原子是“物質的基礎”。任何具有品質並佔據空間的東西都是由這些微小單元組成。這與呼吸的空氣，飲用的水和我們身體本身息息相關。

同位素是原子研究中的重要概念。化學家，物理學家和地質學家使用它們來理解我們的世界。 但是在我們解釋什麼是同位素或它們為什麼如此重要之前，我們需要退後一步，並從整體上看待原子。

原子世界

您可能知道，原子有三個主要成分，其中兩個位於原子核中。原子核位於原子的中心，是一個緊密堆積的粒子簇。其中一些粒子是質子，它們具有正電荷。

有充分檔案證明，帶相反電荷的物質會相互吸引。同時，帶相同電荷的物體傾向於相互排斥。所以這是一個問題：兩個或多個帶有正電荷的質子如何在同一個原子核中共存？ 它們不應該互相排斥嗎？。

這時候中子出現了。中子是亞原子粒子，與質子共享核。但是中子沒有電荷。正如其名，中子是中性的，既不帶正電荷，也不帶負電荷。這是一個重要屬性。由於其中性，中子可以阻止質子將另一個質子從原子核中擠出來。

圍繞原子核執行的是電子，具有負電荷的超輕粒子。電子促進化學結合，它們的運動可以產生一種叫做電的小東西。質子同樣重要，首先，它們幫助科學家區分這些元素。

同位素

您可能已經注意到，在大多數版本週期表中，每個方塊的右上角都印有一個小數字。該數字稱為原子序數。它告訴讀者給定元素的原子核中有多少質子。例如，氧的原子序數是8。宇宙中每個氧原子都有一個原子核，不多不少，只有八個質子。

沒有這種非常具體的粒子排列，氧原子就不會是氧原子。每個元素的原子序數都是獨一無二的。這是一個決定性的特徵，沒有其他元素每個原子核有八個質子。通過計算質子，你可以識別一個原子。正如氧原子總是有八個質子一樣，氮原子也總是帶有七個質子，就這麼簡單

中子不跟風。氧原子中的原子核只有八個質子（正如我們已經確定的那樣）。然而，它也可能包含4到20箇中子。同位素是同一化學元素的變體，具有不同數量的中子。

現在，每個同位素都是根據其品質數命名的，即一個原子中中子和質子的總數量。例如，一大家都知道的氧同位素叫做氧-18（O-18），它有標準的8個質子加10箇中子。

因此，氧-18（O-18）的品質數是18，您猜對了。一種相關的同位素氧-17（O-17），原子核中的中子少一個。

不穩定

一些原子組合比其他組合更強大。科學家將O-17和O-18歸類為穩定同位素。在穩定的同位素中，質子和中子施加的力相互保持在一起，永久保持原子核完好無損。

另一方面，放射性同位素中的核是不穩定的，並且會隨著時間的流逝而衰減。長遠來看，這些同位素的質子與中子之比根本不可持續。沒有東西願意留在這種不穩定的困境中。因此，放射性同位素將脫落某些亞原子粒子（並釋放能量），直到它們自身轉化為穩定的同位素為止。

氧-18穩定，但氧-19（O-19）不穩定。後者將不可避免地快速崩潰！在建立後的26.88秒內，可以確保O-19的樣本會因衰變而損失一半的原子。

這意味著氧-19的半衰期為26.88秒。半衰期是指同位素樣品的50％衰減所需的時間。記住這個概念；我們將在下文中將其與古生物學聯絡起來。

但是，在我們談論古化石科學之前，有一個很重要的問題需要提出來。與氧不同，某些元素根本沒有任何穩定的同位素。如鈾，在自然界中，這種重金屬存在三種同位素，它們都具有放射性，原子核處於恆定的衰變狀態。最終，大塊鈾將變成完全不同的元素。

不要為實時觀看過渡而煩惱，這個過程進展得非常非常緩慢。

獲取時間

鈾-238（U-238）是元素中最常見的同位素，其半衰期約為45億年！它將逐漸變為穩定的鉛-206（Pb-206）。同樣，鈾235（U-235）（具有7.04億年的半衰期）會過渡到另一種穩定同位素鉛-207（Pb-207）。

對於地質學家來說，這確實是有用的資訊。假設有人發現一塊岩石，其鋯石晶體包含U-235和Pb-207的混合物。這兩個原子的比例可以幫助科學家確定岩石的年齡。

方法如下：假設鉛原子遠遠超過其鈾對應原子。在這種情況下，您尋找到這一塊岩石就很古老。畢竟，鈾有充裕的時間開始將自身轉化為鉛。另一方面，如果事實正好相反，而鈾原子更常見，那麼岩石必須處於較年輕的一側。

我剛剛描述的技術稱為輻射測年法。這就是使用有據可查的不穩定同位素的衰減率，來估算岩石樣品和地質構造年齡的行為。古生物學家利用這一方法，來確定自某種化石沉積以來已經過去了多少時間。

您無需成為史前文明愛好者也可以欣賞同位素。醫生使用一些放射性元素來監測血液流動，研究骨骼生長，甚至對抗癌症。放射性同位素也已用於土質檢測。

​中子變異性，看似抽象，卻影響著從癌症治療到更深層奧祕的所有事物。科學真棒。