Isotop

En isotopkarta.

Isotoper är varianter av ett grundämne, som har olika antal neutroner, och därmed olika masstal.

Atomslaget bestäms av antalet protoner i kärnan, atomnumret, och är avgörande för elektronkonfigurationen, och därmed de kemiska egenskaperna hos ett ämne. Olika isotoper av ett grundämne har därför vanligen samma kemiska egenskaper. Inom kärnfysiken kan man dock observera att det förekommer atomer inom samma atomslag som har olika masstal.

För lättare atomslag är antalet neutroner i kärnan ungefär lika med antalet protoner. Tyngre grundämnen har en högre andel neutroner.

Isotoper av samma grundämne har mycket likartade kemiska egenskaper, men skillnaderna i masstal kan innebära att vissa fysikaliska egenskaper, som densitet, smältpunkt och kokpunkt, är olika. För väte, där atommassan är så låg, påverkar dock skillnaden i massa mellan vanligt och tungt väte de kemiska egenskaperna något.

Stabila isotoper

Stabila isotoper är isotoper som inte genomgår radioaktivt sönderfall. Det finns 254 kända stabila nuklider, fördelade på 80 olika grundämnen. De flesta isotoper är radioaktiva, men eftersom de flesta radioaktiva isotoper har halveringstider som är betydligt kortare än jordens ålder och sönderfallskedjor alltid avslutas med någon stabil isotop, består huvuddelen av den materien på jorden av stabila isotoper. Ett grundämne kan sakna stabila isotoper, eller ha en enda stabil isotop (vara monoisotopt) eller flera. Den tyngsta kända stabila isotopen är bly-208.

För de flesta grundämnen med flera isotoper, är en stabil isotop dominerande i naturen. Detta gör att de flesta grundämnen har en atommassa som ligger nära ett heltal. Ett undantag är klor med en atommassa på 35,5 u, eftersom naturligt klor består av ¾ ³⁵Cl och ¼ ³⁷Cl.

Kunskapen om huruvida en isotop är stabil eller inte, grundar sig på mätningar av deras sönderfall. Det innebär att vissa av de isotoper som idag räknas som stabila, kan tänkas ha ett mycket långsamt sönderfall, som ännu inte kunnat observeras.

Instabila isotoper

Många isotoper finns men är instabila, det vill säga att de genomgår radioaktivt sönderfall. En isotops halveringstid beskriver den tid det tar för hälften av atomerna att sönderfalla.

Det är givet att stabila isotoper och isotoper med lång halveringstid förekommer i naturen i högre grad än andra. För vissa (tyngre) atomslag saknas helt stabila isotoper.

För naturligt förekommande isotoper sker sönderfallet med antingen alfasönderfall eller betasönderfall; i alfasönderfallet minskar atomtalet med 2 och masstalet med 4; i betasönderfallet ökar eller minskar atomtalet med 1. I många fall uppstår på så sätt en ny instabil isotop som sönderfaller vidare. På så vis bildas en sönderfallskedja. Vissa kortlivade isotoper som skapas i fission kan även sönderfalla genom att skicka ut en neutron.

Instabila isotoper på jorden kan delas in i fyra grupper beroende på dess källa.

1. Sådana som finns kvar sedan jorden skapades. Dessa har en halveringstid på över 100 miljoner år.
2. Sönderfallsprodukter från långlivade isotoper.
3. Isotoper som kontinuerligt nybildas av kosmisk strålning.
4. Isotoper som skapats vid mänskliga aktiviteter.

Radioaktiva ämnen

Radioaktiva ämnen kallas ämnen som innehåller instabila isotoper. Vid sönderfallet avges strålning som kan vara skadlig för levande organismer och naturligtvis även förändra döda material. Det radioaktiva sönderfallet, exempelvis uran till bly, kan även användas för att datera olika bergarter.

Exempel på isotoper

Den upphöjda siffran i exemplen anger masstalet.

Väte

Väte har atomnummer 1, och förekommer som

¹H (protium), 99,985 %, stabil

²H (deuterium), 0,015 %, stabil

³H (tritium), halveringstid 12,2 år. Nybildas av kosmisk strålning.

Deuterium kallas också tungt väte, och vattenmolekyler som innehåller deuterium kallas tungt vatten. Tungt vatten har något annorlunda kemiska egenskaper än vanligt vatten och har cirka 10 % större massa per volymenhet. Deuteriums kärnsammansättning är viktig vid användning som moderator i vissa kärnreaktioner.

Kol

Kol har atomnummer 6 och förekommer naturligt som

¹²C, 98,9 %, stabil

¹³C, 1,1 %, stabil

¹⁴C, spår, halveringstid 5730 år. Nybildas av kosmisk strålning.

Det sistnämnda är känt i den vanliga metoden för radiometrisk datering i bland annat arkeologi, C14-metoden.

Uran

Uran har atomnummer 92 och förekommer naturligt som

²³⁴U, 0,006 %, halveringstid 0,25 miljon år. Sönderfallsprodukt i ²³⁸U:s sönderfallskedja.

²³⁵U, 0,72 %, halveringstid 0,7 miljard år.

²³⁸U, 99,275 %, halveringstid 4,5 miljard år.

U-235 är den isotop som används i kärnkraftverk. Uran behöver därför anrikas, en sorteringsprocess där man sållar bort de tyngre atomkärnorna och behåller de lättare. Det som är kvar är utarmat uran. Den långa halveringstiden av uran utnyttjas vid radiometriska dateringar av äldre bergarter.

Se även

• Isotoptabell och isotoptabell (komplett)
• isoton

Externa länkar

• [1]
• National Isotope Development Center
• Isotope Development & Production for Research and Applications (IDPRA)
• Isosciences