izotoplardır. Maddənin bölünməz ən kiçik hissəcikləri kimi atomlar anlayışı

Müəyyən edilmişdir ki, təbiətdə olan hər bir kimyəvi element izotopların qarışığıdır (buna görə də onların fraksiya atom kütlələri var). İzotopların bir-birindən necə fərqləndiyini anlamaq üçün atomun quruluşunu ətraflı nəzərdən keçirmək lazımdır. Atom bir nüvə və elektron buludu əmələ gətirir. Atomun kütləsinə elektron buludunda orbitlərdə heyrətamiz sürətlə hərəkət edən elektronlar, nüvəni təşkil edən neytronlar və protonlar təsir edir.

Tərif

Neytronların yükü yoxdur, lakin eyni elementin atom nüvəsindəki onların sayı fərqli ola bilər. Bu, atomun neytrallığına təsir etmir, lakin onun kütləsinə və xassələrinə təsir göstərir. Məsələn, hidrogen atomunun hər bir izotopunun hər birində bir elektron və bir proton var. Neytronların sayı isə fərqlidir. Protiumun cəmi 1 neytronu, deyteriumun 2 neytronu, tritiumun isə 3 neytronu var. Bu üç izotop xassələrinə görə bir-birindən kəskin şəkildə fərqlənir.

Müqayisə

Onların fərqli sayda neytronları, fərqli kütlələri və fərqli xüsusiyyətləri var. İzotoplar elektron qabıqların eyni quruluşuna malikdir. Bu o deməkdir ki, onlar kimyəvi xassələrə olduqca oxşardırlar. Buna görə də onlara dövri sistemdə bir yer verilir.

Təbiətdə sabit və radioaktiv (qeyri-sabit) izotoplar aşkar edilmişdir. Radioaktiv izotopların atomlarının nüvələri kortəbii olaraq digər nüvələrə çevrilə bilir. Radioaktiv parçalanma prosesində müxtəlif hissəciklər buraxırlar.

Əksər elementlərdə iki ondan çox radioaktiv izotop var. Bundan əlavə, radioaktiv izotoplar tamamilə bütün elementlər üçün süni şəkildə sintez olunur. İzotopların təbii qarışığında onların tərkibi bir qədər dəyişir.

İzotopların mövcudluğu, bəzi hallarda daha az atom kütləsi olan elementlərin daha böyük atom kütləsi olan elementlərdən daha yüksək seriya nömrəsinə sahib olduğunu anlamağa imkan verdi. Məsələn, arqon-kalium cütlüyündə arqona ağır izotoplar, kalium isə yüngül izotopları ehtiva edir. Buna görə də arqonun kütləsi kaliumun kütləsindən böyükdür.

Tapıntılar saytı

Onların müxtəlif sayda neytronları var.
İzotoplar müxtəlif atom kütlələrinə malikdir.
İonların atomlarının kütləsinin dəyəri onların ümumi enerjisinə və xassələrinə təsir göstərir.

izotoplar- eyni atom (sıra) nömrəsi olan, lakin müxtəlif kütlə nömrələrinə malik olan kimyəvi elementin atomlarının (və nüvələrinin) növləri.

İzotop termini yunanca isos (ἴσος "bərabər") və topos (τόπος "yer") köklərindən əmələ gəlib, "eyni yer" deməkdir; Beləliklə, adın mənası eyni elementin müxtəlif izotoplarının dövri cədvəldə eyni mövqe tutmasıdır.

Hidrogenin üç təbii izotopu. Hər bir izotopun bir proton olması faktı hidrogen variantlarına malikdir: izotopun eyniliyi neytronların sayı ilə müəyyən edilir. Soldan sağa izotoplar sıfır neytronlu protium (1H), bir neytronlu deyterium (2H) və iki neytronlu tritium (3H) olur.

Atomun nüvəsindəki protonların sayı atom nömrəsi adlanır və neytral (ionlaşmamış) atomdakı elektronların sayına bərabərdir. Hər bir atom nömrəsi müəyyən bir elementi müəyyən edir, lakin izotop deyil; Müəyyən bir elementin atomu neytronların sayında geniş diapazona malik ola bilər. Nüvədəki nuklonların (həm protonların, həm də neytronların) sayı bir atomun kütlə nömrəsidir və müəyyən bir elementin hər bir izotopunun fərqli kütlə nömrəsi var.

Məsələn, karbon-12, karbon-13 və karbon-14, müvafiq olaraq, 12, 13 və 14 kütlə nömrələri olan elementar karbonun üç izotopudur. Karbonun atom nömrəsi 6-dır, bu o deməkdir ki, hər bir karbon atomunda 6 proton var, ona görə də bu izotopların neytron nömrələri müvafiq olaraq 6, 7 və 8-dir.

Huklidlər və izotoplar

Nuklid atoma deyil, nüvəyə aiddir. Eyni nüvələr eyni nuklidə aiddir, məsələn, hər bir karbon-13 nuklid nüvəsi 6 proton və 7 neytrondan ibarətdir. Nuklidlər anlayışı (ayrı-ayrı nüvə növlərinə istinad edir) kimyəvi xassələrdən daha çox nüvə xassələrini, izotop anlayışı isə (hər bir elementin bütün atomlarını qruplaşdırmaq) nüvə üzərində kimyəvi reaksiyanı vurğulayır. Neytron nömrəsi var böyük təsir nüvələrin xassələrinə, lakin kimyəvi xassələrə təsiri əksər elementlər üçün əhəmiyyətsizdir. Neytronların atom nömrəsinə nisbətinin izotoplar arasında ən çox dəyişdiyi ən yüngül elementlər vəziyyətində belə, bəzi hallarda əhəmiyyət kəsb etsə də (ən yüngül element olan hidrogen üçün izotop effekti) adətən cüzi təsir göstərir. böyük.biologiyaya çox təsir etmək). İzotop köhnə termin olduğundan, nukliddən daha yaxşı tanınır və hələ də bəzən nüvə texnologiyası və nüvə təbabəti kimi nuklidin daha uyğun ola biləcəyi kontekstlərdə istifadə olunur.

Qeyd

İzotop və ya nuklid müəyyən elementin adı (bu, atom nömrəsini göstərir), ardınca tire və kütlə nömrəsi (məsələn, helium-3, helium-4, karbon-12, karbon-14, uran-) ilə müəyyən edilir. 235 və uran-239). Kimyəvi simvoldan istifadə edildikdə, məs. Karbon üçün "C", standart qeyd (indi "AZE notasiyası" kimi tanınır, çünki A kütlə nömrəsidir, Z atom nömrəsidir və E element üçün) kütlə sayını (nuklonların sayını) yuxarı işarə ilə göstərməkdir. kimyəvi simvolun yuxarı sol tərəfində və aşağı sol küncdə alt işarə ilə atom nömrəsini göstərin). Atom nömrəsi elementin simvolu ilə verildiyi üçün adətən yuxarı işarədə yalnız kütlə nömrəsi verilir, atom indeksi isə verilmir. Kütlə nömrəsindən sonra m hərfi bəzən nüvə izomerini, metastabil və ya enerjili həyəcanlı nüvə vəziyyətini (ən aşağı enerjili əsas vəziyyətdən fərqli olaraq) göstərmək üçün əlavə olunur, məsələn, 180m 73Ta (tantal-180m).

