Apakah itu isotop? Artikel ini akan membincangkan definisi isotop, jenis dan penggunaannya dalam kehidupan ataupun dalam pekerjaan
Apa itu isotop?
Isotop ialah unsur yang wujud dalam pelbagai bentuk yang mempunyai nombor proton yang sama tetapi memiliki nombor neutron yang berbeza.
Sesetengah unsur seperti karbon, kalium, dan uranium memiliki pelbagai isotop semula jadi. Isotop pertama-tamanya didefinisikan dengan unsurnya kemudian diikuti oleh jumlah keseluruhan bilangan proton dan neutron yang hadir.
Sebagai contoh, Karbon-12 atau 12C mengandungi 6 proton, 6 neutron dan 6 elektron, maka, jisim nombornya ialah 12 amu (6 proton + 6 neutron), manakala bagi Karbon-14 atau 14C, ia mengandungi 6 proton, 8 neutron dan 6 elektron, maka jisim atomnya ialah 14 amu (6 proton + 8 neutron).
Meskipun jisim bagi setiap isotop berbeza, tetapi sifat kimia dan fizikal bagi isotop kebanyakkannya kekal tidak berubah. Isotop mempunyai kestabilan yang berbeza-beza. Karbon-12 adalah isotop karbon yang paling banyak meliputi kira-kira 98.89% karbon yang ada di atas bumi. Manakala Karbon-14 pula tidak stabil dan hanya boleh didapati dalam jumlah yang sedikit. Isotop yang tidak stabil paling biasa mengeluarkan zarah He2+ dan elektron.
Neutron, proton, dan positron juga boleh dikeluarkan dan elektron akan ditangkap untuk mendapatkan konfigurasi atom yang lebih stabil disebabkan oleh tahap tenaga keupayaan yang rendah, melalui proses yang dinamakan sebagai pereputan radioaktif.
Atom yang baru tercipta berkemungkinan berada dalam keadaan tenaga yang tinggi dan membebaskan sinaran gama yang mana mengurangkan tenaga tetapi tidak merubah atom menjadi isotop. Atom tersebut akan dikenali sebagai isotop radioaktif atau radioisotop.
Jenis Isotop
1. Radioisotop
Sesetengah isotop mempunyai nukleus atom yang tidak stabil yang melalui proses pereputan radioaktif. Isotop jenis ini adalah bersifat radioaktof secara semula jadi, maka ia dikenali sebagai radioisotop. Contoh bagi radioisotop ialah Karbon-14, tritium (Hidrogen-3), Klorin-36, Uranium-235, dan Uranium-238.
2. Isotop Stabil
Bagi isotop yang mempunyai jangka separuh hayat (half-life) yang sangat panjang sehingga mencecah ratusan juta tahun, isotop jenis itu dilenali sebagai nuklues stabil atau isotop stabil. Antara contoh isotop stabil termasuk Karbon-12, Karbon-13, Oksigen-16, Oksigen-17, dan Oksigen-18.
3. Isotop Primodial
Nukleus primordial pula adalah nukleus yang telah wujud sejak pembentukan system solar lagi. Daripada 339 isotop yang wujud secara semula jadi di atas muka bumi ini, sebanyak 286 adalah isotop primordial.
Pentarikhan karbon (Carbon Dating)
Karbon kebiasaannya wujud di dalam atmosfera di dalam bentuk sebatian gas seperti karbon dioksida dan gas metana. Karbon-14 ialah sejenis radioisotop yang wujud secara semula jadi yang terbentuk daripada Nitrogen-14 dengan penambahan neutron dan pengurangan proton, yang disebabkan oleh sinaran kosmik. Proses tersebut adalah proses yang berterusan, makan Karbon-14 sentiasa terhasil di ruangan atmosfera. Sekali Karbon-14 itu dihasilkan, ia kebiasaannya akan bergabung dengan oksigen di atmosfera untuk membentuk karbon dioksida. Karbon dioksida yang dihasilkan melalui cara ini kemudiannya akan melarut ke dalam lautan, dan digunakan oleh tumbuh-tumbuhan untuk proses fotosintesis.
Di dalam organisma hidup, jumlah relatif bagi Karbon-14 lebih kurang bersamaan dengan kepekatan Karbon-14 yang ada di atmosfera. Apabila sesuatu organisma mati, ia tidak lagi akan mengambil Karbon-14 sebagai sumber makanan, maka nisbah antara Karbon-14 dan Karbon-12 akan berkurang kerana Karbon-14 akan menurun secara beransur-ansur menjadi Nitrogen-14 semula. Proses tersebut dinamakan sebagai proses pereputan beta yang mana ianya adalah proses yang perlahan dan membebaskan tenaga melalui pelepasan elektron daripada nuklues ataupun positron.
Selepas sekurang-kurangnya 5730 tahun, separuh daripada kepekatan permulaan bagi Karbon-14 akan ditukarkan semula kepada Nitrogen-14 yang dirujuk sebagai separuh hayat (half-life) atau masa yang diambil untuk separuh kepekatan isotop untuk mereput semula kepada bentuk/keadaan yang lebih stabil. Disebabkan oleh separuh hayat Karbon-14 yang panjang, ia sering digunakan untuk mentarikhkan objek yang pernah hidup seperti tulang dan kayu.
Dengan membandingkan nisbah kepekatan Karbon-14 yang didapati wujud di dalam objek dengan nisbah Karbon-14 yang wujud di atmosfera, jumlah isotop yang masih belum mereput boleh ditentukan. Menggunakan dasar tersebut, usia bahan-bahan, artifak, tulang, manusia purba boleh diketahui dengan sangat tepat asalkan bahan yang ingin ditarikhkan mempunyai usia kurang daripada 50000 tahun. Teknik ini digunakan dengan sangat meluas dalam bidang arkeologi yang dinamakan sebagai pentarikhan karbon.
Aplikasi lain isotop
Selain digunakan untuk menentukan usia sesuatu objek, terdapat banyak lagi aplikasi isotop yang digunakan dengan sangat meluas pada hari ini, antaranya:
- Pelabelan radioisotope – Penggunaan isotop dalam pelabelan radioisotop bukanlah sesuatu yang baru. Isotop yang tidak koman sering digunakan sebagai pengesan atau penanda di dalam tindak balas kimia. Atom unsur secara amnya tidak boleh dibezakan antara satu sama lain tetapi atom tersebut boleh dibezakan menggunakan Spektrometri jisim atau Spektroskopi Infra Merah, di mana isotop dengan jisim yang berbeza digunakan. Radiasi daripada isotop beradioaktif boleh digunakan untuk mengesan pelbagai reaktan.
- Pentarikhan radiometrik – Pentarikhan radiometrik digunakan untuk mengkaji proses kimia melalui pengesan isotop semula jadi.
- Penggantian isotop – Boleh digunakan untuk menentukan mekanisma tindak balas melalui kesan kinetik isotop.
- Spektroskopi – Spektroskopi menggunakan banyak sifat nuklear yang unik daripada isotop yang spesifik. Sebagai contoh, spektroskopi NMR boleh digunakan hanya untuk isotop dengan putaran nuklear bukan kosong (non-zero).
Rujukan:
- Lumen Learning, Introduction to Chemistry (2021). Isotopes.
- Akash Byju’s (2021). Isotope Meaning.
- Engineering 360 (2021). Common Isotopic Elements and their Properties.