原子是“物質的基石”，任何有質量和占據空間的東西都是由這些微小的單位組成的。
同位素是研究原子的重要概念。化學家、物理學家和地質學家利用它們來理解我們的世界。但在我們解釋同位素是什么和為什么它們如此重要之前，我們需要后退一步，從整體上看原子。
原子世界
我們都知道，原子有三個主要成分，其中兩個存在于原子核中，一個在核外繞核運動。原子核位于原子的中心，是一個致密的粒子團，其中一些粒子是帶正電荷的質子。
有充分的證據表明極性相反的電荷會互相吸引，極性相同的電荷會互相排斥。所以這里有一個問題，兩個或更多個帶正電荷的質子如何能在同一個原子核中共存？它們不應該互相排開嗎？
中子的存在阻止了質子的分離。中子是與質子共用原子核的亞原子粒子。正如它的名字一樣，中子既不帶正電荷也不帶負電荷，這是一個重要的屬性。正是由于中子的中立性（這里不再往下細究各種力），它阻止質子互相驅趕出原子核。
元素
圍繞原子核運行的超輕粒子是帶負電荷的電子。電子促進了化學鍵合，它們的運動能產生一種叫做電的小東西。電子和原子核中的質子一樣重要，它們幫助科學家區分不同的元素。
您可能已經注意到，在元素周期表的大多數版本中，每個正方形的右上角都印有一個小數字。這個數字稱為原子序數。它告訴讀者給定元素的原子核中有多少質子。例如，氧的原子序數為8。宇宙中的每個氧原子都有一個核，正好有八個質子， 不多也不少。
如果沒有這種非常特殊的粒子排列，氧就不會是氧。每個元素的原子序數，包括氧的原子序數，都是獨一無二的，這是一個決定性的特征。除了氧沒有其他元素原子核有八個質子。通過計算質子數，你可以識別一個原子。比如氧原子總是有八個質子，氮原子總是有七個質子，就這么簡單。
但是中子在原子核中的數量卻是不一定的。氧原子中的核保證有八個質子，但是它也可能包含4到20個中子。同位素是具有不同數量的中子的相同化學元素的變體。
現在，每個同位素都是根據它的質量數來命名的，質量數是原子中中子和質子的總數。例如，一種已知的氧同位素被稱為氧-18（O-18）。它有標準的8個質子加10個中子。一種相關的同位素，氧-17（O-17），在核中少了一個中子。
穩定性
科學家將O-17和O-18歸類為穩定同位素。在一個穩定的同位素中，質子和中子施加的力把彼此聯系在一起，使原子核永久保持完整。
另一方面，放射性同位素中的核，是不穩定的，會隨著時間的推移而衰變。放射性同位素核中的質子和中子的數量不匹配，這使得它們不能長久穩定的存在。因此，放射性同位素會釋放出某些亞原子粒子（并釋放能量），直到它們將自己轉化成穩定的同位素。
O-18穩定，但氧-19（O-19）不穩定，后者將不可避免地崩潰。O-19的半衰期為26.88秒。半衰期是50％的同位素樣品衰變所需的時間。
與氧氣不同，某些元素沒有任何穩定的同位素。例如鈾，在自然界中，這種重金屬有三種同位素，它們都是放射性的，原子核處于恒定的衰變狀態。
確定年齡
鈾-238（U-238）是該元素中最常見的同位素，其半衰期約為45億年！逐漸地，它將成為鉛-206（Pb-206），這是穩定的。同樣，鈾-235（U-235）具有7.04億年的半衰期，它會轉變為鉛-207（Pb-207），這是另一種穩定的同位素。
對于地質學家來說，這是非常有用的信息。讓我們說有人找到一塊巖石，其鋯石晶體含有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巖石的年齡。
