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

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

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

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

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

Nuklides Dan isotop

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

Jawatan

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

Isotop radioaktif, primer dan stabil

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

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

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

Nuklida radioaktif dicipta secara buatan, kini terdapat 3,339 nuklida yang diketahui. Ini termasuk 905 nuklida yang sama ada stabil atau mempunyai separuh hayat lebih daripada 60 minit.

Sifat isotop

Sifat kimia dan molekul

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

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

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

Sifat dan kestabilan nuklear

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

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

Bilangan isotop setiap unsur

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

Nombor nukleon genap dan ganjil

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

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

Nombor atom

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

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

Kerana nombor neutron ganjilnya, nuklida ganjil-genap cenderung mempunyai keratan rentas tangkapan neutron yang besar disebabkan tenaga yang timbul daripada kesan gandingan neutron. Nuklida stabil ini mungkin mempunyai sifat yang luar biasa banyaknya, terutamanya kerana untuk membentuk dan memasuki kelimpahan primordial ia mesti melarikan diri dari penangkapan neutron untuk membentuk lagi isotop genap yang stabil semasa proses s dan proses penangkapan neutron semasa nukleosintesis.

Nombor atom ganjil

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

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

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

Bilangan neutron ganjil

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

Kejadian di alam semula jadi

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

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

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

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

Jisim atom unsur yang dijadualkan ialah purata yang menyumbang kepada kehadiran berbilang isotop dengan jisim yang berbeza. Sebelum penemuan isotop, yang ditentukan secara empirik, nilai jisim atom tidak bersepadu mengelirukan saintis. Sebagai contoh, sampel klorin mengandungi 75.8% klorin-35 dan 24.2% klorin-37, memberikan purata jisim atom sebanyak 35.5 unit jisim atom.

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

Jisim atom isotop

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

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

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

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

Penggunaan isotop

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

Penggunaan sifat kimia dan biologi

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

Menggunakan Harta Nuklear

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

Kandungan artikel

ISOTOP– jenis unsur kimia yang sama yang serupa dalam sifat fizikokimianya, tetapi mempunyai jisim atom yang berbeza. Nama "isotop" dicadangkan pada tahun 1912 oleh ahli radiokimia Inggeris Frederick Soddy, yang membentuknya daripada dua perkataan Yunani: isos - identik dan topos - tempat. Isotop menduduki tempat yang sama dalam sel jadual unsur berkala Mendeleev.

Atom bagi sebarang unsur kimia terdiri daripada nukleus bercas positif dan awan elektron bercas negatif mengelilinginya. Kedudukan unsur kimia dalam jadual berkala Mendeleev (nombor atomnya) ditentukan oleh cas nukleus atomnya. Isotop oleh itu dipanggil jenis unsur kimia yang sama, atom-atomnya mempunyai cas nuklear yang sama (dan, oleh itu, hampir sama dengan kulit elektron), tetapi berbeza dalam nilai jisim nuklear. Menurut ungkapan kiasan F. Soddy, atom isotop adalah sama "di luar", tetapi berbeza "di dalam".

Neutron ditemui pada tahun 1932 – zarah yang tidak mempunyai cas, dengan jisim yang hampir dengan jisim nukleus atom hidrogen - proton , dan dicipta model proton-neutron nukleus. Akibatnya dalam sains, definisi moden terakhir bagi konsep isotop telah ditetapkan: isotop ialah bahan yang nukleus atomnya terdiri daripada bilangan proton yang sama dan hanya berbeza dalam bilangan neutron dalam nukleus. . Setiap isotop biasanya dilambangkan dengan satu set simbol, di mana X ialah simbol unsur kimia, Z ialah cas nukleus atom (bilangan proton), A ialah nombor jisim isotop (jumlah bilangan nukleon - proton dan neutron dalam nukleus, A = Z + N). Oleh kerana cas nukleus nampaknya dikaitkan secara unik dengan simbol unsur kimia, hanya tatatanda A X sering digunakan untuk singkatan.

Daripada semua isotop yang kita ketahui, hanya isotop hidrogen mempunyai nama mereka sendiri. Oleh itu, isotop 2 H dan 3 H dipanggil deuterium dan tritium dan ditetapkan D dan T, masing-masing (isotop 1 H kadangkala dipanggil protium).

