Isotooppi vs Ion
Atomit ovat kaikkien olemassa olevien aineiden pieniä rakennuspalikoita. Eri atomien välillä on vaihtelua. Samojen elementtien sisällä on myös variaatioita. Isotoopit ovat esimerkkejä eroista yhden elementin sisällä. Lisäksi atomit ovat tuskin pysyviä luonnollisissa olosuhteissa. Ne muodostavat erilaisia yhdistelmiä keskenään tai muiden elementtien kanssa ollakseen olemassa. Näitä yhdistelmiä muodostaessaan ne voivat tuottaa ioneja.
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 alkuaineissa on enemmän neutroneja kuin protoneja. Neutronien lukumäärä on tärkeä ytimien stabiilisuuden tasapainottamiseksi. Kun ytimet ovat liian raskaita, ne muuttuvat epävakaiksi ja siksi isotoopit radioaktiivisiksi. 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.
Ioni
Useimmat atomeista (paitsi jalokaasut) eivät ole luonnossa pysyviä, koska niillä ei ole täysin täytettyjä valenssikuoria. Siksi useimmat atomit yrittävät täydentää valenssikuoren saamalla Nobel-kaasukonfiguraation. Atomit tekevät tämän kolmella tavalla.
- Samalla elektroneja
- Lahjottamalla elektroneja
- Elektroneja yhdistämällä
Ioneja syntyy kahdella ensimmäisellä menetelmällä (elektronien hankkiminen ja luovuttaminen). Yleensä sähköpositiiviset atomit, jotka ovat s- ja d-lohkoissa, pyrkivät muodostamaan ioneja luovuttamalla elektroneja. Tällä tavoin ne tuottavat kationeja. Useimmat p-lohkossa olevat elektronegatiiviset atomit haluavat saada elektroneja ja muodostaa negatiivisia ioneja. Yleensä negatiiviset ionit ovat suurempia kuin atomi ja positiiviset ionit pienempiä. Ioneilla voi olla yksi varaus tai useita varauksia. Esimerkiksi ryhmän I elementit muodostavat +1 kationia ja ryhmän II elementit +2 kationia. Mutta d-lohkossa on elementtejä, jotka voivat tehdä +3, +4, +5 ioneja jne. Koska elektronien lukumäärässä tapahtuu muutos ionin muodostuessa, protonien lukumäärä ei ole yhtä suuri kuin elektronien lukumäärä ionissa. Edellä kuvattujen polyatomisten ionien lisäksi voi olla myös polyatomisia ja molekyyli-ioneja. Kun alkuaineioneja katoaa molekyyleistä, muodostuu moniatomisia ioneja (esim.: ClO3–, NH4 +).
Mitä eroa on isotooppien ja ionien välillä?
• Isotoopit ovat saman alkuaineen eri atomeja. Ne eroavat toisistaan siten, että niissä on eri määrä neutroneja. Ionit ovat erilaisia kuin atomi elektronien lukumäärän vuoksi. Ioneissa voi olla enemmän tai vähemmän elektroneja kuin vastaavassa atomissa.
• Ionit ovat varautuneita lajeja, mutta isotoopit ovat neutraaleja.
• Alkuaineiden isotoopit voivat osallistua ionien muodostukseen.
