izotopi (engl. isotope, od izo- + -top), atomi istoga kemijskog elementa (isti atomski broj Z) koji se međusobno razlikuju po broju neutrona u jezgri, pa prema tome i po masenome broju, odnosno atomskoj masi. Izotopi nekoga kemijskog elementa zauzimaju isto mjesto u periodnome sustavu elemenata, pa im odatle ime, koje im je dao Frederick Soddy. Pojedini izotopi označuju se pripadajućim masenim brojem, koji se kao gornji lijevi indeks dodaje uz kemijski simbol elementa, npr. izotopi klora u prirodi su 35Cl (75,76%) i 37Cl (24,24%). Naziv izotopi odnosi se, dakle, na različite vrste atoma samo jednog određenog elementa, ali se on često neprecizno rabi za skup koji obuhvaća izotope različitih elemenata, primjerice za sve one koji se rabe u medicini. Međutim, atomi različitih elemenata ne mogu biti međusobno izotopni i u takvim ih je slučajevima točno nazivati zajedničkim nazivom nuklidi.
Većina kemijskih elemenata u prirodi smjese su prirodnih izotopa, koji mogu biti stabilni ili nestabilni (radioaktivni). Stabilne izotope ima 80 elemenata. To su redom kemijski elementi od vodika (Z = 1) do uključivo olova (Z = 82 ), uz iznimku tehnecija (Z = 43) i prometija (Z = 61). Jedini izotop bizmuta koji se nalazi u prirodi (209Bi) dugo se smatrao njegovim jedinim stabilnim izotopom, no novija istraživanja (2003) pokazala su da se radi o radioaktivnom izotopu s iznimno dugim vremenom poluraspada od približno 2,01 ⋅ 1019 godina, pa se tako ipak olovo 208Pb smatra najtežim stabilnim elementom periodnoga sustava elemenata. Većina kemijskih elemenata u prirodi prisutna je kao smjesa izotopa (polinuklidi) – samo njih 21 su mononuklidni, odnosno u prirodi postoje samo kao jedan izotop, što znači da nemaju drugih prirodnih izotopa. Monoizotopni elementi sastoje se od samo jednog stabilnog izotopa, uz koji u prirodi ponekad postoji i jedan ili više radioaktivnih izotopa. Primjerice, rubidij je monoizotopni element jer ima samo jedan stabilni izotop (85Rb), ali nije mononuklidni jer u prirodi (u tragovima) postoje i drugi nuklidi (radioaktivni 87Rb).
Mnogi elementi imaju više stabilnih izotopa. Vodik je primjerice smjesa stabilnih izotopa 1H i ²H, ugljik sadržava stabilne izotope 12C i 13C, kisik izotope 16O, 17O i 18O itd. Izotopni sastav nije ujednačen među raznim područjima Zemlje, što je temelj mnogobrojnih geoloških i okolišnih istraživanja u izotopnoj geologiji. Neujednačenost izotopnoga sastava nastaje zbog geoloških, klimatskih i bioloških procesa koji utječu na razdvajanje (frakcioniranje) izotopa. Uzimajući u obzir prirodnu zastupljenost izotopa kemijskog elementa, neujednačenost izotopnog sastava u određenom uzorku izravno utječe na relativnu atomsku masu elementa, koja nije cijeli broj i često se navodi kao raspon. Najviše stabilnih izotopa, njih 10, ima kositar. Ukupno se u prirodi nalazi približno 250 vrsta stabilnih i oko 70 vrsta radioaktivnih nuklida. Radioaktivni izotopi, radioizotopi (→ radionuklidi) pojedinih elemenata, podrijetlom su prirodni ili umjetni. Prirodne radioizotope imaju mnogobrojni elementi koji sadržavaju i stabilne izotope te svi prirodni radioaktivni elementi, odnosno oni koji ne sadržavaju stabilne izotope. To su elementi od bizmuta do uključivo plutonija (Z = 83 do 94) te element prometij. Nuklearnim reakcijama mogu se proizvesti umjetni radioizotopi gotovo svih elemenata, pa je danas poznato približno 4000 vrsta nuklida, kako prirodnih, tako umjetnih. Svi se oni mogu svrstati u kartu nuklida, u kojoj je svaki nuklid prikazan kvadratom s različitim, za njega karakterističnim podatcima (izotopna obilnost, vrijeme poluraspada, vrsta i energija zračenja itd.). Izotopi pojedinih elemenata svrstani su u vodoravnim redovima prema rastućoj masi.
