Встановлено, кожен хімічний елемент, що у природі – це суміш ізотопів (звідси вони мають дробові атомні маси). Щоб зрозуміти, чим відрізняються один від одного ізотопи, необхідно детально розглянути будову атома. Атом утворює ядро та електронну хмару. На масу атома впливають електрони, що рухаються з приголомшливою швидкістю орбіталями в електронній хмарі, нейтрони і протони, що входять до складу ядра.
Визначення
Ізотопи– це різновид атомів будь-якого хімічного елемента. Електронів та протонів у будь-якому атомі завжди дорівнює кількість. Оскільки вони мають протилежні заряди (електрони – негативні, а протони – позитивні), атом завжди нейтральний (ця елементарна частка не несе заряду, він дорівнює у неї нулю). При втраті або захопленні електрона атом втрачає нейтральність, стаючи або негативним або позитивним іоном.
Нейтрони не мають заряду, зате їх кількість в атомному ядрі одного і того ж елемента може бути різною. Це не позначається на нейтральності атома, але впливає його масу і властивості. Наприклад, у будь-якому ізотопі атома водню є по одному електрону та протону. А кількість нейтронів різна. У протиї є лише 1 нейтрон, в дейтерії – 2 нейтрони й у тритії – 3 нейтрони. Ці три ізотопи помітно відрізняються один від одного за властивостями.
Порівняння
У них різна кількість нейтронів, неоднакова маса та різні властивості. Ізотопи мають ідентичну будову електронних оболонок. Це означає, що вони досить близькі за хімічними властивостями. Тому їм відведено у періодичній системі одне місце.
У природі виявлені ізотопи стабільні та радіоактивні (нестабільні). Ядра атомів радіоактивних ізотопів здатні мимоволі перетворюватися на інші ядра. У процесі радіоактивного розпаду вони випромінюють різні частки.
Більшість елементів має понад два десятки радіоактивних ізотопів. До того ж, радіоактивні ізотопи штучно синтезовані абсолютно для всіх елементів. У природній суміші ізотопів їх вміст трохи коливається.
Існування ізотопів дозволило зрозуміти, чому в окремих випадках елементи з меншою атомною масою мають більший порядковий номер, ніж елементи з більшою атомною масою. Наприклад, у парі аргон-калій аргон містить важкі ізотопи, а калій – легкі ізотопи. Тому маса аргону більша, ніж калію.
Висновки сайт
- Вони мають різну кількість нейтронів.
- Ізотопи мають різну масу атомів.
- Значення маси атомів іонів впливає на їхню повну енергію та властивості.
Повторіть основні положення теми «Основні поняття хімії» та вирішіть запропоновані завдання. Використовуйте №6-17.
Основні положення
1. Речовина(Просте та складне) – це будь-яка сукупність атомів і молекул, що перебуває в певному агрегатному стані.
Перетворення речовин, що супроводжуються зміною їх складу та (або) будови, називається хімічними реакціями .
2. Структурні одиниці речовини:
· атом- Найменша елекронейтральна частка хімічного елемента і простої речовини, що володіє всіма його хімічними властивостями і далі фізично і хімічно неподільна.
· Молекула- Найменша електронейтральна частка речовини, що володіє всіма його хімічними властивостями, фізично неподільна, але розподілена хімічно.
3. Хімічний елемент – це вид атомів із певним зарядом ядра.
4. склад атома :
|
Частинка |
Як визначити? |
Заряд |
Маса |
||
|
Кл |
умовні одиниці |
а.е.м. |
|||
|
Електрон |
По порядковому Номер (N) |
1.6 ∙ 10 -19 |
9.10 ∙ 10 -28 |
0.00055 |
|
|
Протон |
По порядковому номеру (N) |
1.6 ∙ 10 -19 |
1.67 ∙ 10 -24 |
1.00728 |
|
|
Нейтрон |
Ar – N |
1.67 ∙ 10 -24 |
1.00866 |
||
5. склад атомного ядра :
· До складу ядра входять елементарні частинки ( нуклони) –
протони(1 1 p ) та нейтрони(10 n).
· Т.к. практично вся маса атома зосереджена в ядрі та m p ≈ m n≈ 1 а.е.м, то заокруглене значенняA rхімічного елемента дорівнює загальному числу нуклонів у ядрі.