Radioaktiv, ilkin və sabit izotoplar

Bəzi izotoplar radioaktivdir və buna görə də radioizotoplar və ya radionuklidlər adlanır, digərlərinin isə heç vaxt radioaktiv şəkildə parçalanması müşahidə olunmayıb və onlara sabit izotoplar və ya sabit nuklidlər deyilir. Məsələn, 14 C karbonun radioaktiv formasıdır, 12 C və 13 C isə sabit izotoplardır. Yer kürəsində təxminən 339 təbii nuklid var, onlardan 286-sı ibtidai nuklidlərdir, yəni Günəş sisteminin formalaşmasından bəri mövcud olublar.

Orijinal nuklidlərə çox uzun yarımömürlü (100 milyon ildən çox) 32 nuklid və çürüməsi müşahidə olunmadığı üçün formal olaraq "sabit nuklidlər" hesab edilən 254 nuklid daxildir. Əksər hallarda, aşkar səbəblərə görə, bir elementin sabit izotopları varsa, bu izotoplar Yerdə və Günəş sistemində tapılan element bolluğuna üstünlük verir. Bununla belə, üç elementə (tellur, indium və renium) gəldikdə, təbiətdə ən çox rast gəlinən izotop əslində bu elementlərin bir (və ya iki) son dərəcə uzunömürlü radioizotop(lar)ıdır. bir və ya bir neçə sabit izotop var.

Nəzəriyyə proqnozlaşdırır ki, bir çox zahirən "sabit" izotoplar/nuklidlər radioaktivdir və son dərəcə uzun yarı ömrü ilə (proton parçalanması ehtimalını nəzərə almadan, bütün nuklidləri nəticədə qeyri-sabit edəcək). Heç vaxt müşahidə olunmamış 254 nukliddən yalnız 90-ı (ilk 40 elementin hamısı) bütün məlum çürümə formalarına nəzəri cəhətdən davamlıdır. Element 41 (niobium) spontan parçalanma ilə nəzəri cəhətdən qeyri-sabitdir, lakin bu heç vaxt kəşf edilməmişdir. Bir çox digər sabit nuklidlər nəzəri olaraq alfa və ya ikiqat beta parçalanması kimi digər məlum çürümə formalarına enerji baxımından həssasdırlar, lakin çürümə məhsulları hələ müşahidə edilməyib və buna görə də bu izotoplar "müşahidə baxımından sabit" hesab olunur. Bu nuklidlər üçün proqnozlaşdırılan yarımömürlər çox vaxt kainatın təxmin edilən yaşını xeyli üstələyir və əslində kainatın yaşından daha uzun yarım ömrü olan 27 məlum radionuklid də var.

Süni şəkildə yaradılmış radioaktiv nuklidlər, hazırda 3339 nuklid məlumdur. Bunlara sabit və ya yarımparçalanma müddəti 60 dəqiqədən çox olan 905 nuklid daxildir.

İzotop xassələri

Kimyəvi və molekulyar xassələri

Neytral bir atom protonlarla eyni sayda elektrona malikdir. Beləliklə, müəyyən bir elementin müxtəlif izotopları eyni sayda elektrona malikdir və oxşar elektron quruluşa malikdir. Bir atomun kimyəvi davranışı əsasən onun elektron quruluşu ilə müəyyən edildiyi üçün müxtəlif izotoplar demək olar ki, eyni kimyəvi davranış nümayiş etdirirlər.

Bunun istisnası kinetik izotop effektidir: böyük kütlələrinə görə daha ağır izotoplar eyni elementin daha yüngül izotoplarına nisbətən bir qədər yavaş reaksiya verirlər. Bu, ən çox protium (1 H), deuterium (2 H) və tritium (3 H) üçün ifadə edilir, çünki deyterium protiumdan iki dəfə, tritium isə protiumdan üç dəfə çox kütləyə malikdir. Kütlədəki bu fərqlər atom sistemlərinin ağırlıq mərkəzini (azalmış kütlə) dəyişdirərək, onların müvafiq kimyəvi bağlarının davranışına da təsir göstərir. Bununla belə, daha ağır elementlər üçün izotoplar arasındakı nisbi kütlə fərqi daha kiçikdir, ona görə də kimyada kütlə fərqinin təsiri adətən əhəmiyyətsizdir. (Ağır elementlərdə yüngül elementlərdən nisbətən daha çox neytron var, buna görə də nüvə kütləsinin ümumi elektron kütləsinə nisbəti bir qədər böyükdür.)

Eynilə, yalnız atomlarının izotoplarına görə fərqlənən iki molekul (izotopoloqlar) eyni elektron quruluşa malikdir və buna görə də demək olar ki, fərqlənməyən fiziki və kimyəvi xüsusiyyətlərə malikdir (yenə deyterium və tritium əsas istisnalardır). Molekulun vibrasiya rejimləri onun forması və onu təşkil edən atomların kütlələri ilə müəyyən edilir; Buna görə də, müxtəlif izotopoloqlar müxtəlif vibrasiya rejimlərinə malikdirlər. Vibrasiya rejimləri bir molekula müvafiq enerjilərin fotonlarını udmağa imkan verdiyindən, izotopoloqlar infraqırmızıda fərqli optik xüsusiyyətlərə malikdir.

Nüvə xassələri və sabitlik

İzotop yarı ömrü. Stabil izotoplar üçün qrafik Z element nömrəsi artdıqca Z = N xəttindən kənara çıxır

Atom nüvələri qalıq güclü qüvvə ilə bir-birinə bağlanmış proton və neytronlardan ibarətdir. Protonlar müsbət yüklü olduqları üçün bir-birlərini itələyirlər. Elektrik cəhətdən neytral olan neytronlar nüvəni iki şəkildə sabitləşdirir. Onların təması protonları bir az geri itələyir, protonlar arasındakı elektrostatik itələməni azaldır və onlar bir-birinə və protonlara cəlbedici nüvə qüvvəsi tətbiq edirlər. Bu səbəbdən iki və ya daha çox protonun nüvəyə bağlanması üçün bir və ya daha çox neytron lazımdır. Protonların sayı artdıqca, sabit nüvəni təmin etmək üçün lazım olan neytronların protonlara nisbəti də artır (sağdakı qrafikə baxın). Məsələn, neytron nisbəti: proton 3 2 O 1:2 olsa da, neytron nisbəti: proton 238 92 U.
3:2-dən yuxarı. Bir sıra yüngül elementlər 1:1 nisbətində sabit nuklidlərə malikdir (Z = N). Nuklid 40 20 Ca (kalsium-40) eyni sayda neytron və proton olan müşahidə edilə bilən ən ağır sabit nukliddir; (Nəzəri cəhətdən ən ağır stabil kükürd-32-dir). Kalsium-40-dan daha ağır olan bütün stabil nuklidlər protonlardan daha çox neytron ehtiva edir.

