ialah isotop. Konsep atom sebagai zarah terkecil yang tidak boleh dibahagikan

Telah ditetapkan bahawa setiap unsur kimia yang terdapat di alam semula jadi adalah campuran isotop (oleh itu ia mempunyai jisim atom pecahan). Untuk memahami bagaimana isotop berbeza antara satu sama lain, adalah perlu untuk mempertimbangkan secara terperinci struktur atom. Atom membentuk nukleus dan awan elektron. Jisim atom dipengaruhi oleh elektron yang bergerak pada kelajuan yang mengejutkan dalam orbit dalam awan elektron, neutron dan proton yang membentuk nukleus.

Definisi

Neutron tidak mempunyai cas, tetapi bilangan mereka dalam nukleus atom unsur yang sama boleh berbeza. Ini tidak menjejaskan neutraliti atom dalam apa cara sekalipun, tetapi ia menjejaskan jisim dan sifatnya. Sebagai contoh, setiap isotop atom hidrogen mempunyai satu elektron dan satu proton setiap satu. Dan bilangan neutron adalah berbeza. Protium hanya mempunyai 1 neutron, deuterium mempunyai 2 neutron, dan tritium mempunyai 3 neutron. Ketiga-tiga isotop ini berbeza dengan ketara antara satu sama lain dalam sifat.

Perbandingan

Mereka mempunyai bilangan neutron yang berbeza, jisim yang berbeza dan sifat yang berbeza. Isotop mempunyai struktur kulit elektron yang sama. Ini bermakna bahawa mereka agak serupa dalam sifat kimia. Oleh itu, mereka diberikan satu tempat dalam sistem berkala.

Isotop stabil dan radioaktif (tidak stabil) telah ditemui di alam semula jadi. Nukleus atom isotop radioaktif mampu berubah secara spontan menjadi nukleus lain. Dalam proses pereputan radioaktif, mereka mengeluarkan pelbagai zarah.

Kebanyakan unsur mempunyai lebih dua dozen isotop radioaktif. Di samping itu, isotop radioaktif disintesis secara buatan untuk semua unsur. Dalam campuran semula jadi isotop, kandungannya turun naik sedikit.

Kewujudan isotop memungkinkan untuk memahami mengapa, dalam beberapa kes, unsur dengan jisim atom yang lebih rendah mempunyai nombor siri yang lebih tinggi daripada unsur dengan jisim atom yang lebih besar. Sebagai contoh, dalam pasangan argon-potassium, argon termasuk isotop berat, dan kalium termasuk isotop ringan. Oleh itu, jisim argon lebih besar daripada kalium.

Tapak penemuan

Mereka mempunyai bilangan neutron yang berbeza.
Isotop mempunyai jisim atom yang berbeza.
Nilai jisim atom ion mempengaruhi jumlah tenaga dan sifatnya.

isotop- jenis atom (dan nukleus) unsur kimia yang mempunyai nombor atom (ordinal) yang sama, tetapi nombor jisim yang berbeza.

Istilah isotop terbentuk daripada akar bahasa Yunani isos (ἴσος "sama") dan topos (τόπος "tempat"), bermaksud "tempat yang sama"; Oleh itu, maksud nama itu ialah isotop berbeza bagi unsur yang sama menduduki kedudukan yang sama dalam jadual berkala.

Tiga isotop semula jadi hidrogen. Hakikat bahawa setiap isotop mempunyai satu proton mempunyai variasi hidrogen: identiti isotop ditentukan oleh bilangan neutron. Dari kiri ke kanan, isotop adalah protium (1H) dengan sifar neutron, deuterium (2H) dengan satu neutron, dan tritium (3H) dengan dua neutron.

Bilangan proton dalam nukleus atom dipanggil nombor atom dan sama dengan bilangan elektron dalam atom neutral (tidak terion). Setiap nombor atom mengenal pasti unsur tertentu, tetapi bukan isotop; Atom bagi unsur tertentu boleh mempunyai julat yang luas dalam bilangan neutron. Bilangan nukleon (kedua-dua proton dan neutron) dalam nukleus ialah nombor jisim atom, dan setiap isotop unsur tertentu mempunyai nombor jisim yang berbeza.

Contohnya, karbon-12, karbon-13, dan karbon-14 ialah tiga isotop karbon unsur dengan nombor jisim 12, 13, dan 14, masing-masing. Nombor atom karbon ialah 6, yang bermaksud setiap atom karbon mempunyai 6 proton, jadi nombor neutron isotop ini ialah 6, 7, dan 8, masing-masing.

Huclides dan isotop

Nuklida adalah milik nukleus, bukan atom. Nukleus yang sama tergolong dalam nuklida yang sama, contohnya, setiap nukleus karbon-13 nukleus terdiri daripada 6 proton dan 7 neutron. Konsep nuklida (merujuk kepada spesies nuklear individu) menekankan sifat nuklear berbanding sifat kimia, manakala konsep isotop (menggabungkan semua atom setiap unsur) menekankan tindak balas kimia berbanding nuklear. Nombor neutron mempunyai pengaruh besar pada sifat nukleus, tetapi kesannya terhadap sifat kimia adalah diabaikan untuk kebanyakan unsur. Walaupun dalam kes unsur paling ringan, di mana nisbah neutron kepada nombor atom paling berbeza antara isotop, ia biasanya hanya mempunyai kesan kecil, walaupun ia penting dalam beberapa kes (untuk hidrogen, unsur paling ringan, kesan isotop ialah besar. Untuk memberi kesan kepada biologi). Oleh kerana isotop ialah istilah yang lebih lama, ia lebih dikenali daripada nuklida dan masih kadangkala digunakan dalam konteks di mana nuklida mungkin lebih sesuai, seperti teknologi nuklear dan perubatan nuklear.

Notasi

Isotop atau nuklida dikenal pasti dengan nama unsur tertentu (ini menunjukkan nombor atom), diikuti dengan tanda sempang dan nombor jisim (contohnya, helium-3, helium-4, karbon-12, karbon-14, uranium -235, dan uranium-239). Apabila simbol kimia digunakan, cth. "C" untuk karbon, notasi piawai (kini dikenali sebagai "notasi AZE" kerana A ialah nombor jisim, Z ialah nombor atom, dan E untuk unsur) ialah untuk menunjukkan nombor jisim (bilangan nukleon) dengan superskrip pada kiri atas simbol kimia dan tunjukkan nombor atom dengan subskrip di sudut kiri bawah). Oleh kerana nombor atom diberikan oleh simbol unsur, biasanya hanya nombor jisim dalam superskrip diberikan, dan indeks atom tidak diberikan. Huruf m kadangkala dilampirkan selepas nombor jisim untuk menunjukkan isomer nuklear, keadaan nuklear metastabil atau teruja secara bertenaga (berbanding dengan keadaan tanah tenaga terendah), seperti 180m 73Ta (tantalum-180m).

