Isotoop

Isotope is vorme van 'n element waarvan die kerne dieselfde atoomgetal -- die aantal protone in die kern -- maar verskillende atoommassas het want hulle bevat verskillende aantal neutrone. Díe verskil het baie min gevolge vir die chemiese eienskappe.

Die woord isotoop kom van die Grieks iso- = gelyk, en topos = plek, dus op dieselfde plek en dui op die feit dat alle isotope op dieselfde plek op die periodieke tabel aangetoon word.

Saam vorm die isotope van die elemente die reeks nukliede. 'n Nuklied is 'n spesifieke soort atoomkern of meer algemeen gesproke 'n versameling van protone en neutrone. Streng tegnies gesproke is dit meer korrek om te sê dat 'n element soos fluoor bestaan uit 'n stabiele nuklied eerder as om te sê dat dit 'n stabiele isotoop het.

Isotope (nukliede) word in wetenskaplike nomenklatuur gespesifiseer deur die naam van die spesifieke element gevolg deur 'n koppelteken en die aantal nukleone (d.w.s. protone en neutrone) in die atoomkern (bv., helium-3, koolstof-12, koolstof-14, yster-57, uraan-238. In simboliese vorm word die aantal nukleone as 'n boskrif voorvoegsel van die chemiese simbool. Die aantal protone kan alternatiewelik as onderskrif bygevoeg word vir meer duidelikheid. Die volgende is voorbeelde:

³He of ³₂He: Helium-3 met 3 nukleone - 2 protone en 1 neutron
¹²C of ¹²₆C: Koolstof-12 wat die mees algemeenste voorkom op aarde.
¹⁴C of ¹⁴₆C: Koolstof-14 is die skaarsste isotoop en word gebruik in radiometriese datering.
⁵⁷Fe of ⁵⁷₂₆Fe: Yster-57.
²³⁸U of ²³⁸₉₂U: Uraan-238 is radioaktief.
¹p of ¹₁p: 'n Proton
¹n of ¹₀n: 'n Neutron

Verskille in eienskappe tussen isotope

In 'n neutrale atoom is die aantal elektrone gelyk aan die aantal protone. Verskillende isotope van 'n gegewe element het dieselfde aantal elektrone en dieselfde elektronstruktuur. Omdat die chemiese gedrag van 'n atoom grootliks deur sy elektronstruktuur bepaal word, toon isotope bykans identiese chemiese gedrag. Die hoof uitsondering is dat swaarder isotope as gevolg van hul groter massa geneig is om ietwat stadiger te reageer as die ligter isotope van 'n element (Hierdie verskynsel word die kinetiese isotoopverskynsel genoem).

Hierdie massaverskynsel is meer opsigtelik by protium (¹H) teenoor deuterium (²H), omdat deuterium se massa dubbel dié van protium is. Vir swaarder elemente is die relatiewe massaverskil tussen isotope veel kleiner en is die massa-effek gewoonlik nalaatbaar klein.

Op soortgelyke wyse sal twee molekules wat slegs verskil ten opsigte van die isotopiese aard van die atome waaruit hulle bestaan (isotopoloë) byna dieselfde elektronstruktuur hê en daarom soortgelyke fisiese en chemiese eienskappe hê. Die vibrasie modusse van 'n molekule word deur sy vorm en die massa van die atome waaruit dit saamgestel word, bepaal. Isotopoloë sal gevolglik verskillende stelle vibrasie modusse hê. Aangesien vibrasie modusse 'n molekule toelaat om fotone met ooreenstemmende energieë te absorbeer, verskil isotopoloë se optiese eienskappe in die infrarooi-gebied.

Alhoewel isotope byna identiese elektroniese en chemiese gedrag toon, verskil hul kerngedrag dramaties. Atoomkerne bestaan uit protone en neutrone wat saamgebind word deur sterk kernkragte. Omdat protone positief gelaai is, stoot hulle mekaar af. Neutrone, wat elektries neutraal is, laat 'n mate van skeiding tussen die positief gelaaide protone toe wat die elektrostatiese afstoting deur die protone verminder en stabiliseer sodoende die kern. Om hierdie rede is neutrone noodsaaklik om twee of meer protone in 'n kern te bind. Soos die aantal protone toeneem word meer neutrone benodig om 'n stabiele kern te vorm; Die neutron/proton verhouding van ³He is 1/2, die neutron/proton verhouding van ²³⁸U is groter as 'n 3/2. As te veel of te min neutrone teenwoordig is, raak die kern onstabiel en is dan onderhewig aan kernverval.

