Isotoper- varianter af atomer (og kerner) af et kemisk grundstof, der har samme atomare (ordinære) nummer, men samtidig forskellige massetal.

Udtrykket isotop er dannet af de græske rødder isos (ἴσος "lige") og topos (τόπος "sted"), der betyder "samme sted"; Således er betydningen af ​​navnet, at forskellige isotoper af det samme grundstof indtager samme position i det periodiske system.

Tre naturlige isotoper af brint. Det faktum, at hver isotop har én proton, har varianter af brint: isotopens identitet bestemmes af antallet af neutroner. Fra venstre mod højre er isotoperne protium (1H) med nul neutroner, deuterium (2H) med en neutron og tritium (3H) med to neutroner.

Antallet af protoner i kernen af ​​et atom kaldes atomnummeret og er lig med antallet af elektroner i et neutralt (ikke-ioniseret) atom. Hvert atomnummer identificerer et bestemt grundstof, men ikke en isotop; Et atom af et givet grundstof kan have et bredt spektrum i antallet af neutroner. Antallet af nukleoner (både protoner og neutroner) i kernen er atomets massenummer, og hver isotop af et givet grundstof har et forskelligt massetal.

For eksempel er kulstof-12, kulstof-13 og kulstof-14 tre isotoper af elementært kulstof med massetal henholdsvis 12, 13 og 14. Atomnummeret for kulstof er 6, hvilket betyder, at hvert kulstofatom har 6 protoner, så neutrontallene for disse isotoper er henholdsvis 6, 7 og 8.

Nuklides Og isotoper

Nuklid refererer til en kerne, ikke et atom. Identiske kerner hører til det samme nuklid, for eksempel består hver kerne af nuklidet carbon-13 af 6 protoner og 7 neutroner. Nuklidkonceptet (vedrørende individuelle nukleare arter) lægger vægt på nukleare egenskaber frem for kemiske egenskaber, mens isotopkonceptet (der grupperer alle atomerne i hvert element) understreger kemisk reaktion frem for nuklear reaktion. Neutrontallet har stor indflydelse på kernernes egenskaber, men dets virkning på kemiske egenskaber er ubetydelig for de fleste grundstoffer. Selv i tilfældet med de letteste grundstoffer, hvor forholdet mellem neutroner og atomnummer varierer mest mellem isotoper, har det normalt kun en mindre effekt, selvom det i nogle tilfælde betyder noget (for brint, det letteste grundstof, er isotopeffekten stor at have en stor effekt for biologi). Fordi isotop er et ældre udtryk, er det bedre kendt end nuklid og bruges stadig nogle gange i sammenhænge, ​​hvor nuklid kan være mere passende, såsom nuklear teknologi og nuklearmedicin.

Betegnelser

En isotop eller nuklid identificeres ved navnet på det specifikke grundstof (dette angiver atomnummeret), efterfulgt af en bindestreg og massetal (f.eks. helium-3, helium-4, kulstof-12, kulstof-14, uran- 235 og uran-239). Når der anvendes et kemisk symbol, f.eks. "C" for kulstof, standardnotation (nu kendt som "AZE-notation", fordi A er massetallet, Z er atomnummeret, og E er for grundstoffet) - angiv massetallet (antal nukleoner) med et superscript øverst til venstre i det kemiske symbol og angiv atomnummeret med et underskrift i nederste venstre hjørne). Fordi atomnummeret er givet af grundstoffets symbol, er det normalt kun massetallet, der er angivet i en superscript, og der er ikke givet noget atomindeks. Bogstavet m tilføjes nogle gange efter massetallet for at angive en nuklear isomer, en metastabil eller energetisk exciteret nuklear tilstand (i modsætning til den laveste energigrundtilstand), for eksempel 180m 73Ta (tantal-180m).

Radioaktive, primære og stabile isotoper

Nogle isotoper er radioaktive og kaldes derfor radioisotoper eller radionuklider, mens andre aldrig er blevet observeret at henfalde radioaktivt og kaldes stabile isotoper eller stabile nuklider. For eksempel er 14 C den radioaktive form for kulstof, mens 12 C og 13 C er stabile isotoper. Der er cirka 339 naturligt forekommende nuklider på Jorden, hvoraf 286 er primordiale nuklider, hvilket betyder, at de har eksisteret siden dannelsen af ​​solsystemet.

De oprindelige nuklider omfatter 32 nuklider med meget lange halveringstider (over 100 millioner år) og 254, der formelt betragtes som "stabile nuklider", fordi de ikke blev observeret at henfalde. I de fleste tilfælde, af indlysende årsager, hvis et grundstof har stabile isotoper, så dominerer disse isotoper den elementære overflod, der findes på Jorden og i solsystemet. Men i tilfælde af tre grundstoffer (tellur, indium og rhenium), er den mest almindelige isotop, der findes i naturen, faktisk en (eller to) ekstremt langlivede radioisotop(er) af grundstoffet, på trods af at disse grundstoffer har en eller mere stabile isotoper.

Teorien forudsiger, at mange tilsyneladende "stabile" isotoper/nuklider er radioaktive med ekstremt lange halveringstider (der ignoreres muligheden for protonhenfald, hvilket ville gøre alle nuklider til sidst ustabile). Af de 254 nuklider, der aldrig er blevet observeret, er kun 90 af dem (alle de første 40 grundstoffer) teoretisk stabile over for alle kendte former for henfald. Grundstof 41 (niobium) er teoretisk ustabilt ved spontan fission, men dette er aldrig blevet opdaget. Mange andre stabile nuklider er i teorien energisk modtagelige for andre kendte henfaldsformer, såsom alfa-henfald eller dobbelt beta-henfald, men henfaldsprodukterne er endnu ikke blevet observeret, og derfor anses disse isotoper for at være "observationsstabile". De forudsagte halveringstider for disse nuklider overstiger ofte i høj grad universets anslåede alder, og faktisk er der også 27 kendte radionuklider med halveringstider længere end universets alder.

Radioaktive nuklider skabt kunstigt, i øjeblikket er der 3.339 kendte nuklider. Disse omfatter 905 nuklider, der enten er stabile eller har en halveringstid på mere end 60 minutter.

Isotopers egenskaber

Kemiske og molekylære egenskaber

Et neutralt atom har det samme antal elektroner som protoner. Således har forskellige isotoper af et givet grundstof det samme antal elektroner og har lignende elektroniske strukturer. Da et atoms kemiske adfærd i vid udstrækning bestemmes af dets elektroniske struktur, udviser forskellige isotoper næsten identisk kemisk adfærd.

Undtagelsen fra dette er den kinetiske isotopeffekt: På grund af deres store masser har tungere isotoper en tendens til at reagere noget langsommere end lettere isotoper af samme grundstof. Dette er mest udtalt for protium (1 H), deuterium (2 H) og tritium (3 H), da deuterium har to gange massen af ​​protium og tritium har tre gange massen af ​​protium. Disse forskelle i masse påvirker også adfærden af ​​deres respektive kemiske bindinger, og ændrer tyngdepunktet (reduceret masse) af atomare systemer. Men for tungere grundstoffer er de relative masseforskelle mellem isotoper meget mindre, så masseforskelle effekter i kemi er normalt ubetydelige. (Tunge grundstoffer har også relativt flere neutroner end lettere grundstoffer, så forholdet mellem kernemasse og samlet elektronmasse er noget større).