Isotop radioaktif, primer dan stabil

Sesetengah isotop adalah radioaktif dan oleh itu dipanggil radioisotop atau radionuklid, manakala yang lain tidak pernah diperhatikan mereput secara radioaktif dan dipanggil isotop stabil atau nuklida stabil. Sebagai contoh, 14 C ialah bentuk radioaktif karbon, manakala 12 C dan 13 C ialah isotop stabil. Terdapat kira-kira 339 nuklida yang wujud secara semula jadi di Bumi, di mana 286 daripadanya adalah nuklida primordial, bermakna ia telah wujud sejak pembentukan sistem suria.

Nuklida asal termasuk 32 nuklida dengan separuh hayat yang sangat panjang (lebih 100 juta tahun) dan 254 yang secara rasmi dianggap "nuklida stabil" kerana ia tidak diperhatikan untuk mereput. Dalam kebanyakan kes, atas sebab-sebab yang jelas, jika unsur mempunyai isotop yang stabil maka isotop tersebut mendominasi kelimpahan unsur yang terdapat di Bumi dan dalam sistem suria. Walau bagaimanapun, dalam kes tiga unsur (tellurium, indium, dan renium), isotop yang paling banyak ditemui di alam semula jadi sebenarnya adalah satu (atau dua) radioisotop yang sangat tahan lama bagi unsur tersebut, walaupun pada hakikatnya unsur-unsur ini mempunyai satu atau lebih isotop stabil.

Teori ini meramalkan bahawa banyak isotop/nuklida yang kelihatan "stabil" adalah radioaktif, dengan separuh hayat yang sangat panjang (tidak mengambil kira kemungkinan pereputan proton, yang akan menjadikan semua nuklida akhirnya tidak stabil). Daripada 254 nuklida yang tidak pernah diperhatikan, hanya 90 daripadanya (semua daripada 40 unsur pertama) secara teorinya tahan terhadap semua bentuk pereputan yang diketahui. Unsur 41 (niobium) secara teorinya tidak stabil melalui pembelahan spontan, tetapi ini tidak pernah ditemui. Banyak nuklida stabil lain secara teorinya mudah terdedah kepada bentuk pereputan lain yang diketahui, seperti pereputan alfa atau pereputan beta berganda, tetapi produk pereputan masih belum diperhatikan, dan oleh itu isotop ini dianggap sebagai "stabil dari segi pemerhatian". Separuh hayat yang diramalkan untuk nuklida ini selalunya melebihi anggaran usia alam semesta, dan sebenarnya terdapat juga 27 radionuklid yang diketahui dengan separuh hayat lebih lama daripada umur alam semesta.

Nuklid radioaktif, dicipta secara buatan, pada masa ini 3339 nuklida diketahui. Ini termasuk 905 nuklida yang sama ada stabil atau mempunyai separuh hayat lebih daripada 60 minit.

Sifat Isotop

Sifat kimia dan molekul

Atom neutral mempunyai bilangan elektron yang sama dengan proton. Oleh itu, isotop yang berbeza bagi unsur tertentu mempunyai bilangan elektron yang sama dan mempunyai struktur elektronik yang serupa. Memandangkan tingkah laku kimia atom sebahagian besarnya ditentukan oleh struktur elektroniknya, isotop yang berbeza mempamerkan tingkah laku kimia yang hampir sama.

Pengecualian kepada ini ialah kesan isotop kinetik: kerana jisimnya yang besar, isotop yang lebih berat cenderung bertindak balas agak perlahan daripada isotop yang lebih ringan bagi unsur yang sama. Ini paling ketara untuk protium (1 H), deuterium (2 H), dan tritium (3 H), kerana deuterium mempunyai dua kali jisim protium dan tritium mempunyai tiga kali jisim protium. Perbezaan jisim ini juga mempengaruhi tingkah laku ikatan kimia masing-masing dengan menukar pusat graviti (jisim terkurang) sistem atom. Walau bagaimanapun, untuk unsur yang lebih berat, perbezaan jisim relatif antara isotop adalah jauh lebih kecil, jadi kesan perbezaan jisim dalam kimia biasanya boleh diabaikan. (Unsur berat juga mempunyai lebih banyak neutron daripada unsur yang lebih ringan, jadi nisbah jisim nuklear kepada jumlah jisim elektron agak lebih besar.)

Begitu juga, dua molekul yang hanya berbeza dalam isotop atomnya (isotopolog) mempunyai struktur elektronik yang sama dan oleh itu sifat fizikal dan kimia yang hampir tidak dapat dibezakan (sekali lagi, dengan deuterium dan tritium sebagai pengecualian utama). Mod getaran molekul ditentukan oleh bentuk dan jisim atom konstituennya; Oleh itu, isotopolog yang berbeza mempunyai set mod getaran yang berbeza. Oleh kerana mod getaran membenarkan molekul menyerap foton tenaga yang sesuai, isotopologi mempunyai sifat optik yang berbeza dalam inframerah.

Sifat dan kestabilan nuklear

Separuh hayat isotop. Graf untuk isotop stabil menyimpang daripada garis Z = N apabila nombor unsur Z bertambah

Nukleus atom terdiri daripada proton dan neutron yang diikat bersama oleh daya kuat sisa. Kerana proton bercas positif, mereka menolak satu sama lain. Neutron, yang neutral secara elektrik, menstabilkan nukleus dalam dua cara. Sentuhan mereka menolak proton ke belakang sedikit, mengurangkan tolakan elektrostatik antara proton, dan mereka mengenakan daya nuklear yang menarik antara satu sama lain dan pada proton. Atas sebab ini, satu atau lebih neutron diperlukan untuk dua atau lebih proton untuk mengikat nukleus. Apabila bilangan proton bertambah, begitu juga nisbah neutron kepada proton yang diperlukan untuk menyediakan nukleus yang stabil (lihat graf di sebelah kanan). Contohnya, walaupun nisbah neutron: proton 3 2 Dia ialah 1:2, nisbah neutron: proton 238 92 U
Lebih 3:2. Sebilangan unsur yang lebih ringan mempunyai nuklida yang stabil dengan nisbah 1:1 (Z = N). Nuklida 40 20 Ca (kalsium-40) ialah nuklida stabil terberat yang boleh diperhatikan dengan bilangan neutron dan proton yang sama; (Secara teorinya, stabil paling berat ialah sulfur-32). Semua nuklida stabil yang lebih berat daripada kalsium-40 mengandungi lebih banyak neutron daripada proton.

