İzotoplarda müxtəlif sayda şeylər var. Kimyada izotoplar hansılardır? Tərif, quruluş

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 buluddakı orbitallar, nüvəni təşkil edən neytron və protonlar vasitəsilə heyrətamiz sürətlə hərəkət edən elektronlar təsir edir.

İzotoplar nədir

İzotoplar kimyəvi elementin atom növüdür. 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, sıfırdır). Bir elektron itirildikdə və ya tutulduqda, atom neytrallığını itirərək ya mənfi, ya da müsbət ion olur.
Neytronların yükü yoxdur, lakin eyni elementin atom nüvəsindəki onların sayı dəyişə bilər. Bu heç bir şəkildə atomun neytrallığına təsir etmir, lakin onun kütləsinə və xassələrinə təsir edir. Məsələn, hidrogen atomunun hər hansı izotopunda bir elektron və bir proton var. Lakin neytronların sayı 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 müxtəlif 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 cədvəldə bir yer verilir.
Təbiətdə sabit və radioaktiv (qeyri-sabit) izotoplar aşkar edilmişdir. Radioaktiv izotopların atomlarının nüvələri kortəbii olaraq digər nüvələrə çevrilə bilir. Radioaktiv parçalanma prosesi zamanı onlar 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 atom kütləsi daha yüksək olan elementlərdən daha yüksək atom nömrəsinə sahib olduğunu anlamağa imkan verdi. Məsələn, arqon-kalium cütlüyündə arqon ağır izotopları, kalium isə yüngül izotopları ehtiva edir. Buna görə də arqonun kütləsi kaliumun kütləsindən böyükdür.

ImGist, izotoplar arasındakı fərqlərin aşağıdakı kimi olduğunu müəyyən etdi:

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

20-ci əsrin ilk onilliyində radioaktivlik fenomenini öyrənən elm adamları. çoxlu sayda radioaktiv maddələr aşkar etdi - təxminən 40. Onların sayı vismut və uran arasında elementlərin dövri cədvəlində 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 olunduqca məlum oldu ki, bəzi radioelementlər tam olaraq eyni kimyəvi xassələrə malikdir, lakin atom kütlələrinə görə 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 (yunan sözündən “eyni” və “yer” mənasını verir), yəni dövri cədvəldə eyni yeri tuturlar. Radioelementlərin təbii radioaktiv elementlərin izotopları olduğu ortaya çıxdı. Onların hamısı üç radioaktiv ailədə birləşir, onların əcdadları torium və uran 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 kredit ingilis fiziki F.Astona məxsusdur. O, bir çox elementlərin sabit izotoplarını kəşf etmişdir.

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 oksigenin təbii izotoplarının nüvələrində müvafiq olaraq 8, 9 və 10 neytron var. İzotopun nüvəsindəki proton və neytron ədədlərinin cəminə A kütlə nömrəsi deyilir. Beləliklə, göstərilən oksigen izotoplarının kütlə nömrələri 16, 17 və 18-dir. Hal-hazırda izotoplar üçün aşağıdakı təyinat qəbul edilir: Aşağıda element simvolunun solunda Z qiyməti, yuxarı sol tərəfdə isə A qiyməti verilmişdir.Məsələn: 16 8 O, 17 8 O, 18 8 O.

Süni radioaktivlik fenomeninin kəşfindən bəri Z ilə 1-dən 110-a qədər olan elementlər üçün nüvə reaksiyalarından istifadə etməklə təxminən 1800 süni radioaktiv izotop istehsal edilmişdir. Süni radioizotopların böyük əksəriyyətinin saniyələrlə və saniyələrin fraksiyaları ilə ölçülən çox qısa yarı ömrü var. ; yalnız bir neçəsinin nisbətən uzun ömür müddəti var (məsələn, 10 Be - 2,7 10 6 il, 26 Al - 8 10 5 il və s.).

Stabil elementlər təbiətdə təxminən 280 izotopla təmsil olunur. Bununla belə, onlardan bəziləri zəif radioaktiv olub, nəhəng yarımparçalanma müddətinə malikdir (məsələn, 40 K, 87 Rb, 138 La, l47 Sm, 176 Lu, 187 Re). Bu izotopların ömrü o qədər uzundur ki, onları sabit hesab etmək olar.