Berlaku di alam semula jadi sebagai isotop stabil , dan tidak stabil - radioaktif, nukleus atom yang tertakluk kepada perubahan spontan kepada nukleus lain dengan pelepasan pelbagai zarah (atau proses yang dipanggil pereputan radioaktif). Kira-kira 270 isotop stabil kini diketahui, dan isotop stabil hanya terdapat dalam unsur dengan nombor atom Z Ј 83. Bilangan isotop tidak stabil melebihi 2000, sebahagian besar daripadanya diperoleh secara buatan hasil daripada pelbagai tindak balas nuklear. Bilangan isotop radioaktif bagi banyak unsur adalah sangat besar dan boleh melebihi dua dozen. Bilangan isotop stabil adalah lebih kecil dengan ketara Sesetengah unsur kimia hanya terdiri daripada satu isotop stabil (berilium, fluorin, natrium, aluminium, fosforus, mangan, emas dan beberapa unsur lain). Bilangan terbesar isotop stabil - 10 - ditemui dalam timah, contohnya dalam besi terdapat 4, dan dalam merkuri - 7.

Penemuan isotop, latar belakang sejarah.

Pada tahun 1808, ahli naturalis Inggeris John Dalton mula-mula memperkenalkan definisi unsur kimia sebagai bahan yang terdiri daripada atom jenis yang sama. Pada tahun 1869, ahli kimia D.I. Mendeleev menemui hukum berkala unsur kimia. Salah satu kesukaran dalam mengesahkan konsep unsur sebagai bahan yang menduduki tempat tertentu dalam sel jadual berkala ialah berat atom unsur bukan integer yang diperhatikan secara eksperimen. Pada tahun 1866, ahli fizik dan kimia Inggeris Sir William Crookes mengemukakan hipotesis bahawa setiap unsur kimia semula jadi adalah campuran tertentu bahan yang sama sifatnya, tetapi mempunyai jisim atom yang berbeza, tetapi pada masa itu andaian sedemikian belum lagi mempunyai. pengesahan eksperimen dan oleh itu tidak bertahan lama perasan.

Satu langkah penting ke arah penemuan isotop ialah penemuan fenomena radioaktiviti dan hipotesis pereputan radioaktif yang dirumuskan oleh Ernst Rutherford dan Frederick Soddy: radioaktiviti tidak lebih daripada pereputan atom menjadi zarah bercas dan atom unsur lain. , berbeza dalam sifat kimianya daripada yang asal. Akibatnya, idea siri radioaktif atau keluarga radioaktif timbul , pada permulaannya terdapat unsur induk pertama, iaitu radioaktif, dan pada akhirnya - unsur stabil terakhir. Analisis rantaian transformasi menunjukkan bahawa semasa perjalanannya, unsur radioaktif yang sama, hanya berbeza dalam jisim atom, boleh muncul dalam satu sel sistem berkala. Malah, ini bermakna pengenalan konsep isotop.

Pengesahan bebas tentang kewujudan isotop stabil unsur kimia kemudiannya diperolehi dalam eksperimen J. J. Thomson dan Aston pada tahun 1912–1920 dengan rasuk zarah bercas positif (atau dipanggil rasuk saluran ) terpancar daripada tiub pelepasan.

Pada tahun 1919, Aston mereka bentuk alat yang dipanggil spektrograf jisim. (atau spektrometer jisim) . Sumber ion masih menggunakan tiub nyahcas, tetapi Aston menemui cara di mana pesongan berturut-turut pancaran zarah dalam medan elektrik dan magnet membawa kepada pemfokusan zarah dengan nisbah cas-ke-jisim yang sama (tanpa mengira kelajuannya) pada titik yang sama pada skrin. Bersama-sama dengan Aston, spektrometer jisim dengan reka bentuk yang sedikit berbeza telah dicipta pada tahun yang sama oleh American Dempster. Hasil daripada penggunaan seterusnya dan penambahbaikan spektrometer jisim melalui usaha ramai penyelidik, pada tahun 1935 satu jadual hampir lengkap komposisi isotop semua unsur kimia yang diketahui pada masa itu telah disusun.

Kaedah untuk pemisahan isotop.

Untuk mengkaji sifat isotop dan terutamanya untuk kegunaannya untuk tujuan saintifik dan gunaan, adalah perlu untuk mendapatkannya dalam kuantiti yang lebih atau kurang ketara. Dalam spektrometer jisim konvensional, pemisahan hampir lengkap isotop dicapai, tetapi kuantitinya boleh diabaikan. Oleh itu, usaha saintis dan jurutera bertujuan untuk mencari kaedah lain yang mungkin untuk mengasingkan isotop. Pertama sekali, kaedah pemisahan fizikokimia dikuasai, berdasarkan perbezaan dalam sifat isotop unsur yang sama seperti kadar penyejatan, pemalar keseimbangan, kadar tindak balas kimia, dll. Yang paling berkesan di antara mereka ialah kaedah pembetulan dan pertukaran isotop, yang digunakan secara meluas dalam pengeluaran industri isotop unsur cahaya: hidrogen, litium, boron, karbon, oksigen dan nitrogen.

