什麼是同位素？它們為什麼重要？

質子相同，中子不同

每個碳原子都有 6 個質子，這正是它成為碳的原因。但碳原子的中子數並不全都相同。大多數有 6 個，大約百分之一有 7 個，還有極少數有 8 個。

這些不同的版本稱為同位素。這個詞來自希臘文，意思是「同一位置」，因為一種元素的所有同位素在週期表上共用同一個格子。

中子不帶電，所以增加或減少中子並不會改變電子數。化學取決於電子，因此同一種元素的各種同位素在反應中的表現幾乎相同。它們之間最主要的差別是質量。

同位素如何命名

同位素以元素名稱加上質量數（質子與中子的總數）來命名。碳-12 有 6 個質子和 6 個中子，碳-13 有 6 個質子和 7 個中子，碳-14 有 6 個質子和 8 個中子。

科學家也會把質量數寫在元素符號的左上方，例如 ¹²C 和 ¹⁴C。要求出中子數，用質量數減去原子序：碳-14 就是 14 − 6 = 8。

氫的同位素很特別，因為它們各有自己的名稱。普通的氫（氫-1）沒有中子，氘（氫-2）有一個，氚（氫-3）有兩個。

為什麼原子量是小數

自然界中的大多數元素都是同位素的混合物。週期表上的原子量是所有這些原子的平均質量，並依各同位素的含量多寡加權計算。

氯是很清楚的例子。大約每四個氯原子中有三個是氯-35，約有一個是氯-37。平均值落在兩者之間，但更接近 35：35.45，也就是氯的格子裡的數字。

碳也是同樣的道理。大約 98.9% 的碳原子是碳-12，約 1.1% 是碳-13，所以碳的原子量是 12.011，略高於 12。

17Cl氯35.45

穩定同位素與放射性同位素

許多同位素是穩定的，也就是說它們永遠不會自行改變。另一些則具有放射性，它們的原子核不穩定，遲早會分裂並釋放出輻射。這稱為放射性衰變，常會使原子變成另一種元素。

碳-14 具有放射性。衰變時，它的一個中子會變成質子，原子就變成氮-14。樣品有一半發生衰變所需的時間稱為半衰期。碳-14 的半衰期約為 5,730 年。

有些元素完全沒有穩定的同位素。鎝（43）、鉕（61），以及比鉛（82）更重的所有元素都具有放射性。

同位素的用途

植物從空氣中吸收少量的碳-14，動物則透過吃植物來攝取。生物死亡後就不再吸收碳，體內的碳-14 會慢慢衰變。科學家測量剩餘的含量，就能推算出年代，可定年的骨頭、木材和布料最古老可達約 50,000 年。這稱為放射性碳定年法。

醫生也會使用放射性同位素。鎝-99m 能協助拍攝骨骼和器官的影像，碘-131 可治療某些甲狀腺疾病。鈾-235 在天然鈾中只占約 0.7%，卻是大多數核能發電廠的燃料。