izotoplardır. Maddenin bölünmez en küçük parçacıkları olarak atom kavramı

Doğada bulunan her kimyasal elementin bir izotop karışımı olduğu tespit edilmiştir (dolayısıyla fraksiyonel atomik kütlelere sahiptirler). İzotopların birbirinden nasıl farklı olduğunu anlamak için atomun yapısını ayrıntılı olarak ele almak gerekir. Bir atom bir çekirdek ve bir elektron bulutu oluşturur. Bir atomun kütlesi, elektron bulutundaki yörüngelerde şaşırtıcı bir hızla hareket eden elektronlardan, çekirdeği oluşturan nötronlardan ve protonlardan etkilenir.

Tanım

Nötronların yükü yoktur, ancak aynı elementin atom çekirdeğindeki sayıları farklı olabilir. Bu, atomun nötrlüğünü etkilemez, ancak kütlesini ve özelliklerini etkiler. Örneğin, bir hidrojen atomunun her izotopunun her birinde bir elektron ve bir proton bulunur. Ve nötron sayısı farklıdır. Protium'un sadece 1 nötronu, döteryumun 2 nötronu ve trityumun 3 nötronu vardır. Bu üç izotop, özelliklerde birbirinden belirgin şekilde farklıdır.

Karşılaştırmak

Farklı sayıda nötron, farklı kütle ve farklı özelliklere sahiptirler. İzotoplar aynı elektron kabuğu yapısına sahiptir. Bu, kimyasal özelliklerde oldukça benzer oldukları anlamına gelir. Bu nedenle, periyodik sistemde bir yere atanırlar.

Doğada kararlı ve radyoaktif (kararsız) izotoplar bulunmuştur. Radyoaktif izotopların atomlarının çekirdekleri, kendiliğinden başka çekirdeklere dönüşebilir. Radyoaktif bozunma sürecinde çeşitli parçacıklar yayarlar.

Çoğu elementin iki düzineden fazla radyoaktif izotopu vardır. Ek olarak, radyoaktif izotoplar kesinlikle tüm elementler için yapay olarak sentezlenir. Doğal bir izotop karışımında içerikleri hafifçe dalgalanır.

İzotopların varlığı, bazı durumlarda, daha düşük atom kütlesine sahip elementlerin, daha büyük atom kütlesine sahip elementlerden neden daha yüksek bir seri numarasına sahip olduğunu anlamayı mümkün kıldı. Örneğin, bir argon-potasyum çiftinde argon, ağır izotopları, potasyum ise hafif izotopları içerir. Bu nedenle, argonun kütlesi potasyumdan daha büyüktür.

bulgular sitesi

Farklı sayıda nötronları vardır.
İzotopların farklı atom kütleleri vardır.
İyonların atom kütlelerinin değeri, toplam enerjilerini ve özelliklerini etkiler.

izotoplar- aynı atom (sıra) numarasına, ancak farklı kütle numaralarına sahip bir kimyasal elementin atom çeşitleri (ve çekirdekleri).

İzotop terimi, "aynı yer" anlamına gelen Yunanca isos (ἴσος "eşit") ve topos (τόπος "yer") köklerinden oluşur; Böylece ismin anlamı, aynı elementin farklı izotoplarının periyodik tabloda aynı pozisyonu işgal etmesidir.

Hidrojenin üç doğal izotopu. Her izotopun bir protona sahip olması gerçeği, hidrojen varyantlarına sahiptir: izotop kimliği, nötron sayısı ile belirlenir. Soldan sağa izotoplar, sıfır nötronlu protium (1H), bir nötronlu döteryum (2H) ve iki nötronlu trityum (3H)'dir.

Bir atomun çekirdeğindeki proton sayısı atom numarası olarak adlandırılır ve nötr (iyonize olmayan) bir atomdaki elektronların sayısına eşittir. Her atom numarası belirli bir elementi tanımlar, ancak bir izotopu tanımlamaz; Belirli bir elementin bir atomunun nötron sayısı geniş bir aralığa sahip olabilir. Bir çekirdekteki nükleonların (hem protonların hem de nötronların) sayısı, bir atomun kütle numarasıdır ve belirli bir elementin her izotopunun farklı bir kütle numarası vardır.

Örneğin, karbon-12, karbon-13 ve karbon-14, sırasıyla 12, 13 ve 14 kütle numaralarına sahip üç temel karbon izotopudur. Karbonun atom numarası 6'dır, yani her karbon atomunun 6 protonu vardır, dolayısıyla bu izotopların nötron sayıları sırasıyla 6, 7 ve 8'dir.

Huclides ve izotoplar

Çekirdek, atoma değil çekirdeğe aittir. Özdeş çekirdekler aynı nüklide aittir, örneğin her bir karbon-13 nüklid çekirdeği 6 proton ve 7 nötrondan oluşur. Nüklit kavramı (bireysel nükleer türlere atıfta bulunarak), kimyasal özelliklerden çok nükleer özellikleri vurgularken, izotop kavramı (her elementin tüm atomlarını gruplayarak) nükleer üzerinde kimyasal reaksiyonu vurgular. nötron numarası vardır büyük etkiçekirdeklerin özellikleri üzerinde etkilidir, ancak kimyasal özellikler üzerindeki etkisi çoğu element için ihmal edilebilir düzeydedir. Nötronların atom numarasına oranının izotoplar arasında en fazla değiştiği en hafif elementlerde bile, bazı durumlarda önemli olmasına rağmen (en hafif element olan hidrojen için, izotop etkisi genellikle sadece küçük bir etkiye sahiptir). büyük. Biyolojiyi büyük ölçüde etkilemek için). İzotop daha eski bir terim olduğundan, nüklidden daha iyi bilinir ve hala ara sıra nükleer teknoloji ve nükleer tıp gibi nüklidin daha uygun olabileceği bağlamlarda kullanılmaktadır.

gösterim

Bir izotop veya nüklid, belirli bir elementin adıyla tanımlanır (bu, atom numarasını gösterir), ardından bir tire ve kütle numarası (örneğin, helyum-3, helyum-4, karbon-12, karbon-14, uranyum) gelir. -235 ve uranyum-239). Kimyasal bir sembol kullanıldığında, örn. Karbon için "C", standart gösterim (A, kütle numarası, Z atom numarası ve E element için olduğu için artık "AZE gösterimi" olarak bilinir), kütle numarasını (nükleon sayısı) bir üst simge ile belirtmek içindir. kimyasal sembolün sol üst köşesinde ve sol alt köşede bir alt simge ile atom numarasını belirtin). Atom numarası elementin sembolü ile verildiğinden genellikle sadece üst simgedeki kütle numarası verilir ve atom indeksi verilmez. m harfi bazen bir nükleer izomeri, yarı kararlı veya enerjik olarak uyarılmış bir nükleer durumu (en düşük enerjili temel durumun aksine) belirtmek için kütle numarasından sonra eklenir, örneğin 180m 73Ta (tantal-180m).