Ligeledes har to molekyler, der kun adskiller sig i isotoper af deres atomer (isotopologer), den samme elektroniske struktur og dermed næsten umulige fysiske og kemiske egenskaber (igen, med de primære undtagelser er deuterium og tritium). Et molekyles vibrationsmåder bestemmes af dets form og masserne af dets atomer; Derfor har forskellige isotopologer forskellige sæt af vibrationstilstande. Fordi vibrationstilstande tillader et molekyle at absorbere fotoner af passende energier, har isotopologer forskellige optiske egenskaber i det infrarøde.

Nukleare egenskaber og stabilitet

Isotopiske halveringstider. Grafen for stabile isotoper afviger fra Z = N-linjen, når grundstofnummeret Z stiger

Atomkerner består af protoner og neutroner bundet sammen af ​​en resterende stærk kraft. Fordi protoner er positivt ladede, frastøder de hinanden. Neutroner, som er elektrisk neutrale, stabiliserer kernen på to måder. Deres kontakt skubber protonerne lidt fra hinanden, hvilket reducerer den elektrostatiske frastødning mellem protonerne, og de udøver en attraktiv kernekraft på hinanden og på protonerne. Af denne grund kræves der en eller flere neutroner for at to eller flere protoner kan binde sig til en kerne. Når antallet af protoner stiger, stiger forholdet mellem neutroner og protoner, der kræves for at give en stabil kerne (se grafen til højre). For eksempel, selvom neutron:proton-forholdet på 3 2 He er 1:2, er neutron:proton-forholdet 238 92 U
Mere end 3:2. En række lettere grundstoffer har stabile nuklider med et forhold på 1:1 (Z = N). Nuklid 40 20 Ca (calcium-40) er den observationsmæssigt tungeste stabile nuklid med det samme antal neutroner og protoner; (Teoretisk set er den tungeste stabile svovl-32). Alle stabile nuklider tungere end calcium-40 indeholder flere neutroner end protoner.

Antal isotoper pr. grundstof

Af de 81 grundstoffer med stabile isotoper er det højeste antal stabile isotoper observeret for ethvert grundstof ti (for grundstoffet tin). Intet grundstof har ni stabile isotoper. Xenon er det eneste grundstof med otte stabile isotoper. Fire grundstoffer har syv stabile isotoper, hvoraf otte har seks stabile isotoper, ti har fem stabile isotoper, ni har fire stabile isotoper, fem har tre stabile isotoper, 16 har to stabile isotoper, og 26 grundstoffer har kun én (hvoraf 19 er såkaldte mononuklidelementer, der har en enkelt primordial stabil isotop, der dominerer og fikserer atomvægten af ​​det naturlige element med høj nøjagtighed. 3 radioaktive mononuklidelementer er også til stede). Der er i alt 254 nuklider, som ikke er blevet observeret at henfalde. For de 80 grundstoffer, der har en eller flere stabile isotoper, er det gennemsnitlige antal stabile isotoper 254/80 = 3,2 isotoper pr. grundstof.

Lige og ulige antal nukleoner

Protoner: Neutronforholdet er ikke den eneste faktor, der påvirker nuklear stabilitet. Det afhænger også af pariteten eller uligheden af ​​dets atomnummer Z, antallet af neutroner N, deraf deres sum af massenummer A. Ulige både Z og N har tendens til at sænke den nukleare bindingsenergi, hvilket skaber ulige kerner, der generelt er mindre stabile. Denne betydelige forskel i nuklear bindingsenergi mellem nabokerner, især ulige isobarer, har vigtige konsekvenser: ustabile isotoper med suboptimalt antal neutroner eller protoner henfalder ved beta-henfald (herunder positron-henfald), elektronfangst eller andre eksotiske midler såsom spontan fission og henfaldsklynger.

De fleste stabile nuklider er et lige antal protoner og et lige antal neutroner, hvor Z-, N- og A-tallene alle er lige. Ulige stabile nuklider opdeles (omtrent jævnt) i ulige.

Atom nummer

De 148 lige proton, selv neutron (NE) nuklider tegner sig for ~58% af alle stabile nuklider. Der er også 22 primordiale langlivede selv nuklider. Som et resultat har hvert af de 41 lige nummererede elementer fra 2 til 82 mindst én stabil isotop, og de fleste af disse elementer har flere primære isotoper. Halvdelen af ​​disse lige nummererede elementer har seks eller flere stabile isotoper. Den ekstreme stabilitet af helium-4, på grund af den dobbelte forbindelse af to protoner og to neutroner, forhindrer nuklider, der indeholder fem eller otte nukleoner, i at eksistere længe nok til at tjene som platforme for akkumulering af tungere grundstoffer gennem kernefusion.

Disse 53 stabile nuklider har et lige antal protoner og et ulige antal neutroner. De er en minoritet sammenlignet med de jævne isotoper, som er cirka 3 gange mere talrige. Blandt de 41 lige Z-elementer, der har et stabilt nuklid, er det kun to elementer (argon og cerium), der ikke har lige-ulige stabile nuklider. Et element (tin) har tre. Der er 24 elementer, der har et lige-ulige nuklid og 13, der har to ulige-lige nuklider.

På grund af deres ulige neutrontal har ulige-lige nuklider en tendens til at have store neutronfangstværsnit på grund af den energi, der opstår fra neutronkoblingseffekter. Disse stabile nuklider kan være usædvanligt rigelige i naturen, hovedsageligt fordi de for at danne og komme ind i primordial overflod skal undslippe neutronfangst for at danne endnu andre stabile lige-ulige isotoper under s-processen og r-neutronfangstprocessen under nukleosyntese.

Ulige atomnummer

De 48 stabile ulige-proton- og lige-neutronnuklider, stabiliseret af deres lige antal parrede neutroner, danner størstedelen af ​​stabile isotoper af ulige grundstoffer; Meget få ulige-proton-ulige neutronnuklider udgør de andre. Der er 41 ulige grundstoffer fra Z = 1 til 81, hvoraf 39 har stabile isotoper (grundstofferne technetium (43 Tc) og promethium (61 Pm) har ingen stabile isotoper). Af disse 39 ulige Z-elementer har 30 grundstoffer (inklusive hydrogen-1, hvor 0 neutroner er lige) en stabil lige-ulige isotop, og ni grundstoffer: klor (17 Cl), kalium (19K), kobber (29 Cu), gallium (31 Ga), Brom (35 Br), sølv (47 Ag), antimon (51 Sb), iridium (77 Ir) og thallium (81 Tl) har hver to ulige-lige stabile isotoper. Dette giver 30 + 2 (9) = 48 stabile lige-lige isotoper.

