Az izotópok (nuklidok)
Egy atomot első körben az alábbi számokkal jellemezhetünk:
- $Z$ rendszám
- $N$ neutronszám
- $A=Z+N$ tömegszám
A tömegszámban amiatt szerepelnek egyformán a protonok és neutronok, mert a tömegeik majdnem azonos.
Egy atom legfontosabb mutatószáma a $Z$ rendszám, ami egyszerre jelenti az atommag protonjainak számát, és a semleges atom elektronszámát. A protonszám meghatározza az atommag körüli elektromos mezőt, ami meghatározza a körülötte tartózkodó elektronok pályáit és energiaszintjeit. Márpedig minden anyag kémiai viselkedését az elektronfelhő dönti el. Emiatt ha két atomnak azonos a rendszáma, akkor kémiai szempontból ők egyformák, ezért az elemek periódusos rendszerében ugyanott van a helyük. Ha az azonos rendszám ellenére az atommagjaik $N$ neutronszámai és ennek következtében az $A=Z+N$ tömegszámaik különböznek, akkor az atommagjaik különözni fognak, így a magfizikai folyamataik is eltérnek, de kémiai szempontból szinte tökéletesen egyformák lesznek. Egy kémiai elem ilyen változatait izotópoknak (nuklidoknak) hívjuk.
Egy kémiai elem különféle izotópjait kémiai reakciókkal nem lehet elválasztani egymástól, de a fizikai tulajdonságaik az atomok tömegei miatt kissé eltérnek, így ugyan nehezen és drágán, de mégis lehetséges az izotóparány megváltoztatása.
Az elnevezés eredete: az ógörög $\iota \sigma \omicron \varsigma$ (ejtsd: íszosz) jelentése azonos, a $\tau \omicron \pi \omicron \varsigma$ (ejtsd: toposz) pedig helyet jelent (lásd topográfia), vagyis az izotóp azonos helyet jelent, mármint a periódusos táblán.
A hidrogén izotópjai
- $^{1}\mathrm{H}$ könnyűhidrogén (prócium) atommagja csak egy protont tartalmaz
- a $^{2}\mathrm{H}$ nehézhidrogén (más néven deutérium, $\mathrm{D}$) magja a protonon túl egy neutront is
- a $^{3}\mathrm{H}$, $\mathrm{T}$ trícium magjában a proton mellett két neutron is van
A természetben kb. minden 6700 hidrogénatomból egy deutérium, a többi könnyűhidrogén. Trícium csak nagyon kevés van, mert elég gyorsan (12,3 éves felezési idővel) lebomlik, így csak ott fordul elő, ahol valami folyamatosan termeli. Például az atomerőművek hűtővizében ez bekövetkezik: az urán hasadásában keletkező sok neutron egy része elnyelődik a vízmolekulák hidrogénmagjaiban, így ott a könnyűhidrogénből folyamatosan létrejön jelentős mennyiségben deutérium abból pedig újabb neutronelnyeléssel radioaktív trícium is. Emiatt a nyugati világban a fűtőelempálcák között átfolyó hűtővizet külön vízkörben (primer kör) keringetik, hogy annak radioakititása jól elzárva legyen a környezettől.