Sabit izotoplar dünyasında hələ də çoxlu problemlər var. Beləliklə, onların sayının müxtəlif elementlər arasında 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 deyil. Əksinə, bəzi cüt-Z elementləri çoxlu sayda izotopdan ibarətdir (məsələn, Xe-də 9, Sn-də 10 sabit izotop var).

Verilmiş elementin sabit izotopları çoxluğuna qalaktika deyilir. Onların qalaktikadakı məzmunu çox vaxt çox dəyişir. Maraqlıdır ki, ən yüksək tərkib kütləsi dördə (12 C, 16 O, 20 Ca və s.) çox olan izotoplardır, baxmayaraq ki, bu qayda üçün istisnalar var.

Sabit izotopların kəşfi atom kütlələrinin çoxdankı sirrini - onların qalaktikadakı elementlərin sabit izotoplarının müxtəlif faizləri ilə izah edilən tam ədədlərdən sapmasını həll etməyə imkan verdi.

Nüvə fizikasında “izobarlar” anlayışı məlumdur. İzobarlar eyni kütlə nömrələrinə malik olan müxtəlif elementlərin (yəni fərqli Z qiymətləri olan) izotoplarıdır. İzobarların öyrənilməsi atom nüvələrinin davranışında və xassələrində bir çox mühüm qanunauyğunluqların yaradılmasına kömək etdi. Bu qanunauyğunluqlardan biri sovet kimyaçısı S. A. Şukarev və alman fiziki İ. Mattaux 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 texnesium (Z = 43) və prometium (Z = 61) elementlərində niyə sabit izotopların olmadığını izah etməyə imkan verdi. Onların tək Z qiymətləri olduğundan, onlar üçün ikidən çox sabit izotop gözləmək olmaz. Lakin 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 sabit olaraq təmsil olunur. geniş kütlə diapazonunda atomların növləri. Beləliklə, fiziki qanunlar texnetium və prometiumun sabit izotoplarının mövcudluğunu qadağan edir. Məhz buna görə də bu elementlər əslində təbiətdə mövcud deyil və süni şəkildə sintez edilməli idi.

Alimlər uzun müddətdir izotopların dövri sistemini inkişaf etdirməyə çalışırlar. Əlbəttə ki, elementlərin dövri cədvəlinin əsasından fərqli 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 hidrogen izotopları (protium və deuterium) və onların birləşmələri xassələrində nəzərəçarpacaq fərqlər nümayiş etdirir. Məsələn, ağır su (D 2 O) +3,8-də donur, 101,4 ° C-də qaynar, 1,1059 q/sm 3 sıxlığa malikdir, heyvanların 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 izotoplarını ayırmaq son dərəcə çətin işdir. Bununla belə, bir çox hallarda, təbii bolluqla müqayisədə əhəmiyyətli dərəcədə dəyişmiş bolluğu olan fərdi elementlərin izotopları tələb olunur. 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-dan istifadə edən qaz diffuziya üsulu ilə əvəz olundu. İndi izotopları ayırmaq üçün bir neçə üsul var, lakin onların hamısı olduqca mürəkkəb və bahalıdır. Yenə də “ayrılmazı bölmək” problemi uğurla həll olunur.

Yeni elmi intizam yarandı - izotop 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 dəyişiklikləri öyrənir.

Ən çox istifadə olunanlar etiketli atomlar adlanır - sabit elementlərin süni radioaktiv izotopları və ya sabit izotoplardır. İzotop göstəricilərin - etiketlənmiş atomların köməyi ilə onlar cansız və canlı təbiətdəki 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.

Radioaktiv elementlərin xassələri öyrənilərkən məlum olmuşdur ki, eyni kimyəvi elementin tərkibində müxtəlif nüvə kütlələrinə malik atomlar ola bilər. Eyni zamanda, eyni nüvə yükü var, yəni bunlar yad maddələrin çirkləri deyil, eyni maddədir.

İzotoplar nədir və niyə mövcuddurlar?

Mendeleyevin dövri cədvəlində həm bu element, həm də müxtəlif nüvə kütlələrinə malik maddənin atomları bir hüceyrəni tutur. Yuxarıda göstərilənlərə əsasən, eyni maddənin bu cür növlərinə "izotoplar" adı verildi (yunanca isos - eyni və topos - yer). Belə ki, izotoplar- bunlar atom nüvələrinin kütləsində fərqlənən müəyyən bir kimyəvi elementin növləridir.