7. Ізотопи- Різновид атомів одного і того ж хімічного елемента, що відрізняються один від одного тільки своєю масою.
· Позначення ізотопів: ліворуч від символу елемента вказують масове число (вгорі) та порядковий номер елемента (внизу)
· Чому в ізотопів різна маса?
Завдання: Визначте атомний склад ізотопів хлору: 35 17Clта 37 17Cl?
· Ізотопи мають різну масу через різне число нейтронів у їх ядрах.
8. У природі хімічні елементи у вигляді сумішей ізотопів.
Ізотопний склад одного і того ж хімічного елемента виражають у атомних частках(ω ат.), Які вказують яку частину становить число атомів даного ізотопу від загальної кількості атомів всіх ізотопів даного елемента, прийнятого за одиницю або 100%.
Наприклад:
ω ат (35 17 Cl) = 0,754
ω ат (37 17 Cl) = 0,246
9. У таблиці Менделєєва наведено середні значення відносних атомних мас хімічних елементів з урахуванням їхнього ізотопного складу. Тому A r зазначені в таблиці є дробовими.
A rср= ω ат.(1) ∙ Ar (1) + … + ω ат.(n ) ∙ Ar ( n )
Наприклад:
A rср(Cl) = 0,754 ∙ 35 + 0,246 ∙ 37 = 35,453
10. Завдання для вирішення:
№1. Визначте відносну атомну масу бору, якщо відомо, що молярна частка ізотопу 10 В становить – 19,6 %, а ізотопу 11 В – 80,4 %.
11. Маси атомів та молекул дуже малі. В даний час у фізиці та хімії прийнято єдину систему вимірювання.
1 а.е.м. =m(а.е.м.) = 1/12 m(12 C) = 1,66057 ∙ 10 -27 кг = 1,66057 ∙ 10 -24 р.
Абсолютні маси деяких атомів:
m( C) = 1,99268 ∙ 10 -23 г
m( H) = 1,67375 ∙ 10 -24 г
m( O) = 2,656812 ∙ 10 -23 г
A r- показує, у скільки разів даний атом важчий за 1/12 частини атома 12 С. M r∙ 1,66 ∙ 10 -27 кг
13. Число атомів і молекул у звичайних зразках речовин дуже велике, тому при характеристиці кількості речовини використовують одиницю виміру –моль .
· Міль (ν)- одиниця кількості речовини, яка містить стільки ж частинок (молекул, атомів, іонів, електронів), скільки атомів міститься в 12 г ізотопу 12 C
· Маса 1 атома 12 Cдорівнює 12 а.е.м., тому число атомів 12 г ізотопу 12 Cодно:
N A= 12 г / 12 ∙ 1,66057 ∙ 10 -24 г = 6,0221 ∙ 10 23
· Фізична величина N Aназивається постійної Авогадро (число Авогадро) і має розмірність [NA] = моль -1 .
14. Основні формули:
M = M r = ρ ∙ V m(ρ – щільність; V m – обсяг за н.у.)
Завдання для самостійного вирішення
№1. Обчисліть число атомів азоту 100г карбонату амонію, що містить 10% неазотистих домішок.
№2. За нормальних умов 12 л газової суміші, що складається з аміаку та вуглекислого газу, мають масу 18 г. Скільки літрів кожного з газів містить суміш?
№3. При дії надлишку соляної кислоти на 8,24 г суміші оксиду марганцю (IV) з невідомим оксидом МО 2 який не реагує з соляною кислотою отримано 1,344 л газу при н.у. Вхід іншого досвіду встановлено, що молярне відношення оксиду марганцю (IV) до невідомого оксиду дорівнює 3:1. Встановіть формулу невідомого оксиду та обчисліть його масову частку у суміші.
