Isotop
Die Atome eines chemischen Elements können in verschiedenen Arten existieren. Diese werden Isotope genannt. Sie haben die gleiche Anzahl von Protonen (und Elektronen), aber eine unterschiedliche Anzahl von Neutronen. Verschiedene Isotope desselben Elements haben unterschiedliche Massen. Masse ist das Wort dafür, wie viel Substanz (oder Materie) etwas hat. Dinge mit unterschiedlichen Massen haben unterschiedliche Gewichte. Da verschiedene Isotope eine unterschiedliche Anzahl von Neutronen haben, wiegen sie nicht alle gleich viel oder haben nicht die gleiche Masse.
Verschiedene Isotope desselben Elements haben die gleiche Ordnungszahl. Sie haben die gleiche Anzahl von Protonen. Die Ordnungszahl wird durch die Anzahl der Protonen bestimmt. Isotope haben jedoch unterschiedliche Massenzahlen, weil sie eine unterschiedliche Anzahl von Neutronen haben.
Das Wort Isotop, das am gleichen Ort bedeutet, kommt daher, dass sich die Isotope im Periodensystem an der gleichen Stelle befinden.
In einem neutralen Atom ist die Anzahl der Elektronen gleich der Anzahl der Protonen. Isotope desselben Elements haben auch die gleiche Anzahl von Elektronen und die gleiche elektronische Struktur. Da die Art und Weise, wie sich ein Atom verhält, durch seine elektronische Struktur bestimmt wird, sind Isotope chemisch gesehen fast gleich, unterscheiden sich aber physikalisch gesehen von ihren ursprünglichen Atomen.
Schwerere Isotope reagieren chemisch langsamer als leichtere Isotope desselben Elements. Dieser "Masseneffekt" ist bei Protium (1H) und Deuterium (2H) größer, da Deuterium die doppelte Masse von Protium besitzt. Bei schwereren Elementen ist das relative Atomgewichtsverhältnis zwischen den Isotopen viel geringer, und der "Masseneffekt" ist in der Regel gering.
Isotope des Wasserstoffs
Stabilität
Atomkerne sind Protonen und Neutronen, die durch die Kernkraft zusammengehalten werden.Da Protonen positiv geladen sind, stoßen sie sich gegenseitig ab. Neutronen, die neutral sind, stabilisieren den Kern. Da sie sich im Kern befinden, werden die Protonen leicht auseinander geschoben. Dadurch wird die elektrostatische Abstossung zwischen den Protonen verringert. Sie üben nach wie vor die anziehende Kernkraft aufeinander und auf die Protonen aus. Ein oder mehrere Neutronen sind notwendig, damit sich zwei oder mehrere Protonen zu einem Kern verbinden können. Mit zunehmender Anzahl der Protonen nimmt auch die Anzahl der Neutronen zu, die für einen stabilen Kern erforderlich sind.
In der Natur haben einige Elemente nur ein einziges Isotop. So ist z.B. Fluor-19 (19F) das einzige stabile Isotop, von mehreren, von Fluor. Andere Elemente haben viele Isotope. Zum Beispiel hat Xenon 9 Isotope. Von den 81 Elementen mit einem stabilen Isotop ist die größte Anzahl von stabilen Isotopen für jedes Element zehn (für das Element Zinn).
Einige Isotope sind radioaktiv. Diese werden als radioaktive Isotope bezeichnet. Andere sind nicht radioaktiv. Diese Isotope werden als stabile Isotope bezeichnet.
Wasserstoff hat drei gemeinsame Isotope. Das häufigste Isotop von Wasserstoff wird Protium (1H) genannt. Ein Wasserstoffatom mit einem zusätzlichen Neutron (Atommasse 2) wird als Deuterium (2H) bezeichnet. Wasserstoff mit einem Proton und zwei Neutronen (Atommasse 3) wird als Tritium (3H) bezeichnet. Protium und Deuterium sind stabile Isotope, während Tritium ein radioaktives Isotop ist.
Die schwersten Elemente des Periodensystems sind alle radioaktiv. Alle Isotope von Radon, Thorium und Uran sind radioaktiv, da sie sehr schwer sind. Das liegt daran, dass die Kernkräfte im Inneren des Atomkerns Schwierigkeiten haben, alle Teilchen mit so vielen Protonen und Neutronen zusammenzuhalten.
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Fragen und Antworten
F: Was sind Isotope?
A: Isotope sind verschiedene Arten von Atomen eines chemischen Elements, die sich sehr ähnlich verhalten, aber unterschiedlich viel wiegen.
F: Wie unterscheiden sich Isotope voneinander?
A: Atome desselben Elements haben die gleiche Anzahl von Protonen, aber verschiedene Isotope haben eine unterschiedliche Anzahl von Neutronen. Folglich haben sie auch unterschiedliche Massenzahlen, die sich aus der Anzahl der Protonen plus der Anzahl der Neutronen zusammensetzen.
F: Sind alle Isotope stabil?
A: Nein, einige Isotope sind nicht stabil, so dass sie sich durch radioaktiven Zerfall in ein anderes Isotop oder Element verwandeln. Diese werden als radioaktive Isotope bezeichnet, während andere, die nicht radioaktiv sind, als stabile Isotope bezeichnet werden.
F: Wie kann ein Isotop identifiziert werden?
A: Ein Isotop wird in der Regel durch die Angabe des Elements und seiner Massenzahl benannt. Zum Beispiel ist Kohlenstoff-12 oder 12C ein Atom mit 6 Protonen und 6 Neutronen, während Kohlenstoff-14 oder 14C stattdessen 8 Neutronen hat.
F: Was bedeutet "Isotop"?
A: Das Wort "Isotop" bedeutet "an der gleichen Stelle" und bezieht sich darauf, dass alle Atome desselben Elements an der gleichen Stelle im Periodensystem erscheinen.
F: Warum wiegen Atome mit mehr Neutronen mehr als Atome mit weniger Neutronen?
A: Atome mit mehr Neutronen wiegen mehr, weil sie zusätzliche Teilchen (Neutronen) enthalten, die ihre Gesamtmasse im Vergleich zu solchen mit weniger Neutronen erhöhen.
