Установено е, че всеки химичен елемент, намиращ се в природата, е смес от изотопи (следователно те имат частична атомна маса). За да разберете как изотопите се различават един от друг, е необходимо да разгледаме подробно структурата на атома. Атомът образува ядро ​​и електронен облак. Масата на атома се влияе от електрони, движещи се със зашеметяващи скорости през орбитали в електронния облак, неутрони и протони, които изграждат ядрото.

Определение

Изотопие вид атом на химичен елемент. Във всеки атом винаги има еднакъв брой електрони и протони. Тъй като имат противоположни заряди (електроните са отрицателни, а протоните са положителни), атомът винаги е неутрален (тази елементарна частица не носи заряд, тя е нула). Когато един електрон се загуби или улови, атомът губи неутралност, превръщайки се в отрицателен или положителен йон.

Неутроните нямат заряд, но броят им в атомното ядро ​​на един и същи елемент може да варира. Това по никакъв начин не влияе на неутралността на атома, но влияе на масата и свойствата му. Например, всеки изотоп на водороден атом съдържа един електрон и един протон. Но броят на неутроните е различен. Протият има само 1 неутрон, деутерият има 2 неутрона, а тритият има 3 неутрона. Тези три изотопа се различават значително по своите свойства.

Сравнение

Те имат различен брой неутрони, различни маси и различни свойства. Изотопите имат идентични структури на електронни обвивки. Това означава, че те са доста сходни по химични свойства. Поради това им е дадено едно място в периодичната таблица.

В природата са открити стабилни и радиоактивни (нестабилни) изотопи. Ядрата на атомите на радиоактивните изотопи са способни спонтанно да се трансформират в други ядра. По време на процеса на радиоактивен разпад те отделят различни частици.

Повечето елементи имат над две дузини радиоактивни изотопи. В допълнение, радиоактивните изотопи са изкуствено синтезирани за абсолютно всички елементи. В естествена смес от изотопи тяхното съдържание варира леко.

Съществуването на изотопи направи възможно да се разбере защо в някои случаи елементите с по-ниска атомна маса имат по-висок атомен номер от елементите с по-висока атомна маса. Например в двойката аргон-калий аргонът включва тежки изотопи, а калият съдържа леки изотопи. Следователно масата на аргона е по-голяма от тази на калия.

Уеб сайт за заключения

1. Те имат различен брой неутрони.
2. Изотопите имат различни атомни маси.
3. Стойността на масата на йонните атоми влияе върху тяхната обща енергия и свойства.

Вероятно няма човек на земята, който да не е чувал за изотопи. Но не всеки знае какво е това. Изразът „радиоактивни изотопи” звучи особено плашещо. Тези странни химични елементи ужасяват човечеството, но всъщност не са толкова страшни, колкото изглеждат на пръв поглед.

Определение

За да разберем понятието радиоактивни елементи, е необходимо първо да кажем, че изотопите са проби от един и същ химичен елемент, но с различни маси. Какво означава? Въпросите ще изчезнат, ако първо си спомним структурата на атома. Състои се от електрони, протони и неутрони. Броят на първите две елементарни частици в ядрото на атома винаги е постоянен, докато неутроните, които имат собствена маса, могат да се срещат в едно и също вещество в различни количества. Това обстоятелство поражда различни химични елементи с различни физични свойства.

Сега можем да дадем научно определение на изследваното понятие. И така, изотопите са сборен набор от химични елементи, които са сходни по свойства, но имат различни маси и физични свойства. Според по-съвременната терминология те се наричат ​​галактика от нуклеотиди на химичен елемент.

Малко история

В началото на миналия век учените откриха, че едно и също химично съединение при различни условия може да има различна маса на електронните ядра. От чисто теоретична гледна точка такива елементи могат да се считат за нови и те могат да започнат да запълват празните клетки в периодичната таблица на Д. Менделеев. Но в него има само девет свободни клетки, а учените откриха десетки нови елементи. Освен това математическите изчисления показаха, че откритите съединения не могат да се считат за неизвестни досега, тъй като техните химични свойства напълно съответстват на характеристиките на съществуващите.

