Es wurde festgestellt, dass jedes in der Natur vorkommende chemische Element eine Mischung von Isotopen ist (daher haben sie gebrochene Atommassen). Um zu verstehen, wie sich Isotope voneinander unterscheiden, ist es notwendig, die Struktur des Atoms im Detail zu betrachten. Ein Atom bildet einen Atomkern und eine Elektronenwolke. Die Masse eines Atoms wird von den Elektronen beeinflusst, die sich mit atemberaubender Geschwindigkeit in Umlaufbahnen in der Elektronenwolke bewegen, den Neutronen und Protonen, aus denen der Kern besteht.

Was sind Isotope

Isotope Eine Atomart eines chemischen Elements. In jedem Atom gibt es immer gleich viele Elektronen und Protonen. Da sie entgegengesetzte Ladungen haben (Elektronen sind negativ und Protonen sind positiv), ist das Atom immer neutral (dieses Elementarteilchen trägt keine Ladung, es ist gleich Null). Wenn ein Elektron verloren geht oder eingefangen wird, verliert das Atom seine Neutralität und wird entweder ein negatives oder ein positives Ion.
Neutronen haben keine Ladung, aber ihre Anzahl im Atomkern desselben Elements kann unterschiedlich sein. Dies hat keinen Einfluss auf die Neutralität des Atoms, aber es beeinflusst seine Masse und seine Eigenschaften. Beispielsweise hat jedes Isotop eines Wasserstoffatoms jeweils ein Elektron und ein Proton. Und die Anzahl der Neutronen ist unterschiedlich. Protium hat nur 1 Neutron, Deuterium hat 2 Neutronen und Tritium hat 3 Neutronen. Diese drei Isotope unterscheiden sich in ihren Eigenschaften deutlich voneinander.

Vergleich von Isotopen

Wie unterscheiden sich Isotope? Sie haben eine unterschiedliche Anzahl von Neutronen, unterschiedliche Massen und unterschiedliche Eigenschaften. Isotope haben eine identische Struktur von Elektronenhüllen. Das bedeutet, dass sie in ihren chemischen Eigenschaften ziemlich ähnlich sind. Daher wird ihnen im Periodensystem ein Platz zugewiesen.
Stabile und radioaktive (instabile) Isotope wurden in der Natur gefunden. Die Kerne von Atomen radioaktiver Isotope können sich spontan in andere Kerne umwandeln. Beim radioaktiven Zerfall setzen sie verschiedene Teilchen frei.
Die meisten Elemente haben über zwei Dutzend radioaktive Isotope. Darüber hinaus werden radioaktive Isotope für absolut alle Elemente künstlich synthetisiert. In einem natürlichen Isotopengemisch schwankt ihr Gehalt leicht.
Die Existenz von Isotopen machte es möglich zu verstehen, warum Elemente mit einer niedrigeren Atommasse in einigen Fällen eine höhere Seriennummer haben als Elemente mit einer größeren Atommasse. Beispielsweise enthält Argon in einem Argon-Kalium-Paar schwere Isotope und Kalium enthält leichte Isotope. Daher ist die Masse von Argon größer als die von Kalium.

ImGist stellte fest, dass der Unterschied zwischen Isotopen wie folgt ist:

Sie haben eine unterschiedliche Anzahl von Neutronen.
Isotope haben unterschiedliche Atommassen.
Der Wert der Masse von Atomen von Ionen beeinflusst ihre Gesamtenergie und Eigenschaften.

Ein bestimmtes Element, das gleich, aber unterschiedlich ist. Besitzen Kerne mit der gleichen Anzahl und unterschiedlich. Nummer , haben dieselbe Struktur von Elektronenhüllen und nehmen denselben Platz in der Periode ein. chemisches System. Elemente. Der Begriff "Isotope" wurde 1910 von F. Soddy vorgeschlagen, um chemisch nicht unterscheidbare Sorten zu bezeichnen, die sich in ihrer Physik unterscheiden. (hauptsächlich radioaktiv) St. du. Stabile Isotope wurden erstmals 1913 von J. Thomson mit Hilfe der sogenannten. Methode der Parabeln - der Prototyp der Moderne. . Er fand heraus, dass Ne mindestens 2 Sorten mit wt hat. Uhr 20 und 22. Die Namen und Symbole von Isotopen sind normalerweise die Namen und Symbole der entsprechenden Chemikalien. Elemente; Zeigen Sie oben links auf das Symbol. Zum Beispiel, um die Natur zu bezeichnen. Isotope verwenden den Rekord 35 Cl und 37 C1; manchmal wird das Element auch unten links angezeigt, d.h. schreibe 35 17 Cl und 37 17 Cl. Nur Isotope des leichtesten Elements, Wasserstoff, Gew. Teile 1, 2 und 3 haben Specials. Namen und Symbole: (1 1 H), (D oder 2 1 H) bzw. (T oder 3 1 H). Aufgrund des großen Massenunterschieds unterscheidet sich das Verhalten dieser Isotope erheblich (siehe , ). Stabile Isotope kommen in allen geraden und den meisten ungeraden Elementen vor[ 83. Die Anzahl der stabilen Isotope für Elemente mit geraden Zahlen kann sein. gleich 10 (z. B. y); Elemente mit ungeraden Zahlen haben höchstens zwei stabile Isotope. Bekannt ca. 280 stabile und mehr als 2000 radioaktive Isotope in 116 natürlichen und künstlich gewonnenen Elementen. Für jedes Element der Gehalt an einzelnen Isotopen in der Natur. Mischung unterliegt kleinen Schwankungen, die oft vernachlässigt werden können. Mehr bedeutet. Schwankungen in der Isotopenzusammensetzung werden bei Meteoriten und anderen Himmelskörpern beobachtet. Die Konstanz der Isotopenzusammensetzung führt zur Konstanz der auf der Erde vorkommenden Elemente, die der Durchschnittswert der Masse eines bestimmten Elements ist, der unter Berücksichtigung der Häufigkeit von Isotopen in der Natur gefunden wird. Schwankungen in der Isotopenzusammensetzung leichter Elemente sind in der Regel mit einer Änderung der Isotopenzusammensetzung während des Zerfalls verbunden. Prozesse, die in der Natur ablaufen (usw.). Für das schwere Element Pb werden Schwankungen in der Isotopenzusammensetzung verschiedener Proben durch Zersetzung erklärt. Inhalte in und anderen Quellen und - die Begründer der Natur. . Unterschiede St. in den Isotopen eines bestimmten Elements genannt. . Ein wichtiges Praktikum Die Aufgabe besteht darin, aus der Natur zu gewinnen. Mischungen einzelner Isotope -

Bei der Untersuchung der Eigenschaften radioaktiver Elemente wurde festgestellt, dass Atome mit unterschiedlichen Kernmassen in demselben chemischen Element zu finden sind. Gleichzeitig haben sie die gleiche Kernladung, das heißt, es handelt sich nicht um Verunreinigungen von Fremdstoffen, sondern um denselben Stoff.

