Isotoop

Fragment van eenisotopenkaart.Isotopen staan op diagonale lijnen van linksboven naar rechtsonder, instabiele nucliden zijn weergegeven met een lichte achtergrond en een gekleurde pijlpunt die de richting van het verval aangeeft.

Isotopenzijnatomenvan hetzelfdechemische element,dus met hetzelfde aantalprotonen,maar met verschillende aantallenneutronenin deatoomkern.

Volgens het gangbareatoommodelbestaat een atoom uit een atoomkern, met een omringendewolk van elektronen.De kern bestaat, perchemisch element,uit een vast aantal protonen, en een variabel aantal neutronen. Het aantal protonen bepaalt hetatoomnummervan het element, en zijn chemische eigenschappen. Het aantal neutronen bepaalt onder meer de stabiliteit van de kern en, samen met het aantal protonen, deatoommassa.Twee atomen met evenveel protonen - en dus behorend tot hetzelfde element, en een verschillend aantal neutronen, zijn elkaarsisotopen.

'Isotoop' is een samentrekking van het Oudgriekseisos(gelijk) entopos(plaats). Hiermee wordt benadrukt dat alle isotopen van een gegevenchemisch element,dezelfde plaats innemen in hetperiodiek systeem.

Massagetal en atoomnummer

De chemische eigenschappen van een atoom worden vrijwel uitsluitend bepaald door hetatoomnummer(Z), dus het aantal protonen. Het is daardoor vrijwel onmogelijk isotopen van hetzelfde element met chemische middelen van elkaar te scheiden.

De massa van het atoom wordt vrijwel geheel door de massa van deatoomkernbepaald. Dit aantal wordt weergegeven in hetmassagetal(A). Verschillende isotopen van hetzelfde element hebben hetzelfde atoomnummer maar dus altijd een verschillend massagetal (atoommassa).

Vanaf atoomnummer 20 komen enkel isotopen in de natuur voor waarvan het aantal neutronen groter is dan het aantal protonen. Met uitzondering van enkele lichtere isotopen (21H,63Li,105B,147Nen de semi-stabiele isotopen4019K,5023V,13857La,17671Luen180m173Ta) komen isotopen met zowel een oneven aantal protonen als een oneven aantal neutronen niet in de natuur voor. Dit wordt hetodd-even effectgenoemd.

Van veel elementen komt in de natuur een "mengsel" van isotopen voor. De verhouding waarin isotopen voorkomen in een monster kan heel nauwkeurig worden bepaald met behulp vanmassaspectrometrie.

Voorbeeld: chloor

Het elementchloorbijvoorbeeld heeftatoomnummer17. Alle chlooratomen hebben dus 17 protonen in de kern, maar in de natuur komen twee isotopen voor: driekwart van de atomen heeft 18 neutronen, de rest heeft 20 neutronen. Het massagetal is dus 17 + 18 = 35 of 17 + 20 = 37. De isotopen worden geschreven als3517Clen3717Clof als35Clen37Clof als Cl-35 en Cl-37. Met deze notatievormen is het niet nodig het aantal protonen en neutronen apart te vermelden, immers het symbool Cl staat in het periodieke systeem op de 17e plaats en heeft dus per definitie 17 protonen.

Chemie

De chemische eigenschappen van isotopen van een element zijn bij benadering gelijk aan elkaar; slechts bij zeer nauwkeurige meting blijken er toch wel wat verschillen te zijn, dit heet hetkinetisch-isotoopeffect.Vooral bij lichte elementen kunnen de chemische en meer nog de natuurkundige eigenschappen wel wat verschillen: zo is bijvoorbeeld het smeltpunt van ijs vanzwaar water(D₂O) ongeveer 4 °C in plaats van 0 °C. De sterkte van dewaterstofbindingis afhankelijk van de isotoop van waterstof en dit heeft zelfs biochemische gevolgen omdat het het vouwen van eiwitten verandert. Organismes kunnen niet op puur zwaar water leven.

Biologie

Aan de verhouding van de koolstofisotopen126Cen136Cvan een plant kan worden gezien welke vorm vanfotosynthesede plant gebruikt. De hoeveelheid146C(eenradio-isotoopvan koolstof) wordt weer gebruikt om de ouderdom van koolstofbevattende organische resten te schatten tot enige tienduizenden jaren in het verleden (metC14-datering).

Radioactiviteit

Bij het woordisotoopwordt vaak aanradioactiviteitgedacht. Inderdaad zijn er van elk element wel isotopen die niet stabiel zijn en na enige tijd veranderen door een proces vanradioactief verval.Zulke isotopen wordenradio-isotopengenoemd. Door het radioactief verval ontstaan uiteindelijk stabiele isotopen, meestal van een ander element dan het uitgangsmateriaal. Meer algemeen geldt dat isotopen kunnen verschillen qua mogelijkekernreacties,dus ook qua reactie op de inval in de atoomkern van een deeltje.

Links naar de isotopen per element

	1																	18
1	H	2	Periodiek systeem										13	14	15	16	17	He
2	Li	Be	De links verwijzen naar isotopen per element										B	C	N	O	F	Ne
3	Na	Mg	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	Al	Si	P	S	Cl	Ar
4	K	Ca	Sc	Ti	V	Cr	Mn	Fe	Co	Ni	Cu	Zn	Ga	Ge	As	Se	Br	Kr
5	Rb	Sr	Y	Zr	Nb	Mo	Tc	Ru	Rh	Pd	Ag	Cd	In	Sn	Sb	Te	I	Xe
6	Cs	Ba	↓	Hf	Ta	W	Re	Os	Ir	Pt	Au	Hg	Tl	Pb	Bi	Po	At	Rn
7	Fr	Ra	↓↓	Rf	Db	Sg	Bh	Hs	Mt	Ds	Rg	Cn	Nh	Fl	Mc	Lv	Ts	Og
Lanthaniden			La	Ce	Pr	Nd	Pm	Sm	Eu	Gd	Tb	Dy	Ho	Er	Tm	Yb	Lu
Actiniden			Ac	Th	Pa	U	Np	Pu	Am	Cm	Bk	Cf	Es	Fm	Md	No	Lr

Zie ook

• isotopentabel(compleet)
• isotopentabel (in delen)
• isobaar (kernfysica)
• isotoon (kernfysica)
• isotopoloog
• isotopomeer
• nuclide

Bronnen, noten en/of referenties

Mediabestanden

Zie de categorieIsotopesvanWikimedia Commonsvoor mediabestanden over dit onderwerp.