След дълги дискусии беше решено тези елементи да се нарекат изотопи и да се поставят в същата кутия като тези, чиито ядра съдържат същия брой електрони. Учените са успели да установят, че изотопите са само някои вариации на химични елементи. Въпреки това, причините за тяхното възникване и продължителността на живота са изследвани почти век. Дори в началото на 21 век е невъзможно да се каже, че човечеството знае абсолютно всичко за изотопите.

Устойчиви и нестабилни вариации

Всеки химичен елемент има няколко изотопа. Поради факта, че в техните ядра има свободни неутрони, те не винаги влизат в стабилни връзки с останалата част от атома. След известно време свободните частици напускат ядрото, което променя неговата маса и физични свойства. По този начин се образуват други изотопи, което в крайна сметка води до образуването на вещество с равен брой протони, неутрони и електрони.

Тези вещества, които се разпадат много бързо, се наричат ​​радиоактивни изотопи. Те освобождават голям брой неутрони в космоса, образувайки мощно йонизиращо гама лъчение, известно със силната си проникваща способност, което влияе негативно на живите организми.

По-стабилните изотопи не са радиоактивни, тъй като броят на свободните неутрони, освободени от тях, не е в състояние да генерира радиация и да повлияе значително на други атоми.

Преди доста време учените установиха един важен модел: всеки химичен елемент има свои собствени изотопи, устойчиви или радиоактивни. Интересното е, че много от тях са получени в лабораторни условия, а присъствието им в естествен вид е малко и не винаги се отчита с уреди.

Разпространение в природата

В естествени условия най-често се срещат вещества, чиято изотопна маса се определя пряко от неговия пореден номер в таблицата на Д. Менделеев. Например водородът, обозначен със символа H, има атомен номер 1 и масата му е равна на единица. Неговите изотопи, 2H и 3H, са изключително редки в природата.

Дори човешкото тяло има някои радиоактивни изотопи. Те влизат чрез храната под формата на въглеродни изотопи, които от своя страна се абсорбират от растенията от почвата или въздуха и стават част от органичната материя по време на процеса на фотосинтеза. Следователно хората, животните и растенията излъчват определен радиационен фон. Само че е толкова ниско, че не пречи на нормалното функциониране и растеж.

Източниците, които допринасят за образуването на изотопи, са вътрешните слоеве на земното ядро ​​и радиацията от космоса.

Както знаете, температурата на една планета до голяма степен зависи от нейното горещо ядро. Но съвсем наскоро стана ясно, че източникът на тази топлина е сложна термоядрена реакция, в която участват радиоактивни изотопи.

Изотопно разпадане

Тъй като изотопите са нестабилни образувания, може да се предположи, че с течение на времето те винаги се разпадат на по-постоянни ядра на химични елементи. Това твърдение е вярно, защото учените не са успели да открият огромни количества радиоактивни изотопи в природата. И повечето от тези, които са били извлечени в лаборатории, са продължили от няколко минути до няколко дни, след което са се превърнали обратно в обикновени химически елементи.

Но в природата има и изотопи, които се оказват много устойчиви на разпад. Те могат да съществуват милиарди години. Такива елементи са се образували в онези далечни времена, когато земята все още се е образувала и на повърхността й дори не е имало твърда кора.

Радиоактивните изотопи се разпадат и образуват отново много бързо. Ето защо, за да се улесни оценката на стабилността на изотопа, учените решиха да разгледат категорията на неговия полуживот.

Половин живот

Може да не е веднага ясно за всички читатели какво се разбира под това понятие. Нека го дефинираме. Времето на полуразпад на изотоп е времето, през което конвенционалната половина от взетото вещество ще престане да съществува.

Това не означава, че останалата част от връзката ще бъде унищожена за същия период от време. Във връзка с тази половина е необходимо да се вземе предвид друга категория - периодът от време, през който втората му част, тоест една четвърт от първоначалното количество вещество, ще изчезне. И това разглеждане продължава до безкрайност. Може да се предположи, че е просто невъзможно да се изчисли времето за пълно разпадане на първоначалното количество вещество, тъй като този процес е практически безкраен.