Вивчаючи явище радіоактивності, вчені перше десятиліття XX в. відкрили велику кількість радіоактивних речовин – близько 40. Їх було значно більше, ніж вільних місць у періодичній системі елементів у проміжку між вісмутом та ураном. Природа цих речовин викликала суперечки. Одні дослідники вважали їх самостійними хімічними елементами, але у разі виявлявся нерозв'язним питання їх розміщення у таблиці Менделєєва. Інші взагалі відмовляли їм у праві називатися елементами у класичному розумінні. У 1902 р. англійський фізик Д. Мартін назвав такі речовини радіоелементами. У міру їх вивчення з'ясувалося, деякі радіоелементи мають абсолютно однакові хімічні властивості, але розрізняються за величинами атомних мас. Ця обставина суперечила основним положенням періодичного закону. Вирішив протиріччя англійський вчений Ф. Содді. У 1913 р. він назвав хімічно подібні радіоелементи ізотопами (від грецьких слів, що означають «однаковий» і «місце»), тобто такими, що займають одне й те саме місце в періодичній системі. Радіоелементи виявилися ізотопами природних радіоактивних елементів. Усі вони об'єднуються у три радіоактивні сімейства, родоначальниками яких є ізотопи торію та урану.
Ізотопи кисню. Ізобари калію та аргону (ізобари - атоми різних елементів з однаковим масовим числом).
Число стабільних ізотопів для парних та непарних елементів.
Невдовзі з'ясувалося, що й інші стабільні хімічні елементи теж мають ізотопи. Основна заслуга у відкритті належить англійському фізику Ф. Астону. Він виявив стабільні ізотопи у багатьох елементів.
З сучасного погляду ізотопи - це різновиди атомів хімічного елемента: вони мають різна атомна маса, але однаковий заряд ядра.
Їхні ядра, таким чином, містять однакову кількість протонів, але різну кількість нейтронів. Наприклад, природні ізотопи кисню з Z = 8 містять у ядрах відповідно 8, 9 та 10 нейтронів. Сума чисел протонів і нейтронів в ядрі ізотопу називається масовим числом A. Отже, масові числа зазначених ізотопів кисню 16, 17 і 18. Нині прийнято таке позначення ізотопів: зліва внизу від символу елемента дається величина Z, зліва вгорі - величина A. 8 O, 17 8 O, 18 8 O.
Після відкриття явища штучної радіоактивності за допомогою ядерних реакцій було отримано близько 1800 штучних радіоактивних ізотопів для елементів з Z від 1 до 110. У переважної більшості штучних радіоізотопів дуже малі періоди напіврозпаду, що вимірюються секундами та частками секунд; лише деякі мають порівняно більшу тривалість життя (наприклад, 10 Ве - 2,7 10 6 років, 26 Al - 8 10 5 років і т. д.).
Стабільні елементи представлені у природі приблизно 280 ізотопами. Однак деякі з них виявилися слабкою радіоактивними, з величезними періодами напіврозпаду (наприклад, 40 K, 87 Rb, 138 La, l47 Sm, 176 Lu, 187 Re). Тривалість життя цих ізотопів така велика, що дозволяє розглядати їх як стабільні.
У світі стабільних ізотопів ще багато проблем. Так, незрозуміло, чому їх кількість у різних елементів настільки різниться. Близько 25% стабільних елементів (Be, F, Na, Al, P, Sc, Mn, Co, As, Y, Nb, Rh, I, Cs, Pt, Tb, Ho, Tu, Ta, Au) представлені у природі лише одним видом атомів. Це так звані елементи-одиначки. Цікаво, що всі вони (крім Be) мають непарні значення Z. І взагалі для непарних елементів кількість стабільних ізотопів не перевищує двох. Навпаки, деякі елементи з парними Z складаються з великої кількості ізотопів (наприклад, Xe має 9, Sn - 10 стабільних ізотопів).
Сукупність стабільних ізотопів даного елемента називають плеядою. Зміст їх у плеяді нерідко сильно вагається. Цікаво відзначити, що найбільше вміст ізотопів з величинами масових чисел, кратними чотирьом (12 C, 16 O, 20 Ca і т. д.), хоча є винятки з цього правила.
Відкриття стабільних ізотопів дозволило розгадати багаторічну загадку атомних мас - їх відхилення від цілих чисел, що пояснюється різним відсотковим вмістом стабільних ізотопів елементів у плеяді.