Element başına izotopların sayı

Stabil izotoplu 81 elementdən hər hansı bir element üçün müşahidə edilə bilən ən çox sabit izotop ondur (qalay elementi üçün). Heç bir elementin doqquz sabit izotopu yoxdur. Ksenon səkkiz sabit izotoplu yeganə elementdir. Dörd elementin yeddi sabit izotopu var, onlardan səkkizinin altı sabit izotopu, onunun beş sabit izotopu, doqquzunda dörd sabit izotopu, beşinin üç sabit izotopu, 16-nın iki sabit izotopu, 26 elementin isə yalnız bir (onlardan 19-u) var. mononuklid elementləri adlanan, təbii elementin atom çəkisində üstünlük təşkil edən və yüksək dəqiqliklə sabitləşdirən tək ilkin sabit izotopuna malik olan 3 radioaktiv mononuklid elementi də mövcuddur). Ümumilikdə, çürüməsi müşahidə olunmayan 254 nuklid var. Bir və ya daha çox sabit izotopları olan 80 element üçün sabit izotopların orta sayı element başına 254/80 = 3,2 izotopdur.

Nuklonların cüt və tək ədədləri

Protonlar: Neytronların nisbəti nüvə sabitliyinə təsir edən yeganə amil deyil. Bu, həmçinin onun atom nömrəsinin Z paritetindən və ya paritetindən, neytronların N sayından, dolayısıyla onların A kütlə sayının cəmindən asılıdır. Tək həm Z, həm də N nüvə bağlama enerjisini azaltmağa çalışır, tək nüvələr yaradır, ümumiyyətlə daha az sabitdir. Qonşu nüvələr, xüsusən də tək izobarlar arasında nüvə bağlama enerjisindəki bu əhəmiyyətli fərq mühüm nəticələrə malikdir: qeyri-optimal sayda neytron və ya proton sayına malik qeyri-sabit izotoplar beta parçalanması (pozitron parçalanması daxil olmaqla), elektronların tutulması və ya kortəbii parçalanma və digər ekzotik vasitələrlə parçalanır. çürümə.klasterlər.

Ən sabit nuklidlər cüt sayda proton və cüt sayda neytrondur, burada Z, N və A cütdür. Tək sabit nuklidlər (təxminən bərabər) tək olanlara bölünür.

atom nömrəsi

148 cüt proton, hətta neytron (EE) nuklidləri bütün sabit nuklidlərin ~58%-ni təşkil edir. Həmçinin 22 ibtidai uzunömürlü hətta nuklid var. Nəticədə, 2-dən 82-yə qədər olan 41 cüt elementin hər birində ən azı bir sabit izotop var və bu elementlərin əksəriyyətində çoxsaylı ilkin izotoplar var. Bu hətta elementlərin yarısında altı və ya daha çox sabit izotop var. Helium-4-ün həddindən artıq sabitliyi, iki proton və iki neytronun ikili birləşməsi səbəbindən, beş və ya səkkiz nuklondan ibarət hər hansı nuklidin nüvə sintezi vasitəsilə daha ağır elementlərin toplanması üçün platforma kimi xidmət etmək üçün kifayət qədər uzun müddət mövcud olmasına mane olur.

Bu 53 sabit nukliddə cüt sayda proton və tək sayda neytron var. Onların sayı təxminən 3 dəfə çox olan hətta izotoplarla müqayisədə azlıq təşkil edir. Sabit nuklidi olan 41 cüt-Z elementi arasında yalnız iki elementin (arqon və serium) cüt-tək sabit nuklidləri yoxdur. Bir elementin (qalay) üçü var. Bir tək-cüt nuklidi olan 24 element və iki tək-cüt nuklidi olan 13 element var.

Tək neytron nömrələrinə görə, cüt tək nuklidlər neytron birləşmə təsirindən gələn enerjiyə görə böyük neytron tutma kəsişmələrinə malikdirlər. Bu sabit nuklidlər təbiətdə qeyri-adi dərəcədə bol ola bilər, əsasən ona görə ki, əmələ gəlmək və ibtidai bolluğa daxil olmaq üçün onlar neytron tutulmasından qaçmalıdırlar ki, s prosesi necədir və r-dir. neytronların tutulması prosesi.nukleosintez zamanı.

tək atom nömrəsi

Qoşalaşmış neytronların cüt sayı ilə sabitləşən 48 sabit tək proton və cüt neytron nuklidi tək elementlərin sabit izotoplarının əksəriyyətini təşkil edir; Çox az sayda tək-proton-tək neytron nuklidləri digərlərini təşkil edir. Z = 1-dən 81-ə qədər 41 tək element var, onlardan 39-unun sabit izotopları var (texnetium (43 Tc) və prometium (61 Pm) elementlərinin sabit izotopları yoxdur). Bu 39 tək Z elementindən 30 elementin (0 neytronun cüt olduğu hidrogen-1 daxil olmaqla) bir sabit tək-cüt izotopu və doqquz elementi var: xlor (17 Cl), kalium (19K), mis (29 Cu), qallium (31 Ga), Brom (35 Br), gümüş (47 Ag), sürmə (51 Sb), iridium (77 Ir) və tallium (81 Tl) hər birinin iki tək-cüt sabit izotopları var. Beləliklə, 30 + 2 (9) = 48 sabit cüt-cüt izotoplar alınır.

Yalnız beş sabit nukliddə həm tək sayda proton, həm də tək sayda neytron var. İlk dörd "tək-tək" nuklid aşağı molekulyar ağırlıqlı nuklidlərdə baş verir, onların protondan neytrona və ya əksinə dəyişməsi çox əyri proton-neytron nisbəti ilə nəticələnəcəkdir.

Yeganə tamamilə "sabit", tək-tək nuklid 180 m 73 Ta təşkil edir ki, bu da 254 sabit izotopun ən nadiri hesab olunur və eksperimental cəhdlərə baxmayaraq hələ də çürüməsi müşahidə olunmayan yeganə ilkin nüvə izomeridir.

Neytronların tək sayı

Tək sayda neytron olan aktinidlər parçalanmaya meyllidirlər (termal neytronlarla), bərabər neytron sayına malik olanlar isə sürətli neytronlara parçalansalar da, yox olurlar. Müşahidə baxımından sabit olan bütün tək-tək nuklidlərin sıfırdan fərqli tam fırlanması var. Bunun səbəbi, tək qoşalaşmamış neytron və qoşalaşmamış protonun spinləri düzülmüş deyilsə (ən azı 1 vahid ümumi spin istehsal edir) bir-birinə daha çox nüvə qüvvəsi cəlb edir.

Təbiətdə baş verməsi

Elementlər bir və ya bir neçə təbii izotopdan ibarətdir. Qeyri-sabit (radioaktiv) izotoplar ilkin və ya sonrakı nümunədir. Orijinal izotoplar ulduz nukleosintezinin və ya kosmik şüaların parçalanması kimi başqa növ nukleosintezin məhsulu idi və onların çürümə sürəti çox yavaş olduğu üçün (məsələn, uran-238 və kalium-40) bu günə qədər davam etmişdir. Post-təbii izotoplar kosmogen nuklidlər (məsələn, tritium, karbon-14) və ya radioaktiv ibtidai izotopun radioaktiv radiogenik nuklidin qızına (məsələn, urandan radima) parçalanması kimi kosmik şüaların bombardmanı ilə yaradılmışdır. Bir neçə izotop təbii olaraq digər təbii nüvə reaksiyaları ilə nukleogen nuklidlər kimi sintez olunur, məsələn, təbii nüvə parçalanmasından gələn neytronların başqa bir atom tərəfindən udulması.

