Isotoop
De atomen van een chemisch element kunnen bestaan in verschillende soorten die zeer gelijkaardig gedrag vertonen, maar verschillende hoeveelheden wegen. Dit worden isotopen van het element genoemd. Atomen van hetzelfde element hebben hetzelfde aantal protonen, maar verschillende isotopen hebben een verschillend aantal neutronen. Verschillende isotopen van hetzelfde element hebben verschillende massa's omdat ze een verschillend aantal neutronen hebben. Massa is het woord voor hoeveel substantie (of materie) iets heeft. Dingen met verschillende massa's hebben ook verschillende gewichten.
Sommige isotopen zijn niet stabiel en veranderen door radioactief verval in een andere isotoop of een ander element. Deze worden radioactieve isotopen genoemd. Andere zijn niet radioactief. Deze worden stabiele isotopen genoemd.
Atomen van hetzelfde element hebben hetzelfde aantal protonen, wat het atoomnummer wordt genoemd. Verschillende isotopen van een element hebben een verschillend aantal neutronen. Bijgevolg hebben ze ook verschillende massagetallen, het aantal protonen plus het aantal neutronen. Een isotoop krijgt meestal een naam door het element en het massagetal te noemen. Het symbool voor koolstof is bijvoorbeeld C en alle koolstofatomen hebben 6 protonen. De meest voorkomende isotoop van koolstof heeft ook 6 neutronen, wat een massagetal van 12 oplevert, en wordt geschreven als koolstof-12 of12 C. De isotoop van koolstof met 8 neutronen wordt geschreven als koolstof-14 of14 C.
Het woord "isotoop", dat "op dezelfde plaats" betekent, komt van het feit dat isotopen van hetzelfde element zich op dezelfde plaats in het periodiek systeem bevinden.
Isotopen van waterstof
Chemische eigenschappen
In elk neutraal atoom is het aantal elektronen gelijk aan het aantal protonen. Bijgevolg hebben isotopen van hetzelfde element ook hetzelfde aantal elektronen en dezelfde elektronische structuur. De werking van een atoom wordt bepaald door zijn elektronische structuur, dus hebben isotopen van hetzelfde element vrijwel hetzelfde chemische gedrag, zoals de moleculen die het kan vormen. Het is heel moeilijk om de isotopen van een element te scheiden van een mengsel van verschillende isotopen, omdat dit gedrag zo op elkaar lijkt.
Zwaardere isotopen reageren chemisch langzamer dan lichtere isotopen van hetzelfde element. Dit "massa effect" is groot voor protium (1 H) en deuterium (2 H), omdat deuterium tweemaal zoveel massa heeft als protium. Voor zwaardere elementen is de relatieve atoomgewichtsverhouding tussen isotopen veel kleiner, zodat het massa-effect meestal klein is.
Stabiliteit
Sommige isotopen zijn niet stabiel en veranderen door radioactief verval in een andere isotoop of een ander element. Dit worden onstabiele isotopen of radioactieve isotopen genoemd. De gemiddelde tijd die een isotoop nodig heeft om te vervallen wordt de halveringstijd genoemd. Andere isotopen vervallen niet en zijn dus niet radioactief. Deze worden stabiele isotopen genoemd.
Elk atoom heeft een atoomkern, die bestaat uit protonen en neutronen die bij elkaar worden gehouden door de kernkracht. Omdat protonen een positieve elektrische lading hebben, stoten ze elkaar af. Neutronen zijn neutraal en stabiliseren de kern. De neutronen houden de protonen iets uit elkaar. Dit vermindert de elektrostatische afstoting tussen de protonen, zodat de kernkracht de protonen en neutronen bij elkaar kan houden. Er zijn één of meer neutronen nodig om twee of meer protonen in een kern te binden. Naarmate het aantal protonen toeneemt, neemt ook het aantal neutronen dat nodig is voor een stabiele kern toe.
Sommige elementen hebben slechts één stabiele isotoop. Zo is fluor-19 (19 F) de enige stabiele isotoop van fluor. De andere isotopen van fluor vervallen snel, zodat ze in de natuur niet voorkomen. Andere elementen hebben veel stabiele isotopen. Zo heeft xenon zeven stabiele isotopen. Het heeft ook twee isotopen die zeer langzaam vervallen en die in de natuur voorkomen. Het grootste aantal stabiele isotopen voor een element is tien, voor het element tin. Sommige elementen hebben geen stabiele isotopen, zoals curium. Deze bestaan alleen op aarde omdat ze ontstaan in kernreactoren, kernexplosies of deeltjesversnellers.
Sommige onstabiele isotopen bestaan van nature op aarde omdat ze een zeer lange halveringstijd hebben. Zo heeft uranium-238 een halveringstijd van 4468 miljoen jaar. De halveringstijd van radium-226 is slechts 1600 jaar, en het wordt in de natuur aangetroffen omdat het zich voortdurend vormt uit het verval van uranium-238.
Waterstof heeft drie veel voorkomende isotopen. De meest voorkomende isotoop van waterstof heet protium (1 H), dat één proton en geen neutronen heeft. Een waterstofatoom met een proton en een neutron (atoommassa 2) heet deuterium (2 H). Waterstof met één proton en twee neutronen (atoommassa 3) heet tritium (3 H). Protium en deuterium zijn stabiele isotopen, terwijl tritium een radioactieve isotoop is.
De zwaarste elementen in het periodiek systeem zijn allemaal radioactief. Alle isotopen van radon, thorium en uranium zijn radioactief, omdat ze erg zwaar zijn. Dat komt omdat de kernkrachten in de atoomkern niet alle protonen en neutronen bij elkaar kunnen houden.
Gerelateerde pagina's
- Isotopen elektrochemie
- Radionuclide
Vragen en antwoorden
V: Wat zijn isotopen?
A: Isotopen zijn verschillende soorten atomen van een chemisch element die zich zeer gelijkaardig gedragen, maar verschillende hoeveelheden wegen.
V: Waarin verschillen isotopen van elkaar?
A: Atomen van hetzelfde element hebben hetzelfde aantal protonen, maar verschillende isotopen hebben een verschillend aantal neutronen. Bijgevolg hebben zij ook verschillende massagetallen, dat is het aantal protonen plus het aantal neutronen.
V: Zijn alle isotopen stabiel?
A: Nee, sommige isotopen zijn niet stabiel en veranderen door radioactief verval in een andere isotoop of een ander element. Deze worden radioactieve isotopen genoemd, terwijl andere die niet radioactief zijn, stabiele isotopen worden genoemd.
V: Hoe kan een isotoop worden geïdentificeerd?
A: Een isotoop krijgt gewoonlijk een naam door het element en zijn massagetal op te geven. Zo is koolstof-12 of 12C een atoom met 6 protonen en 6 neutronen, terwijl koolstof-14 of 14C 8 neutronen heeft.
V: Wat betekent "isotoop"?
A: Het woord "isotoop" betekent "op dezelfde plaats", verwijzend naar de manier waarop alle atomen van hetzelfde element op dezelfde plaats in het periodiek systeem voorkomen.
V: Waarom wegen atomen met meer neutronen meer dan die met minder neutronen?
A: Atomen met meer neutronen wegen meer omdat ze extra deeltjes (neutronen) bevatten die hun totale massa vergroten in vergelijking met die met minder neutronen.