У ядерній фізиці відоме поняття «ізобари». Ізобарами називають ізотопи різних елементів (тобто з різними значеннями Z), що мають однакові масові числа. Вивчення ізобарів сприяло встановленню багатьох важливих закономірностей поведінки та властивостей атомних ядер. Одну з таких закономірностей виражає правило, сформульоване радянським хіміком С. А. Щукарьовим та іємецьким фізиком І. Маттаухом. Воно говорить: якщо лева ізобара розрізняються за значеннями Z на 1, то один із них обов'язково буде радіоактивним. Класичний приклад пари ізобарів – 40 18 Ar – 40 19 K. У ній ізотоп калію радіоактивний. Правило Щукарьова - Маттауха дозволило пояснити, чому відсутні стабільні ізотопи у елементів технеції (Z = 43) та прометії (Z = 61). Оскільки вони мають непарні значення Z, то не можна було для них очікувати більш як два стабільні ізотопи. Але виявилося, що ізобари технеція та прометія, відповідно ізотопи молібдену (Z = 42) та рутенію (Z = 44), неодиму (Z = 60) та самарію (Z = 62), представлені в природі стабільними різновидами атомів у великому діапазоні масових чисел . Тим самим фізичні закономірності накладають заборону існування стабільних ізотопів технеция і прометія. Ось чому ці елементи фактично не існують у природі та їх довелося синтезувати штучно.
Вчені давно намагаються розробити періодичну систему ізотопів. Звісно, у її основі лежать інші принципи, ніж у основі періодичної системи елементів. Але ці спроби поки що не призвели до задовільних результатів. Щоправда, фізики довели, що послідовність заповнення протонних і нейтронних оболонок в атомних ядрах у принципі подібна до побудови електронних оболонок та підболочок в атомах (див. Атом).
Електронні оболонки в ізотопів даного елемента побудовані абсолютно однаково. Тому практично тотожні їх хімічні та фізичні властивості. Тільки ізотопи водню (протий і дейтерій) та їх сполуки виявляють помітні відмінності у властивостях. Наприклад, важка вода (D 2 O) замерзає при +3,8, кипить при 101,4 °C, має щільність 1,1059 г/см 3 не підтримує життя тварин і рослинних організмів. При електролізі води на водень і кисень розкладаються переважно молекули H 2 0 тоді як молекули важкої води залишаються в електролізері.
Поділ ізотопів інших елементів – завдання надзвичайно складне. Проте у багатьох випадках необхідні ізотопи окремих елементів із значно зміненим у порівнянні із природним змістом. Наприклад, при вирішенні проблеми атомної енергії виникла необхідність поділу ізотопів 235 U та 238 U. Для цієї мети спочатку був застосований метод мас-спектрометрії, за допомогою якого в 1944 р. в США були отримані перші кілограми урану-235. Однак цей метод виявився занадто дорогим і замінений методом газової дифузії, в якому використовувався UF 6 . Зараз існує кілька методів поділу ізотопів, проте всі вони досить складні та дорогі. І все-таки проблема «поділу нероздільного» успішно вирішується.
З'явилася нова наукова дисципліна – хімія ізотопів. Вона вивчає поведінку різних ізотопів хімічних елементів у хімічних реакціях та процеси ізотопного обміну. В результаті цих процесів відбувається перерозподіл ізотопів даного елемента між речовинами, що реагують. Ось найпростіший приклад: H 2 0 + HD = HD0 + H 2 (молекула води обмінює атом протию на атом дейтерію). Розвивається і геохімія ізотопів. Вона досліджує коливання ізотопного складу різних елементів у земній корі.
Найширше застосування знаходять звані мічені атоми - штучні радіоактивні ізотопи стабільних елементів чи стабільні ізотопи. За допомогою ізотопних індикаторів - мічених атомів - вивчають шляхи переміщення елементів у неживій та живій природі, характер розподілу речовин та елементів у різних об'єктах. Ізотопи застосовуються у ядерній техніці: як матеріали конструкцій ядерних реакторів; як ядерне паливо (ізотопи торію, урану, плутонію); у термоядерному синтезі (дейтерій, 6 Li, 3 He). Радіоактивні ізотопи також широко використовуються як джерела випромінювань.
ІЗОТОПИ(грец, isos рівний, однаковий + topos місце)- різновиди одного хімічного елемента, що займають одне й те саме місце в періодичній системі елементів Менделєєва, тобто мають однаковий заряд ядра, але різняться масами атомів. При згадці про І. обов'язково вказують, ізотоп якого хім. елемент є. Термін «ізотоп» іноді використовують й у ширшому значенні - для опису атомів різних елементів. Однак для позначення будь-якого з атомів незалежно від його приналежності до того чи іншого елемента прийнято використовувати термін нуклід.