Radyoaktif, birincil ve kararlı izotoplar

Bazı izotoplar radyoaktiftir ve bu nedenle radyoizotoplar veya radyonüklidler olarak adlandırılırken, diğerlerinin radyoaktif olarak bozunduğu hiçbir zaman gözlemlenmemiştir ve kararlı izotoplar veya kararlı nüklidler olarak adlandırılır. Örneğin, 14C karbonun radyoaktif bir şeklidir, 12C ve 13C ise kararlı izotoplardır. Dünya üzerinde doğal olarak oluşan yaklaşık 339 nüklid vardır ve bunların 286'sı ilkel nüklidlerdir, yani bunlar güneş sisteminin oluşumundan beri varlar.

Orijinal nüklidler, çok uzun yarı ömürleri olan (100 milyon yıldan fazla) 32 nüklidi ve çürüme gözlemlenmedikleri için resmen "kararlı nüklidler" olarak kabul edilen 254 nüklidi içerir. Çoğu durumda, bariz nedenlerden dolayı, eğer bir elementin kararlı izotopları varsa, o zaman bu izotoplar Dünya'da ve güneş sisteminde bulunan element bolluğuna hakim olur. Bununla birlikte, üç element (tellür, indiyum ve renyum) söz konusu olduğunda, doğada bulunan en bol izotop, bu elementlerin sahip oldukları gerçeğine rağmen, aslında elementin bir (veya iki) son derece uzun ömürlü radyoizotop(lar)ıdır. bir veya daha fazla kararlı izotop.

Teori, görünüşte "kararlı" birçok izotopun/nüklidin radyoaktif olduğunu ve son derece uzun yarı ömürleri olduğunu tahmin eder (tüm nüklidleri sonunda kararsız hale getirecek olan proton bozunması olasılığını dikkate almaz). Hiç gözlemlenmemiş 254 nüklidden sadece 90'ı (ilk 40 elementin tümü) bilinen tüm bozunma biçimlerine teorik olarak dirençlidir. Element 41 (niyobyum) kendiliğinden fisyon nedeniyle teorik olarak kararsızdır, ancak bu hiçbir zaman keşfedilmemiştir. Diğer birçok kararlı nüklid, teoride alfa bozunması veya çift beta bozunması gibi bilinen diğer bozunma biçimlerine karşı enerjik olarak hassastır, ancak bozunma ürünleri henüz gözlemlenmemiştir ve bu nedenle bu izotopların "gözlemsel olarak kararlı" olduğu düşünülmektedir. Bu nüklidlerin tahmin edilen yarı ömürleri genellikle evrenin tahmini yaşını büyük ölçüde aşar ve aslında yarı ömürleri evrenin yaşından daha uzun olan 27 bilinen radyonüklid de vardır.

Yapay olarak oluşturulan radyoaktif nüklidler, şu anda 3339 nüklid bilinmektedir. Bunlar, ya stabil olan ya da 60 dakikadan uzun yarı ömürleri olan 905 nüklidi içerir.

İzotop Özellikleri

Kimyasal ve moleküler özellikler

Nötr bir atom, protonlarla aynı sayıda elektrona sahiptir. Böylece, belirli bir elementin farklı izotopları aynı sayıda elektrona sahiptir ve benzer bir elektronik yapıya sahiptir. Bir atomun kimyasal davranışı büyük ölçüde elektronik yapısı tarafından belirlendiğinden, farklı izotoplar hemen hemen aynı kimyasal davranış sergiler.

Bunun bir istisnası, kinetik izotop etkisidir: büyük kütleleri nedeniyle, daha ağır izotoplar, aynı elementin daha hafif izotoplarından biraz daha yavaş reaksiyona girme eğilimindedir. Bu en çok protyum (1 H), döteryum (2 H) ve trityum (3 H) için belirgindir, çünkü döteryum protium kütlesinin iki katı ve trityum protiyum kütlesinin üç katıdır. Kütledeki bu farklılıklar, atomik sistemlerin ağırlık merkezini (azaltılmış kütle) değiştirerek ilgili kimyasal bağlarının davranışını da etkiler. Bununla birlikte, daha ağır elementler için, izotoplar arasındaki nispi kütle farkı çok daha küçüktür, bu nedenle kimyadaki kütle farkının etkileri genellikle ihmal edilebilir. (Ağır elementler ayrıca daha hafif elementlerden nispeten daha fazla nötrona sahiptir, bu nedenle nükleer kütlenin toplam elektron kütlesine oranı biraz daha büyüktür.)

Benzer şekilde, yalnızca atomlarının izotopları bakımından farklılık gösteren iki molekül (izotopologlar) aynı elektronik yapıya sahiptir ve bu nedenle neredeyse ayırt edilemez fiziksel ve kimyasal özelliklere sahiptir (yine, döteryum ve trityum birincil istisnalardır). Bir molekülün titreşim modları, şekli ve onu oluşturan atomların kütleleri tarafından belirlenir; Bu nedenle, farklı izotopologların farklı titreşim modları vardır. Titreşim modları bir molekülün uygun enerjilerin fotonlarını emmesine izin verdiğinden, izotopologlar kızılötesinde farklı optik özelliklere sahiptir.

Nükleer özellikler ve kararlılık

İzotopik yarı ömürler. Kararlı izotoplar için grafik, element sayısı Z arttıkça Z = N çizgisinden sapar

Atom çekirdeği, artık güçlü bir kuvvetle birbirine bağlanan proton ve nötronlardan oluşur. Protonlar pozitif yüklü olduğundan birbirlerini iterler. Elektriksel olarak nötr olan nötronlar, çekirdeği iki şekilde stabilize eder. Temasları protonları biraz geri iter, protonlar arasındaki elektrostatik itmeyi azaltır ve birbirlerine ve protonlara çekici bir nükleer kuvvet uygularlar. Bu nedenle iki veya daha fazla protonun çekirdeğe bağlanması için bir veya daha fazla nötron gerekir. Proton sayısı arttıkça, kararlı bir çekirdek sağlamak için gereken nötronların protonlara oranı da artar (sağdaki grafiğe bakın). Örneğin, nötron:proton 3 2 He oranı 1:2 olmasına rağmen, nötron:proton oranı 238 92 U
3:2'den fazla. Bir dizi daha hafif element, 1:1 (Z = N) oranında kararlı nüklidlere sahiptir. Nüklit 40 20 Ca (kalsiyum-40), aynı sayıda nötron ve protona sahip, gözlemlenebilir en ağır kararlı nükliddir; (Teorik olarak en ağır ahır sülfür-32'dir). Kalsiyum-40'tan daha ağır olan tüm kararlı nüklidler, protonlardan daha fazla nötron içerir.

