On osoitettu, että jokainen luonnossa esiintyvä kemiallinen alkuaine on isotooppien seos (siis niiden atomimassat ovat murto-osia). Ymmärtääkseen, kuinka isotoopit eroavat toisistaan, on tarpeen tarkastella yksityiskohtaisesti atomin rakennetta. Atomi muodostaa ytimen ja elektronipilven. Atomin massaan vaikuttavat elektronit, jotka liikkuvat hämmästyttävällä nopeudella elektronipilven kiertoradalla, ytimen muodostavat neutronit ja protonit.

Mitä isotoopit ovat

isotoopit Kemiallisen alkuaineen atomityyppi. Jokaisessa atomissa on aina yhtä paljon elektroneja ja protoneja. Koska niillä on vastakkaiset varaukset (elektronit ovat negatiivisia ja protonit positiivisia), atomi on aina neutraali (tämä alkuainehiukkanen ei kanna varausta, se on yhtä suuri kuin nolla). Kun elektroni katoaa tai vangitaan, atomi menettää neutraaliuutensa ja muuttuu joko negatiiviseksi tai positiiviseksi ioniksi.
Neutroneilla ei ole varausta, mutta niiden lukumäärä saman alkuaineen atomiytimessä voi olla erilainen. Tämä ei vaikuta atomin neutraalisuuteen, mutta vaikuttaa sen massaan ja ominaisuuksiin. Esimerkiksi jokaisessa vetyatomin isotoopissa on yksi elektroni ja yksi protoni. Ja neutronien määrä on erilainen. Protiumissa on vain yksi neutroni, deuteriumissa on 2 neutronia ja tritiumissa 3 neutronia. Nämä kolme isotooppia eroavat toisistaan ​​huomattavasti ominaisuuksiltaan.

Isotooppien vertailu

Miten isotoopit eroavat toisistaan? Niillä on eri määrä neutroneja, eri massat ja erilaiset ominaisuudet. Isotoopeilla on identtinen elektronikuoren rakenne. Tämä tarkoittaa, että ne ovat melko samanlaisia ​​​​kemiallisilta ominaisuuksiltaan. Siksi heille määrätään yksi paikka jaksollisessa järjestelmässä.
Luonnosta on löydetty stabiileja ja radioaktiivisia (epästabiileja) isotooppeja. Radioaktiivisten isotooppien atomien ytimet voivat muuttua spontaanisti toisiksi ytimiksi. Radioaktiivisen hajoamisen aikana ne lähettävät erilaisia ​​hiukkasia.
Useimmissa alkuaineissa on yli kaksi tusinaa radioaktiivista isotooppia. Lisäksi radioaktiiviset isotoopit syntetisoidaan keinotekoisesti ehdottoman kaikille alkuaineille. Isotooppien luonnollisessa seoksessa niiden pitoisuus vaihtelee hieman.
Isotooppien olemassaolo teki mahdolliseksi ymmärtää, miksi joissain tapauksissa pienemmän atomimassan omaavilla alkuaineilla on suurempi sarjanumero kuin suuremmilla atomimassaisilla elementeillä. Esimerkiksi argon-kalium-parissa argon sisältää raskaita isotooppeja ja kalium kevyitä isotooppeja. Siksi argonin massa on suurempi kuin kaliumin.

ImGist päätti, että isotooppien ero toisistaan ​​on seuraava:

Niissä on eri määrä neutroneja.
Isotoopeilla on eri atomimassat.
Ionien atomimassan arvo vaikuttaa niiden kokonaisenergiaan ja ominaisuuksiin.

Tietty elementti, jolla on sama mutta erilainen. Omistaa ytimiä, joilla on sama numero ja erilainen. numero , niillä on sama elektronikuorten rakenne ja sama paikka jaksossa. kemiallinen järjestelmä. elementtejä. F. Soddy ehdotti termiä "isotoopit" vuonna 1910 merkitsemään kemiallisesti erottumattomia lajikkeita, jotka eroavat fysikaalisesti toisistaan. (pääasiassa radioaktiivinen) St. you. J. Thomson löysi vakaat isotoopit ensimmäisen kerran vuonna 1913 ns. parabolien menetelmä - modernin prototyyppi. . Hän havaitsi, että Ne:llä on vähintään 2 lajiketta, joissa on wt. kello 20 ja 22. Isotooppien nimet ja symbolit ovat yleensä vastaavien kemikaalien nimiä ja symboleja. elementtejä; osoita symbolin vasemmassa yläkulmassa. Esimerkiksi nimeämään luontoa. isotoopit käyttävät ennätysarvoja 35 Cl ja 37 C1; joskus elementti näkyy myös vasemmassa alakulmassa, ts. kirjoita 35 17 Cl ja 37 17 Cl. Vain kevyimmän alkuaineen, vedyn, isotoopit, paino. Osissa 1, 2 ja 3 on erikoistarjouksia. nimet ja symbolit: (1 1 H), (D tai 2 1 H) ja (T tai 3 1 H), vastaavasti. Suuresta massaerosta johtuen näiden isotooppien käyttäytyminen eroaa merkittävästi (katso , ). Stabiileja isotooppeja löytyy kaikista parillisista ja parittomista alkuaineista[ 83. Stabiilien isotooppien lukumäärä alkuaineille, joilla on parillinen luku, voi olla. on yhtä kuin 10 (esim. y); parittomilla alkuaineilla on enintään kaksi stabiilia isotooppia. Tunnettu n. 280 stabiilia ja yli 2000 radioaktiivista isotooppia 116 luonnollisessa ja keinotekoisessa alkuaineessa. Jokaiselle alkuaineelle yksittäisten isotooppien pitoisuus luonnossa. Seoksessa tapahtuu pieniä vaihteluita, jotka voidaan usein jättää huomiotta. Lisää keinoja. isotooppisen koostumuksen vaihtelut havaitaan meteoriiteilla ja muilla taivaankappaleilla. Isotooppisen koostumuksen pysyvyys johtaa maapallolta löydettyjen alkuaineiden pysyvyyteen, joka on tietyn alkuaineen massan keskiarvo, joka on löydetty ottaen huomioon isotooppien runsaus luonnossa. Kevyiden alkuaineiden isotooppisen koostumuksen vaihtelut liittyvät pääsääntöisesti isotooppisen koostumuksen muutokseen hajoamisen aikana. luonnossa esiintyviä prosesseja (esim.). Raskaan alkuaineen Pb osalta eri näytteiden isotooppikoostumuksen vaihtelut selittyvät hajoamisella. sisällöstä ja muista lähteistä ja - luonnon perustajista. . Erot St. tietyn alkuaineen isotoopeissa ns. . Tärkeä käytäntö tehtävänä on saada luonnosta. yksittäisten isotooppien seokset

Radioaktiivisten alkuaineiden ominaisuuksia tutkittaessa havaittiin, että samasta kemiallisesta alkuaineesta löytyy atomeja, joilla on eri ydinmassat. Samaan aikaan niillä on sama ydinvaraus, eli nämä eivät ole kolmansien osapuolten aineiden epäpuhtauksia, vaan sama aine.