Was sind Isotope und warum existieren sie?

In Mendelejews Periodensystem besetzen sowohl ein bestimmtes Element als auch Atome einer Substanz mit unterschiedlicher Kernmasse eine Zelle. Auf der Grundlage des oben Gesagten erhielten solche Sorten derselben Substanz den Namen "Isotope" (aus dem Griechischen isos - derselbe und topos - Ort). So, Isotope- Dies sind Sorten eines bestimmten chemischen Elements, die sich in der Masse der Atomkerne unterscheiden.

Nach dem anerkannten Neutronen-Protonen-Modell des Kerns wurde die Existenz von Isotopen wie folgt erklärt: Die Kerne einiger Materieatome enthalten eine unterschiedliche Anzahl von Neutronen, aber die gleiche Anzahl von Protonen. Tatsächlich ist die Kernladung der Isotope eines Elements gleich, daher ist die Anzahl der Protonen im Kern gleich. Kerne haben eine unterschiedliche Masse bzw. enthalten eine unterschiedliche Anzahl von Neutronen.

Stabile und instabile Isotope

Isotope sind entweder stabil oder instabil. Bis heute sind etwa 270 stabile Isotope und mehr als 2000 instabile bekannt. stabile Isotope- Dies sind verschiedene chemische Elemente, die lange Zeit unabhängig voneinander existieren können.

Großer Teil instabile Isotope wurde künstlich gewonnen. Instabile Isotope sind radioaktiv, ihre Kerne unterliegen dem Prozess des radioaktiven Zerfalls, dh der spontanen Umwandlung in andere Kerne, begleitet von der Emission von Partikeln und / oder Strahlung. Fast alle radioaktiven künstlichen Isotope haben sehr kurze Halbwertszeiten, gemessen in Sekunden und sogar Bruchteilen von Sekunden.

Wie viele Isotope kann ein Kern enthalten?

Der Atomkern kann nicht beliebig viele Neutronen enthalten. Dementsprechend ist die Zahl der Isotope begrenzt. Auch in der Anzahl der Protonen Elemente kann die Zahl der stabilen Isotope zehn erreichen. Zum Beispiel hat Zinn 10 Isotope, Xenon hat 9, Quecksilber hat 7 und so weiter.

Diese Elemente Die Anzahl der Protonen ist ungerade, kann nur zwei stabile Isotope haben. Einige Elemente haben nur ein stabiles Isotop. Dies sind Substanzen wie Gold, Aluminium, Phosphor, Natrium, Mangan und andere. Solche Variationen in der Anzahl stabiler Isotope für verschiedene Elemente sind mit einer komplexen Abhängigkeit der Anzahl von Protonen und Neutronen von der Bindungsenergie des Kerns verbunden.

Fast alle Substanzen in der Natur kommen als Isotopengemisch vor. Die Anzahl der Isotope in der Zusammensetzung eines Stoffes hängt von der Art des Stoffes, der Atommasse und der Anzahl stabiler Isotope eines bestimmten chemischen Elements ab.

Wahrscheinlich gibt es keine solche Person auf der Erde, die nicht von Isotopen gehört hätte. Aber nicht jeder weiß, was es ist. Der Ausdruck "radioaktive Isotope" klingt besonders erschreckend. Diese obskuren chemischen Elemente machen der Menschheit Angst, aber tatsächlich sind sie nicht so beängstigend, wie es auf den ersten Blick erscheinen mag.

Definition

Um das Konzept der radioaktiven Elemente zu verstehen, muss man zunächst sagen, dass Isotope Proben desselben chemischen Elements sind, jedoch mit unterschiedlichen Massen. Was bedeutet das? Fragen werden verschwinden, wenn wir uns zuerst an die Struktur des Atoms erinnern. Es besteht aus Elektronen, Protonen und Neutronen. Die Anzahl der ersten beiden Elementarteilchen im Kern eines Atoms ist immer konstant, während Neutronen mit eigener Masse im selben Stoff in unterschiedlicher Menge vorkommen können. Dieser Umstand führt zu einer Vielzahl chemischer Elemente mit unterschiedlichen physikalischen Eigenschaften.

Jetzt können wir eine wissenschaftliche Definition des untersuchten Konzepts geben. Isotope sind also ein kumulativer Satz chemischer Elemente mit ähnlichen Eigenschaften, aber unterschiedlichen Massen und physikalischen Eigenschaften. Nach moderner Terminologie werden sie eine Galaxie von Nukleotiden eines chemischen Elements genannt.

Ein bisschen Geschichte

Zu Beginn des letzten Jahrhunderts entdeckten Wissenschaftler, dass die gleiche chemische Verbindung unter verschiedenen Bedingungen unterschiedliche Massen von Elektronenkernen haben kann. Aus rein theoretischer Sicht könnten solche Elemente als neu angesehen werden und beginnen, leere Zellen im Periodensystem von D. Mendeleev zu füllen. Aber es gibt nur neun freie Zellen darin, und Wissenschaftler entdeckten Dutzende neuer Elemente. Darüber hinaus zeigten mathematische Berechnungen, dass die entdeckten Verbindungen nicht als bisher unbekannt angesehen werden können, da ihre chemischen Eigenschaften den Eigenschaften bestehender vollständig entsprachen.

Nach langen Diskussionen wurde beschlossen, diese Elemente Isotope zu nennen und sie in dieselbe Zelle zu platzieren wie diejenigen, deren Kerne mit ihnen die gleiche Anzahl von Elektronen enthalten. Wissenschaftler konnten feststellen, dass Isotope nur einige Variationen chemischer Elemente sind. Die Ursachen ihres Auftretens und die Lebensdauer wurden jedoch fast ein Jahrhundert lang untersucht. Auch zu Beginn des 21. Jahrhunderts kann man nicht behaupten, dass die Menschheit absolut alles über Isotope weiß.

