мини|300x300пкс| Трите природни изотопи на водородот. Фактот дека секој изотоп има еден протон ги прави сите варијанти на водород: идентитетот на изотопот е даден со бројот на протони и неутрони. Од лево кон десно, изотопите се протиум (1H) со нула неутрони, деутериум (2H) со еден неутрон и тритиум (3H) со два неутрони. Изотопите — различни јадрени видови (или нуклиди) од истиот хемиски елемент. Тие имаат ист атомски број (број на протони во нивните јадра) и местоположба во периодниот систем (и оттука припаѓаат на истиот хемиски елемент), но различни нуклеонски броеви (масени броеви) поради различниот број на неутрони во нивните јадра. Додека сите изотопи на даден елемент имаат слични хемиски својства, тие имаат различни атомски маси и физички својства.
Терминот изотоп е изведен од грчките корени исос (ἴσος „еднаков“) и топос (τόπος „место“), што значи „исто место“; Така, значењето зад името е дека различни изотопи на еден елемент заземаат иста местоположА на периодниот систем. Бил измислен од шкотската докторка и писателка Маргарет Тод во предлог од 1913 година до британскиот хемичар Фредерик Соди, кој го популаризирал терминот.
Бројот на протони во атомското јадро се нарекува негов атомски број и е еднаков на бројот на електрони во неутралниот (нејонизиран) атом. Секој атомски број идентификува специфичен елемент, но не и изотоп; атом на даден елемент може да има широк опсег на неговиот број на неутрони. Бројот на нуклеони (и протони и неутрони) во јадрото е масниот број на атомот, и секој изотоп на даден елемент има различен масен број.
На пример, јаглерод-12, јаглерод-13 и јаглерод-14 се три изотопи на елементот јаглерод со масен број 12, 13 и 14, соодветно. Атомскиот број на јаглерод е 6, што значи дека секој јаглероден атом има 6 протони, така што неутронските броеви на овие изотопи се соодветно 6, 7 и 8.
Изотоп наспроти нуклид Нуклид е вид на атом со специфичен број на протони и неутрони во јадрото, на пример, јаглерод-13 со 6 протони и 7 неутрони. Концептот на нуклид (се однесува на поединечни јадрени видови) ги нагласува јадрените својства над хемиските својства, додека концептот на изотоп (групирање на сите атоми на секој елемент) ги нагласува хемиските пред јадрените. Бројот на неутроните во голема мера влијае на јадрените својства, но неговиот ефект врз хемиските својства е занемарлив за повеќето елементи. Дури и за најлесните елементи, чиј сооднос меѓу неутронскиот број и атомскиот број најмногу варира помеѓу изотопите, тој обично има само мал ефект, иако тоа е важно во некои околности (за водородот, најлесниот елемент, ефектот на изотоп е доволно голем за да влијае силно на биологијата). Терминот изотопи (оригинално, исто така, изотопски елементи, понекогаш изотопски нуклиди ) има за цел да покаже споредба (како синоними или изомери). На пример, нуклидите , , се изотопи (нуклиди со ист атомски број, но различен масен број ), но , , се изобари (нуклиди со ист масен број ). Сепак, изотоп е постар термин и затоа е попознат од нуклид и сè уште понекогаш се употребува во контексти во кои нуклидот може да биде посоодветен, како што се јадрената технологија и јадрената медицина.
Означување Изотоп и/или нуклид се специфицирани со името на конкретниот елемент (ова го означува атомскиот број) проследено со цртичка и масен број (на пр. хелиум-3, хелиум-4, јаглерод-12, јаглерод-14, ураниум-235 и ураниум-239). Кога се употребува хемиски симбол, на пр. „C“ за јаглерод, стандардната ознака (денес позната како „AZE ознака“ бидејќи A е масен број, Z атомски број и E за елементот) е да го означи масниот број (бројот на нуклеони) со надпис во горниот лев агол на хемискиот симбол и да го означи атомскиот број со знакот во долниот лев агол (на пр , , , , и ). Бидејќи атомскиот број е даден со симболот на елементот, вообичаено е да се наведе само масниот број во надредениот знак и да се изостави подлогата на атомскиот број (на пр. , , , , и ). Буквата m (за метастабилна) понекогаш се додава по масниот број за да означи јадрениот изомер, метастабилна или енергетски возбудена јадрена состојба (за разлика од основната состојба со најниска енергија), на пример (тантал-180м).
