Isotopi: cosa sono, caratteristiche ed esercizi

isotopi

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In questa lezione ti parliamo di isotopi, un argomento di base del programma di chimica delle scuole superiori e dei test di medicina, odontoiatria, veterinaria e professioni sanitarie.

Cos’è un isotopo? Nell’articolo trovi la definizione di isotopi e le loro caratteristiche. Inoltre, scoprirai quali sono gli isotopi di idrogeno, ossigeno e carbonio.

In più, guarda la videolezione con tanti esempi di isotopi svolti dal nostro tutor e docente di chimica.

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Isotopo: significato

Cosa sono gli isotopi? Ecco la definizione di isotopo più diffusa:

in chimica, l’isotopo è un atomo di un qualsiasi elemento che conserva lo stesso numero atomico, Z, ma ha differente numero di massa, A. Di conseguenza la massa atomica sarà diversa.

Ti ricordiamo che il numero atomico è il numero di protoni presenti nel nucleo di un atomo. Per determinarlo devi usare la tavola periodica. Gli atomi con uguale numero atomico si trovano nello stesso posto nel sistema periodico. Infatti, la parola isotopo deriva dal greco: ìsos + tòpos ossia stesso posto. Ovviamente, gli atomi con lo stesso numero atomico appartengono allo stesso elemento.

Invece, il numero di massa è dato dalla somma dei neutroni e dei protoni, chiamati complessivamente nucleoni, contenuti nel nucleo.

Detto questo, è chiaro che, a parità di numero atomico, la differenza del numero di massa è dovuta alla quantità di neutroni:

n° = A – Z

 Per scrivere gli isotopi si usa: nome proprio dell’elemento base + numero di massa. Il numero di massa spesso è riportato in apice davanti alla sigla dell’elemento, 40Ar, oppure dopo il nome dell’elemento preceduto da un trattino, argon-40. Si legge “argon quaranta”. Talvolta, si usa aggiungere il numero atomico in basso, in pedice, così: 126C.

A cosa servono gli isotopi? Gli isotopi hanno molteplici usi. Ad esempio, in ambito biologico vengono sfruttati per individuare determinati composti chimici in cellule, tessuti, organi. In geologia, sono importanti per la datazione dei reperti. Inoltre, sono largamente diffusi in medicina, nell’industria e nella produzione di energia nucleare.

Leggi anche Tavola periodica e proprietà periodiche degli elementi. Nell’articolo trovi la videolezione con gli esempi.

Isotopi: caratteristiche

Ecco quali sono le principali proprietà degli isotopi:

  • gli isotopi sì distinguono tra isotopi stabili oppure instabili, detti anche isotopi radioattivi;
  • gli isotopi si possono dividere anche tra isotopi naturali e artificiali, i primi sono presenti in natura, i secondi sono il risultato di reazioni nucleari;
  • un numero elevato di isotopi presenti in natura è dato da miscele a composizione costante, ossia la percentuale in massa con cui sono presenti negli elementi è sempre uguale;
  • gli isotopi di uno stesso elemento hanno la medesima struttura elettronica (hanno identico numero di protoni ed elettroni) mentre sono fisicamente diversi fra loro (perché hanno diverso peso);
  • pertanto, differiscono per struttura, proprietà nucleari, comportamenti fisici (effetti isotopici) ma hanno lo stesso comportamento chimico;
  • tuttavia, più il numero di massa atomica è elevato e quindi la differenza percentuale tra le loro masse è piccola, più aumentano le proprietà chimiche e fisiche in comune tra gli isotopi di uno stesso elemento;
  • al contrario, tra gli isotopi degli elementi leggeri ci sono maggiori differenze di proprietà sia chimiche che fisiche.

Isobari e isotoni

Ecco la differenza tra isobari e isotoni:

  • sono chiamati isobari gli atomi di elementi diversi che hanno lo stesso numero di massa, es. 14N e 14C, 40K e 40Ca;
  • sono chiamati isotoni gli atomi di elementi diversi con lo stesso numero di neutroni, es. 58Ni e 56Fe, i cui neutroni sono 30.

Isotopi stabili

Come visto nel paragrafo precedente, gli isotopi si dividono tra stabili e non stabili o radioattivi. Gli isotopi stabili sono circa 250 mentre si conoscono oltre 3.000 isotopi radioattivi, più quelli di cui si ipotizza la presenza. Inoltre, esistono gli isotopi quasi stabili, ossia radioattivi ma con proprietà particolari, la cui stabilità non è netta.

Gli isotopi stabili più conosciuti sono i cosiddetti isotopi leggeri, ossia quelli di idrogeno, ossigeno, carbonio, ma anche boro, azoto, zolfo. Gli isotopi di uno stesso elemento si presentano in natura con differenti concentrazioni.

Isotopi dell’ossigeno

L’ossigeno ha tre isotopi stabili, quelli con numero di massa 16, 17, 18: 16O, 17O, 18O.

Si tratta di atomi che contengono ognuno 8 protoni e 8 elettroni, ma con differente numero di neutroni: 8 per l’ossigeno-16, 9 per l’ossigeno-17, 10 per l’ossigeno-18.

Isotopi dell’idrogeno

Quanti e quali sono gli isotopi dell’idrogeno? Gli isotopi dell’idrogeno sono tre e sono: prozio, 1H, deuterio, 2H e trizio, 3H.

Hanno tutti un solo protone ma differiscono per quantità di protoni: zero per il prozio, uno per il deuterio e due per il trizio.

Isotopi del carbonio

Il carbonio ha tre isotopi naturali. Due sono isotopi stabili, 12C e 13C. Il 14C è un radioisotopo conosciuto come radiocarbonio, di cui forse hai sentito parlare in storia perché viene usato per stabilire a quando risalgono i reperti archeologici attraverso la datazione dei materiali biologici e del legno.

Guarda anche il video con la teoria e gli esempi sugli isotopi del nostro tutor e docente di chimica.

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Immagine in evidenza di Tomislav Jakupec da Pixabay

Paola Pala

Paola Pala

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