Mikä on isotooppi?

Isotoopit ovat saman elementin atomeja, joilla on sama määrä protoneja, mutta eri määrä neutroneja. Niiden atomiluvut ovat samat, mutta niiden massanumerot ovat erilaisia. Massanumerot on aina merkitty A: lla, kun taas Z viittaa elementtien atomilukuihin. Atomiluku symboloi protonien määrää atomin ytimessä, ja sitä käytetään tunnistamaan elementin sijainti jaksollisessa taulukossa. Atomin massa on neutronien lukumäärä sen ytimessä. Elementtien isotoopeilla on erilaiset fysikaaliset ominaisuudet niiden atomimassojen vaihtelun vuoksi. Tämän eron vuoksi tällaisilla isotoopeilla on erilaiset tiheydet sekä sulamis- ja kiehumispisteet. Elementin isotoopeilla on kuitenkin aina hyvin samanlaisia kemiallisia ominaisuuksia. Samankaltaisuus tapahtuu, koska vain elektroneja käytetään kemiallisissa reaktioissa, ei neutroneissa tai protoneissa.

Isotooppien historia

Radiokemisti Fredrick Soddy ehdotti ensin isotooppien olemassaoloa vuonna 1913 tutkimusten jälkeen, jotka koskivat radioaktiivisten ketjujen hajoamista. Kokeilunsa aikana Soddy tajusi neljäkymmentä erilaista lajia, jotka olivat lyijyn ja uraanin välillä, mutta jaksollisessa taulukossa oli vain 11 atomia. Joidenkin näiden elementtien erottamiseksi tehtyjen kemiallisten testien epäonnistuttua hän ehdotti, että useampi kuin yksi atomityyppi voisi jakaa saman aseman jaksollisessa taulukossa ja nimesi ne isotooppeiksi.

Esimerkkejä isotoopeista

Kloori sisältää kaksi isotooppia: kloori-35 ja kloori-37. Tämän johtopäätöksen saavuttamiseksi tiedemiehet ovat havainneet, että klooriaineessa on jokaisen näiden isotooppien osuudet kokonaisuudessaan, ja siksi suhteita käytetään ilmaisemaan määrän ero. Nämä suhteet ovat hyödyllisiä suhteellisten prosenttiosuuksien ja suhteellisten atomimassojen laskennassa. Muita esimerkkejä isotoopeista ovat hiili (hiili-12 ja hiili-14-isotoopit), happi (happi-16 ja happi-18) ja fosfori (fosfori-31 on ensisijainen isotooppi, vaikka myös spesifisiä fosfori-32-määriä on olemassa). Näiden yhdisteiden isotooppeja pidetään stabiileina, ja useimmilla niistä on vain kaksi isotooppia. On kuitenkin olemassa muutamia elementtejä, joissa on vain yksi isotooppi, ja nämä sisältävät fluorin, berylliumin, arseenin, yttriumin, kullan, alumiinin, jodin, mangaanin, natriumin ja niobiumin.

Isotooppien puhdistus

Isotooppeja käytetään kolmella pääalueella. Ensimmäinen on isotooppien erottaminen. Erottaminen helpottaa atomien ominaisuuksien maksimointia tarpeen mukaan. Kevyempien elementtien, kuten deuteriumin ja hapen, erottamisessa käytetään kaasun diffuusiomenetelmää. Raskaiden elementtien, kuten uraanin ja plutoniumin, erottaminen tapahtuu massaspektrometrialla.

Isotooppien käyttö

Isotooppien ensimmäinen sovellus on sen käyttäminen arkeologeilla hiilidioksiditunnistuksessa. Isotoopit ovat kahdenlaisia: stabiileja ja radioaktiivisia isotooppeja. Vakaat isotoopit sisältävät yhtä lailla protonien ja neutronien yhdistelmää, eivätkä ne siten mene hajoamaan. Toisaalta radioaktiivisilla isotoopeilla on epästabiilia ytimiä ja siten ne hajoavat. Radioaktiivinen hajoaminen voi kestää jopa 5 730 vuotta, kuten hiilielementti. Arkeologit käyttävät tätä isotooppikomponenttia arkeologisissa kaivoksissa olevan esineen iän määrittämiseksi.