Neutronihulluus

Olemme jo oppineet, että ionit ovat atomeja, joista joko puuttuu tai joissa on ylimääräisiä elektroneja. Sanotaan, että atomilta puuttuu neutroni tai sillä on ylimääräinen neutroni. Tällaista atomia kutsutaan isotoopiksi. Atomi on silti sama alkuaine, jos siltä puuttuu elektroni. Sama pätee isotooppeihin. Ne ovat edelleen sama alkuaine. Ne ovat vain hieman erilaisia kuin kaikki muut saman alkuaineen atomit.
Yleismaailmassa on esimerkiksi paljon hiili (C)-atomeja. Normaalit niistä ovat hiili-12. Niillä atomeilla on 6 neutronia. On muutama harhaileva atomi, joilla ei ole 6. Noilla parittomilla voi olla 7 tai jopa 8 neutronia. Kun opit lisää kemiasta, kuulet luultavasti hiili-14:stä. Hiili-14:ssä on itse asiassa 8 neutronia (2 ylimääräistä). C-14:tä pidetään hiilen isotooppina.
Jos olet katsonut jaksollista järjestelmää, olet ehkä huomannut, että alkuaineen atomimassa on harvoin parillinen luku. Tämä tapahtuu isotooppien vuoksi. Jos olet atomi, jolla on ylimääräinen elektroni, se ei ole iso juttu. Elektronien massa ei ole suuri verrattuna neutroniin tai protoniin.
Atomimassat lasketaan laskemalla, kuinka paljon kutakin atomityyppiä ja isotooppia on maailmankaikkeudessa. Hiilen osalta on paljon C-12-, pari C-13- ja muutama C-14-atomia. Kun kaikkien massojen keskiarvo lasketaan, saadaan luku, joka on hieman suurempi kuin 12 (C-12-atomin massa). Alkuaineen keskimääräinen atomimassa on itse asiassa 12,011. Koska et koskaan oikeastaan tiedä, mitä hiiliatomia käytät laskelmissa, kannattaa käyttää atomin keskimääräistä massaa.
Bromilla (Br), jonka järjestysluku on 35, on enemmän erilaisia isotooppeja. Bromin (Br) atomimassa on 79,90. On kaksi pääisotooppia 79 ja 81, joiden keskiarvo on 79,90amu. Isotoopissa 79 on 44 neutronia ja isotoopissa 81 on 46 neutronia. Vaikka se ei muuta keskimääräistä atomimassaa, tutkijat ovat valmistaneet bromin isotooppeja, joiden massat vaihtelevat 68:sta 97:ään. Kyse on vain neutronien määrästä. Kun jaksollisessa järjestelmässä siirrytään korkeampiin järjestyslukuihin, jokaisesta alkuaineesta löytyy todennäköisesti vielä enemmän isotooppeja.

Paluu normaaliin

Jos tarkastelemme C-14-atomia vielä kerran, huomaamme, että C-14 ei kestä ikuisesti. On aika, jolloin se menettää ylimääräiset neutroninsa ja muuttuu C-12:ksi. Näiden neutronien menetystä kutsutaan radioaktiiviseksi hajoamiseksi. Tämä hajoaminen tapahtuu säännöllisesti kuin kello. Hiilen osalta hajoaminen tapahtuu muutamassa tuhannessa vuodessa (5 730 vuotta). Joidenkin alkuaineiden hajoaminen kestää kauemmin, ja toisten alkuaineiden hajoaminen tapahtuu muutamassa minuutissa. Arkeologit voivat käyttää radioaktiivisen hajoamisen tuntemustaan, kun heidän on tiedettävä kaivamansa esineen päivämäärä. Useiden tuhansien vuosien takaiseen esineeseen lukittunut C-14 hajoaa tietyllä nopeudella. Kemiantuntemuksensa avulla arkeologit voivat mitata, kuinka monta tuhatta vuotta vanha esine on. Tätä prosessia kutsutaan hiilidioksidiajoitukseksi.