Persistente und nicht persistente Variationen

Jedes chemische Element hat mehrere Isotope. Da sich in ihren Kernen freie Neutronen befinden, gehen sie nicht immer stabile Bindungen mit dem Rest des Atoms ein. Nach einiger Zeit verlassen freie Partikel den Kern, wodurch sich seine Masse und seine physikalischen Eigenschaften ändern. Auf diese Weise entstehen andere Isotope, was schließlich zur Bildung einer Substanz mit einer gleichen Anzahl von Protonen, Neutronen und Elektronen führt.

Stoffe, die sehr schnell zerfallen, nennt man radioaktive Isotope. Sie setzen eine große Anzahl von Neutronen in den Weltraum frei und bilden eine starke ionisierende Gammastrahlung, die für ihre starke Durchdringungsfähigkeit bekannt ist und lebende Organismen negativ beeinflusst.

Stabilere Isotope sind nicht radioaktiv, da die Anzahl freier Neutronen, die sie freisetzen, nicht in der Lage ist, Strahlung zu erzeugen und andere Atome signifikant zu beeinflussen.

Vor langer Zeit haben Wissenschaftler ein wichtiges Muster festgestellt: Jedes chemische Element hat seine eigenen Isotope, persistent oder radioaktiv. Interessanterweise wurden viele von ihnen im Labor erhalten, und ihre Präsenz in ihrer natürlichen Form ist gering und wird nicht immer von Instrumenten erfasst.

Verbreitung in der Natur

Unter natürlichen Bedingungen gibt es meistens Substanzen, deren Isotopenmasse direkt durch ihre Ordnungszahl in der D. Mendeleev-Tabelle bestimmt wird. Zum Beispiel hat Wasserstoff, bezeichnet mit dem Symbol H, die Seriennummer 1 und seine Masse ist gleich eins. Seine Isotope, 2H und 3H, sind in der Natur extrem selten.

Auch der menschliche Körper hat eine gewisse Menge an radioaktiven Isotopen. Sie gelangen durch die Nahrung in Form von Kohlenstoffisotopen ins Innere, die wiederum von Pflanzen aus dem Boden oder der Luft aufgenommen werden und während der Photosynthese in die Zusammensetzung organischer Stoffe übergehen. Daher emittieren sowohl Menschen als auch Tiere und Pflanzen eine bestimmte Hintergrundstrahlung. Nur ist es so niedrig, dass es die normale Funktion und das Wachstum nicht beeinträchtigt.

Die Quellen, die zur Bildung von Isotopen beitragen, sind die inneren Schichten des Erdkerns und Strahlung aus dem Weltraum.

Wie Sie wissen, hängt die Temperatur auf dem Planeten weitgehend von seinem heißen Kern ab. Aber erst vor kurzem wurde klar, dass die Quelle dieser Wärme eine komplexe thermonukleare Reaktion ist, an der radioaktive Isotope beteiligt sind.

Isotopenzerfall

Da Isotope instabile Gebilde sind, ist davon auszugehen, dass sie im Laufe der Zeit immer in beständigere Kerne chemischer Elemente zerfallen. Diese Aussage ist richtig, weil Wissenschaftler eine große Anzahl radioaktiver Isotope in der Natur nicht nachweisen konnten. Und die meisten von denen, die in Laboratorien abgebaut wurden, dauerten ein paar Minuten bis zu mehreren Tagen und verwandelten sich dann wieder in gewöhnliche chemische Elemente.

Aber es gibt auch Isotope in der Natur, die sehr widerstandsfähig gegen Zerfall sind. Sie können Milliarden von Jahren existieren. Solche Elemente wurden in jenen fernen Zeiten gebildet, als die Erde noch geformt wurde und es nicht einmal eine feste Kruste auf ihrer Oberfläche gab.

Radioaktive Isotope zerfallen und werden sehr schnell neu gebildet. Um die Beurteilung der Stabilität des Isotops zu erleichtern, entschieden sich die Wissenschaftler daher, die Kategorie seiner Halbwertszeit zu berücksichtigen.

Halbwertzeit

Es mag nicht allen Lesern sofort klar sein, was mit diesem Konzept gemeint ist. Lassen Sie es uns definieren. Die Halbwertszeit eines Isotops ist die Zeit, in der die bedingte Hälfte der eingenommenen Substanz aufhört zu existieren.

Dies bedeutet nicht, dass der Rest der Verbindung in der gleichen Zeit zerstört wird. In Bezug auf diese Hälfte muss eine andere Kategorie betrachtet werden - der Zeitraum, in dem der zweite Teil, dh ein Viertel der ursprünglichen Substanzmenge, verschwindet. Und diese Überlegung geht endlos weiter. Es ist davon auszugehen, dass es einfach unmöglich ist, den Zeitpunkt des vollständigen Zerfalls der anfänglichen Materiemenge zu berechnen, da dieser Prozess praktisch endlos ist.

Wissenschaftler, die die Halbwertszeit kennen, können jedoch bestimmen, wie viel von der Substanz am Anfang vorhanden war. Diese Daten werden erfolgreich in angrenzenden Wissenschaften verwendet.

In der modernen wissenschaftlichen Welt wird das Konzept des vollständigen Zerfalls praktisch nicht verwendet. Für jedes Isotop ist es üblich, seine Halbwertszeit anzugeben, die von wenigen Sekunden bis zu vielen Milliarden Jahren variiert. Je niedriger die Halbwertszeit, desto mehr Strahlung geht von der Substanz aus und desto höher ist ihre Radioaktivität.

Anreicherung von Mineralien

In manchen Wissenschafts- und Technikzweigen gilt der Einsatz relativ großer Mengen radioaktiver Stoffe als zwingend. Gleichzeitig gibt es unter natürlichen Bedingungen nur sehr wenige solcher Verbindungen.

Es ist bekannt, dass Isotope ungewöhnliche Varianten chemischer Elemente sind. Ihre Anzahl bemisst sich nach wenigen Prozent der widerstandsfähigsten Sorte. Deshalb müssen Wissenschaftler fossile Materialien künstlich anreichern.

Über die Jahre der Forschung konnte herausgefunden werden, dass der Zerfall eines Isotops von einer Kettenreaktion begleitet wird. Die freigesetzten Neutronen einer Substanz beginnen, eine andere zu beeinflussen. Dadurch zerfallen schwere Kerne in leichtere und es entstehen neue chemische Elemente.