Satu lagi kumpulan kaedah terdiri daripada kaedah kinetik molekul yang dipanggil: resapan gas, resapan haba, resapan jisim (resapan dalam aliran wap), sentrifugasi. Kaedah penyebaran gas, berdasarkan kadar resapan komponen isotop yang berbeza dalam media berliang sangat tersebar, telah digunakan semasa Perang Dunia Kedua untuk mengatur pengeluaran perindustrian pengasingan isotop uranium di Amerika Syarikat sebagai sebahagian daripada Projek Manhattan untuk mencipta bom atom. Untuk mendapatkan kuantiti uranium yang diperlukan, diperkaya sehingga 90% dengan isotop ringan 235 U - komponen utama "mudah terbakar" bom atom, loji dibina, menduduki kawasan seluas kira-kira empat ribu hektar. Lebih daripada 2 bilion dolar telah diperuntukkan untuk penciptaan pusat atom dengan tumbuhan untuk pengeluaran uranium yang diperkaya Selepas perang, loji untuk pengeluaran uranium yang diperkaya untuk tujuan ketenteraan, juga berdasarkan kaedah penyebaran pemisahan, telah dibangunkan dan. dibina di USSR. Dalam beberapa tahun kebelakangan ini, kaedah ini telah memberi laluan kepada kaedah sentrifugasi yang lebih cekap dan lebih murah. Dalam kaedah ini, kesan pemisahan campuran isotop dicapai disebabkan oleh kesan berbeza daya emparan pada komponen campuran isotop yang mengisi rotor emparan, iaitu silinder berdinding nipis terhad di bahagian atas dan bawah, berputar pada kelajuan tinggi dalam kebuk vakum. Beratus-ratus ribu emparan disambungkan dalam lata, pemutar setiap satunya membuat lebih daripada seribu pusingan sesaat, kini digunakan dalam loji pemisahan moden di Rusia dan di negara maju lain di dunia. Emparan digunakan bukan sahaja untuk menghasilkan uranium yang diperkaya yang diperlukan untuk menggerakkan reaktor nuklear loji kuasa nuklear, tetapi juga untuk menghasilkan isotop kira-kira tiga puluh unsur kimia di bahagian tengah jadual berkala. Unit pemisahan elektromagnet dengan sumber ion berkuasa juga digunakan untuk memisahkan pelbagai isotop dalam beberapa tahun kebelakangan ini, kaedah pemisahan laser juga telah meluas.

Penggunaan isotop.

Pelbagai isotop unsur kimia digunakan secara meluas dalam penyelidikan saintifik, dalam pelbagai bidang industri dan pertanian, dalam tenaga nuklear, biologi moden dan perubatan, dalam kajian alam sekitar dan bidang lain. Dalam penyelidikan saintifik (contohnya, dalam analisis kimia), sebagai peraturan, kuantiti kecil isotop jarang pelbagai unsur diperlukan, dikira dalam gram dan juga miligram setahun. Pada masa yang sama, untuk beberapa isotop yang digunakan secara meluas dalam tenaga nuklear, perubatan dan industri lain, keperluan untuk pengeluarannya boleh berjumlah banyak kilogram dan juga tan. Oleh itu, disebabkan penggunaan air berat D 2 O dalam reaktor nuklear, pengeluaran globalnya pada awal 1990-an abad yang lalu adalah kira-kira 5000 tan setahun. Deuterium isotop hidrogen, yang merupakan sebahagian daripada air berat, kepekatannya dalam campuran semula jadi hidrogen hanya 0.015%, bersama-sama dengan tritium, akan pada masa hadapan, menurut saintis, menjadi komponen utama bahan api termonuklear kuasa. reaktor yang beroperasi berdasarkan tindak balas pelakuran nuklear. Dalam kes ini, keperluan untuk pengeluaran isotop hidrogen akan menjadi sangat besar.

Dalam penyelidikan saintifik, isotop stabil dan radioaktif digunakan secara meluas sebagai penunjuk isotop (tag) dalam kajian pelbagai jenis proses yang berlaku di alam semula jadi.

Dalam pertanian, isotop (“atom berlabel”) digunakan, sebagai contoh, untuk mengkaji proses fotosintesis, kebolehcernaan baja, dan untuk menentukan kecekapan penggunaan tumbuhan nitrogen, fosforus, kalium, unsur surih, dan bahan lain. .

