Caracteristicile izotpilor

Se numesc izotopi specii de atomi apartinand aceluiasi element, diferind prin masa lor,dar asemanandu-se extrem de mult prin proprietatile lor fizice si chimice.

Izotopii sunt atomi ai aceluiasi element, care difera prin numarul de neutroni pe care ii contin. De exemplu, helium 3 (3He), care are doi protoni si un neutron in fiecare nucleu component, si helium 4 (4He), care are doi protoni si doi neutroni, sunt doua forme diferite ale aceluiasi compus – heliu. Deuteriul si tritiul sunt izotopi ai hidrogenului etc. Aproape toate elementele prezente in natura sunt mixturi ale acestor forme diferite, cu proprietati chimice aproximativ identice, dar care difera prin efectele izotopice asupra vitezei de reactie – unele reactii chimice sunt totale, rapide si violente (precum exploziile), altele sunt lente.

Izotopul este specia de atom cu acelaşi număr atomic dar cu număr de masă diferit.

Majoritatea elementelor chimice sunt amestecuri de doi sau mai mulţi izotopi. Dintre cele 92 de elemente naturale, 69 sunt amestecuri de izotopi stabili. Numărul elementelor monoizotopice este foarte redus, iar dintre acestea fac parte şi elementele: fluor, sodiu, aluminiu, fosfor, cobalt, etc.

Din cauza marii asemanari a proprietatilor lor, izotopii aceluiasi element nu pot fi separati decat foarte greu,prin metode speciale.

Izotopii unui element ocupa acelasi loc in sistemul periodic (in greceste isos = acelasi , topos = loc).

Existenta izotopilor a fost observata intai la elementele radioactive.Prin introducerea spectrometriei de masa, s-a stabilit apoi ca fenomenul izotopiei se intilneste si la elementele comune,dar nu la toate.

Se credea inainte, ca una din proprietatile caracteristice ale atomilor unui element este constanta masei atomice.Aceasta parere gresita a fost spulberata de introducerea spectrometrului de masa .

Desi exista in natura elemente compuse din atomi de un singur fel(monozitopice),de ex : florul,sodiul,aluminiul,fosforul etc. majoritatea elementelor sunt insa amestecuri de izotopi,uneori de multi izotopi (in cazul staniului de zece izotopi) .Asemenea elemente se numesc elemente mixte. Se ştie că majoritatea elementelor în stare naturală sunt alcătuite din doi izotopi. Printre excepţii întâlnim beriliul, aluminiul, fosforul şi sodiul.

Numărul atomic al unui atom reprezintă numărul de protoni din nucleul său. Acest număr rămâne constant pentru un element dat.

Numărul de neutroni poate varia, luând naştere izotopi care pot avea aceeaşi comportare chimică, dar mase diferite. Numărul de masă este suma protonilor şi neutronilor din nucleu, izotopii aceluiaşi element diferind unul de altul prin numărul de neutroni din nucleu. Izotopii hidrogenului sunt: protiu (nu conţine nici un neutron în plus), deuteriu (un neutron) şi tritiu (doi neutroni). Hidrogenul are întotdeauna un proton în nucleu.

In cazul izotopului carbon,s-au identificat 12 izotopi,din care numai doi izotopi sunt naturali.Dintre acestia , cel mai stabil este izotopul C.Acest izotop a fost ales ca izotop de referinta-unitatea atomica de masa (u.a.m.), numita si unitate nuclidica-dalton (d) Masa atomică a unui element este media dintre masele atomice sau numerele de masă ale izotopilor. De exemplu clorul, cu masa atomică 35.457, este alcătuit din clor-35 şi clor-37, primul fiind întâlnit în proporţie de 76% iar cel de-al doilea în proporţie de 24%. Toţi izotopii elementelor cu numărul atomic mai mare de 83 (după bismut în tabelul periodic) sunt radioactivi. De asemenea şi unii izotopi cu numărul atomic mai mic de 83, cum ar fi potasiu-40, sunt radioactivi. Până la ora actuală sunt cunoscuţi aproximativ 280 de izotopi naturali stabili (nu radioactivi).