Element başına izotop sayısı

Kararlı izotoplu 81 elementten herhangi bir element için gözlemlenebilen en fazla kararlı izotop sayısı on'dur (kalay elementi için). Hiçbir elementin dokuz kararlı izotopu yoktur. Ksenon, sekiz kararlı izotopa sahip tek elementtir. Dört elementin yedi kararlı izotopu vardır, bunlardan sekiz tanesi altı kararlı izotopa, on tanesi beş kararlı izotopa, dokuz tanesi dört kararlı izotopa, beşi üç kararlı izotopa, 16 tanesi iki kararlı izotopa ve 26 elementten sadece bir tanesine sahiptir (19'u doğal elementin atom ağırlığına hakim olan ve yüksek hassasiyetle sabitleyen tek bir ilkel kararlı izotopa sahip olan mononüklid elementler de mevcuttur). Toplamda, bozunduğu gözlemlenmemiş 254 nüklid vardır. Bir veya daha fazla kararlı izotopa sahip 80 element için, ortalama kararlı izotop sayısı, element başına 254/80 = 3.2 izotoptur.

Çift ve tek sayıda nükleon

Protonlar: Nötronların oranı, nükleer kararlılığı etkileyen tek faktör değildir. Aynı zamanda atom numarası Z'nin paritesine veya tuhaflığına, nötronların sayısına N, dolayısıyla kütle numaralarının toplamına bağlıdır. . Komşu çekirdekler, özellikle tek izobarlar arasındaki nükleer bağlanma enerjisindeki bu önemli farkın önemli sonuçları vardır: en düşük sayıda nötron veya proton içeren kararsız izotoplar, beta bozunması (pozitron bozunması dahil), elektron yakalama veya spontan fisyon ve diğer egzotik yollarla bozunur. çürüme. kümeler.

En kararlı nüklidler, çift sayıda proton ve çift sayıda nötrondur; burada Z, N ve A hepsi çifttir. Tek kararlı nüklidler (yaklaşık olarak eşit olarak) tek olanlara bölünür.

atomik numara

148 çift proton, hatta nötron (EE) nüklidleri, tüm kararlı nüklidlerin ~%58'ini oluşturur. Ayrıca 22 ilkel uzun ömürlü çift nüklid vardır. Sonuç olarak, 2'den 82'ye kadar olan 41 çift elementin her biri en az bir kararlı izotopa sahiptir ve bu elementlerin çoğu birden fazla birincil izotopa sahiptir. Bu çift elementlerin yarısında altı veya daha fazla kararlı izotop bulunur. Helyum-4'ün iki proton ve iki nötronun ikili bağlanmasından kaynaklanan aşırı kararlılığı, beş veya sekiz nükleon içeren herhangi bir nüklidin, nükleer füzyon yoluyla daha ağır elementlerin birikmesi için platformlar olarak hizmet edecek kadar uzun süre var olmasını engeller.

Bu 53 kararlı nüklid çift sayıda protona ve tek sayıda nötrona sahiptir. Sayıları yaklaşık 3 kat daha fazla olan çift izotoplara kıyasla bir azınlıktırlar. Kararlı bir nüklide sahip 41 çift-Z elementi arasında, sadece iki elementin (argon ve seryum) çift-tek kararlı nüklidleri yoktur. Bir elementin (kalay) üçü vardır. Bir tek-çift nüklidi olan 24 element ve iki tek-çift nüklidi olan 13 element vardır.

Tek nötron sayıları nedeniyle, çift-tek nüklidler, nötron eşleşme etkilerinden gelen enerji nedeniyle büyük nötron yakalama kesitlerine sahip olma eğilimindedir. Bu kararlı nüklidler doğada olağandışı bir şekilde bol olabilir, çünkü esasen ilkel bolluk oluşturmak ve içine girmek için, sürecin nasıl olduğu ve r'nin nasıl olduğu boyunca başka kararlı çift-tek izotoplar oluşturmak için nötron yakalamasından kaçmaları gerekir. nötron yakalama süreci, nükleosentez sırasında.

tek atom numarası

48 kararlı tek-proton ve çift-nötron nüklidi, çift sayıda çift nötron tarafından stabilize edilir, tek elementlerin kararlı izotoplarının çoğunluğunu oluşturur; Çok az sayıda tek-proton-tek nötron çekirdeği diğerlerini oluşturur. Z = 1'den 81'e kadar 41 tek element vardır, bunlardan 39'u kararlı izotoplara sahiptir (teknesyum (43 Tc) ve prometyum (61 Pm) elementlerinin kararlı izotopları yoktur). Bu 39 tek Z elementinden 30 element (0 nötronun çift olduğu hidrojen-1 dahil) bir kararlı tek-çift izotopa ve dokuz elemente sahiptir: klor (17 Cl), potasyum (19K), bakır (29 Cu), galyum ( 31 Ga), Brom (35 Br), gümüş (47 Ag), antimon (51 Sb), iridyum (77 Ir) ve talyum (81 Tl) her biri iki tek-çift kararlı izotopa sahiptir. Böylece 30 + 2 (9) = 48 kararlı çift-çift izotop elde edilir.

Yalnızca beş kararlı nüklid, hem tek sayıda proton hem de tek sayıda nötron içerir. İlk dört "tek-tek" nüklid, düşük moleküler ağırlıklı nüklidlerde meydana gelir; bunun için bir protondan bir nötrona veya tam tersine geçiş, çok dengesiz bir proton-nötron oranı ile sonuçlanacaktır.

Tamamen "kararlı", tek-tek nüklid 180m 73 Ta'dır, bu 254 kararlı izotopun en nadiri olarak kabul edilir ve deneysel girişimlere rağmen bozunduğu henüz gözlemlenmemiş tek ilkel nükleer izomerdir.

Tek sayıda nötron

Tek sayıda nötron içeren aktinitler (termal nötronlarla) bölünme eğilimi gösterirken, çift nötron sayısına sahip olanlar, hızlı nötronlara fisyon yapmalarına rağmen, bölünmeye eğilimlidirler. Tüm gözlemsel olarak kararlı tek-tek nüklidlerin sıfır olmayan bir tamsayı dönüşü vardır. Bunun nedeni, tek bir eşleşmemiş nötron ve eşleşmemiş bir protonun, spinleri hizalanmışsa (toplam en az 1 birimlik bir dönüş üreterek) hizalanmışsa, birbirlerine daha fazla nükleer kuvvet çekimine sahip olmalarıdır.

Doğada bulunma

Elementler, doğal olarak oluşan bir veya daha fazla izotoptan oluşur. Kararsız (radyoaktif) izotoplar ya birincil ya da örnek sonrasıdır. Orijinal izotoplar, yıldız nükleosentezinin veya kozmik ışın bölünmesi gibi başka bir nükleosentez türünün ürünüydü ve bozunma hızları çok yavaş olduğu için (örneğin uranyum-238 ve potasyum-40) günümüze kadar varlığını sürdürdü. Doğal-sonrası izotoplar, kozmik nüklidler (örneğin trityum, karbon-14) olarak kozmik ışın bombardımanı veya radyoaktif bir ilkel izotopun radyoaktif radyojenik bir nüklidin kızı haline (örneğin uranyumdan radyuma) bozunmasıyla yaratılmıştır. Birkaç izotop, doğal nükleer fisyondan gelen nötronların başka bir atom tarafından emilmesi gibi diğer doğal nükleer reaksiyonlar tarafından nükleojenik nüklidler olarak doğal olarak sentezlenir.