Bilangan isotop setiap unsur

Daripada 81 unsur dengan isotop stabil, bilangan terbesar isotop stabil yang boleh diperhatikan untuk mana-mana unsur ialah sepuluh (untuk unsur timah). Tiada unsur yang mempunyai sembilan isotop stabil. Xenon ialah satu-satunya unsur yang mempunyai lapan isotop stabil. Empat unsur mempunyai tujuh isotop stabil, lapan daripadanya mempunyai enam isotop stabil, sepuluh mempunyai lima isotop stabil, sembilan mempunyai empat isotop stabil, lima mempunyai tiga isotop stabil, 16 mempunyai dua isotop stabil, dan 26 unsur hanya mempunyai satu (di mana 19 adalah unsur mononuklida yang dipanggil, yang mempunyai isotop stabil primordial tunggal yang mendominasi dan menetapkan berat atom unsur semula jadi dengan ketepatan tinggi, 3 unsur mononuklida radioaktif juga ada). Secara keseluruhan, terdapat 254 nuklida yang belum diperhatikan mereput. Untuk 80 unsur yang mempunyai satu atau lebih isotop stabil, purata bilangan isotop stabil ialah 254/80 = 3.2 isotop setiap unsur.

Nombor nukleon genap dan ganjil

Proton: Nisbah neutron bukanlah satu-satunya faktor yang mempengaruhi kestabilan nuklear. Ia juga bergantung pada pariti atau keganjilan nombor atomnya Z, bilangan neutron N, maka jumlah nombor jisimnya A. Ganjil kedua-dua Z dan N cenderung untuk merendahkan tenaga pengikat nuklear, mewujudkan nukleus ganjil yang umumnya kurang stabil . Perbezaan ketara dalam tenaga pengikatan nuklear antara nukleus bersebelahan, terutamanya isobar ganjil, mempunyai akibat penting: isotop tidak stabil dengan bilangan neutron atau proton yang tidak optimum yang direput oleh pereputan beta (termasuk pereputan positron), penangkapan elektron, atau cara eksotik lain seperti pembelahan spontan dan pereputan.kelompok.

Kebanyakan nuklida yang stabil ialah bilangan proton genap dan bilangan neutron genap, di mana Z, N, dan A semuanya genap. Nuklid stabil ganjil dibahagikan (kira-kira sama rata) kepada yang ganjil.

nombor atom

148 proton genap, nuklida neutron (EE) genap membentuk ~58% daripada semua nuklida stabil. Terdapat juga 22 primordial berumur panjang walaupun nuklida. Akibatnya, setiap satu daripada 41 unsur genap dari 2 hingga 82 mempunyai sekurang-kurangnya satu isotop stabil, dan kebanyakan unsur ini mempunyai berbilang isotop primer. Separuh daripada unsur genap ini mempunyai enam atau lebih isotop stabil. Kestabilan melampau helium-4, disebabkan oleh ikatan binari dua proton dan dua neutron, menghalang mana-mana nuklida yang mengandungi lima atau lapan nukleon daripada sedia ada cukup lama untuk berfungsi sebagai platform untuk pengumpulan unsur yang lebih berat melalui pelakuran nuklear.

53 nuklida stabil ini mempunyai bilangan proton genap dan bilangan neutron ganjil. Mereka adalah minoriti berbanding dengan isotop genap, iaitu kira-kira 3 kali lebih banyak. Antara 41 unsur genap-Z yang mempunyai nuklida stabil, hanya dua unsur (argon dan serium) tidak mempunyai nuklida stabil genap. Satu unsur (timah) mempunyai tiga. Terdapat 24 unsur yang mempunyai satu nuklida ganjil-genap dan 13 yang mempunyai dua nuklida ganjil-genap.

Kerana nombor neutron ganjilnya, nuklida genap-ganjil cenderung mempunyai keratan rentas tangkapan neutron yang besar disebabkan tenaga yang datang daripada kesan gandingan neutron. Nuklida stabil ini mungkin luar biasa banyaknya dalam alam semula jadi, terutamanya kerana untuk membentuk dan memasuki kelimpahan primordial, mereka mesti melarikan diri dari penangkapan neutron untuk membentuk isotop genap lain yang stabil dalam aliran seperti s ialah proses dan r ialah neutron proses tangkapan.semasa nukleosintesis.

nombor atom ganjil

48 nuklida ganjil proton dan neutron genap yang stabil, distabilkan dengan bilangan neutron berpasangan genap, membentuk sebahagian besar isotop stabil unsur ganjil; Sangat sedikit nuklida neutron ganjil-proton-ganjil membentuk yang lain. Terdapat 41 unsur ganjil dari Z = 1 hingga 81, di mana 39 daripadanya mempunyai isotop stabil (unsur technetium (43 Tc) dan promethium (61 Pm) tidak mempunyai isotop stabil). Daripada 39 unsur Z ganjil ini, 30 unsur (termasuk hidrogen-1, dengan 0 neutron genap) mempunyai satu isotop ganjil-genap yang stabil, dan sembilan unsur: klorin (17 Cl), kalium (19K), kuprum (29 Cu), galium ( 31 Ga), Bromin (35 Br), perak (47 Ag), antimoni (51 Sb), iridium (77 Ir) dan talium (81 Tl) masing-masing mempunyai dua isotop stabil ganjil genap. Oleh itu, 30 + 2 (9) = 48 isotop genap stabil diperolehi.

Hanya lima nuklida stabil mengandungi kedua-dua nombor ganjil proton dan nombor ganjil neutron. Empat nuklida "ganjil-ganjil" pertama berlaku dalam nuklida berat molekul rendah, yang mana perubahan daripada proton kepada neutron atau sebaliknya akan menghasilkan nisbah proton-neutron yang sangat condong.

Satu-satunya nuklida ganjil-ganjil "stabil" sepenuhnya ialah 180m 73 Ta, yang dianggap paling jarang daripada 254 isotop stabil dan merupakan satu-satunya isomer nuklear primordial yang masih belum diperhatikan untuk mereput, walaupun terdapat percubaan eksperimen.

Bilangan neutron ganjil

Aktinida dengan bilangan neutron ganjil cenderung untuk membelah (dengan neutron terma), manakala yang mempunyai nombor neutron genap cenderung tidak, walaupun mereka melakukan pembelahan kepada neutron cepat. Semua nuklida ganjil-ganjil yang stabil secara pemerhatian mempunyai putaran integer bukan sifar. Ini kerana neutron tunggal yang tidak berpasangan dan proton tidak berpasangan mempunyai lebih banyak daya tarikan daya nuklear antara satu sama lain jika putaran mereka sejajar (menghasilkan jumlah putaran sekurang-kurangnya 1 unit) dan bukannya sejajar.

Kejadian di alam semula jadi

Unsur terdiri daripada satu atau lebih isotop semulajadi. Isotop tidak stabil (radioaktif) adalah sama ada primer atau selepas contoh. Isotop asal adalah hasil daripada nukleosintesis bintang, atau jenis nukleosintesis lain seperti pembelahan sinar kosmik, dan berterusan sehingga kini kerana kadar pereputannya sangat perlahan (cth uranium-238 dan kalium-40). Isotop pasca semula jadi telah dicipta oleh pengeboman sinar kosmik sebagai nuklida kosmogenik (cth tritium, karbon-14) atau pereputan isotop primordial radioaktif menjadi anak kepada nuklida radioaktif radioaktif (cth uranium kepada radium). Beberapa isotop secara semula jadi disintesis sebagai nukleogenik oleh tindak balas nuklear semula jadi yang lain, seperti apabila neutron daripada pembelahan nuklear semulajadi diserap oleh atom lain.

