Isotopes, Isobars and Isotones ഐസോടോപ്പുകൾ · ഐസോബാറുകൾ
Can two atoms of the same element have different masses? Can atoms of different elements have the same mass number? Yes to both! Here you meet the three hydrogen atoms protium, deuterium and tritium, the carbon atoms used to date fossils, the radioactive isotopes used in hospitals and power stations, and the "same-mass" atoms argon, potassium and calcium. Then sort atom pairs yourself.
1. Which particle decides the element?
Question (page 18). ഒരു മൂലകം ഏതാണെന്ന് നിശ്ചയിക്കുന്നത് അതിലെ ഏതു സബ് അറ്റോമിക കണങ്ങളുടെ എണ്ണമാണ്? (പ്രോട്ടോൺ/ന്യൂട്രോൺ) The number of which subatomic particle decides which element an atom is? (proton / neutron)
2. The three hydrogen atoms (Fig 1.10, Table 1.5)
ഈ ആറ്റങ്ങളെ സംബന്ധിച്ചുള്ള പട്ടിക 1.5 പൂർത്തിയാക്കാമോ? – Can you complete Table 1.5 about these atoms?
Questions (page 18).
- ഈ ആറ്റങ്ങളുടെ അറ്റോമിക നമ്പർ എത്രയാണ്? What is the atomic number of these atoms?
- അറ്റോമിക നമ്പർ 1 ഉള്ള മൂലകം ഏതാണ്? Which element has atomic number 1? (എങ്കിൽ ഇവ മൂന്നും ഹൈഡ്രജൻ ആറ്റങ്ങൾ ആണല്ലോ.) – so all three are hydrogen atoms.
- ഈ ആറ്റങ്ങൾ തമ്മിൽ ഏത് കണത്തിന്റെ എണ്ണത്തിലാണ് വ്യത്യാസം? In the number of which particle do these atoms differ?
- ഇവയുടെ മാസ് നമ്പർ ഒരുപോലെയാണോ? Are their mass numbers the same?
- ഇവയിൽ ന്യൂക്ലിയസിൽ ന്യൂട്രോൺ ഇല്ലാത്ത ആറ്റമേത്? Which of these atoms has no neutron in its nucleus?
2. Atomic number 1 is hydrogen.
3. They differ in the number of neutrons (0, 1, 2).
4. No – the mass numbers are 1, 2 and 3.
5. Protium 11H has no neutron.
ഒരേ അറ്റോമിക നമ്പറും വ്യത്യസ്ത മാസ് നമ്പറുമുള്ള ഒരേ മൂലകത്തിന്റെ വ്യത്യസ്ത ആറ്റങ്ങളാണ് ഐസോടോപ്പുകൾ.
Isotopes ഐസോടോപ്പുകൾ are different atoms of the same element having the same atomic number and different mass numbers. (Same protons, different neutrons.) Protium പ്രോട്ടിയം, deuterium ഡ്യൂറ്റീരിയം and tritium ട്രിഷിയം are the isotopes of hydrogen.
3. Properties of isotopes and heavy water
ഐസോടോപ്പുകൾ ഒരേ രാസസ്വഭാവം കാണിക്കുന്നു. എന്നാൽ ഭൗതിക സ്വഭാവങ്ങളിൽ ചെറിയ വ്യത്യാസങ്ങൾ കാണിക്കുന്നു. – Isotopes show the same chemical properties രാസസ്വഭാവം (they have the same number of electrons, arranged the same way), but small differences in physical properties ഭൗതിക സ്വഭാവങ്ങൾ such as mass and density (their nuclei have different masses).
ഘനജലം (Heavy water) ഹൈഡ്രജന്റെ ഐസോടോപ്പായ ഡ്യൂറ്റീരിയത്തിന്റെ ഓക്സൈഡാണ്. ഘനജലം ആണവ നിലയങ്ങളിൽ ഉപയോഗിക്കുന്നു. Heavy water is the oxide of deuterium, D₂O (each molecule has two ²H atoms instead of two ¹H atoms). It is used in nuclear power stations ആണവ നിലയങ്ങൾ.
Go further: it looks like ordinary water and takes part in the same chemical reactions, but it is about 11 % denser (≈ 1.11 g/cm³), freezes at about 3.8 °C and boils at about 101.4 °C – a small difference in physical properties. India's pressurised heavy-water reactors, for example at Kaiga in Karnataka, use it to slow down neutrons.
4. Isotopes of carbon (Fig 1.11)
ഹൈഡ്രജന് മാത്രമാണോ ഐസോടോപ്പുകൾ ഉള്ളതെന്നു നോക്കാം. – Let us see whether only hydrogen has isotopes. Look at Fig 1.11 and fill in the protons, electrons and neutrons of each atom.
¹²C, ¹³C, ¹⁴C എന്നിവ കാർബണിന്റെ പ്രകൃതിദത്ത ഐസോടോപ്പുകളാണ്. 126C, 136C and 146C are the natural isotopes of carbon.
- ¹²C is the most stable and the most abundant carbon isotope.
- ¹³C is only about 1.1 % of all carbon. It is used to study the life processes in plants and animals.
- ¹⁴C is a radioactive isotope റേഡിയോ ആക്ടീവ് ഐസോടോപ്പ്. It is used to find the age of fossils ഫോസിലുകളുടെ കാലപ്പഴക്കം.
- Only the isotopes of hydrogen have special names. Others are named by mass number: carbon-12, carbon-13, carbon-14.