Teknologi isotop digunakan secara meluas dalam perubatan. Oleh itu, di Amerika Syarikat, mengikut statistik, lebih daripada 36 ribu prosedur perubatan dilakukan setiap hari dan kira-kira 100 juta ujian makmal menggunakan isotop. Prosedur yang paling biasa melibatkan tomografi yang dikira. Isotop karbon C13, diperkaya hingga 99% (kandungan semula jadi kira-kira 1%), digunakan secara aktif dalam apa yang dipanggil "kawalan pernafasan diagnostik". Intipati ujian adalah sangat mudah. Isotop yang diperkaya dimasukkan ke dalam makanan pesakit dan, selepas mengambil bahagian dalam proses metabolik dalam pelbagai organ badan, dikeluarkan dalam bentuk karbon dioksida CO 2 yang dihembus oleh pesakit, yang dikumpulkan dan dianalisis menggunakan spektrometer. Perbezaan dalam kadar proses yang berkaitan dengan pembebasan jumlah karbon dioksida yang berbeza, yang dilabelkan dengan isotop C 13, memungkinkan untuk menilai keadaan pelbagai organ pesakit. Di AS, bilangan pesakit yang akan menjalani ujian ini dianggarkan 5 juta setahun. Kini kaedah pemisahan laser digunakan untuk menghasilkan isotop C13 yang sangat diperkaya pada skala industri.

Vladimir Zhdanov

Malah ahli falsafah kuno mencadangkan bahawa jirim dibina daripada atom. Walau bagaimanapun, para saintis mula menyedari bahawa "blok binaan" alam semesta terdiri daripada zarah-zarah kecil hanya pada permulaan abad ke-19 dan ke-20. Eksperimen membuktikan ini menghasilkan revolusi sebenar dalam sains pada satu masa. Ia adalah nisbah kuantitatif bahagian konstituennya yang membezakan satu unsur kimia daripada yang lain. Setiap daripada mereka diberikan tempat mengikut nombor siri. Tetapi terdapat pelbagai jenis atom yang menduduki sel yang sama dalam jadual, walaupun terdapat perbezaan jisim dan sifat. Mengapa demikian dan apakah isotop dalam kimia akan dibincangkan lebih lanjut.

Atom dan zarahnya

Mengkaji struktur jirim melalui pengeboman dengan zarah alfa, E. Rutherford membuktikan pada tahun 1910 bahawa ruang utama atom dipenuhi dengan lompang. Dan hanya di tengah adalah teras. Elektron negatif bergerak mengelilinginya dalam orbital, membentuk kulit sistem ini. Beginilah cara model planet "blok binaan" jirim dicipta.

Apakah isotop? Ingat dari kursus kimia anda bahawa nukleus juga mempunyai struktur yang kompleks. Ia terdiri daripada proton positif dan neutron yang tidak mempunyai cas. Nombor bekas menentukan ciri kualitatif unsur kimia. Ia adalah bilangan proton yang membezakan bahan antara satu sama lain, memberikan nukleus mereka cas tertentu. Dan atas dasar ini mereka diberikan nombor siri dalam jadual berkala. Tetapi bilangan neutron dalam unsur kimia yang sama membezakannya kepada isotop. Oleh itu, takrifan dalam kimia konsep ini boleh diberikan seperti berikut. Ini adalah jenis atom yang berbeza dalam komposisi nukleus, mempunyai cas dan nombor atom yang sama, tetapi mempunyai nombor jisim yang berbeza kerana perbezaan dalam bilangan neutron.

Jawatan

Semasa belajar kimia dalam gred 9 dan isotop, pelajar akan belajar tentang konvensyen yang diterima. Huruf Z menunjukkan cas nukleus. Angka ini bertepatan dengan bilangan proton dan oleh itu penunjuk mereka. Jumlah unsur ini dengan neutron bertanda N ialah A - nombor jisim. Satu keluarga isotop satu bahan biasanya ditetapkan dengan simbol unsur kimia itu, yang dalam jadual berkala diberikan nombor siri yang bertepatan dengan bilangan proton di dalamnya. Superskrip kiri yang ditambahkan pada ikon yang ditunjukkan sepadan dengan nombor jisim. Sebagai contoh, 238 U. Caj unsur (dalam kes ini, uranium, ditandakan dengan nombor siri 92) ditunjukkan oleh indeks yang serupa di bawah.