Yuxarıda müzakirə edildiyi kimi, yalnız 80 elementin sabit izotopları var və onlardan 26-nın yalnız bir sabit izotopu var. Beləliklə, sabit elementlərin təxminən üçdə ikisi təbii olaraq Yerdə bir neçə sabit izotopda baş verir, bir element üçün ən çox sabit izotoplar on, qalay üçün (50Sn) təşkil edir. Yer üzündə təxminən 94 element (plutonium daxil olmaqla) mövcuddur, baxmayaraq ki, bəziləri plutonium-244 kimi çox az miqdarda olur. Alimlər hesab edirlər ki, Yer kürəsində təbii olaraq meydana gələn elementlər (bəziləri yalnız radioizotoplar şəklində) ümumilikdə 339 izotop (nuklid) şəklində olur. Bu təbii izotoplardan yalnız 254-ü bu günə qədər müşahidə edilmədiyi mənada sabitdir. Əlavə 35 ibtidai nuklid (cəmi 289 ibtidai nuklid) məlum yarı ömrü ilə radioaktivdir, lakin onların günəş sisteminin başlanğıcından bəri mövcud olmasına imkan verən 80 milyon ildən çox yarı ömrü var.

Bütün məlum sabit izotoplar təbii olaraq Yerdə baş verir; Digər təbii izotoplar radioaktivdir, lakin nisbətən uzun yarı ömrünə və ya digər davamlı təbii istehsal üsullarına görə. Bunlara yuxarıda qeyd olunan kosmogen nuklidlər, nukleogen nuklidlər və urandan radon və radium kimi əsas radioaktiv izotopun davamlı parçalanması nəticəsində yaranan hər hansı radiogenik izotoplar daxildir.

Nüvə reaktorlarında və hissəcik sürətləndiricilərində təbiətdə tapılmayan digər ~3000 radioaktiv izotop yaradılmışdır. Yer üzündə təbii olaraq tapılmayan bir çox qısa ömürlü izotoplar da ulduzlarda və ya fövqəlnovalarda təbii olaraq yaradılmış spektroskopik analizlə müşahidə edilmişdir. Məsələn, alüminium-26, təbii olaraq Yerdə baş vermir, lakin astronomik miqyasda boldur.

Elementlərin cədvəlləşdirilmiş atom kütlələri müxtəlif kütlələrə malik çoxsaylı izotopların mövcudluğunu izah edən orta göstəricilərdir. İzotopların kəşfindən əvvəl, atom kütləsi üçün empirik olaraq müəyyən edilmiş inteqrasiya olunmayan dəyərlər alimləri çaşdırdı. Məsələn, bir xlor nümunəsi 75,8% xlor-35 və 24,2% xlor-37 ehtiva edir, orta atom kütləsi 35,5 atom kütlə vahidi verir.

Ümumi qəbul edilmiş kosmologiya nəzəriyyəsinə görə, Böyük Partlayışda yalnız hidrogen və heliumun izotopları, litium və berilyumun bəzi izotoplarının izləri, ola bilsin ki, borun izləri yaradılmış, digər izotopların hamısı sonradan ulduzlarda və fövqəlnovalarda sintez edilmişdir. , həmçinin kosmik şüalar kimi enerjili hissəciklər və əvvəllər əldə edilmiş izotoplar arasındakı qarşılıqlı təsirlərdə. Yerdəki izotopların müvafiq izotop bolluğu bu proseslərin yaratdığı miqdarlar, onların qalaktikada yayılması və qeyri-sabit olan izotopların parçalanma sürəti ilə bağlıdır. Günəş sisteminin ilkin birləşməsindən sonra izotoplar kütləyə görə yenidən paylandı və elementlərin izotop tərkibi planetdən planetə bir qədər dəyişir. Bu, bəzən meteoritlərin mənşəyini izləməyə imkan verir.

İzotopların atom kütləsi

İzotopun atom kütləsi (mr) əsasən onun kütlə sayı (yəni nüvəsindəki nuklonların sayı) ilə müəyyən edilir. Kiçik düzəlişlər nüvənin bağlanma enerjisi, proton və neytron arasındakı kiçik kütlə fərqi və atomla əlaqəli elektronların kütləsi ilə əlaqədardır.

Kütləvi sayı ölçüsüz kəmiyyətdir. Atom kütləsi isə karbon-12 atomunun kütləsinə əsaslanan atom kütləsi vahidi ilə ölçülür. O, "u" (vahid atom kütlə vahidi üçün) və ya "Da" (dalton üçün) simvolları ilə işarələnir.

Elementin təbii izotoplarının atom kütlələri elementin atom kütləsini təyin edir. Elementdə N izotop varsa, aşağıdakı ifadə orta atom kütləsinə aiddir:

Burada m 1 , m 2 , …, mN hər bir fərdi izotopun atom kütlələri, x 1 , …, xN isə bu izotopların nisbi bolluğudur.

İzotopların tətbiqi

Müəyyən bir elementin müxtəlif izotoplarının xüsusiyyətlərindən istifadə edən bir neçə proqram var. İzotopun ayrılması mühüm texnoloji məsələdir, xüsusilə uran və ya plutonium kimi ağır elementlərlə. Litium, karbon, azot və oksigen kimi yüngül elementlər adətən CO və NO kimi birləşmələrinin qaz diffuziyası ilə ayrılır. Hidrogen və deyteriumun ayrılması qeyri-adidir, çünki o, Girdler sulfid prosesində olduğu kimi fiziki deyil, kimyəvi xüsusiyyətlərə əsaslanır. Uran izotopları qaz diffuziyası, qaz sentrifuqalanması, lazer ionlaşması ilə ayrılması və (Manhetten Layihəsində) kütləvi spektrometriya istehsalının növünə görə həcminə görə ayrılmışdır.

Kimyəvi və bioloji xüsusiyyətlərin istifadəsi

İzotop analizi müəyyən bir nümunədə verilmiş elementin izotoplarının nisbi bolluğunun, izotop imzasının müəyyən edilməsidir. Xüsusilə qida maddələri üçün C, N və O izotoplarında əhəmiyyətli dəyişikliklər baş verə bilər.Belə dəyişikliklərin təhlili qidalarda saxtakarlığın aşkarlanması və ya izoscapelərdən istifadə edərək qidaların coğrafi mənşəyi kimi geniş tətbiq sahələrinə malikdir. Marsda yaranan bəzi meteoritlərin identifikasiyası qismən onların tərkibindəki iz qazlarının izotopik imzasına əsaslanır.
Kinetik izotop effekti vasitəsilə kimyəvi reaksiyanın mexanizmini müəyyən etmək üçün izotop əvəzetmədən istifadə edilə bilər.
Başqa bir ümumi tətbiq, izotopik etiketləmə, kimyəvi reaksiyalarda izləyici və ya marker kimi qeyri-adi izotopların istifadəsidir. Adətən verilmiş elementin atomları bir-birindən fərqlənmir. Bununla belə, müxtəlif kütlələrin izotoplarından istifadə etməklə, hətta müxtəlif qeyri-radioaktiv sabit izotopları kütləvi spektrometriya və ya infraqırmızı spektroskopiyadan istifadə etməklə ayırd etmək olar. Məsələn, "Hüceyrə mədəniyyətində amin turşularının sabit izotop etiketlənməsi" (SILAC) zülallarının miqdarını təyin etmək üçün sabit izotoplardan istifadə olunur. Əgər radioaktiv izotoplardan istifadə edilərsə, onları yaydıqları şüalanma ilə aşkar etmək olar (buna radioizotop işarəsi deyilir).
İzotoplar müxtəlif elementlərin və ya maddələrin konsentrasiyasını izotopik seyreltmə üsulundan istifadə etməklə müəyyən etmək üçün adətən istifadə olunur, burada izotopik olaraq əvəzlənmiş birləşmələrin məlum miqdarı nümunələrlə qarışdırılır və kütlə spektrometriyasından istifadə etməklə yaranan qarışıqların izotopik xüsusiyyətləri müəyyən edilir.