Izotopii artificiali radioactivi, cunoscuţi şi sub numele de radioizotopi, au fost produşi pentru prima dată de fizicienii francezi Irene şi Frederic Joliot-Curie.

Masele atomice ale izotopilor au valori numerice apropiate de numere intregi si anume sint fie putin mai mari fie putin mai mici decat un numar intreg.De acea se atribuie fiecarui izotop,un numar de masa notat cu A care este numarul intreg cel mai apropiat de masa sa atomica reala. In timp ce prin spectrometria de masa se determina masa (si abundenta) fiecarui izotop component al unui element mixt,metoda chimica duce la valori medii ale maselor atomice.De mare importanta practica este faptul ca proportia (abundenta) izotopilor in elemente mixte din natura este aceasi (cu putine exceptii).Asfel  elementul clor cu masa atomica (egala cu echivalentul chimic) 35,453 este un amestec al izotopilor cu numarul de masa A 35 si 37 in proportie de aproximativ 3 :1. Aceeasi situatie se intilneste si la multe alte elemente.Aceasta este una din cauzele (dar nu singura) pentru care unele elemente nu au mase atomice egale cu numere intregi. Numarul de masa se noteaza linga simbolul elementului, in partea stinga sus iar numarul atomic (Z) in partea stanga jos. A  numar de masa E simbol chimic Z  numar atomic Faptul ca proprietatea izotopilor in elemente mixte din natura este practic aceasi are o mare importanta.

Datorita acestui fapt masele atomice determinate din echivalenti chimici suntperfect valabile pentru lucrarile chimice curente Masa relativa a unui izotop (nuclid) se defineste ca fiind numarul care arata de cite ori masa izotopului respectiv este mai mare decit unitatea de masa (dalton) Masa atomica relativa a unui element este determninata de:-numarul de masa (A) al izotopilor-procentul (abundenta in care se gasesc acesti izotopi in amestecul natural Hidrogenul din natura este un amestec de izotopi cu numere de masa 1 si 2 in proportie de aproximativ 5500 atomi H la un atom H. Izotopul H se numeste deuteriu (simbol D) in timp ce H se numeste protiu. Deuteriul contine un proton si unu neutron iar tritiu,izotop artificial,are un protin si doi neutroni.

Se cunosc circa 275 izotopi stabili (adica neradioactivi) si un numar mult mai mare de izotopi radioactivi reprezentati intre cele 104 elemente cunoscute pana in prezent.

Utilizari ale izotopilor

Descoperirea izotopilor este folositoare nu doar in chimie, ci si in foarte multe alte domenii, cum ar fi armele nucleare si energia electrica.

In medicina, izotopii sunt folositi pentru studierea efectului metabolismului animal in procesarea alimentelor, in radiologie si radioterapie, la tratarea dferitelor tipuri de neoplasme.

Izotopii intra si in componenta detectoarelor de fum instalate in cladiri. Arheologii folosesc datarea cu carbon 14 (radioactiva), pentru a determina

varsta unui obiect, folosind izotopul atomului de carbon mentionat anterior. In domeniul evaluarii mediului ambiant, analiza izotopica a unui organism, a

solului sau a diverselor sedimente ajuta la identificarea zonelor contaminate cu metale (de exemplu, cu plumb). Se poate stabili, de asemenea, sursa unei poluari.

In anchetele criminalistice, prin analiza izotopica, se pot afla marca si originea unui glont, pornind de la un esantion de plumb.

In industria alimentara se poate analiza, cu precizie, tipul de hrana al unui animal, a carui carne este comercializata, se pot diferentia feluri de vinuri, sucuri de fructe, miere, lapte, branzeturi etc.