Isotop

Isotope (griech. gleicher Ort, gemeint ist im Periodensystem) sind Atome mit gleicher Ordnungszahl aber unterschiedlicher Massenzahl. Der Begriff wurde von Frederick Soddy eingeführt.

Es handelt sich also um Atome eines Elements, die sich nur durch die unterschiedliche Anzahl von Neutronen im Atomkern unterscheiden. Im Allgemeinen besitzt jedes Element ein oder wenige stabile Isotope, während die anderen Isotope radioaktiv (d. h. instabil) sind und früher oder später zerfallen. Es gibt auch Elemente, bei denen alle Isotope instabil sind und zerfallen. Die größte Anzahl von stabilen Isotopen hat das Zinn, nämlich 10. Bei 20 Elementen, den so genannten Reinelementen, gibt es nur ein stabiles Isotop. Diese Elemente sind Beryllium, Fluor, Natrium, Aluminium, Phosphor, Scandium, Mangan, Kobalt, Arsen, Yttrium, Niob, Rhodium, Iod, Cäsium, Praseodym, Terbium, Holmium, Thulium, Gold und Wismut.

Bekanntestes Isotop:

• ¹⁴C (Kohlenstoff), das zur Altersbestimmung von organischen Materialien (Archäologie) benutzt wird.
• hauptsächlich liegt Kohlenstoff als stabiles Isotop ¹²C vor.

In ihren chemischen Reaktionen unterscheiden sich Isotope geringfügig. Ein Beispiel ist die Elektrolyse von Wasser, bei der vorzugsweise Wasser mit dem normalen ¹H reagiert und in Wasserstoff und Sauerstoff zerlegt wird, während sich Wassermoleküle mit ²H (Schweres Wasser) im Restwasser anreichern. Grund hierfür sind die verschiedenen Nullpunktsenergien der Isotope.

Lebewesen zeigen ebenfalls eine 'Vorliebe' für bestimmte Isotope lebenswichtiger Elemente (wie Stickstoff, Kalzium), so dass das Isotopenverhältnis im lebenden Organismus sich von dem der Umwelt unterscheiden kann.

Auch an ihren Spektrallinien können bei hoher Auflösung verschiedene Isotope eines Elements unterschieden werden (Isotopieverschiebung).

Die Isotopenzusammensetzung in einer Probe wird in der Regel mit einem Massenspektrometer bestimmt.

Isotope spielen ferner eine Rolle in der NMR-Spekroskopie. So werden z.B. in der NMR-Spekroskopie organischer Verbindungen ¹³C Isotope spektroskopiert, da sie im Gegensatz zum ¹²C einen detektierbaren Kernspin haben.

Isotope werden auch in der Aufklärung von Reaktionsmechanismen oder Metabolismen mit Hilfe der sog. Isotopenmarkierung verwendet.

Die Isotopenzusammensetzung des Wassers ist an verschiedenen Orten der Welt verschieden und charakteristisch. Diese Unterschiede erlauben es etwa bei Lebensmitteln wie Wein oder Käse, die Deklaration des Ursprungsortes zu überprüfen.

Es gibt nur wenige Isotope, für die eigene Namen oder eigene Kürzel gebräuchlich sind:

• Das ²H-Isotop wird gewöhnlich als Deuterium (D) bezeichnet
• Das ³H-Isotop wird gewöhnlich als Tritium (T) bezeichnet

Siehe auch: Radioaktivität, Halbwertszeit, C14-Methode, Nuklid, Radionuklid, Isobare (Kernphysik), Isotone (Kernphysik)