Mengetahui data ini, anda boleh mengira dengan mudah bilangan neutron dalam isotop tertentu. Ia sama dengan nombor jisim tolak nombor siri: 238 - 92 = 146. Bilangan neutron mungkin kurang, tetapi ini tidak akan menjadikan unsur kimia ini berhenti kekal sebagai uranium. Perlu diingatkan bahawa selalunya dalam bahan lain yang lebih ringkas bilangan proton dan neutron adalah lebih kurang sama. Maklumat sedemikian membantu memahami apa itu isotop dalam kimia.

Nukleon

Ia adalah bilangan proton yang memberikan unsur tertentu keperibadiannya, dan bilangan neutron tidak menjejaskannya dalam apa jua cara. Tetapi jisim atom terdiri daripada dua unsur tertentu ini, yang mempunyai nama biasa "nukleon," mewakili jumlahnya. Walau bagaimanapun, penunjuk ini tidak bergantung pada mereka yang membentuk cangkerang bercas negatif atom. kenapa? Anda hanya perlu membuat perbandingan.

Pecahan jisim proton dalam atom adalah besar dan berjumlah lebih kurang 1 a. e.m. atau 1.672 621 898(21) 10 -27 kg. Neutron adalah hampir dengan prestasi zarah ini (1.674 927 471(21)·10 -27 kg). Tetapi jisim elektron adalah beribu-ribu kali lebih kecil, dianggap tidak penting dan tidak diambil kira. Itulah sebabnya, mengetahui superskrip unsur dalam kimia, komposisi nukleus isotop tidak sukar untuk diketahui.

Isotop hidrogen

Isotop beberapa unsur sangat terkenal dan meluas dalam alam semula jadi bahawa mereka telah menerima nama mereka sendiri. Contoh yang paling menarik dan paling mudah ialah hidrogen. Ia secara semula jadi ditemui dalam bentuk yang paling biasa, protium. Unsur ini mempunyai nombor jisim 1, dan nukleusnya terdiri daripada satu proton.

Jadi apakah isotop hidrogen dalam kimia? Seperti yang diketahui, atom bahan ini mempunyai nombor pertama dalam jadual berkala dan, dengan itu, dikurniakan nombor caj 1 dalam alam semula jadi Tetapi bilangan neutron dalam nukleus atom adalah berbeza. Deuterium, sebagai hidrogen berat, sebagai tambahan kepada proton, mempunyai zarah lain dalam nukleusnya, iaitu, neutron. Akibatnya, bahan ini mempamerkan sifat fizikalnya sendiri, tidak seperti protium, mempunyai berat, takat lebur dan didih sendiri.

Tritium

Tritium adalah yang paling kompleks. Ini adalah hidrogen yang sangat berat. Menurut definisi isotop dalam kimia, ia mempunyai nombor cas 1, tetapi nombor jisim 3. Ia sering dipanggil triton kerana sebagai tambahan kepada satu proton, ia mempunyai dua neutron dalam nukleusnya, iaitu, ia terdiri daripada tiga elemen. Nama unsur ini, ditemui pada tahun 1934 oleh Rutherford, Oliphant dan Harteck, telah dicadangkan sebelum penemuannya.

Ini adalah bahan tidak stabil yang mempamerkan sifat radioaktif. Terasnya mempunyai keupayaan untuk berpecah kepada zarah beta dan antineutrino elektron. Tenaga pereputan bahan ini tidak terlalu tinggi dan berjumlah 18.59 keV. Oleh itu, sinaran sedemikian tidak terlalu berbahaya untuk manusia. Pakaian biasa dan sarung tangan pembedahan boleh melindungi daripadanya. Dan unsur radioaktif ini yang diperolehi daripada makanan dengan cepat disingkirkan daripada badan.

Isotop uranium

Lebih berbahaya ialah pelbagai jenis uranium, yang mana sains kini tahu 26. Oleh itu, apabila bercakap tentang apakah isotop dalam kimia, adalah mustahil untuk tidak menyebut unsur ini. Walaupun pelbagai jenis uranium, hanya tiga isotop berlaku di alam semula jadi. Ini termasuk 234 U, 235 U, 238 U. Yang pertama, mempunyai sifat yang sesuai, digunakan secara aktif sebagai bahan api dalam reaktor nuklear. Dan yang terakhir adalah untuk pengeluaran plutonium-239, yang dengan sendirinya, pada gilirannya, tidak boleh digantikan sebagai bahan api yang berharga.