Values are approximate. ¹⁴C is so rare (about 1 atom in a million million, 10¹²) that you would almost never find one in a sample of 1000 – yet it is enough for dating.
When a plant or animal dies it stops taking in carbon, and the ¹⁴C in it slowly decays (go further: half of it in about 5730 years). By measuring how much ¹⁴C is left in bones, wood or charcoal, scientists find their age. Carbon dating is used for fossils and at archaeological sites like the Pattanam excavations near Kodungallur.
5. Uses of isotopes (Table 1.6)
മറ്റ് ചില ഐസോടോപ്പുകളും അവയുടെ ഉപയോഗങ്ങളും പട്ടിക 1.6-ൽ നൽകിയിരിക്കുന്നു. – Some other isotopes and their uses are given in Table 1.6.
6. Isobars – argon, potassium and calcium (Fig 1.12, Table 1.7)
ആർഗൺ (Ar), പൊട്ടാസ്യം (K), കാൽസ്യം (Ca) എന്നീ ആറ്റങ്ങളുടെ ഓർബിറ്റ് ഇലക്ട്രോൺ വിന്യാസം നൽകിയിരിക്കുന്നത് ശ്രദ്ധിക്കൂ (ചിത്രം 1.12). ചിത്രം വിശകലനം ചെയ്ത് പട്ടിക 1.7 പൂർത്തിയാക്കി സയൻസ് ഡയറിയിൽ രേഖപ്പെടുത്തുക. – Look at the orbit diagrams of argon, potassium and calcium (Fig 1.12). Analyse them and complete Table 1.7.
Questions (page 20).
- ഈ മൂലകങ്ങളുടെ മാസ് നമ്പറിന്റെ പ്രത്യേകത എന്താണ്? What is special about the mass numbers of these elements?
- അറ്റോമിക നമ്പർ തുല്യമാണോ? Are the atomic numbers equal?
2. No – the atomic numbers are 18, 19 and 20, so they are three different elements.
ഒരേ മാസ് നമ്പറും വ്യത്യസ്ത അറ്റോമിക നമ്പറുമുള്ള ആറ്റങ്ങളാണ് ഐസോബാറുകൾ.
Isobars ഐസോബാറുകൾ are atoms having the same mass number and different atomic numbers. They are atoms of different elements with the same total number of particles in the nucleus (protons + neutrons).
ന്യൂട്രോണുകളുടെ എണ്ണം തുല്യമായ ആറ്റങ്ങൾ ഐസോടോണുകൾ എന്നറിയപ്പെടുന്നു. Atoms with the same number of neutrons are called isotones. Example: 157N (15 − 7 = 8 neutrons) and 146C (14 − 6 = 8 neutrons).
| Isotopes | Isobars | Isotones | |
|---|---|---|---|
| Atomic number Z (protons) | same | different | different |
| Mass number A | different | same | different |
| Neutrons (A − Z) | different | different | same |
| Element | same element | different elements | different elements |
| Example | 126C, 146C | 4018Ar, 4020Ca | 157N, 146C |
Memory trick: isotoPes – same Protons; isotoNes – same Neutrons; isobArs – same mAss number.
7. Virtual lab: the isotope / isobar / isotone sorter
Pick any two atoms from the pool, decide what the pair is, and press your answer. Or let the lab pick a pair for you.
- "Isotopes are different elements" ✗ – isotopes are atoms of the same element; isobars are different elements.
- "Isotopes have different chemical properties" ✗ – their chemical properties are the same; only physical properties differ slightly.
- Writing deuterium as 22H ✗ – hydrogen always has Z = 1: 21H.
- 🧪 Isotopes and Atomic Mass (PhET simulation) PhET, University of Colorado Boulder
Add neutrons to an atom to make its isotopes and see which ones are stable and how common each is in nature. - 📄 Isotopes of hydrogen Wikipedia
Protium, deuterium and tritium: the only isotopes with their own names. - 📄 Isobar (nuclide) Wikipedia
Atoms of different elements with the same mass number, such as argon-40, potassium-40 and calcium-40. - 📄 Radioisotopes in Medicine World Nuclear Association
How iodine-131, cobalt-60, technetium-99m and other isotopes are used to find and treat disease. - 📄 Board of Radiation & Isotope Technology (BRIT) BRIT, Department of Atomic Energy, India
The Indian government unit in Navi Mumbai that makes radioisotopes for hospitals, industry and agriculture. - 📄 Radiocarbon dating Wikipedia
How carbon-14 in old wood, bones and charcoal tells archaeologists their age. - 📄 Cobalt-60 Wikipedia
The isotope used in radiotherapy machines for cancer treatment and to sterilise medical equipment.
8. Check yourself
- Isotopes: same element, same Z, different A (different neutrons) – ¹H, ²H, ³H; ¹²C, ¹³C, ¹⁴C. Same chemical properties, slightly different physical properties.
- Heavy water = D₂O, used in nuclear power stations. ¹³C ≈ 1.1 % of carbon (life processes); ¹⁴C is radioactive (age of fossils).
- Uses: I-131 thyroid, U-235 fuel, Co-60 cancer treatment, Na-24 pipeline leaks, Fe-59 anaemia.
- Isobars: same A, different Z – ⁴⁰Ar, ⁴⁰K, ⁴⁰Ca. Isotones: same number of neutrons – ¹⁵N and ¹⁴C.