Dieses Phänomen wird als Kettenreaktion bezeichnet, wodurch stabilere, aber weniger verbreitete Isotope erhalten werden können, die später in der Volkswirtschaft verwendet werden.

Anwendung der Zerfallsenergie

Wissenschaftler fanden auch heraus, dass beim Zerfall eines radioaktiven Isotops eine große Menge freier Energie freigesetzt wird. Seine Menge wird normalerweise in der Curie-Einheit gemessen und entspricht der Spaltzeit von 1 g Radon-222 in 1 Sekunde. Je höher dieser Indikator ist, desto mehr Energie wird freigesetzt.

Dies war der Grund für die Entwicklung von Möglichkeiten zur Nutzung kostenloser Energie. So entstanden Kernreaktoren, in denen ein radioaktives Isotop platziert wird. Der größte Teil der abgegebenen Energie wird gesammelt und in Strom umgewandelt. Auf Basis dieser Reaktoren entstehen Kernkraftwerke, die den günstigsten Strom liefern. Reduzierte Versionen solcher Reaktoren werden auf selbstfahrende Mechanismen gesetzt. In Anbetracht der Unfallgefahr handelt es sich bei solchen Maschinen meistens um U-Boote. Im Falle eines Reaktorausfalls lässt sich die Zahl der Opfer auf dem U-Boot leichter minimieren.

Eine weitere sehr beängstigende Möglichkeit, Halbwertsenergie zu nutzen, sind Atombomben. Während des Zweiten Weltkriegs wurden sie in den japanischen Städten Hiroshima und Nagasaki an der Menschheit getestet. Die Folgen waren sehr traurig. Daher hat sich die Welt auf den Nichtgebrauch dieser gefährlichen Waffen geeinigt. Gleichzeitig forschen heute große Staaten mit Fokus auf Militarisierung in dieser Branche weiter. Darüber hinaus stellen viele von ihnen heimlich aus der Weltgemeinschaft Atombomben her, die tausendmal gefährlicher sind als die in Japan eingesetzten.

Isotope in der Medizin

Für friedliche Zwecke hat sich der Zerfall radioaktiver Isotope in der Medizin bewährt. Indem die Strahlung auf die betroffene Körperstelle gerichtet wird, ist es möglich, den Krankheitsverlauf zu stoppen oder dem Patienten zu helfen, sich vollständig zu erholen.

Aber häufiger werden radioaktive Isotope für die Diagnostik verwendet. Die Sache ist die, dass ihre Bewegung und die Art des Clusters am einfachsten durch die von ihnen erzeugte Strahlung zu beheben ist. So wird eine bestimmte ungefährliche Menge einer radioaktiven Substanz in den menschlichen Körper eingeführt, und Ärzte verwenden Instrumente, um zu beobachten, wie und wohin sie gelangt.

So wird die Diagnose der Arbeit des Gehirns, der Art von Krebstumoren, der Merkmale der Arbeit der endokrinen und äußeren Sekretdrüsen durchgeführt.

Anwendung in der Archäologie

Es ist bekannt, dass in lebenden Organismen immer radioaktiver Kohlenstoff-14 vorhanden ist, dessen Halbwertszeit 5570 Jahre beträgt. Darüber hinaus wissen Wissenschaftler, wie viel von diesem Element bis zu seinem Tod im Körper enthalten ist. Das bedeutet, dass alle gefällten Bäume gleich viel Strahlung abgeben. Mit der Zeit nimmt die Strahlungsintensität ab.

Dies hilft Archäologen festzustellen, wie lange es her ist, dass der Baum, aus dem die Galeere oder ein anderes Schiff gebaut wurde, abgestorben ist, und somit die genaue Zeit des Baus. Diese Forschungsmethode wird radioaktive Kohlenstoffanalyse genannt. Dank ihm ist es für Wissenschaftler einfacher, die Chronologie historischer Ereignisse zu erstellen.

Isotope- Sorten von Atomen (und Kernen) eines chemischen Elements, die die gleiche Ordnungszahl, aber unterschiedliche Massenzahlen haben.

Der Begriff Isotop setzt sich aus den griechischen Wurzeln isos (ἴσος „gleich“) und topos (τόπος „Ort“) zusammen und bedeutet „gleicher Ort“; Die Bedeutung des Namens ist also, dass verschiedene Isotope desselben Elements dieselbe Position im Periodensystem einnehmen.

Drei natürliche Wasserstoffisotope. Die Tatsache, dass jedes Isotop ein Proton hat, hat Varianten von Wasserstoff: Die Isotopenidentität wird durch die Anzahl der Neutronen bestimmt. Von links nach rechts sind die Isotope Protium (1H) mit null Neutronen, Deuterium (2H) mit einem Neutron und Tritium (3H) mit zwei Neutronen.

Die Anzahl der Protonen im Kern eines Atoms wird als Ordnungszahl bezeichnet und ist gleich der Anzahl der Elektronen in einem neutralen (nicht ionisierten) Atom. Jede Ordnungszahl identifiziert ein bestimmtes Element, aber kein Isotop; Ein Atom eines bestimmten Elements kann einen weiten Bereich in der Anzahl von Neutronen haben. Die Anzahl der Nukleonen (sowohl Protonen als auch Neutronen) in einem Kern ist die Massenzahl eines Atoms, und jedes Isotop eines bestimmten Elements hat eine andere Massenzahl.

Beispielsweise sind Kohlenstoff-12, Kohlenstoff-13 und Kohlenstoff-14 drei Isotope von elementarem Kohlenstoff mit den Massenzahlen 12, 13 bzw. 14. Die Ordnungszahl von Kohlenstoff ist 6, was bedeutet, dass jedes Kohlenstoffatom 6 Protonen hat, also sind die Neutronenzahlen dieser Isotope 6, 7 bzw. 8.

Hschließt und Isotope

Das Nuklid gehört zum Kern, nicht zum Atom. Identische Kerne gehören zum gleichen Nuklid, zum Beispiel besteht jeder Kohlenstoff-13-Nuklidkern aus 6 Protonen und 7 Neutronen. Das Konzept der Nuklide (in Bezug auf einzelne Kernspezies) betont die nuklearen Eigenschaften gegenüber den chemischen Eigenschaften, während das Isotopenkonzept (das alle Atome jedes Elements gruppiert) die chemische Reaktion gegenüber den nuklearen betont. Die Neutronenzahl hat einen großen Einfluss auf die Eigenschaften von Kernen, aber ihr Einfluss auf die chemischen Eigenschaften ist für die meisten Elemente vernachlässigbar. Selbst bei den leichtesten Elementen, wo das Verhältnis von Neutronen zur Ordnungszahl zwischen den Isotopen am stärksten variiert, hat es normalerweise nur einen geringen Einfluss, obwohl es in einigen Fällen wichtig ist (für Wasserstoff, das leichteste Element, ist der Isotopeneffekt groß. Um die Biologie stark zu beeinflussen). Da Isotop ein älterer Begriff ist, ist er bekannter als Nuklid und wird immer noch gelegentlich in Kontexten verwendet, in denen Nuklid besser geeignet sein könnte, wie z. B. Nukleartechnik und Nuklearmedizin.

