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Lexikon der Chemie: Isotope

Isotope, Atomkerne mit gleicher Kernladungszahl (Ordnungszahl), aber unterschiedlicher Neutronen- und Massenzahl. Die I. gehören somit zum gleichem chem. Element, z. B. Neon 20 und Neon 22 (2100Ne und 2102Ne). Außer in der Masse unterscheiden sich I. noch im Kernvolumen, in der Spinquantenzahl und magnetischen Quantenzahl des Atomkerns (Atommodell).

Man unterscheidet zwischen stabilen I. und radioaktiven I. (Radioisotope). Fast jedes in der Natur vorkommende Element ist eine Mischung von I., die mit verschiedenen Häufigkeiten in der Mischung enthalten sind.

Gemäß der Astonschen Isotopenregel enthalten Elemente mit gerader Ordnungszahl fast immer mehrere stabile I, während Elemente mit ungerader Ordnungszahl nur 1 oder maximal 2 stabile I. aufweisen. Isotopenanalysen werden vorwiegend mit Massenspektrographen ausgeführt.

Unter dem Begriff Isotopieeffekte faßt man alle Unterschiede der physikalischen und chem. Erscheinungen bei Elementen oder chem. Verbindungen, die durch den relativen Masseunterschied von I. hervorgerufen werden, zusammen. Dazu gehören Unterschiede in der Wärmeleitfähigkeit, im Schmelzpunkt, Siedepunkt, in der Viskosität, Kapillarität, chem. Reaktionsfähigkeit, Reaktionsgeschwindigkeit, im spektroskopischen Verhalten u. a. Einige dieser Erscheinungen nutzt man zur Isotopentrennung aus. Die optischen Isotopieeffekte äußern sich in der Isotopieverschiebung der Spektrallinien bei den verschiedenen I. eines Elements und in der Veränderung der Absorptionsspektren von Molekülen, in denen bestimmte Atome durch verschiedene I. ein und desselben Elements substituiert sind. Die Isotopieeffekte lassen sich weitgehend mit Hilfe der statistischen Thermodynamik und der Quantenmechanik rechnerisch erfassen.

Die Verwendung der stabilen I. erstreckt sich auf die Gebiete der Chemie, Physik, Biologie, Medizin, Werkstofforschung. Man setzt sie dort zur Markierung von als Tracer verwendeten Stoffen ein. Die optische Isotopieverschiebung dient der Aufklärung komplizierter Molekülstrukturen. In großem Umfang wird Deuteriumoxid als wirksame Bremssubstanz für Neutronen in Kernreaktoren eingesetzt. Das gasförmige Bortrifluorid 10BF3 (mit dem selteneren Borisotop 10B) dient zur Füllung von Neutronen-Zählrohren und zum Belegen von Kernspurplatten. Als sehr genau reproduzierbares und nahezu unveränderliches Wellenlängennormal, das die Grundlage der bisherigen Meterdefinition bildete, wurde eine Emissionslinie des (vorher auf etwa 99,5 % angereicherten) schwersten natürlichen Kryptonisotops 86Kr international festgelegt. Über den Einsatzbereich radioaktiver I. Radionuclide.

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