Учените обаче, знаейки времето на полуразпад, могат да определят колко от веществото е съществувало в началото. Тези данни се използват успешно в сродните науки.

В съвременния научен свят концепцията за пълно разпадане практически не се използва. За всеки изотоп е обичайно да се посочва неговият полуживот, който варира от няколко секунди до много милиарди години. Колкото по-нисък е полуживотът, толкова повече радиация идва от веществото и толкова по-висока е неговата радиоактивност.

Обогатяване на изкопаеми

В някои отрасли на науката и технологиите използването на относително големи количества радиоактивни вещества се счита за задължително. В естествени условия обаче има много малко такива съединения.

Известно е, че изотопите са необичайни варианти на химичните елементи. Техният брой се измерва в няколко процента от най-устойчивия сорт. Ето защо учените трябва изкуствено да обогатят изкопаемите материали.

През годините на изследвания научихме, че разпадането на изотоп е придружено от верижна реакция. Освободените неутрони от едно вещество започват да влияят на друго. В резултат на това тежките ядра се разпадат на по-леки и се получават нови химични елементи.

Това явление се нарича верижна реакция, в резултат на което могат да се получат по-стабилни, но по-рядко срещани изотопи, които впоследствие се използват в националната икономика.

Приложение на енергията на разпад

Учените също установиха, че по време на разпадането на радиоактивен изотоп се освобождава огромно количество свободна енергия. Количеството му обикновено се измерва с единицата Кюри, равна на времето на делене на 1 g радон-222 за 1 секунда. Колкото по-висок е този показател, толкова повече енергия се отделя.

Това стана причина за разработването на начини за използване на безплатна енергия. Така се появиха ядрени реактори, в които се поставя радиоактивен изотоп. По-голямата част от освободената от него енергия се събира и преобразува в електричество. На базата на тези реактори се създават атомни електроцентрали, които осигуряват най-евтината електроенергия. По-малки версии на такива реактори са инсталирани на самоходни механизми. Предвид опасността от аварии най-често като такива превозни средства се използват подводници. В случай на повреда на реактора броят на жертвите на подводницата ще бъде по-лесен за минимизиране.

Друго много страшно използване на енергията от полуразпад са атомните бомби. По време на Втората световна война те са тествани върху хора в японските градове Хирошима и Нагасаки. Последствията бяха много тъжни. Следователно в света има споразумение за неизползване на тези опасни оръжия. В същото време големи държави с фокус върху милитаризацията продължават изследванията в тази област днес. Освен това много от тях, тайно от световната общност, произвеждат атомни бомби, които са хиляди пъти по-опасни от използваните в Япония.

Изотопи в медицината

За мирни цели те са се научили да използват разпадането на радиоактивни изотопи в медицината. Чрез насочване на радиацията към засегнатата област на тялото е възможно да се спре хода на заболяването или да се помогне на пациента да се възстанови напълно.

Но по-често за диагностика се използват радиоактивни изотопи. Работата е там, че тяхното движение и естеството на клъстера се определят най-лесно от излъчването, което произвеждат. Така в човешкото тяло се инжектира определено неопасно количество радиоактивно вещество и лекарите с инструменти наблюдават как и къде то попада.

По този начин те диагностицират функционирането на мозъка, естеството на раковите тумори и особеностите на функционирането на жлезите с вътрешна и екзокринна секреция.

Приложение в археологията

Известно е, че живите организми винаги съдържат радиоактивен въглерод-14, чийто период на полуразпад е 5570 години. Освен това учените знаят колко от този елемент се съдържа в тялото до момента на смъртта. Това означава, че всички отсечени дървета излъчват еднакво количество радиация. С течение на времето интензивността на радиацията намалява.

