Hvorfor har isotoper af det samme grundstof forskellige tætheder?

Isotoper af samme grundstof har det samme antal protoner, men et andet antal neutroner. Neutroner er subatomære partikler, der bidrager til den samlede masse af et atom, men som ikke påvirker dets kemiske egenskaber. Som følge heraf har isotoper af det samme grundstof meget ens kemisk adfærd, men kan have lidt forskellige fysiske egenskaber, såsom tæthed.

Massefylde er defineret som masse pr. volumenhed. Da isotoper har det samme antal protoner, vil de have et tilsvarende antal elektroner, der kredser om kernen. Det betyder, at atomets samlede ladning forbliver den samme. Men tilføjelsen af ​​neutroner øger atomets masse uden at ændre dets størrelse væsentligt. Som et resultat vil isotoper med flere neutroner have en højere tæthed end isotoper med færre neutroner.

Overvej for eksempel kulstof-12 og kulstof-13. Kulstof-12 har 6 protoner, 6 neutroner og 6 elektroner, mens kulstof-13 har 6 protoner, 7 neutroner og 6 elektroner. Tilsætningen af ​​en neutron øger massen af ​​kulstof-13 med omkring 1,6%, men ændrer ikke dens størrelse væsentligt. Som et resultat er kulstof-13 tættere end kulstof-12.

Forskellen i tæthed mellem isotoper kan bruges til at adskille dem. Dette sker gennem en proces kaldet isotopseparation, som bruges i en række forskellige anvendelser, såsom produktion af nukleart brændsel og berigelse af uran til brug i atomreaktorer.