Setiap unsur radioaktif dicirikan sendiri Ini ialah tempoh masa bahan terbelah dalam nisbah ½. Iaitu, akibat daripada proses ini, jumlah baki bahagian bahan dibelah dua. Tempoh masa ini adalah besar untuk uranium. Sebagai contoh, untuk isotop-234 ia dianggarkan pada 270 ribu tahun, tetapi untuk dua jenis lain yang ditentukan ia jauh lebih penting. Uranium-238 mempunyai rekod separuh hayat, bertahan berbilion tahun.

Nuklid

Tidak semua jenis atom, yang dicirikan oleh bilangan proton dan elektronnya sendiri dan ditakrifkan dengan ketat, adalah begitu stabil untuk wujud sekurang-kurangnya untuk tempoh yang lama yang mencukupi untuk kajiannya. Mereka yang agak stabil dipanggil nuklida. Pembentukan stabil jenis ini tidak mengalami pereputan radioaktif. Yang tidak stabil dipanggil radionuklid dan, seterusnya, juga dibahagikan kepada jangka pendek dan tahan lama. Seperti yang anda ketahui daripada pelajaran kimia gred ke-11 tentang struktur atom isotop, osmium dan platinum mempunyai bilangan radionuklid yang paling banyak. Kobalt dan emas mempunyai satu nuklida stabil setiap satu, dan timah mempunyai bilangan nuklida stabil terbesar.

Mengira nombor atom isotop

Sekarang kita akan cuba meringkaskan maklumat yang diterangkan sebelum ini. Setelah memahami apakah isotop dalam kimia, sudah tiba masanya untuk memikirkan cara menggunakan pengetahuan yang diperoleh. Mari kita lihat ini dengan contoh khusus. Katakan diketahui bahawa unsur kimia tertentu mempunyai nombor jisim 181. Selain itu, kulit atom bahan ini mengandungi 73 elektron. Bagaimanakah anda boleh menggunakan jadual berkala untuk mengetahui nama unsur tertentu, serta bilangan proton dan neutron dalam nukleusnya?

Mari kita mula menyelesaikan masalah. Anda boleh menentukan nama bahan dengan mengetahui nombor sirinya, yang sepadan dengan bilangan proton. Oleh kerana bilangan cas positif dan negatif dalam atom adalah sama, ia adalah 73. Ini bermakna ia adalah tantalum. Selain itu, jumlah bilangan nukleon keseluruhannya ialah 181, yang bermaksud bahawa proton unsur ini ialah 181 - 73 = 108. Agak mudah.

Isotop galium

Unsur galium mempunyai nombor atom 71. Secara semula jadi, bahan ini mempunyai dua isotop - 69 Ga dan 71 Ga. Bagaimana untuk menentukan peratusan spesies galium?

Menyelesaikan masalah tentang isotop dalam kimia hampir selalu melibatkan maklumat yang boleh diperolehi daripada jadual berkala. Kali ini anda perlu melakukan perkara yang sama. Mari kita tentukan purata jisim atom daripada sumber yang ditunjukkan. Ia bersamaan dengan 69.72. Setelah ditetapkan oleh x dan y nisbah kuantitatif isotop pertama dan kedua, kita ambil jumlahnya bersamaan dengan 1. Ini bermakna ini akan ditulis dalam bentuk persamaan: x + y = 1. Ia berikutan bahawa 69x + 71y = 69.72. Menyatakan y dalam sebutan x dan menggantikan persamaan pertama ke dalam kedua, kita dapati bahawa x = 0.64 dan y = 0.36. Ini bermakna 69 Ga terdapat dalam alam semula jadi 64%, dan peratusan 71 Ga ialah 34%.

Transformasi isotop

Pembelahan radioaktif isotop dengan transformasinya kepada unsur lain dibahagikan kepada tiga jenis utama. Yang pertama ialah pereputan alfa. Ia berlaku dengan pelepasan zarah yang mewakili nukleus atom helium. Iaitu, ini adalah pembentukan yang terdiri daripada gabungan pasangan neutron dan proton. Oleh kerana jumlah yang terakhir menentukan nombor caj dan nombor atom bahan dalam jadual berkala, hasil daripada proses ini terdapat transformasi kualitatif satu unsur kepada unsur lain, dan dalam jadual ia beralih ke kiri dengan dua sel. Dalam kes ini, nombor jisim unsur berkurangan sebanyak 4 unit. Kita tahu ini daripada struktur atom isotop.

Apabila nukleus atom kehilangan zarah beta, pada asasnya elektron, komposisinya berubah. Salah satu neutron berubah menjadi proton. Ini bermakna ciri kualitatif bahan berubah lagi, dan elemen bergerak dalam jadual satu sel ke kanan, tanpa kehilangan berat badan secara praktikal. Biasanya, transformasi sedemikian dikaitkan dengan sinaran gamma elektromagnet.

