什么是同位素(同位素的概念和例子)

原子是“物质的基础”。任何有质量并占据空之间空间的东西都是由这些微小的单元组成的。这与空的呼吸、我们喝的水以及我们的身体本身有着密切的关系。

同位素是原子研究中的一个重要概念。化学家、物理学家和地质学家用它们来了解我们的世界。但是在我们解释同位素是什么或者为什么它们如此重要之前，我们需要后退一步，把原子作为一个整体来看待。

原子世界

你可能知道，原子有三个主要组成部分，其中两个位于原子核内。原子核位于原子的中心，原子是紧密堆积的粒子群。有些粒子是质子，它们带正电荷。

有充分的证据表明，带相反电荷的物质相互吸引。同时，电荷相同的物体往往会相互排斥。所以这是一个问题:两个或两个以上带正电的质子如何在同一个原子核中共存？它们不应该是互相排斥的吗？。

这时，中子出现了。中子是与质子共享原子核的亚原子粒子。但是中子没有电荷。顾名思义，中子是中性的，既没有正电荷，也没有负电荷。这是一个重要的属性。由于中子是中性的，它可以阻止质子将另一个质子挤出原子核。

原子核周围是电子，带负电荷的超轻粒子。促进电子和化学结合，它们的运动可以产生一个叫电的小东西。质子同样重要。首先，它们帮助科学家区分这些元素。

同位素

你可能注意到了，在大多数版本的周期表中，每个方块的右上角都印着一个小数字。这个数叫做原子序数。它告诉读者给定元素的原子核中有多少质子。例如，氧的原子序数是8。宇宙中每个氧原子都有一个原子核，不多不少，只有八个质子。

没有这种非常特殊的粒子排列，氧原子就不是氧原子。每个元素的原子序数都是独一无二的。这是一个决定性的特征。没有其他元素的每个原子核有八个质子。通过计算质子数，你可以识别一个原子。正如氧原子总是有八个质子一样，氮原子总是有七个质子。就这么简单。

中子不跟随趋势。一个原子核中只有八个质子(我们已经确定)。然而，它也可能包含4到20个中子。同位素是同一种化学元素不同中子数的变体。

现在，每种同位素都是根据它的质量数，即一个原子中中子和质子的总数来命名的。例如，一种众所周知的氧同位素被称为氧-18(O-18)，它具有标准的8个质子和10个中子。

所以氧-18(O-18)的质量数是18。你猜对了。一种相关的同位素，氧-17(O-17)，其原子核中少了一个中子。

易变的

一些原子组合比其他的更强大。科学家将O-17和O-18归类为稳定同位素。在稳定同位素中，质子和中子施加的力使彼此保持在一起，永久地保持原子核完整。

另一方面，放射性同位素中的原子核不稳定，会随着时间的推移而衰变。从长远来看，这些同位素的质子和中子的比例是不可持续的。没有什么愿意停留在这种不稳定的困境中。因此，放射性同位素会脱落一些亚原子粒子(并释放能量)，直到它们本身转化为稳定同位素。

氧-18稳定，氧-19(O-19)不稳定。后者必然会迅速崩溃！在它产生后的26.88秒内，可以保证O-19的样本会因为衰变而失去一半的原子。

这意味着氧-19的半衰期是26.88秒。半衰期是指同位素样品衰减50%所需的时间。记住这个概念；下面我们就把它和古生物学联系起来。

然而，在我们谈论古代化石科学之前，有一个非常重要的问题需要提出来。与氧不同，有些元素根本没有任何稳定同位素。比如铀，在自然界中，这种重金属有三种同位素，都具有放射性，原子核处于不断衰变的状态。最终，大量的铀会变成一种完全不同的元素。

不要担心实时观看过渡，这个过程进展非常非常慢。

获得时间

铀-238(U-238)是元素中最常见的同位素，半衰期约为45亿年！它会逐渐变成稳定的铅-206(Pb-206)。类似地，铀235(U-235)(半衰期为7.04亿年)将转变为另一种稳定同位素铅-207(Pb-207)。

这对地质学家来说是非常有用的信息。假设有人发现一块岩石，其锆石晶体中含有U-235和Pb-207的混合物。这两种原子的比率可以帮助科学家确定岩石的年龄。

方法如下:假设铅原子远远超过其铀对应原子。在这种情况下，你发现的岩石非常古老。毕竟，铀有足够的时间开始转化为铅。另一方面，如果反过来是正确的，铀原子更常见，那么岩石必须在年轻的一边。

我刚才描述的技术被称为放射性年代测定法。这是利用证据充分的不稳定同位素的衰变率来估计岩石样品和地质构造年龄的行为。古生物学家使用这种方法来确定某个化石被存放了多长时间。

享受同位素并不需要成为史前文明的爱好者。医生使用一些放射性元素来监测血流，研究骨骼生长，甚至对抗癌症。放射性同位素也被用于土壤测试。

看似抽象的中子可变性影响了从癌症治疗到更深层奥秘的一切。科学是伟大的。

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