Som vi nämnde i artikeln om Bohrs atommodell, så kan antalet neutroner variera i en viss slags atom. När man har två atomer som båda innehåller samma antal protoner, men olika antal neutroner, säger man att de är isotoper av samma grundämne.
Att beskriva en isotop
När man ska beskriva att man pratar om en viss isotop av ett grundämne så skriver man masstalet upphöjt på vänster sida om atombeteckningen. Masstalet är summan av antalet protoner och neutroner i en atom. Antalet protoner kan skrivas nedsänkt på vänster sida om atombeteckningen. Vi kan ta ett exempel med en isotop av klor som innehåller 17 protoner och 18 neutroner, vilket summeras till masstalet 35.
\(_{_{17}}^{^{35}}\mathrm{Cl}\)
Informationen om hur många protoner som grundämnet innehåller anses oftast överflödigt, då alla kloratomer innehåller 17 protoner, och om det hade varit något annat antal så hade atombeteckningen förändrats. Man skriver med andra ord oftast som nedan.
\(^{35}\mathrm{Cl}\)
Om vi vill beskriva isotopen med ord så kallar vi den för klor-35. Det finns även en variant av klor som innehåller 17 protoner och 20 neutroner. Denna kallas för klor-37. På samma sätt har du kanske hört talats om kol-14 då man daterar riktigt gamla saker. Vi placerar atomslaget först, och masstalet sist vid den verbala beskrivningen av isotopen.
Många isotoper av samma grundämne
Ett och samma grundämne har som oftast ett flertal isotoper. Olika isotoper av samma grundämne har olika massa, då de innehåller olika många neutroner.
De flesta av de isotoper vi kommer i kontakt med i vardagen är stabila isotoper, som inte förändras över tid. Om vi lägger atomerna i en låda (samtidigt som vi hindrar dem från att reagera med varandra eller interagera med omgivningen) så kommer vi efter 1 miljon år att kunna plocka ut samma atomer utan att de har förändrats.
Något som är viktigt att veta är att när man anger massan för ett grundämne (exempelvis i periodiska systemet) så är det ett genomsnitt av alla förekommande isotoper. Vi går in närmare på atommassa i nästa artikel.
Radioaktiv isotop
En icke-stabil isotop av ett grundämne kallas för en radioaktiv isotop. Många av de tunga grundämnena innehåller exempelvis inga stabila isotoper alls, utan sönderfaller alltid spontant i en viss hastighet efter att de har skapats. Under sönderfallet sänder de ut olika former av strålning, samtidigt som det bildas isotoper av andra grundämnen. Strålningen består ofta av dels någon form av partiklar (t.ex. α-strålning, som består av helium-4-kärnor, eller β-strålning, som består av elektroner) kombinerat med elektromagnetiska vågor (t.ex. γ-strålning).
Halveringstid
Ett begrepp som är bra att känna till för radioaktiva isotoper är halveringstid. Halveringstid är ett mått på den tid det tar tills bara hälften av originalämnet finns kvar. Om halveringstiden på ett ämne är 100 år, så har vi efter 100 år bara kvar häften av den radioaktiva isotopen, och resten har sönderfallit till stabilare grundämnen. Notera att en halveringstid kan vara kortare än en sekund, så det finns en väldig variation i halveringstider för olika radioaktiva isotoper.
Ett exempel på en radioaktiv isotop
Ett exempel på en svagt radioaktiv isotop är kol-14 som vi nämnde tidigare i artikeln. Kol-14 är inte stabil, utan sönderfaller med en halveringstid på ca. 5700 år. Kol-14 nybildas i atmosfären p.g.a. kosmiska partiklar, och byggs in i allt liv genom att koldioxid fixeras i fotosyntesen. Efter att någonting har dött så kommer det inte att vara ”synkroniserat” med den nivå av kol-14 som finns i allt annat levande, då det kol-14 som existerar i fossilet (eller vad det nu är vi studerar) långsamt sönderfaller. Genom att mäta halterna av kol-14 i någonting gammalt kan vi beräkna hur länge sedan det är som det slutade att utbyta kol med omgivningen.
Övningsuppgifter
För att beskriva masstalet för en isotop placeras det på övre höger sida om atombeteckningen. Rätt eller fel?
Fel. Övre högra sida av en atombeteckning är reserverad för laddning. Övre vänster sida används för masstalet.
Det finns allt minst en stabil isotop per grundämne. Rätt eller fel?
Fel. Det kan finnas väldigt få (eller väldigt många) stabila isotoper av ett grundämne. Vissa grundämnen (till exempel nobelium) har inga stabila isotoper alls.
Vilken information får du av följande två beteckningar: \(_{_{26}}^{^{54}}\mathrm{Fe}\) och \(_{_{26}}^{^{56}}\mathrm{Fe}\)?
Hur många neutroner innehåller respektive isotop?
Ämnena innehåller båda 26 protoner (då deras atombeteckning är 26). Deras masstal är 54, respektive 56. Ämnet är järn, vilket man kan se genom att delvis kolla på det atombeteckningen (Fe), eller att kolla på atomen med 26 protoner i ditt periodiska system.
\(_{_{26}}^{^{54}}\mathrm{Fe}\) innehåller 28 neutroner (masstalet 54 minus 26 protoner).
\(_{_{26}}^{^{56}}\mathrm{Fe}\) innehåller 30 neutroner (masstalet 56 minus 26 protoner).
En radioaktiv isotop är instabil, och faller sönder med en viss hastighet (halveringstid). Rätt eller fel?
Ja, det stämmer. Halveringstiden kan dessutom variera väldigt stort mellan olika isotoper.
Du har hittat en riktigt gammal uttorkad träbit som du vill bestämma åldern på. Detta gör du på ett labb genom att mäta halten av kol-14, vilken var hälften av vad den är hos saker som lever idag.
Ungefär hur gammal är träbiten?
Träbiten är ungefär 5700 år gammal.
I och med att halten av kol-14 är hälften av vad den är hos saker som är levande idag, innebär det att det har passerat en halveringstid för kol-14. Då en halveringstid för kol-14 är 5700 år, är det ungefär så lång tid det har passerat sedan träbiten slutade utbyta kol med sin omgivning. Dvs det är ca 5700 år sedan träbiten ”dog”.
Nästa artikel i serien handlar om atommassa.