Voorkoms in die natuur

Verskeie isotope van elke element kan in die natuur gevind word. Die verspreiding van 'n isotoop stem sterk ooreen met sy geneigdheid tot kernverval; kortlewende nukliede verval vinnig, terwyl hulle langslewende eweknieë voortduur. Dit beteken egter nie dat spesies met 'n kort lewensduur geheel en al verdwyn nie; baie word voortdurend geskep deur die verval van nukliede met 'n langer lewensduur. Die atoommassas van elemente wat op die periodieke tabel verskyn is die gemiddeldes wat voorsiening maak vir die teenwoordigheid van veelvuldige isotope met verskillende massas.

Volgens aanvaarde kosmologie het bykans alle nukliedes buiten die isotope van waterstof en helium in sterre en supernovas ontstaan. Hulle respektiewelike verspreidings ontstaan as gevolg van die hoeveelhede wat tydens die kernprosesse in die sterre gevorm word, die manier waarop hulle deur die heelal versprei en die tempo waarteen hulle verval.

Na die aanvanklike versmelting van die sonnestelsel is isotope herversprei volgens hulle massas. Die isotoopsamestelling van elemente is verskillend op die verskeie planete, wat dit moontlik maak om die oorsprong van meteoriet te bepaal.

Aanwendings van isotope

Isotope word in verskeie toepassings gevind waar munt geslaan word uit die eienskappe van die isotope van 'n gegewe element.

Gebruik van chemiese eienskappe

Een van die mees algemene toepassings is in isotoopsporing, die gebruik van ongewone isotope as spoorders of merkers in chemiese reaksies. Normaalweg is die atome van 'n gegewe element ononderskeibaar van mekaar. Deur isotope met verskillende massas te gebruik kan hulle egter met behulp van massa-spektrometrie of infrarooispektroskopie onderskei word. As radio-aktiewe isotope gebruik word kan hulle bespeur word deur die straling wat hulle uitstraal (Dit word radio-isotoopsporing genoem).
'n Tegniek soortgelyk aan radio-isotoopsporing is radiometriese datering (soos radiokoolstof datering wat baie bekend is). Dit kan benut word om chemiese prosesse wat die eksperimenteerder nie kan waarneem nie, te bestudeer deur gebruik te maak van die spoor-isotope wat natuurlik voorkom.
Isotoopvervanging kan gebruik word om die meganisme van 'n reaksie te bepaal deur middel van die kinetiese-isotoopverskynsel.

Die gebruik van kerneienskappe

Verskeie vorme van spektroskopie maak staat op die unieke kerneienskappe van spesifieke isotope. Kernmagnetiese resonansie(KMR) (Engels - Nuclear magnetic resonance of NMR) kan byvoorbeeld slegs gebruik word met isotope wat 'n kernspin het wat nie gelyk aan nul is nie. Die mees algemene isotope in gebruik met Kernspinresonante spektroskopie is ¹H, ²D, ¹³C, and ³¹P.
Mössbauer-spektroskopie maak ook staat op die kernoorgange van spesifieke isotope, soos onder andere ⁵⁷Fe.
Radionukliede het ook belangrike gebruike. Kernkrag en kernwapens se ontwikkeling vereis relatief groot hoeveelhede van spesifieke isotope. Die proses van isotoopskeiding verteenwoordig 'n betekenisvolle tegnologiese uitdaging.

Kyk ook

Isotooptabel - tabel van alle bekende isotope
Lys van partikels
Isotope is nukliedes met dieselfde aantal protone; vergelyk met:
- isotone wat nukliedes is met dieselfde getal neutrone.
- Isobare wat nukliedes is met dieselfde massagetal, d.w.s. som van protone en neutrone.
- Kernisomere wat verskillende opgewekte toestande van dieselfde kern is. 'n Oorgang van een isomeer na 'n ander word vergesel deur die uitstraling of absorpsie van 'n gamma-straal of die proses van interne omskakeling. (Moet nie met chemiese isomere verwar word nie).
Uitgestorwe oerisotoop