Analyse und identifizierung


Isotop

  


Was ist ein Isotop?


Definition
Zwei Atome werden als Isotope bezeichnet, wenn ihr Kern die gleiche Anzahl von Protonen aufweist, ihre Anzahl von Neutronen jedoch unterschiedlich ist

Beispiel
Wenn ein Atom 15 Protonen und 15 Neutronen in seinem Kern hat und ein anderes 15 Protonen und 17 Neutronen, dann werden diese Atome als Isotope bezeichnet.

Isotopie ist eine bestimmte Beziehung zwischen zwei Arten von Atomen, aber im weiteren Sinne qualifizieren wir auch jedes Atom, das diesem Element entspricht und eine bestimmte Anzahl von Neutronen aufweist, als „Isotop eines chemischen Elements“.

Beispiel
Wir sagen, dass ein Atom mit 6 Protonen und 14 Neutronen im Kern ein Isotop des Kohlenstoffs ist.


Wie man ein Isotop bezeichnet


Ein Isotop (gemäß der erweiterten Definition) ist durch seine Anzahl von Protonen (die es mit einem chemischen Element mit der Ordnungszahl Z assoziiert) und durch seine Anzahl von Neutronen N gekennzeichnet, die aus der Anzahl von Nukleonen A abgeleitet werden können (da A = Z + N). Daher kann ein gegebenes Isotop auch aus dem Namen des chemischen Elements und der Anzahl der Nukleonen definiert werden.

Beispiele

  • Das Isotop aus 6 Protonen und 14 Nukleonen wird als Kohlenstoff-14-Isotop oder Kohlenstoff-14 bezeichnet
  • Das Isotop, das aus 2 Protonen und insgesamt 4 Nukleonen besteht, wird als Isotop 4 von Helium oder Helium 4 bezeichnet


Wie man Isotope erkennt


Gemäß seiner Definition ist die erste Bedingung für Isotopenatome, dass sie die gleiche Anzahl von Protonen haben, was einer Überprüfung entspricht:

  • Dass sie die gleiche Ordnungszahl haben
  • Dass sie dem gleichen chemischen Element entsprechen
  • Dass sie das gleiche Atomsymbol haben
  • Dass sie einen Kern haben, der die gleiche positive Ladung trägt
  • Dass sie die gleiche Anzahl von Elektronen haben
  • Dass sie eine elektronische Wolke mit der gleichen negativen Ladung haben

Die zweite Bedingung, dass zwei Atome isotopisch sind, ist eine unterschiedliche Anzahl N von Neutronen, was auch impliziert, dass die Gesamtzahl A von Nukleonen (Protonen + Neutronen) unterschiedlich ist. 


Chemische Eigenschaften von Isotopen


Isotopenatome haben per Definition die gleiche Anzahl von Protonen, aber auch die gleiche Anzahl von Elektronen und daher auch die gleiche elektronische Struktur, wobei letztere einen großen Teil der chemischen Eigenschaften eines Atoms bestimmt, insbesondere:

  • Die stabilen einatomigen Ionen, die es bilden kann
  • Die Anzahl der Bindungen, die es mit anderen Atomen innerhalb eines Moleküls eingehen kann

Daher Isotopenatome:

  • bilden die gleichen stabilen Ionen
  • machen die gleiche Anzahl von Bindungen und bilden die gleichen Moleküle
  • hat eine sehr ähnliche Reaktivität

Anzahl der Nukleonen eines chemischen Elements


Im Periodensystem wird jedes Element von seiner Ordnungszahl (Z), aber auch von seiner Anzahl von Nukleonen (A) begleitet, wobei sich letztere je nach betrachtetem Isotop unterscheidet. Daher gibt das Periodensystem die durchschnittliche Anzahl von Isotopennukleonen an, die in einer natürlichen Probe des chemischen Elements vorhanden sind. Aus diesem Grund ist die Anzahl der Nukleonen bestimmter Elemente eine Dezimalzahl.


Molmasse


Da zwei Isotope eine unterschiedliche Anzahl von Nukleonen haben, ist auch ihre Molmasse unterschiedlich.

Beispielsweise hat Kohlenstoff 12 eine Molmasse von 12 g / mol, während die von Kohlenstoff 14 14 g / mol beträgt.

Da jedes natürlich vorkommende chemische Element eine Mischung von Isotopen ist, ist seine Molmasse der (gewichtete) Durchschnitt der Molmassen verschiedener Isotope.


Stabile und instabile Isotope


Per Definition unterscheiden sich die Isotope eines Elements durch die Anzahl der Neutronen, so dass es möglich erscheint, mehrere Dutzend Isotope für jedes chemische Element zu berücksichtigen.

