Ατομικές Δομές Ισοτόπων

Ο ίδιος ατομικός αριθμός αλλά ο διαφορετικός μαζικός αριθμός είναι χαρακτηριστικό των ισοτόπων. Η δομή ενός ατόμου είναι γνωστή ως ατομική δομή. Οι ατομικές δομές των ισοτόπων είναι η διάταξη των υποατομικών σωματιδίων των ισοτόπων ενός στοιχείου. Τρία υποατομικά σωματίδια ατόμων είναι πρωτόνια (θετικά φορτισμένα), νετρόνια (χωρίς φορτίο) και ηλεκτρόνια (αρνητικά φορτισμένα). Ο πυρήνας του ατόμου αποτελείται από θετικά φορτισμένα πρωτόνια και νετρόνια, ενώ τα αρνητικά φορτισμένα ηλεκτρόνια κινούνται γύρω του σε κυκλικές τροχιές. Ο συνολικός αριθμός πρωτονίων στον πυρήνα είναι ο ατομικός αριθμός αυτού του στοιχείου. Ο μαζικός αριθμός είναι το άθροισμα του συνολικού αριθμού πρωτονίων και νετρονίων σε ένα άτομο.

Ιστορικό

• Στη δεκαετία του 1800 ο επιστήμονας John Dalton πρότεινε την Ατομική θεωρία του Dalton όπου δήλωσε ότι διαφορετικές ιδιότητες των ατόμων όπως κάθε ύλη αποτελούνται από άτομα. Τα άτομα είναι αδιαίρετες μονάδες, ένα συγκεκριμένο στοιχείο έχει παρόμοιο τύπο ατόμων. Τα άτομα δεν μπορούν ούτε να δημιουργηθούν ούτε να καταστραφούν. μπορούν απλώς να υποστούν ανακατατάξεις.
• Τη δεκαετία του 1900 ο J.J. Ο Thomson ανακάλυψε τα ηλεκτρόνια και μας έδωσε το περίφημο μοντέλο Plum-Pudding.
• Στη συνέχεια ο Ράδερφορντ ανακάλυψε ότι το κεντρικό τμήμα ενός ατόμου είναι θετικά φορτισμένο και το ονόμασε πυρήνα. Έθεσε επίσης θεωρίες όπως τα ηλεκτρόνια που είναι αρνητικά φορτισμένα σωματίδια που κινούνται γύρω από τον πυρήνα σε τροχιές.
• Μετά ήρθε το μοντέλο ενός ατόμου του Bohr

Υποατομικά σωματίδια ενός ατόμου

Σωματίδιο	Πρωτόνιο	Νετρόνιο	Ηλεκτρόνιο
Μάζα	1,6726 × 10-27 Kg	1,6750 × 10-27 Kg	9,1095 × 10-31 Kg
Χρέωση	+ 1,6022 × 10-19	0	−1,6022 × 10-19

Βασικά

• Σύνολο αρ. των πρωτονίων =Ατομικός Αριθμός (Ζ)

• Τα ισότοπα ενός στοιχείου έχουν τον ίδιο αρ. πρωτονίων αλλά διαφορετικών νετρονίων.

• Αριθμός μάζας (Α) =Αριθμός πρωτονίων + Αριθμός νετρονίων.

• Αριθμός πρωτονίων =Αριθμός ηλεκτρονίων 

Σημειώσεις για τις ατομικές δομές των ισοτόπων

• Η δομή ενός ατόμου ονομάζεται Ατομική δομή.

• Τα ισότοπα είναι τύποι ατόμου που έχουν τον ίδιο αριθμό πρωτονίων και διαφορετικό αριθμό νετρονίων.

• Η διαφορά στον αριθμό των νετρονίων αλλάζει την ατομική μάζα των ισοτόπων του στοιχείου.

• Με άλλα λόγια, τα ισότοπα ενός στοιχείου έχουν τον ίδιο ατομικό αριθμό (Z) αλλά διαφορετικούς μαζικούς αριθμούς (A).

• Ως εκ τούτου, τα ισότοπα ενός στοιχείου τοποθετούνται στην ίδια αντίστοιχη θέση με αυτό του αρχικού στοιχείου στον περιοδικό πίνακα.