Transformasi isotop radium

Maklumat dan pengetahuan di atas dari kimia gred 11 tentang isotop sekali lagi membantu menyelesaikan masalah praktikal. Sebagai contoh, yang berikut: 226 Ra semasa pereputan bertukar menjadi unsur kimia kumpulan IV, dengan nombor jisim 206. Berapakah bilangan zarah alfa dan beta yang sepatutnya hilang?

Dengan mengambil kira perubahan dalam jisim dan kumpulan unsur anak perempuan, menggunakan jadual berkala, adalah mudah untuk menentukan bahawa isotop yang terbentuk semasa pemisahan akan menjadi plumbum dengan caj 82 dan nombor jisim 206. Dan dengan mengambil kira nombor caj unsur ini dan radium asal, harus diandaikan bahawa nukleusnya telah kehilangan lima zarah alfa dan empat zarah beta.

Penggunaan isotop radioaktif

Semua orang sedia maklum tentang bahaya sinaran radioaktif yang boleh menyebabkan kepada organisma hidup. Walau bagaimanapun, sifat isotop radioaktif boleh berguna untuk manusia. Mereka berjaya digunakan dalam banyak industri. Dengan bantuan mereka, adalah mungkin untuk mengesan kebocoran dalam struktur kejuruteraan dan pembinaan, saluran paip bawah tanah dan saluran paip minyak, tangki simpanan, dan penukar haba dalam loji kuasa.

Sifat-sifat ini juga digunakan secara aktif dalam eksperimen saintifik. Sebagai contoh, lalat tsetse adalah pembawa banyak penyakit serius untuk manusia, ternakan dan haiwan peliharaan. Untuk mengelakkan ini, jantan serangga ini disterilkan menggunakan sinaran radioaktif yang lemah. Isotop juga amat diperlukan dalam mengkaji mekanisme tindak balas kimia tertentu, kerana atom unsur ini boleh digunakan untuk melabel air dan bahan lain.

Isotop bertanda juga sering digunakan dalam penyelidikan biologi. Sebagai contoh, ini adalah bagaimana ia ditubuhkan bagaimana fosforus mempengaruhi tanah, pertumbuhan dan perkembangan tumbuhan yang ditanam. Ciri-ciri isotop juga berjaya digunakan dalam perubatan, yang memungkinkan untuk merawat tumor kanser dan penyakit serius lain dan menentukan umur organisma biologi.

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

Apakah isotop

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

Perbandingan isotop

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

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

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

Isotop

ISOTOP-s; pl.(isotop unit, -a; m.). [dari bahasa Yunani isos - sama dan topos - tempat] Pakar. Varieti unsur kimia yang sama, berbeza dalam jisim atom. Isotop radioaktif. Isotop uranium.

◁ Isotop, oh, oh. I. penunjuk.