Mitä isotoopit ovat ja miksi niitä on olemassa

Mendelejevin jaksollisessa järjestelmässä sekä tietty alkuaine että aineen atomit, joiden ytimen massa on erilainen, vievät yhden solun. Yllä olevan perusteella saman aineen tällaisille lajikkeille annettiin nimi "isotoopit" (kreikan kielestä isos - sama ja topos - paikka). Niin, isotoopit- nämä ovat tietyn kemiallisen alkuaineen lajikkeita, jotka eroavat atomiytimien massasta.

Hyväksytyn ytimen neutroni-protonimallin mukaan isotooppien olemassaolo selitettiin seuraavasti: joidenkin aineatomien ytimet sisältävät eri määrän neutroneja, mutta saman määrän protoneja. Itse asiassa yhden alkuaineen isotooppien ydinvaraus on sama, joten protonien lukumäärä ytimessä on sama. Ytimet eroavat massaltaan, vastaavasti, ne sisältävät eri määrän neutroneja.

Vakaat ja epästabiilit isotoopit

Isotoopit ovat joko stabiileja tai epästabiileja. Tähän mennessä tunnetaan noin 270 stabiilia ja yli 2000 epästabiilia isotooppia. vakaat isotoopit- Nämä ovat kemiallisten alkuaineiden lajikkeita, jotka voivat olla itsenäisesti olemassa pitkään.

Suurin osa epävakaat isotoopit saatu keinotekoisesti. Epästabiilit isotoopit ovat radioaktiivisia, niiden ytimet altistuvat radioaktiiviselle hajoamisprosessille, toisin sanoen spontaanille muuttumiselle toisiksi ytimiksi, johon liittyy hiukkasten ja / tai säteilyn päästöjä. Lähes kaikilla radioaktiivisilla keinotekoisilla isotoopeilla on hyvin lyhyet puoliintumisajat, mitattuna sekunneissa ja jopa sekunnin murto-osissa.

Kuinka monta isotooppia ydin voi sisältää

Ydin ei voi sisältää mielivaltaista määrää neutroneja. Tästä syystä isotooppien määrä on rajoitettu. Jopa protonien määrässä alkuaineista, stabiilien isotooppien määrä voi olla kymmenen. Esimerkiksi tinassa on 10 isotooppia, ksenonissa 9, elohopeassa 7 ja niin edelleen.

Ne elementit protonien määrä on pariton, voi olla vain kaksi stabiilia isotooppia. Joillakin alkuaineilla on vain yksi stabiili isotooppi. Nämä ovat aineita, kuten kulta, alumiini, fosfori, natrium, mangaani ja muut. Tällaiset vaihtelut stabiilien isotooppien lukumäärässä eri alkuaineille liittyvät protonien ja neutronien lukumäärän monimutkaiseen riippuvuuteen ytimen sitoutumisenergiasta.

Lähes kaikki luonnossa esiintyvät aineet esiintyvät isotooppien seoksena. Isotooppien määrä aineen koostumuksessa riippuu aineen tyypistä, atomimassasta ja tietyn kemiallisen alkuaineen stabiilien isotooppien määrästä.

Todennäköisesti maan päällä ei ole sellaista henkilöä, joka ei olisi kuullut isotoopeista. Mutta kaikki eivät tiedä mitä se on. Ilmaus "radioaktiiviset isotoopit" kuulostaa erityisen pelottavalta. Nämä hämärät kemialliset alkuaineet pelottavat ihmiskuntaa, mutta itse asiassa ne eivät ole niin pelottavia kuin miltä ensi silmäyksellä näyttää.

Määritelmä

Radioaktiivisten alkuaineiden käsitteen ymmärtämiseksi on ensin sanottava, että isotoopit ovat näytteitä samasta kemiallisesta alkuaineesta, mutta joilla on eri massat. Mitä se tarkoittaa? Kysymykset katoavat, jos ensin muistamme atomin rakenteen. Se koostuu elektroneista, protoneista ja neutroneista. Kahden ensimmäisen alkuainehiukkasen lukumäärä atomin ytimessä on aina vakio, kun taas neutroneja, joilla on oma massa, voi esiintyä samassa aineessa eri määriä. Tämä seikka aiheuttaa useita kemiallisia alkuaineita, joilla on erilaiset fysikaaliset ominaisuudet.

Nyt voimme antaa tieteellisen määritelmän tutkittavalle käsitteelle. Isotoopit ovat siis kumulatiivinen joukko kemiallisia alkuaineita, joilla on samanlaiset ominaisuudet, mutta joilla on erilaiset massat ja fysikaaliset ominaisuudet. Nykyaikaisemman terminologian mukaan niitä kutsutaan kemiallisen alkuaineen nukleotidien galaksiksi.

Hieman historiaa

Viime vuosisadan alussa tutkijat havaitsivat, että samalla kemiallisella yhdisteellä voi eri olosuhteissa olla eri elektroniytimien massat. Puhtaasti teoreettisesta näkökulmasta katsottuna tällaisia ​​elementtejä voitaisiin pitää uutena ja ne voisivat alkaa täyttää tyhjiä soluja D. Mendelejevin jaksollisessa taulukossa. Mutta siinä on vain yhdeksän vapaata solua, ja tutkijat löysivät kymmeniä uusia elementtejä. Lisäksi matemaattiset laskelmat osoittivat, että löydettyjä yhdisteitä ei voida pitää aiemmin tuntemattomina, koska niiden kemialliset ominaisuudet vastasivat täysin olemassa olevien ominaisuuksia.

Pitkien keskustelujen jälkeen näitä alkuaineita päätettiin kutsua isotoopeiksi ja sijoittaa ne samaan soluun niiden kanssa, joiden ytimissä on sama määrä elektroneja. Tutkijat ovat pystyneet määrittämään, että isotoopit ovat vain joitain kemiallisten alkuaineiden muunnelmia. Niiden esiintymisen syitä ja eliniän kestoa tutkittiin kuitenkin lähes vuosisadan ajan. Vielä 2000-luvun alussa on mahdotonta väittää, että ihmiskunta tietää ehdottomasti kaiken isotoopeista.