Yukarıda tartışıldığı gibi, sadece 80 elementin kararlı izotopları vardır ve 26 tanesinin sadece bir kararlı izotopu vardır. Bu nedenle, kararlı elementlerin yaklaşık üçte ikisi, bir element için en yüksek kararlı izotop sayısı kalay (50Sn) için on olmak üzere, Dünya'da doğal olarak birkaç kararlı izotopta meydana gelir. Dünya'da yaklaşık 94 element var (plütonyuma kadar ve dahil), ancak bazıları sadece plütonyum-244 gibi çok küçük miktarlarda bulunuyor. Bilim adamları, Dünya'da doğal olarak bulunan elementlerin (bazıları sadece radyoizotop olarak) toplamda 339 izotop (nüklid) olarak oluştuğuna inanmaktadır. Bu doğal olarak oluşan izotoplardan sadece 254'ü bugüne kadar gözlemlenmemiş olmaları bakımından stabildir. Ek bir 35 ilkel nüklid (toplam 289 ilkel nüklid) bilinen yarı ömürleri olan radyoaktiftir, ancak 80 milyon yıldan fazla yarı ömürleri vardır, bu da güneş sisteminin başlangıcından beri var olmalarına izin verir.

Bilinen tüm kararlı izotoplar, Dünya'da doğal olarak oluşur; Diğer doğal izotoplar radyoaktiftir, ancak nispeten uzun yarı ömürleri veya diğer sürekli doğal üretim yöntemleri nedeniyle. Bunlar, yukarıda bahsedilen kozmojenik nüklidleri, nükleojenik nüklidleri ve uranyumdan radon ve radyum gibi bir birincil radyoaktif izotopun devam eden bozunmasından kaynaklanan herhangi bir radyojenik izotopu içerir.

Doğada bulunmayan yaklaşık 3000 radyoaktif izotop, nükleer reaktörlerde ve parçacık hızlandırıcılarda yaratılmıştır. Dünya'da doğal olarak bulunmayan birçok kısa ömürlü izotop, yıldızlarda veya süpernovalarda doğal olarak oluşturulan spektroskopik analizlerle de gözlemlenmiştir. Bir örnek, Dünya'da doğal olarak oluşmayan, ancak astronomik ölçekte bol miktarda bulunan alüminyum-26'dır.

Elementlerin tablo halindeki atomik kütleleri, farklı kütlelere sahip çoklu izotopların varlığını açıklayan ortalamalardır. İzotopların keşfinden önce, bilim adamlarının atom kütlesi için ampirik olarak belirlenmiş entegre olmayan değerler karıştırıldı. Örneğin, bir klor numunesi %75,8 klor-35 ve %24.2 klor-37 içerir ve ortalama atom kütlesi 35.5 atomik kütle birimi verir.

Genel olarak kabul edilen kozmoloji teorisine göre, Big Bang'de yalnızca hidrojen ve helyum izotopları, bazı lityum ve berilyum izotoplarının ve muhtemelen bir miktar bor izotoplarının izleri yaratıldı ve diğer tüm izotoplar daha sonra yıldızlarda ve süpernovalarda sentezlendi. kozmik ışınlar ve daha önce elde edilen izotoplar gibi enerjik parçacıklar arasındaki etkileşimlerin yanı sıra. Dünyadaki izotopların karşılık gelen izotop bolluğu, bu süreçler tarafından üretilen miktarlardan, galaksideki yayılmalarından ve izotopların kararsız olan bozunma oranından kaynaklanmaktadır. Güneş sisteminin ilk birleşmesinden sonra, izotoplar kütleye göre yeniden dağıtıldı ve elementlerin izotopik bileşimi gezegenden gezegene biraz değişiyor. Bu bazen meteorların kökeninin izini sürmeyi mümkün kılar.

İzotopların atom kütlesi

Bir izotopun atom kütlesi (mr) esas olarak kütle numarası (yani çekirdeğindeki nükleon sayısı) ile belirlenir. Küçük düzeltmeler, çekirdeğin bağlanma enerjisinden, proton ve nötron arasındaki küçük kütle farkı ve atomla ilişkili elektronların kütlesinden kaynaklanır.

Kütle Numarası boyutsuz bir niceliktir. Atom kütlesi ise karbon-12 atomunun kütlesine dayalı olarak atomik kütle birimi kullanılarak ölçülür. "u" (birleşik atomik kütle birimi için) veya "Da" (dalton için) sembolleriyle gösterilir.

Bir elementin doğal izotoplarının atom kütleleri, elementin atom kütlesini belirler. Bir element N izotop içerdiğinde, aşağıdaki ifade ortalama atom kütlesi için geçerlidir:

Burada m 1 , m 2 , …, mN her bir izotopun atomik kütleleridir ve x 1 , …, xN bu izotopların göreli bolluğudur.

İzotopların uygulanması

Belirli bir elementin çeşitli izotoplarının özelliklerinden yararlanan birkaç uygulama vardır. İzotop ayrımı, özellikle uranyum veya plütonyum gibi ağır elementlerle önemli bir teknolojik konudur. Lityum, karbon, nitrojen ve oksijen gibi daha hafif elementler genellikle CO ve NO gibi bileşiklerinin gaz difüzyonu ile ayrılır. Hidrojen ve döteryumun ayrılması olağandışıdır çünkü Girdler sülfür işleminde olduğu gibi fiziksel özelliklerden ziyade kimyasallara dayanmaktadır. Uranyum izotopları, gaz difüzyonu, gaz santrifüjü, lazer iyonizasyon ayırması ve (Manhattan Projesi'nde) kütle spektrometrisi üretiminin türüne göre hacimce ayrılmıştır.

Kimyasal ve biyolojik özelliklerin kullanımı

İzotop analizi, belirli bir numunedeki belirli bir elementin izotoplarının göreceli bolluğu olan izotopik imzanın belirlenmesidir. Özellikle besinler için, C, N ve O izotoplarında önemli varyasyonlar meydana gelebilir.Bu tür varyasyonların analizi, gıdalardaki tağşişin tespiti veya izoscape kullanarak gıdaların coğrafi kökeninin tespiti gibi geniş bir uygulama alanına sahiptir. Mars kaynaklı bazı meteoritlerin tanımlanması, kısmen içerdikleri eser gazların izotopik imzasına dayanmaktadır.
Kinetik izotop etkisi yoluyla bir kimyasal reaksiyonun mekanizmasını belirlemek için izotopik ikame kullanılabilir.
Diğer bir yaygın uygulama, kimyasal reaksiyonlarda izleyici veya işaretleyici olarak olağandışı izotopların kullanılması olan izotopik etiketlemedir. Genellikle belirli bir elementin atomları birbirinden ayırt edilemez. Bununla birlikte, farklı kütlelerin izotopları kullanılarak, radyoaktif olmayan farklı kararlı izotoplar bile kütle spektrometrisi veya kızılötesi spektroskopi kullanılarak ayırt edilebilir. Örneğin, "Hücre Kültüründe Amino Asitlerin Stabil İzotop Etiketlenmesi"nde (SILAC), proteinleri ölçmek için stabil izotoplar kullanılır. Radyoaktif izotoplar kullanılıyorsa, yaydıkları radyasyonla tespit edilebilirler (buna radyoizotop işaretlemesi denir).
İzotoplar, bilinen miktarlarda izotopik olarak ikame edilmiş bileşiklerin numunelerle karıştırıldığı ve elde edilen karışımların izotopik özelliklerinin kütle spektrometrisi kullanılarak belirlendiği izotopik seyreltme yöntemi kullanılarak çeşitli elementlerin veya maddelerin konsantrasyonunu belirlemek için yaygın olarak kullanılır.