Notation

Ein Isotop oder Nuklid wird durch den Namen eines bestimmten Elements identifiziert (dies gibt die Atomzahl an), gefolgt von einem Bindestrich und einer Massenzahl (z. B. Helium-3, Helium-4, Kohlenstoff-12, Kohlenstoff-14, Uran). -235 und Uran-239). Wenn ein chemisches Symbol verwendet wird, z. "C" für Kohlenstoff, Standardnotation (jetzt als "AZE-Notation" bekannt, da A die Massenzahl, Z die Ordnungszahl und E für das Element ist) soll die Massenzahl (Anzahl der Nukleonen) mit einem hochgestellten Zeichen angeben oben links vom chemischen Symbol und geben Sie die Ordnungszahl mit einem tiefgestellten Index in der unteren linken Ecke an). Da die Ordnungszahl durch das Symbol des Elements angegeben wird, wird normalerweise nur die hochgestellte Massenzahl angegeben, und der Atomindex wird nicht angegeben. Der Buchstabe m wird manchmal nach der Massenzahl angehängt, um ein Kernisomer anzuzeigen, einen metastabilen oder energetisch angeregten Kernzustand (im Gegensatz zum Grundzustand mit der niedrigsten Energie), wie z. B. 180m 73Ta (Tantal-180m).

Radioaktive, primäre und stabile Isotope

Einige Isotope sind radioaktiv und werden daher Radioisotope oder Radionuklide genannt, während bei anderen nie ein radioaktiver Zerfall beobachtet wurde und sie als stabile Isotope oder stabile Nuklide bezeichnet werden. Beispielsweise ist 14 C eine radioaktive Form von Kohlenstoff, während 12 C und 13 C stabile Isotope sind. Es gibt ungefähr 339 natürlich vorkommende Nuklide auf der Erde, von denen 286 Urnuklide sind, was bedeutet, dass sie seit der Entstehung des Sonnensystems existieren.

Die ursprünglichen Nuklide umfassen 32 Nuklide mit sehr langen Halbwertszeiten (über 100 Millionen Jahre) und 254, die formal als "stabile Nuklide" gelten, da kein Zerfall beobachtet wurde. In den meisten Fällen dominieren aus offensichtlichen Gründen, wenn ein Element stabile Isotope hat, diese Isotope die Elementhäufigkeit auf der Erde und im Sonnensystem. Im Fall von drei Elementen (Tellur, Indium und Rhenium) ist das in der Natur am häufigsten vorkommende Isotop jedoch tatsächlich ein (oder zwei) extrem langlebige(s) Radioisotop(e) des Elements, trotz der Tatsache, dass diese Elemente vorhanden sind ein oder mehrere stabile Isotope.

Die Theorie sagt voraus, dass viele scheinbar "stabile" Isotope/Nuklide radioaktiv sind, mit extrem langen Halbwertszeiten (ohne Berücksichtigung der Möglichkeit eines Protonenzerfalls, der alle Nuklide schließlich instabil machen würde). Von den 254 nie beobachteten Nukliden sind nur 90 davon (alle ersten 40 Elemente) theoretisch resistent gegen alle bekannten Zerfallsformen. Element 41 (Niob) ist theoretisch durch spontane Spaltung instabil, aber dies wurde nie entdeckt. Viele andere stabile Nuklide sind theoretisch energetisch anfällig für andere bekannte Zerfallsformen wie Alpha-Zerfall oder doppelter Beta-Zerfall, aber Zerfallsprodukte wurden noch nicht beobachtet, und daher werden diese Isotope als "beobachtungsstabil" angesehen. Die vorhergesagten Halbwertszeiten für diese Nuklide überschreiten oft das geschätzte Alter des Universums bei weitem, und tatsächlich gibt es auch 27 bekannte Radionuklide mit Halbwertszeiten, die länger sind als das Alter des Universums.

Radioaktive Nuklide, künstlich erzeugt, derzeit sind 3339 Nuklide bekannt. Dazu gehören 905-Nuklide, die entweder stabil sind oder Halbwertszeiten von mehr als 60 Minuten haben.

Isotopeneigenschaften

Chemische und molekulare Eigenschaften

Ein neutrales Atom hat die gleiche Anzahl an Elektronen wie Protonen. Daher haben verschiedene Isotope eines bestimmten Elements die gleiche Anzahl von Elektronen und eine ähnliche elektronische Struktur. Da das chemische Verhalten eines Atoms weitgehend von seiner elektronischen Struktur bestimmt wird, zeigen verschiedene Isotope ein nahezu identisches chemisches Verhalten.

Eine Ausnahme bildet hier der kinetische Isotopeneffekt: Schwerere Isotope reagieren aufgrund ihrer großen Masse tendenziell etwas langsamer als leichtere Isotope des gleichen Elements. Dies ist am ausgeprägtesten für Protium (1 H), Deuterium (2 H) und Tritium (3 H), da Deuterium die doppelte Masse von Protium und Tritium die dreifache Masse von Protium hat. Diese Massenunterschiede wirken sich auch auf das Verhalten ihrer jeweiligen chemischen Bindungen aus, indem sie den Schwerpunkt (reduzierte Masse) atomarer Systeme verändern. Bei schwereren Elementen ist der relative Massenunterschied zwischen Isotopen jedoch viel kleiner, sodass die Auswirkungen des Massenunterschieds in der Chemie normalerweise vernachlässigbar sind. (Schwere Elemente haben auch relativ mehr Neutronen als leichtere Elemente, daher ist das Verhältnis von Kernmasse zu Gesamtelektronenmasse etwas größer.)

