同一个世界，同一种性质

有两个元素，他们性质一样，长得却不一样，他就是——同位素。

同位素是20世纪初期最伟大的发现之一，其伟大程度堪比苏炳添在东京奥运会进入决赛圈。今天，就来盘一盘同位素的那些事。

19世纪后期，门捷列夫发明了元素周期表，各个元素也都有对应的质量。于是就有科学家提出，如果假定最轻的元素——氢的原子量为1，那所有的元素都是1的整数倍。但化学家贝采里乌斯发现，氯元素的分子量为35.5,不符合这一定律；同样，铜的原子量是63.5。当时人们对于原子的内部结构还比较模糊，原子核的概念尚未提出。

20世纪初期，英国化学家索迪在整理放射性衰变的相关数据时发现，铅和铀之间，还有40种分子量不同的元素。他曾试图用化学的方法分离这些元素，但没有成功。于是他提出假设，可能有好几种原子量不同的原子共同属于一个元素的情况。同样的情况其实还发生在物理学家汤姆逊的实验中。

后来，英国化学家阿斯顿改进了质谱仪，在重复前人的实验后，发现了氖-20和氖-22。他们都属于氖元素，但原子量不同。后来，他用氯气进行了相同的实验，发现了氯-35和氯-37。于是，他把这种现象命名为同位素。阿斯顿也因此获得了1922年的诺贝尔化学奖。但此时，同位素的形成原因仍然是个谜。

1932年，查德威克发现了中子，并清晰了原子内部是由质子和中子构成。同位素，则是具有相同的质子数，不同的中子数形成的。由于质子和中子的质量相同，导致质量数区别。元素的化学性质则全由质子和核外电子决定，这便是同位素的化学性质与同元素一样的缘故。

至此，同位素的秘密被完全揭开，此后，同位素进入了应用阶段。

同位素最常见的应用是医疗方面，在医院中常见的激光治疗，激光中就含有大量同位素。利用同位素的放射性，可以对肿瘤部位进行精准切除。同时，也可以用同位素，对伤疤进行除疤。

在生态环境方面，稳定碳同位素介绍生态学及其基础环境的研究是自然科学和生命科学领域的两个领域。在应用稳定同位素化学和生物化学方面有着悠久的历史，可以深入了解食物网，生命周期或迁移。

在过去的三十年中，稳定同位素分析已被生态学家广泛用作食物网生态学的综合工具。稳定同位素分析提供了消费者与其资源之间关系的时间综合测量，并且越来越多地用于量化各种生态过程的营养影响此外，稳定同位素分析已被广泛用于量化人类引起的干扰的生态后果。大气中的二氧化碳由两种稳定的碳同位素组成，其中约99%为碳12, 1%为碳13。

近几十年里,同位素示踪的运用更是极大地推进了海洋科学在物理、化学、生物、地质等分支学科领域的发展。对于人类认识海洋，探索海洋奥秘，利用海洋提供了不可估量的利处。

同位素水文学研究简要回顾水中的同位素被称为水的“指纹”,具有很强的标识作用,通过对水中多种同位素的测量与校核分析,并结合地球化学与地球物理参数,理论上可以定性甚至定量地判断地表水与地下水的补给、径流、排泄等水文过程,在水文学的研究中有其独到之处。

同位素还常常用于考古界测定文物的年代，常用的碳14示踪测定年代，误差仅仅2年以内。

科学研究中，尤其是生物研究中，也会用同位素示踪法去研究器官、系统的作用、运行原理。如光合作用的全程，就是生物学家通过同位素标记氧气和二氧化碳，揭示了光反应与暗反应的过程。

至此，就是同位素的那些事。本元素和同位素，共同为今日便利的生活，添砖加瓦。

参考资料

长白山林下湿地植物—凋落物—土壤连续体碳同位素特征研究——王天娇——延边大学

中国近海生态环境变化的同位素示踪研究——陈敏、曾健、杨伟锋——厦门大学海洋与地球学院

同位素水文学的若干回顾与展望——汪集旸、陈建生、陆宝宏、童海滨、林统——河海大学水文水资源学院，谭忠成、孙营营——河南大学环境与规划学院，王永森——济南大学资源与环境学院