מהם איזוטופים, ומדוע הם חשובים?

אותם פרוטונים, נייטרונים שונים

בכל אטום פחמן יש 6 פרוטונים. זה מה שהופך אותו לפחמן. אבל לא בכל אטומי הפחמן יש אותו מספר נייטרונים. ברובם יש 6, בערך באחד מכל מאה יש 7, ובמספר זעיר מאוד יש 8.

הגרסאות השונות האלה נקראות איזוטופים. המילה באה ממילים יווניות שפירושן "אותו מקום", כי כל האיזוטופים של יסוד חולקים משבצת אחת בטבלה המחזורית.

לנייטרונים אין מטען, ולכן הוספה או הסרה שלהם אינה משנה את מספר האלקטרונים. הכימיה תלויה באלקטרונים, ולכן האיזוטופים של יסוד מתנהגים כמעט אותו דבר בתגובות. ההבדל העיקרי ביניהם הוא המסה שלהם.

איך נותנים שמות לאיזוטופים

איזוטופ נקרא על שם היסוד שלו ועוד מספר המסה שלו, סך הפרוטונים והנייטרונים. בפחמן-12 יש 6 פרוטונים ו-6 נייטרונים. בפחמן-13 יש 6 פרוטונים ו-7 נייטרונים. בפחמן-14 יש 6 פרוטונים ו-8 נייטרונים.

מדענים כותבים את מספר המסה גם בצד השמאלי העליון של הסמל, כמו ב-¹²C וב-¹⁴C. כדי למצוא את הנייטרונים, מחסרים את המספר האטומי ממספר המסה: 14 − 6 = 8 בפחמן-14.

האיזוטופים של מימן מיוחדים כי יש להם שמות משלהם. למימן רגיל (מימן-1) אין נייטרונים, לדאוטריום (מימן-2) יש אחד ולטריטיום (מימן-3) יש שניים.

מדוע מסות אטומיות הן מספרים עשרוניים

רוב היסודות שנמצאים בטבע הם תערובת של איזוטופים. המסה האטומית בטבלה המחזורית היא המסה הממוצעת של כל האטומים האלה, משוקללת לפי שכיחות כל איזוטופ.

כלור הוא דוגמה ברורה. בערך שלושה מכל ארבעה אטומי כלור הם כלור-35, ובערך אחד מכל ארבעה הוא כלור-37. הממוצע נמצא בין השניים אך קרוב יותר ל-35: 35.45, המספר במשבצת של כלור.

גם בפחמן זה פועל באותו אופן. כ-98.9% מאטומי הפחמן הם פחמן-12 וכ-1.1% הם פחמן-13, ולכן המסה האטומית של פחמן היא 12.011, מעט מעל 12.

17Clכלור35.45

איזוטופים יציבים ורדיואקטיביים

איזוטופים רבים הם יציבים, כלומר אינם משתנים מעצמם לעולם. אחרים רדיואקטיביים. הגרעינים שלהם אינם יציבים, ולכן במוקדם או במאוחר הם מתפרקים ופולטים קרינה. זה נקרא דעיכה רדיואקטיבית, והיא הופכת לעיתים קרובות את האטום ליסוד אחר.

פחמן-14 הוא רדיואקטיבי. כשהוא דועך, אחד הנייטרונים שלו הופך לפרוטון, והאטום הופך לחנקן-14. הזמן שלוקח לחצי מדגימה לדעוך נקרא זמן מחצית החיים שלה. בפחמן-14 זמן מחצית החיים הוא כ-5,730 שנים.

לחלק מהיסודות אין איזוטופים יציבים כלל. טכנציום (43), פרומתיום (61) וכל יסוד כבד מעופרת (82) הם רדיואקטיביים.

איך משתמשים באיזוטופים

צמחים קולטים מעט פחמן-14 מהאוויר, ובעלי חיים קולטים אותו כשהם אוכלים צמחים. כשיצור חי מת, הוא מפסיק לקלוט פחמן, והפחמן-14 שלו דועך לאט. על ידי מדידת הכמות שנותרה, מדענים יכולים לתארך עצמות, עץ ובד עד גיל של כ-50,000 שנה. זה נקרא תיארוך פחמן רדיואקטיבי.

גם רופאים משתמשים באיזוטופים רדיואקטיביים. טכנציום-99m עוזר ליצור תמונות של עצמות ואיברים, ויוד-131 מטפל בחלק ממחלות בלוטת התריס. אורניום-235, שמהווה רק כ-0.7% מהאורניום הטבעי, הוא הדלק ברוב תחנות הכוח הגרעיניות.