原子是“物質(zhì)的基石”，任何有質(zhì)量和占據(jù)空間的東西都是由這些微小的單位組成的。

同位素是研究原子的重要概念?；瘜W(xué)家、物理學(xué)家和地質(zhì)學(xué)家利用它們來(lái)理解我們的世界。但在我們解釋同位素是什么和為什么它們?nèi)绱酥匾?，我們需要后退一步，從整體上看原子。

原子世界

我們都知道，原子有三個(gè)主要成分，其中兩個(gè)存在于原子核中，一個(gè)在核外繞核運(yùn)動(dòng)。原子核位于原子的中心，是一個(gè)致密的粒子團(tuán)，其中一些粒子是帶正電荷的質(zhì)子。

有充分的證據(jù)表明極性相反的電荷會(huì)互相吸引，極性相同的電荷會(huì)互相排斥。所以這里有一個(gè)問(wèn)題，兩個(gè)或更多個(gè)帶正電荷的質(zhì)子如何能在同一個(gè)原子核中共存？它們不應(yīng)該互相排開(kāi)嗎？

中子的存在阻止了質(zhì)子的分離。中子是與質(zhì)子共用原子核的亞原子粒子。正如它的名字一樣，中子既不帶正電荷也不帶負(fù)電荷，這是一個(gè)重要的屬性。正是由于中子的中立性（這里不再往下細(xì)究各種力），它阻止質(zhì)子互相驅(qū)趕出原子核。

元素

圍繞原子核運(yùn)行的超輕粒子是帶負(fù)電荷的電子。電子促進(jìn)了化學(xué)鍵合，它們的運(yùn)動(dòng)能產(chǎn)生一種叫做電的小東西。電子和原子核中的質(zhì)子一樣重要，它們幫助科學(xué)家區(qū)分不同的元素。

您可能已經(jīng)注意到，在元素周期表的大多數(shù)版本中，每個(gè)正方形的右上角都印有一個(gè)小數(shù)字。這個(gè)數(shù)字稱為原子序數(shù)。它告訴讀者給定元素的原子核中有多少質(zhì)子。例如，氧的原子序數(shù)為8。宇宙中的每個(gè)氧原子都有一個(gè)核，正好有八個(gè)質(zhì)子， 不多也不少。

如果沒(méi)有這種非常特殊的粒子排列，氧就不會(huì)是氧。每個(gè)元素的原子序數(shù)，包括氧的原子序數(shù)，都是獨(dú)一無(wú)二的，這是一個(gè)決定性的特征。除了氧沒(méi)有其他元素原子核有八個(gè)質(zhì)子。通過(guò)計(jì)算質(zhì)子數(shù)，你可以識(shí)別一個(gè)原子。比如氧原子總是有八個(gè)質(zhì)子，氮原子總是有七個(gè)質(zhì)子，就這么簡(jiǎn)單。

但是中子在原子核中的數(shù)量卻是不一定的。氧原子中的核保證有八個(gè)質(zhì)子，但是它也可能包含4到20個(gè)中子。同位素是具有不同數(shù)量的中子的相同化學(xué)元素的變體。

現(xiàn)在，每個(gè)同位素都是根據(jù)它的質(zhì)量數(shù)來(lái)命名的，質(zhì)量數(shù)是原子中中子和質(zhì)子的總數(shù)。例如，一種已知的氧同位素被稱為氧-18（O-18）。它有標(biāo)準(zhǔn)的8個(gè)質(zhì)子加10個(gè)中子。一種相關(guān)的同位素，氧-17（O-17），在核中少了一個(gè)中子。

穩(wěn)定性

科學(xué)家將O-17和O-18歸類為穩(wěn)定同位素。在一個(gè)穩(wěn)定的同位素中，質(zhì)子和中子施加的力把彼此聯(lián)系在一起，使原子核永久保持完整。

另一方面，放射性同位素中的核，是不穩(wěn)定的，會(huì)隨著時(shí)間的推移而衰變。放射性同位素核中的質(zhì)子和中子的數(shù)量不匹配，這使得它們不能長(zhǎng)久穩(wěn)定的存在。因此，放射性同位素會(huì)釋放出某些亞原子粒子（并釋放能量），直到它們將自己轉(zhuǎn)化成穩(wěn)定的同位素。

O-18穩(wěn)定，但氧-19（O-19）不穩(wěn)定，后者將不可避免地崩潰。O-19的半衰期為26.88秒。半衰期是50％的同位素樣品衰變所需的時(shí)間。

與氧氣不同，某些元素沒(méi)有任何穩(wěn)定的同位素。例如鈾，在自然界中，這種重金屬有三種同位素，它們都是放射性的，原子核處于恒定的衰變狀態(tài)。

確定年齡

鈾-238（U-238）是該元素中最常見(jiàn)的同位素，其半衰期約為45億年！逐漸地，它將成為鉛-206（Pb-206），這是穩(wěn)定的。同樣，鈾-235（U-235）具有7.04億年的半衰期，它會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)殂U-207（Pb-207），這是另一種穩(wěn)定的同位素。

對(duì)于地質(zhì)學(xué)家來(lái)說(shuō)，這是非常有用的信息。讓我們說(shuō)有人找到一塊巖石，其鋯石晶體含有U-235和Pb-207的混合物。這兩個(gè)原子的比例可以幫助科學(xué)家確定巖石的年齡。