isotop

Sejarah penyelidikan
Data eksperimen pertama tentang kewujudan isotop diperoleh pada 1906-10. apabila mengkaji sifat transformasi radioaktif atom unsur berat. Pada tahun 1906-07. Telah didapati bahawa hasil pereputan radioaktif uranium, ionium, dan hasil pereputan radioaktif torium, radiotorium, mempunyai sifat kimia yang sama seperti torium, tetapi berbeza daripada yang terakhir dalam jisim atom dan ciri-ciri pereputan radioaktif. Selain itu: ketiga-tiga elemen mempunyai spektrum optik dan x-ray yang sama. Atas cadangan saintis Inggeris F. Soddy (cm. SODDY Frederick), bahan tersebut mula dipanggil isotop.
Selepas isotop ditemui dalam unsur radioaktif berat, pencarian bermula untuk isotop dalam unsur stabil. Pengesahan bebas tentang kewujudan isotop stabil unsur kimia diperolehi dalam eksperimen J. J. Thomson (cm. THOMSON Joseph John) dan F. Aston (cm. ASTON Francis William). Thomson menemui isotop neon yang stabil pada tahun 1913. Aston, yang menjalankan penyelidikan menggunakan instrumen yang direkanya dipanggil spektrograf jisim (atau spektrometer jisim), menggunakan kaedah spektrometri jisim (cm. SPEKTROMETRI JISIM), membuktikan bahawa banyak lagi unsur kimia stabil mempunyai isotop. Pada tahun 1919, beliau memperoleh bukti kewujudan dua isotop 20 Ne dan 22 Ne, kelimpahan relatif (kelimpahan) yang secara semula jadi adalah lebih kurang 91% dan 9%. Selepas itu, isotop 21 Ne ditemui dengan kelimpahan 0.26%, isotop klorin, merkuri dan beberapa unsur lain.
Spektrometer jisim reka bentuk yang sedikit berbeza telah dicipta pada tahun yang sama oleh A. J. Dempster (cm. DEMPSTER Arthur Jeffrey). Hasil daripada penggunaan seterusnya dan peningkatan spektrometer jisim, jadual komposisi isotop yang hampir lengkap telah disusun melalui usaha ramai penyelidik. Pada tahun 1932, neutron ditemui - zarah tanpa caj, dengan jisim hampir dengan jisim nukleus atom hidrogen - proton, dan model proton-neutron nukleus telah dicipta. Akibatnya, sains telah menetapkan definisi akhir konsep isotop: isotop ialah bahan yang nukleus atomnya terdiri daripada bilangan proton yang sama dan hanya berbeza dalam bilangan neutron dalam nukleus. Sekitar tahun 1940, analisis isotop telah dijalankan untuk semua unsur kimia yang diketahui pada masa itu.
Semasa kajian radioaktiviti, kira-kira 40 bahan radioaktif semula jadi telah ditemui. Mereka dikelompokkan ke dalam keluarga radioaktif, yang nenek moyangnya adalah isotop torium dan uranium. Yang semula jadi termasuk semua jenis atom yang stabil (kira-kira 280 daripadanya) dan semua yang secara semula jadi radioaktif yang merupakan sebahagian daripada keluarga radioaktif (46 daripadanya). Semua isotop lain diperoleh hasil daripada tindak balas nuklear.
Buat pertama kalinya pada tahun 1934 I. Curie (cm. JOLIO-CURIE Irene) dan F. Joliot-Curie (cm. JOLIO-CURIE Frederic) isotop radioaktif nitrogen (13 N), silikon (28 Si) dan fosforus (30 P) yang diperoleh secara tiruan, yang tiada dalam alam semula jadi. Dengan eksperimen ini mereka menunjukkan kemungkinan mensintesis nuklida radioaktif baharu. Antara radioisotop buatan yang kini diketahui, lebih daripada 150 tergolong dalam unsur transuranium (cm. ELEMEN TRANSURANA), tidak ditemui di Bumi. Secara teorinya, diandaikan bahawa bilangan varieti isotop yang mampu wujud boleh mencapai kira-kira 6000.

Kamus Ensiklopedia. 2009 .

Lihat apa "isotop" dalam kamus lain:

Ensiklopedia moden

Isotop- (dari iso... dan tempat topos Yunani), jenis unsur kimia di mana nukleus atom (nuklida) berbeza dalam bilangan neutron, tetapi mengandungi bilangan proton yang sama dan oleh itu menduduki tempat yang sama dalam jadual berkala bahan kimia... Kamus Ensiklopedia Bergambar

- (dari iso... dan tempat topos Yunani) jenis unsur kimia di mana nukleus atom berbeza dalam bilangan neutron, tetapi mengandungi bilangan proton yang sama dan oleh itu menduduki tempat yang sama dalam jadual unsur berkala. Membezakan... ... Kamus Ensiklopedia Besar

ISOTOP- ISOTOPES, kimia. unsur yang terletak dalam sel yang sama dalam jadual berkala dan oleh itu mempunyai nombor atom atau nombor ordinal yang sama. Dalam kes ini, ion tidak sepatutnya, secara amnya, mempunyai berat atom yang sama. Pelbagai... ... Ensiklopedia Perubatan Hebat

Varieti bahan kimia ini. unsur-unsur yang berbeza dalam jisim nukleusnya. Mempunyai cas nukleus Z yang sama, tetapi berbeza dalam bilangan neutron, elektron mempunyai struktur kulit elektron yang sama, iaitu kimia yang sangat rapat. St. Va, dan menduduki perkara yang sama... ... Ensiklopedia fizikal

Atom daripada bahan kimia yang sama. unsur yang nukleusnya mengandungi bilangan proton yang sama, tetapi bilangan neutron yang berbeza; mempunyai jisim atom yang berbeza, mempunyai kimia yang sama. sifat, tetapi berbeza dalam sifat fizikalnya. hartanah, khususnya... Kamus mikrobiologi

Kimia atom. unsur yang mempunyai nombor jisim yang berbeza, tetapi mempunyai cas nukleus atom yang sama dan oleh itu menduduki tempat yang sama dalam jadual berkala Mendeleev. Atom pelbagai isotop bagi bahan kimia yang sama. unsur berbeza dalam bilangan... ... Ensiklopedia geologi