Av Eric Moll Uppdaterad 24 mars 2022
alice-photo/iStock/GettyImages
Grundämnen är differentierade efter antalet protoner i deras kärna. Väte har till exempel en proton i sin kärna, medan guld har 79. Protoner har en positiv laddning och väger en atommassaenhet. Kärnor innehåller vanligtvis också neutroner, som väger ungefär samma som protoner men har ingen laddning.
Två atomer som innehåller samma antal protoner men olika antal neutroner är isotoper av samma grundämne. Deras massor är olika, men de reagerar på samma sätt kemiskt.
Isotoper brukar inte ges speciella namn, med undantag för deuterium och tritium, som är väteisotoper. Istället är isotoper helt enkelt märkta enligt deras atommassanummer. Detta nummer hänvisar till massan av elementets kärna. Eftersom protoner och neutroner har ungefär samma vikt är atommasstalet helt enkelt summan av protonerna och neutronerna i kärnan. Allt kol har sex protoner, men olika isotoper har olika antal neutroner. Kol-12 är vanligast, med sex neutroner, men kol-13 och kol-14 - med sju respektive åtta neutroner - förekommer också naturligt.
Positiva och negativa laddningar lockar. För att en atom eller molekyl ska vara stabil måste den ha en nettoladdning på noll, vilket innebär att de positiva och negativa laddningarna tar ut varandra. Antalet positivt laddade protoner i kärnan bestämmer antalet negativt laddade elektroner som kretsar kring kärnan. Kemiska reaktioner drivs av interaktionen mellan de positiva och negativa laddningarna - protoner och elektroner - från olika atomer. Eftersom neutroner inte är positiva eller negativa, påverkar de inte kemiska reaktioner. Med andra ord, olika isotoper beter sig inte annorlunda under kemiska reaktioner eller vid bildande av föreningar. De särskiljs bara efter vikt.
Det periodiska systemet listar atommassorna för varje grundämne. Vanligtvis är detta tal en decimal snarare än ett heltal. Detta beror inte på att en enskild väteatom väger 1,0079 atommassaenheter - neutroner och protoner väger vardera en atommassaenhet, så varje given atom har ett heltalsvärde för massa. Siffran som anges i det periodiska systemet är ett vägt medelvärde av de naturligt förekommande isotoper av ett grundämne. Nästan allt väte har bara en proton och inga neutroner, men en liten andel väte har en eller två neutroner och kallas deuterium eller tritium. Dessa tyngre isotoper snedvrider medelvikten något högre.
Vissa kombinationer av protoner och neutroner är mer eller mindre stabila än andra. Generellt sett bestäms frekvensen av en isotop i naturen av dess stabilitet. De mest stabila isotoperna är också de vanligaste. Vissa isotoper är instabila till den grad att de är radioaktiva, vilket innebär att de med tiden sönderfaller till något annat element eller isotop och frigör strålning som en biprodukt. Kol-14 och tritium, till exempel, är båda radioaktiva. Vissa extremt radioaktiva isotoper finns inte i naturen eftersom de sönderfaller för snabbt, men andra, såsom kol-14, sönderfaller långsamt och förekommer naturligt.