Qəbul edilənə görə nüvənin neytron-proton modeliİzotopların mövcudluğunu belə izah etmək mümkün idi: maddənin bəzi atomlarının nüvələrində müxtəlif sayda neytronlar, eyni sayda protonlar olur. Əslində, bir elementin izotoplarının nüvə yükü eynidir, buna görə də nüvədəki protonların sayı eynidir. Nüvələr kütlə baxımından fərqlənir, buna görə də onların tərkibində müxtəlif sayda neytron var.

Stabil və qeyri-sabit izotoplar

İzotoplar sabit və ya qeyri-sabit ola bilər. Bu günə qədər 270-ə yaxın sabit və 2000-dən çox qeyri-sabit izotop məlumdur. Sabit izotoplar- Bunlar uzun müddət müstəqil mövcud ola bilən kimyəvi elementlərin növləridir.

Ən çox qeyri-sabit izotoplar süni yolla əldə edilmişdir. Qeyri-sabit izotoplar radioaktiv, onların nüvələri radioaktiv parçalanma prosesinə, yəni hissəciklərin və/və ya radiasiyanın emissiyası ilə müşayiət olunan kortəbii olaraq başqa nüvələrə çevrilmə prosesinə məruz qalır. Demək olar ki, bütün radioaktiv süni izotopların saniyələrlə və hətta saniyələrin fraksiyaları ilə ölçülən çox qısa yarım ömrü var.

Nüvədə neçə izotop ola bilər?

Nüvədə ixtiyari sayda neytron ola bilməz. Müvafiq olaraq, izotopların sayı məhduddur. Protonların cüt sayı elementləri, sabit izotopların sayı on çata bilər. Məsələn, qalayda 10, ksenonda 9, civədə 7 və s.

Həmin elementlər protonların sayı təkdir, yalnız iki sabit izotop ola bilər. Bəzi elementlərin yalnız bir sabit izotopu var. Bunlar qızıl, alüminium, fosfor, natrium, manqan və başqaları kimi maddələrdir. Müxtəlif elementlərin sabit izotoplarının sayındakı bu cür dəyişikliklər proton və neytronların sayının nüvənin bağlanma enerjisindən kompleks asılılığı ilə əlaqələndirilir.

Təbiətdə demək olar ki, bütün maddələr izotopların qarışığı şəklində mövcuddur. Maddədəki izotopların sayı maddənin növündən, atom kütləsindən və verilmiş kimyəvi elementin sabit izotoplarının sayından asılıdır.

“Kimyanın əsas anlayışları” mövzusunun əsas məqamlarını təkrarlayın və təklif olunan məsələləri həll edin. 6-17 nömrəli istifadə edin.

Əsas müddəalar

1. Maddə(sadə və mürəkkəb) müəyyən birləşmə vəziyyətində yerləşən atom və molekulların hər hansı bir toplusudur.

Maddələrin tərkibində və (və ya) strukturunda dəyişikliklərlə müşayiət olunan çevrilmələrə deyilir kimyəvi reaksiyalar .

2. Struktur bölmələr maddələr:

· Atom- kimyəvi elementin və ya sadə maddənin bütün kimyəvi xassələrinə malik olan və sonra fiziki və kimyəvi cəhətdən bölünməyən ən kiçik elektrik neytral hissəciyi.

· Molekul- maddənin bütün kimyəvi xassələrinə malik olan, fiziki cəhətdən bölünməyən, lakin kimyəvi cəhətdən bölünə bilən ən kiçik elektrik neytral hissəciyi.

3. Kimyəvi element - Bu, müəyyən nüvə yüklü atom növüdür.

4. Qarışıq atom :

5. Qarışıq atom nüvəsi :

Nüvə elementar hissəciklərdən ibarətdir ( nuklonlar) –

protonlar(1 1 p ) və neytronlar(1 0 n).

· Çünki Atomun demək olar ki, bütün kütləsi nüvədə cəmləşmişdir və m səh ≈ m n≈ 1 amu, Bu yuvarlaqlaşdırılmış dəyərA rkimyəvi elementin miqdarı nüvədəki nuklonların ümumi sayına bərabərdir.

7. İzotoplar- bir-birindən yalnız kütlələri ilə fərqlənən eyni kimyəvi elementin müxtəlif atomları.

