozbieżność z wartością, którą można odczytać z układu okresowego wynika z istnienia w próbce śladowych ilości innych izotopów.

Obecnie znamy ponad 270 izotopów trwałych i ponad 2000 promieniotwórczych należących do ponad 110 pierwiastków. Izotopy możemy podzielić następująco:

  1. Ze względu na zachowanie się jądra atomu
    1. Trwałe - ich jądra nie ulegają samorzutnym przemianom promieniotwórczym
    2. Promieniotwórcze - ich jądra ulegają samorzutnym przemianom promieniotwórczym
  2. Ze względu na pochodzenie
    1. Naturalne - występujące w przyrodzie
    2. Sztuczne - otrzymane sztucznie

Żaden z otrzymanych sztucznie pierwiastków nie posiada trwałych izotopów. Izotopy sztuczne różnią się od siebie czasem promieniowania. Wielkość tą charakteryzuje tzw. okres połowicznego rozpadu, czyli czas, w jakim połowa próbki ulegnie rozpadowi promieniotwórczemu. Czas ten oznaczony został grecką literą τ z indeksem ½ - oznacza połowę. Symbol τ½ należy odczytywać "tau jedna druga". Wyrażany jest oczywiście w sekundach i jej wielokrotnościach. Wartość τ½ waha się od 1,5 ⋅ 1024 y (dla 128Te) do 4,4 ⋅ 10-22 s (dla 5Li). Najwięcej izotopów posiada cyna (Sn) - 38, w tym 10 trwałych (także najwięcej).

"