Seperti yang dibincangkan di atas, hanya 80 unsur mempunyai isotop stabil, dan 26 daripadanya hanya mempunyai satu isotop stabil. Oleh itu, kira-kira dua pertiga daripada unsur stabil berlaku secara semula jadi di Bumi dalam beberapa isotop stabil, dengan bilangan isotop stabil tertinggi untuk unsur ialah sepuluh, untuk timah (50Sn). Kira-kira 94 unsur wujud di Bumi (sehingga dan termasuk plutonium), walaupun sesetengahnya hanya terdapat dalam jumlah yang sangat kecil, seperti plutonium-244. Para saintis percaya bahawa unsur-unsur yang berlaku secara semula jadi di Bumi (sesetengahnya hanya sebagai radioisotop) berlaku sebagai 339 isotop (nuklida) secara keseluruhan. Hanya 254 daripada isotop yang wujud secara semula jadi ini adalah stabil dalam erti kata bahawa ia tidak diperhatikan sehingga kini. Tambahan 35 nuklida primordial (sejumlah 289 nuklida primordial) adalah radioaktif dengan separuh hayat yang diketahui, tetapi mempunyai separuh hayat melebihi 80 juta tahun, membolehkan mereka wujud sejak permulaan sistem suria.

Semua isotop stabil yang diketahui secara semula jadi berlaku di Bumi; Isotop semula jadi lain adalah radioaktif, tetapi kerana separuh hayatnya yang agak panjang, atau kerana kaedah pengeluaran semula jadi berterusan yang lain. Ini termasuk nuklida kosmogenik yang disebutkan di atas, nuklida nukleogenik, dan sebarang isotop radiogenik yang terhasil daripada pereputan berterusan isotop radioaktif primer seperti radon dan radium daripada uranium.

Satu lagi ~3000 isotop radioaktif yang tidak ditemui dalam alam semula jadi telah dicipta dalam reaktor nuklear dan pemecut zarah. Banyak isotop jangka pendek yang tidak ditemui secara semula jadi di Bumi juga telah diperhatikan melalui analisis spektroskopi yang dicipta secara semula jadi dalam bintang atau supernova. Contohnya ialah aluminium-26, yang tidak secara semula jadi berlaku di Bumi, tetapi didapati dengan banyaknya pada skala astronomi.

Jisim atom yang dijadualkan bagi unsur-unsur adalah purata yang menerangkan kehadiran pelbagai isotop dengan jisim yang berbeza. Sebelum penemuan isotop, nilai tidak bersepadu yang ditentukan secara empirik untuk saintis keliru jisim atom. Sebagai contoh, sampel klorin mengandungi 75.8% klorin-35 dan 24.2% klorin-37, memberikan purata jisim atom sebanyak 35.5 unit jisim atom.

Menurut teori kosmologi yang diterima umum, hanya isotop hidrogen dan helium, kesan beberapa isotop litium dan berilium, dan mungkin beberapa boron, dicipta dalam Big Bang, dan semua isotop lain disintesis kemudian, dalam bintang dan supernova. , serta dalam interaksi antara zarah bertenaga , seperti sinar kosmik, dan isotop yang diperoleh sebelum ini. Kelimpahan isotop yang sepadan bagi isotop di Bumi adalah disebabkan oleh kuantiti yang dihasilkan oleh proses ini, penyebarannya melalui galaksi, dan kadar pereputan isotop, yang tidak stabil. Selepas penggabungan awal sistem suria, isotop diagihkan semula mengikut jisim, dan komposisi isotop unsur-unsur berbeza sedikit dari planet ke planet. Ini kadangkala memungkinkan untuk mengesan asal usul meteorit.

Jisim atom isotop

Jisim atom (mr) isotop ditentukan terutamanya oleh nombor jisimnya (iaitu, bilangan nukleon dalam nukleusnya). Pembetulan kecil adalah disebabkan oleh tenaga pengikat nukleus, perbezaan kecil dalam jisim antara proton dan neutron, dan jisim elektron yang berkaitan dengan atom.

Nombor jisim adalah kuantiti tanpa dimensi. Jisim atom, sebaliknya, diukur menggunakan unit jisim atom, berdasarkan jisim atom karbon-12. Ia dilambangkan dengan simbol "u" (untuk unit jisim atom bersatu) atau "Da" (untuk dalton).

Jisim atom isotop semula jadi unsur menentukan jisim atom unsur. Apabila unsur mengandungi N isotop, ungkapan di bawah digunakan untuk purata jisim atom:

Di mana m 1 , m 2 , …, mN ialah jisim atom bagi setiap isotop individu, dan x 1 , …, xN ialah kelimpahan relatif bagi isotop ini.

Penggunaan isotop

Terdapat beberapa aplikasi yang mengeksploitasi sifat pelbagai isotop unsur tertentu. Pengasingan isotop adalah isu teknologi yang penting, terutamanya dengan unsur berat seperti uranium atau plutonium. Unsur yang lebih ringan seperti litium, karbon, nitrogen dan oksigen biasanya dipisahkan oleh resapan gas sebatian mereka seperti CO dan NO. Pemisahan hidrogen dan deuterium adalah luar biasa kerana ia berdasarkan sifat kimia dan bukannya fizikal, seperti dalam proses Girdler sulfida. Isotop uranium telah diasingkan mengikut isipadu melalui resapan gas, sentrifugasi gas, pengasingan pengionan laser dan (dalam Projek Manhattan) mengikut jenis pengeluaran spektrometri jisim.

Penggunaan sifat kimia dan biologi

Analisis isotop ialah penentuan tandatangan isotop, kelimpahan relatif isotop unsur tertentu dalam sampel tertentu. Untuk nutrien khususnya, variasi ketara dalam isotop C, N dan O boleh berlaku. Analisis variasi tersebut mempunyai pelbagai aplikasi, seperti pengesanan pemalsuan dalam makanan atau asal geografi makanan menggunakan isoskap. Pengenalpastian beberapa meteorit yang berasal dari Marikh adalah berdasarkan sebahagiannya pada tandatangan isotop bagi gas surih yang terkandung di dalamnya.
Penggantian isotop boleh digunakan untuk menentukan mekanisme tindak balas kimia melalui kesan isotop kinetik.
Satu lagi aplikasi biasa ialah pelabelan isotop, penggunaan isotop luar biasa sebagai pengesan atau penanda dalam tindak balas kimia. Biasanya atom unsur tertentu tidak dapat dibezakan antara satu sama lain. Walau bagaimanapun, dengan menggunakan isotop jisim yang berbeza, isotop stabil bukan radioaktif yang berbeza boleh dibezakan menggunakan spektrometri jisim atau spektroskopi inframerah. Contohnya, dalam "Pelabelan Isotop Stabil Asid Amino dalam Kultur Sel" (SILAC), isotop stabil digunakan untuk mengukur protein. Jika isotop radioaktif digunakan, ia boleh dikesan oleh sinaran yang dipancarkan (ini dipanggil penandaan radioisotop).
Isotop biasanya digunakan untuk menentukan kepekatan pelbagai unsur atau bahan menggunakan kaedah pencairan isotop, di mana jumlah sebatian digantikan isotop yang diketahui dicampur dengan sampel dan ciri isotop campuran yang terhasil ditentukan menggunakan spektrometri jisim.

