Fragment van eenisotopenkaart. Isotopen staan op diagonale lijnen van linksboven naar rechtsonder, instabiele nucliden zijn weergegeven met een lichte achtergrond en een gekleurde pijlpunt die de richting van het verval aangeeft.
Volgens het gangbareatoommodel bestaat een atoom uit een atoomkern, met een omringendewolk van elektronen. De kern bestaat, perchemisch element, uit een vast aantal protonen, en een variabel aantal neutronen. Het aantal protonen bepaalt hetatoomnummer van het element, en zijn chemische eigenschappen. Het aantal neutronen bepaalt onder meer de stabiliteit van de kern en, samen met het aantal protonen, deatoommassa. Twee atomen met evenveel protonen - en dus behorend tot hetzelfde element, en een verschillend aantal neutronen, zijn elkaarsisotopen.
'Isotoop' is een samentrekking van het Oudgriekseisos (gelijk) entopos (plaats). Hiermee wordt benadrukt dat alle isotopen van een gegevenchemisch element, dezelfde plaats innemen in hetperiodiek systeem.
De chemische eigenschappen van een atoom worden vrijwel uitsluitend bepaald door hetatoomnummer (Z), dus het aantal protonen. Het is daardoor vrijwel onmogelijk isotopen van hetzelfde element met chemische middelen van elkaar te scheiden.
De massa van het atoom wordt vrijwel geheel door de massa van deatoomkern bepaald. Dit aantal wordt weergegeven in hetmassagetal (A). Verschillende isotopen van hetzelfde element hebben hetzelfde atoomnummer maar dus altijd een verschillend massagetal (atoommassa).
Vanaf atoomnummer 20 komen enkel isotopen in de natuur voor waarvan het aantal neutronen groter is dan het aantal protonen.Met uitzondering van enkele lichtere isotopen (21H,63Li,105B,147N en de semi-stabiele isotopen4019K,5023V,13857La,17671Lu en180m173Ta) komen isotopen met zowel een oneven aantal protonen als een oneven aantal neutronen niet in de natuur voor. Dit wordt hetodd-even effect genoemd.[1]
Van veel elementen komt in de natuur een "mengsel" van isotopen voor. De verhouding waarin isotopen voorkomen in een monster kan heel nauwkeurig worden bepaald met behulp vanmassaspectrometrie.
Het elementchloor bijvoorbeeld heeftatoomnummer 17. Alle chlooratomen hebben dus 17 protonen in de kern, maar in de natuur komen twee isotopen voor: driekwart van de atomen heeft 18 neutronen, de rest heeft 20 neutronen. Het massagetal is dus 17 + 18 = 35 of 17 + 20 = 37. De isotopen worden geschreven als3517Cl en3717Cl of als35Cl en37Cl of als Cl-35 en Cl-37. Met deze notatievormen is het niet nodig het aantal protonen en neutronen apart te vermelden, immers het symbool Cl staat in het periodieke systeem op de 17e plaats en heeft dus per definitie 17 protonen.
De chemische eigenschappen van isotopen van een element zijn bij benadering gelijk aan elkaar; slechts bij zeer nauwkeurige meting blijken er toch wel wat verschillen te zijn, dit heet hetkinetisch-isotoopeffect. Vooral bij lichte elementen kunnen de chemische en meer nog de natuurkundige eigenschappen wel wat verschillen: zo is bijvoorbeeld het smeltpunt van ijs vanzwaar water (D2O) ongeveer 4 °C in plaats van 0 °C. De sterkte van dewaterstofbinding is afhankelijk van de isotoop van waterstof en dit heeft zelfs biochemische gevolgen omdat het het vouwen van eiwitten verandert. Organismes kunnen niet op puur zwaar water leven.
Aan de verhouding van de koolstofisotopen126C en136C van een plant kan worden gezien welke vorm vanfotosynthese de plant gebruikt. De hoeveelheid146C (eenradio-isotoop van koolstof) wordt weer gebruikt om de ouderdom van koolstofbevattende organische resten te schatten tot enige tienduizenden jaren in het verleden (metC14-datering).
Bij het woordisotoop wordt vaak aanradioactiviteit gedacht. Inderdaad zijn er van elk element wel isotopen die niet stabiel zijn en na enige tijd veranderen door een proces vanradioactief verval. Zulke isotopen wordenradio-isotopen genoemd. Door het radioactief verval ontstaan uiteindelijk stabiele isotopen, meestal van een ander element dan het uitgangsmateriaal. Meer algemeen geldt dat isotopen kunnen verschillen qua mogelijkekernreacties, dus ook qua reactie op de inval in de atoomkern van een deeltje.
