Isótopos do mesmo elemento têm o mesmo número de prótons, mas um número diferente de nêutrons. Os nêutrons são partículas subatômicas que contribuem para a massa total de um átomo, mas não afetam suas propriedades químicas. Como resultado, os isótopos do mesmo elemento têm um comportamento químico muito semelhante, mas podem ter propriedades físicas ligeiramente diferentes, como a densidade.

A densidade é definida como massa por unidade de volume. Como os isótopos têm o mesmo número de prótons, eles terão um número semelhante de elétrons orbitando o núcleo. Isso significa que a carga geral do átomo permanece a mesma. No entanto, a adição de nêutrons aumenta a massa do átomo sem alterar significativamente o seu tamanho. Como resultado, os isótopos com mais nêutrons terão uma densidade maior do que os isótopos com menos nêutrons.

Por exemplo, considere o carbono-12 e o carbono-13. O carbono-12 tem 6 prótons, 6 nêutrons e 6 elétrons, enquanto o carbono-13 tem 6 prótons, 7 nêutrons e 6 elétrons. A adição de um nêutron aumenta a massa do carbono-13 em cerca de 1,6%, mas não altera significativamente seu tamanho. Como resultado, o carbono-13 é mais denso que o carbono-12.

A diferença de densidade entre os isótopos pode ser usada para separá-los. Isso é feito por meio de um processo denominado separação isotópica, que é utilizado em diversas aplicações, como a produção de combustível nuclear e o enriquecimento de urânio para uso em reatores nucleares.