STRUKE:

izotopi

izotopi (engl. isotope, od izo- + -top), atomi istoga kemijskog elementa (isti atomski broj Z) koji se međusobno razlikuju po broju neutrona u jezgri, pa prema tome i po masenome broju, odn. masi (→ element). Izotopi nekoga kemijskog elementa zauzimaju isto mjesto u periodnom sustavu, pa im odatle ime, koje im je nadjenuo F. Soddy. Pojedini izotopi označuju se pripadajućim masenim brojem, koji se kao superskript stavlja uz simbol elementa, npr. izotopi klora su 35Cl (75% u prirodnom elementu) i 37Cl (25%). Naziv izotopi odnosi se, dakle, na različite vrste atoma samo jednog određenog elementa, ali se on često neprecizno rabi za skup koji obuhvaća izotope različitih elemenata, npr. za sve one koji se upotrebljavaju u medicini. Međutim, atomi različitih elemenata ne mogu biti međusobno izotopni i u takvim ih je slučajevima ispravnije nazivati zajedničkim nazivom nuklidi.

Većina kemijskih elemenata u prirodi smjese su prirodnih izotopa, koji su bilo stabilni bilo radioaktivni (nestabilni). Stabilne izotope ima 81 element. To su redom svi elementi, od vodika (Z=1) do uključivo bizmuta (Z=83), uz iznimku tehnecija (Z=43) i prometija (Z=61). Mnogi elementi imaju više stabilnih izotopa, a to je razlogom što njihove relativne atomske mase nisu cijeli brojevi. Vodik je, npr., smjesa stabilnih izotopa 1H i ²H, ugljik sadrži stabilne izotope 12C i 13C, kisik izotope 16O, 17O i 18O itd. Najviše stabilnih izotopa, njih 10, ima kositar. Ukupno se u prirodi nalazi oko 270 vrsta stabilnih i oko 70 vrsta radioaktivnih nuklida. Radioaktivni izotopi, radioizotopi (→ radionuklidi) pojedinih elemenata, podrijetlom su prirodni ili umjetni. Prirodne radioizotope imaju mnogi elementi koji sadrže i stabilne izotope, a također i svi prirodni radioaktivni elementi, tj. oni koji ne sadrže stabilne izotope. To su elementi od polonija do uključivo plutonija (Z= 84 do 94) te element prometij. Nuklearnim reakcijama mogu se proizvesti umjetni radioizotopi gotovo svih elemenata, pa je danas poznato oko 2500 vrsta nuklida, što prirodnih, što umjetnih. Svi se oni mogu svrstati u kartu nuklida, u kojoj je svaki nuklid prikazan kvadratom s različitim, za njega karakterističnim podatcima (izotopna obilnost, vrijeme poluraspada, vrsta i energija zračenja itd.). Izotopi pojedinih elemenata svrstani su u vodoravnim redovima prema rastućoj masi.

Budući da izotopi imaju jednak broj protona, pa prema tome i jednak broj elektrona u elektronskom omotaču, njihova svojstva i svojstva njihovih spojeva vrlo su slična, a minimalne razlike (izotopni efekti) proizlaze iz različitih atomskih masa. To su razlike u gustoći, viskoznosti, indeksu loma, toplinskoj provodnosti, toplinama isparavanja i taljenja te drugim svojstvima spojeva. Najveće se razlike opažaju između izotopa lakih elemenata, gdje su razlike u atomskim masama najveće, kao npr. između vodikovih izotopa 1H i ²H (deuterij). Kemijska reakcija, koja kao rezultat ima samo preraspodjelu izotopa nekog elementa među reagirajućim tvarima, naziva se izotopnom izmjenom (npr. 14NH4+ + 15NH3 = 15NH4 + 14NH3).

Proizvodnja izotopa. Odjeljivanje izotopa iz izotopne smjese temelji se na razlikama svojstava, ali je otežano jer su te razlike neznatne. U tu se svrhu primjenjuju molekularno-kinetičke metode (elektroliza, centrifugiranje, difuzija plinova kroz polupropusnu stijenku, frakcijsko taloženje, ionska izmjena, termodifuzija, migracija iona, pobuda laserom i dr.). Na razlikama u specifičnim nabojima iona temelji se elektromagnetska metoda. Za potrebe nuklearne energetike neke su metode odjeljivanja razvijene do industrijskih razmjera, npr. metoda difuzije za razdvajanje uranijevih izotopa 235U i 238U. Umjetni radioaktivni izotopi mogu se proizvesti u nuklearnome reaktoru (bombardiranjem atomskih jezgara neutronima ili fisijom teških jezgara) ili pak bombardiranjem nabijenim česticama u akceleratoru.

Primjena izotopa temelji se na njihovim različitim masama i, za radioaktivne izotope, na zračenju koje emitiraju. Kao snažni izvori zračenja izotopi se u radijacijskoj tehnologiji primjenjuju za sterilizaciju i mikrobiološku dekontaminaciju. Značajna je primjena izotopa za izotopno obilježavanje (markiranje), za što su posebno pogodni radioaktivni izotopi, jer se zračenje lako otkriva i mjeri s visokom osjetljivošću. Obilježavanje se sastoji u ugrađivanju takvih izotopa (→ obilježivač) u fizičke, kemijske i biološke strukture, gdje oni, sudjelujući u reakcijama i procesima, omogućuju praćenje puta pojedinih atoma ili molekula, a time i reakcijskoga mehanizma. U fizici se izotopi rabe za istraživanja difuzije, kristalizacije, emisije iona te određivanje struktura molekula i kristala. Izotopni efekti u kemiji pružaju informacije o brzini i mehanizmu kemijskih reakcija. Vrlo osjetljive metode omogućuju kvantitativno određivanje iznimno malih količina (tragova) tvari i nekih fizikalno-kemijskih svojstava (topljivost, ravnoteža faza, površinska aktivnost). Zahvaljujući domišljatim primjenama izotopa postignuti su veliki uspjesi u suvremenoj biokemiji i fiziologiji: objašnjena je sinteza ugljikohidrata, bjelančevina i nukleinskih kiselina u živim organizmima i revidirana su znanja o fotosintezi. U poljoprivredi se izotopi rabe za praćenje metaboličkih putova u hranidbi biljaka i životinja. Na temelju raspodjele i obilnosti prirodnih izotopa u geološkim formacijama zaključuje se o okolnostima u kojima su nastali pojedini dijelovi Zemljine kore. Starost arheoloških nalaza može se odrediti na temelju količine i vrste nađenih izotopa. Dodavanjem izotopa gorivima, mazivima, talinama i dr. omogućuje se praćenje dinamike procesa u nepristupačnim sredinama (npr. strujanje plinova u pećima, raspored primjesa u metalurškim pećima, habanje mehaničkih dijelova itd.). Vrlo je značajna primjena izotopa u medicini. Snažni izvori zračenja, ponajprije kobaltov i cezijev izotop (60Co i 137Cs), služe za radioterapiju, a neki drugi izotopi za vizualizaciju i istraživanje rada organa, lokalizaciju tumora, određivanje metaboličkih putova, ispitivanje djelovanja lijekova itd. Jedan je od najviše upotrebljavanih izotopa tehnecijev radioaktivni izotop 99mTc. (→ radioterapija)

izotopi. Hrvatska enciklopedija, mrežno izdanje. Leksikografski zavod Miroslav Krleža, 2018. Pristupljeno 13.12.2018. <http://www.enciklopedija.hr/Natuknica.aspx?ID=28361>.