Kun fem stabile nuklider indeholder både et ulige antal protoner og et ulige antal neutroner. De første fire "ulige-ulige" nuklider forekommer i nuklider med lav molekylvægt, for hvilke ændring af en proton til en neutron eller omvendt vil resultere i et meget skævt proton-neutron-forhold.

Den eneste fuldstændig "stabile", ulige nuklid er 180m 73 Ta, som anses for at være den sjældneste af de 254 stabile isotoper og er den eneste primordiale nukleare isomer, der endnu ikke er blevet observeret at henfalde, på trods af eksperimentelle forsøg.

Ulige antal neutroner

Aktinider med et ulige antal neutroner har tendens til at fission (med termiske neutroner), mens dem med et lige neutrontal generelt ikke gør det, selvom de fissionerer med hurtige neutroner. Alle observationsstabile ulige nuklider har ikke-nul heltals spin. Dette skyldes, at en enkelt uparret neutron og en uparret proton har en større kernekrafttiltrækning mod hinanden, hvis deres spins er justeret (producerer et samlet spin på mindst 1 enhed) i stedet for at justeres.

Forekomst i naturen

Grundstoffer er opbygget af en eller flere naturligt forekommende isotoper. Ustabile (radioaktive) isotoper er enten primære eller postprimære. De primordiale isotoper var produktet af stjernernes nukleosyntese eller en anden type nukleosyntese såsom kosmisk stråle fission, og har bestået indtil i dag, fordi deres henfaldshastigheder er så lave (f.eks. uran-238 og kalium-40). Post-naturlige isotoper blev skabt ved kosmisk strålebombardement som kosmogene nuklider (f.eks. tritium, kulstof-14) eller henfaldet af en radioaktiv primordial isotop til datteren af ​​en radioaktiv radiogen nuklid (f.eks. uran til radium). Adskillige isotoper syntetiseres naturligt som nukleogene nuklider ved andre naturlige nukleare reaktioner, såsom når neutroner fra naturlig nuklear fission absorberes af et andet atom.

Som diskuteret ovenfor har kun 80 elementer stabile isotoper, og 26 af dem har kun en stabil isotop. Således forekommer omkring to tredjedele af de stabile grundstoffer naturligt på Jorden i flere stabile isotoper, hvor det største antal stabile isotoper for et grundstof er ti, for tin (50Sn). Der er omkring 94 grundstoffer på Jorden (op til og med plutonium), selvom nogle kun findes i meget små mængder, såsom plutonium-244. Forskere mener, at grundstoffer, der forekommer naturligt på Jorden (nogle kun som radioisotoper) forekommer som 339 isotoper (nuklider) i alt. Kun 254 af disse naturlige isotoper er stabile i den forstand, at de ikke er blevet observeret til dato. Yderligere 35 urnuklider (for i alt 289 urnuklider) er radioaktive med kendte halveringstider, men har halveringstider på mere end 80 millioner år, hvilket gør det muligt for dem at eksistere siden Solsystemets begyndelse.

Alle kendte stabile isotoper forekommer naturligt på Jorden; Andre naturligt forekommende isotoper er radioaktive, men på grund af deres relativt lange halveringstid eller andre midler til kontinuerlig naturlig produktion. Disse omfatter de kosmogene nuklider, der er nævnt ovenfor, nukleogene nuklider og alle radiogene isotoper, der er et resultat af det igangværende henfald af en primær radioaktiv isotop, såsom radon og radium fra uran.

Yderligere ~3000 radioaktive isotoper, der ikke findes i naturen, er blevet skabt i atomreaktorer og partikelacceleratorer. Mange kortlivede isotoper, der ikke findes naturligt på Jorden, er også blevet observeret ved spektroskopisk analyse, naturligt produceret i stjerner eller supernovaer. Et eksempel er aluminium-26, som ikke findes naturligt på Jorden, men findes i overflod på astronomisk skala.

De tabulerede atommasser af grundstoffer er gennemsnit, der tegner sig for tilstedeværelsen af ​​flere isotoper med forskellige masser. Før opdagelsen af ​​isotoper forvirrede empirisk bestemte, ikke-integrerede atommasseværdier forskere. For eksempel indeholder en klorprøve 75,8 % chlor-35 og 24,2 % chlor-37, hvilket giver en gennemsnitlig atommasse på 35,5 atommasseenheder.

Ifølge den almindeligt anerkendte teori om kosmologi blev kun isotoper af brint og helium, spor af nogle isotoper af lithium og beryllium, og muligvis noget bor, skabt i Big Bang, og alle andre isotoper blev syntetiseret senere, i stjerner og supernovaer, og i interaktioner mellem energiske partikler, såsom kosmiske stråler, og tidligere opnåede isotoper. De tilsvarende isotopiske mængder af isotoper på Jorden bestemmes af de mængder, der produceres af disse processer, deres udbredelse gennem galaksen og isotopernes henfaldshastighed, som er ustabile. Efter den første solsystemsammenlægning blev isotoper omfordelt efter masse, og den isotopiske sammensætning af grundstoffer varierer lidt fra planet til planet. Dette giver nogle gange mulighed for at spore meteoritternes oprindelse.

Atommasse af isotoper

Atommassen (mr) af en isotop bestemmes primært af dens massetal (dvs. antallet af nukleoner i dens kerne). Små korrektioner skyldes kernens bindingsenergi, den lille forskel i masse mellem protonen og neutronen og massen af ​​elektronerne forbundet med atomet.

Massenummer - dimensionsløs mængde. Atommasse på den anden side måles ved hjælp af en atommasseenhed baseret på massen af ​​et kulstof-12-atom. Det er angivet med symbolerne "u" (for den forenede atommasseenhed) eller "Da" (for daltonen).

Atommasserne af et grundstofs naturlige isotoper bestemmer grundstoffets atommasse. Når et grundstof indeholder N isotoper, gælder følgende udtryk for den gennemsnitlige atommasse:

Hvor m 1, m 2, ..., mN er atommasserne af hver enkelt isotop, og x 1, ..., xN er den relative mængde af disse isotoper.

Anvendelse af isotoper

Der er flere applikationer, der udnytter egenskaberne af forskellige isotoper af et givet grundstof. Isotopadskillelse er et vigtigt teknologisk problem, især med tunge grundstoffer som uran eller plutonium. Lettere grundstoffer som lithium, kulstof, nitrogen og oxygen adskilles normalt ved gasformig diffusion af deres forbindelser som CO og NO. Adskillelsen af ​​brint og deuterium er usædvanlig, fordi den er baseret på kemiske snarere end fysiske egenskaber, såsom i Girdler-sulfidprocessen. Uranisotoper blev adskilt efter volumen ved gasdiffusion, gascentrifugering, laserioniseringsseparation og (i Manhattan Project) produktion af massespektrometri.