Nükleer özellikleri kullanma

Radyoizotop etiketlemeye benzer bir yöntem radyometrik tarihlemedir: kararsız bir elementin bilinen yarı ömrü kullanılarak, bilinen bir izotop konsantrasyonunun varlığından bu yana geçen süre hesaplanabilir. En yaygın olarak bilinen örnek, karbonlu malzemelerin yaşını belirlemek için kullanılan radyokarbon tarihlemedir.
Spektroskopinin bazı biçimleri, hem radyoaktif hem de kararlı olan belirli izotopların benzersiz nükleer özelliklerine dayanır. Örneğin, nükleer manyetik rezonans (NMR) spektroskopisi yalnızca sıfır olmayan nükleer spinli izotoplar için kullanılabilir. NMR spektroskopisinde kullanılan en yaygın izotoplar 1 H, 2 D, 15 N, 13 C ve 31 P'dir.
Mössbauer spektroskopisi ayrıca 57 Fe gibi spesifik izotopların nükleer geçişlerine de dayanır.

Muhtemelen, dünyada izotopları duymamış böyle bir insan yoktur. Ama herkes ne olduğunu bilmiyor. "Radyoaktif izotoplar" ifadesi kulağa özellikle korkutucu geliyor. Bu belirsiz kimyasal elementler insanlığı korkutuyor, ancak aslında ilk bakışta göründüğü kadar korkutucu değiller.

Tanım

Radyoaktif element kavramını anlamak için öncelikle izotopların aynı kimyasal elementin farklı kütlelere sahip örnekleri olduğunu söylemek gerekir. Bunun anlamı ne? İlk önce atomun yapısını hatırlarsak sorular ortadan kalkacaktır. Elektronlar, protonlar ve nötronlardan oluşur. Bir atomun çekirdeğindeki ilk iki temel parçacığın sayısı her zaman sabitken, aynı maddede kendi kütlesine sahip nötronlar farklı miktarlarda bulunabilir. Bu durum, farklı fiziksel özelliklere sahip çeşitli kimyasal elementlere yol açar.

Şimdi incelenen kavramın bilimsel bir tanımını verebiliriz. Bu nedenle, izotoplar, özelliklere benzer, ancak farklı kütlelere ve fiziksel özelliklere sahip kümülatif bir kimyasal element kümesidir. Daha modern terminolojiye göre, kimyasal bir elementin nükleotitlerinin galaksisi olarak adlandırılırlar.

biraz tarih

Geçen yüzyılın başında, bilim adamları, farklı koşullar altında aynı kimyasal bileşiğin farklı elektron çekirdeği kütlelerine sahip olabileceğini keşfettiler. Tamamen teorik bir bakış açısından, bu tür elementler yeni olarak kabul edilebilir ve D. Mendeleev'in periyodik tablosundaki boş hücreleri doldurmaya başlayabilirler. Ancak içinde sadece dokuz serbest hücre var ve bilim adamları düzinelerce yeni element keşfetti. Ek olarak, matematiksel hesaplamalar, keşfedilen bileşiklerin daha önce bilinmeyen olarak kabul edilemeyeceğini gösterdi, çünkü kimyasal özellikleri mevcut olanların özelliklerine tam olarak karşılık geldi.

Uzun tartışmalardan sonra, bu elementleri izotop olarak adlandırmaya ve çekirdekleri aynı sayıda elektron içerenlerle aynı hücreye yerleştirmeye karar verildi. Bilim adamları, izotopların sadece kimyasal elementlerin bazı varyasyonları olduğunu belirleyebildiler. Bununla birlikte, oluşumlarının nedenleri ve yaşam süreleri neredeyse bir yüzyıl boyunca incelenmiştir. 21. yüzyılın başında bile, insanlığın izotoplar hakkında kesinlikle her şeyi bildiğini iddia etmek imkansızdır.

Kalıcı ve kalıcı olmayan varyasyonlar

Her kimyasal elementin birkaç izotopu vardır. Çekirdeklerinde serbest nötronlar bulunduğundan, atomun geri kalanıyla her zaman kararlı bağlara girmezler. Bir süre sonra, kütlesini ve fiziksel özelliklerini değiştiren serbest parçacıklar çekirdeği terk eder. Bu şekilde diğer izotoplar oluşur, bu da sonunda eşit sayıda proton, nötron ve elektrona sahip bir maddenin oluşumuna yol açar.

Çok hızlı bozunan maddelere radyoaktif izotoplar denir. Uzaya çok sayıda nötron salarak, canlı organizmaları olumsuz yönde etkileyen güçlü nüfuz etme kabiliyeti ile bilinen güçlü iyonlaştırıcı gama radyasyonu oluştururlar.

Daha kararlı izotoplar radyoaktif değildir, çünkü serbest bıraktıkları serbest nötronların sayısı radyasyon üretemez ve diğer atomları önemli ölçüde etkiler.

Oldukça uzun zaman önce, bilim adamları önemli bir model oluşturdular: her kimyasal elementin kalıcı veya radyoaktif kendi izotopları vardır. İlginçtir ki, birçoğu laboratuvarda elde edilmiştir ve doğal formlarındaki varlıkları küçüktür ve her zaman aletlerle kaydedilmez.

Doğada dağılım

Doğal koşullar altında, çoğu zaman, izotop kütlesi, D. Mendeleev tablosundaki sıra numarasıyla doğrudan belirlenen maddeler vardır. Örneğin, H sembolü ile gösterilen hidrojenin seri numarası 1'dir ve kütlesi bire eşittir. 2H ve 3H izotopları doğada oldukça nadirdir.

İnsan vücudunda bile belirli miktarda radyoaktif izotop vardır. Karbon izotopları şeklinde yiyeceklerden içeri girerler, bu da bitkiler tarafından topraktan veya havadan emilir ve fotosentez sırasında organik maddenin bileşimine geçer. Bu nedenle, hem insanlar, hem hayvanlar hem de bitkiler belirli bir radyasyon arka planı yayar. Sadece o kadar düşüktür ki normal işleyiş ve büyümeye müdahale etmez.

