İzotop

İzotop, atom numarası aynı, nötron ve kütle numarası farklı olan atomlara denir. Diğer bir ifadeyle atom numaraları aynı olduğu halde nötron sayıları farklı olduğu için kütle numaraları da farklıdır. Çünkü kütle numarası atomun atom numarası ve nötron sayısının toplamına eşittir.

Periyodik cetvelde aynı yerde gösterilirler. (Çünkü periyodik cetvel atom numaralarına göre düzenlenmiştir. İzotop atomlar ise birbiri ile aynı atom numarasına sahiptir.) Kimyasal özellikleri hemen hemen aynıdır. Fiziksel özellikleri farklılık gösterir

Berilyum, sodyum, potasyum, kobalt gibi bazı elementlerin sadece bir tane kararlı izotopları mevcuttur. Bunun dışında diğer elementlerin kararlı izotoplarının sayısı 2-10 arasında değişmektedir. Örneğin; klorun iki, kalsiyumun altı, kükürdün dört ve kalayın on tane kararlı izotopu vardır. Kalay doğada en çok kararlı izotopa sahip elementtir.

Molekül kütlesi küçük olan elementlerin çoğu ise bir ya da iki kararlı izotopa sahiptir. Genellikle kararlı olan izotopların sahip olduğu nötron sayısı ile proton sayısı eşittir. Ağır elementlerin çoğunun 2-10 arasında değişen kararlı izotopları bulunabilmektedir. İzotoplarda, çekirdeğin kararlı olabilmesi için nötronun protona oranının büyük olması gerekir. Çünkü protonlar pozitif yüklüdür ve birbirini itmeden dengede kalabilmesi için proton başına en az 1 tane nötron düşmesi gerekir. Mesela kalayın bir izotopunun çekirdeğinde 74 nötron ve 50 proton bulunur. Ancak bu oranın çok büyük olmaması gerekir. Çünkü nötron/proton oranı 1,5'tan fazla olan çekirdeklerde oran büyüdükçe kararlılık azalır.

Elementlerin her biri neredeyse en az bir radyoaktif izotopa sahiptir. Mesela hidrojenin radyoaktif izotopu trityumdur ve bunun yarılanma ömrü 12,5 yıldır. Hidrojenin 7 tane izotopu vardır. Kütle numarası büyük olan elementlerin 30'a yakın radyoaktif izotopları olabilir.

1200 kadar radyoaktif izotop olduğu bilinmektedir. Bunların çoğu çekirdeklerin, çekirdek reaktörlerinde veya tanecik siklotronlarıyla bombardımanıyla elde edilir. Ancak bunların nötron/proton oranları, kararlı izotopların oranlarından farklıdır. Uranyum gibi bazı radyoaktif izotoplar doğal olarak meydana gelmiştir bazıları ise laboratuvar ortamlarında yapay olarak elde edilmektedir.

Kimyasal veya fiziksel bir yolla bir izotopun başka bir izotopa göre miktarının arttırılmasını amaçlamaktadır. İzotopları ayırma yöntemlerinden biri gaz diffüzyonu yöntemidir. Bir gaz karışımı pörözlü bir materyalden (Sırlanmamış porselenden, sıkıştırılmış grafitten vb.) geçirildiği zaman molekül kütlesi hafif olan gaz ağır olandan önce diffüzlenir. Böylece geriye kalan gaz, ağır izotop bakımından zengindir. Bu teknikle uranyum izotopları uranyum hekzaflorür bileşiğine dönüştürülür. Bu işlemle reaktörlerde kullanılan uranyum 235 (235U) diğer izotoplarından ayrıştırılmış olur.

Diğer ayrıştırma yöntemleri; Diferansiyel elektroliz, kimyasal yer değiştirme, buharlaştırma ve elektromagnetik ayrıştırmadır.

Ayrıştırılmış izotoplar veya zenginleştirilmiş karışımlar sanayide ve bilimsel araştırmalarda yaygın olarak kullanılır. En çok kullanılan izotoplar; uranyum 235, iyot 131, kobalt 60, kurşun 208'dir. Uranyum 235, bilimseli araştırmalar yapmak ve reaktörlerde enerji üretmek için, kobalt 60 x ışınları analizlerinde kullanılır.