Brug af kemiske og biologiske egenskaber

• Isotopanalyse er bestemmelsen af ​​isotopsignaturen, den relative mængde af isotoper af et givet element i en bestemt prøve. Specielt for næringsstoffer kan der forekomme betydelige variationer i C-, N- og O-isotoperne. Analysen af ​​sådanne variationer har en bred vifte af anvendelser, såsom påvisning af forfalskning i fødevarer eller produkters geografiske oprindelse ved hjælp af isoscapes. Identifikationen af ​​nogle meteoritter, der stammer fra Mars, er delvist baseret på den isotopiske signatur af de sporgasser, de indeholder.
• Isotopsubstitution kan bruges til at bestemme mekanismen for en kemisk reaktion gennem den kinetiske isotopeffekt.
• En anden almindelig anvendelse er isotopmærkning, brugen af ​​usædvanlige isotoper som indikatorer eller markører i kemiske reaktioner. Normalt kan et givet grundstofs atomer ikke skelnes fra hinanden. Men ved at bruge isotoper med forskellige masser, kan selv forskellige ikke-radioaktive stabile isotoper skelnes ved hjælp af massespektrometri eller infrarød spektroskopi. For eksempel i "stabil isotopmærkning af aminosyrer i cellekultur" (SILAC) bruges stabile isotoper til at kvantificere proteiner. Hvis der anvendes radioaktive isotoper, kan de detekteres ved den stråling, de udsender (dette kaldes radioisotopmærkning).
• Isotoper bruges almindeligvis til at bestemme koncentrationen af ​​forskellige grundstoffer eller stoffer ved hjælp af isotopfortyndingsmetoden, hvor kendte mængder af isotopisk substituerede forbindelser blandes med prøver, og isotopsignaturerne af de resulterende blandinger bestemmes ved hjælp af massespektrometri.

Brug af nukleare egenskaber

• En lignende metode til radioisotopmærkning er radiometrisk datering: ved hjælp af den kendte halveringstid af et ustabilt grundstof kan den tid, der er gået siden eksistensen af ​​en kendt koncentration af isotopen, beregnes. Det mest kendte eksempel er radiocarbondatering, som bruges til at bestemme alderen på kulstofholdige materialer.
• Nogle former for spektroskopi er afhængige af de unikke nukleare egenskaber af specifikke isotoper, både radioaktive og stabile. For eksempel kan nuklear magnetisk resonans (NMR) spektroskopi kun bruges til isotoper med ikke-nul nuklear spin. De mest almindelige isotoper brugt i NMR-spektroskopi er 1H, 2D, 15N, 13C og 31P.
• Mössbauer-spektroskopi er også afhængig af nukleare overgange af specifikke isotoper, såsom 57Fe.

Artiklens indhold

ISOTOPER– varianter af det samme kemiske grundstof, der ligner hinanden i deres fysisk-kemiske egenskaber, men har forskellige atommasser. Navnet "isotoper" blev foreslået i 1912 af den engelske radiokemiker Frederick Soddy, som dannede det ud fra to græske ord: isos - identisk og topos - sted. Isotoper indtager samme plads i cellen i Mendeleevs periodiske system af grundstoffer.

Et atom af ethvert kemisk grundstof består af en positivt ladet kerne og en sky af negativt ladede elektroner, der omgiver den. Placeringen af ​​et kemisk grundstof i Mendeleevs periodiske system (dets serienummer) bestemmes af ladningen af ​​kernen af ​​dets atomer. Isotoper kaldes derfor varianter af det samme kemiske element, hvis atomer har den samme kerneladning (og derfor praktisk talt de samme elektronskaller), men adskiller sig i nuklear masseværdier. Ifølge det figurative udtryk af F. Soddy er isotopers atomer de samme "udenfor", men forskellige "inde".

Neutronen blev opdaget i 1932 – en partikel uden ladning, med en masse tæt på massen af ​​kernen i et brintatom - en proton , og skabt proton-neutron model af kernen. Som resultat i videnskaben er den endelige moderne definition af begrebet isotoper blevet etableret: isotoper er stoffer, hvis atomkerner består af det samme antal protoner og kun adskiller sig i antallet af neutroner i kernen . Hver isotop er normalt betegnet med et sæt symboler, hvor X er symbolet for det kemiske grundstof, Z er ladningen af ​​atomkernen (antallet af protoner), A er isotopens massenummer (det samlede antal nukleoner). - protoner og neutroner i kernen, A = Z + N). Da ladningen af ​​kernen ser ud til at være unikt forbundet med symbolet på det kemiske element, bruges blot notationen A X ofte til forkortelse.

Af alle de isotoper, vi kender, er det kun brintisotoper, der har deres egne navne. Således kaldes isotoperne 2 H og 3 H deuterium og tritium og betegnes henholdsvis D og T (isotopen 1 H kaldes nogle gange protium).

Forekommer i naturen som stabile isotoper , og ustabil - radioaktiv, hvis kerner af atomer er genstand for spontan transformation til andre kerner med emission af forskellige partikler (eller processer med såkaldt radioaktivt henfald). Der kendes nu omkring 270 stabile isotoper, og stabile isotoper findes kun i grundstoffer med atomnummer Z Ј 83. Antallet af ustabile isotoper overstiger 2000, langt de fleste af dem blev opnået kunstigt som et resultat af forskellige kernereaktioner. Antallet af radioaktive isotoper af mange grundstoffer er meget stort og kan overstige to dusin. Antallet af stabile isotoper er væsentligt mindre. Nogle kemiske grundstoffer består kun af én stabil isotop (beryllium, fluor, natrium, aluminium, fosfor, mangan, guld og en række andre grundstoffer). Det største antal stabile isotoper - 10 - blev fundet i tin, for eksempel i jern er der 4, og i kviksølv - 7.

Opdagelse af isotoper, historisk baggrund.

I 1808 introducerede den engelske videnskabsmand naturforsker John Dalton først definitionen af ​​et kemisk grundstof som et stof bestående af atomer af samme type. I 1869 opdagede kemikeren D.I. Mendeleev den periodiske lov om kemiske grundstoffer. En af vanskelighederne ved at underbygge begrebet et grundstof som et stof, der indtager en bestemt plads i en celle i det periodiske system, var de eksperimentelt observerede ikke-heltallige atomvægte af grundstoffer. I 1866 fremsatte den engelske fysiker og kemiker Sir William Crookes den hypotese, at hvert naturligt kemisk grundstof er en bestemt blanding af stoffer, der er identiske i deres egenskaber, men har forskellige atommasser, men på det tidspunkt havde en sådan antagelse endnu ikke eksperimentel bekræftelse og varede derfor ikke længe bemærket.

Et vigtigt skridt mod opdagelsen af ​​isotoper var opdagelsen af ​​fænomenet radioaktivitet og hypotesen om radioaktivt henfald formuleret af Ernst Rutherford og Frederick Soddy: radioaktivitet er intet andet end henfaldet af et atom til en ladet partikel og et atom af et andet grundstof. , forskellig i sine kemiske egenskaber fra den oprindelige. Som et resultat opstod ideen om radioaktive serier eller radioaktive familier , i begyndelsen af ​​hvilken der er det første moderelement, som er radioaktivt, og i slutningen - det sidste stabile element. Analyse af transformationskæderne viste, at i løbet af deres forløb kan de samme radioaktive elementer, der kun adskiller sig i atommasser, optræde i en celle i det periodiske system. Faktisk betød dette indførelsen af ​​begrebet isotoper.