Nüvə xüsusiyyətlərindən istifadə

Radioizotopların etiketlənməsinə bənzər bir üsul radiometrik tanışlıqdır: qeyri-sabit elementin məlum yarı ömründən istifadə edərək, məlum izotop konsentrasiyasının mövcudluğundan bəri keçən vaxtı hesablamaq olar. Ən məşhur nümunə karbonlu materialların yaşını təyin etmək üçün istifadə edilən radiokarbon tarixləndirməsidir.
Spektroskopiyanın bəzi formaları həm radioaktiv, həm də sabit olan xüsusi izotopların unikal nüvə xassələrinə əsaslanır. Məsələn, nüvə maqnit rezonansı (NMR) spektroskopiyası yalnız nüvə spininə malik izotoplar üçün istifadə edilə bilər. NMR spektroskopiyasında ən çox istifadə edilən izotoplar 1 H, 2 D, 15 N, 13 C və 31 P-dir.
Mössbauer spektroskopiyası həmçinin 57 Fe kimi xüsusi izotopların nüvə keçidlərinə əsaslanır.

Yəqin ki, yer üzündə izotoplar haqqında eşitməyən elə bir insan yoxdur. Ancaq hər kəs bunun nə olduğunu bilmir. “Radioaktiv izotoplar” ifadəsi xüsusilə qorxulu səslənir. Bu qaranlıq kimyəvi elementlər insanlığı dəhşətə gətirir, amma əslində ilk baxışdan göründüyü qədər qorxulu deyil.

Tərif

Radioaktiv elementlər anlayışını başa düşmək üçün əvvəlcə demək lazımdır ki, izotoplar eyni kimyəvi elementin nümunələridir, lakin kütlələri müxtəlifdir. Bunun mənası nədi? Əgər ilk növbədə atomun quruluşunu xatırlasaq, suallar aradan qalxacaq. Elektronlardan, protonlardan və neytronlardan ibarətdir. Atomun nüvəsindəki ilk iki elementar hissəciyin sayı həmişə sabitdir, öz kütləsi olan neytronlar isə eyni maddədə müxtəlif miqdarda ola bilər. Bu vəziyyət müxtəlif fiziki xüsusiyyətlərə malik müxtəlif kimyəvi elementlərin yaranmasına səbəb olur.

İndi biz tədqiq olunan anlayışın elmi tərifini verə bilərik. Beləliklə, izotoplar xassələrinə oxşar, lakin müxtəlif kütlələrə və fiziki xüsusiyyətlərə malik olan kimyəvi elementlərin məcmu toplusudur. Daha müasir terminologiyaya görə, onlara kimyəvi elementin nukleotidlərinin qalaktikası deyilir.

Bir az tarix

Keçən əsrin əvvəllərində elm adamları fərqli şəraitdə eyni kimyəvi birləşmənin müxtəlif kütləli elektron nüvələrinə malik ola biləcəyini kəşf etdilər. Sırf nəzəri baxımdan belə elementləri yeni hesab etmək olardı və onlar D.Mendeleyevin dövri cədvəlində boş xanaları doldurmağa başlaya bilərdilər. Amma onun içində cəmi doqquz sərbəst hüceyrə var və alimlər onlarla yeni element aşkar ediblər. Bundan əlavə, riyazi hesablamalar göstərdi ki, aşkar edilmiş birləşmələri əvvəllər naməlum hesab etmək olmaz, çünki onların kimyəvi xassələri mövcud olanların xüsusiyyətlərinə tam uyğun gəlirdi.

Uzun müzakirələrdən sonra bu elementləri izotop adlandırmaq və nüvələrində onlarla eyni sayda elektron olan elementlərlə eyni hüceyrəyə yerləşdirmək qərara alındı. Alimlər müəyyən edə biliblər ki, izotoplar kimyəvi elementlərin sadəcə bəzi variasiyalarıdır. Bununla belə, onların meydana gəlməsinin səbəbləri və həyat müddəti təxminən bir əsr ərzində öyrənildi. 21-ci əsrin əvvəllərində belə, bəşəriyyətin izotoplar haqqında tamamilə hər şeyi bildiyini iddia etmək mümkün deyil.

Davamlı və davamlı olmayan dəyişikliklər

Hər bir kimyəvi elementin bir neçə izotopu var. Nüvələrində sərbəst neytronlar olduğuna görə onlar həmişə atomun qalan hissəsi ilə sabit əlaqəyə girmirlər. Bir müddət sonra sərbəst hissəciklər nüvəni tərk edir, bu da onun kütləsini və fiziki xüsusiyyətlərini dəyişir. Başqa izotoplar belə əmələ gəlir ki, bu da nəticədə bərabər sayda proton, neytron və elektron olan maddənin əmələ gəlməsinə gətirib çıxarır.

Çox tez parçalanan maddələrə radioaktiv izotoplar deyilir. Onlar canlı orqanizmlərə mənfi təsir göstərən güclü nüfuzetmə qabiliyyəti ilə tanınan güclü ionlaşdırıcı qamma şüalanma əmələ gətirərək kosmosa çoxlu sayda neytron buraxırlar.

Daha sabit izotoplar radioaktiv deyillər, çünki sərbəst buraxılan neytronların sayı radiasiya yarada bilmir və digər atomlara əhəmiyyətli dərəcədə təsir göstərir.

Çox uzun müddət əvvəl elm adamları bir vacib nümunə yaratdılar: hər bir kimyəvi elementin davamlı və ya radioaktiv izotopları var. Maraqlıdır ki, onların bir çoxu laboratoriyada əldə edilib və onların təbii formada olması kiçikdir və həmişə alətlərlə qeyd olunmur.

Təbiətdə paylanması

Təbii şəraitdə çox vaxt izotop kütləsi birbaşa D.Mendeleyev cədvəlində onun sıra nömrəsi ilə təyin olunan maddələr var. Məsələn, H simvolu ilə qeyd olunan hidrogenin seriya nömrəsi 1, kütləsi isə birə bərabərdir. Onun 2H və 3H izotopları təbiətdə olduqca nadirdir.

Hətta insan orqanizmində müəyyən miqdarda radioaktiv izotoplar var. Onlar karbon izotopları şəklində qida ilə daxil olurlar, bu da öz növbəsində torpaqdan və ya havadan bitkilər tərəfindən sorulur və fotosintez zamanı üzvi maddələrin tərkibinə keçir. Buna görə də həm insanlar, həm heyvanlar, həm də bitkilər müəyyən radiasiya fonu yayırlar. Yalnız o qədər aşağıdır ki, normal fəaliyyətə və böyüməyə mane olmur.

İzotopların əmələ gəlməsinə töhfə verən mənbələr yerin nüvəsinin daxili təbəqələri və kosmosdan gələn radiasiyadır.