Приналежність І. до певного елементу та основні хім. властивості визначаються його порядковим номером Z чи числом протонів, які у ядрі (відповідно і однаковим числом електронів в оболонці атома), яке ядерно-фіз. властивості визначаються сукупністю і співвідношенням числа протонів і нейтронів, що входять до нього. Кожне ядро складається з Z протонів і N нейтронів, а загальна кількість цих частинок, або нуклонів, становить масове число А = Z + N, що визначає масу ядра. Воно дорівнює округленому до цілого числа значення маси даного нукліду. Будь-який нуклід, тобто визначається значеннями Z і N, хоча деякі радіоактивні нукліди з однаковими Z і N можуть перебувати в різних ядерно-енергетичних станах і відрізнятися своїми ядерно-фіз. властивостями; такі нукліди називаються ізомерами. Нукліди з однаковою кількістю протонів називаються ізотопами.
І. позначаються символом відповідного хім. елемента з розташованим зверху ліворуч індексом А - масовим числом; іноді ліворуч унизу наводиться також число протонів (Z). Напр., радіоактивні І. фосфору з масовими числами 32 і 33 позначають: 32 P і 33 P або 32 P і 33 P відповідно. При позначенні І. без вказівки символу елемента наводиться масове число після позначення елемента, напр. фосфор-32, фосфор-33.
У І. різних елементів може бути те саме масове число. Атоми з різним числом протонів Z і нейтронів N, але з однаковим масовим числом А називають ізобарами (напр., 1432Si, 1532P, 1632S, 1732Cl-ізобари).
Назву «ізотоп» запропоновано англ. вченим Соді (F. Soddy). Вперше існування І. було відкрито 1906 р. щодо радіоактивного розпаду важких природно-радіоактивних елементів; у 1913 р. вони були виявлені й у нерадіоактивного елементу неону, а потім за допомогою мас-спектрометрії було визначено ізотопний склад усіх елементів періодичної системи. У 1934 р. І. Жоліо-Кюрі та Ф. Жоліо-Кюрі вперше отримали штучно-радіоактивні І. азоту, кремнію та фосфору, а згодом за допомогою різних ядерних реакцій на нейтронах, заряджених частках і фотонах високих енергій були отримані радіоактивні І. Ж. відомих елементів та синтезовані радіоактивні І. 13 надважких - трансуранових елементів (з Z≥93). Відомо 280 стабільних, що характеризуються стійкістю, і більше 1500 радіоактивних, тобто нестійких, І., які з тією чи іншою швидкістю зазнають радіоактивних перетворень. Тривалість існування радіоактивного І. характеризується періодом напіврозпаду (див.) - проміжком часу T 1/2 , протягом якого кількість радіоактивних ядер зменшується вдвічі.
У природній суміші І. хім. елементи різні І. містяться у різних кількостях. Відсотковий зміст І. у цьому хім. елемент називається їх відносною поширеністю. Так, напр., в природному кисні міститься три стабільні І.: 16O (99,759%), 17O(0,037%) і 18O (0,204%). Багато хім. елементи мають тільки по одному стабільному І. (9 Be, 19 F, 23 Na, 31 P, 89 Y, 127 I та ін), а деякі (Тс, Pm, Lu і всі елементи з Z більше 82) не мають ні одного стабільного І.І.
Ізотопний склад природних елементів на планеті (і межах Сонячної системи) переважно постійний, проте спостерігаються невеликі коливання поширеності атомів легких елементів. Це пояснюється тим, що відмінності в масах їх І. щодо великі, і тому ізотопний склад цих елементів змінюється під впливом різних природних процесів, в результаті ізотопних ефектів (тобто відмінності властивостей хімічних речовин, в яких містяться ці ізотопи). Так, ізотопний склад низки біологічно важливих елементів (Н, С, N, О, S) пов'язаний, зокрема, з наявністю біосфери та життєдіяльністю рослинних та тваринних організмів.
Відмінність у складі та структурі атомних ядер І. одного й того ж хімічного. елемента (різне число нейтронів) визначає і відмінність їх ядерно-фіз. властивостей, зокрема те, що одні його І. можуть бути стабільними, інші - радіоактивними.
Радіоактивні перетворення. Відомі такі види радіоактивних перетворень.
