Stabilität der Isotope
Atome benötigen ein bestimmtes Verhältnis von Neutronen zu Protonen, um einen stabilen Kern zu haben. Zu viele oder zu wenige Neutronen im Verhältnis zu Protonen führen zu einem instabilen oder radioaktiven Kern, der früher oder später zu einer stabileren Form zerfällt. Dieser Vorgang wird als radioaktiver Zerfall bezeichnet. Viele Isotope haben radioaktive Kerne, und diese Isotope werden als Radioisotope bezeichnet. Wenn sie zerfallen, setzen sie Partikel frei, die schädlich sein können. Aus diesem Grund sind radioaktive Isotope gefährlich und erfordern für ihre Arbeit spezielle Schutzanzüge. Das als Kohlenstoff-14 bekannte Kohlenstoffisotop ist ein Beispiel für ein Radioisotop. Im Gegensatz dazu sind die Kohlenstoffisotope Kohlenstoff-12 und Kohlenstoff-13 stabil.
Diese ganze Diskussion der Isotope bringt uns zurück zu Daltons Atomtheorie. Nach Dalton sind die Atome eines bestimmten Elements identisch Aber wenn Atome eines bestimmten Elements eine unterschiedliche Anzahl von Neutronen haben können, dann können sie auch unterschiedliche Massen haben! Wie hat Dalton dies übersehen? Es stellt sich heraus, dass in der Natur vorkommende Elemente als konstante gleichmäßige Gemische ihrer natürlich vorkommenden Isotope existieren Mit anderen Worten, ein Stück Lithium enthält immer beide Arten von natürlich vorkommendem Lithium (der Typ mit 3 Neutronen und der Typ mit 4 Neutronen). Außerdem enthält es die beiden immer in den gleichen relativen Mengen (oder „relativen Häufigkeiten“) Ein Stück Lithium \ (93 \% \) ist immer Lithium mit 4 Neutronen, während das verbleibende \ (7 \% \) immer Lithium mit 3 Neutronen ist.
Dalton experimentierte immer mit großen Stücke eines Elements – Stücke, die alle natürlich vorkommenden Isotope davon enthielten Element. Infolgedessen beobachtete er bei seinen Messungen tatsächlich die gemittelten Eigenschaften aller verschiedenen Isotope in der Probe. Für die meisten unserer Zwecke in der Chemie werden wir dasselbe tun und uns mit der durchschnittlichen Masse der Atome befassen. Glücklicherweise sind die meisten anderen Eigenschaften verschiedener Isotope, abgesehen von unterschiedlichen Massen, ähnlich.
Es gibt zwei Hauptmethoden, mit denen Wissenschaftler häufig die Massenzahl eines Atoms anzeigen, an dem sie interessiert sind. Es ist wichtig zu beachten dass die Massenzahl nicht im Periodensystem angegeben ist. Diese beiden Möglichkeiten umfassen das Schreiben eines Kernsymbols oder die Angabe des Namens des Elements mit der geschriebenen Massennummer.
Um ein Kernsymbol zu schreiben, wird die Massennummer oben links (hochgestellt) der Chemikalie platziert Symbol und die Ordnungszahl befindet sich unten links (Index) des Symbols. Das vollständige Kernsymbol für Helium-4 ist unten dargestellt:
Die folgenden Kernsymbole gelten für einen Nickelkern mit 31 Neutronen und einen Urankern mit 146 Neutronen. In dem oben dargestellten Nickelkern gibt die Ordnungszahl 28 an, dass der Kern 28 Protonen enthält,
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und deshalb muss es 31 Neutronen enthalten, um eine Massenzahl von 59 zu haben. Der Urankern hat 92 Protonen, wie alle Urankerne; und dieser spezielle Urankern hat 146 Neutronen.
Eine andere Art der Darstellung von Isotopen besteht darin, dem chemischen Namen oder Symbol einen Bindestrich und die Massenzahl hinzuzufügen. Somit wären die beiden Kerne Nickel-59 oder Ni-59 und Uran-238 oder U-238, wobei 59 und 238 die Massenzahlen der beiden Atome sind. Beachten Sie, dass die Massenzahlen (nicht die Anzahl der Neutronen) neben dem Namen angegeben sind.
