Apakah isotop, dan mengapa ia penting?

Proton yang sama, neutron yang berbeza

Setiap atom karbon mempunyai 6 proton. Itulah yang menjadikannya karbon. Tetapi atom karbon tidak semuanya mempunyai bilangan neutron yang sama. Kebanyakannya mempunyai 6, kira-kira satu daripada seratus mempunyai 7, dan bilangan yang sangat kecil mempunyai 8.

Versi yang berbeza ini dipanggil isotop. Perkataan itu berasal daripada perkataan Yunani yang bermaksud “tempat yang sama”, kerana semua isotop sesuatu unsur berkongsi satu kotak pada jadual berkala.

Neutron tidak mempunyai cas, maka menambah atau membuang neutron tidak mengubah bilangan elektron. Kimia bergantung pada elektron, maka isotop sesuatu unsur berkelakuan hampir sama dalam tindak balas. Perbezaan utama antara isotop ialah jisimnya.

Cara isotop dinamakan

Isotop dinamakan sempena unsurnya ditambah nombor jisimnya, iaitu jumlah proton dan neutronnya. Karbon-12 mempunyai 6 proton dan 6 neutron. Karbon-13 mempunyai 6 proton dan 7 neutron. Karbon-14 mempunyai 6 proton dan 8 neutron.

Para saintis juga menulis nombor jisim di bahagian kiri atas simbol, seperti dalam ¹²C dan ¹⁴C. Untuk mencari neutron, tolak nombor atom daripada nombor jisim: 14 − 6 = 8 bagi karbon-14.

Isotop hidrogen istimewa kerana ia mempunyai nama tersendiri. Hidrogen biasa (hidrogen-1) tidak mempunyai neutron, deuterium (hidrogen-2) mempunyai satu dan tritium (hidrogen-3) mempunyai dua.

Mengapa jisim atom ialah perpuluhan

Kebanyakan unsur yang terdapat di alam semula jadi ialah campuran isotop. Jisim atom pada jadual berkala ialah jisim purata semua atom itu, dibobotkan mengikut kelaziman setiap isotop.

Klorin ialah contoh yang jelas. Kira-kira tiga daripada setiap empat atom klorin ialah klorin-35, dan kira-kira satu daripada empat ialah klorin-37. Purata itu terletak di antara kedua-duanya tetapi lebih dekat dengan 35: 35.45, iaitu nombor dalam kotak klorin.

Karbon berfungsi dengan cara yang sama. Kira-kira 98.9% atom karbon ialah karbon-12 dan kira-kira 1.1% ialah karbon-13, maka jisim atom karbon ialah 12.011, sedikit di atas 12.

17ClKlorin35.45

Isotop stabil dan radioaktif

Banyak isotop adalah stabil, yang bermaksud ia tidak pernah berubah dengan sendirinya. Yang lain bersifat radioaktif. Nukleusnya tidak stabil, maka lambat laun ia terpecah dan membebaskan sinaran. Ini dipanggil reputan radioaktif, dan ia sering menukarkan atom itu kepada unsur yang berbeza.

Karbon-14 bersifat radioaktif. Apabila ia mereput, salah satu neutronnya bertukar menjadi proton, dan atom itu menjadi nitrogen-14. Masa yang diambil untuk separuh daripada sesuatu sampel mereput dipanggil separuh hayatnya. Bagi karbon-14, separuh hayatnya kira-kira 5,730 tahun.

Sesetengah unsur langsung tidak mempunyai isotop yang stabil. Teknetium (43), prometium (61) dan setiap unsur yang lebih berat daripada plumbum (82) bersifat radioaktif.

Cara isotop digunakan

Tumbuhan menyerap sedikit karbon-14 daripada udara, dan haiwan menyerapnya dengan memakan tumbuhan. Apabila sesuatu benda hidup mati, ia berhenti menyerap karbon, dan karbon-14nya perlahan-lahan mereput. Dengan mengukur jumlah yang tinggal, para saintis boleh menentukan usia tulang, kayu dan kain sehingga kira-kira 50,000 tahun. Ini dipanggil penarikhan radiokarbon.

Doktor juga menggunakan isotop radioaktif. Teknetium-99m membantu menghasilkan imej tulang dan organ, dan iodin-131 merawat sesetengah penyakit tiroid. Uranium-235, yang hanya membentuk kira-kira 0.7% daripada uranium semula jadi, ialah bahan api dalam kebanyakan loji kuasa nuklear.