Bildiyiniz kimi, planetdəki temperatur əsasən onun qaynar nüvəsindən asılıdır. Ancaq bu yaxınlarda məlum oldu ki, bu istiliyin mənbəyi radioaktiv izotopların iştirak etdiyi mürəkkəb termonüvə reaksiyasıdır.

İzotopun parçalanması

İzotoplar qeyri-sabit formasiyalar olduğundan, zaman keçdikcə onların həmişə kimyəvi elementlərin daha daimi nüvələrinə parçalandığını güman etmək olar. Bu ifadə doğrudur, çünki elm adamları təbiətdə böyük miqdarda radioaktiv izotopları aşkar edə bilməyiblər. Laboratoriyalarda minalananların əksəriyyəti bir neçə dəqiqədən bir neçə günə qədər davam etdi və sonra yenidən adi kimyəvi elementlərə çevrildi.

Ancaq təbiətdə çürüməyə çox davamlı izotoplar da var. Onlar milyardlarla il mövcud ola bilərlər. Belə elementlər o uzaq dövrlərdə, yerin hələ əmələ gəldiyi vaxtlarda əmələ gəlmişdi və onun səthində bərk qabıq belə yox idi.

Radioaktiv izotoplar çox tez parçalanır və yenidən əmələ gəlir. Buna görə də, izotopun dayanıqlığının qiymətləndirilməsini asanlaşdırmaq üçün alimlər onun yarı ömrünün kateqoriyasını nəzərdən keçirmək qərarına gəldilər.

Yarı həyat

Bu anlayışın nə demək olduğu bütün oxuculara dərhal aydın olmaya bilər. Onu müəyyən edək. İzotopun yarı ömrü, alınan maddənin şərti yarısının mövcudluğunu dayandırdığı vaxtdır.

Bu, əlaqənin qalan hissəsinin eyni vaxtda məhv ediləcəyi demək deyil. Bu yarı ilə əlaqədar olaraq, fərqli bir kateqoriyanı nəzərdən keçirmək lazımdır - onun ikinci hissəsinin, yəni maddənin orijinal miqdarının dörddə birinin yox olacağı müddət. Və bu mülahizə sonsuza qədər davam edir. Güman etmək olar ki, maddənin ilkin miqdarının tam çürümə vaxtını hesablamaq sadəcə mümkün deyil, çünki bu proses praktiki olaraq sonsuzdur.

Halbuki elm adamları yarımparçalanma müddətini bilərək, başlanğıcda nə qədər maddənin mövcud olduğunu müəyyən edə bilirlər. Bu məlumatlar əlaqəli elmlərdə uğurla istifadə olunur.

Müasir elmi dünyada tam çürümə anlayışı praktiki olaraq istifadə edilmir. Hər bir izotop üçün onun bir neçə saniyədən milyardlarla ilə qədər dəyişən yarı ömrünü göstərmək adətdir. Yarımparçalanma dövrü nə qədər aşağı olarsa, maddədən bir o qədər çox radiasiya gəlir və onun radioaktivliyi bir o qədər yüksək olur.

Mineralların zənginləşdirilməsi

Elm və texnikanın bəzi sahələrində nisbətən çox miqdarda radioaktiv maddələrin istifadəsi məcburi hesab olunur. Ancaq eyni zamanda, təbii şəraitdə belə birləşmələr çox azdır.

Məlumdur ki, izotoplar kimyəvi elementlərin qeyri-adi variantlarıdır. Onların sayı ən davamlı çeşidin bir neçə faizi ilə ölçülür. Məhz buna görə də alimlər qalıq materialların süni zənginləşdirilməsini həyata keçirməlidirlər.

İllər boyu aparılan tədqiqatlar nəticəsində müəyyən etmək mümkün olub ki, izotopun parçalanması zəncirvari reaksiya ilə müşayiət olunur. Bir maddənin sərbəst buraxılan neytronları digərinə təsir etməyə başlayır. Bunun nəticəsində ağır nüvələr daha yüngül olanlara parçalanır və yeni kimyəvi elementlər əldə edilir.

Bu hadisə zəncirvari reaksiya adlanır, bunun nəticəsində daha sabit, lakin daha az yayılmış izotoplar əldə edilə bilər ki, sonradan xalq təsərrüfatında istifadə olunur.

Çürümə enerjisinin tətbiqi

Alimlər həmçinin aşkar ediblər ki, radioaktiv izotopun parçalanması zamanı çoxlu miqdarda sərbəst enerji ayrılır. Onun miqdarı adətən 1 saniyədə 1 q radon-222-nin parçalanma müddətinə bərabər olan Küri vahidi ilə ölçülür. Bu göstərici nə qədər yüksək olsa, bir o qədər çox enerji ayrılır.

Sərbəst enerjidən istifadə yollarının işlənməsinin səbəbi də bu idi. Bu, radioaktiv izotopun yerləşdirildiyi nüvə reaktorları meydana çıxdı. Verdiyi enerjinin çox hissəsi toplanır və elektrik enerjisinə çevrilir. Bu reaktorlar əsasında ən ucuz elektrik enerjisini verən atom elektrik stansiyaları yaradılır. Belə reaktorların azaldılmış versiyaları özüyeriyən mexanizmlərə qoyulur. Qəza təhlükəsini nəzərə alsaq, əksər hallarda belə maşınlar sualtı qayıqlardır. Reaktorun sıradan çıxması halında sualtı qayıqdakı qurbanların sayını minimuma endirmək daha asan olacaq.

Yarım ömür enerjisindən istifadə etmək üçün başqa bir qorxulu variant atom bombalarıdır. İkinci Dünya Müharibəsi zamanı onlar Yaponiyanın Xirosima və Naqasaki şəhərlərində insanlıq üzərində sınaqdan keçirilib. Nəticələri çox acınacaqlı oldu. Ona görə də dünyanın bu təhlükəli silahlardan istifadə edilməməsi ilə bağlı razılaşması var. Eyni zamanda, militarizasiyaya diqqət yetirən böyük dövlətlər bu gün bu sənayedə araşdırmaları davam etdirirlər. Bundan əlavə, onların bir çoxu dünya ictimaiyyətindən gizli şəkildə Yaponiyada istifadə edilənlərdən minlərlə dəfə təhlükəli olan atom bombaları hazırlayır.

Təbabətdə izotoplar

Dinc məqsədlər üçün, radioaktiv izotopların parçalanması tibbdə istifadə etməyi öyrəndi. Radiasiyanı bədənin təsirlənmiş sahəsinə yönəltməklə, xəstəliyin gedişatını dayandırmaq və ya xəstənin tam sağalmasına kömək etmək mümkündür.

Lakin diaqnostika üçün daha tez-tez radioaktiv izotoplardan istifadə olunur. Məsələ burasındadır ki, onların hərəkəti və klasterin təbiəti istehsal etdikləri radiasiya ilə düzəltmək asandır. Belə ki, insan orqanizminə müəyyən miqdarda təhlükəli olmayan radioaktiv maddə daxil olur və həkimlər onun necə və hara daxil olduğunu müşahidə etmək üçün alətlərdən istifadə edirlər.

Beləliklə, beynin işinin diaqnozu, xərçəngli şişlərin təbiəti, endokrin və xarici sekresiya bezlərinin işinin xüsusiyyətləri həyata keçirilir.