In ähnlicher Weise haben zwei Moleküle, die sich nur in den Isotopen ihrer Atome unterscheiden (Isotopologe), dieselbe elektronische Struktur und daher fast nicht unterscheidbare physikalische und chemische Eigenschaften (wiederum mit Deuterium und Tritium als Hauptausnahmen). Die Schwingungsmoden eines Moleküls werden durch seine Form und die Massen seiner konstituierenden Atome bestimmt; Daher haben unterschiedliche Isotopologe unterschiedliche Sätze von Schwingungsmoden. Da Schwingungsmoden es einem Molekül ermöglichen, Photonen der geeigneten Energien zu absorbieren, haben Isotopologe im Infraroten unterschiedliche optische Eigenschaften.

Nukleare Eigenschaften und Stabilität

Halbwertszeiten von Isotopen. Der Graph für stabile Isotope weicht mit zunehmender Elementzahl Z von der Z = N-Linie ab

Atomkerne bestehen aus Protonen und Neutronen, die durch eine starke Restkraft aneinander gebunden sind. Da die Protonen positiv geladen sind, stoßen sie sich gegenseitig ab. Neutronen, die elektrisch neutral sind, stabilisieren den Kern auf zwei Arten. Ihr Kontakt drängt die Protonen ein wenig zurück, wodurch die elektrostatische Abstoßung zwischen den Protonen verringert wird, und sie üben eine anziehende Kernkraft aufeinander und auf die Protonen aus. Aus diesem Grund sind ein oder mehrere Neutronen erforderlich, damit zwei oder mehr Protonen an den Kern binden können. Mit zunehmender Protonenzahl steigt auch das Verhältnis von Neutronen zu Protonen, die für einen stabilen Kern benötigt werden (siehe Grafik rechts). Obwohl zum Beispiel das Verhältnis Neutron: Proton 3 2 He 1:2 ist, ist das Verhältnis Neutron: Proton 238 92 U
Über 3:2. Einige leichtere Elemente haben stabile Nuklide im Verhältnis 1:1 (Z = N). Das Nuklid 40 20 Ca (Kalzium-40) ist das beobachtbare schwerste stabile Nuklid mit der gleichen Anzahl an Neutronen und Protonen; (Theoretisch ist der schwerste Stall Schwefel-32). Alle stabilen Nuklide, die schwerer als Calcium-40 sind, enthalten mehr Neutronen als Protonen.

Anzahl der Isotope pro Element

Von den 81 Elementen mit stabilen Isotopen ist die größte Anzahl stabiler Isotope, die für ein Element beobachtbar ist, zehn (für das Element Zinn). Kein Element hat neun stabile Isotope. Xenon ist das einzige Element mit acht stabilen Isotopen. Vier Elemente haben sieben stabile Isotope, acht davon haben sechs stabile Isotope, zehn haben fünf stabile Isotope, neun haben vier stabile Isotope, fünf haben drei stabile Isotope, 16 haben zwei stabile Isotope und 26 Elemente haben nur eins (davon 19 die sogenannten Mononuklidelemente, die ein einziges ursprüngliches stabiles Isotop haben, das das Atomgewicht des natürlichen Elements mit hoher Präzision dominiert und festlegt, 3 radioaktive Mononuklidelemente sind ebenfalls vorhanden). Insgesamt gibt es 254 Nuklide, deren Zerfall nicht beobachtet wurde. Für 80 Elemente, die ein oder mehrere stabile Isotope haben, beträgt die durchschnittliche Anzahl stabiler Isotope 254/80 = 3,2 Isotope pro Element.

Gerade und ungerade Anzahl von Nukleonen

Protonen: Das Verhältnis der Neutronen ist nicht der einzige Faktor, der die nukleare Stabilität beeinflusst. Es hängt auch von der Parität oder Ungeradheit seiner Ordnungszahl Z ab, der Anzahl der Neutronen N, also der Summe ihrer Massenzahl A. Ungerade sowohl Z als auch N neigen dazu, die Kernbindungsenergie zu senken, wodurch ungerade Kerne entstehen, die im Allgemeinen weniger stabil sind . Dieser signifikante Unterschied in der Kernbindungsenergie zwischen benachbarten Kernen, insbesondere ungeraden Isobaren, hat wichtige Konsequenzen: Instabile Isotope mit suboptimaler Anzahl von Neutronen oder Protonen zerfallen durch Betazerfall (einschließlich Positronenzerfall), Elektroneneinfang oder andere exotische Mittel wie spontane Spaltung und Zerfall Cluster.

Die stabilsten Nuklide bestehen aus einer geraden Anzahl von Protonen und einer geraden Anzahl von Neutronen, wobei Z, N und A alle gerade sind. Ungerade stabile Nuklide werden (annähernd gleichmäßig) in ungerade aufgeteilt.

Ordnungszahl

Die 148 geraden Protonen, geraden Neutronen (EE) Nuklide machen ~58% aller stabilen Nuklide aus. Es gibt auch 22 primordiale langlebige gerade Nuklide. Infolgedessen hat jedes der 41 geraden Elemente von 2 bis 82 mindestens ein stabiles Isotop, und die meisten dieser Elemente haben mehrere primäre Isotope. Die Hälfte dieser geraden Elemente hat sechs oder mehr stabile Isotope. Die extreme Stabilität von Helium-4 aufgrund der binären Bindung von zwei Protonen und zwei Neutronen verhindert, dass Nuklide mit fünf oder acht Nukleonen lange genug existieren, um als Plattformen für die Akkumulation schwererer Elemente durch Kernfusion zu dienen.

Diese 53 stabilen Nuklide haben eine gerade Anzahl an Protonen und eine ungerade Anzahl an Neutronen. Sie sind eine Minderheit im Vergleich zu den geraden Isotopen, die etwa dreimal so zahlreich sind. Unter den 41 geraden Z-Elementen, die ein stabiles Nuklid haben, haben nur zwei Elemente (Argon und Cer) keine geraden-ungerade stabilen Nuklide. Ein Element (Zinn) hat drei. Es gibt 24 Elemente, die ein ungerades-gerades Nuklid haben und 13, die zwei ungerade-gerade Nuklide haben.