Menggunakan sifat nuklear

Kaedah yang serupa dengan penandaan radioisotop ialah pentarikhan radiometrik: menggunakan separuh hayat unsur tidak stabil yang diketahui, seseorang boleh mengira masa berlalu sejak kewujudan kepekatan isotop yang diketahui. Contoh yang paling terkenal ialah pentarikhan radiokarbon, yang digunakan untuk menentukan umur bahan berkarbon.
Beberapa bentuk spektroskopi adalah berdasarkan sifat nuklear unik isotop tertentu, kedua-dua radioaktif dan stabil. Contohnya, spektroskopi resonans magnetik nuklear (NMR) hanya boleh digunakan untuk isotop dengan putaran nuklear bukan sifar. Isotop yang paling biasa digunakan dalam spektroskopi NMR ialah 1 H, 2 D, 15 N, 13 C, dan 31 P.
Spektroskopi Mössbauer juga bergantung pada peralihan nuklear isotop tertentu seperti 57 Fe.

Mungkin, tidak ada orang seperti itu di bumi yang tidak akan mendengar tentang isotop. Tetapi tidak semua orang tahu apa itu. Ungkapan "isotop radioaktif" kedengaran sangat menakutkan. Unsur-unsur kimia yang tidak jelas ini menakutkan manusia, tetapi sebenarnya ia tidak semenakutkan seperti yang kelihatan pada pandangan pertama.

Definisi

Untuk memahami konsep unsur radioaktif, pertama sekali perlu dikatakan bahawa isotop adalah sampel unsur kimia yang sama, tetapi dengan jisim yang berbeza. Apakah maksudnya? Soalan akan hilang jika kita mula-mula mengingati struktur atom. Ia terdiri daripada elektron, proton dan neutron. Bilangan dua zarah asas pertama dalam nukleus atom sentiasa tetap, manakala neutron yang mempunyai jisimnya sendiri boleh berlaku dalam bahan yang sama dalam kuantiti yang berbeza. Keadaan ini menimbulkan pelbagai unsur kimia dengan sifat fizikal yang berbeza.

Sekarang kita boleh memberikan definisi saintifik tentang konsep yang dikaji. Jadi, isotop ialah set kumulatif unsur kimia yang serupa dalam sifat, tetapi mempunyai jisim dan sifat fizikal yang berbeza. Menurut istilah yang lebih moden, ia dipanggil galaksi nukleotida unsur kimia.

Sedikit sejarah

Pada awal abad yang lalu, saintis mendapati bahawa sebatian kimia yang sama di bawah keadaan yang berbeza boleh mempunyai jisim nukleus elektron yang berbeza. Dari sudut pandangan teori semata-mata, unsur-unsur tersebut boleh dianggap baharu dan ia boleh mula mengisi sel-sel kosong dalam jadual berkala D. Mendeleev. Tetapi terdapat hanya sembilan sel bebas di dalamnya, dan saintis menemui berpuluh-puluh unsur baru. Di samping itu, pengiraan matematik menunjukkan bahawa sebatian yang ditemui tidak boleh dianggap tidak diketahui sebelum ini, kerana sifat kimianya sepadan sepenuhnya dengan ciri-ciri sedia ada.

Selepas perbincangan yang panjang, diputuskan untuk memanggil unsur-unsur ini isotop dan meletakkannya dalam sel yang sama dengan nukleus yang mengandungi bilangan elektron yang sama dengannya. Para saintis telah dapat menentukan bahawa isotop hanyalah beberapa variasi unsur kimia. Walau bagaimanapun, punca kejadian dan tempoh hayat mereka dikaji selama hampir satu abad. Malah pada permulaan abad ke-21, adalah mustahil untuk menegaskan bahawa manusia mengetahui sepenuhnya segala-galanya tentang isotop.

Variasi berterusan dan tidak berterusan

Setiap unsur kimia mempunyai beberapa isotop. Disebabkan fakta bahawa terdapat neutron bebas dalam nukleus mereka, mereka tidak selalu memasuki ikatan yang stabil dengan seluruh atom. Selepas beberapa lama, zarah bebas meninggalkan teras, yang mengubah jisim dan sifat fizikalnya. Ini adalah bagaimana isotop lain terbentuk, yang akhirnya membawa kepada pembentukan bahan dengan bilangan proton, neutron dan elektron yang sama.

Bahan-bahan yang cepat mereput dipanggil isotop radioaktif. Mereka melepaskan sejumlah besar neutron ke angkasa, membentuk sinaran gamma mengion yang kuat, yang terkenal dengan keupayaan penembusannya yang kuat, yang memberi kesan negatif kepada organisma hidup.

Isotop yang lebih stabil bukan radioaktif, kerana bilangan neutron bebas yang dikeluarkannya tidak mampu menghasilkan sinaran dan menjejaskan atom lain dengan ketara.

Agak lama dahulu, saintis mewujudkan satu corak penting: setiap unsur kimia mempunyai isotop sendiri, berterusan atau radioaktif. Menariknya, banyak daripada mereka diperoleh di makmal, dan kehadiran mereka dalam bentuk semula jadi adalah kecil dan tidak selalu direkodkan oleh instrumen.

Taburan dalam alam semula jadi

Di bawah keadaan semula jadi, selalunya terdapat bahan yang jisim isotopnya ditentukan secara langsung oleh nombor ordinalnya dalam jadual D. Mendeleev. Sebagai contoh, hidrogen, yang dilambangkan dengan simbol H, mempunyai nombor siri 1, dan jisimnya adalah sama dengan satu. Isotopnya, 2H dan 3H, sangat jarang berlaku.

Malah badan manusia mempunyai sejumlah isotop radioaktif. Mereka masuk ke dalam melalui makanan dalam bentuk isotop karbon, yang seterusnya, diserap oleh tumbuhan dari tanah atau udara dan masuk ke dalam komposisi bahan organik semasa fotosintesis. Oleh itu, kedua-dua manusia, haiwan, dan tumbuhan mengeluarkan latar belakang radiasi tertentu. Hanya ia sangat rendah sehingga ia tidak mengganggu fungsi dan pertumbuhan normal.

