什么是同位素？它们为什么重要？

质子相同，中子不同

每个碳原子都有6个质子，这正是它成为碳的原因。但并不是所有碳原子的中子数都相同。大多数有6个，大约百分之一有7个，还有极少数有8个。

这些不同的版本称为同位素。这个词来自希腊语，意思是“同一位置”，因为一种元素的所有同位素在元素周期表上共用同一个格子。

中子不带电，所以增加或减少中子不会改变电子数。化学取决于电子，因此一种元素的各个同位素在反应中的表现几乎相同。它们之间的主要区别是质量。

同位素如何命名

同位素以元素名加上质量数（质子数与中子数之和）来命名。碳-12有6个质子和6个中子，碳-13有6个质子和7个中子，碳-14有6个质子和8个中子。

科学家也把质量数写在元素符号的左上角，如 ¹²C 和 ¹⁴C。要求中子数，用质量数减去原子序数：对碳-14来说是 14 − 6 = 8。

氢的同位素很特别，因为它们有各自的名称。普通氢（氢-1）没有中子，氘（氢-2）有一个中子，氚（氢-3）有两个中子。

为什么原子质量是小数

自然界中的大多数元素是多种同位素的混合物。周期表上的原子质量是所有这些原子质量的平均值，并按每种同位素的丰度加权。

氯就是一个很清楚的例子。每四个氯原子中大约有三个是氯-35，大约一个是氯-37。平均值落在两者之间，但更接近35：35.45，也就是氯的格子里的那个数。

碳也是同样的道理。大约98.9%的碳原子是碳-12，大约1.1%是碳-13，所以碳的原子质量是12.011，略高于12。

17Cl氯35.45

稳定同位素与放射性同位素

许多同位素是稳定的，也就是说它们自己永远不会发生变化。另一些则具有放射性。它们的原子核不稳定，所以迟早会分裂并放出辐射。这称为放射性衰变，它常常会使原子变成另一种元素。

碳-14具有放射性。它衰变时，其中一个中子变成质子，原子就变成了氮-14。样品中一半原子衰变所需的时间称为半衰期。碳-14的半衰期约为5,730年。

有些元素根本没有稳定的同位素。锝（43）、钷（61）以及所有比铅（82）更重的元素都具有放射性。

同位素的用途

植物从空气中吸收少量碳-14，动物则通过吃植物来摄入它。生物死亡后，就不再摄入碳，体内的碳-14会慢慢衰变。通过测量剩余的量，科学家可以测定年代最久达约50,000年的骨头、木材和布料。这称为放射性碳测年。

医生也使用放射性同位素。锝-99m有助于生成骨骼和器官的影像，碘-131可治疗某些甲状腺疾病。铀-235在天然铀中只占约0.7%，却是大多数核电站的燃料。