Pysyvät ja ei-pysyvät vaihtelut

Jokaisella kemiallisella alkuaineella on useita isotooppeja. Koska niiden ytimissä on vapaita neutroneja, ne eivät aina muodosta stabiileja sidoksia atomin muun osan kanssa. Jonkin ajan kuluttua ytimestä poistuvat vapaat hiukkaset, mikä muuttaa sen massaa ja fysikaalisia ominaisuuksia. Näin muodostuu muita isotooppeja, jotka lopulta johtavat aineen muodostumiseen, jossa on yhtä monta protoneja, neutroneja ja elektroneja.

Aineita, jotka hajoavat hyvin nopeasti, kutsutaan radioaktiivisiksi isotoopeiksi. Ne vapauttavat suuren määrän neutroneja avaruuteen muodostaen voimakasta ionisoivaa gammasäteilyä, joka tunnetaan vahvasta läpäisevyydestään ja vaikuttaa negatiivisesti eläviin organismeihin.

Vakaammat isotoopit eivät ole radioaktiivisia, koska niiden vapauttamien vapaiden neutronien määrä ei pysty tuottamaan säteilyä ja vaikuttamaan merkittävästi muihin atomeihin.

Melko kauan sitten tiedemiehet loivat yhden tärkeän mallin: jokaisella kemiallisella alkuaineella on omat isotooppinsa, pysyvät tai radioaktiiviset. Mielenkiintoista on, että monet niistä saatiin laboratoriossa, ja niiden esiintyminen luonnollisessa muodossaan on vähäistä, eikä niitä aina tallenneta instrumenteilla.

Jakautuminen luonnossa

Luonnollisissa olosuhteissa useimmiten on aineita, joiden isotooppimassa määräytyy suoraan sen järjestysnumeron perusteella D. Mendeleevin taulukossa. Esimerkiksi vedyn, jota merkitään symbolilla H, sarjanumero on 1 ja sen massa on yksi. Sen isotoopit 2H ja 3H ovat luonnossa erittäin harvinaisia.

Jopa ihmiskehossa on tietty määrä radioaktiivisia isotooppeja. Ne pääsevät sisään ruoan mukana hiilen isotooppien muodossa, joka puolestaan ​​​​absorboi kasveja maaperästä tai ilmasta ja siirtyy orgaanisen aineen koostumukseen fotosynteesin aikana. Siksi sekä ihmiset, eläimet että kasvit lähettävät tietyn säteilytaustan. Vain se on niin alhainen, että se ei häiritse normaalia toimintaa ja kasvua.

Isotooppien muodostumiseen vaikuttavia lähteitä ovat maan ytimen sisäkerrokset ja ulkoavaruudesta tuleva säteily.

Kuten tiedät, planeetan lämpötila riippuu suurelta osin sen kuumasta ytimestä. Mutta vasta äskettäin kävi selväksi, että tämän lämmön lähde on monimutkainen lämpöydinreaktio, johon radioaktiiviset isotoopit osallistuvat.

Isotooppien hajoaminen

Koska isotoopit ovat epävakaita muodostumia, voidaan olettaa, että ne hajoavat ajan myötä aina pysyvämmiksi kemiallisten alkuaineiden ytimiksi. Tämä väite on totta, koska tutkijat eivät ole pystyneet havaitsemaan valtavaa määrää radioaktiivisia isotooppeja luonnosta. Ja useimmat niistä, jotka louhittiin laboratorioissa, kestivät muutamasta minuutista useisiin päiviin ja muuttuivat sitten takaisin tavallisiksi kemiallisiksi alkuaineiksi.

Mutta luonnossa on myös isotooppeja, jotka kestävät hyvin hajoamista. Ne voivat olla olemassa miljardeja vuosia. Tällaisia ​​alkuaineita muodostui noina kaukaisina aikoina, jolloin maa oli vielä muodostumassa, eikä sen pinnalla ollut edes kiinteää kuorta.

Radioaktiiviset isotoopit hajoavat ja muodostuvat uudelleen hyvin nopeasti. Siksi tutkijat päättivät harkita sen puoliintumisajan luokkaa isotoopin stabiilisuuden arvioinnin helpottamiseksi.

Puolikas elämä

Kaikille lukijoille ei välttämättä ole heti selvää, mitä tällä käsitteellä tarkoitetaan. Määritellään se. Isotoopin puoliintumisaika on aika, jonka aikana otetun aineen ehdollinen puolikas lakkaa olemasta.

Tämä ei tarkoita, että loput yhteydestä tuhoutuisivat samassa ajassa. Tämän puolikkaan suhteen on tarpeen harkita eri luokkaa - ajanjaksoa, jonka aikana sen toinen osa, eli neljännes aineen alkuperäisestä määrästä, katoaa. Ja tämä pohdiskelu jatkuu loputtomiin. Voidaan olettaa, että alkuperäisen ainemäärän täydellisen hajoamisajan laskeminen on yksinkertaisesti mahdotonta, koska tämä prosessi on käytännössä loputon.

Puoliintumisajan tuntevat tiedemiehet voivat kuitenkin määrittää, kuinka paljon ainetta oli olemassa alussa. Näitä tietoja käytetään menestyksekkäästi läheisissä tieteissä.

Nykyaikaisessa tieteellisessä maailmassa täydellisen rappeutumisen käsitettä ei käytännössä käytetä. Jokaiselle isotoopille on tapana ilmoittaa sen puoliintumisaika, joka vaihtelee muutamasta sekunnista useisiin miljardeihin vuosiin. Mitä pienempi puoliintumisaika, sitä enemmän aineesta tulee säteilyä ja sitä suurempi on sen radioaktiivisuus.

Mineraalien rikastaminen

Joillakin tieteen ja teknologian aloilla suhteellisen suurten radioaktiivisten aineiden käyttöä pidetään pakollisena. Mutta samaan aikaan luonnollisissa olosuhteissa tällaisia ​​​​yhdisteitä on hyvin vähän.

Tiedetään, että isotoopit ovat kemiallisten alkuaineiden harvinaisia ​​muunnelmia. Niiden lukumäärää mitataan muutamalla prosentilla vastustuskykyisimmästä lajikkeesta. Siksi tutkijoiden on suoritettava fossiilisten materiaalien keinotekoinen rikastaminen.

Vuosien tutkimustyön aikana saatiin selville, että isotoopin hajoamiseen liittyy ketjureaktio. Yhden aineen vapautuneet neutronit alkavat vaikuttaa toiseen. Tämän seurauksena raskaat ytimet hajoavat kevyemmiksi ja saadaan uusia kemiallisia alkuaineita.