Aufgrund ihrer ungeraden Neutronenzahlen neigen gerade-ungerade Nuklide aufgrund der Energie, die aus Neutronenkopplungseffekten stammt, dazu, große Neutroneneinfangquerschnitte zu haben. Diese stabilen Nuklide können in der Natur ungewöhnlich häufig vorkommen, hauptsächlich weil sie, um sich zu bilden und in die ursprüngliche Fülle einzutreten, dem Neutroneneinfang entkommen müssen, um im Laufe des Prozesses, wie s der Prozess und r ist, noch andere stabile gerade-ungerade Isotope zu bilden Neutroneneinfangprozess während der Nukleosynthese.

ungerade Ordnungszahl

Die 48 stabilen Nuklide mit ungeraden Protonen und geraden Neutronen, stabilisiert durch ihre gerade Anzahl paariger Neutronen, bilden die Mehrheit der stabilen Isotope der ungeraden Elemente; Sehr wenige Nuklide mit ungeraden Protonen und ungeraden Neutronen bilden andere. Es gibt 41 ungerade Elemente von Z = 1 bis 81, von denen 39 stabile Isotope haben (die Elemente Technetium (43 Tc) und Promethium (61 Pm) haben keine stabilen Isotope). Von diesen 39 ungeraden Z-Elementen haben 30 Elemente (einschließlich Wasserstoff-1, wobei 0 Neutronen gerade sind) ein stabiles ungerade-gerades Isotop und neun Elemente: Chlor (17 Cl), Kalium (19 K), Kupfer (29 Cu), Gallium ( 31 Ga), Brom (35 Br), Silber (47 Ag), Antimon (51 Sb), Iridium (77 Ir) und Thallium (81 Tl) haben jeweils zwei ungerade-gerade stabile Isotope. Somit werden 30 + 2 (9) = 48 stabile gerade-gerade Isotope erhalten.

Nur fünf stabile Nuklide enthalten sowohl eine ungerade Anzahl von Protonen als auch eine ungerade Anzahl von Neutronen. Die ersten vier "ungerade" Nuklide treten in Nukliden mit niedrigem Molekulargewicht auf, für die der Wechsel von einem Proton zu einem Neutron oder umgekehrt zu einem sehr einseitigen Proton-Neutron-Verhältnis führt.

Das einzige vollständig "stabile", ungerade Nuklid ist 180m 73 Ta, das als das seltenste der 254 stabilen Isotope gilt und das einzige primordiale Kernisomer ist, dessen Zerfall trotz experimenteller Versuche noch nicht beobachtet wurde.

Ungerade Anzahl von Neutronen

Actiniden mit einer ungeraden Anzahl von Neutronen neigen zur Spaltung (mit thermischen Neutronen), während solche mit einer geraden Neutronenzahl eher nicht dazu neigen, obwohl sie zu schnellen Neutronen spalten. Alle beobachtungsstabilen ungeradzahligen Nuklide haben einen ganzzahligen Spin ungleich Null. Dies liegt daran, dass ein einzelnes ungepaartes Neutron und ein ungepaartes Proton eine stärkere Kernkraftanziehung zueinander haben, wenn ihre Spins ausgerichtet sind (was einen Gesamtspin von mindestens 1 Einheit erzeugt) und nicht ausgerichtet sind.

Vorkommen in der Natur

Elemente bestehen aus einem oder mehreren natürlich vorkommenden Isotopen. Instabile (radioaktive) Isotope sind entweder primär oder nach dem Beispiel. Die ursprünglichen Isotope waren das Produkt der stellaren Nukleosynthese oder einer anderen Art der Nukleosynthese wie der Aufspaltung kosmischer Strahlen und haben sich bis heute erhalten, weil ihre Zerfallsrate so langsam ist (z. B. Uran-238 und Kalium-40). Postnatürliche Isotope sind durch Beschuss mit kosmischer Strahlung als kosmogene Nuklide (z. B. Tritium, Kohlenstoff-14) oder der Zerfall eines radioaktiven primordialen Isotops in die Tochter eines radioaktiven radiogenen Nuklids (z. B. Uran zu Radium) entstanden. Mehrere Isotope werden auf natürliche Weise als nukleogene Nuklide durch andere natürliche Kernreaktionen synthetisiert, beispielsweise wenn Neutronen aus der natürlichen Kernspaltung von einem anderen Atom absorbiert werden.

Wie oben diskutiert, haben nur 80 Elemente stabile Isotope und 26 von ihnen haben nur ein stabiles Isotop. Somit kommen etwa zwei Drittel der stabilen Elemente auf der Erde in einigen wenigen stabilen Isotopen natürlich vor, wobei die höchste Anzahl stabiler Isotope für ein Element zehn ist, für Zinn (50Sn). Auf der Erde existieren etwa 94 Elemente (bis einschließlich Plutonium), obwohl einige nur in sehr geringen Mengen vorkommen, wie z. B. Plutonium-244. Wissenschaftler glauben, dass Elemente, die natürlicherweise auf der Erde vorkommen (einige nur als Radioisotope), in insgesamt 339 Isotopen (Nukliden) vorkommen. Nur 254 dieser natürlich vorkommenden Isotope sind in dem Sinne stabil, dass sie bisher nicht beobachtet wurden. Weitere 35 Ur-Nuklide (insgesamt 289 Ur-Nuklide) sind radioaktiv mit bekannten Halbwertszeiten, haben aber Halbwertszeiten von über 80 Millionen Jahren, wodurch sie seit Beginn des Sonnensystems existieren können.

Alle bekannten stabilen Isotope kommen natürlicherweise auf der Erde vor; Andere natürliche Isotope sind radioaktiv, aber wegen ihrer relativ langen Halbwertszeit oder wegen anderer kontinuierlicher natürlicher Herstellungsmethoden. Dazu gehören die oben erwähnten kosmogenen Nuklide, nukleogene Nuklide und alle radiogenen Isotope, die aus dem fortgesetzten Zerfall eines primären radioaktiven Isotops wie Radon und Radium aus Uran resultieren.

Weitere ~3000 radioaktive Isotope, die in der Natur nicht vorkommen, wurden in Kernreaktoren und Teilchenbeschleunigern erzeugt. Viele kurzlebige Isotope, die auf der Erde nicht natürlich vorkommen, wurden auch durch spektroskopische Analyse beobachtet, die natürlicherweise in Sternen oder Supernovae entstanden sind. Ein Beispiel ist Aluminium-26, das auf der Erde nicht natürlich vorkommt, aber in astronomischen Größenordnungen in Hülle und Fülle vorkommt.

Die tabellierten Atommassen der Elemente sind Mittelwerte, die das Vorhandensein mehrerer Isotope mit unterschiedlichen Massen erklären. Vor der Entdeckung von Isotopen verwirrten empirisch ermittelte nichtintegrierte Werte für Atommassen Wissenschaftler. Beispielsweise enthält eine Chlorprobe 75,8 % Chlor-35 und 24,2 % Chlor-37, was eine durchschnittliche Atommasse von 35,5 Atommasseneinheiten ergibt.

