Beispiel:

Schauen wir uns z.B. das Element Kohlenstoff an. Im Periodensystem ist es wie folgt angegeben.

Ein Kohlenstoffatom besteht aus 6 Protonen, die Ordnungszahl ist somit 6. Ein Element aus z.B. sieben Protonen wäre nicht mehr Kohlenstoff, sondern Stickstoff (N). Ein Element ist also durch die Zahl seiner Protonen definiert. Was aber verschieden sein kann, ist die Anzahl der Neutronen. In den allermeisten Fällen (99.99%) besteht ein Kohlenstoffatom aus 6 Protonen, 6 Neutronen (und 6 Elektronen). Es gibt aber in der Natur auch Kohlenstoffatome, die 6 Protonen und 7 Neutronen besitzen, oder 6 Protonen und 8 Neutronen. Das Kohlenstoffatom mit 6 Protonen und 6 Neutronen, hat eine Massezahl von Zwölf, es wird als C12 Isotop bezeichnet. Das Kohlenstoffatom mit 6 Protonen und 7 Neutronen hat eine Massezahl von 13 und wird als C13 Isotop bezeichnet, das Kohlenstoff Atom mit 6 Protonen und 8 Neutronen wird demnach C14 Isotop genannt. Somit sind alle genannten Kohlenstoffatome Isotope: das C12 Isotop, das C13 Isotop, das C14 Isotop,...all das sind Kohlenstoffisotope.

 

Wenn Sie sich nochmals das obige Beispiel ansehen, dann wurde dem Kohlenstoffelement im Periodensystem die Massezahl 12,01 zugeordnet. Das bedeutet, dass man einfach ein Mittelwert der vorkommenden Isotope unter Berücksichtigung ihrer relativen Häufigkeit genommen hat. Das C12 Isotop ist mit Abstand am Häufigsten, aber es muss noch schwerere Isotope geben. Gäbe es nur das C12 Isotop, wäre der Mittelwert ja 12.00.Das Vorkommen von Isotopen wird in Medizin und Wissenschaft häufig genutzt. Anwendungen in der Medizin sind z.B. der Nachweis von Helicobacter pylori, einem Bakterium, dass sich bei rund der Hälfte der Menschen in der Magenschleimhaut findet und für Magengeschwüre oder die Entstehung von Magenkrebs mitverantwortlich ist. Hier wird dem Patienten mit (radiokativem) C13 Isotop markierter Harnstoff verabreicht, das Bakterium spaltet den Harnstoff unter anderem in Kohlendioxid, was abgeatmete wird und gemessen werden kann. Oder die Therapie und Diagnose von Schilddrüsenerkrankungen mit Jodisotopen, oder der Nachweis von Krebserkrankungen und Metastasen mit Fluor-Isotopen...usw. Die bekannteste Anwendung in der Wissenschaft ist die Altersbestimmung durch die C14 Radiocarbon-Methode. In der Natur entseht durch kosmische Strahlung neben dem häufigsten C12 Isotop auch immer ein kleiner Teil von (radioaktivem) C14 Isotop und dieses wird in Pflanzen eingebaut. Da Tiere und Menschen pflanzliche Nahrung zu sich nehmen, wird C14 auch vom Menschen und vom Tier aufgenommen. Radioaktive Substanzen haben die Eigenschaft mit bestimmter Geschwindigkeit zu zerfallen und sich nach einer gewissen Zeit auf die Hälfte zu reduzieren. Dieser Prozeß wird Halbwertszeit genannt. Solange die Pflanze lebt, ist durch ständigen Nachschub das C14 konstant. Stirbt die Pflanze oder der Mensch, beginnt die Reduzierung des C14-Gehaltes in diesem Körper. Auf diese Weise kann man nun nicht das Alter einer Körpers feststellen, sondern sein historisches Alter nach dem Tod. Die Halbwertszeit von C14 beträgt 5.730 ± 30 Jahre. Man vergleicht also den C14 Gehalt in der Probe mit einer Probe von heute, je weniger C14, desto älter ist die Probe. Aufgrund der sehr langen Halbwertszeit macht dies allerdings nur bei sehr alten Proben Sinn (mindestens mehrere hundert Jahre), die Unschärfe ist relativ groß.