Альфа-розпад - мимовільне перетворення ядер, що супроводжується випромінюванням альфа-часток, тобто двох протонів і двох нейтронів, що утворюють ядро гелію 2 4 He. В результаті заряд Z вихідного ядра зменшується на 2, а загальне число нуклідів або масове число - на 4 одиниці, наприклад:
88226 Ra -> 86222 Ra + 2 4 He
При цьому кінетична енергія альфа-частки, що вилітає, визначається масами вихідного і кінцевого ядер (з урахуванням маси самої альфа-частки) та їх енергетичним станом. Якщо кінцеве ядро утворюється в збудженому стані, то кінетична енергія альфа-частинки дещо зменшується, а якщо розпадається збуджене ядро, то енергія альфа-частинки відповідно зростає (при цьому утворюються так зв. довгопробіжні альфа-частинки). Енергетичний спектр альфа-частинок дискретний і лежить в межах 4-9 МеВ приблизно для 200 І. важких елементів і 2-4,5 МеВ для майже 20 альфа-радіоактивних І. рідкісноземельних елементів.
Бета-розпад - мимовільне перетворення ядер, при якому заряд Z вихідного ядра змінюється на одиницю, а масове число А залишається тим же. бета-розпад являє собою взаємоперетворення протонів (p) і нейтронів (n), що входять до складу ядра, що супроводжується випромінюванням або поглинанням електронів (е -) або позитронів (е +), а також нейтрино (v) і антинейтрино (v -). Існують три види бета-розпаду:
1) електронний бета-розпад n -> p + e - + v -, що супроводжується збільшенням заряду Z на 1 одиницю, з перетворенням одного з нейтронів ядра на протон, напр.
2) позитронний бета-розпад p -> n + e + + v, що супроводжується зменшенням заряду Z на 1 одиницю, з перетворенням одного з протонів ядра в нейтрон, напр.
3) електронне захоплення p + е - -> n + v з одночасним перетворенням одного з протонів ядра в нейтрон, як і у разі розпаду з випромінюванням позитрона, що також супроводжується зменшенням заряду на 1 одиницю, напр.
Захоплення електрона при цьому відбувається з однією з електронних оболонок атома, найчастіше з найближчою до ядра К-оболонки (К-захоплення).
Бета-мінус-розпад характерний для нейтронадлишкових ядер, у яких число нейтронів більше, ніж у стійких ядрах, а бета-плюс-розпад і, відповідно, електронне захоплення - для нейтронодефіцитних ядер, у яких число нейтронів менше, ніж у стійких, або так зв. бета-стабільних, ядер. Енергія розпаду розподіляється між бета-часткою і нейтрино, у зв'язку з чим бета-спектр не дискретний, як у альфа-часток, а суцільний і містить бета-частинки з енергіями від близьких до нуля до деякої Еmax, характерної для кожного радіоактивного І .Бета-радіоактивні І. зустрічаються у всіх елементів періодичної системи.
Спонтанний поділ - мимовільний розпад важких ядер на два (іноді 3-4) уламки, що являють собою ядра середніх елементів періодичної системи (явище відкрито 1940 р. радянськими вченими Г. Н. Флеровим та К. А. Петржаком).
Гамма-випромінювання - фотонне випромінювання з дискретним енергетичним спектром, що виникає при ядерних перетвореннях, зміні енергетичного стану атомних ядер або при анігіляції частинок. Випускання гамма-квантів супроводжує радіоактивне перетворення у випадках, коли нове ядро утворюється у збудженому енергетичному стані. Час життя таких ядер визначається ядерно-фіз. властивостями материнського та дочірнього ядер, зокрема зростає зі зменшенням енергії гамма-переходів та може досягати відносно великих величин для випадків метастабільного збудженого стану. Енергія гамма-випромінювання, що випускається різними П., лежить у межах від десятків кеВ до кількох МеВ.
Стійкість ядер. При бета-розпаді відбуваються взаємні перетворення протонів та нейтронів до досягнення найбільш енергетично вигідного співвідношення p і n, що відповідає стійкому стану ядра. Всі нукліди поділяються по відношенню до бета-розпаду на бета-радіоактивні та бета-стійкі ядра. Під бета-стійкими розуміються або стабільні або альфа-радіоактивні нукліди, для яких бета-розпад енергетично неможливий. Усі бета-стійкі І. у хім. елементів з атомними номерами Z до 83 стабільні (за кількома винятками), а у важких елементів стабільних І. немає, і всі їх бета-стійкі І. альфа-радіоактивні.