İzotop oluşumuna katkıda bulunan kaynaklar, dünyanın çekirdeğinin iç katmanları ve uzaydan gelen radyasyondur.

Bildiğiniz gibi, gezegendeki sıcaklık büyük ölçüde sıcak çekirdeğine bağlıdır. Ancak son zamanlarda, bu ısının kaynağının, radyoaktif izotopların katıldığı karmaşık bir termonükleer reaksiyon olduğu anlaşıldı.

izotop bozunması

İzotoplar kararsız oluşumlar olduğundan, zamanla her zaman daha kalıcı kimyasal element çekirdeklerine bozundukları varsayılabilir. Bu ifade doğrudur, çünkü bilim adamları doğada çok büyük miktarda radyoaktif izotop tespit edemediler. Ve laboratuvarlarda çıkarılanların çoğu birkaç dakikadan birkaç güne kadar sürdü ve sonra sıradan kimyasal elementlere dönüştü.

Ancak doğada çürümeye karşı çok dirençli izotoplar da vardır. Milyarlarca yıl boyunca var olabilirler. Bu tür elementler, dünyanın henüz oluşmaya başladığı o uzak zamanlarda oluşmuştu ve yüzeyinde katı bir kabuk bile yoktu.

Radyoaktif izotoplar bozunur ve çok hızlı bir şekilde yeniden oluşur. Bu nedenle, izotopun stabilitesinin değerlendirilmesini kolaylaştırmak için bilim adamları, yarı ömür kategorisini dikkate almaya karar verdiler.

Yarım hayat

Bu kavramın ne anlama geldiğini tüm okuyucular hemen anlamayabilir. Hadi tanımlayalım. Bir izotopun yarı ömrü, alınan maddenin şartlı yarısının sona erdiği süredir.

Bu, bağlantının geri kalanının aynı sürede yok olacağı anlamına gelmez. Bu yarı ile ilgili olarak, farklı bir kategoriyi dikkate almak gerekir - ikinci kısmının, yani maddenin orijinal miktarının dörtte birinin kaybolacağı süre. Ve bu düşünce sonsuza kadar devam ediyor. Bu süreç pratikte sonsuz olduğu için, başlangıçtaki maddenin tam bozunma zamanını hesaplamanın imkansız olduğu varsayılabilir.

Ancak yarı ömrü bilen bilim adamları, başlangıçta maddenin ne kadarının var olduğunu belirleyebilirler. Bu veriler ilgili bilimlerde başarıyla kullanılmaktadır.

Modern bilim dünyasında, tam çürüme kavramı pratikte kullanılmamaktadır. Her izotop için, birkaç saniyeden milyarlarca yıla kadar değişen yarı ömrünü belirtmek gelenekseldir. Yarı ömür ne kadar düşükse, maddeden o kadar fazla radyasyon gelir ve radyoaktivitesi o kadar yüksek olur.

Minerallerin zenginleştirilmesi

Bazı bilim ve teknoloji dallarında, nispeten büyük miktarda radyoaktif madde kullanımı zorunlu kabul edilir. Ancak aynı zamanda, doğal koşullarda, bu tür çok az bileşik vardır.

İzotopların, kimyasal elementlerin nadir görülen varyantları olduğu bilinmektedir. Sayıları, en dayanıklı çeşidin yüzde birkaçı ile ölçülür. Bu nedenle bilim adamlarının fosil malzemeleri yapay olarak zenginleştirmeleri gerekiyor.

Yıllarca süren araştırmalar sonucunda, bir izotopun bozunmasına bir zincirleme reaksiyonun eşlik ettiğini bulmak mümkün oldu. Bir maddenin salınan nötronları diğerini etkilemeye başlar. Bunun sonucunda ağır çekirdekler daha hafif olanlara parçalanır ve yeni kimyasal elementler elde edilir.

Bu fenomene zincirleme reaksiyon denir, bunun sonucunda daha kararlı, ancak daha sonra ulusal ekonomide kullanılan daha az yaygın izotoplar elde edilebilir.

Bozunma enerjisinin uygulanması

Bilim adamları ayrıca radyoaktif bir izotopun bozunması sırasında çok miktarda serbest enerjinin salındığını buldular. Miktarı genellikle 1 g radon-222'nin 1 saniyede fisyon süresine eşit olan Curie birimi ile ölçülür. Bu gösterge ne kadar yüksek olursa, o kadar fazla enerji açığa çıkar.

Serbest enerjiyi kullanma yollarının geliştirilmesinin nedeni buydu. Radyoaktif bir izotopun yerleştirildiği nükleer reaktörler bu şekilde ortaya çıktı. Yaydığı enerjinin çoğu toplanarak elektriğe dönüştürülür. Bu reaktörlere dayanarak, en ucuz elektriği sağlayan nükleer santraller oluşturulur. Bu tür reaktörlerin azaltılmış versiyonları kendinden tahrikli mekanizmalara konur. Kaza tehlikesi göz önüne alındığında, çoğu zaman bu tür makineler denizaltıdır. Bir reaktör arızası durumunda, denizaltıdaki kurbanların sayısını en aza indirmek daha kolay olacaktır.

Yarı ömür enerjisini kullanmak için çok korkutucu bir başka seçenek de atom bombalarıdır. Dünya Savaşı sırasında, Japonya'nın Hiroşima ve Nagazaki şehirlerinde insanlık üzerinde test edildiler. Sonuçlar çok üzücüydü. Bu nedenle, dünya bu tehlikeli silahların kullanılmaması konusunda bir anlaşmaya sahiptir. Aynı zamanda, militarizasyona odaklanan büyük devletler bugün bu endüstride araştırmalarını sürdürüyor. Ayrıca birçoğu, dünya kamuoyundan gizlice Japonya'da kullanılanlardan binlerce kat daha tehlikeli atom bombaları yapıyor.

Tıpta izotoplar

Barışçıl amaçlar için, radyoaktif izotopların çürümesini tıpta kullanmayı öğrenmiştir. Radyasyonu vücudun etkilenen bölgesine yönlendirerek hastalığın seyrini durdurmak veya hastanın tamamen iyileşmesine yardımcı olmak mümkündür.

Ancak daha sıklıkla teşhis için radyoaktif izotoplar kullanılır. Mesele şu ki, hareketlerini ve kümenin yapısını, ürettikleri radyasyonla düzeltmenin en kolay yolu. Böylece, insan vücuduna tehlikeli olmayan belirli bir miktarda radyoaktif madde verilir ve doktorlar, bunun nasıl ve nereden geldiğini gözlemlemek için aletler kullanır.

Böylece beynin çalışmasının teşhisi, kanserli tümörlerin doğası, endokrin ve dış salgı bezlerinin çalışmalarının özellikleri gerçekleştirilir.

Arkeolojide uygulama

Canlı organizmalarda her zaman izotopunun 5570 yıl olduğu yarı ömrü olan radyoaktif karbon-14 olduğu bilinmektedir. Ayrıca bilim adamları, ölüm anına kadar bu elementin vücutta ne kadar bulunduğunu biliyorlar. Bu, kesilen tüm ağaçların aynı miktarda radyasyon yaydığı anlamına gelir. Zamanla, radyasyonun yoğunluğu azalır.