Заедничкиот изговор на ознаката AZE се разликува од тоа како е напишано: најчесто се изговара како хелиум-четири наместо четири-два-хелиум, и како ураниум две-триесет и пет (американско англиски) или ураниум-два-три-пет (британски) наместо 235-92-ураниум.
Радиоактивни, првобитни и стабилни изотопи мини|Табела на радиоактивност на елементите. Некои изотопи/нуклиди се радиоактивни и затоа се нарекуваат радиоизотопи или радионуклиди, додека кај други пак никогаш не било забележано дека радиоактивно се распаѓаат и се нарекуваат стабилни изотопи или стабилни нуклиди. На пример, е радиоактивен облик на јаглерод, додека и се стабилни изотопи. Постојат околу 339 природни нуклиди на Земјата, од кои 286 се првобитни нуклиди, што значи дека тие постојат уште од формирањето на Сончевиот Систем.
Првобитните нуклиди вклучуваат 35 нуклиди со многу долг полураспад (над 100 милиони години) и 251 кои формално се сметаат за „ стабилни нуклиди“,"Radioactives Missing From The Earth". Archived from the original on April 27, 2001. бидејќи не е забележано дека се распаѓаат. Во повеќето случаи, од очигледни причини, доколку некој елемент има стабилни изотопи, тие изотопи преовладуваат во елементарната застапеност што се наоѓа на Земјата и во Сончевиот Систем. Меѓутоа, во случаите на три елементи (телур, индиум и рениум) најзастапениот изотоп пронајден во природата е всушност еден (или два) екстремно долготрајни радиоизотоп(и) на елементот, и покрај тоа што овие елементи имаат еден или повеќе стабилни изотопи.
Теоријата предвидува дека многу навидум „стабилни“ нуклиди се радиоактивни, со екстремно долг полураспад (намалувајќи ја можноста за протонски распад, што би ги направило сите нуклиди на крајот нестабилни). Некои стабилни нуклиди се теоретски енергетски подложни на други познати форми на распаѓање, како што е алфа-распадот или двојниот бета-распад, но сè уште не се забележани распадни производи, и затоа се вели дека овие изотопи се „набљудувачко стабилни“. Предвидениот полураспад за овие нуклиди често во голема мера ја надминува проценетата старост на Вселената, а всушност, постојат и 31 познати радионуклиди (види првобитен нуклид) со полураспад подолг од староста на Вселената.
Додавајќи ги радиоактивните нуклиди кои се создадени вештачки, постојат 3.339 моментално познати нуклиди. Тие вклучуваат 905 нуклиди кои се или стабилни или имаат полураспад подолг од 60 минути.
Историја Радиоактивни изотопи Постоењето на изотопи првпат било предложено во 1913 година од радиохемичарот Фредерик Соди, врз основа на испитувања за радиоактивни распадни ланци кои укажале на околу 40 различни видови наведени како радиоелементи (т.е. радиоактивни елементи) помеѓу ураниум и олово, иако периодниот систем дозволува само 11 елементи помеѓу олово и ураниум.Choppin, G.; Liljenzin, J. O. and Rydberg, J. （1995） Radiochemistry and Nuclear Chemistry (2nd ed.) Butterworth-Heinemann, pp. 3–5Others had also suggested the possibility of isotopes; for example: Strömholm, Daniel and Svedberg, Theodor (1909) "Untersuchungen über die Chemie der radioactiven Grundstoffe II." (Investigations into the chemistry of the radioactive elements, part 2), Zeitschrift für anorganischen Chemie, 63: 197–206; see especially page 206. Alexander Thomas Cameron, Radiochemistry (London, England: J. M. Dent & Sons, 1910), p. 141. (Cameron also anticipated the displacement law.)