Nach der allgemein akzeptierten Theorie der Kosmologie wurden beim Urknall nur die Isotope von Wasserstoff und Helium, Spuren einiger Isotope von Lithium und Beryllium und möglicherweise etwas Bor erzeugt, und alle anderen Isotope wurden später in Sternen und Supernovae synthetisiert , sowie in den Wechselwirkungen zwischen energetischen Teilchen , wie kosmischer Strahlung, und zuvor erhaltenen Isotopen. Die entsprechende Isotopenhäufigkeit von Isotopen auf der Erde ist auf die durch diese Prozesse produzierten Mengen, ihre Ausbreitung durch die Galaxie und die Zerfallsrate der Isotope zurückzuführen, die instabil sind. Nach der anfänglichen Verschmelzung des Sonnensystems wurden die Isotope entsprechend der Masse neu verteilt, und die isotopische Zusammensetzung der Elemente variiert geringfügig von Planet zu Planet. Dies ermöglicht es manchmal, die Herkunft von Meteoriten zu verfolgen.

Atommasse von Isotopen

Die Atommasse (mr) eines Isotops wird hauptsächlich durch seine Massenzahl (d. h. die Anzahl der Nukleonen in seinem Kern) bestimmt. Kleine Korrekturen sind auf die Bindungsenergie des Kerns, den geringen Massenunterschied zwischen Proton und Neutron und die Masse der mit dem Atom verbundenen Elektronen zurückzuführen.

Massenzahl ist eine dimensionslose Größe. Die Atommasse hingegen wird mit der Einheit der Atommasse gemessen, basierend auf der Masse des Kohlenstoff-12-Atoms. Es wird mit den Symbolen „u“ (für die einheitliche atomare Masseneinheit) oder „Da“ (für das Dalton) bezeichnet.

Die Atommassen der natürlichen Isotope eines Elements bestimmen die Atommasse des Elements. Wenn ein Element N-Isotope enthält, gilt der folgende Ausdruck für die durchschnittliche Atommasse:

Wobei m 1 , m 2 , …, mN die Atommassen jedes einzelnen Isotops sind und x 1 , …, xN die relative Häufigkeit dieser Isotope ist.

Anwendung von Isotopen

Es gibt mehrere Anwendungen, die die Eigenschaften der verschiedenen Isotope eines bestimmten Elements ausnutzen. Die Isotopentrennung ist ein wichtiges technologisches Thema, insbesondere bei schweren Elementen wie Uran oder Plutonium. Leichtere Elemente wie Lithium, Kohlenstoff, Stickstoff und Sauerstoff werden üblicherweise durch Gasdiffusion von ihren Verbindungen wie CO und NO getrennt. Die Trennung von Wasserstoff und Deuterium ist ungewöhnlich, da sie eher auf chemischen als auf physikalischen Eigenschaften basiert, wie beispielsweise im Girdler-Sulfid-Prozess. Uranisotope wurden nach Volumen durch Gasdiffusion, Gaszentrifugation, Laserionisationstrennung und (im Manhattan-Projekt) nach Art der Massenspektrometrie-Produktion getrennt.

Nutzung chemischer und biologischer Eigenschaften

• Die Isotopenanalyse ist die Bestimmung der Isotopensignatur, der relativen Häufigkeit der Isotope eines bestimmten Elements in einer bestimmten Probe. Insbesondere bei Nährstoffen können signifikante Variationen der C-, N- und O-Isotope auftreten, deren Analyse ein breites Anwendungsspektrum hat, beispielsweise zum Nachweis von Verfälschungen in Lebensmitteln oder der geografischen Herkunft von Lebensmitteln mittels Isoscapes. Die Identifizierung einiger vom Mars stammender Meteoriten basiert zum Teil auf der Isotopensignatur der darin enthaltenen Spurengase.
• Die Isotopensubstitution kann verwendet werden, um den Mechanismus einer chemischen Reaktion durch den kinetischen Isotopeneffekt zu bestimmen.
• Eine weitere häufige Anwendung ist die Isotopenmarkierung, die Verwendung ungewöhnlicher Isotope als Tracer oder Marker in chemischen Reaktionen. Normalerweise sind die Atome eines bestimmten Elements nicht voneinander zu unterscheiden. Durch die Verwendung von Isotopen unterschiedlicher Masse können jedoch sogar verschiedene nicht radioaktive stabile Isotope mittels Massenspektrometrie oder Infrarotspektroskopie unterschieden werden. Beispielsweise werden in "Stable Isotope Labeling of Amino Acids in Cell Culture" (SILAC) stabile Isotope verwendet, um Proteine ​​zu quantifizieren. Wenn radioaktive Isotope verwendet werden, können sie durch die von ihnen emittierte Strahlung nachgewiesen werden (dies wird als Radioisotopenmarkierung bezeichnet).
• Isotope werden üblicherweise verwendet, um die Konzentration verschiedener Elemente oder Substanzen unter Verwendung der Isotopenverdünnungsmethode zu bestimmen, bei der bekannte Mengen an isotopensubstituierten Verbindungen mit Proben gemischt werden und die Isotopeneigenschaften der resultierenden Mischungen unter Verwendung von Massenspektrometrie bestimmt werden.

Nukleare Eigenschaften nutzen

• Eine dem Radioisotopen-Tagging ähnliche Methode ist die radiometrische Datierung: Anhand der bekannten Halbwertszeit eines instabilen Elements kann man die Zeit berechnen, die seit dem Vorhandensein einer bekannten Isotopenkonzentration vergangen ist. Das bekannteste Beispiel ist die Radiokohlenstoffdatierung, mit der das Alter kohlenstoffhaltiger Materialien bestimmt wird.
• Einige Formen der Spektroskopie basieren auf den einzigartigen nuklearen Eigenschaften spezifischer Isotope, sowohl radioaktiver als auch stabiler. Beispielsweise kann die Kernspinresonanz (NMR)-Spektroskopie nur für Isotope mit einem Kernspin ungleich Null verwendet werden. Die in der NMR-Spektroskopie am häufigsten verwendeten Isotope sind 1 H, 2 D, 15 N, 13 C und 31 P.
• Die Mössbauer-Spektroskopie stützt sich auch auf die Kernübergänge bestimmter Isotope wie 57 Fe.