Bu, arkeologların kadırga veya başka bir geminin inşa edildiği ağacın ne kadar zaman önce öldüğünü ve dolayısıyla inşaat zamanını belirlemesine yardımcı olur. Bu araştırma yöntemine radyoaktif karbon analizi denir. Onun sayesinde bilim adamlarının tarihi olayların kronolojisini oluşturması daha kolay.

Radyoaktivite olgusunu inceleyen bilim adamları, XX yüzyılın ilk on yılında. çok sayıda radyoaktif madde keşfetti - yaklaşık 40. Bizmut ve uranyum arasındaki aralıktaki periyodik element tablosundaki serbest yerlerden önemli ölçüde daha fazlası vardı. Bu maddelerin doğası tartışmalı olmuştur. Bazı araştırmacılar onları bağımsız kimyasal elementler olarak gördüler, ancak bu durumda periyodik tabloya yerleştirilmeleri sorunu çözülemez hale geldi. Diğerleri genellikle onları klasik anlamda element olarak adlandırma hakkını reddetti. 1902'de İngiliz fizikçi D. Martin bu tür maddelere radyo elementleri adını verdi. Çalışıldıkça, bazı radyo elementlerin tamamen aynı kimyasal özelliklere sahip olduğu, ancak atomik kütlelerde farklılık gösterdiği ortaya çıktı. Bu durum, periyodik kanunun ana hükümleriyle çelişiyordu. İngiliz bilim adamı F. Soddy çelişkiyi çözdü. 1913'te kimyasal olarak benzer radyo elementleri izotopları (Yunanca "aynı" ve "yer" anlamına gelen kelimelerden), yani periyodik sistemde aynı yeri işgal etti. Radyo elementlerin, doğal radyoaktif elementlerin izotopları olduğu ortaya çıktı. Hepsi, ataları toryum ve uranyum izotopları olan üç radyoaktif ailede birleştirilir.

Oksijen izotopları. Potasyum ve argonun izobarları (izobarlar, aynı kütle numarasına sahip farklı elementlerin atomlarıdır).

Çift ve tek elementler için kararlı izotop sayısı.

Kısa süre sonra diğer kararlı kimyasal elementlerin de izotopları olduğu anlaşıldı. Keşiflerindeki ana değer, İngiliz fizikçi F. Aston'a aittir. Birçok elementte kararlı izotoplar keşfetti.

Modern bir bakış açısına göre izotoplar, kimyasal bir elementin atom çeşitleridir: farklı atom kütlelerine, ancak aynı nükleer yüke sahiptirler.

Böylece çekirdekleri aynı sayıda proton içerir, ancak farklı sayıda nötron içerir. Örneğin, Z = 8 olan doğal oksijen izotoplarının çekirdeklerinde sırasıyla 8, 9 ve 10 nötron bulunur. Bir izotopun çekirdeğindeki proton ve nötron sayılarının toplamına kütle numarası A denir. Bu nedenle, belirtilen oksijen izotoplarının kütle numaraları 16, 17 ve 18'dir. İzotopların aşağıdaki gösterimi artık kabul edilmektedir: Z değer eleman sembolünün sol alt tarafında verilir, A değeri sol üstte verilir.Örneğin: 16 8 O, 17 8 O, 18 8 O.

Yapay radyoaktivite olgusunun keşfedilmesinden sonra, 1'den 110'a kadar olan elementler için nükleer reaksiyonlar kullanılarak yaklaşık 1800 yapay radyoaktif izotop elde edildi. Yapay radyoizotopların büyük çoğunluğunun, saniyeler ve saniyelerin kesirleri ile ölçülen çok kısa yarı ömürleri vardır; sadece birkaçının nispeten uzun bir ömrü vardır (örneğin, 10 Be - 2.7 106 yıl, 26 Al - 8 105 yıl, vb.).

Doğada yaklaşık 280 izotopla kararlı elementler bulunur. Bununla birlikte, bazılarının büyük yarı ömürleri olan hafif radyoaktif olduğu ortaya çıktı (örneğin, 40 K, 87 Rb, 138 La, l47 Sm, 176 Lu, 187 Re). Bu izotopların ömrü o kadar uzundur ki, kararlı olarak kabul edilebilirler.

Kararlı izotoplar dünyasında hala birçok sorun var. Bu nedenle, farklı elementlerdeki sayılarının neden bu kadar değiştiği açık değildir. Kararlı elementlerin yaklaşık %25'i (Be, F, Na, Al, P, Sc, Mn, Co, As, Y, Nb, Rh, I, Cs, Pt, Tb, Ho, Tu, Ta, Au) içinde bulunur. doğa tek tür atomdur. Bunlar sözde tek elementlerdir. İlginçtir ki, hepsinin (Be hariç) tek Z değerleri vardır.Genel olarak, tek elementler için kararlı izotop sayısı ikiyi geçmez. Aksine, Z bile içeren bazı elementler çok sayıda izotoptan oluşur (örneğin, Xe'nin 9, Sn - 10 kararlı izotopu vardır).

Belirli bir elementin kararlı izotopları kümesine galaksi denir. Galaksideki içerikleri genellikle büyük ölçüde dalgalanır. Bu kuralın istisnaları olmasına rağmen, kütle numaraları dördün katları (12 C, 16 O, 20 Ca, vb.) olan izotopların bolluğunun en yüksek olduğunu belirtmek ilginçtir.

Kararlı izotopların keşfi, atom kütlelerinin uzun vadeli gizemini çözmeyi mümkün kıldı - galaksideki elementlerin kararlı izotoplarının farklı yüzdeleri nedeniyle tam sayılardan sapmaları.

Nükleer fizikte "izobar" kavramı bilinmektedir. İzobarlar, aynı kütle numaralarına sahip farklı elementlerin (yani, farklı Z değerlerine sahip) izotopları olarak adlandırılır. İzobarların incelenmesi, atom çekirdeğinin davranış ve özelliklerinde birçok önemli düzenliliğin kurulmasına katkıda bulundu. Bu düzenliliklerden biri, Sovyet kimyager S. A. Shchukarev ve Yemenli fizikçi I. Mattauch tarafından formüle edilen kuralla ifade edilir. Diyor ki: iki izobar Z değerlerinde 1 kadar farklılık gösteriyorsa, bunlardan biri mutlaka radyoaktif olacaktır. Bir çift izobarın klasik bir örneği 40 18 Ar - 40 19 K'dir. İçinde potasyum izotopu radyoaktiftir. Shchukarev-Mattauch kuralı, teknetyum (Z = 43) ve prometyum (Z = 61) elementlerinin neden kararlı izotopları olmadığını açıklamayı mümkün kıldı. Tek Z değerlerine sahip oldukları için ikiden fazla kararlı izotopları onlar için beklenemezdi. Ancak, sırasıyla teknetyum ve prometyum izobarlarının, molibden (Z = 42) ve rutenyum (Z = 44), neodim (Z = 60) ve samaryum (Z = 62) izotoplarının doğada temsil edildiği ortaya çıktı. geniş bir kütle numarası aralığında kararlı atom çeşitleri. Bu nedenle, fiziksel yasalar, teknesyum ve prometyumun kararlı izotoplarının varlığını yasaklar. Bu nedenle bu elementler aslında doğada yoktur ve yapay olarak sentezlenmeleri gerekiyordu.

