Утврдено е дека секој хемиски елемент пронајден во природата е мешавина од изотопи (оттука тие имаат фракциони атомски маси). За да се разбере како изотопите се разликуваат еден од друг, неопходно е детално да се разгледа структурата на атомот. Атомот формира јадро и електронски облак. Масата на атомот е под влијание на електроните кои се движат со неверојатна брзина низ орбиталите во електронскиот облак, неутроните и протоните кои го сочинуваат јадрото.

Што се изотопи

Изотопие вид на атом на хемиски елемент. Во секој атом секогаш има еднаков број на електрони и протони. Бидејќи тие имаат спротивни полнежи (електроните се негативни, а протоните се позитивни), атомот е секогаш неутрален (оваа елементарна честичка не носи полнеж, таа е нула). Кога електрон е изгубен или заробен, атомот ја губи неутралноста, станувајќи или негативен или позитивен јон.
Неутроните немаат полнеж, но нивниот број во атомското јадро на истиот елемент може да варира. Ова на никаков начин не влијае на неутралноста на атомот, но влијае на неговата маса и својства. На пример, секој изотоп на атом на водород содржи еден електрон и еден протон. Но, бројот на неутрони е различен. Протиумот има само 1 неутрон, деутериумот има 2 неутрони, а тритиумот има 3 неутрони. Овие три изотопи значително се разликуваат едни од други по својства.

Споредба на изотопи

Како се разликуваат изотопите? Тие имаат различен број на неутрони, различни маси и различни својства. Изотопите имаат идентични структури на електронски обвивки. Тоа значи дека тие се доста слични по хемиски својства. Затоа, им се дава едно место во периодниот систем.
Во природата се пронајдени стабилни и радиоактивни (нестабилни) изотопи. Јадрата на атомите на радиоактивните изотопи се способни спонтано да се трансформираат во други јадра. За време на процесот на радиоактивно распаѓање, тие испуштаат различни честички.
Повеќето елементи имаат над дваесетина радиоактивни изотопи. Покрај тоа, радиоактивните изотопи се вештачки синтетизирани за апсолутно сите елементи. Во природна мешавина на изотопи, нивната содржина малку варира.
Постоењето на изотопи овозможи да се разбере зошто, во некои случаи, елементите со помала атомска маса имаат поголем атомски број од елементите со поголема атомска маса. На пример, во парот аргон-калиум, аргонот вклучува тешки изотопи, а калиумот содржи лесни изотопи. Затоа, масата на аргон е поголема од онаа на калиумот.

TheDifference.ru утврди дека разликата помеѓу изотопите е како што следува:

Тие имаат различен број на неутрони.
Изотопите имаат различни атомски маси.
Вредноста на масата на јонските атоми влијае на нивната вкупна енергија и својства.

Изотопи

Атомите од ист елемент кои имаат различен масен број се нарекуваат изотопи. Атомите на изотопи од истиот елемент имаат ист број на протони (Z) и се разликуваат едни од други по бројот на неутрони (N).

Изотопите на различни елементи немаат свои имиња, туку го повторуваат името на елементот; во овој случај, атомската маса на даден изотоп - нејзината единствена разлика од другите изотопи на истиот елемент - се рефлектира со помош на надреден знак во хемиската формула на елементот: на пример, за изотопи на ураниум - 235 U, 238 U. единствен исклучок од правилата на номенклатурата на изотоп е елементот бр. 1 - водород. Сите три моментално познати изотопи на водород имаат не само свои посебни хемиски симболи, туку и свое име: 1 H - протиум, 2 D - деутериум, 3 T - тритиум; во овој случај, јадрото на протиум е едноставно еден протон, јадрото на деутериум содржи еден протон и еден неутрон, јадрото на тритиум содржи еден протон и два неутрони. Имињата на водородните изотопи историски се развиле на овој начин бидејќи релативната разлика во масите на водородните изотопи предизвикана со додавање на еден неутрон е максимална меѓу сите хемиски елементи.