Неколку обиди за хемиски раздвојување на овие нови радиоелементи биле неуспешни.Scerri, Eric R. (2007) The Periodic Table Oxford University Press, pp. 176–179 На пример, Соди покажал во 1910 година дека мезоториумот (подоцна се покажало како 228Ra), радиум (226Ra, најдолговечниот изотоп), и ториум X (224Ra) е невозможно да се одвојат. Обидите да се постават радиоелементите во периодниот систем ги навеле Соди и Казимир Фајанс независно да го предложат својот закон за радиоактивно поместување во 1913 година, според тоа дека алфа-распадот произведува елемент две места лево во периодниот систем, додека емисијата на бета-распад произведува елемент едно место надесно.Kasimir Fajans (1913) "Über eine Beziehung zwischen der Art einer radioaktiven Umwandlung und dem elektrochemischen Verhalten der betreffenden Radioelemente" (On a relation between the type of radioactive transformation and the electrochemical behavior of the relevant radioactive elements), Physikalische Zeitschrift, 14: 131–136.Soddy announced his "displacement law" in: .Soddy elaborated his displacement law in: Soddy, Frederick (1913) "Radioactivity," Chemical Society Annual Report, 10: 262–288.Alexander Smith Russell (1888–1972) also published a displacement law: Russell, Alexander S. (1913) "The periodic system and the radio-elements," Chemical News and Journal of Industrial Science, 107: 49–52. Соди докажал дека емисијата на алфа-честичка проследена со две бета честички довела до формирање на елемент хемиски идентичен со почетниот елемент, но со маса за четири единици полесна и со различни радиоактивни својства.
Соди предложил неколку типови на атоми (кои се разликуваат по радиоактивни својства) да го заземат истото место во табелата. На пример, алфа-распадот на ураниум-235 формира ториум-231, додека бета-распадот на актиниум-230 формира ториум-230. Терминот „изотоп“, на грчки значи „на истото место", ѝ бил предложен на Соди од Маргарет Тод, шкотски лекар и семеен пријател, за време на разговор во кој тој и ги објаснил своите идеи.Soddy first used the word "isotope" in: Scerri, Eric R. (2007) The Periodic Table, Oxford University Press, , Ch. 6, note 44 (p. 312) citing Alexander Fleck, described as a former student of Soddy's.In his 1893 book, William T. Preyer also used the word "isotope" to denote similarities among elements. From p. 9 of William T. Preyer, Das genetische System der chemischen Elemente [The genetic system of the chemical elements] (Berlin, Germany: R. Friedländer & Sohn, 1893): "Die ersteren habe ich der Kürze wegen isotope Elemente genannt, weil sie in jedem der sieben Stämmme der gleichen Ort, nämlich dieselbe Stuffe, einnehmen." (For the sake of brevity, I have named the former "isotopic" elements, because they occupy the same place in each of the seven families [i.e., columns of the periodic table], namely the same step [i.e., row of the periodic table].) Тој ја добил Нобеловата награда за хемија во 1921 година делумно за неговата работа на изотопи.
Во 1914 година, Теодор Ричардс открил варијации помеѓу атомската тежина на оловото од различни минерални извори, што се припишуваат на варијации во изотопскиот состав поради различното радиоактивно потекло.The origins of the conceptions of isotopes Frederick Soddy, Nobel prize lecture
Стабилни изотопи Првиот доказ за повеќе изотопи на стабилен (нерадиоактивен) елемент бил пронајден од Џозеф Џон Томсон во 1912 година како дел од неговото истражување во составот на каналните зраци (позитивни јони). Томсон канализирал струи на неонски јони низ паралелни магнетни и електрични полиња, го мерел нивното отклонување ставајќи фотографска плоча на нивниот пат и го пресметал нивниот однос маса и полнеж користејќи метод кој станал познат како метод на Томсонова парабола. Секој поток создава блескава лепенка на плочата во точката што ја удира. Томсон забележал две одделни параболични дамки на светлина на фотографската плоча (види слика), што сугерирало два вида јадра со различен однос маса-полнење. Тој напишал: „Затоа, сметам дека може да има мало сомневање дека она што се нарекува неон не е едноставен гас, туку смеса од два гаса, од кои едниот има атомска тежина околу 20, а другиот околу 22. Параболата поради потешкиот гас е секогаш многу побледа од онаа поради полесниот, така што веројатно потешкиот гас формира само мал процент од смесата."J. J. Thomson (1913) "Rays of positive electricity", Proceedings of the Royal Society A, 89: 1–20.