Tätä ilmiötä kutsutaan ketjureaktioksi, jonka seurauksena voidaan saada vakaampia, mutta vähemmän yleisiä isotooppeja, joita käytetään myöhemmin kansantaloudessa.

Hajoamisenergian soveltaminen

Tutkijat havaitsivat myös, että radioaktiivisen isotoopin hajoamisen aikana vapautuu valtava määrä vapaata energiaa. Sen määrä mitataan yleensä Curie-yksiköllä, joka on yhtä suuri kuin 1 g radon-222:n fissioaika 1 sekunnissa. Mitä korkeampi tämä indikaattori, sitä enemmän energiaa vapautuu.

Tämä oli syy ilmaisen energian käyttötapojen kehittämiseen. Näin syntyivät ydinreaktorit, joihin sijoitetaan radioaktiivinen isotooppi. Suurin osa sen luovuttamasta energiasta kerätään ja muunnetaan sähköksi. Näiden reaktorien pohjalta rakennetaan ydinvoimaloita, jotka tuottavat halvinta sähköä. Tällaisten reaktorien supistetut versiot laitetaan itseliikkuviin mekanismeihin. Onnettomuusvaara huomioon ottaen tällaiset koneet ovat useimmiten sukellusveneitä. Reaktorivian sattuessa sukellusveneen uhrien määrä on helpompi minimoida.

Toinen erittäin pelottava vaihtoehto puoliintumisajan energian käyttämiseen ovat atomipommit. Toisen maailmansodan aikana niitä testattiin ihmiskunnalla Japanin kaupungeissa Hiroshimassa ja Nagasakissa. Seuraukset olivat erittäin surullisia. Siksi maailmalla on sopimus näiden vaarallisten aseiden käyttämättä jättämisestä. Samaan aikaan suuret militarisointiin keskittyvät valtiot jatkavat tämän alan tutkimusta tänään. Lisäksi monet heistä tekevät salaa maailmanyhteisöltä atomipommeja, jotka ovat tuhansia kertoja vaarallisempia kuin Japanissa käytetyt.

Isotoopit lääketieteessä

Rauhanomaisiin tarkoituksiin radioaktiivisten isotooppien hajoamista on opittu käyttämään lääketieteessä. Ohjaamalla säteilyä vaurioituneelle kehon alueelle on mahdollista pysäyttää taudin kulku tai auttaa potilasta toipumaan kokonaan.

Mutta useammin radioaktiivisia isotooppeja käytetään diagnostiikassa. Asia on siinä, että niiden liike ja klusterin luonne on helpoin korjata niiden tuottaman säteilyn avulla. Joten tietty ei-vaarallinen määrä radioaktiivista ainetta joutuu ihmiskehoon, ja lääkärit tarkkailevat instrumenttien avulla, miten ja minne se pääsee.

Siten diagnosoidaan aivojen toiminta, syöpäkasvainten luonne, endokriinisten ja ulkoisten eritysrauhasten työn piirteet.

Sovellus arkeologiassa

Tiedetään, että elävissä organismeissa on aina radioaktiivista hiili-14:ää, jonka isotoopin puoliintumisaika on 5570 vuotta. Lisäksi tutkijat tietävät, kuinka paljon tätä elementtiä on kehossa hänen kuolemansa hetkeen saakka. Tämä tarkoittaa, että kaikki kaadetut puut lähettävät saman määrän säteilyä. Ajan myötä säteilyn voimakkuus vähenee.

Tämä auttaa arkeologeja määrittämään, kuinka kauan sitten puu, josta keittiö tai mikä tahansa muu laiva rakennettiin, kuoli, ja siten myös rakentamisajankohdan. Tätä tutkimusmenetelmää kutsutaan radioaktiivisen hiilen analyysiksi. Hänen ansiostaan ​​tutkijoiden on helpompi määrittää historiallisten tapahtumien kronologia.

isotoopit- kemiallisen alkuaineen atomien (ja ytimien) lajikkeet, joilla on sama järjestysluku, mutta eri massaluvut.

Termi isotooppi muodostuu kreikkalaisista juurista isos (ἴσος "tasa-arvoinen") ja topos (τόπος "paikka"), mikä tarkoittaa "samaa paikkaa"; Siten nimen merkitys on, että saman alkuaineen eri isotoopit ovat samassa paikassa jaksollisessa taulukossa.

Kolme vedyn luonnollista isotooppia. Se, että jokaisella isotoopilla on yksi protoni, sisältää muunnelmia vedystä: isotoopin identiteetti määräytyy neutronien lukumäärän mukaan. Vasemmalta oikealle isotoopit ovat protium (1H), jossa on nolla neutronia, deuterium (2H) yhdellä neutronilla ja tritium (3H), jossa on kaksi neutronia.

Protonien lukumäärää atomin ytimessä kutsutaan atomiluvuksi ja se on yhtä suuri kuin elektronien lukumäärä neutraalissa (ionisoimattomassa) atomissa. Jokainen atominumero identifioi tietyn alkuaineen, mutta ei isotooppia; Tietyn alkuaineen atomilla voi olla laaja neutronien lukumäärä. Nukleonien (sekä protonien että neutronien) lukumäärä ytimessä on atomin massaluku, ja tietyn alkuaineen jokaisella isotoopilla on eri massaluku.

Esimerkiksi hiili-12, hiili-13 ja hiili-14 ovat kolme alkuainehiilen isotooppia, joiden massaluvut ovat vastaavasti 12, 13 ja 14. Hiilen atomiluku on 6, mikä tarkoittaa, että jokaisessa hiiliatomissa on 6 protonia, joten näiden isotooppien neutronimäärät ovat vastaavasti 6, 7 ja 8.

Huklidit ja isotoopit

Nuklidi kuuluu ytimeen, ei atomiin. Identtiset ytimet kuuluvat samaan nuklidiin, esimerkiksi jokainen hiili-13 nuklidiydin koostuu 6 protonista ja 7 neutronista. Nuklidien käsite (jotka viittaa yksittäisiin ydinlajeihin) korostaa ydinominaisuuksia kemiallisten ominaisuuksien sijaan, kun taas isotooppikonsepti (ryhmittää kunkin alkuaineen kaikki atomit) korostaa kemiallista reaktiota ydinvoiman sijaan. Neutroniluvulla on suuri vaikutus ytimien ominaisuuksiin, mutta sen vaikutus kemiallisiin ominaisuuksiin on useimmilla alkuaineilla mitätön. Jopa kevyimmissä alkuaineissa, joissa neutronien suhde atomimäärään vaihtelee eniten isotooppien välillä, sillä on yleensä vain vähäinen vaikutus, vaikka sillä on joissakin tapauksissa merkitystä (vedylle, kevyimmälle alkuaineelle, isotooppivaikutus on suuri. Vaikuttaa suuresti biologiaan). Koska isotooppi on vanhempi termi, se tunnetaan paremmin kuin nuklidi, ja sitä käytetään edelleen satunnaisesti yhteyksissä, joissa nuklidi saattaa olla sopivampi, kuten ydinteknologia ja isotooppilääketiede.

