Verschil tussen stabiele en instabiele isotopen

Belangrijkste verschil - stabiel vs. instabiele isotopen

Isotopen zijn atomen van hetzelfde element met verschillende atomaire structuren. Isotopen van hetzelfde element hebben hetzelfde atoomnummer omdat ze verschillende vormen van hetzelfde element zijn. Ze verschillen van elkaar afhankelijk van het aantal neutronen dat ze in hun kernen hebben. De atomaire massa van een element wordt bepaald door de som van het aantal protonen en het aantal elektronen. Daarom zijn de atoommassa's van isotopen verschillend van elkaar. Isotopen kunnen voornamelijk in twee groepen worden verdeeld, zoals stabiele isotopen en onstabiele isotopen. Het belangrijkste verschil tussen stabiele en onstabiele isotopen is dat stabiele isotopen hebben stabiele kernen terwijl onstabiele isotopen onstabiele kernen hebben.

Key Areas Covered

1. Wat zijn stabiele isotopen
      - Definitie, eigenschappen, toepassingen
2. Wat zijn onstabiele isotopen
      - Definitie, eigenschappen, toepassingen
3. Wat is het verschil tussen stabiele en instabiele isotopen
      - Vergelijking van belangrijke verschillen

Sleutelbegrippen: Alpha Decay, Belt of Stability, Electrons, Helium, Isotopes, Magic Numbers, Neutrons, Protons, Radioactivity, Uranium

Wat zijn stabiele isotopen

Stabiele isotopen zijn atomen met stabiele kernen. Ze zijn niet-radioactief vanwege de stabiliteit van hun kernen. Daarom zenden stabiele kernen geen straling uit. Een bepaald element kan meer dan één stabiele isotoop bevatten. Voor sommige elementen, zoals Uranium, zijn alle isotopen instabiel. De twee belangrijkste feiten die de stabiliteit van kernen bepalen, zijn de verhouding tussen protonen en neutronen en de som van protonen en neutronen..

Het fenomeen van "Magische nummers"Is een begrip in de chemie dat de atoomnummers van de meest stabiele isotopen beschrijft. Het magische getal kan het aantal protonen of het aantal neutronen zijn. Als een bepaald element een magisch aantal protonen of neutronen heeft, zijn het stabiele isotopen.

Magic Numbers: 2, 8, 20, 28, 50, 82

Protonen: 114

Neutronen: 126, 184 zijn magische getallen.

Verder, als de aantallen van beide protonen en neutronen even getallen zijn, zijn die isotopen hoogstwaarschijnlijk stabiel. Een andere manier is om de proton: neutronenverhouding te berekenen. Er is een standaardgrafiek van aantal neutronen versus aantal protonen. Als de proton: neutronverhouding in die grafiek past voor stabiele isotopen, dan zijn die isotopen in essentie stabiel.

Figuur 1: de grafiek van het aantal neutronen versus het aantal protonen. Het gekleurde gebied wordt de riem van stabiliteit genoemd.

Hoewel stabiele isotopen niet radioactief zijn, hebben ze veel toepassingen. Waterstofelement heeft bijvoorbeeld drie belangrijke isotopen. Het zijn Protium, Deuterium en Tritium. Protium is de meest stabiele en meest voorkomende isotopen onder hen. Tritium is de meest onstabiele isotoop. Deuterium is ook stabiel maar is niet zo overvloedig in de natuur. Protium is echter vrijwel overal een isotoop. Deuterium kan worden gebruikt in de vorm van zwaar water voor laboratoriumtoepassingen.

Sommige elementen hebben slechts één stabiele isotoop. Deze elementen worden genoemd monoisotopisch. Er zijn 26 bekende mono-isotoop elementen. Andere elementen hebben meer dan één stabiele isotopen. Tin (Sn) heeft bijvoorbeeld 10 stabiele isotopen.

Wat zijn onstabiele isotopen

Onstabiele isotopen zijn atomen met onstabiele kernen. Dit zijn radioactieve isotopen. Daarom worden ze ook genoemd radioactieve isotopen. Sommige elementen, zoals Uranium, hebben alleen radioactieve isotopen. Andere elementen hebben zowel stabiele als onstabiele isotopen.