Сите изотопи можат да се поделат на стабилни (стабилни), односно не се предмет на спонтано распаѓање на атомските јадра на делови (распаѓањето во овој случај се нарекува радиоактивно), и нестабилно (нестабилно) - радиоактивно, односно подложно на радиоактивно распаѓање. Повеќето елементи распространети во природата се состојат од мешавина од два или повеќе стабилни изотопи: на пример, 16 O, 12 C. Од сите елементи, калајот има најголем број стабилни изотопи (10 изотопи), а, на пример, постои алуминиум во природата во форма на само еден стабилен изотоп - останатите негови познати изотопи се нестабилни. Јадрата на нестабилните изотопи се распаѓаат спонтано, ослободувајќи b честички и c честички (електрони) додека не се формира стабилен изотоп на друг елемент: на пример, распаѓањето на 238 U (радиоактивен ураниум) завршува со формирање на 206 Pb (стабилен изотоп). на олово). При проучувањето на изотопите, беше откриено дека тие не се разликуваат по хемиските својства, кои, како што знаеме, се одредуваат според полнежот на нивните јадра и не зависат од масата на јадрата.

Електронски школки

Електронската обвивка на атомот е простор од просторот каде што најверојатно се наоѓаат електроните, што се карактеризира со истата вредност на главниот квантен број n и, како последица на тоа, се наоѓа на блиски енергетски нивоа. Секоја електронска обвивка може да има одреден максимален број на електрони.

Поаѓајќи од вредноста на главниот квантен број n = 1, енергетските нивоа (слоеви) се означени како K, L, M и N. Тие се поделени на поднивоа (подслоеви) кои се разликуваат едни од други по енергијата на врзувањето со јадрото. Бројот на поднивоа е еднаков на вредноста на главниот квантен број, но не надминува четири: првото ниво има едно подниво, 2-то - две, 3-то - три, 4-то - четири поднивоа. Поднивоата, пак, се состојат од орбитали. Вообичаено е да се означат поднивоа со латински букви, s е првото подниво од секое енергетско ниво најблиску до јадрото; се состои од една s-орбитала, p - второто подниво, се состои од три p-орбитали; d е третото подниво, се состои од пет d-орбитали; f е четврто подниво, содржи седум f орбитали. Така, за секоја вредност на n има n 2 орбитали. Секоја орбитала може да содржи не повеќе од два електрони - принципот на Паули. Ако има еден електрон во орбиталата, тогаш тој се нарекува неспарен; ако има два, тогаш тоа се спарени електрони. Паули принципот ја објаснува формулата N=2n 2. Ако првото ниво K(n=1) содржи 1 2 = 1 орбитала, а секоја орбитала има 2 електрони, тогаш максималниот број на електрони ќе биде 2*1 2 =2; L (n = 2) =8; M (n = 3) =18; N (n = 4) =32.

· Полуживот · Масен број · Нуклеарна верижна реакција

Терминологија

Историја на откривањето на изотопи

Првиот доказ дека супстанциите со исто хемиско однесување можат да имаат различни физички својства е добиен со проучување на радиоактивните трансформации на атомите на тешките елементи. Во 1906-07 година, се покажа дека производот од радиоактивното распаѓање на ураниум - јониум и производот од радиоактивно распаѓање на ториум - радиоториум, ги имаат истите хемиски својства како ториумот, но се разликуваат од него по атомска маса и карактеристики на радиоактивно распаѓање. Подоцна беше откриено дека сите три производи имаат идентични оптички и рендгенски спектри. Таквите супстанции, идентични по хемиски својства, но различни по масата на атомите и некои физички својства, на предлог на англискиот научник Ф. Соди, почнале да се нарекуваат изотопи.

Изотопи во природата

Се верува дека изотопскиот состав на елементите на Земјата е ист кај сите материјали. Некои физички процеси во природата доведуваат до нарушување на изотопскиот состав на елементите (природни фракционирањеизотопи карактеристични за лесните елементи, како и поместувањата на изотопи за време на распаѓањето на природните долговечни изотопи). Постепената акумулација на јадра во минералите - производите на распаѓање на некои долговечни нуклиди - се користи во нуклеарната геохронологија.