Merkintä

Isotooppi tai nuklidi tunnistetaan tietyn alkuaineen nimellä (tämä osoittaa atominumeron), jota seuraa yhdysmerkki ja massanumero (esimerkiksi helium-3, helium-4, hiili-12, hiili-14, uraani -235 ja uraani-239). Kun käytetään kemiallista symbolia, esim. "C" hiilelle, standardimerkintä (tunnetaan nyt "AZE-merkintänä", koska A on massaluku, Z on atomiluku ja E elementille) osoittaa massaluvun (nukleonien lukumäärän) yläindeksillä kemiallisen symbolin vasemmassa yläkulmassa ja osoita atominumero alaindeksillä vasemmassa alakulmassa). Koska atominumero annetaan alkuaineen symbolilla, yleensä vain yläindeksin massaluku annetaan, atomiindeksiä ei anneta. Kirjain m liitetään joskus massaluvun perään osoittamaan ydinisomeeriä, metastabiilia tai energeettisesti virittynyttä ydintilaa (toisin kuin alhaisimman energian perustila), kuten 180m 73Ta (tantaali-180m).

Radioaktiiviset, primaariset ja vakaat isotoopit

Jotkut isotoopit ovat radioaktiivisia, ja siksi niitä kutsutaan radioisotoopeiksi tai radionuklideiksi, kun taas toisten ei ole koskaan havaittu hajoavan radioaktiivisesti, ja niitä kutsutaan stabiileiksi isotoopeiksi tai stabiileiksi nuklideiksi. Esimerkiksi 14 C on hiilen radioaktiivinen muoto, kun taas 12 C ja 13 C ovat stabiileja isotooppeja. Maapallolla on noin 339 luonnossa esiintyvää nuklidia, joista 286 on alkunuklideja, mikä tarkoittaa, että ne ovat olleet olemassa aurinkokunnan muodostumisesta lähtien.

Alkuperäiset nuklidit sisältävät 32 nuklidia, joilla on erittäin pitkä puoliintumisaika (yli 100 miljoonaa vuotta) ja 254, joita muodollisesti pidetään "stabiileina nuklideina", koska niiden ei ole havaittu hajoavan. Useimmissa tapauksissa, ilmeisistä syistä, jos alkuaineella on stabiileja isotooppeja, nämä isotoopit hallitsevat maapallon ja aurinkokunnan alkuaineiden runsautta. Kuitenkin kolmen alkuaineen (telluuri, indium ja renium) tapauksessa runsain luonnossa esiintyvä isotooppi on itse asiassa yksi (tai kaksi) alkuaineen erittäin pitkäikäistä radioisotooppia huolimatta siitä, että näillä alkuaineilla on yksi tai useampi stabiili isotooppi.

Teoria ennustaa, että monet näennäisesti "stabiilit" isotoopit/nuklidit ovat radioaktiivisia ja niillä on erittäin pitkät puoliintumisajat (ei oteta huomioon protonien hajoamisen mahdollisuutta, joka tekisi kaikista nuklideista lopulta epävakaita). Niistä 254 nuklidista, joita ei ole koskaan havaittu, vain 90 niistä (kaikki ensimmäisistä 40 alkuaineesta) kestää teoreettisesti kaikkia tunnettuja hajoamismuotoja. Alkuaine 41 (niobium) on teoriassa epävakaa spontaanin fission vuoksi, mutta tätä ei ole koskaan löydetty. Monet muut stabiilit nuklidit ovat teoriassa energeettisesti herkkiä muille tunnetuille hajoamismuodoille, kuten alfahajoamiselle tai kaksois-beetahajoamiselle, mutta hajoamistuotteita ei ole vielä havaittu, joten näitä isotooppeja pidetään "havainnon kannalta stabiileina". Näiden nuklidien ennustetut puoliintumisajat ylittävät usein suuresti universumin arvioidun iän, ja itse asiassa tunnetaan myös 27 radionuklidia, joiden puoliintumisajat ovat pidempiä kuin maailmankaikkeuden ikä.

Keinotekoisesti luotuja radioaktiivisia nuklideja tunnetaan tällä hetkellä 3339. Näihin kuuluu 905 nuklidia, jotka ovat joko stabiileja tai joiden puoliintumisaika on yli 60 minuuttia.

Isotooppien ominaisuudet

Kemialliset ja molekyyliset ominaisuudet

Neutraalissa atomissa on sama määrä elektroneja kuin protoneissa. Siten tietyn alkuaineen eri isotoopeilla on sama määrä elektroneja ja niillä on samanlainen elektronirakenne. Koska atomin kemiallinen käyttäytyminen määräytyy suurelta osin sen elektronisen rakenteen perusteella, eri isotoopeilla on lähes identtinen kemiallinen käyttäytyminen.

Poikkeuksena on kineettinen isotooppivaikutus: suuren massansa vuoksi raskaammat isotoopit reagoivat jonkin verran hitaammin kuin saman alkuaineen kevyet isotoopit. Tämä on selkein protiumilla (1 H), deuteriumilla (2 H) ja tritiumilla (3 H), koska deuteriumilla on kaksinkertainen massa protiumiin ja tritiumilla on kolme kertaa protiumin massa. Nämä massaerot vaikuttavat myös niiden vastaavien kemiallisten sidosten käyttäytymiseen muuttamalla atomijärjestelmien painopistettä (vähennetty massa). Raskaampien alkuaineiden suhteellinen massaero isotooppien välillä on kuitenkin paljon pienempi, joten massaeron vaikutukset kemiassa ovat yleensä mitättömiä. (Raskaissa elementeissä on myös suhteellisesti enemmän neutroneja kuin kevyemmissä elementeissä, joten ydinmassan suhde elektronin kokonaismassaan on jonkin verran suurempi.)

