Τι είναι ένα ισότοπο;

Τα ισότοπα είναι άτομα του ίδιου στοιχείου που έχουν ίσο αριθμό πρωτονίων αλλά διαφορετικούς αριθμούς νετρονίων. Οι ατομικοί αριθμοί τους είναι οι ίδιοι, αλλά ο αριθμός τους είναι διαφορετικός. Οι αριθμοί μάζας υποδηλώνονται πάντοτε με Α, ενώ το Ζ αναφέρεται στους ατομικούς αριθμούς των στοιχείων. Ο ατομικός αριθμός συμβολίζει τον αριθμό των πρωτονίων στον πυρήνα ενός ατόμου και χρησιμοποιείται για την αναγνώριση της θέσης του στοιχείου στον περιοδικό πίνακα. Ο αριθμός μαζών ενός ατόμου είναι ο αριθμός των νετρονίων στον πυρήνα του. Τα ισότοπα των στοιχείων έχουν διαφορετικές φυσικές ιδιότητες λόγω της μεταβολής των ατομικών τους μαζών. Λόγω αυτής της διαφοράς, τέτοια ισότοπα έχουν διαφορετικές πυκνότητες, καθώς και σημεία τήξης και βρασμού. Ωστόσο, τα ισότοπα ενός στοιχείου έχουν πάντα παρόμοιες χημικές ιδιότητες. Η ομοιότητα συμβαίνει επειδή μόνο τα ηλεκτρόνια χρησιμοποιούνται σε χημικές αντιδράσεις, όχι στα νετρόνια ή στα πρωτόνια.

Ιστορία ισότοπων

Ο ραδιοχημικός Fredrick Soddy πρότεινε πρώτα την ύπαρξη ισοτόπων το 1913, αφού διεξήγαγε μελέτες που αφορούσαν τη διάσπαση των ραδιενεργών αλυσίδων. Κατά τη διάρκεια των πειραμάτων του, ο Soddy συνειδητοποίησε σαράντα διαφορετικά είδη που υπήρχαν μεταξύ μολύβδου και ουρανίου, όμως ο περιοδικός πίνακας μπορούσε να φιλοξενήσει μόνο 11 άτομα. Αφού οι χημικές δοκιμές που πραγματοποιήθηκαν για να διαχωρίσουν κάποια από αυτά τα στοιχεία είχαν αποτύχει, πρότεινε ότι περισσότεροι από ένας τύποι ατόμων θα μπορούσαν να μοιράζονται την ίδια θέση στον περιοδικό πίνακα και να τους ονομάζουν ισότοπα.

Παραδείγματα ισότοπων

Το χλώριο περιέχει δύο κύριους ισότοπους: χλώριο-35 και χλώριο-37. Για να καταλήξουμε σε αυτό το συμπέρασμα, οι επιστήμονες ανακάλυψαν ότι σε μία ουσία χλωρίου, αναλογίες καθεμιάς από αυτά τα ισότοπα υπάρχουν συνολικά και αυτός είναι ο λόγος που οι λόγοι χρησιμοποιούνται για να εκφράσουν τη διαφορά στην ποσότητα. Αυτές οι αναλογίες είναι χρήσιμες κατά τον υπολογισμό των σχετικών ποσοστών και των σχετικών ατομικών μαζών. Άλλα παραδείγματα ισοτόπων περιλαμβάνουν άνθρακα (ισότοπα άνθρακα-12 και άνθρακα-14), οξυγόνο (οξυγόνο-16 και οξυγόνο-18) και φωσφόρος (ο φωσφόρος-31 είναι το πρωτογενές ισότοπο, αν και υπάρχουν και ειδικές ποσότητες φωσφόρου-32). Τα ισότοπα αυτών των ενώσεων θεωρούνται σταθερά και τα περισσότερα από αυτά έχουν μόνο δύο ισότοπα. Ωστόσο, υπάρχουν μερικά στοιχεία που έχουν μόνο ένα ισοτόπο και αυτά περιλαμβάνουν φθόριο, βηρύλλιο, αρσενικό, ύττριο, χρυσό, αλουμίνιο, ιώδιο, μαγγάνιο, νάτριο και νιόβιο.

Καθαρισμός ισότοπων

Υπάρχουν τρεις κύριοι τομείς στους οποίους εφαρμόζονται ισότοπα. Ο πρώτος είναι ο διαχωρισμός των ισοτόπων. Ο διαχωρισμός διευκολύνει τη μεγιστοποίηση των ιδιοτήτων των ατόμων όπως απαιτείται. Στον διαχωρισμό των ελαφρύτερων στοιχείων όπως το δευτέριο και το οξυγόνο, υπάρχει η εφαρμογή της μεθόδου διάχυσης αερίου. Ο διαχωρισμός βαρέων στοιχείων όπως το ουράνιο και το πλουτώνιο συμβαίνει με φασματομετρία μάζας.

Εφαρμογή ισότοπων

Η πρώτη εφαρμογή των ισοτόπων είναι η χρήση τους από τους αρχαιολόγους στην χρονολόγηση άνθρακα. Τα ισότοπα είναι δύο είδη: σταθερά και ραδιενεργά ισότοπα. Τα σταθερά ισότοπα περιέχουν ίσο συνδυασμό πρωτονίων και νετρονίων και ως εκ τούτου δεν υφίστανται αποσύνθεση. Από την άλλη πλευρά, τα ραδιενεργά ισότοπα έχουν ασταθή πυρήνα και έτσι υφίστανται αποσύνθεση. Η ραδιενεργός διάσπαση μπορεί να διαρκέσει ως 5.730 χρόνια, όπως το στοιχείο του άνθρακα. Οι αρχαιολόγοι χρησιμοποιούν αυτή την συνιστώσα των ισοτόπων για να καθορίσουν την ηλικία ενός αντικειμένου που βρίσκεται σε αρχαιολογικές ανασκαφές.