Isotoopit vs isomeerit
Eri atomien välillä on vaihtelua. Samojen elementtien sisällä on myös variaatioita. Isotoopit ovat esimerkkejä eroista yhden elementin sisällä.
Molekyyli tai ioni, jolla on sama molekyylikaava, voi esiintyä eri tavoin riippuen sidosjärjestyksistä, varausten jakautumiseroista, tavasta, jolla ne järjestäytyvät avaruuteen jne.; nämä tunnetaan isomeereinä.
Isotoopit
Saman alkuaineen atomit voivat olla erilaisia. Näitä saman alkuaineen eri atomeja kutsutaan isotoopeiksi. Ne eroavat toisistaan, sillä niissä on erilainen määrä neutroneja. Koska neutroniluku on erilainen, myös niiden massaluku vaihtelee. Saman alkuaineen isotoopeilla on kuitenkin sama määrä protoneja ja neutroneja. Eri isotooppeja esiintyy vaihtelevina määrinä, ja tämä ilmoitetaan prosentteina, joita kutsutaan suhteelliseksi runsaudeksi. Esimerkiksi vedyllä on kolme isotooppia, protium, deuterium ja tritium. Niiden neutronien määrä ja suhteellinen runsaus ovat seuraavat.
1H – ei neutroneja, suhteellinen runsaus on 99,985 %
2H-yksi neutroni, suhteellinen runsaus on 0,015 %
3H- kaksi neutronia, suhteellinen runsaus on 0%
Neutronien määrä, jonka ytimessä voi olla, vaihtelee alkuaineittain. Näistä isotoopeista vain jotkut ovat pysyviä. Esimerkiksi hapella on kolme stabiilia isotooppia ja tinalla kymmenen stabiilia isotooppia. Useimmiten yksinkertaisilla elementeillä on sama neutroniluku kuin protoniluvulla, mutta raskaissa elementeissä on enemmän neutroneja kuin protoneilla. Neutronien lukumäärä on tärkeä ytimien stabiilisuuden tasapainottamiseksi. Kun ytimet ovat liian raskaita, ne muuttuvat epävakaiksi ja siksi näistä isotoopeista tulee radioaktiivisia. Esimerkiksi 238 U emittoi säteilyä ja hajoaa paljon pienempiin ytimiin. Isotoopeilla voi olla erilaisia ominaisuuksia niiden eri massojen vuoksi. Niillä voi esimerkiksi olla erilaiset spinit, joten niiden NMR-spektrit vaihtelevat. Niiden elektroniluku on kuitenkin samanlainen, mikä aiheuttaa samanlaisen kemiallisen käyttäytymisen.
Massaspektrometrillä voidaan saada tietoa isotoopeista. Se antaa alkuaineen isotooppien lukumäärän, niiden suhteellisen runsauden ja massan.
Isomeerit
Isomeerit ovat erilaisia yhdisteitä, joilla on sama molekyylikaava. Isomeerejä on erilaisia. Isomeerit voidaan jakaa pääasiassa kahteen ryhmään konstitutiivisiksi isomeereiksi ja stereoisomeereiksi. Konstitutionaaliset isomeerit ovat isomeerejä, joissa atomien liitettävyys vaihtelee molekyyleissä. Butaani on yksinkertaisin alkaani, joka osoittaa perustuslaillista isomeriaa. Butaanilla on kaksi perusisomeeriä, itse butaani ja isobuteeni.
Stereoisomeereissä atomit ovat liittyneet samassa järjestyksessä, toisin kuin rakenteelliset isomeerit. Stereoisomeerit eroavat toisistaan vain atomiensa järjestelyssä avaruudessa. Stereoisomeerit voivat olla kahta tyyppiä, enantiomeerit ja diastereomeerit. Diastereomeerit ovat stereoisomeerejä, joiden molekyylit eivät ole toistensa peilikuvia. 1,2-dikloorieteenin cis-trans-isomeerit ovat diastereomeerejä. Enantiomeerit ovat stereoisomeerejä, joiden molekyylit ovat ei-superponoitavia peilikuvia toisistaan. Enantiomeerejä esiintyy vain kiraalisten molekyylien kanssa. Kiraalinen molekyyli määritellään sellaiseksi, joka ei ole identtinen peilikuvansa kanssa. Siksi kiraalinen molekyyli ja sen peilikuva ovat toistensa enantiomeerejä. Esimerkiksi 2-butanolimolekyyli on kiraalinen, ja se ja sen peilikuvat ovat enantiomeerejä.
Mitä eroa on isotooppien ja isomeerien välillä?
• Isotoopit ovat saman alkuaineen eri atomeja. Isomeerit ovat erilaisia yhdisteitä, joilla on sama molekyylikaava.
• Isotoopit eroavat toisistaan neutronien lukumäärän vuoksi, kun taas isomeerit eroavat toisistaan atomien järjestelyn vuoksi.
• Yhden alkuaineen isotoopeilla on sama kemiallinen käyttäytyminen, mutta fysikaaliset ominaisuudet voivat vaihdella. Isomeereillä, joilla on sama kemiallinen kaava, on eroja sekä kemiallisissa että fysikaalisissa ominaisuuksissa (joitakin isomeereja lukuun ottamatta).
