Isotop

Isotop Memiliki Proton Sama tetapi Massa Berbeda

Atom hidrogen, karbon, dan oksigen tidak semuanya memiliki massa yang sama. Satu unsur bisa memiliki beberapa atom yang jumlah protonnya sama, tetapi jumlah neutronnya berbeda. Atom-atom seperti itu disebut isotop.

Isotop adalah atom dari unsur yang sama dengan nomor atom sama, tetapi nomor massa berbeda.

Hubungan antara nomor atom, jumlah neutron, dan nomor massa dapat diringkas seperti ini:

Isotop memiliki $Z$ yang sama, tetapi jumlah neutron $n^0$ dan nomor massa $A$ yang berbeda.

Simbol $Z$ adalah nomor atom, yaitu jumlah proton. Simbol $A$ adalah nomor massa, yaitu jumlah proton dan neutron. Kalau $Z$ sama, unsurnya sama. Kalau $n^0$ berbeda, nomor massanya ikut berbeda.

Isotop termasuk unsur yang sama karena jumlah protonnya sama. Perbedaan jumlah neutron menghasilkan nomor massa yang berbeda.

Model Isotop

Pilih isotop di bawah ini. Perhatikan bagian yang tidak berubah dulu: jumlah proton. Setelah itu, bandingkan jumlah neutronnya.

Pembaca Isotop

Bandingkan isotop hidrogen dan karbon. Unsurnya tetap sama ketika nomor atom tetap sama, tetapi nomor massa berubah ketika neutron berubah.

{}^{1}_{1}\mathrm{H}

{}^{1}_{1}\mathrm{H}

Nomor atom: $Z = 1$
Nomor massa: $A = 1$
Neutron: $n^0 = 1 - 1 = 0$
Komposisi isotop representatif: Sekitar $99{,}9885\%$

Proton: $1$
Elektron netral: $1$
Neutron: Tidak memiliki neutron.

Tiga Isotop Hidrogen

Semua isotop hidrogen memiliki $1$ proton. Karena jumlah protonnya $1$ , semuanya tetap unsur hidrogen. Perbedaannya ada pada jumlah neutron.

Isotop hidrogen	Lambang	Proton	Elektron netral	Neutron
Hidrogen ringan	${}^{1}_{1}\mathrm{H}$	$1$	$1$	$0$
Deuterium	${}^{2}_{1}\mathrm{H}$	$1$	$1$	$1$
Tritium	${}^{3}_{1}\mathrm{H}$	$1$	$1$	$2$

Deuterium kadang ditulis $\mathrm{D}$ , dan tritium kadang ditulis $\mathrm{T}$ . Kedua simbol singkat itu tidak berarti unsur baru. Deuterium dan tritium tetap hidrogen karena jumlah protonnya tetap $1$ .

Isotop Karbon Berbeda dalam Jumlah Neutron

Karbon selalu memiliki $6$ proton. Dari ${}^{12}_{6}\mathrm{C}$ sampai ${}^{14}_{6}\mathrm{C}$ , jumlah neutron bertambah dari $6$ menjadi $8$ .

\begin{aligned} {}^{12}_{6}\mathrm{C} &: n^0 = 12 - 6 = 6 \\ {}^{13}_{6}\mathrm{C} &: n^0 = 13 - 6 = 7 \\ {}^{14}_{6}\mathrm{C} &: n^0 = 14 - 6 = 8 \end{aligned}

${}^{12}_{6}\mathrm{C}$ dan ${}^{13}_{6}\mathrm{C}$ stabil. ${}^{14}_{6}\mathrm{C}$ radioaktif, sehingga jumlahnya sangat kecil di alam. Karena ${}^{14}_{6}\mathrm{C}$ meluruh seiring waktu, ilmuwan dapat memakainya untuk memperkirakan usia benda yang pernah berasal dari makhluk hidup, misalnya kayu tua atau tulang.

Perbedaan Isotop dan Ion

Ion terbentuk ketika atom menerima atau melepas elektron. Isotop dari unsur yang sama memiliki jumlah neutron yang berbeda.

Konsep	Partikel yang berbeda	Partikel yang menentukan unsur
Ion	Elektron	Proton
Isotop	Neutron	Proton

Contohnya, $\mathrm{C}^{2-}$ adalah ion karbon karena elektronnya berubah. Sebaliknya, ${}^{14}_{6}\mathrm{C}$ adalah isotop karbon karena neutronnya berbeda dari ${}^{12}_{6}\mathrm{C}$ .

Jika atomnya netral, elektron tetap sama dengan proton:

\text{atom netral} \Rightarrow e^- = p^+

Jadi, ${}^{14}_{6}\mathrm{C}$ netral memiliki $6$ proton, $6$ elektron, dan $8$ neutron.

Kegunaan Isotop

Jumlah neutron memengaruhi massa dan kestabilan inti suatu isotop. Sifat tersebut menentukan apakah isotop tertentu dapat dipakai sebagai pelacak, calon sumber energi, atau penanda waktu untuk memperkirakan umur bahan.

Deuterium dan tritium diteliti sebagai pasangan bahan bakar dalam riset energi fusi.

${}^{14}_{6}\mathrm{C}$ dipakai dalam penanggalan radiokarbon untuk memperkirakan umur bahan organik, yaitu bahan yang pernah berasal dari makhluk hidup. Metode ini dapat menentukan usia hingga sekitar $60\,000$ tahun.

Setiap penggunaan isotop harus mempertimbangkan kestabilan intinya, yaitu kecenderungan inti untuk meluruh. Isotop radioaktif seperti tritium dan ${}^{14}_{6}\mathrm{C}$ memerlukan prosedur terkendali dan aturan keselamatan radiasi.

Dari Isotop ke Massa Atom Rata-rata

Pada tabel periodik, massa atom relatif sering berupa angka desimal. Angka itu bukan nomor massa satu isotop. Massa atom relatif dihitung dari massa setiap isotop dan kelimpahan isotop dalam sampel acuan.

Persentase dalam tabel merupakan komposisi isotop representatif untuk bahan acuan. Komposisi isotop dapat berbeda menurut asal dan pengolahan bahan. Persentase di bawah merupakan nilai rujukan, sedangkan sampel alami tertentu dapat berbeda.

Karbon menjadi contoh yang mudah:

Isotop karbon	Nomor massa	Komposisi isotop representatif
${}^{12}_{6}\mathrm{C}$	$12$	Sekitar $98{,}93\%$
${}^{13}_{6}\mathrm{C}$	$13$	Sekitar $1{,}07\%$
${}^{14}_{6}\mathrm{C}$	$14$	Tidak dicantumkan dalam komposisi isotop stabil NIST

Karena ${}^{12}_{6}\mathrm{C}$ paling melimpah, massa atom relatif karbon di tabel periodik berada dekat $12$ , tetapi tidak tepat sama dengan $12$ .

Membedakan Isotop dari Nomor Atom dan Nomor Massa

Gunakan tiga pertanyaan ini setiap membaca isotop:

Berapa jumlah protonnya?
Berapa nomor massanya?
Berapa neutronnya dari $A - Z$ ?

Untuk ${}^{92}_{40}\mathrm{Zr}$ :

\begin{aligned} n^0 &= A - Z \\ &= 92 - 40 \\ &= 52 \end{aligned}

Jadi, ${}^{92}_{40}\mathrm{Zr}$ memiliki $52$ neutron. Hubungan $n=A-Z$ berlaku untuk setiap isotop yang nomor atom dan nomor massanya diketahui, sehingga kita tidak memerlukan tabel jumlah neutron.