Vastaavasti kahdella molekyylillä, jotka eroavat vain atomiensa isotooppeilta (isotopologit), on sama elektroninen rakenne ja siten lähes erottamattomat fysikaaliset ja kemialliset ominaisuudet (jälleen, deuterium ja tritium ovat ensisijaisia ​​poikkeuksia). Molekyylin värähtelytavat määräytyvät sen muodon ja sen muodostavien atomien massojen perusteella; Siksi eri isotopologeilla on erilaisia ​​​​värähtelymuotoja. Koska värähtelytilat sallivat molekyylin absorboida oikean energian fotoneja, isotopologeilla on erilaiset optiset ominaisuudet infrapunassa.

Ydinominaisuudet ja stabiilius

Isotooppiset puoliintumisajat. Stabiilien isotooppien kaavio poikkeaa Z = N -viivasta, kun elementtiluku Z kasvaa

Atomiytimet koostuvat protoneista ja neutroneista, joita sitoo yhteen vahva jäännösvoima. Koska protonit ovat positiivisesti varautuneita, ne hylkivät toisiaan. Neutronit, jotka ovat sähköisesti neutraaleja, stabiloivat ytimen kahdella tavalla. Niiden kosketus työntää protoneja hieman taaksepäin, mikä vähentää protonien välistä sähköstaattista hylkimistä, ja ne kohdistavat houkuttelevan ydinvoiman toisiinsa ja protoneihin. Tästä syystä tarvitaan yksi tai useampi neutroni kahden tai useamman protonin sitoutumiseen ytimeen. Protonien määrän kasvaessa neutronien ja protonien välinen suhde kasvaa vakaan ytimen aikaansaamiseksi (katso kuvaaja oikealla). Esimerkiksi vaikka suhde neutroni: protoni 3 2 He on 1:2, suhde neutroni: protoni 238 92 U
Yli 3:2. Useilla kevyemmillä alkuaineilla on stabiileja nuklideja, joiden suhde on 1:1 (Z = N). Nuklidi 40 20 Ca (kalsium-40) on havaittavissa raskain stabiili nuklidi, jolla on sama määrä neutroneja ja protoneja; (Teoreettisesti raskain talli on rikki-32). Kaikki vakaat nuklidit, jotka ovat raskaampia kuin kalsium-40, sisältävät enemmän neutroneja kuin protoneja.

Isotooppien lukumäärä alkuainetta kohden

81 alkuaineesta, joilla on stabiileja isotooppeja, suurin määrä stabiileja isotooppeja mille tahansa alkuaineelle on kymmenen (alkuaineelle tina). Yhdelläkään alkuaineella ei ole yhdeksää stabiilia isotooppia. Ksenon on ainoa alkuaine, jolla on kahdeksan stabiilia isotooppia. Neljällä alkuaineella on seitsemän stabiilia isotooppia, joista kahdeksalla on kuusi stabiilia isotooppia, kymmenellä on viisi stabiilia isotooppia, yhdeksällä on neljä stabiilia isotooppia, viidellä on kolme stabiilia isotooppia, 16:lla on kaksi stabiilia isotooppia ja 26 alkuaineella on vain yksi (joista 19 on ns. mononuklidialkuaineet, joilla on yksi alkuperäinen stabiili isotooppi, joka hallitsee ja kiinnittää suurella tarkkuudella luonnollisen alkuaineen atomipainon, mukana on myös 3 radioaktiivista mononuklidialkuainetta). Yhteensä on 254 nuklidia, joiden ei ole havaittu hajoavan. 80 alkuaineelle, joissa on yksi tai useampi stabiili isotooppi, stabiilien isotooppien keskimääräinen lukumäärä on 254/80 = 3,2 isotooppia elementtiä kohden.

Parillinen ja pariton määrä nukleoneja

Protonit: Neutronien suhde ei ole ainoa ydinvakauteen vaikuttava tekijä. Se riippuu myös sen atomiluvun Z pariteetista tai parittomuudesta, neutronien lukumäärästä N, eli niiden massaluvun A summasta. Pariton sekä Z että N pyrkivät alentamaan ytimen sitoutumisenergiaa, jolloin syntyy parittomia ytimiä, jotka ovat yleensä vähemmän vakaita. . Tällä merkittävällä erolla naapuriytimien, erityisesti parittomien isobaarien, välisessä ydinsidosenergiassa on tärkeitä seurauksia: epästabiilit isotoopit, joissa on optimaalinen määrä neutroneja tai protoneja, hajoavat beetahajoamisen (mukaan lukien positronihajoamisen), elektronien sieppauksen tai muiden eksoottisten keinojen, kuten spontaanin fission ja rappeutuminen, klusterit.

Useimmat stabiilit nuklidit ovat parillinen määrä protoneja ja parillinen määrä neutroneja, joissa Z, N ja A ovat kaikki parillisia. Parittomat stabiilit nuklidit jaetaan (suunnilleen tasaisesti) parittomiin.

atominumero

148 parillisen protoni- ja parillisen neutronin (EE) nuklidia muodostavat ~58 % kaikista stabiileista nuklideista. Siellä on myös 22 alkuperäistä pitkäikäistä tasaista nuklidia. Tämän seurauksena jokaisessa 41 parillisessa elementissä 2-82 on vähintään yksi stabiili isotooppi, ja useimmilla näistä alkuaineista on useita primäärisiä isotooppeja. Puolella näistä parillisista alkuaineista on kuusi tai enemmän stabiilia isotooppia. Helium-4:n äärimmäinen stabiilius, joka johtuu kahden protonin ja kahden neutronin binäärisitoutumisesta, estää viidestä tai kahdeksasta nukleonia sisältävien nuklidien olemassaolosta riittävän kauan toimiakseen alustana raskaampien alkuaineiden kerääntymiselle ydinfuusion kautta.

Näissä 53 stabiilissa nuklidissa on parillinen määrä protoneja ja pariton määrä neutroneja. Ne ovat vähemmistö verrattuna parillisiin isotoopeihin, joita on noin 3 kertaa enemmän. Niistä 41 parillisen Z-elementin joukosta, joilla on stabiili nuklidi, vain kahdella alkuaineella (argonilla ja ceriumilla) ei ole parillisen ja parittoman stabiileja nuklideja. Yhdellä elementillä (tinalla) on kolme. On 24 elementtiä, joissa on yksi parillinen nuklidi ja 13, joissa on kaksi pariton nuklidi.

