Wat is een isotoop?

Isotopen zijn atomen van hetzelfde element die een gelijk aantal protonen hebben, maar verschillende aantallen neutronen. Hun atoomnummers zijn hetzelfde, maar hun massagetallen zijn verschillend. Massa-aantallen worden altijd aangeduid met A, terwijl Z verwijst naar de atoomnummers van elementen. Het atoomnummer symboliseert het aantal protonen in de atoomkern en wordt gebruikt om de positie van het element op het periodiek systeem te identificeren. Het massagetal van een atoom is het aantal neutronen in zijn kern. De isotopen van elementen hebben verschillende fysische eigenschappen vanwege de variatie in hun atomaire massa's. Vanwege dit verschil hebben dergelijke isotopen verschillende dichtheden, evenals smelt- en kookpunten. Isotopen van een element hebben echter altijd zeer vergelijkbare chemische eigenschappen. De gelijkenis treedt op omdat alleen de elektronen worden gebruikt in chemische reacties, niet de neutronen of protonen.

Geschiedenis van isotopen

Radiochemicus Fredrick Soddy suggereerde eerst het bestaan van isotopen in 1913 na het uitvoeren van studies die het verval van radioactieve ketens betroffen. Tijdens zijn experimenten besefte Soddy dat er veertig verschillende soorten bestonden tussen lood en uranium, terwijl het periodiek systeem maar 11 atomen kon bevatten. Nadat chemische tests die waren uitgevoerd om te scheiden sommige van deze elementen faalden, suggereerde hij dat meer dan één atoomtype dezelfde positie in het periodiek systeem kon delen en noemde ze isotopen.

Voorbeelden van isotopen

Chloor bevat twee belangrijke isotopen: chloor-35 en chloor-37. Om tot deze conclusie te komen, hebben wetenschappers ontdekt dat in een chloorsubstantie de verhoudingen van elk van deze isotopen in het algemeen bestaan, en dat is de reden waarom verhoudingen worden gebruikt om het verschil in kwantiteit uit te drukken. Deze verhoudingen zijn handig bij het berekenen van relatieve percentages en relatieve atomaire massa's. Andere voorbeelden van isotopen zijn koolstof (koolstof-12 en koolstof-14 isotopen), zuurstof (zuurstof-16 en zuurstof-18) en fosfor (fosfor-31 is de primaire isotoop, hoewel specifieke hoeveelheden fosfor-32 ook bestaan). De isotopen van deze verbindingen worden als stabiel beschouwd en de meeste hebben slechts twee isotopen. Er zijn echter een paar elementen die slechts één isotoop hebben, en deze omvatten fluor, beryllium, arsenicum, yttrium, goud, aluminium, jodium, mangaan, natrium en niobium.

Zuivering van isotopen

Er zijn drie hoofdgebieden waar isotopen worden toegepast. De eerste is de scheiding van isotopen. Scheiding vergemakkelijkt maximalisatie van de eigenschappen van de atomen zoals vereist. Bij de scheiding van lichtere elementen zoals deuterium en zuurstof, is er de toepassing van de gasdiffusiemethode. De scheiding van zware elementen zoals uranium en plutonium gebeurt met behulp van massaspectrometrie.

Toepassing van isotopen

De eerste toepassing van isotopen is het gebruik ervan door archeologen bij koolstofdatering. Isotopen zijn twee soorten: stabiele en radioactieve isotopen. Stabiele isotopen bevatten dezelfde combinatie van protonen en neutronen en ondergaan als zodanig geen verval. Aan de andere kant hebben de radioactieve isotopen onstabiele kernen en ondergaan ze dus verval. Het radioactieve verval kan tot 5.730 jaar duren, zoals het koolstofelement. Archeologen gebruiken dit bestanddeel van isotopen om de ouderdom van een object te bepalen dat te vinden is in archeologische opgravingen.