Uafhængig bekræftelse af eksistensen af ​​stabile isotoper af kemiske grundstoffer blev derefter opnået i J. J. Thomsons og Astons eksperimenter i 1912-1920 med stråler af positivt ladede partikler (eller såkaldte kanalstråler) ) der kommer fra udledningsrøret.

I 1919 designede Aston et instrument kaldet en massespektrograf. (eller massespektrometer) . Ionkilden brugte stadig et udladningsrør, men Aston fandt en måde, hvorpå successiv afbøjning af en stråle af partikler i elektriske og magnetiske felter førte til fokusering af partikler med samme ladning-til-masse-forhold (uanset deres hastighed) kl. samme punkt på skærmen. Sammen med Aston blev der i samme år skabt et massespektrometer af lidt anderledes design af amerikaneren Dempster. Som et resultat af den efterfølgende brug og forbedring af massespektrometre gennem indsatsen fra mange forskere, var der i 1935 blevet udarbejdet en næsten fuldstændig tabel over isotopsammensætningerne af alle kemiske grundstoffer kendt på det tidspunkt.

Metoder til isotopadskillelse.

For at studere isotopers egenskaber og især for deres anvendelse til videnskabelige og anvendte formål er det nødvendigt at opnå dem i mere eller mindre mærkbare mængder. I konventionelle massespektrometre opnås næsten fuldstændig adskillelse af isotoper, men deres mængde er ubetydelig lille. Derfor var videnskabsmænds og ingeniørers indsats rettet mod at søge efter andre mulige metoder til at adskille isotoper. Først og fremmest blev fysisk-kemiske adskillelsesmetoder mestret baseret på forskelle i sådanne egenskaber af isotoper af det samme element som fordampningshastigheder, ligevægtskonstanter, hastigheder for kemiske reaktioner osv. De mest effektive blandt dem var metoderne til rektifikation og isotopudveksling, som er meget udbredt i industriel produktion af isotoper af lette elementer: brint, lithium, bor, kulstof, oxygen og nitrogen.

En anden gruppe af metoder består af de såkaldte molekylærkinetiske metoder: gasdiffusion, termisk diffusion, massediffusion (diffusion i en dampstrøm), centrifugering. Gasdiffusionsmetoder, baseret på forskellige diffusionshastigheder af isotopkomponenter i stærkt spredte porøse medier, blev brugt under Anden Verdenskrig til at organisere den industrielle produktion af uran-isotopseparation i USA som en del af det såkaldte Manhattan-projekt for at skabe atombomben. For at opnå de nødvendige mængder uran beriget til 90% med den lette isotop 235 U, den vigtigste "brændbare" komponent i atombomben, blev der bygget planter, der besatte et område på omkring fire tusinde hektar. Mere end 2 milliarder dollars blev afsat til oprettelsen af ​​et atomcenter med anlæg til produktion af beriget uran. Efter krigen blev der udviklet anlæg til produktion af beriget uran til militære formål, også baseret på diffusionsmetoden til separation. bygget i USSR. I de senere år har denne metode givet plads til den mere effektive og billigere metode til centrifugering. I denne metode opnås effekten af ​​at adskille en isotopblanding på grund af de forskellige virkninger af centrifugalkræfter på komponenterne i isotopblandingen, der fylder centrifugerotoren, som er en tyndvægget cylinder begrænset i top og bund, der roterer ved en meget høj hastighed i et vakuumkammer. Hundredtusindvis af centrifuger forbundet i kaskader, hvis rotor hver laver mere end tusind omdrejninger i sekundet, bruges i øjeblikket i moderne separationsanlæg både i Rusland og i andre udviklede lande i verden. Centrifuger bruges ikke kun til at producere det berigede uran, der er nødvendigt for at drive atomreaktorerne i atomkraftværker, men også til at producere isotoper af omkring tredive kemiske grundstoffer i den midterste del af det periodiske system. Elektromagnetiske separationsenheder med kraftige ionkilder er også brugt til at adskille forskellige isotoper i de senere år, laserseparationsmetoder er også blevet udbredt.

Anvendelse af isotoper.

Forskellige isotoper af kemiske grundstoffer er meget udbredt i videnskabelig forskning, inden for forskellige områder af industri og landbrug, i atomenergi, moderne biologi og medicin, i miljøundersøgelser og andre områder. I videnskabelig forskning (for eksempel i kemisk analyse) kræves der som regel små mængder sjældne isotoper af forskellige elementer, beregnet i gram og endda milligram om året. Samtidig kan behovet for deres produktion for en række isotoper, der er meget udbredt i atomenergi, medicin og andre industrier, beløbe sig til mange kilogram og endda tons. På grund af brugen af ​​tungt vand D 2 O i atomreaktorer var dens globale produktion i begyndelsen af ​​1990'erne af det sidste århundrede således omkring 5000 tons om året. Brintisotopen deuterium, som er en del af tungt vand, hvis koncentration i den naturlige blanding af brint kun er 0,015%, sammen med tritium, vil i fremtiden, ifølge videnskabsmænd, blive hovedkomponenten i det termonukleare energibrændstof. reaktorer, der opererer på basis af nukleare fusionsreaktioner. I dette tilfælde vil behovet for produktion af brintisotoper være enormt.

I videnskabelig forskning bruges stabile og radioaktive isotoper i vid udstrækning som isotopindikatorer (tags) i studiet af en lang række processer, der forekommer i naturen.

I landbruget bruges isotoper ("mærkede" atomer) for eksempel til at studere fotosynteseprocesser, fordøjelighed af gødning og til at bestemme effektiviteten af ​​planters brug af nitrogen, fosfor, kalium, sporstoffer og andre stoffer.

Isotopteknologier er meget udbredt i medicin. I USA udføres ifølge statistikker mere end 36 tusinde medicinske procedurer om dagen og omkring 100 millioner laboratorietest ved hjælp af isotoper. De mest almindelige procedurer involverer computertomografi. Kulstofisotopen C13, beriget til 99% (naturligt indhold ca. 1%), bruges aktivt i den såkaldte "diagnostiske vejrtrækningskontrol". Essensen af ​​testen er meget enkel. Den berigede isotop indføres i patientens mad og frigives efter at have deltaget i stofskifteprocessen i forskellige organer i kroppen i form af kuldioxid CO 2 udåndet af patienten, som opsamles og analyseres ved hjælp af et spektrometer. Forskellene i hastigheden af ​​processer forbundet med frigivelsen af ​​forskellige mængder kuldioxid, mærket med C 13 isotopen, gør det muligt at bedømme tilstanden af ​​patientens forskellige organer. I USA er antallet af patienter, der vil gennemgå denne test, anslået til 5 millioner om året. Nu bruges laserseparationsmetoder til at producere højt beriget C13-isotop i industriel skala.

