Gli isotopi dello stesso elemento hanno lo stesso numero di protoni, ma un diverso numero di neutroni. I neutroni sono particelle subatomiche che contribuiscono alla massa complessiva di un atomo, ma non ne influenzano le proprietà chimiche. Di conseguenza, gli isotopi dello stesso elemento hanno un comportamento chimico molto simile, ma possono avere proprietà fisiche leggermente diverse, come la densità.

La densità è definita come massa per unità di volume. Poiché gli isotopi hanno lo stesso numero di protoni, avranno un numero simile di elettroni in orbita attorno al nucleo. Ciò significa che la carica complessiva dell'atomo rimane la stessa. Tuttavia, l’aggiunta di neutroni aumenta la massa dell’atomo senza modificarne significativamente le dimensioni. Di conseguenza, gli isotopi con più neutroni avranno una densità maggiore rispetto agli isotopi con meno neutroni.

Consideriamo ad esempio il carbonio-12 e il carbonio-13. Il carbonio-12 ha 6 protoni, 6 neutroni e 6 elettroni, mentre il carbonio-13 ha 6 protoni, 7 neutroni e 6 elettroni. L'aggiunta di un neutrone aumenta la massa del carbonio-13 di circa l'1,6%, ma non ne modifica significativamente le dimensioni. Di conseguenza, il carbonio-13 è più denso del carbonio-12.

La differenza di densità tra gli isotopi può essere utilizzata per separarli. Ciò avviene attraverso un processo chiamato separazione isotopica, che viene utilizzato in una varietà di applicazioni, come la produzione di combustibile nucleare e l’arricchimento dell’uranio per l’uso nei reattori nucleari.