E1.1

Massaluku on protonien ja neutronien yhteenlaskettu lukumäärä, joten se on suurempi kuin järjestysluku, joka on protonien lukumäärä. Kun tiedetään järjestysluku, voidaan selvittää jostakin kemian tietolähteestä kemiallinen merkki. Vastaavasti kemiallisesta merkistä voidaan selvittää järjestysluku.

 

 

(Isotooppia ¹⁸F käytetään positroniemissiotomografiassa, sillä se muodostaa hajotessaan positroneja ja sillä on melko pitkä puoliintumisaika. Isotoopilla ¹²³I tutkitaan kilpirauhassairauksia, koska kilpirauhaseen kertyy jodia. Isotoopilla ²⁰¹Tl tutkitaan sydäntä, sillä tallium käyttäytyy elimistössä kaliumin tavoin.)

 

 

E1.2

Protonien lukumäärä saadaan järjestysluvusta. Jos järjestyslukua ei ole annettu, se voidaan selvittää kemiallisen merkin avulla jostakin tietolähteestä. Neutronien lukumäärä saadaan vähentämällä protonien lukumäärä massaluvusta eli neutronien ja protonien yhteismäärästä. Koska atomit ovat kokonaisuutena varauksettomia, elektroneja on yhtä monta kuin protoneja.

 

a) protoneja 6, neutroneja 14 − 6 = 8, elektroneja 6

b) protoneja 19, neutroneja 40 − 19 = 21, elektroneja 19

c) protoneja 92, neutroneja 235 − 92 = 143, elektroneja 92

(Isotoopit liittyvät radiohiiliajoitukseen, kalium-argonajoitukseen ja uraani-lyijyajoitukseen. Tutkittavien kappaleiden iät ovat radiohiiliajoituksessa usein tuhansien vuosien luokkaa, kalium-argonajoituksessa satojatuhansia vuosia ja uraani-lyijyajoituksessa miljoonista vuosista miljardeihin.)

E1.3

Tarvittavat tiedot alkuaineiden isotoopeista löytyvät nopeasti esimerkiksi englanninkielisen Wikipedian artikkeleista Isotopes of hydrogen, Isotopes of carbon ja Isotopes of nitrogen.

Artikkelien taulukoista selviää, että vedyllä, hiilellä ja typellä on kullakin kaksi vakaata isotooppia. Siten korvaamiseen voi käyttää ainoastaan yhtä isotooppia. Nämä isotoopit ovat vety-2, hiili-13 ja typpi-15.

(Esimerkki isotoopin korvaamisesta on tutkimus, jossa ClXeCN-molekyylin tunnistamiseksi valmistettiin ClXe¹³CN-molekyyliä käyttämällä lähtöaineena tavallisen ClCN:n asemesta Cl¹³CN:ää. Isotoopin korvaaminen muuttaa hieman molekyylin spektriä, mikä helpottaa tunnistusta.)

 

E1.4

Wikipedian artikkelin Isotopes of iodine mukaan jodin ainoa vakaa isotooppi on ¹²⁷I. Kevyimmäksi isotoopiksi artikkeli ilmoittaa ¹⁰⁸I:n ja raskaimmaksi ¹⁴⁴I:n.

(Tämä tiedonhaku on maaliskuulta 2013. Kuten missä tahansa tietolähteessä tieto voi olla väärää tai vanhentunutta. Isotoopeissa luotettavampi ja ajantasaisempi lähde on Brookhaven National Laboratoryn tietokanta, johon Wikipedian artikkelikin viittaa. Tietokannan mukaan jodin raskain isotooppi on ¹⁴⁵I. Havainnot tästä ja 44 muusta uudesta isotoopista on esitetty vuonna 2010 julkaistussa artikkelissa.)

 

E1.5

Esimerkiksi hakusanalla ”vedyn isotoopit” selviää, että ²H on nimeltään deuterium ja ³H on tritium.

(Kuten tehtävässä 3 nähdään, näistä isotoopeista deuterium on vakaa ja tritium on radioaktiivinen. Myös ¹H-isotoopilla on oma nimi: protium. Tämä nimitys ei kuitenkaan kuulu aivan joka kemistin sanavarastoon, toisin kuin deuterium ja tritium.)