Izotopy i budowa atomu

Każdy atom składa się z jądra atomowego i elektronów. W jądrze znajdują się protony oraz neutrony, a wokół jądra poruszają się elektrony. Proton ma ładunek dodatni, neutron nie ma ładunku, a elektron ma ładunek ujemny.

Bardzo ważne jest to, że o rodzaju pierwiastka decyduje liczba protonów w jądrze. Jeśli atom ma 8 protonów, jest to tlen. Jeśli ma 6 protonów, jest to węgiel.

W atomie obojętnym liczba protonów i elektronów jest taka sama. Dzięki temu dodatnie i ujemne ładunki się równoważą.

• proton: ładunek dodatni
• neutron: brak ładunku
• elektron: ładunek ujemny

Liczba atomowa oznaczana literą $Z$ mówi, ile protonów znajduje się w jądrze atomu. To najważniejsza informacja pozwalająca rozpoznać pierwiastek.

Liczba masowa oznaczana literą $A$ to suma protonów i neutronów w jądrze. Można to zapisać wzorem $A = p + n$. Jeśli znamy liczbę masową i atomową, możemy obliczyć liczbę neutronów: $n = A - Z$.

Na przykład dla atomu tlenu $^{16}_{8}O$ liczba atomowa wynosi 8, więc atom ma 8 protonów. Liczba masowa wynosi 16, więc neutronów jest $16 - 8 = 8$.

Izotopy to atomy tego samego pierwiastka, które mają taką samą liczbę protonów, ale różną liczbę neutronów. Skoro liczba protonów się nie zmienia, izotopy nadal należą do tego samego pierwiastka. Zmienia się jednak ich liczba masowa.

Dobrym przykładem są izotopy wodoru. Wszystkie atomy wodoru mają 1 proton, ale mogą mieć różną liczbę neutronów. Dlatego wyróżnia się prot, deuter i tryt.

Izotopy mają ten sam symbol chemiczny, bo są odmianami tego samego pierwiastka. Różnią się zapisem liczby masowej, a czasem także właściwościami związanymi z trwałością jądra.

• ten sam pierwiastek = ta sama liczba protonów
• różne izotopy = różna liczba neutronów
• różna liczba neutronów = różna liczba masowa

Zapis izotopu ma postać $^{A}_{Z}E$. Litera $E$ oznacza symbol pierwiastka, $Z$ to liczba atomowa, a $A$ to liczba masowa.

Przykład: zapis $^{14}_{6}C$ oznacza atom węgla. Dolna liczba 6 mówi, że w jądrze są 6 protonów. Górna liczba 14 oznacza, że protonów i neutronów razem jest 14, więc neutronów jest 8.

W atomie obojętnym liczba elektronów jest równa liczbie protonów. Dlatego obojętny atom $^{14}_{6}C$ ma 6 elektronów.

Izotopy mają zastosowania w różnych dziedzinach życia. W medycynie pomagają w badaniach i leczeniu. W nauce wykorzystuje się je do śledzenia przebiegu procesów. Niektóre izotopy służą też do określania wieku znalezisk i dawnych przedmiotów.

Na poziomie szkoły podstawowej warto pamiętać przede wszystkim, że izotopy nie są tylko pojęciem z podręcznika. Mają praktyczne znaczenie i są używane przez lekarzy oraz naukowców.

Trzeba też odróżniać budowę atomu od zastosowań izotopów. Najpierw rozpoznajemy, ile atom ma protonów, neutronów i elektronów, a dopiero potem zastanawiamy się, z jakim izotopem mamy do czynienia.

• medycyna: badania i leczenie
• nauka: analiza różnych procesów
• badanie wieku próbek: na przykład znaleziska archeologiczne

W tym temacie łatwo pomylić kilka rzeczy. Protony decydują o tym, jaki to pierwiastek. Neutrony decydują o tym, który to izotop tego pierwiastka. Elektrony wpływają na ładunek atomu, ale nie zmieniają rodzaju pierwiastka.

Jeśli dwa atomy mają tę samą liczbę protonów, to należą do tego samego pierwiastka. Jeśli dodatkowo różnią się liczbą neutronów, są jego izotopami. Gdy liczba protonów jest różna, mówimy już o różnych pierwiastkach.

Przed sprawdzianem przećwicz trzy kroki:

• odczytaj z zapisu liczbę atomową $Z$
• odczytaj liczbę masową $A$
• oblicz neutrony ze wzoru $n = A - Z$

To najprostszy sposób, by poprawnie rozwiązywać zadania o izotopach i budowie atomu.