Vladimir Zhdanov

Selv gamle filosoffer foreslog, at stof er bygget af atomer. Forskere begyndte dog først at indse, at universets "byggesten" i sig selv består af bittesmå partikler først ved begyndelsen af ​​det 19. og 20. århundrede. Eksperimenter, der beviste dette, producerede en reel revolution inden for videnskaben på én gang. Det er det kvantitative forhold mellem dets bestanddele, der adskiller et kemisk element fra et andet. Hver af dem tildeles sin plads i henhold til serienummeret. Men der er varianter af atomer, der optager de samme celler i tabellen, på trods af forskelle i masse og egenskaber. Hvorfor det er sådan, og hvad isotoper er i kemi, vil blive diskuteret yderligere.

Atom og dets partikler

Ved at studere stoffets struktur gennem bombardement med alfapartikler beviste E. Rutherford i 1910, at atomets hovedrum er fyldt med tomrum. Og kun i centrum er kernen. Negative elektroner bevæger sig rundt om det i orbitaler, der udgør skallen af ​​dette system. Sådan blev en planetarisk model af stoffets "byggesten" skabt.

Hvad er isotoper? Husk fra dit kemikursus, at kernen også har en kompleks struktur. Den består af positive protoner og neutroner, der ikke har nogen ladning. Nummeret på førstnævnte bestemmer det kemiske elements kvalitative egenskaber. Det er antallet af protoner, der adskiller stoffer fra hinanden, hvilket giver deres kerner en vis ladning. Og på dette grundlag tildeles de et serienummer i det periodiske system. Men antallet af neutroner i det samme kemiske grundstof differentierer dem til isotoper. Definitionen i kemi af dette begreb kan derfor gives som følger. Disse er varianter af atomer, der adskiller sig i kernens sammensætning, har samme ladning og atomnummer, men har forskellige massetal på grund af forskelle i antallet af neutroner.

Betegnelser

Mens de studerer kemi i 9. klasse og isotoper, vil eleverne lære om de accepterede konventioner. Bogstavet Z angiver ladningen af ​​kernen. Dette tal falder sammen med antallet af protoner og er derfor deres indikator. Summen af ​​disse grundstoffer med neutroner markeret med N er A - massetal. En familie af isotoper af et stof er normalt betegnet med symbolet for det kemiske grundstof, som i det periodiske system er tildelt et serienummer, der falder sammen med antallet af protoner i det. Den venstre hævede skrift tilføjet til det angivne ikon svarer til massenummeret. For eksempel 238 U. Ladningen af ​​et grundstof (i dette tilfælde uran, markeret med serienummeret 92) er angivet med et lignende indeks nedenfor.

Ved at kende disse data kan du nemt beregne antallet af neutroner i en given isotop. Det er lig med massetallet minus serienummeret: 238 - 92 = 146. Antallet af neutroner kunne være mindre, men det ville ikke få dette kemiske grundstof til at holde op med at forblive uran. Det skal bemærkes, at antallet af protoner og neutroner oftest i andre simplere stoffer er omtrent det samme. Sådan information hjælper med at forstå, hvad en isotop er i kemi.

Nukleoner

Det er antallet af protoner, der giver et bestemt element dets individualitet, og antallet af neutroner påvirker det ikke på nogen måde. Men atommassen består af disse to specificerede elementer, som har det fælles navn "nukleoner", der repræsenterer deres sum. Denne indikator afhænger dog ikke af dem, der danner atomets negativt ladede skal. Hvorfor? Alt du skal gøre er at sammenligne.

Fraktionen af ​​protonmasse i et atom er stor og udgør cirka 1 a. e.m. eller 1.672 621 898(21) 10 -27 kg. Neutronen er tæt på denne partikels ydeevne (1.674 927 471(21)·10 -27 kg). Men massen af ​​en elektron er tusindvis af gange mindre, betragtes som ubetydelig og tages ikke i betragtning. Derfor er sammensætningen af ​​isotopkernen ikke svær at finde ud af, når man kender superscriptet af et grundstof i kemi.

Isotoper af brint

Isotoper af nogle grundstoffer er så velkendte og udbredte i naturen, at de har fået deres egne navne. Det mest slående og enkleste eksempel på dette er brint. Det findes naturligt i sin mest almindelige form, protium. Dette grundstof har et massetal på 1, og dets kerne består af en proton.

Så hvad er brintisotoper i kemi? Som det er kendt, har atomerne af dette stof det første nummer i det periodiske system og er derfor udstyret med et ladningsnummer på 1 i naturen, men antallet af neutroner i kernen af ​​et atom er anderledes. Deuterium, der er tungt brint, udover protonen, har en anden partikel i sin kerne, det vil sige en neutron. Som et resultat udviser dette stof sine egne fysiske egenskaber, i modsætning til protium, med sin egen vægt, smelte- og kogepunkter.

Tritium

Tritium er det mest komplekse af alle. Dette er supertung brint. Ifølge definitionen af ​​isotoper i kemi har den et ladningstal på 1, men et massetal på 3. Det kaldes ofte en triton, fordi det udover en proton har to neutroner i sin kerne, det vil sige, at det består af tre elementer. Navnet på dette element, opdaget i 1934 af Rutherford, Oliphant og Harteck, blev foreslået endnu før dets opdagelse.

Dette er et ustabilt stof, der udviser radioaktive egenskaber. Dens kerne har evnen til at opdeles i en beta partikel og en elektron antineutrino. Henfaldsenergien af ​​dette stof er ikke særlig høj og beløber sig til 18,59 keV. Derfor er sådan stråling ikke for farlig for mennesker. Almindelig tøj og operationshandsker kan beskytte mod det. Og dette radioaktive element opnået fra mad elimineres hurtigt fra kroppen.

Isotoper af uran

Meget farligere er de forskellige typer uran, som videnskaben i øjeblikket kender 26. Derfor, når man taler om, hvad isotoper er i kemi, er det umuligt ikke at nævne dette element. På trods af de mange forskellige typer uran forekommer kun tre isotoper i naturen. Disse omfatter 234 U, 235 U, 238 U. Den første af dem, der har passende egenskaber, bruges aktivt som brændstof i atomreaktorer. Og sidstnævnte er til produktion af plutonium-239, som i sig selv er uerstattelig som et værdifuldt brændstof.

Hvert af de radioaktive grundstoffer er karakteriseret ved sit eget. Dette er den tid, hvor stoffet er spaltet i forholdet ½. Det vil sige, at som et resultat af denne proces halveres mængden af ​​den resterende del af stoffet. Denne periode er enorm for uran. For eksempel er det for isotop-234 anslået til 270 tusind år, men for de to andre specificerede sorter er det meget mere betydningsfuldt. Uran-238 har en rekordhalveringstid, der varer milliarder af år.

Nuklider

Ikke enhver type atom, kendetegnet ved sit eget og strengt definerede antal protoner og elektroner, er så stabile, at de eksisterer i mindst en lang periode, der er tilstrækkelig til at studere dem. Dem, der er relativt stabile, kaldes nuklider. Stabile formationer af denne art gennemgår ikke radioaktivt henfald. Ustabile kaldes radionuklider og er til gengæld også opdelt i kortlivede og langlivede. Som du ved fra 11. klasses kemitimer om strukturen af ​​isotopatomer, har osmium og platin det største antal radionuklider. Kobolt og guld har et stabilt nuklid hver, og tin har det største antal stabile nuklider.