In der Praxis hat jedes chemische Element nur eine relativ begrenzte Anzahl stabiler Isotope, die meistens eine Anzahl von Neutronen aufweisen, die der von Protonen nahe kommt (insbesondere für kleine Atomzahlen). Die anderen Isotope sollen instabil oder radioaktiv sein. Sie haben eine durchschnittliche Lebensdauer, die von einigen Millionstelsekunden (für die instabilsten) bis zu mehreren Milliarden Jahren variiert. Ihr Kern zerfällt schließlich und bildet ein anderes Element (das von der Art des Zerfalls abhängt).

Einige Elemente mit hoher Ordnungszahl haben nicht einmal natürliche stabile Isotope, sondern nur instabile radioaktive Isotope, die durch Kernreaktion zwischen leichteren Elementen erzeugt werden können.

Wasserstoffisotope


Wasserstoffisotope haben die Besonderheit, einen eigenen Namen und ein eigenes Symbol zu haben:

  • Wasserstoff 1, auch Protium genannt, ist das wichtigste stabile Isotop von Wasserstoff (99,98% der natürlichen Wasserstoffatome). Es ist auch das kleinste existierende Isotop, da sein Atom nur ein Proton und kein Neutron hat.

  • Wasserstoff 2, auch Deuterium genannt (Symbol D), ist ein stabiles Isotop, dessen Kern aus einem Proton und einem Neutron besteht. Ein Wassermolekül, dessen zwei Wasserstoffatome Deuterium sind, wird schweres Wasser genannt (es wird in Kernreaktoren verwendet, um Neutronen zu verlangsamen).

  • Wasserstoff 3, auch Tritium genannt (Symbol T), ist radioaktiv. Sein Kern hat ein Proton und zwei Neutronen.

  • Wasserstoff 4, auch Quadrinium (Symbol Q) genannt, ist radioaktiv und besonders instabil. Sein Kern besteht aus einem Proton und drei Neutronen.

Kohlenstoffisotope


  • Das am häufigsten vorkommende stabile natürliche Isotop (98,93%) ist Kohlenstoff 12, der aus 6 Protonen und 6 Neutronen besteht (Z = 6 und A = 6).

  • Kohlenstoff 13 ist ein weiteres stabiles Isotop, es hat 6 Protonen und 7 Neutronen

  • Kohlenstoff 14 (6 Protonen und 8 Neutronen) ist ein natürliches radioaktives Isotop, dessen Zerfall relativ langsam ist (mehrere tausend Jahre). Sein Anteil an einer organischen Substanz nimmt mit der Zeit tendenziell ab, er ist die Grundlage einer sogenannten Kohlenstoff-14-Datierungstechnik.

  • Kohlenstoff 11 ist ein weiteres radioaktives Isotop, dessen Zerfall jedoch viel schneller erfolgt (in der Größenordnung von einigen zehn Minuten). Er wird in der Nuklearmedizin verwendet (enthalten in einer in den Körper injizierten Substanz, mit der medizinische Bildgebungstechniken genutzt werden können).

Uranisotope


Uran ist ein Element, von dem alle Isotope radioaktiv sind. Es hat insgesamt etwa zwanzig, aber nur drei existieren auf natürliche Weise:


  • Das am häufigsten vorkommende natürliche Isotop (99,27%) ist Uran 238, dessen Kern aus 92 Protonen und 146 Neutronen besteht.
  • Uran 235 (92 Protonen und 143 Neutronen) macht nur einen sehr geringen Anteil des natürlichen Urans aus (ungefähr 0,72%). Es ist das "spaltbare" Isotop, das eine Kernspaltungsreaktion eingehen kann, die in einer Atombombe oder einem Reaktor ausgenutzt wird. Diese Spaltung kann jedoch nur mit einem höheren Prozentsatz verursacht werden. Um verwertbar zu sein, muss natürliches Uran einem Anreicherungsprozess unterzogen werden, der den Anteil des Isotops 235 erhöht.
  • Uran 234 (92 Protonen und 142 Neutronen) ist in natürlichem Uran nur in Spuren vorhanden.

Hinweis

Alle Elemente mit einer Ordnungszahl größer als die von Uran (Z = 92) sind künstlich.

Diese Seite ist eine Übersetzung von http://webphysique.fr/isotope/
Der Wortlaut kann ungeschickt und manchmal falsch sein, bitte lassen Sie es mich wissen!


 


 

 

 


Chemie

Analyse und identifizierung



©2021 Physik-Chemie