If you're seeing this message, it means we're having trouble loading external resources on our website.

Ha webszűrőt használsz, győződj meg róla, hogy a *.kastatic.org és a *.kasandbox.org nincsenek blokkolva.

Fő tartalom

Rendszám, atomtömeg és izotópok

Az atomok legfontosabb tulajdonságai, beleértve a rendszámot és atomtömeget. A rendszám az atom protonjainak száma. Az izotópok rendszáma megegyezik, a neutronok számában azonban különböznek.

Bevezetés

A híradásokban elég gyakran hallunk a radioaktivitásról. Olvashattál róla a nukleáris energiával kapcsolatos cikkekben, a fukusimai reaktor-baleset kapcsán vagy a nukleáris fegyverek fejlesztésével kapcsolatban. De megjelenik a popkultúrában is, hiszen számos szuperhős képességeinek is köze van a radioaktivitáshoz, elég ha csak Pókemberre gondolunk, akit egy radioaktív pók harapott meg. De mit is jelent valójában, ha valami radioaktív?
A radioaktivitás az atomok egyik jellemzője. A radioaktív atomok atommagja instabil. Szubatomi részecskék szabadulnak fel bennük annak érdekében, hogy az atomok stabilisabb állapotba kerüljenek. Ennek során energia – sugárzás – szabadul fel. Az elemeknek gyakran létezik radioaktív és nem radioaktív változata is, amelyek egymástól csak a neutronok számában különböznek. Az elemek ilyen változatait izotópoknak nevezzük, melyekből a radioaktív formák kis mennyiségben ugyan, de gyakran a természetben is előfordulnak. Például a radioaktív szén-14 izotóp kis mennyiségben az atmoszférában is jelen van, így megtalálható a fosszíliákban is, ami lehetővé teszi, hogy a régészek meghatározzák azok korát.
Ebben a leckében közelebbről megvizsgáljuk a különböző atomokban található szubatomi részecskéket, valamint azt, hogy mi teszi az egyes izotópokat radioaktívvá.

Rendszám, atomtömeg és relatív atomtömeg

Az elemek atomjai meghatározott számú protont tartalmaznak. A protonok száma egyértelműen meghatározza az adott atomot (például minden olyan atom, amely hat protont tartalmaz, szénatom). Az atomban található protonok számát az adott elem rendszámának nevezzük. Ezzel szemben egy adott elem neutronjainak száma változó lehet. Azokat az atomokat, amelyek csak a neutronok számában különböznek egymástól, izotópoknak nevezzük. A protonok és neutronok együttes száma határozza meg az adott elem tömegszámát (tömegszám = protonok + neutronok száma). Ha ki szeretnénk számolni, hogy egy atom hány neutront tartalmaz, egyszerűen csak ki kell vonni a protonok számát (a rendszámot) a tömegszámból.
Az atomok tömegszámhoz szorosan kapcsolódó jellemzője az atomtömeg. Egyetlen atom tömege egyszerűen csak a teljes tömegét jelenti, amit atomi tömegegységben (ate) fejeznek ki. Definíció szerint a hat neutront tartalmazó szénatom (szén-12) atomtömege 12 ate. Más atomok tömegszáma általában nem kerek szám, de ennek magyarázatára ebben a fejezetben nem térünk ki. Általában egy atom atomtömege nagyon közel esik a tömegszámához, de a tizedesjegyekben lehetnek eltérések.
Mivel az elemek izotópjainak atomtömege eltérő, előfordul, hogy a tudósok meghatározzák a relatív atomtömeget is – amit néha egyszerűen az elem atomtömegének neveznek. A relatív atomtömeg egy adott mintában található összes izotóp atomtömegeinek súlyozott átlaga, ami figyelembe veszi, hogy az adott izotóp milyen arányban van jelen a vizsgált mintában. A periódusos rendszerben megadott relatív atomtömegeket, ahogyan az alább látható hidrogén esetében is, az elemek természetben előforduló izotópjaik atomtömegéből, földi előfordulásuk gyakoriságával súlyozva számítják ki. A Földön kívülről érkező objektumok, mint az aszteroidák és a meteoritok izotóp-összetétele jelentősen eltérhet.
A kép az egyes elemek periódusos rendszerbeli jelölését mutatja. A bal felső sarokban a rendszám látható, vagyis a protonok száma. Középen az elem vegyjele (pl. H) látható. Alatta a relatív atomtömeg, amit az izotópok földi előfordulása alapján számítanak ki. Legalul az elem neve látható (pl. hidrogén).
Hivatkozás: OpenStax CNX Biology módosított ábrája

