İzotop nedir ve neden önemlidir?

Aynı proton, farklı nötron

Her karbon atomunun 6 protonu vardır. Onu karbon yapan budur. Ama karbon atomlarının hepsinin nötron sayısı aynı değildir. Çoğunun 6, yaklaşık yüzde birinin 7, çok küçük bir kısmının 8 nötronu vardır.

Bu farklı sürümlere izotop denir. Sözcük, “aynı yer” anlamına gelen Yunanca sözcüklerden gelir, çünkü bir elementin tüm izotopları periyodik tabloda aynı kutuyu paylaşır.

Nötronların yükü yoktur, bu yüzden onları eklemek ya da çıkarmak elektron sayısını değiştirmez. Kimya elektronlara bağlıdır, bu yüzden bir elementin izotopları tepkimelerde neredeyse aynı davranır. Aralarındaki asıl fark kütleleridir.

İzotoplar nasıl adlandırılır?

Bir izotop, elementinin adı artı kütle numarasıyla, yani proton ve nötronlarının toplamıyla adlandırılır. Karbon-12'nin 6 protonu ve 6 nötronu vardır. Karbon-13'ün 6 protonu ve 7 nötronu vardır. Karbon-14'ün 6 protonu ve 8 nötronu vardır.

Bilim insanları kütle numarasını sembolün sol üstüne de yazar, örneğin ¹²C ve ¹⁴C gibi. Nötron sayısını bulmak için kütle numarasından atom numarasını çıkar: karbon-14 için 14 − 6 = 8.

Hidrojenin izotopları özeldir, çünkü kendi adları vardır. Sıradan hidrojenin (hidrojen-1) nötronu yoktur, döteryumun (hidrojen-2) bir, trityumun (hidrojen-3) iki nötronu vardır.

Atom kütleleri neden ondalıklıdır?

Doğada bulunan çoğu element izotopların karışımıdır. Periyodik tablodaki atom kütlesi, bu atomların hepsinin ortalama kütlesidir; her izotopun ne kadar yaygın olduğuna göre ağırlıklandırılmıştır.

Klor açık bir örnektir. Klor atomlarının her dördünden yaklaşık üçü klor-35, yaklaşık biri klor-37'dir. Ortalama ikisinin arasında ama 35'e daha yakın çıkar: 35,45, yani klorun kutusundaki sayı.

Karbon da aynı şekilde işler. Karbon atomlarının yaklaşık %98,9'u karbon-12, yaklaşık %1,1'i karbon-13'tür; bu yüzden karbonun atom kütlesi 12'nin hemen üstünde, 12,011'dir.

17ClKlor35,45

Kararlı ve radyoaktif izotoplar

Birçok izotop kararlıdır, yani kendiliğinden asla değişmez. Diğerleri radyoaktiftir. Çekirdekleri kararsızdır, bu yüzden er ya da geç parçalanır ve ışınım yayar. Buna radyoaktif bozunma denir ve çoğu zaman atomu başka bir elemente dönüştürür.

Karbon-14 radyoaktiftir. Bozunduğunda nötronlarından biri protona dönüşür ve atom azot-14 olur. Bir örneğin yarısının bozunması için geçen süreye yarı ömür denir. Karbon-14 için yarı ömür yaklaşık 5.730 yıldır.

Bazı elementlerin hiç kararlı izotopu yoktur. Teknesyum (43), prometyum (61) ve kurşundan (82) daha ağır her element radyoaktiftir.

İzotoplar nasıl kullanılır?

Bitkiler havadan az miktarda karbon-14 alır, hayvanlar da bitkileri yiyerek onu alır. Canlı öldüğünde karbon almayı bırakır ve karbon-14'ü yavaş yavaş bozunur. Geriye ne kadarının kaldığını ölçen bilim insanları, yaklaşık 50.000 yıla kadar eski kemikleri, ahşabı ve kumaşı tarihlendirebilir. Buna radyokarbon tarihlendirmesi denir.

Doktorlar da radyoaktif izotop kullanır. Teknesyum-99m kemik ve organ görüntüleri oluşturmaya yardımcı olur, iyot-131 bazı tiroit hastalıklarını tedavi eder. Doğal uranyumun yalnızca yaklaşık %0,7'sini oluşturan uranyum-235, çoğu nükleer santralin yakıtıdır.