Sumber yang menyumbang kepada pembentukan isotop ialah lapisan dalam teras bumi dan sinaran dari angkasa lepas.

Seperti yang anda ketahui, suhu di planet ini sebahagian besarnya bergantung pada teras panasnya. Tetapi baru-baru ini menjadi jelas bahawa sumber haba ini adalah tindak balas termonuklear yang kompleks, di mana isotop radioaktif mengambil bahagian.

Pereputan isotop

Oleh kerana isotop adalah pembentukan yang tidak stabil, boleh diandaikan bahawa, dari masa ke masa, ia sentiasa mereput menjadi nukleus unsur kimia yang lebih kekal. Kenyataan ini adalah benar, kerana saintis tidak dapat mengesan sejumlah besar isotop radioaktif dalam alam semula jadi. Dan kebanyakan yang dilombong di makmal berlangsung dari beberapa minit hingga beberapa hari, dan kemudian kembali menjadi unsur kimia biasa.

Tetapi terdapat juga isotop dalam alam semula jadi yang sangat tahan terhadap pereputan. Mereka boleh wujud selama berbilion tahun. Unsur-unsur sedemikian telah terbentuk pada zaman yang jauh itu, ketika bumi masih terbentuk, dan tidak ada kerak pepejal pun di permukaannya.

Isotop radioaktif mereput dan terbentuk semula dengan cepat. Oleh itu, untuk memudahkan penilaian kestabilan isotop, saintis memutuskan untuk mempertimbangkan kategori separuh hayatnya.

Separuh hayat

Mungkin tidak jelas kepada semua pembaca apa yang dimaksudkan dengan konsep ini. Mari kita takrifkannya. Separuh hayat isotop ialah masa di mana separuh bersyarat bahan yang diambil tidak lagi wujud.

Ini tidak bermakna bahawa sambungan yang lain akan dimusnahkan dalam jumlah masa yang sama. Berkenaan dengan separuh ini, adalah perlu untuk mempertimbangkan kategori yang berbeza - tempoh masa di mana bahagian kedua, iaitu, satu perempat daripada jumlah asal bahan, akan hilang. Dan pertimbangan ini berterusan ad infinitum. Ia boleh diandaikan bahawa masa pereputan lengkap jumlah awal jirim adalah mustahil untuk dikira, kerana proses ini boleh dikatakan tidak berkesudahan.

Walau bagaimanapun, saintis, mengetahui separuh hayat, boleh menentukan berapa banyak bahan yang wujud pada mulanya. Data ini berjaya digunakan dalam sains berkaitan.

Dalam dunia saintifik moden, konsep pereputan lengkap secara praktikal tidak digunakan. Bagi setiap isotop, adalah kebiasaan untuk menunjukkan separuh hayatnya, yang berbeza dari beberapa saat hingga berbilion tahun. Semakin rendah separuh hayat, semakin banyak sinaran datang dari bahan dan semakin tinggi keradioaktifannya.

Pengayaan mineral

Dalam beberapa cabang sains dan teknologi, penggunaan sejumlah besar bahan radioaktif dianggap wajib. Tetapi pada masa yang sama, dalam keadaan semula jadi, terdapat sangat sedikit sebatian sedemikian.

Adalah diketahui bahawa isotop adalah varian unsur kimia yang tidak biasa. Bilangan mereka diukur dengan beberapa peratus daripada varieti yang paling tahan. Itulah sebabnya saintis perlu menjalankan pengayaan buatan bahan fosil.

Selama bertahun-tahun penyelidikan, adalah mungkin untuk mengetahui bahawa pereputan isotop disertai dengan tindak balas berantai. Neutron yang dikeluarkan bagi satu bahan mula mempengaruhi bahan lain. Akibatnya, nukleus berat terpecah kepada yang lebih ringan dan unsur kimia baru diperoleh.

Fenomena ini dipanggil tindak balas berantai, akibatnya isotop yang lebih stabil, tetapi kurang biasa boleh diperolehi, yang kemudiannya digunakan dalam ekonomi negara.

Penggunaan tenaga pereputan

Para saintis juga mendapati bahawa semasa pereputan isotop radioaktif, sejumlah besar tenaga bebas dibebaskan. Kuantitinya biasanya diukur dengan unit Curie, sama dengan masa pembelahan 1 g radon-222 dalam 1 saat. Semakin tinggi penunjuk ini, semakin banyak tenaga dilepaskan.

Ini adalah sebab pembangunan cara untuk menggunakan tenaga bebas. Ini adalah bagaimana reaktor nuklear muncul, di mana isotop radioaktif diletakkan. Kebanyakan tenaga yang dikeluarkannya dikumpulkan dan ditukar kepada elektrik. Berdasarkan reaktor ini, loji kuasa nuklear dicipta, yang menyediakan tenaga elektrik termurah. Versi pengurangan reaktor sedemikian diletakkan pada mekanisme yang digerakkan sendiri. Memandangkan bahaya kemalangan, selalunya mesin sedemikian adalah kapal selam. Sekiranya berlaku kegagalan reaktor, jumlah mangsa di kapal selam akan lebih mudah untuk diminimumkan.

Satu lagi pilihan yang sangat menakutkan untuk menggunakan tenaga separuh hayat ialah bom atom. Semasa Perang Dunia II, mereka diuji ke atas kemanusiaan di bandar Hiroshima dan Nagasaki Jepun. Akibatnya sangat menyedihkan. Oleh itu, dunia mempunyai perjanjian mengenai tidak menggunakan senjata berbahaya ini. Pada masa yang sama, negeri-negeri besar dengan tumpuan kepada ketenteraan meneruskan penyelidikan dalam industri ini hari ini. Di samping itu, ramai daripada mereka, secara rahsia dari masyarakat dunia, membuat bom atom, yang beribu-ribu kali lebih berbahaya daripada yang digunakan di Jepun.

Isotop dalam perubatan

Untuk tujuan aman, pereputan isotop radioaktif telah belajar untuk digunakan dalam perubatan. Dengan mengarahkan sinaran ke kawasan badan yang terjejas, adalah mungkin untuk menghentikan perjalanan penyakit atau membantu pesakit pulih sepenuhnya.

Tetapi lebih kerap isotop radioaktif digunakan untuk diagnostik. Masalahnya ialah pergerakan mereka dan sifat kluster paling mudah untuk diperbaiki oleh sinaran yang mereka hasilkan. Jadi, sejumlah bahan radioaktif yang tidak berbahaya dimasukkan ke dalam tubuh manusia, dan doktor menggunakan instrumen untuk memerhatikan bagaimana dan dari mana ia dapat.

Oleh itu, diagnosis kerja otak, sifat tumor kanser, ciri-ciri kerja endokrin dan kelenjar rembesan luaran dijalankan.