· İzotop qeydi: element simvolunun solunda elementin kütlə nömrəsini (yuxarıda) və atom nömrəsini (aşağıda) göstərir.

· Nə üçün izotoplar müxtəlif kütlələrə malikdir?

Tapşırıq: Xlor izotoplarının atom tərkibini təyin edin: 35 17Clvə 37 17Cl?

· Nüvələrində müxtəlif sayda neytronlar olduğuna görə izotoplar müxtəlif kütlələrə malikdir.

8. Təbiətdə kimyəvi elementlər izotopların qarışıqları şəklində mövcuddur.

Eyni kimyəvi elementin izotop tərkibi ifadə edilir atom fraksiyaları(ω at.), bu, müəyyən bir izotopun atomlarının sayının bir və ya 100% olaraq qəbul edilən müəyyən bir elementin bütün izotoplarının atomlarının ümumi sayının hansı hissəsini təşkil etdiyini göstərir.

Misal üçün:

ω (35 17 Cl) = 0,754

ω (37 17 Cl) = 0,246

9. Dövri cədvəl kimyəvi elementlərin izotop tərkibi nəzərə alınmaqla onların nisbi atom kütlələrinin orta qiymətlərini göstərir. Buna görə də, cədvəldə göstərilən Ar kəsirdir.

A rÇərşənbə= ω (1) ∙ Ar (1) + … + ω at.(n ) ∙ Ar ( n )

Misal üçün:

A rÇərşənbə(Cl) = 0,754 ∙ 35 + 0,246 ∙ 37 = 35,453

10. Həll ediləcək problem:

№1. 10 B izotopunun molyar hissəsinin 19,6%, 11 B izotopunun isə 80,4% olduğu məlumdursa, borun nisbi atom kütləsini təyin edin.

11. Atomların və molekulların kütlələri çox kiçikdir. Hazırda fizika və kimyada vahid ölçmə sistemi qəbul edilmişdir.

1 amu =m(a.m.) = 1/12 m(12 C) = 1,66057 ∙ 10 -27 kq = 1,66057 ∙ 10 -24 q.

Bəzi atomların mütləq kütlələri:

m( C) =1,99268 ∙ 10 -23 q

m( H) =1,67375 ∙ 10 -24 q

m( O) =2,656812 ∙ 10 -23 q

A r– verilmiş atomun 12 C atomunun 1/12-dən neçə dəfə ağır olduğunu göstərir. Cənab∙ 1,66 ∙ 10 -27 kq

13. Maddələrin adi nümunələrində atom və molekulların sayı çox böyükdür, ona görə də maddənin miqdarını xarakterizə edərkən ölçü vahidindən istifadə olunur -köstəbək .

· Mole (ν)– 12 q izotopda atomların sayı qədər hissəcikləri (molekullar, atomlar, ionlar, elektronlar) ehtiva edən maddənin kəmiyyət vahidi 12 C

· 1 atom kütləsi 12 C 12 amu-ya bərabərdir, buna görə də 12 q izotopda atomların sayı 12 C bərabərdir:

N A= 12 q / 12 ∙ 1,66057 ∙ 10 -24 q = 6,0221 ∙ 10 23

· Fiziki kəmiyyət N Açağırdı Avoqadro sabiti (Avoqadro nömrəsi) və [N A] = mol -1 ölçüsünə malikdir.

14. Əsas düsturlar:

M = Cənab = ρ ∙ V m(ρ – sıxlıq; V m – sıfır səviyyəsində həcm)

Müstəqil həll ediləcək problemlər

№1. Tərkibində 10% azot olmayan çirkləri olan 100 q ammonium karbonatda azot atomlarının sayını hesablayın.

№ 2. Normal şəraitdə ammonyak və karbon dioksiddən ibarət 12 litr qaz qarışığının kütləsi 18 q olur.Hər bir qaz qarışığında neçə litr var?

№ 3. Həddindən artıq xlorid turşusuna məruz qaldıqda, 8,24 q manqan oksidinin qarışığı (IV) hidroklor turşusu ilə reaksiya verməyən naməlum oksid MO 2 ilə ətraf mühit şəraitində 1,344 litr qaz əldə edilmişdir. Başqa bir təcrübədə müəyyən edilmişdir ki, manqan oksidinin molar nisbəti (IV) naməlum oksidə 3:1-dir. Naməlum oksidin düsturunu təyin edin və qarışıqdakı kütlə payını hesablayın.