Bilim adamları uzun zamandır periyodik bir izotop sistemi geliştirmeye çalışıyorlar. Tabii ki, periyodik elementler sisteminin temelinden başka ilkelere dayanmaktadır. Ancak bu girişimler henüz tatmin edici sonuçlara yol açmamıştır. Doğru, fizikçiler atom çekirdeğindeki proton ve nötron kabuklarını doldurma sırasının prensipte atomlardaki elektron kabuklarının ve alt kabuklarının yapısına benzer olduğunu kanıtladılar (bkz. Atom).

Belirli bir elementin izotoplarının elektron kabukları tamamen aynı şekilde oluşturulur. Bu nedenle kimyasal ve fiziksel özellikleri hemen hemen aynıdır. Yalnızca hidrojen izotopları (protium ve döteryum) ve bunların bileşikleri, özelliklerde gözle görülür farklılıklar gösterir. Örneğin ağır su (D 2 O) +3.8'de donar, 101.4 °C'de kaynar, 1.1059 g/cm3 yoğunluğa sahiptir, hayvan ve bitki organizmalarının yaşamını desteklemez. Suyun hidrojen ve oksijene elektrolizi sırasında, H2 0 molekülleri ağırlıklı olarak ayrışır, ağır su molekülleri ise elektrolizörde kalır.

Diğer elementlerin izotoplarının ayrılması son derece zor bir iştir. Bununla birlikte, birçok durumda, doğal bolluğa kıyasla önemli ölçüde değişen içeriğe sahip bireysel elementlerin izotoplarına ihtiyaç vardır. Örneğin, atom enerjisi problemini çözerken, 235 U ve 238 U izotoplarını ayırmak gerekli hale geldi. Bu amaçla, ilk önce ilk kilogram uranyum-235'in elde edildiği kütle spektrometrisi yöntemi uygulandı. 1944'te ABD'de. Ancak, bu yöntemin çok pahalı olduğu ortaya çıktı ve yerini UF6 kullanan gazlı difüzyon yöntemi aldı. Şimdi izotopları ayırmak için birkaç yöntem var, ancak bunların hepsi oldukça karmaşık ve pahalı. Bununla birlikte, “ayrılmaz olanın ayrılması” sorunu başarıyla çözülmektedir.

Yeni bir bilimsel disiplin ortaya çıktı - izotopların kimyası. Kimyasal elementlerin çeşitli izotoplarının kimyasal reaksiyonlardaki ve izotop değişim süreçlerindeki davranışlarını inceler. Bu işlemlerin bir sonucu olarak, belirli bir elementin izotopları, reaksiyona giren maddeler arasında yeniden dağıtılır. İşte en basit örnek: H 2 0 + HD = HD0 + H 2 (bir su molekülü, bir döteryum atomu için bir protium atomunu değiştirir). İzotopların jeokimyası da gelişmektedir. Yerkabuğundaki çeşitli elementlerin izotopik bileşimindeki dalgalanmaları araştırır.

Sözde etiketli atomlar, kararlı elementlerin yapay radyoaktif izotopları veya kararlı izotoplar, en geniş uygulamayı bulur. İzotop göstergelerinin yardımıyla - etiketli atomlar - elementlerin cansız ve canlı doğadaki hareket yollarını, maddelerin ve elementlerin çeşitli nesnelerdeki dağılımının doğasını incelerler. İzotoplar nükleer teknolojide kullanılır: nükleer reaktörlerin yapımında malzeme olarak; nükleer yakıt olarak (toryum, uranyum, plütonyum izotopları); termonükleer füzyonda (döteryum, 6 Li, 3 He). Radyoaktif izotoplar da radyasyon kaynağı olarak yaygın olarak kullanılmaktadır.

izotoplar nelerdir

izotoplar Bir kimyasal elementin bir tür atomu. Herhangi bir atomda her zaman eşit sayıda elektron ve proton vardır. Zıt yüklere sahip oldukları için (elektronlar negatif ve protonlar pozitiftir), atom her zaman nötrdür (bu temel parçacık yük taşımaz, sıfıra eşittir). Bir elektron kaybolduğunda veya yakalandığında, atom nötrlüğünü kaybederek negatif veya pozitif iyon olur.
Nötronların yükü yoktur, ancak aynı elementin atom çekirdeğindeki sayıları farklı olabilir. Bu, atomun nötrlüğünü etkilemez, ancak kütlesini ve özelliklerini etkiler. Örneğin, bir hidrojen atomunun her izotopunun her birinde bir elektron ve bir proton bulunur. Ve nötron sayısı farklıdır. Protium'un sadece 1 nötronu, döteryumun 2 nötronu ve trityumun 3 nötronu vardır. Bu üç izotop, özelliklerde birbirinden belirgin şekilde farklıdır.

izotopların karşılaştırılması

İzotoplar nasıl farklıdır? Farklı sayıda nötron, farklı kütle ve farklı özelliklere sahiptirler. İzotoplar aynı elektron kabuğu yapısına sahiptir. Bu, kimyasal özelliklerde oldukça benzer oldukları anlamına gelir. Bu nedenle, periyodik sistemde bir yere atanırlar.
Doğada kararlı ve radyoaktif (kararsız) izotoplar bulunmuştur. Radyoaktif izotopların atomlarının çekirdekleri, kendiliğinden başka çekirdeklere dönüşebilir. Radyoaktif bozunma sürecinde çeşitli parçacıklar yayarlar.
Çoğu elementin iki düzineden fazla radyoaktif izotopu vardır. Ek olarak, radyoaktif izotoplar kesinlikle tüm elementler için yapay olarak sentezlenir. Doğal bir izotop karışımında içerikleri hafifçe dalgalanır.
İzotopların varlığı, bazı durumlarda, daha düşük atom kütlesine sahip elementlerin, daha büyük atom kütlesine sahip elementlerden neden daha yüksek bir seri numarasına sahip olduğunu anlamayı mümkün kıldı. Örneğin, bir argon-potasyum çiftinde argon, ağır izotopları, potasyum ise hafif izotopları içerir. Bu nedenle, argonun kütlesi potasyumdan daha büyüktür.

TheDifference.ru, birbirinden izotoplar arasındaki farkın aşağıdaki gibi olduğunu belirledi:

Farklı sayıda nötronları vardır.
İzotopların farklı atom kütleleri vardır.
İyonların atom kütlelerinin değeri, toplam enerjilerini ve özelliklerini etkiler.