Aplikasi dalam arkeologi

Adalah diketahui bahawa dalam organisma hidup sentiasa ada radioaktif karbon-14, separuh hayat yang isotop adalah 5570 tahun. Selain itu, saintis tahu berapa banyak unsur ini terkandung dalam tubuh sehingga saat kematiannya. Ini bermakna semua pokok yang dipotong mengeluarkan jumlah sinaran yang sama. Dari masa ke masa, keamatan sinaran berkurangan.

Ini membantu ahli arkeologi menentukan berapa lama dahulu pokok dari mana kapal dapur atau mana-mana kapal lain dibina mati, dan oleh itu masa pembinaannya. Kaedah penyelidikan ini dipanggil analisis karbon radioaktif. Terima kasih kepadanya, lebih mudah bagi saintis untuk menetapkan kronologi peristiwa sejarah.

Mengkaji fenomena radioaktiviti, saintis pada dekad pertama abad XX. menemui sejumlah besar bahan radioaktif - kira-kira 40. Terdapat lebih banyak daripada mereka daripada tempat bebas dalam jadual berkala unsur dalam selang antara bismut dan uranium. Sifat bahan-bahan ini telah menjadi kontroversi. Sesetengah penyelidik menganggapnya sebagai unsur kimia bebas, tetapi dalam kes ini persoalan penempatannya dalam jadual berkala ternyata tidak larut. Yang lain secara amnya menafikan mereka hak untuk dipanggil unsur dalam pengertian klasik. Pada tahun 1902, ahli fizik Inggeris D. Martin memanggil bahan tersebut sebagai unsur radio. Semasa mereka dikaji, ternyata beberapa unsur radio mempunyai sifat kimia yang sama, tetapi berbeza dalam jisim atom. Keadaan ini bercanggah dengan peruntukan utama undang-undang berkala. Saintis Inggeris F. Soddy menyelesaikan percanggahan itu. Pada tahun 1913, beliau memanggil isotop radioelemen yang serupa secara kimia (daripada perkataan Yunani yang bermaksud "sama" dan "tempat"), iaitu, menduduki tempat yang sama dalam sistem berkala. Radioelements ternyata menjadi isotop unsur radioaktif semula jadi. Kesemuanya digabungkan menjadi tiga keluarga radioaktif, yang nenek moyangnya adalah isotop torium dan uranium.

Isotop oksigen. Isobar kalium dan argon (isobar ialah atom unsur yang berbeza dengan nombor jisim yang sama).

Bilangan isotop stabil untuk unsur genap dan ganjil.

Tidak lama kemudian menjadi jelas bahawa unsur kimia stabil lain juga mempunyai isotop. Merit utama dalam penemuan mereka adalah milik ahli fizik Inggeris F. Aston. Dia menemui isotop stabil dalam banyak unsur.

Dari sudut pandangan moden, isotop ialah jenis atom unsur kimia: ia mempunyai jisim atom yang berbeza, tetapi cas nuklear yang sama.

Oleh itu, nukleus mereka mengandungi bilangan proton yang sama, tetapi bilangan neutron yang berbeza. Sebagai contoh, isotop oksigen semulajadi dengan Z = 8 masing-masing mengandungi 8, 9, dan 10 neutron dalam nukleusnya. Jumlah bilangan proton dan neutron dalam nukleus isotop dipanggil nombor jisim A. Oleh itu, nombor jisim isotop oksigen yang ditunjukkan ialah 16, 17 dan 18. Penamaan isotop berikut kini diterima: Z nilai diberikan di kiri bawah simbol elemen, nilai A diberikan di kiri atas. Contohnya: 16 8 O, 17 8 O, 18 8 O.

Selepas penemuan fenomena radioaktiviti tiruan, kira-kira 1800 isotop radioaktif tiruan diperoleh menggunakan tindak balas nuklear untuk unsur dengan Z dari 1 hingga 110. Sebahagian besar radioisotop tiruan mempunyai separuh hayat yang sangat pendek, diukur dalam saat dan pecahan saat; hanya sedikit yang mempunyai jangka hayat yang agak panjang (contohnya, 10 Be - 2.7 10 6 tahun, 26 Al - 8 10 5 tahun, dsb.).

Unsur stabil terdapat dalam alam semula jadi dengan kira-kira 280 isotop. Walau bagaimanapun, sebahagian daripada mereka ternyata sedikit radioaktif, dengan separuh hayat yang besar (contohnya, 40 K, 87 Rb, 138 La, l47 Sm, 176 Lu, 187 Re). Jangka hayat isotop ini terlalu lama sehingga boleh dianggap stabil.

Masih terdapat banyak masalah dalam dunia isotop stabil. Jadi, tidak jelas mengapa bilangan mereka dalam elemen berbeza sangat berbeza. Kira-kira 25% unsur stabil (Be, F, Na, Al, P, Sc, Mn, Co, As, Y, Nb, Rh, I, Cs, Pt, Tb, Ho, Tu, Ta, Au) terdapat dalam alam hanya satu jenis atom. Ini adalah unsur tunggal yang dipanggil. Menariknya, kesemuanya (kecuali Be) mempunyai nilai Z ganjil. Secara amnya, bagi unsur ganjil, bilangan isotop stabil tidak melebihi dua. Sebaliknya, beberapa unsur dengan Z genap terdiri daripada sejumlah besar isotop (contohnya, Xe mempunyai 9, Sn - 10 isotop stabil).

Set isotop stabil bagi unsur tertentu dipanggil galaksi. Kandungan mereka dalam galaksi sering berubah-ubah. Adalah menarik untuk diperhatikan bahawa kelimpahan isotop dengan nombor jisim yang gandaan empat (12 C, 16 O, 20 Ca, dll.) adalah yang tertinggi, walaupun terdapat pengecualian kepada peraturan ini.

Penemuan isotop stabil memungkinkan untuk menyelesaikan misteri jangka panjang jisim atom - sisihan mereka daripada integer, disebabkan oleh peratusan yang berbeza bagi isotop stabil unsur dalam galaksi.

Dalam fizik nuklear, konsep "isobar" diketahui. Isobar dipanggil isotop unsur berbeza (iaitu, dengan nilai Z berbeza) yang mempunyai nombor jisim yang sama. Kajian isobar menyumbang kepada penubuhan banyak ketetapan penting dalam kelakuan dan sifat nukleus atom. Salah satu keteraturan ini dinyatakan oleh peraturan yang dirumuskan oleh ahli kimia Soviet S. A. Shchukarev dan ahli fizik Yaman I. Mattauch. Ia berkata: jika kedua-dua isobar berbeza dalam nilai Z sebanyak 1, maka salah satu daripadanya semestinya radioaktif. Contoh klasik sepasang isobar ialah 40 18 Ar - 40 19 K. Di dalamnya, isotop kalium adalah radioaktif. Peraturan Shchukarev-Mattauch memungkinkan untuk menjelaskan mengapa unsur technetium (Z = 43) dan promethium (Z = 61) tidak mempunyai isotop yang stabil. Oleh kerana mereka mempunyai nilai Z ganjil, lebih daripada dua isotop stabil tidak boleh dijangkakan untuk mereka. Tetapi ternyata isobar technetium dan promethium, masing-masing, isotop molibdenum (Z = 42) dan ruthenium (Z = 44), neodymium (Z = 60) dan samarium (Z = 62), diwakili secara semula jadi oleh jenis atom yang stabil dalam pelbagai nombor jisim. Oleh itu, undang-undang fizik mengenakan larangan ke atas kewujudan isotop stabil teknetium dan prometium. Itulah sebabnya unsur-unsur ini sebenarnya tidak wujud dalam alam semula jadi dan ia terpaksa disintesis secara buatan.