Човечка употреба на изотопи

Во технолошките активности, луѓето научиле да го менуваат изотопскиот состав на елементите за да добијат какви било специфични својства на материјалите. На пример, 235 U е способен за верижна реакција на фисија со термички неутрони и може да се користи како гориво за нуклеарни реактори или нуклеарно оружје. Сепак, природниот ураниум содржи само 0,72% од овој нуклид, додека верижна реакција е практично изводлива само со содржина од 235 U од најмалку 3%. Поради сличноста на физичките и хемиските својства на изотопите на тешките елементи, постапката за збогатување на изотоп на ураниум е исклучително сложена технолошка задача, до која ѝ се достапни само десетина земји во светот. Изотопските ознаки се користат во многу гранки на науката и технологијата (на пример, во радиоимуноанализа).

исто така види

• Изотопска геохемија

Нестабилно (помалку од еден ден): 8 C: Јаглерод-8, 9 C: Јаглерод-9, 10 C: Јаглерод-10, 11 C: Јаглерод-11

Стабилно: 12 C: Јаглерод-12, 13 C: Јаглерод-13

10-10.000 години: 14 C: Јаглерод-14

Нестабилно (помалку од еден ден): 15 C: Јаглерод-15, 16 C: Јаглерод-16, 17 C: Јаглерод-17, 18 C: Јаглерод-18, 19 C: Јаглерод-19, 20 C: Јаглерод-20, 21 C: Јаглерод-21, 22 C: Јаглерод-22

Проучувајќи го феноменот на радиоактивност, научниците во првата деценија на 20 век. откриле голем број радиоактивни материи - околу 40. Имало значително повеќе отколку што имало слободни места во периодниот систем на елементи помеѓу бизмутот и ураниумот. Природата на овие супстанции е контроверзна. Некои истражувачи ги сметаа за независни хемиски елементи, но во овој случај прашањето за нивното сместување во периодниот систем се покажа како нерастворливо. Други, генерално, им го ускратија правото да се нарекуваат елементи во класична смисла. Во 1902 година, англискиот физичар Д. Мартин таквите супстанции ги нарекол радиоелементи. Како што беа проучувани, стана јасно дека некои радиоелементи имаат точно исти хемиски својства, но се разликуваат во атомските маси. Оваа околност беше во спротивност со основните одредби на периодичниот закон. Англискиот научник Ф. Соди ја решил контрадикторноста. Во 1913 година, тој ги нарекол хемиски слични радиоелементи изотопи (од грчки зборови што значат „исто“ и „место“), односно тие го заземаат истото место во периодниот систем. Се покажа дека радиоелементите се изотопи на природни радиоактивни елементи. Сите тие се комбинирани во три радиоактивни семејства, чии предци се изотопи на ториум и ураниум.

Изотопи на кислород. Изобари на калиум и аргон (изобарите се атоми на различни елементи со ист масен број).

Број на стабилни изотопи за парни и непарни елементи.

Наскоро стана јасно дека и други стабилни хемиски елементи имаат изотопи. Главната заслуга за нивното откритие му припаѓа на англискиот физичар Ф.Астон. Тој откри стабилни изотопи на многу елементи.

Од модерна гледна точка, изотопите се сорти на атоми на хемиски елемент: тие имаат различни атомски маси, но исто нуклеарно полнење.

Така, нивните јадра содржат ист број на протони, но различен број на неутрони. На пример, природните изотопи на кислород со Z = 8 содржат 8, 9 и 10 неутрони во нивните јадра, соодветно. Збирот на броевите на протоните и неутроните во јадрото на изотопот се нарекува масен број А. Следствено, масените броеви на наведените изотопи на кислород се 16, 17 и 18. Во денешно време, следнава ознака за изотопи е прифатена: вредноста Z е дадена долу лево од симболот на елементот, вредноста A е дадена горе лево. На пример: 16 8 O, 17 8 O, 18 8 O.

Од откривањето на феноменот на вештачка радиоактивност, произведени се приближно 1.800 вештачки радиоактивни изотопи со помош на нуклеарни реакции за елементи со Z од 1 до 110. Огромното мнозинство на вештачки радиоизотопи имаат многу краток полуживот, измерен во секунди и делови од секунди ; само неколку имаат релативно долг животен век (на пример, 10 Be - 2,7 10 6 години, 26 Al - 8 10 5 години, итн.).