Beregning af atomnummeret for en isotop

Nu vil vi forsøge at opsummere oplysningerne beskrevet tidligere. Efter at have forstået, hvad isotoper er i kemi, er det tid til at finde ud af, hvordan man bruger den opnåede viden. Lad os se på dette med et specifikt eksempel. Antag, at det er kendt, at et bestemt kemisk grundstof har et massetal på 181. Desuden indeholder skallen af ​​et atom af dette stof 73 elektroner. Hvordan kan du bruge det periodiske system til at finde ud af navnet på et givet grundstof, samt antallet af protoner og neutroner i dets kerne?

Lad os begynde at løse problemet. Du kan bestemme navnet på et stof ved at kende dets serienummer, som svarer til antallet af protoner. Da antallet af positive og negative ladninger i et atom er lige store, er det 73. Det betyder, at det er tantal. Desuden er det samlede antal nukleoner i alt 181, hvilket betyder, at protonerne i dette grundstof er 181 - 73 = 108. Ganske enkelt.

Isotoper af gallium

Grundstoffet gallium har atomnummer 71. I naturen har dette stof to isotoper - 69 Ga og 71 Ga. Hvordan bestemmer man procentdelen af ​​galliumarter?

Løsning af problemer på isotoper i kemi involverer næsten altid information, der kan fås fra det periodiske system. Denne gang bør du gøre det samme. Lad os bestemme den gennemsnitlige atommasse fra den angivne kilde. Det er lig med 69,72. Efter at have udpeget med x og y det kvantitative forhold mellem den første og anden isotop, tager vi deres sum lig med 1. Det betyder, at dette vil blive skrevet i form af en ligning: x + y = 1. Det følger, at 69x + 71y = 69,72. Udtrykker vi y i form af x og substituerer den første ligning med den anden, finder vi, at x = 0,64 og y = 0,36. Det betyder, at 69 Ga findes i naturen 64%, og procentdelen af ​​71 Ga er 34%.

Isotopiske transformationer

Radioaktiv fission af isotoper med deres omdannelse til andre grundstoffer er opdelt i tre hovedtyper. Den første af disse er alfa-henfald. Det sker med emission af en partikel, der repræsenterer kernen af ​​et heliumatom. Det vil sige, at dette er en formation bestående af en kombination af par neutroner og protoner. Da mængden af ​​sidstnævnte bestemmer ladningstallet og antallet af et stofs atom i det periodiske system, er der som et resultat af denne proces en kvalitativ transformation af et grundstof til et andet, og i tabellen skifter det til venstre ved at to celler. I dette tilfælde falder elementets massenummer med 4 enheder. Det kender vi fra strukturen af ​​isotopatomer.

Når kernen i et atom mister en beta-partikel, i det væsentlige en elektron, ændres dens sammensætning. En af neutronerne omdannes til en proton. Det betyder, at stoffets kvalitative egenskaber ændres igen, og elementet skifter i tabellen en celle til højre uden praktisk talt at tabe sig. Typisk er en sådan transformation forbundet med elektromagnetisk gammastråling.

Radium isotop transformation

Ovenstående information og viden fra klasse 11 kemi om isotoper hjælper igen med at løse praktiske problemer. For eksempel følgende: 226 Ra under henfald bliver til et kemisk grundstof i gruppe IV, med et massetal på 206. Hvor mange alfa- og beta-partikler skal det miste?

Under hensyntagen til ændringerne i massen og gruppen af ​​datterelementet, ved hjælp af det periodiske system, er det let at bestemme, at isotopen dannet under opsplitning vil være bly med en ladning på 82 og et massetal på 206. Og under hensyntagen til tage højde for ladningsnummeret for dette grundstof og det oprindelige radium, bør det antages, at dets kerne har mistet fem alfa-partikler og fire beta-partikler.

Brug af radioaktive isotoper

Alle er godt klar over den skade radioaktiv stråling kan forårsage for levende organismer. Radioaktive isotopers egenskaber kan dog være nyttige for mennesker. De bruges med succes i mange industrier. Med deres hjælp er det muligt at opdage utætheder i ingeniør- og konstruktionskonstruktioner, underjordiske rørledninger og olierørledninger, lagertanke og varmevekslere i kraftværker.

Disse egenskaber bruges også aktivt i videnskabelige eksperimenter. For eksempel er tsetsefluen en bærer af mange alvorlige sygdomme for mennesker, husdyr og husdyr. For at forhindre dette steriliseres hanner af disse insekter ved hjælp af svag radioaktiv stråling. Isotoper er også uundværlige til at studere mekanismerne for visse kemiske reaktioner, fordi atomer af disse elementer kan bruges til at mærke vand og andre stoffer.

Tagede isotoper bruges også ofte i biologisk forskning. Sådan blev det for eksempel slået fast, hvordan fosfor påvirker jordbund, vækst og udvikling af kulturplanter. Isotopers egenskaber bruges også med succes i medicin, hvilket har gjort det muligt at behandle kræftsvulster og andre alvorlige sygdomme og bestemme alderen på biologiske organismer.

Det er blevet fastslået, at hvert kemisk grundstof, der findes i naturen, er en blanding af isotoper (derfor har de fraktioneret atommasse). For at forstå, hvordan isotoper adskiller sig fra hinanden, er det nødvendigt at overveje atomets struktur i detaljer. Et atom danner en kerne og en elektronsky. Massen af ​​et atom er påvirket af elektroner, der bevæger sig med forbløffende hastigheder gennem orbitaler i elektronskyen, neutroner og protoner, der udgør kernen.

Hvad er isotoper

Isotoper er en type atom i et kemisk grundstof. Der er altid lige mange elektroner og protoner i ethvert atom. Da de har modsatte ladninger (elektroner er negative, og protoner er positive), er atomet altid neutralt (denne elementære partikel bærer ikke en ladning, den er nul). Når en elektron mistes eller fanges, mister et atom neutralitet og bliver enten en negativ eller en positiv ion.
Neutroner har ingen ladning, men deres antal i atomkernen af ​​det samme grundstof kan variere. Dette påvirker ikke på nogen måde atomets neutralitet, men det påvirker dets masse og egenskaber. For eksempel indeholder enhver isotop af et brintatom en elektron og en proton. Men antallet af neutroner er anderledes. Protium har kun 1 neutron, deuterium har 2 neutroner, og tritium har 3 neutroner. Disse tre isotoper adskiller sig markant fra hinanden i egenskaber.