Arxeologiyada tətbiqi

Məlumdur ki, canlı orqanizmlərdə həmişə radioaktiv karbon-14 var, onun izotopunun yarı ömrü 5570 ildir. Bundan əlavə, elm adamları bu elementin bədəndə nə qədər olduğunu ölüm anına qədər bilirlər. Bu o deməkdir ki, bütün kəsilmiş ağaclar eyni miqdarda radiasiya yayır. Zamanla radiasiyanın intensivliyi azalır.

Bu, arxeoloqlara mətbəxin və ya hər hansı digər gəminin tikildiyi ağacın nə qədər əvvəl öldüyünü və buna görə də tikilmə vaxtını müəyyən etməyə kömək edir. Bu tədqiqat üsulu radioaktiv karbon analizi adlanır. Onun sayəsində alimlər üçün tarixi hadisələrin xronologiyasını qurmaq daha asandır.

XX əsrin birinci onilliyində radioaktivlik fenomenini öyrənən alimlər. çox sayda radioaktiv maddələr aşkar etdi - təxminən 40. Onların sayı vismut və uran arasındakı intervalda elementlərin dövri cədvəlindəki boş yerlərdən xeyli çox idi. Bu maddələrin təbiəti mübahisəli olmuşdur. Bəzi tədqiqatçılar onları müstəqil kimyəvi elementlər hesab edirdilər, lakin bu halda onların dövri sistemdə yerləşdirilməsi məsələsi həll olunmaz oldu. Digərləri klassik mənada onları element adlandırmaq hüququnu ümumiyyətlə rədd edirdilər. 1902-ci ildə ingilis fiziki D.Martin belə maddələri radioelementlər adlandırmışdır. Onlar tədqiq edildikdən sonra məlum oldu ki, bəzi radioelementlər tam olaraq eyni kimyəvi xassələrə malikdir, lakin atom kütlələri ilə fərqlənirlər. Bu hal dövri qanunun əsas müddəalarına ziddir. İngilis alimi F.Soddi ziddiyyəti həll etdi. 1913-cü ildə o, kimyəvi cəhətdən oxşar radioelementləri izotoplar adlandırdı (yunanca "eyni" və "yer" mənasını verən sözlərdən), yəni dövri sistemdə eyni yeri tutan. Radioelementlərin təbii radioaktiv elementlərin izotopları olduğu ortaya çıxdı. Onların hamısı üç radioaktiv ailədə birləşir, onların əcdadları torium və uranın izotoplarıdır.

Oksigenin izotopları. Kalium və arqonun izobarları (izobarlar eyni kütlə sayına malik müxtəlif elementlərin atomlarıdır).

Cüt və tək elementlər üçün sabit izotopların sayı.

Tezliklə məlum oldu ki, digər sabit kimyəvi elementlərin də izotopları var. Onların kəşfində əsas xidmət ingilis fiziki F.Astona məxsusdur. O, bir çox elementlərdə sabit izotoplar kəşf etdi.

Müasir nöqteyi-nəzərdən izotoplar kimyəvi elementin atomlarının növləridir: fərqli atom kütlələrinə malikdirlər, lakin eyni nüvə yükü var.

Beləliklə, onların nüvələrində eyni sayda proton, lakin fərqli sayda neytron var. Məsələn, Z = 8 olan təbii oksigen izotoplarının nüvələrində müvafiq olaraq 8, 9 və 10 neytron var. İzotopun nüvəsindəki proton və neytron ədədlərinin cəminə A kütlə nömrəsi deyilir. Buna görə də göstərilən oksigen izotoplarının kütlə nömrələri 16, 17 və 18-dir. İndi izotopların aşağıdakı təyinatı qəbul edilir: Z qiymət element simvolunun aşağı sol hissəsində, A dəyəri yuxarı solda verilir.Məsələn: 16 8 O, 17 8 O, 18 8 O.

Süni radioaktivlik fenomeni kəşf edildikdən sonra 1-dən 110-a qədər Z olan elementlər üçün nüvə reaksiyalarından istifadə etməklə 1800-ə yaxın süni radioaktiv izotop əldə edilmişdir. Süni radioizotopların böyük əksəriyyətinin saniyələrlə və saniyələrin fraksiyaları ilə ölçülən çox qısa yarım ömrü var; yalnız bir neçəsinin ömrü nisbətən uzundur (məsələn, 10 Be - 2,7 10 6 il, 26 Al - 8 10 5 il və s.).

Təbiətdə sabit elementlər təxminən 280 izotopla mövcuddur. Bununla belə, onlardan bəzilərinin bir qədər radioaktiv olduğu, nəhəng yarımparçalanma müddəti (məsələn, 40 K, 87 Rb, 138 La, l47 Sm, 176 Lu, 187 Re) olduğu ortaya çıxdı. Bu izotopların ömrü o qədər uzundur ki, onları sabit hesab etmək olar.

Stabil izotoplar dünyasında hələ də çoxlu problemlər var. Beləliklə, müxtəlif elementlərdə onların sayının niyə bu qədər fərqli olduğu aydın deyil. Sabit elementlərin (Be, F, Na, Al, P, Sc, Mn, Co, As, Y, Nb, Rh, I, Cs, Pt, Tb, Ho, Tu, Ta, Au) təxminən 25%-i var. təbiətdə yalnız bir növ atom var. Bunlar tək elementlər deyilənlərdir. Maraqlıdır ki, onların hamısının (Be-dən başqa) tək Z qiymətləri var.Ümumiyyətlə, tək elementlər üçün sabit izotopların sayı ikidən çox olmur. Əksinə, hətta Z olan bəzi elementlər çoxlu sayda izotopdan ibarətdir (məsələn, Xe-də 9, Sn - 10 sabit izotop var).

Verilmiş elementin sabit izotopları çoxluğuna qalaktika deyilir. Onların qalaktikadakı məzmunu çox vaxt çox dəyişir. Maraqlıdır ki, bu qaydada istisnalar olsa da, kütlə ədədləri dördə (12 C, 16 O, 20 Ca və s.) çox olan izotopların bolluğu ən yüksəkdir.

Sabit izotopların kəşfi atom kütlələrinin uzunmüddətli sirrini - qalaktikada elementlərin sabit izotoplarının müxtəlif faiz nisbətlərinə görə onların tam ədədlərdən yayınmasını həll etməyə imkan verdi.

Nüvə fizikasında “izobarlar” anlayışı məlumdur. İzobarlara eyni kütlə nömrələrinə malik olan müxtəlif elementlərin (yəni fərqli Z qiymətləri olan) izotopları deyilir. İzobarların tədqiqi atom nüvələrinin davranışında və xassələrində bir çox mühüm qanunauyğunluqların yaranmasına kömək etdi. Bu qanunauyğunluqlardan biri sovet kimyaçısı S. A. Şukarev və yəmənli fiziki İ. Mattauch tərəfindən tərtib edilmiş qayda ilə ifadə olunur. Orada deyilir: əgər iki izobar Z dəyərlərində 1 ilə fərqlənirsə, onlardan biri mütləq radioaktiv olacaqdır. Bir cüt izobarın klassik nümunəsi 40 18 Ar - 40 19 K. Onda kalium izotopu radioaktivdir. Şukarev-Mattauch qaydası texnetium (Z = 43) və prometium (Z = 61) elementlərinin niyə sabit izotoplara malik olmadığını izah etməyə imkan verdi. Onların tək Z qiymətləri olduğundan, onlar üçün ikidən çox sabit izotop gözləmək olmaz. Ancaq məlum oldu ki, texnetium və prometiumun izobarları, müvafiq olaraq molibden (Z = 42) və rutenium (Z = 44), neodim (Z = 60) və samarium (Z = 62) izotopları təbiətdə aşağıdakılarla təmsil olunur: geniş kütlə diapazonunda atomların sabit növləri. Beləliklə, fiziki qanunlar texnetium və prometiumun sabit izotoplarının mövcudluğuna qadağa qoyur. Məhz buna görə də bu elementlər təbiətdə əslində mövcud deyil və süni şəkildə sintez edilməli idi.