Това помага на археолозите да определят преди колко време е умряла дървесината, от която е построена галерата или друг кораб, и следователно времето на самото изграждане. Този метод на изследване се нарича анализ на радиоактивен въглерод. Благодарение на него за учените е по-лесно да установят хронологията на историческите събития.

Определен елемент, който има същото, но различно. Те имат ядра с еднакъв брой и разнообразие. число, имат еднаква структура на електронни обвивки и заемат едно и също място в периодичността. химическа система елементи. Терминът "изотопи" е предложен през 1910 г. от Ф. Соди за обозначаване на химически неразличими разновидности, които се различават по своите физични свойства. (предимно радиоактивни) Светци. Стабилните изотопи са открити за първи път през 1913 г. от J. Thomson, използвайки т.нар. методът на параболите - първообразът на съвременния. . Той откри, че Ne има поне 2 разновидности с тегл. части 20 и 22. Имената и символите на изотопите обикновено са имената и символите на съответните химикали. елементи; посочете горе вляво на символа. Например, за да посочите естествено изотопите използват обозначението 35 Cl и 37 Cl; понякога елементът е посочен и долу вляво, т.е. напишете 35 17 Cl и 37 17 Cl. Само изотопи на най-лекия елемент, водород, с тегл. части 1, 2 и 3 имат специални. имена и символи: (1 1 H), (D или 2 1 H) и (T или 3 1 H), съответно. Поради голямата разлика в масите, поведението на тези изотопи се различава значително (виж,). Стабилните изотопи се срещат във всички четни и повечето нечетни елементи с[ 83. Броят на стабилните изотопи на елементи с четни номера може да бъде е равно на 10 (напр. y); Нечетните елементи имат не повече от два стабилни изотопа. Известен ок. 280 стабилни и повече от 2000 радиоактивни изотопа на 116 естествени и изкуствено получени елемента. За всеки елемент, съдържанието на отделни изотопи в природата. сместа претърпява малки колебания, които често могат да бъдат пренебрегнати. Повече средства. флуктуации в изотопния състав се наблюдават при метеорити и други небесни тела. Постоянството на изотопния състав води до постоянството на елементите, намиращи се на Земята, което е средната стойност на масата на даден елемент, намерена като се вземе предвид изобилието от изотопи в природата. Флуктуациите в изотопния състав на леките елементи обикновено се свързват с промени в изотопния състав по време на разлагането. процеси, протичащи в природата (и др.). За тежкия елемент Pb, вариациите в изотопния състав на различни проби се обясняват с различни фактори. съдържание в, и други източници и - предците на природата. . Разликите в свойствата на изотопите на даден елемент се наричат. . Важно практично Задачата е да се получи от природата. смеси от отделни изотопи -

Изотопи

Атомите на един и същи елемент, които имат различни масови числа, се наричат ​​изотопи. Атомите на изотопите на един и същ елемент имат еднакъв брой протони (Z) и се различават един от друг по броя на неутроните (N).

Изотопите на различни елементи нямат собствени имена, а повтарят името на елемента; в този случай атомната маса на даден изотоп - единствената му разлика от другите изотопи на същия елемент - се отразява с горен индекс в химичната формула на елемента: например за уранови изотопи - 235 U, 238 U. единственото изключение от правилата на изотопната номенклатура е елемент №1 - водород. И трите известни понастоящем изотопа на водорода имат не само свои специални химически символи, но и собствено име: 1 H - протий, 2 D - деутерий, 3 T - тритий; в този случай ядрото на протия е просто един протон, ядрото на деутерия съдържа един протон и един неутрон, ядрото на трития съдържа един протон и два неутрона. Имената на водородните изотопи исторически са се развили по този начин, тъй като относителната разлика в масите на водородните изотопи, причинена от добавянето на един неутрон, е максималната сред всички химични елементи.