Para saintis telah lama mencuba untuk membangunkan sistem isotop berkala. Sudah tentu, ia berdasarkan prinsip lain daripada asas sistem berkala unsur. Tetapi percubaan ini masih belum membawa kepada hasil yang memuaskan. Benar, ahli fizik telah membuktikan bahawa urutan pengisian kulit proton dan neutron dalam nukleus atom pada dasarnya serupa dengan pembinaan kulit elektron dan subkulit dalam atom (lihat Atom).

Cangkang elektron bagi isotop unsur tertentu dibina dengan cara yang sama. Oleh itu, sifat kimia dan fizikalnya hampir sama. Hanya isotop hidrogen (protium dan deuterium) dan sebatiannya menunjukkan perbezaan ketara dalam sifat. Sebagai contoh, air berat (D 2 O) membeku pada +3.8, mendidih pada 101.4 ° C, mempunyai ketumpatan 1.1059 g / cm 3, tidak menyokong kehidupan organisma haiwan dan tumbuhan. Semasa elektrolisis air menjadi hidrogen dan oksigen, molekul H 2 0 kebanyakannya terurai, manakala molekul air berat kekal dalam elektrolisis.

Pemisahan isotop unsur lain adalah tugas yang sangat sukar. Walau bagaimanapun, dalam banyak kes, isotop unsur individu dengan kandungan yang berubah dengan ketara berbanding dengan kelimpahan semula jadi diperlukan. Sebagai contoh, apabila menyelesaikan masalah tenaga atom, ia menjadi perlu untuk memisahkan isotop 235 U dan 238 U. Untuk tujuan ini, kaedah spektrometri jisim pertama kali digunakan, dengan bantuan yang mana kilogram pertama uranium-235 diperolehi. pada tahun 1944 di Amerika Syarikat. Walau bagaimanapun, kaedah ini ternyata terlalu mahal dan digantikan dengan kaedah resapan gas, yang menggunakan UF 6 . Kini terdapat beberapa kaedah untuk mengasingkan isotop, tetapi semuanya agak kompleks dan mahal. Namun begitu, masalah "pemisahan yang tidak dapat dipisahkan" sedang berjaya diselesaikan.

Disiplin saintifik baru muncul - kimia isotop. Ia mengkaji kelakuan pelbagai isotop unsur kimia dalam tindak balas kimia dan proses pertukaran isotop. Hasil daripada proses ini, isotop unsur tertentu diagihkan semula antara bahan yang bertindak balas. Berikut ialah contoh paling mudah: H 2 0 + HD = HD0 + H 2 (molekul air menukar atom protium dengan atom deuterium). Geokimia isotop juga sedang berkembang. Ia menyiasat turun naik dalam komposisi isotop pelbagai unsur dalam kerak bumi.

Apa yang dipanggil atom berlabel, isotop radioaktif tiruan unsur stabil atau isotop stabil, mencari aplikasi terluas. Dengan bantuan penunjuk isotop - atom berlabel - mereka mengkaji cara pergerakan unsur dalam alam semula jadi dan hidup, sifat taburan bahan dan unsur dalam pelbagai objek. Isotop digunakan dalam teknologi nuklear: sebagai bahan untuk pembinaan reaktor nuklear; sebagai bahan api nuklear (isotop torium, uranium, plutonium); dalam pelakuran termonuklear (deuterium, 6 Li, 3 He). Isotop radioaktif juga digunakan secara meluas sebagai sumber sinaran.

Apakah isotop

isotop Sejenis atom unsur kimia. Selalu ada bilangan elektron dan proton yang sama dalam mana-mana atom. Oleh kerana mereka mempunyai cas yang bertentangan (elektron adalah negatif, dan proton adalah positif), atom sentiasa neutral (zarah asas ini tidak membawa cas, ia sama dengan sifar). Apabila elektron hilang atau ditangkap, atom kehilangan neutralitinya, menjadi sama ada ion negatif atau positif.
Neutron tidak mempunyai cas, tetapi bilangan mereka dalam nukleus atom unsur yang sama boleh berbeza. Ini tidak menjejaskan neutraliti atom dalam apa cara sekalipun, tetapi ia menjejaskan jisim dan sifatnya. Sebagai contoh, setiap isotop atom hidrogen mempunyai satu elektron dan satu proton setiap satu. Dan bilangan neutron adalah berbeza. Protium hanya mempunyai 1 neutron, deuterium mempunyai 2 neutron, dan tritium mempunyai 3 neutron. Ketiga-tiga isotop ini berbeza dengan ketara antara satu sama lain dalam sifat.

Perbandingan isotop

Bagaimanakah isotop berbeza? Mereka mempunyai bilangan neutron yang berbeza, jisim yang berbeza dan sifat yang berbeza. Isotop mempunyai struktur kulit elektron yang sama. Ini bermakna bahawa mereka agak serupa dalam sifat kimia. Oleh itu, mereka diberikan satu tempat dalam sistem berkala.
Isotop stabil dan radioaktif (tidak stabil) telah ditemui di alam semula jadi. Nukleus atom isotop radioaktif mampu berubah secara spontan menjadi nukleus lain. Dalam proses pereputan radioaktif, mereka mengeluarkan pelbagai zarah.
Kebanyakan unsur mempunyai lebih dua dozen isotop radioaktif. Di samping itu, isotop radioaktif disintesis secara buatan untuk semua unsur. Dalam campuran semula jadi isotop, kandungannya turun naik sedikit.
Kewujudan isotop memungkinkan untuk memahami mengapa, dalam beberapa kes, unsur dengan jisim atom yang lebih rendah mempunyai nombor siri yang lebih tinggi daripada unsur dengan jisim atom yang lebih besar. Sebagai contoh, dalam pasangan argon-potassium, argon termasuk isotop berat, dan kalium termasuk isotop ringan. Oleh itu, jisim argon lebih besar daripada kalium.

TheDifference.ru menentukan bahawa perbezaan antara isotop antara satu sama lain adalah seperti berikut:

Mereka mempunyai bilangan neutron yang berbeza.
Isotop mempunyai jisim atom yang berbeza.
Nilai jisim atom ion mempengaruhi jumlah tenaga dan sifatnya.