Budući da izotopi imaju jednak broj protona, pa prema tome i jednak broj elektrona u elektronskom omotaču, njihova svojstva i svojstva njihovih spojeva vrlo su slična, a minimalne razlike (izotopni efekti) proizlaze iz različitih atomskih masa. To su razlike u gustoći, viskoznosti, indeksu loma, toplinskoj provodnosti, toplinama isparavanja i taljenja te drugim svojstvima spojeva. Najveće se razlike opažaju između izotopa lakih elemenata, gdje su razlike u atomskim masama najveće, kao npr. između vodikovih izotopa 1H i ²H (deuterij). Kemijska reakcija kojoj je rezultat samo preraspodjela izotopa nekog elementa među tvarima koje reagiraju naziva se izotopnom izmjenom (npr. 14NH4 + + 15NH3 = 15NH4 + 14NH3).
Proizvodnja izotopa. Odjeljivanje izotopa iz izotopne smjese temelji se na razlikama svojstava, ali je otežano jer su te razlike neznatne. U tu se svrhu primjenjuju molekularno-kinetičke metode (elektroliza, centrifugiranje, difuzija plinova kroz polupropusnu stijenku, frakcijsko taloženje, ionska izmjena, termodifuzija, migracija iona, pobuda laserom, i dr.). Elektromagnetska metoda temelji se na razlikama u specifičnim nabojima iona. Za potrebe nuklearne energetike neke su metode odjeljivanja razvijene do industrijskih razmjera, npr. metoda difuzije za razdvajanje uranijevih izotopa 235U i 238U. Umjetni radioaktivni izotopi mogu se proizvesti u nuklearnome reaktoru (bombardiranjem atomskih jezgara neutronima ili fisijom teških jezgara) ili pak bombardiranjem nabijenim česticama u akceleratoru.
Primjena izotopa temelji se na njihovim različitim masama i, za radioaktivne izotope, na zračenju koje emitiraju. Kao snažni izvori zračenja izotopi se u radijacijskoj tehnologiji primjenjuju za sterilizaciju i mikrobiološku dekontaminaciju. Značajna je primjena izotopa za izotopno obilježavanje (markiranje), za što su osobito pogodni radioaktivni izotopi, jer se zračenje lako otkriva i mjeri s visokom osjetljivošću. Obilježavanje se sastoji u ugrađivanju takvih izotopa (→ obilježivač) u fizičke, kemijske i biološke strukture, gdje oni sudjeluju u reakcijama i procesima, i s pomoću njih se prati put pojedinih atoma ili molekula, a time i reakcijski mehanizam. U fizici se izotopi rabe za istraživanja difuzije, kristalizacije, emisije iona te određivanje struktura molekula i kristala. Izotopni efekti u kemiji pružaju informacije o brzini i mehanizmu kemijskih reakcija. Vrlo osjetljive metode omogućuju kvantitativno određivanje iznimno malih količina (tragova) tvari i nekih fizikalno-kemijskih svojstava (topljivost, ravnoteža faza, površinska aktivnost). Zahvaljujući domišljatim primjenama izotopa postignuti su veliki uspjesi u suvremenoj biokemiji i fiziologiji: objašnjena je sinteza ugljikohidrata, bjelančevina i nukleinskih kiselina u živim organizmima i revidirana su znanja o fotosintezi. U poljoprivredi se izotopi rabe za praćenje metaboličkih puteva u hranidbi biljaka i životinja. Na temelju raspodjele i obilnosti prirodnih izotopa u geološkim formacijama zaključuje se o okolnostima u kojima su nastali pojedini dijelovi Zemljine kore. Starost arheoloških nalaza može se odrediti na temelju količine i vrste nađenih izotopa. Dodavanjem izotopa gorivima, mazivima, talinama i dr. omogućuje se praćenje dinamike procesa u nepristupačnim sredinama (npr. strujanje plinova u pećima, raspored primjesa u metalurškim pećima, habanje mehaničkih dijelova itd.). Vrlo je značajna primjena izotopa u medicini. Snažni izvori zračenja, ponajprije kobaltov i cezijev izotop (60Co i 137Cs), služe za radioterapiju, a neki drugi izotopi za vizualizaciju i istraživanje rada organa, lokalizaciju tumora, određivanje metaboličkih puteva, ispitivanje djelovanja lijekova itd. Jedan je od izotopa koji se najviše rabi tehnecijev radioaktivni izotop 99mTc. (→ radioterapija)
