Isotopen versus isomeren
Er zijn variaties tussen verschillende atomen. Ook zijn er variaties binnen dezelfde elementen. Isotopen zijn voorbeelden van verschillen binnen een enkel element.
Een molecuul of ion met dezelfde molecuulformule kan op verschillende manieren bestaan, afhankelijk van de bindingsvolgorde, verschillen in ladingsverdeling, de manier waarop ze zich in de ruimte rangschikken enz.; deze staan bekend als isomeren.
Isotopen
Atomen van hetzelfde element kunnen verschillend zijn. Deze verschillende atomen van hetzelfde element worden isotopen genoemd. Ze verschillen van elkaar doordat ze een verschillend aantal neutronen hebben. Omdat het neutronengetal anders is, verschilt ook hun massagetal. De isotopen van hetzelfde element hebben echter hetzelfde aantal protonen en neutronen. Verschillende isotopen zijn in verschillende hoeveelheden aanwezig, en dit wordt gegeven als een procentuele waarde die relatieve abundantie wordt genoemd. Waterstof heeft bijvoorbeeld drie isotopen als protium, deuterium en tritium. Hun aantal neutronen en relatieve abundanties zijn als volgt.
1H – geen neutronen, relatieve overvloed is 99,985%
2H- één neutron, relatieve abundantie is 0,015%
3H- twee neutronen, relatieve abundantie is 0%
Het aantal neutronen dat een kern kan bevatten, verschilt van element tot element. Van deze isotopen zijn er slechts enkele stabiel. Zo heeft zuurstof drie stabiele isotopen en tin tien stabiele isotopen. Meestal hebben eenvoudige elementen hetzelfde neutronengetal als het protonengetal, maar in zware elementen zijn er meer neutronen dan de protonen. Het aantal neutronen is belangrijk om de stabiliteit van de kernen in evenwicht te brengen. Als de kernen te zwaar zijn, worden ze onstabiel en daarom worden die isotopen radioactief. 238 U zendt bijvoorbeeld straling uit en verv alt tot veel kleinere kernen. Isotopen kunnen verschillende eigenschappen hebben vanwege hun verschillende massa. Ze kunnen bijvoorbeeld verschillende spins hebben, dus hun NMR-spectra verschillen. Hun aantal elektronen is echter vergelijkbaar, wat aanleiding geeft tot een vergelijkbaar chemisch gedrag.
Een massaspectrometer kan worden gebruikt om informatie over isotopen te krijgen. Het geeft het aantal isotopen dat een element heeft, hun relatieve abundanties en massa's.
Isomeren
Isomeren zijn verschillende verbindingen met dezelfde molecuulformule. Er zijn verschillende soorten isomeren. Isomeren kunnen hoofdzakelijk in twee groepen worden verdeeld als constitutionele isomeren en stereo-isomeren. Constitutionele isomeren zijn isomeren waarbij de connectiviteit van atomen in moleculen verschilt. Butaan is het eenvoudigste alkaan om constitutionele isomerie aan te tonen. Butaan heeft twee constitutionele isomeren, butaan zelf en isobuteen.
In stereo-isomeren zijn atomen in dezelfde volgorde verbonden, in tegenstelling tot constitutionele isomeren. Stereo-isomeren verschillen alleen in de rangschikking van hun atomen in de ruimte. Stereo-isomeren kunnen van twee typen zijn, enantiomeren en diastereomeren. Diastereomeren zijn stereo-isomeren waarvan de moleculen niet de spiegelbeelden van elkaar zijn. De cis-trans-isomeren van 1,2-dichlooretheen zijn diastereomeren. Enantiomeren zijn stereo-isomeren waarvan de moleculen niet-superponeerbare spiegelbeelden van elkaar zijn. Enantiomeren komen alleen voor bij chirale moleculen. Een chiraal molecuul wordt gedefinieerd als een molecuul dat niet identiek is aan zijn spiegelbeeld. Daarom zijn het chirale molecuul en zijn spiegelbeeld enantiomeren van elkaar. Het 2-butanolmolecuul is bijvoorbeeld chiraal en het en zijn spiegelbeelden zijn enantiomeren.
Wat is het verschil tussen isotopen en isomeren?
• Isotopen zijn verschillende atomen van hetzelfde element. Isomeren zijn verschillende verbindingen met dezelfde molecuulformule.
• Isotopen verschillen van elkaar door het aantal neutronen, terwijl isomeren van elkaar verschillen door de rangschikking van atomen.
• Isotopen van een enkel element hebben hetzelfde chemische gedrag, maar de fysische eigenschappen kunnen verschillen. Isomeren met dezelfde chemische formule hebben verschillen in zowel chemische als fysische eigenschappen (behalve sommige isomeren).