Sammenligning af isotoper

Hvordan er isotoper forskellige? De har forskelligt antal neutroner, forskellige masser og forskellige egenskaber. Isotoper har identiske strukturer af elektronskaller. Det betyder, at de er ret ens i kemiske egenskaber. Derfor får de én plads i det periodiske system.
Der er fundet stabile og radioaktive (ustabile) isotoper i naturen. Atomkernerne i radioaktive isotoper er i stand til spontant at omdannes til andre kerner. Under processen med radioaktivt henfald udsender de forskellige partikler.
De fleste grundstoffer har over to dusin radioaktive isotoper. Derudover syntetiseres radioaktive isotoper kunstigt for absolut alle grundstoffer. I en naturlig blanding af isotoper varierer deres indhold lidt.
Eksistensen af ​​isotoper gjorde det muligt at forstå, hvorfor grundstoffer med lavere atommasse i nogle tilfælde har et højere atomnummer end grundstoffer med højere atommasse. For eksempel i argon-kalium-parret inkluderer argon tunge isotoper, og kalium indeholder lette isotoper. Derfor er massen af ​​argon større end den af ​​kalium.

TheDifference.ru fastslog, at forskellen mellem isotoper er som følger:

De har forskellige antal neutroner.
Isotoper har forskellige atommasser.
Værdien af ​​massen af ​​ionatomer påvirker deres samlede energi og egenskaber.

Isotoper

ISOTOPER-s; pl.(enhedsisotop, -a; m.). [fra græsk isos - lige og topos - sted] Specialist. Varianter af det samme kemiske element, der adskiller sig i massen af ​​atomer. Radioaktive isotoper. Isotoper af uran.

◁ Isotopisk, åh, åh. I. indikator.

isotoper

Forskningens historie
De første eksperimentelle data om eksistensen af ​​isotoper blev opnået i 1906-10. når man studerer egenskaberne ved radioaktive transformationer af atomer af tunge grundstoffer. I 1906-07. Det blev opdaget, at det radioaktive henfaldsprodukt af uran, ionium og det radioaktive henfaldsprodukt af thorium, radiothorium, har de samme kemiske egenskaber som thorium, men adskiller sig fra sidstnævnte i atommasse og radioaktive henfaldskarakteristika. Desuden: alle tre elementer har de samme optiske og røntgenspektre. Efter forslag fra den engelske videnskabsmand F. Soddy (cm. SODDIE Frederick), begyndte sådanne stoffer at blive kaldt isotoper.
Efter at der blev fundet isotoper i tunge radioaktive grundstoffer, begyndte søgningen efter isotoper i stabile grundstoffer. Uafhængig bekræftelse af eksistensen af ​​stabile isotoper af kemiske grundstoffer blev opnået i eksperimenterne af J. J. Thomson (cm. THOMSON Joseph John) og F. Aston (cm. ASTON Francis William). Thomson opdagede stabile isotoper af neon i 1913. Aston, der forskede ved hjælp af et instrument, han designede kaldet en massespektrograf (eller massespektrometer), ved hjælp af massespektrometrimetoden (cm. MASSESPEKTROMETRI), bevist, at mange andre stabile kemiske grundstoffer har isotoper. I 1919 opnåede han bevis for eksistensen af ​​to isotoper 20 Ne og 22 Ne, hvis relative overflod (overflod) i naturen er cirka 91% og 9%. Efterfølgende blev isotopen 21 Ne opdaget med en overflod på 0,26 %, isotoper af klor, kviksølv og en række andre grundstoffer.
Et massespektrometer af et lidt anderledes design blev skabt i de samme år af A. J. Dempster (cm. DEMPSTER Arthur Jeffrey). Som et resultat af den efterfølgende brug og forbedring af massespektrometre blev en næsten komplet tabel over isotopsammensætninger udarbejdet gennem mange forskeres indsats. I 1932 blev en neutron opdaget - en partikel uden ladning, med en masse tæt på massen af ​​kernen i et brintatom - en proton, og en proton-neutron model af kernen blev skabt. Som et resultat har videnskaben etableret den endelige definition af begrebet isotoper: Isotoper er stoffer, hvis atomkerner består af det samme antal protoner og kun adskiller sig i antallet af neutroner i kernen. Omkring 1940 blev der foretaget isotopanalyse for alle kemiske grundstoffer, der var kendt på det tidspunkt.
Under undersøgelsen af ​​radioaktivitet blev omkring 40 naturlige radioaktive stoffer opdaget. De blev grupperet i radioaktive familier, hvis forfædre er isotoper af thorium og uran. Naturlige omfatter alle stabile varianter af atomer (ca. 280 af dem) og alle naturligt radioaktive, der er en del af radioaktive familier (46 af dem). Alle andre isotoper opnås som et resultat af kernereaktioner.
For første gang i 1934 I. Curie (cm. JOLIO-CURIE Irene) og F. Joliot-Curie (cm. JOLIO-CURIE Frederic) kunstigt opnåede radioaktive isotoper af nitrogen (13 N), silicium (28 Si) og phosphor (30 P), som er fraværende i naturen. Med disse eksperimenter demonstrerede de muligheden for at syntetisere nye radioaktive nuklider. Blandt de i øjeblikket kendte kunstige radioisotoper tilhører mere end 150 transuranelementer (cm. TRANSURANELEMENTER), ikke fundet på Jorden. Teoretisk antages det, at antallet af varianter af isotoper, der er i stand til at eksistere, kan nå op på omkring 6000.

encyklopædisk ordbog. 2009 .

Se, hvad "isotoper" er i andre ordbøger:

Moderne encyklopædi

Isotoper- (fra iso... og græsk topos sted), varianter af kemiske grundstoffer, hvor kernerne af atomer (nuklider) adskiller sig i antallet af neutroner, men indeholder det samme antal protoner og derfor indtager samme plads i det periodiske system af kemikalier... Illustreret encyklopædisk ordbog

- (fra iso... og græsk topos sted) varianter af kemiske grundstoffer, hvor atomkernerne adskiller sig i antallet af neutroner, men indeholder det samme antal protoner og derfor indtager samme plads i grundstoffernes periodiske system. Skelne... ... Stor encyklopædisk ordbog

ISOTOPER- ISOTOPER, kemiske. grundstoffer placeret i den samme celle i det periodiske system og derfor har samme atomnummer eller ordensnummer. I dette tilfælde bør ioner generelt ikke have samme atomvægt. Forskellige…… Great Medical Encyclopedia

Varianter af dette kemikalie. elementer, der adskiller sig i massen af ​​deres kerner. Besidder identiske ladninger af kerner Z, men forskellige i antallet af neutroner, har elektroner den samme struktur som elektronskaller, dvs. meget tæt kemisk. St. Va, og besætter det samme... ... Fysisk encyklopædi

Atomer af samme kemikalie. et grundstof, hvis kerner indeholder det samme antal protoner, men et andet antal neutroner; har forskellige atommasser, har samme kemikalie. egenskaber, men adskiller sig i deres fysiske egenskaber. egenskaber, især... Mikrobiologi ordbog

Atomer chem. grundstoffer, der har forskellige massetal, men har samme ladning af atomkerner og derfor indtager samme plads i Mendelejevs periodiske system. Atomer af forskellige isotoper af det samme kemikalie. elementer er forskellige i antal... ... Geologisk encyklopædi