Стабилните елементи во природата се претставени со приближно 280 изотопи. Сепак, некои од нив се покажаа како слабо радиоактивни, со огромен полуживот (на пример, 40 K, 87 Rb, 138 La, l47 Sm, 176 Lu, 187 Re). Животниот век на овие изотопи е толку долг што може да се сметаат за стабилни.

Сè уште има многу предизвици во светот на стабилните изотопи. Така, не е јасно зошто нивниот број толку многу варира меѓу различните елементи. Околу 25% од стабилните елементи (Be, F, Na, Al, P, Sc, Mn, Co, As, Y, Nb, Rh, I, Cs, Pt, Tb, Ho, Tu, Ta, Au) се присутни во природата само еден вид атом. Тоа се таканаречените единечни елементи. Интересно е што сите (освен Be) имаат непарни вредности на Z. Генерално, за непарните елементи бројот на стабилни изотопи не надминува два. Спротивно на тоа, некои парни-Z елементи се состојат од голем број изотопи (на пример, Xe има 9, Sn има 10 стабилни изотопи).

Множеството стабилни изотопи на даден елемент се нарекува галаксија. Нивната содржина во галаксијата често варира во голема мера. Интересно е да се забележи дека најголемата содржина има изотопи со масен број кои се множители на четири (12 C, 16 O, 20 Ca итн.), иако има исклучоци од ова правило.

Откривањето на стабилните изотопи овозможи да се реши долгогодишната мистерија за атомските маси - нивното отстапување од цели броеви, објаснето со различните проценти на стабилни изотопи на елементите во галаксијата.

Во нуклеарната физика е познат концептот на „изобари“. Изобарите се изотопи на различни елементи (односно, со различни Z вредности) кои имаат исти масени броеви. Проучувањето на изобарите придонесе за воспоставување на многу важни обрасци во однесувањето и својствата на атомските јадра. Еден од овие обрасци е изразен со правилото формулирано од советскиот хемичар С. А. Шчукарев и германскиот физичар И. Матауч. Тој вели: ако два изобари се разликуваат во вредностите на Z за 1, тогаш еден од нив дефинитивно ќе биде радиоактивен. Класичен пример за пар изобари е 40 18 Ar - 40 19 K. Во него, изотопот на калиум е радиоактивен. Правилото Шчукарев-Матауч овозможи да се објасни зошто нема стабилни изотопи во елементите технициум (Z = 43) и прометиум (Z = 61). Бидејќи тие имаат непарни вредности на Z, за нив не може да се очекуваат повеќе од два стабилни изотопи. Но, се покажа дека изобарите на технициум и прометиум, соодветно изотопите на молибден (Z = 42) и рутениум (Z = 44), неодимиум (Z = 60) и самариум (Z = 62), се претставени во природата со стабилни сорти на атоми во широк опсег на масени броеви. Така, физичките закони забрануваат постоење на стабилни изотопи на технециум и прометиум. Ова е причината зошто овие елементи всушност не постојат во природата и мораа да се синтетизираат вештачки.

Научниците долго време се обидуваат да развијат периодичен систем на изотопи. Се разбира, се заснова на различни принципи од основата на периодниот систем на елементи. Но, овие обиди сè уште не доведоа до задоволителни резултати. Точно, физичарите докажаа дека низата на пополнување на протонски и неутронски обвивки во атомските јадра, во принцип, е слична на конструкцијата на електронските обвивки и подобвивките во атомите (види Атом).

Електронските обвивки на изотопи на даден елемент се конструирани на ист начин. Затоа, нивните хемиски и физички својства се речиси идентични. Само водородните изотопи (протиум и деутериум) и нивните соединенија покажуваат забележителни разлики во својствата. На пример, тешката вода (D 2 O) замрзнува на +3,8, врие на 101,4 ° C, има густина од 1,1059 g/cm 3 и не го поддржува животот на животните и растителните организми. За време на електролизата на водата во водород и кислород, претежно H 2 0 молекулите се распаѓаат, додека молекулите на тешка вода остануваат во електролизаторот.

