Isotop

Från Wikipedia
(Omdirigerad från Stabil isotop)
Hoppa till: navigering, sök
förenklade modeller av isotoper av väte, neutronerna är svarta på bilden, protonerna röda och elektronerna blå.
En isotopkarta.

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

Atomslaget bestäms av antalet protoner i kärnan, atomnumret, och är avgörande för elektronkonfigurationen, och därmed de kemiska egenskaperna hos ett ämne. I kärnan finns också för de flesta grundämnen neutroner, vilka påverkar de kemiska egenskaperna i långt mindre grad. Olika isotoper av samma ämne har därför vanligen nästan helt identiska kemiska egenskaper.

Skillnaderna i masstal kan dock innebära att vissa fysikaliska egenskaper, som densitet, smältpunkt och kokpunkt, är olika. För väte, där atommassan är låg från början, påverkar också skillnaden i massa mellan vanligt och tungt väte de kemiska egenskaperna något. Dessutom varierar atomkärnans stabilitet kraftigt mellan olika isotoper, varför man vanligen bara kan hitta ett fåtal olika isotoper i naturen. Andra isotoper kan skapas i laboratorier, men är då radioaktiva.

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

Stabila isotoper[redigera | redigera wikitext]

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

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

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

Instabila isotoper[redigera | redigera wikitext]

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

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

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

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

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

Radioaktiva ämnen[redigera | redigera wikitext]

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

Exempel på isotoper[redigera | redigera wikitext]

Den upphöjda siffran i exemplen anger masstalet.

Väte[redigera | redigera wikitext]

Väte har atomnummer 1, och förekommer som

1H (protium), 99,985 %, stabil
2H (deuterium), 0,015 %, stabil
3H (tritium), halveringstid 12,2 år. Nybildas av kosmisk strålning.

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

Kol[redigera | redigera wikitext]

Kol har atomnummer 6 och förekommer naturligt som

12C, 98,9 %, stabil
13C, 1,1 %, stabil
14C, spår, halveringstid 5730 år. Nybildas av kosmisk strålning.

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

Uran[redigera | redigera wikitext]

Uran har atomnummer 92 och förekommer naturligt som

234U, 0,006 %, halveringstid 0,25 miljon år. Sönderfallsprodukt i 238U:s sönderfallskedja.
235U, 0,72 %, halveringstid 0,7 miljard år.
238U, 99,275 %, halveringstid 4,5 miljard år.

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

Se även[redigera | redigera wikitext]

Externa länkar[redigera | redigera wikitext]