Alimlər uzun müddətdir izotopların dövri sistemini inkişaf etdirməyə çalışırlar. Təbii ki, o, elementlərin dövri sisteminin əsasından başqa başqa prinsiplərə əsaslanır. Amma bu cəhdlər hələ də qənaətbəxş nəticə verməyib. Düzdür, fiziklər sübut etdilər ki, atom nüvələrində proton və neytron qabıqlarının doldurulması ardıcıllığı prinsipcə atomlarda elektron qabıqların və alt qabıqların qurulmasına bənzəyir (bax: Atom).

Müəyyən bir elementin izotoplarının elektron qabıqları tamamilə eyni şəkildə qurulur. Buna görə də onların kimyəvi və fiziki xassələri demək olar ki, eynidir. Yalnız hidrogenin izotopları (protium və deuterium) və onların birləşmələri xassələrində nəzərəçarpacaq fərqlər göstərir. Məsələn, ağır su (D 2 O) +3,8-də donur, 101,4 ° C-də qaynar, 1,1059 q / sm 3 sıxlığa malikdir, heyvan və bitki orqanizmlərinin həyatını dəstəkləmir. Suyun hidrogen və oksigenə elektrolizi zamanı əsasən H 2 0 molekulları parçalanır, ağır su molekulları isə elektrolizatorda qalır.

Digər elementlərin izotoplarının ayrılması olduqca çətin bir işdir. Buna baxmayaraq, bir çox hallarda, təbii bolluqla müqayisədə əhəmiyyətli dərəcədə dəyişmiş məzmuna malik fərdi elementlərin izotoplarına ehtiyac var. Məsələn, atom enerjisi məsələsini həll edərkən 235 U və 238 U izotoplarını ayırmaq zərurəti yarandı. Bunun üçün ilk dəfə olaraq kütləvi spektrometriya üsulundan istifadə edildi, onun köməyi ilə ilk kiloqram uran-235 əldə edildi. 1944-cü ildə ABŞ-da. Bununla belə, bu üsul çox bahalı oldu və UF 6 istifadə edilən qazlı diffuziya üsulu ilə əvəz olundu. İndi izotopları ayırmaq üçün bir neçə üsul var, lakin onların hamısı olduqca mürəkkəb və bahalıdır. Buna baxmayaraq, “ayrılmazın ayrılması” problemi uğurla həll olunur.

Yeni bir elmi intizam yarandı - izotoplar kimyası. Kimyəvi reaksiyalarda və izotop mübadiləsi proseslərində kimyəvi elementlərin müxtəlif izotoplarının davranışını öyrənir. Bu proseslər nəticəsində müəyyən elementin izotopları reaksiya verən maddələr arasında yenidən bölüşdürülür. Ən sadə misal budur: H 2 0 + HD = HD0 + H 2 (su molekulu bir protium atomunu deuterium atomu ilə dəyişir). İzotopların geokimyası da inkişaf edir. O, yer qabığındakı müxtəlif elementlərin izotop tərkibindəki dalğalanmaları araşdırır.

Sözdə etiketlənmiş atomlar, sabit elementlərin süni radioaktiv izotopları və ya sabit izotoplar ən geniş tətbiq tapırlar. İzotop göstəricilərinin - etiketli atomların köməyi ilə onlar cansız və canlı təbiətdə elementlərin hərəkət yollarını, müxtəlif obyektlərdə maddələrin və elementlərin paylanmasının təbiətini öyrənirlər. İzotoplar nüvə texnologiyasında istifadə olunur: nüvə reaktorlarının tikintisi üçün material kimi; nüvə yanacağı kimi (torium, uran, plutonium izotopları); termonüvə birləşməsində (deyterium, 6 Li, 3 He). Radioaktiv izotoplardan radiasiya mənbəyi kimi də geniş istifadə olunur.

İzotoplar nədir

izotoplar Kimyəvi elementin atom növü. İstənilən atomda həmişə bərabər sayda elektron və proton var. Onların əks yükləri (elektronlar mənfi, protonlar isə müsbət) olduğundan atom həmişə neytraldır (bu elementar hissəcik yük daşımır, sıfıra bərabərdir). Bir elektron itirildikdə və ya tutulduqda, atom neytrallığını itirir və ya mənfi və ya müsbət ion olur.
Neytronların yükü yoxdur, lakin eyni elementin atom nüvəsindəki onların sayı fərqli ola bilər. Bu, atomun neytrallığına təsir etmir, lakin onun kütləsinə və xassələrinə təsir göstərir. Məsələn, hidrogen atomunun hər bir izotopunun hər birində bir elektron və bir proton var. Neytronların sayı isə fərqlidir. Protiumun cəmi 1 neytronu, deyteriumun 2 neytronu, tritiumun isə 3 neytronu var. Bu üç izotop xassələrinə görə bir-birindən kəskin şəkildə fərqlənir.

İzotopların müqayisəsi

İzotoplar necə fərqlənir? Onların fərqli sayda neytronları, fərqli kütlələri və fərqli xüsusiyyətləri var. İzotoplar elektron qabıqların eyni quruluşuna malikdir. Bu o deməkdir ki, onlar kimyəvi xassələrə olduqca oxşardırlar. Buna görə də onlara dövri sistemdə bir yer verilir.
Təbiətdə sabit və radioaktiv (qeyri-sabit) izotoplar aşkar edilmişdir. Radioaktiv izotopların atomlarının nüvələri kortəbii olaraq digər nüvələrə çevrilə bilir. Radioaktiv parçalanma prosesində müxtəlif hissəciklər buraxırlar.
Əksər elementlərdə iki ondan çox radioaktiv izotop var. Bundan əlavə, radioaktiv izotoplar tamamilə bütün elementlər üçün süni şəkildə sintez olunur. İzotopların təbii qarışığında onların tərkibi bir qədər dəyişir.
İzotopların mövcudluğu, bəzi hallarda daha az atom kütləsi olan elementlərin daha böyük atom kütləsi olan elementlərdən daha yüksək seriya nömrəsinə sahib olduğunu anlamağa imkan verdi. Məsələn, arqon-kalium cütlüyündə arqona ağır izotoplar, kalium isə yüngül izotopları ehtiva edir. Buna görə də arqonun kütləsi kaliumun kütləsindən böyükdür.

TheDifference.ru müəyyən etdi ki, izotoplar arasındakı fərq aşağıdakı kimidir:

Onların müxtəlif sayda neytronları var.
İzotoplar müxtəlif atom kütlələrinə malikdir.
İonların atomlarının kütləsinin dəyəri onların ümumi enerjisinə və xassələrinə təsir göstərir.