ایزوتوپ

نام‌گذاری

نام‌گذاری یک ایزوتوپ به صورت نام عنصر مربوطه، خط فاصله و عدد جرمی آن ایزوتوپ انجام می‌شود (برای نمونه هیدروژن-۲(دوتریوم) و اورانیوم-۲۳۵). هنگامی که از نمادهای شیمیایی استفاده شود، عدد اتمی به صورت زیرنویس و عدد جرمی به صورت بالانویس، هر دو پیش از نماد عنصر نوشته می‌شوند (مانند O۱۸
۸). البته با توجه به این که نماد یک عنصر، معرف عدد اتمی آن نیز هست؛ معمولاً تنها عدد جرمی نشان داده می‌شود (مانند O۱۸
). گاهی حرف m نیز به عدد جرمی افزوده می‌شود که نشان دهنده ایزومر بودن آن ایزوتوپ است (مانند Tc۹۹m
).

ایزوتوپ پایدار

ایزوتوپ پایدار به عنوان ایزوتوپی تعریف می‌شود که تاکنون هیچ شکلی از واپاشی آن مشاهده نشده‌است. اگر نسبت نوترون به پروتون عنصر کمتر از یک و نیم باشد عنصر بدون واپاشی و پرتو زایی است.تاکنون ۲۵۴ ایزوتوپ پایدار شناسایی شده‌اند که مربوط به ۸۲ عنصر اول جدول تناوبی (به جز تکنسیم و پرومتیم) هستند. البته پیش‌بینی می‌شود که تنها ایزوتوپ‌هایی از ۴۰ عنصر اول (شامل ۹۰ ایزوتوپ)، نسبت به همه شکل‌های واپاشی پایدار باشند و سایر ایزوتوپ‌هایی که اکنون به عنوان ایزوتوپ پایدار خوانده می‌شوند، در مقابل شکلی از واپاشی، ناپایدار باشند که تاکنون مشاهده نشده‌است.

نوکلید دیرینه

نوکلید دیرینه، به ایزوتوپی گفته می‌شود که ناپایدار است، ولی نیم‌عمر آن بیشتر از عمر زمین است و همچنان در پوسته زمین یافت می‌شود. تاکنون ۳۴ هسته دیرینه، شناسایی شده‌اند. عناصر بیسموت، توریوم و اورانیوم، هیچ ایزوتوپ پایداری ندارند؛ ولی ایزوتوپ‌هایی با نیم‌عمر بسیار زیاد دارند و به همین دلیل، همچنان در پوسته زمین یافت می‌شوند.

ایزوتوپ پرتوزا

ایزوتوپ پرتوزا، گونه‌ای از ایزوتوپ ناپایدار است که نیم‌عمر پایینی دارد. اگر نسبت نوترون به پروتون بیش از یک و نیم باشد پر تو زا است.البته هسته دیرینه نیز نوعی ایزوتوپ پرتوزا است، ولی به دلیل پرتوزایی بسیار پایین آن، به عنوان یک گروه جداگانه در نظر گرفته می‌شود. همه ایزوتوپ‌های تکنسیوم، پرومتیوم و عناصر با عدد اتمی بیش از ۸۳ (به جز یک ایزوتوپ توریوم و دو ایزوتوپ اورانیوم) در دسته ایزوتوپ‌های پرتوزا جای می‌گیرند.

ویژگی‌های شیمیایی

از آنجا که ایزوتوپ‌های یک عنصر ساختار الکترونی مشابهی دارند، بنابراین ویژگی‌های شیمیایی آن‌ها نیز یکسان است، اما ویژگی‌های هسته‌ای آن‌ها متفاوت است. تنها استثنای این مطلب، سرعت واکنش است. ایزوتوپ‌های سنگین‌تر یک عنصر با سرعت کمتری نسبت به ایزوتوپ‌های سبک‌تر آن در واکنش شیمیایی شرکت می‌کنند. افزون بر این، تفاوت وزن ایزوتوپ‌ها می‌تواند با جابجا کردن مرکز جرم یک سیستم اتمی، در رفتار پیوند شیمیایی تأثیر بگذارد. (البته برای عناصر سنگین‌تر، می‌توان از تأثیر اختلاف ایزوتوپ‌ها چشم پوشی کرد)

ویژگی‌های هسته‌ای

تعداد نوترون‌ها و پروتون‌های یک عنصر، تأثیر قابل توجهی بر پایداری آن دارد. اگر تعداد پروتون‌ها بسیار بیشتر از نوترون‌ها باشد، پروتون‌ها یکدیگر را دفع می‌کنند و واپاشی رخ می‌دهد. وجود نوترون‌ها باعث افزایش پایداری هسته می‌شود. زیرا حضور نوترون‌ها باعث فاصله افتادن میان پروتون‌ها و کاهش نیروی دافعه بین آن‌ها و همچنین نیروی جاذبه آن‌ها باعث در کنار هم ماندن ذرات در هسته می‌شود. برای نمونه در He۳
۲، نسبت نوترونها به پروتونها ۱:۲ است؛ در حالی که در U۲۳۸
۹۲ این نسبت به حدود ۳:۲ می‌رسد.

تعداد ایزوتوپ‌های پایدار یک عنصر

همه عناصر در طبیعت دارای بیش از یک ایزوتوپ هستند اما آلومینیوم،فسفر،نیتروژن و سدیم فقط یک ایزوتوپ دارند در بین عناصر بیش‌ترین تعداد ایزوتوپ مربوط به زنون با 26 ایزوتوپ است که البته فقط 8 تا از آن‌ها پایدار هستند در صورتی که بیشترین تعداد ایزوتوپ‌های پایدار یک عنصر برابر با ده و مربوط به قلع است. پس از آن، چهار عنصر با هفت و هشت عنصر با شش ایزوتوپ پایدار وجود دارند. در نهایت، ۲۶ عنصر تنها یک ایزوتوپ پایدار دارند که عنصر تک نوکلید نامیده می‌شوند.

جرم اتمی ایزوتوپ‌ها

جرم اتمی یک ایزوتوپ را می‌توان تقریباً معادل با عدد جرمی آن در نظر گرفت. اصلاحات جزئی، ناشی از انرژی بستگی هسته (کاهش جرم)، اختلاف اندک جرم پروتون و نوترون و تعداد الکترون‌های آن است. عدد جرمی، یک کمیت بی‌بعد است. در حالی که جرم اتمی با یکای جرم اتمی اندازه‌گیری می‌شود.
جرم اتمی یک عنصر را می‌توان بر پایه جرم اتمی ایزوتوپ‌های پایدار آن به دست آورد. از رابطه زیر برای محاسبه جرم اتمی یک عنصر () با تعداد N ایزوتوپ پایدار استفاده می‌شود.
که مقادیر  تا  جرم اتمی ایزوتوپ‌ها و مقادیر  تا  میزان فراوانی هر ایزوتوپ در طبیعت هستند.