Всички изотопи могат да бъдат разделени на стабилни (стабилни), т.е. не подлежат на спонтанен разпад на атомните ядра на части (разпадът в този случай се нарича радиоактивен) и нестабилни (нестабилни) - радиоактивни, т.е. подложени на радиоактивен разпад. Повечето широко разпространени в природата елементи се състоят от смес от два или повече стабилни изотопа: например 16 O, 12 C. От всички елементи калаят има най-голям брой стабилни изотопи (10 изотопа) и например алуминият съществува в природата под формата само на един стабилен изотоп - останалите му известни изотопи са нестабилни. Ядрата на нестабилните изотопи се разпадат спонтанно, освобождавайки b частици и c частици (електрони), докато се образува стабилен изотоп на друг елемент: например разпадането на 238 U (радиоактивен уран) завършва с образуването на 206 Pb (стабилен изотоп от олово). При изучаването на изотопите беше установено, че те не се различават по химични свойства, които, както знаем, се определят от заряда на техните ядра и не зависят от масата на ядрата.

Електронни черупки

Електронната обвивка на атома е област от пространството, където има вероятност да се намират електрони, характеризираща се със същата стойност на главното квантово число n и, като следствие, разположена на близки енергийни нива. Всяка електронна обвивка може да има определен максимален брой електрони.

Като се започне от стойността на главното квантово число n = 1, енергийните нива (слоеве) се обозначават с K, L, M и N. Те са разделени на поднива (подслоеве), които се различават помежду си по енергията на свързване с ядрото. Броят на поднивата е равен на стойността на главното квантово число, но не надвишава четири: 1-во ниво има едно подниво, 2-ро - две, 3-то - три, 4-то - четири поднива. Поднивата от своя страна се състоят от орбитали. Обичайно е поднивата да се обозначават с латински букви, s е първото подниво на всяко енергийно ниво, най-близо до ядрото; състои се от една s-орбитала, p - второто подниво, състои се от три p-орбитали; d е третото подниво, то се състои от пет d-орбитали; f е четвъртото подниво, съдържа седем f орбитали. Така за всяка стойност на n има n 2 орбитали. Всяка орбитала може да съдържа не повече от два електрона – принципът на Паули. Ако има един електрон в орбитала, тогава той се нарича несдвоен; ако има два, тогава това са сдвоени електрони. Принципът на Паули обяснява формулата N=2n 2. Ако първото ниво K(n=1) съдържа 1 2 = 1 орбитала и всяка орбитала има 2 електрона, тогава максималният брой електрони ще бъде 2*1 2 =2; L (n = 2) = 8; М (п = 3) = 18; N (n = 4) =32.

Изотопи

ИЗОТОПИ-с; мн.(единица изотоп, -а; м.). [от гръцки isos - равен и topos - място] Специалист.Разновидности на един и същи химичен елемент, различаващи се по масата на атомите. Радиоактивни изотопи. Изотопи на урана.

◁ Изотопно, о, о. I. индикатор.