Parittomien neutronilukujensa vuoksi parittomilla nuklideilla on yleensä suuret neutronien sieppauspoikkileikkaukset johtuen neutronien kytkentävaikutuksista tulevasta energiasta. Näitä stabiileja nuklideja voi olla epätavallisen runsaasti luonnossa, pääasiassa siksi, että muodostuakseen ja päästäkseen alkukantaiseen runsauttamiseen, niiden on vältettävä neutronien sieppaamista muodostaakseen vielä muita stabiileja parittomia isotooppeja prosessin aikana ja r on neutronien sieppausprosessi nukleosynteesin aikana.

pariton atomiluku

48 stabiilia parittomien protonien ja parillisten neutronien nuklidia, jotka ovat stabiloituneet parillisella neutroniparilla, muodostavat suurimman osan parittomien alkuaineiden stabiileista isotoopeista; Hyvin harvat parittomat-protoni-parittomat neutroninuklidit muodostavat muita. Parittomia alkuaineita Z = 1 - 81 on 41, joista 39:llä on stabiileja isotooppeja (alkuaineilla teknetium (43 Tc) ja prometium (61 Pm) ei ole stabiileja isotooppeja). Näistä 39 parittomasta Z-alkuaineesta 30 alkuaineessa (mukaan lukien vety-1, jossa 0 neutronia on parillinen) on yksi stabiili pariton isotooppi ja yhdeksän alkuainetta: kloori (17 Cl), kalium (19K), kupari (29 Cu), galliumilla (31 Ga), bromilla (35 Br), hopealla (47 Ag), antimonilla (51 Sb), iridiumilla (77 Ir) ja talliumilla (81 Tl) on kummallakin kaksi parittoman tai parillisen stabiilia isotooppia. Näin saadaan 30 + 2 (9) = 48 stabiilia parillista isotooppia.

Vain viisi stabiilia nuklidia sisältää sekä parittoman määrän protoneja että parittoman määrän neutroneja. Ensimmäiset neljä "pariton-pariton" nuklidia esiintyy pienimolekyylisissä nuklideissa, joiden protonista neutroniksi tai päinvastoin muuttuminen johtaa erittäin vinoon protoni-neutronisuhteeseen.

Ainoa täysin "stabiili", pariton-pariton nuklidi on 180m 73 Ta, jota pidetään harvinaisimpana 254 stabiilista isotoopista ja se on ainoa ydinisomeeri, jonka ei ole vielä havaittu hajoavan kokeellisista yrityksistä huolimatta.

Pariton määrä neutroneja

Aktinidit, joissa on pariton määrä neutroneja, pyrkivät fissioon (lämpöneutroneilla), kun taas ne, joilla on parillinen neutronimäärä, eivät, vaikka ne fissioivat nopeiksi neutroneiksi. Kaikilla havainnollisesti stabiileilla parittomilla ja parittomilla nuklideilla on nollasta poikkeava kokonaislukuspin. Tämä johtuu siitä, että yhdellä parittoman neutronilla ja parittoman protonilla on enemmän ydinvoiman vetovoimaa toisiaan kohtaan, jos niiden spinit ovat kohdakkain (tuottaen vähintään 1 yksikön kokonaisspin) sen sijaan, että ne ovat kohdakkain.

Esiintyminen luonnossa

Alkuaineet koostuvat yhdestä tai useammasta luonnollisesti esiintyvästä isotoopista. Epästabiilit (radioaktiiviset) isotoopit ovat joko ensisijaisia ​​tai jälkiesimerkkejä. Alkuperäiset isotoopit olivat tähtien nukleosynteesin tai muun tyyppisen nukleosynteesin, kuten kosmisen säteen halkeamisen, tuotetta, ja ne ovat säilyneet tähän päivään asti, koska niiden hajoamisnopeus on niin hidas (esim. uraani-238 ja kalium-40). Luonnonjälkeisiä isotooppeja on syntynyt kosmisen säteen pommituksella kosmogeenisina nuklideina (esim. tritium, hiili-14) tai radioaktiivisen alkuisotoopin hajoamisena radioaktiivisen radiogeenisen nuklidin tytärlajiksi (esim. uraanista radiumiksi). Useita isotooppeja syntetisoidaan luonnollisesti nukleogeenisinä nuklideina muissa luonnollisissa ydinreaktioissa, kuten silloin, kun luonnollisesta ydinfissiosta peräisin olevat neutronit absorboituvat toiseen atomiin.

Kuten edellä mainittiin, vain 80 alkuaineella on stabiileja isotooppeja ja 26:lla niistä on vain yksi stabiili isotooppi. Näin ollen noin kaksi kolmasosaa pysyvistä alkuaineista esiintyy luonnossa maapallolla muutamissa stabiileissa isotoopeissa, ja suurin määrä stabiileja isotooppeja alkuaineelle on kymmenen, tinalla (50Sn). Maapallolla on noin 94 alkuainetta (plutonium mukaan lukien), vaikka joitain niistä löytyy vain hyvin pieniä määriä, kuten plutonium-244. Tutkijat uskovat, että maapallolla luonnossa esiintyviä alkuaineita (jotkut vain radioisotooppeina) esiintyy yhteensä 339 isotooppina (nuklideina). Vain 254 näistä luonnossa esiintyvistä isotoopeista on pysyviä siinä mielessä, että niitä ei ole havaittu tähän mennessä. Lisäksi 35 alkunuklidia (yhteensä 289 alkunuklidia) ovat radioaktiivisia, joiden puoliintumisajat tunnetaan, mutta niiden puoliintumisajat ovat yli 80 miljoonaa vuotta, mikä mahdollistaa niiden olemassaolon aurinkokunnan alusta lähtien.

Kaikki tunnetut vakaat isotoopit esiintyvät luonnossa maapallolla; Muut luonnolliset isotoopit ovat radioaktiivisia, mutta johtuen niiden suhteellisen pitkästä puoliintumisajasta tai muista jatkuvista luonnollisista tuotantomenetelmistä. Näitä ovat edellä mainitut kosmogeeniset nuklidit, nukleogeeniset nuklidit ja kaikki radiogeeniset isotoopit, jotka ovat seurausta ensisijaisen radioaktiivisen isotoopin, kuten radonin ja uraanista peräisin olevan radiumin, jatkuvasta hajoamisesta.

Toiset noin 3000 radioaktiivista isotooppia, joita ei löydy luonnosta, on luotu ydinreaktoreissa ja hiukkaskiihdyttimissä. Monia lyhytikäisiä isotooppeja, joita ei luonnollisesti esiinny maapallolla, on havaittu myös spektroskooppisella analyysillä, joka on luontaisesti syntynyt tähdissä tai supernoveissa. Esimerkkinä on alumiini-26, jota ei luonnossa esiinny maapallolla, mutta sitä löytyy runsaasti tähtitieteellisessä mittakaavassa.