• Τα ισότοπα ενός στοιχείου έχουν την ίδια ηλεκτρονική διαμόρφωση καθώς ο ατομικός αριθμός είναι ο ίδιος.

• Τα ισότοπα ενός στοιχείου παρουσιάζουν παρόμοιες χημικές ιδιότητες επειδή το ηλεκτρόνιο καθορίζει τη χημική συμπεριφορά ενός στοιχείου. Στα ισότοπα, το αρ. των ηλεκτρονίων παραμένουν τα ίδια, επομένως παρουσιάζουν παρόμοιες χημικές ιδιότητες.

Παραδείγματα διαφορετικών ισοτόπων και η ατομική τους δομή

• Ισότοπα υδρογόνου

Πρωτίου, Δευτέριο και Τρίτιο

Protium – περιέχει 1 πρωτόνιο + 1 ηλεκτρόνιο. Το ατομικό αρ. είναι 1 και η μάζα αρ. είναι επίσης 1

Δευτέριο- Περιέχει 1 πρωτόνιο + 1 νετρόνιο. Το ατομικό αρ. είναι 1 αλλά η μάζα αρ. είναι 2 σε αυτήν την περίπτωση.

Το τρίτιο- περιέχει ένα  πρωτόνιο + 2 νετρόνια. Το ατομικό αρ. είναι 1 αλλά η μάζα αρ. είναι 3.

 Ισότοπα άνθρακα

12C, 13C και 14C.

12C- περιέχει 6 νετρόνια + 6 πρωτόνια. Έχει ατομικό αρ. 6 ενώ η μάζα αρ. είναι 12

13C- περιέχει 7 νετρόνια + 6 πρωτόνια. Το ατομικό αρ. είναι 6 ενώ η μάζα αρ. είναι 13

14C- έχει 8 νετρόνια + 6 πρωτόνια. Το ατομικό αρ. είναι 6 και η μάζα αρ. είναι 14.

• Ισότοπα οξυγόνου

16Ο, 17Ο και 18Ο.

16O-  8 πρωτόνια + 8 νετρόνια. Το ατομικό αρ. είναι 8 αλλά η μάζα αρ. είναι 16

17O-  8 πρωτόνια + 9 νετρόνια. Το ατομικό αρ. εδώ είναι 8 αλλά η μάζα αρ. είναι 17

Το 18O- περιέχει 8 πρωτόνια + 10 νετρόνια. Το ατομικό αρ. είναι 8 ενώ η μάζα αρ. είναι 18. 

• Ισότοπα του χλωρίου

37Cl και 35Cl.

Το 35Cl περιέχει 17 πρωτόνια + 18 ηλεκτρόνια.

Το 37Cl έχει 17 πρωτόνια + 20 νετρόνια.

Χρήσεις ισοτόπων:

• Τα ισότοπα άνθρακα χρησιμοποιούνται στη χρονολόγηση άνθρακα και στη μελέτη απολιθωμάτων.

• Λίγα ισότοπα έχουν επίσης μεγάλη σημασία στον προσδιορισμό των βιολογικών διεργασιών που συμβαίνουν στο ανθρώπινο σώμα.

• Μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί για τη διάγνωση διαφορετικών ασθενειών.

Συμπέρασμα

:Το άτομο αποτελείται από τρία υποατομικά σωματίδια που είναι πρωτόνια (θετικά φορτισμένα), νετρόνια (χωρίς φορτίο) και ηλεκτρόνια (αρνητικά φορτισμένα). Οι ατομικές δομές των ισοτόπων είναι διαφορετικά καθώς ο μαζικός αριθμός των Ισοτόπων είναι διαφορετικός. Ενώ η ηλεκτρονική διαμόρφωση των ισοτόπων είναι η ίδια, ο ατομικός αριθμός των ισοτόπων είναι ο ίδιος. Ως εκ τούτου, ο μαζικός αριθμός και ο ατομικός αριθμός παίζουν πολύ σημαντικό ρόλο στον προσδιορισμό της θέσης και της συμπεριφοράς ενός ατόμου. Τα ισότοπα ενός στοιχείου είναι επίσης γνωστά για διάφορες χρήσεις σε διαφορετικές βιομηχανίες.