Een onstabiel element kan om verschillende redenen instabiel zijn. De aanwezigheid van een hoog aantal neutronen vergeleken met het aantal protonen is zo'n reden. In dit type isotopen vindt radioactief verval plaats om een ​​stabiele toestand te verkrijgen. Hier worden neutronen omgezet in protonen en elektronen. Dit kan worden gegeven zoals hieronder.

¹₀n →      ¹₁p     +       ⁰_-1e

n is een neutron, p is een proton en e is een elektron. De massa van het deeltje wordt gegeven in het hoofdletternummer en de elektrische lading wordt gegeven in het aantal kleine letters.

Sommige isotopen zijn onstabiel door de aanwezigheid van een hoog aantal protonen. Hier kan een proton worden omgezet in een neutron en een positron. Een positron is vergelijkbaar met een elektron, maar de elektrische lading is +1.

¹₁p →    ¹₀n  +   ⁰₁e

Hier ⁰₁e geeft het positron aan.

Soms kunnen er te veel protonen en te veel elektronen zijn. Dit geeft aan dat de atomaire massa erg hoog is. Vervolgens worden twee protonen en twee neutronen uitgestoten als een Helium-atoom. Dit wordt alfa-verval genoemd.

Figuur 2: Alfa-verval van Radium-226

Radioactieve elementen hebben veel toepassingen in onderzoek. Deze kunnen bijvoorbeeld worden gebruikt bij het bepalen van de leeftijd van fossielen, bij DNA-analyse of voor medicinale doeleinden, enz.

In instabiele isotopen kan het radioactieve verval worden gemeten aan de hand van hun halfwaardetijd. De halfwaardetijd van een stof wordt gedefinieerd als de tijd die die stof nodig heeft om de helft van zijn oorspronkelijke massa als gevolg van het verval te worden.

Verschil tussen stabiele en instabiele isotopen

Definitie

Stabiele isotopen: Stabiele isotopen zijn atomen met stabiele kernen.

Onstabiele isotopen: Onstabiele isotopen zijn atomen met onstabiele kernen.

Radioactiviteit

Stabiele isotopen: Stabiele isotopen vertonen geen radioactiviteit.

Onstabiele isotopen: Onstabiele isotopen vertonen radioactiviteit.

Magic Numbers

Stabiele isotopen: Magische getallen geven het aantal protonen of het aantal neutronen aan dat aanwezig is in de meest stabiele isotopen.

Onstabiele isotopen: Magische getallen geven niet het aantal protonen of elektronen in onstabiele isotopen aan.

toepassingen

Stabiele isotopen: Stabiele isotopen worden gebruikt voor toepassingen waar geen radioactiviteit aanwezig zou moeten zijn.

Onstabiele isotopen: Onstabiele isotopen worden gebruikt in toepassingen waar radioactiviteit belangrijk is, zoals bij DNA-analyse.

Halve leven

Stabiele isotopen: De halfwaardetijd van een stabiele isotoop is erg lang of helemaal geen halfwaardetijd.

Onstabiele isotopen: De halfwaardetijd van onstabiele isotoop is kort en kan gemakkelijk worden berekend.

Conclusie

Alle elementen op aarde kunnen in twee groepen worden verdeeld als stabiele isotopen en onstabiele isotopen. Stabiele isotopen zijn van nature voorkomende vormen van elementen die niet-radioactief zijn. Onstabiele isotopen zijn atomen met onstabiele kernen. Daarom ondergaan deze elementen radioactiviteit. Dit is het belangrijkste verschil tussen stabiele en onstabiele isotopen. Radioactiviteit is nuttig in veel toepassingen, maar is niet goed voor onze gezondheid omdat straling mutaties in ons DNA kan veroorzaken die tot de vorming van kankercellen kunnen leiden.

Referenties:

1. "Nuclear Stability." EasyChem - De beste HSC-scheikundeopmerkingen, cursiepunten, verleden papers en video's. N.p., n.d. Web. Beschikbaar Hier. 27 juli 2017. 
2. Libretexts. "Nuclear Magic Numbers." Chemistry LibreTexts. Libretexts, 5 juni 2017. Web. Beschikbaar Hier. 27 juli 2017. 

Afbeelding met dank aan:

1. "Isotopen en halfwaardetijd" door BenRG - Eigen werk (Public Domain) via Commons Wikimedia
2. "Alpha-decay" PerOX - (CC0) via Commons Wikimedia