Alkuaineiden taulukoidut atomimassat ovat keskiarvoja, jotka selittävät useiden eri massaisten isotooppien läsnäolon. Ennen isotooppien löytämistä empiirisesti määritetyt integroimattomat arvot atomimassalle hämmentyivät tutkijoita. Esimerkiksi kloorinäyte sisältää 75,8 % kloori-35:tä ja 24,2 % kloori-37:ää, jolloin keskimääräinen atomimassa on 35,5 atomimassayksikköä.

Yleisesti hyväksytyn kosmologian teorian mukaan alkuräjähdyksessä syntyi vain vedyn ja heliumin isotooppeja, jälkiä joistakin litiumin ja berylliumin isotoopeista sekä mahdollisesti booria, ja kaikki muut isotoopit syntetisoitiin myöhemmin tähdissä ja supernoveissa. sekä energeettisten hiukkasten, kuten kosmisten säteiden, ja aiemmin saatujen isotooppien vuorovaikutuksessa. Vastaava isotooppien isotooppien runsaus Maan päällä johtuu näiden prosessien tuottamista määristä, niiden etenemisestä galaksin läpi ja isotooppien hajoamisnopeudesta, jotka ovat epävakaita. Aurinkokunnan alkuperäisen sulautumisen jälkeen isotoopit jakautuivat uudelleen massan mukaan, ja alkuaineiden isotooppinen koostumus vaihtelee hieman planeetoittain. Tämä mahdollistaa joskus meteoriittien alkuperän jäljittämisen.

Isotooppien atomimassa

Isotoopin atomimassa (mr) määräytyy pääasiassa sen massaluvun (eli nukleonien lukumäärän sen ytimessä) perusteella. Pienet korjaukset johtuvat ytimen sitoutumisenergiasta, protonin ja neutronin pienestä massaerosta sekä atomiin liittyvien elektronien massasta.

Massa numero on mittaton määrä. Atomimassa puolestaan ​​mitataan käyttämällä atomimassan yksikköä, joka perustuu hiili-12-atomin massaan. Se on merkitty symboleilla "u" (yhtenäinen atomimassayksikkö) tai "Da" (daltonia).

Alkuaineen luonnollisten isotooppien atomimassat määräävät alkuaineen atomimassan. Kun alkuaine sisältää N isotooppia, alla oleva lauseke koskee keskimääräistä atomimassaa:

Missä m 1 , m 2 , …, mN ovat kunkin yksittäisen isotoopin atomimassat ja x 1 , …, xN on näiden isotooppien suhteellinen runsaus.

Isotooppien käyttö

On olemassa useita sovelluksia, jotka hyödyntävät tietyn alkuaineen eri isotooppien ominaisuuksia. Isotooppien erottaminen on tärkeä teknologinen ongelma erityisesti raskaiden alkuaineiden, kuten uraanin tai plutoniumin, kanssa. Kevyemmät alkuaineet, kuten litium, hiili, typpi ja happi, erotetaan yleensä niiden yhdisteiden, kuten CO ja NO, kaasudiffuusiolla. Vedyn ja deuteriumin erottaminen on epätavallista, koska se perustuu pikemminkin kemiallisiin kuin fysikaalisiin ominaisuuksiin, kuten Girdler-sulfidiprosessissa. Uraani-isotoopit on erotettu tilavuuden mukaan kaasudiffuusiolla, kaasusentrifugoinnilla, laserionisaatioerotuksella ja (Manhattan-projektissa) massaspektrometriatuotannon tyypin mukaan.

Kemiallisten ja biologisten ominaisuuksien käyttö

• Isotooppianalyysi on isotooppisen allekirjoituksen, tietyn alkuaineen isotooppien suhteellisen runsauden määrittäminen tietyssä näytteessä. Erityisesti ravintoaineiden osalta C-, N- ja O-isotoopeissa voi esiintyä merkittäviä vaihteluita, joiden analysoinnilla on monenlaisia ​​sovelluksia, kuten elintarvikkeiden väärennösten tai elintarvikkeiden maantieteellisen alkuperän havaitseminen isomaisemilla. Joidenkin Marsista peräisin olevien meteoriittien tunnistaminen perustuu osittain niiden sisältämien hivenkaasujen isotooppiseen allekirjoitukseen.
• Isotooppisen substituution avulla voidaan määrittää kemiallisen reaktion mekanismi kineettisen isotooppivaikutuksen kautta.
• Toinen yleinen sovellus on isotooppileimaus, epätavallisten isotooppien käyttö merkkiaineina tai merkkiaineina kemiallisissa reaktioissa. Yleensä tietyn alkuaineen atomeja ei voi erottaa toisistaan. Kuitenkin käyttämällä eri massaisia ​​isotooppeja voidaan massaspektrometrialla tai infrapunaspektroskopialla erottaa jopa erilaisia ​​ei-radioaktiivisia stabiileja isotooppeja. Esimerkiksi "Stable Isotope Labeling of Amino Acids in Cell Culture" (SILAC) -julkaisussa stabiileja isotooppeja käytetään proteiinien kvantifiointiin. Jos käytetään radioaktiivisia isotooppeja, ne voidaan havaita niiden lähettämän säteilyn perusteella (tätä kutsutaan radioisotooppimerkinnällä).
• Isotooppeja käytetään yleisesti eri alkuaineiden tai aineiden pitoisuuksien määrittämiseen isotooppilaimennusmenetelmällä, jossa näytteisiin sekoitetaan tunnetut määrät isotooppisesti substituoituja yhdisteitä ja syntyvien seosten isotooppiset ominaisuudet määritetään massaspektrometrialla.

Ydinominaisuuksien käyttö

• Radioisotooppitunnistuksen kaltainen menetelmä on radiometrinen päivämäärä: käyttämällä epästabiilin alkuaineen tunnettua puoliintumisaikaa voidaan laskea aika, joka on kulunut tunnetun isotooppipitoisuuden olemassaolosta. Tunnetuin esimerkki on radiohiilidataus, jota käytetään hiilipitoisten materiaalien iän määrittämiseen.
• Jotkut spektroskopian muodot perustuvat tiettyjen radioaktiivisten ja stabiilien isotooppien ainutlaatuisiin ydinominaisuuksiin. Esimerkiksi ydinmagneettista resonanssispektroskopiaa (NMR) voidaan käyttää vain isotoopeille, joiden ydinspin ei ole nolla. Yleisimmät NMR-spektroskopiassa käytetyt isotoopit ovat 1 H, 2 D, 15 N, 13 C ja 31 P.
• Mössbauer-spektroskopia perustuu myös tiettyjen isotooppien, kuten 57 Fe:n, ydinsiirtymiin.