Izotópok és radioaktív bomlás

Ahogy korábban említettük, az izotópok ugyanannak az elemnek az azonos protonszámú, de eltérő neutronszámú formái. Számos elemnek, mint például a szénnek, káliumnak vagy az uránnak több természetesen előforduló izotópja is létezik. A semleges szén-12 hat protont, hat neutront és hat elektront tartalmaz, vagyis a tömegszáma 12 (6 proton + 6 neutron). A semleges szén-14 hat protont, nyolc neutront és hat elektront tartalmaz, így a tömegszáma 14 (6 proton + 8 neutron). Ez a két eltérő forma a szén két izotópja.
Bizonyos izotópok stabilak, míg mások szubatomi részecskéket bocsájthatnak ki, vagy nyelhetnek el annak érdekében, hogy stabilisabb, alacsonyabb energiájú állapotba kerüljenek. Az utóbbi csoportba tartozó izotópokat radioaktív izotópoknak, azt a folyamatot, amikor részecskék és energia szabadul fel, bomlásnak nevezzük. A radioaktív bomlás változást idézhet elő az atommagban található protonok számában is. Amikor ez történik, új atom jön létre (pl. a szén-14 atom nitrogén-14-re bomlik).
A radioaktív bomlás véletlenszerű, exponenciális folyamat. Az izotóp felezési ideje az az időtartam, ami alatt az anyag fele egy másik, viszonylag stabil termékké bomlik. Az eredeti izotóp bomlástermékeihez és stabil izotópjaihoz viszonyított aránya kiszámítható módon változik. Ez lehetővé teszi, hogy meghatározzuk például fosszíliák esetében az izotóp beépülésétől a napjainkig eltelt időt.
A szén-14 izotóp radioaktív bomlási diagramja. A szén-14 mennyisége az idővel exponenciálisan csökken. Az az idő, ami alatt az eredeti szén-14 mennyiségének fele elbomlik – és a fele még megmarad – a t 1/2. Ezt az időt nevezzük a radioaktív izotóp felezési idejének, ami a szén-14 esetében 5730 év.
Hivatkozás: CK-12 Biology ábrájának módosított változata
A szén rendes körülmények között jelen van az atmoszférában gázok, például szén-dioxid formájában. Három izotópja létezik: a stabil szén-12 és szén-13, illetve a radioaktív szén-14. A három forma aránya az atmoszférában viszonylag állandó: legnagyobb mennyiségben a szén-12 izotóp van jelen, kb. 99%-ban, kisebb mennyiségben a szén-13, mely a teljes mennyiség kb. 1%-át teszi ki, míg a radioaktív szén-14 csak minimálisan fordul elő.1 Amikor a növények felveszik a szén-dioxidot a levegőből, hogy cukrokat állítsanak elő, szöveteikben a szén-14 izotóp relatív mennyisége megegyezik az atmoszférában található mennyiséggel. Amikor az állatok a növényeket, vagy a növényevő állatokat megeszik, akkor a szervezetükben a szén-14 izotóp koncentrációja összhangban lesz az atmoszférabeli koncentrációjával. Ha egy élőlény elpusztul, akkor nem vesz fel több szén-14-et, így a maradványaiban, például a fosszilis csontokban a szén-14 szén-12-höz viszonyított aránya csökkenni fog, mivel a szén-14 fokozatosan nitrogén-14-gyé bomlik.2
Kb. 5730 év felezési idő elteltével a szén-14 kezdeti mennyiségének fele átalakul nitrogén-14-gyé. Ez a sajátosság felhasználható az elpusztult élőlények maradványainak, például csontok vagy fa korának meghatározásához. Ha a maradványokban található szén-14 és szén-12 arányát összehasonlítjuk a légköri izotóparánnyal, ami megegyezik a kiindulási arányukkal, meghatározhatjuk a még el nem bomlott szén-14 mennyiségét. Ez alapján nagy pontossággal meghatározható a maradvány kora, ha az nem sokkal öregebb 50 000 évnél. Más elemek izotópjainak ettől eltérő felezési ideje van, ezáltal különböző időskálán használhatjuk őket kormeghatározásra. Például a holdkőzetek korának meghatározásánál használt kálium-40 izotóp felezési ideje 1,25 milliárd év, az urán-235 felezési ideje pedig kb. 700 millió év.2

Szeretnél részt venni a beszélgetésben?

Még nincs hozzászólás.
Tudsz angolul? Kattints ide, ha meg szeretnéd nézni, milyen beszélgetések folynak a Khan Academy angol nyelvű oldalán.