изотопи

История на изследването
Първите експериментални данни за съществуването на изотопи са получени през 1906-10 г. при изучаване на свойствата на радиоактивните трансформации на атоми на тежки елементи. През 1906-07г. Беше открито, че продуктът на радиоактивното разпадане на уран, йоний, и продуктът на радиоактивно разпадане на торий, радиоторий, имат същите химични свойства като тория, но се различават от последния по атомна маса и характеристики на радиоактивен разпад. Нещо повече: и трите елемента имат еднакви оптични и рентгенови спектри. По предложение на английския учен Ф. Соди (см.СОДИ Фредерик), такива вещества започнаха да се наричат ​​изотопи.
След като бяха открити изотопи в тежки радиоактивни елементи, започна търсенето на изотопи в стабилни елементи. Независимо потвърждение за съществуването на стабилни изотопи на химичните елементи е получено в експериментите на J. J. Thomson (см.ТОМСЪН Джоузеф Джон)и Ф. Астън (см. ASTON Франсис Уилям). Томсън открива стабилни изотопи на неона през 1913 г. Астън, който провежда изследвания с помощта на проектиран от него инструмент, наречен масспектрограф (или масспектрометър), използвайки метода на масовата спектрометрия (см.МАСОСПЕКТРОМЕТРИЯ), доказа, че много други стабилни химични елементи имат изотопи. През 1919 г. той получава доказателства за съществуването на два изотопа 20 Ne и 22 Ne, чието относително изобилие (изобилие) в природата е приблизително 91% и 9%. Впоследствие е открит изотопът 21 Ne с изобилие от 0,26%, изотопи на хлор, живак и редица други елементи.
Масспектрометър с малко по-различен дизайн е създаден през същите години от A. J. Dempster (см.ДЕМПСЪР Артър Джефри). В резултат на последващото използване и усъвършенстване на масспектрометрите, чрез усилията на много изследователи беше съставена почти пълна таблица с изотопни състави. През 1932 г. е открит неутрон – частица без заряд, с маса, близка до масата на ядрото на водороден атом – протон и е създаден протонно-неутронен модел на ядрото. В резултат на това науката установи окончателното определение на понятието изотопи: изотопите са вещества, чиито атомни ядра се състоят от еднакъв брой протони и се различават само по броя на неутроните в ядрото. Около 1940 г. е извършен изотопен анализ за всички известни по това време химични елементи.
По време на изследването на радиоактивността са открити около 40 естествени радиоактивни вещества. Те бяха групирани в радиоактивни семейства, чиито предци са изотопи на торий и уран. Естествените включват всички стабилни разновидности на атомите (около 280 от тях) и всички естествено радиоактивни, които са част от радиоактивни семейства (46 от тях). Всички останали изотопи се получават в резултат на ядрени реакции.
За първи път през 1934 г. И. Кюри (см.ЖОЛИО-КЮРИ Ирен)и Ф. Жолио-Кюри (см.ЖОЛИО-КЮРИ Фредерик)изкуствено получени радиоактивни изотопи на азот (13 N), силиций (28 Si) и фосфор (30 P), които липсват в природата. С тези експерименти те демонстрираха възможността за синтезиране на нови радиоактивни нуклиди. Сред известните в момента изкуствени радиоизотопи повече от 150 принадлежат към трансурановите елементи (см. TRANSURAN ELEMENTS), не се среща на Земята. Теоретично се предполага, че броят на способните да съществуват разновидности на изотопите може да достигне около 6000.

енциклопедичен речник. 2009 .

Вижте какво са „изотопите“ в други речници:

Съвременна енциклопедия

Изотопи- (от iso... и гръцки topos място), разновидности на химични елементи, в които ядрата на атомите (нуклидите) се различават по броя на неутроните, но съдържат същия брой протони и следователно заемат едно и също място в периодичната таблица на химикали... Илюстрован енциклопедичен речник

- (от изо... и гръцки topos място) разновидности на химични елементи, в които атомните ядра се различават по броя на неутроните, но съдържат еднакъв брой протони и следователно заемат едно и също място в периодичната таблица на елементите. Разграничете... ... Голям енциклопедичен речник

ИЗОТОПИ- ИЗОТОПИ, хим. елементи, разположени в една и съща клетка на периодичната таблица и следователно имащи същия атомен номер или пореден номер. В този случай йоните не трябва, най-общо казано, да имат еднакво атомно тегло. Различни…… Голяма медицинска енциклопедия

Разновидности на този химикал. елементи, които се различават по масата на своите ядра. Притежавайки еднакви заряди на ядрата Z, но различни по броя на неутроните, електроните имат една и съща структура на електронни обвивки, т.е. много близък химикал. St. Va, и заемат същото... ... Физическа енциклопедия

Атоми на едно и също химично вещество. елемент, чиито ядра съдържат същия брой протони, но различен брой неутрони; имат различни атомни маси, имат един и същ химикал. свойства, но се различават по своите физически свойства. имоти, по-специално... Речник по микробиология

Атоми хим. елементи, които имат различни масови числа, но имат еднакъв заряд на атомните ядра и следователно заемат едно и също място в периодичната таблица на Менделеев. Атоми на различни изотопи на едно и също химично вещество. елементите се различават по брой... ... Геоложка енциклопедия