Одвојувањето на изотопи на други елементи е исклучително тешка задача. Меѓутоа, во многу случаи, потребни се изотопи на поединечни елементи со значително изменето изобилство во споредба со природното изобилство. На пример, при решавањето на проблемот со атомската енергија, стана неопходно да се одвојат изотопите 235 U и 238 U. За таа цел, најпрвин беше користен методот на масена спектрометрија, со чија помош се добиени првите килограми ураниум-235 во САД во 1944 г. Сепак, овој метод се покажа како прескап и беше заменет со методот на дифузија на гас, кој користеше UF 6. Сега постојат неколку методи за одвојување на изотопи, но сите тие се прилично сложени и скапи. А сепак проблемот со „поделба на неразделното“ успешно се решава.

Се појави нова научна дисциплина - изотоп хемија. Таа го проучува однесувањето на различни изотопи на хемиски елементи во хемиските реакции и процесите на размена на изотопи. Како резултат на овие процеси, изотопите на даден елемент се прераспределуваат помеѓу супстанциите што реагираат. Еве го наједноставниот пример: H 2 0 + HD = HD0 + H 2 (молекула на вода разменува атом на протиум за атом на деутериум). Се развива и геохемијата на изотопи. Таа ги проучува варијациите во изотопскиот состав на различни елементи во земјината кора.

Најмногу се користат таканаречените означени атоми - вештачки радиоактивни изотопи на стабилни елементи или стабилни изотопи. Со помош на изотопски индикатори - означени атоми - тие ги проучуваат патеките на движење на елементите во неживата и жива природа, природата на дистрибуцијата на супстанции и елементи во различни предмети. Изотопите се користат во нуклеарната технологија: како материјали за изградба на нуклеарни реактори; како нуклеарно гориво (изотопи на ториум, ураниум, плутониум); во термонуклеарна фузија (деутериум, 6 Li, 3 He). Радиоактивните изотопи се исто така широко користени како извори на зрачење.

Одреден елемент кој има ист, но различен. Тие имаат јадра со ист број и разновидност. број, имаат иста структура на електронски обвивки и заземаат исто место во периодичноста. хемиски систем елементи. Терминот „изотопи“ беше предложен во 1910 година од Ф. Соди за да назначи хемиски неразлични сорти кои се разликуваат по нивните физички својства. (првенствено радиоактивни) Светци. Стабилните изотопи првпат биле откриени во 1913 година од страна на Џ. Томсон користејќи го т.н. методот на параболи - прототип на модерниот. . Тој откри дека Не има најмалку 2 сорти со тежина. делови 20 и 22. Имињата и симболите на изотопите обично се имиња и симболи на соодветните хемикалии. елементи; посочете горе лево од симболот. На пример, да се укаже природно изотопите ја користат ознаката 35 Cl и 37 Cl; понекогаш елементот е означен и долу лево, т.е. напишете 35 17 Cl и 37 17 Cl. Само изотопи на најлесниот елемент, водородот, со тежина. делови 1, 2 и 3 имаат посебни. имиња и симболи: (1 1 H), (D, или 2 1 H) и (T, или 3 1 H), соодветно. Поради големата разлика во масите, однесувањето на овие изотопи значително се разликува (види,). Стабилни изотопи се јавуваат во сите парни и најнепарни елементи со[ 83. Бројот на стабилни изотопи на елементите со парни броеви може да биде. е еднакво на 10 (на пр. y); Елементите со непарен број немаат повеќе од два стабилни изотопи. Познато прибл. 280 стабилни и повеќе од 2000 радиоактивни изотопи од 116 природни и вештачки добиени елементи. За секој елемент, содржината на поединечни изотопи во природата. смесата претрпува мали флуктуации, кои често може да се занемарат. Повеќе средства. флуктуации во изотопскиот состав се забележани за метеорити и други небесни тела. Константноста на изотопскиот состав доведува до постојаност на елементите кои се наоѓаат на Земјата, што е просечна вредност на масата на даден елемент, пронајдена земајќи го предвид изобилството на изотопи во природата. Флуктуациите во изотопскиот состав на лесните елементи се поврзани, по правило, со промени во изотопскиот состав за време на распаѓањето. процеси кои се случуваат во природата (, итн.). За тешкиот елемент Pb, варијациите во изотопскиот состав на различни примероци се објаснуваат со различни фактори. содржина во, и други извори и - предците на природата. . Разликите во својствата на изотопите на даден елемент се нарекуваат. . Важно практично Задачата е да се добие од природата. мешавини на поединечни изотопи -