同位素與元素豐度

一個元素的身份由它的質子數確定——六個質子永遠是碳。但原子核裡的中子數可以變化，同一元素中中子數不同的原子叫同位素。比如碳，大部分是碳-12（6 個質子、6 個中子），但也含有少量碳-13 和痕量的放射性碳-14。它們在化學上幾乎是一模一樣的雙胞胎，只在質量上有別。

由於它們有相同的電子數和相同的核電荷，同位素在化學上幾乎表現一致——形成相同的鍵和化合物。它們的差別在於質量和核的穩定性：有些同位素永遠穩定，另一些則有放射性、會隨時間衰變。週期表上印的原子質量之所以不是整數，是因為它是某元素天然存在的各同位素的加權平均——氯的 35.45 反映出氯-35 與氯-37 大約 3 比 1 的混合。元素豐度是與之相關的概念，指每種元素存在多少：氫和氦壓倒性地主宰著宇宙（在大霹靂中鍛造），而更重的元素過去和現在都是在恆星內部「烹煮」、由超新星拋撒出來的，這個過程叫核合成。在地球上，氧和矽主宰地殼，而鐵構成地核的大部分。

同位素與豐度延伸到無機化學乃至更遠的每個角落。放射性同位素為核反應爐和醫學影像提供動力；同位素之間微小的質量差讓化學家能追蹤反應路徑、為岩石和化石定年（碳-14 定年、鈾–鉛定年）；豐度解釋了為何有些元素便宜而無處不在（鐵、鋁），另一些卻稀缺而珍貴（鉑，以及最重的人工合成元素）。誠實的細微之處：雖然同位素在化學上幾乎一致，但那微小的質量差確實會造成可測的動力學同位素效應，對最輕的元素最為顯著——氫和氘的反應速率可以明顯不同。