При радіоактивному перетворенні відбувається виділення енергії, що відповідає співвідношенню мас вихідного і кінцевого ядер, масі та енергії випромінювання, що випускається. Можливість p-розпаду, що відбувається без зміни масового числа А, залежить від співвідношення відповідних мас ізобар. Ізобари з більшою масою в результаті бета-розпаду перетворюються на ізобари з меншою масою; при цьому чим маса ізобара менша, тим він ближче до P-стійкого стану. Зворотний процес із закону збереження енергії йти неспроможна. Так, напр., для згаданих вище ізобар перетворення йдуть у наступних напрямках з утворенням стабільного ізотопу сірки-32:
Ядра нуклідів, стійких до бета-розпаду, містять не менше одного нейтрону на кожен протон (винятком є 11H і 23He), а в міру зростання атомного номера співвідношення N/Z збільшується і досягає значення 1,6 для урану.
Зі збільшенням числа N ядро даного елемента стає нестійким по відношенню до електронного бета-мінус-розпаду (з перетворенням n->p), тому нейтронозбагачені ядра бета-активні. Відповідно нейтронодефіцитні ядра нестійкі до позитронного бета-розпаду або електронного захоплення (з перетворенням p->n), а у важких ядер спостерігається також альфа-розпад і спонтанний поділ.
Поділ стабільних та отримання штучно-радіоактивних ізотопів. Поділ І. - це збагачення природної суміші І. даного хім. елемента окремими входять до його складу І. та виділення чистих І. з цієї суміші. Усі методи поділу ґрунтуються на ізотопних ефектах, тобто на відмінностях фіз.-хім. властивостей різних І. і хімічних, що містять їх. з'єднань (міцність хімічних зв'язків, щільність, в'язкість, теплоємність, температура плавлення, випаровування, швидкість дифузії тощо). Способи поділу і засновані на відмінностях у поведінці І. і містять їх сполук у фіз.-хім. процесах. Практично використовуються електроліз, центрифугування, газова та термодифузія, дифузія в потоці пари, ректифікація, хім. і ізотопні обміни, електромагнітний поділ, поділ за допомогою лазера та ін. Якщо одиничний процес дає низький ефект, тобто малий коефіцієнт поділу І., його багаторазово повторюють до отримання достатнього ступеня збагачення. Найбільш ефективно йде поділ І. легких елементів у зв'язку з великими відносними відмінностями їх ізотопів. Напр., «важку воду», тобто воду, збагачену важким І. водню-дейтерієм, маса якого вдвічі більша, в промисловому масштабі отримують на електролізних установках; високоефективним є також виділення дейтерію низькотемпературною дистиляцією. Поділ І. урану (для отримання ядерного палива – 235 U) проводять на газодифузійних заводах. Широкий спектр збагачених стабільних І. одержують на електромагнітних розділових установках. У деяких випадках застосовують поділ та збагачення суміші радіоактивних І., напр, для отримання радіоактивного І. заліза-55 з високою питомою активністю та радіонуклідною чистотою.
Штучно-радіоактивні І. отримують в результаті ядерних реакцій - взаємодії нуклідів один з одним та з ядерними частинками або фотонами, в результаті яких відбувається утворення інших нуклідів та частинок. Ядерна реакція умовно позначається наступним чином: спочатку вказується символ вихідного ізотопу, а потім утворюється в результаті даної ядерної реакції. У дужках між ними першою вказується чинна, а за нею - частка, що вилітає, або квант випромінювання (див. табл., графа 2).
Імовірність здійснення ядерних реакцій кількісно характеризується так званим ефективним поперечним перерізом (або перерізом) реакції, що позначається грецькою літерою про і виражається в барнах (10 -24 см 2). Для отримання штучно-радіоактивних нуклідів використовують ядерні реактори (див. Реактори ядерні) та прискорювачі заряджених частинок (див.). Багато радіонуклідів, що застосовуються в біології та медицині, отримують в ядерному реакторі з ядерних реакцій радіаційного захоплення, тобто захоплення ядром нейтрона з випромінюванням гамма-кванта (n, гамма), в результаті чого утворюється ізотоп того ж елемента з масовим числом, на одиницю більшою за вихідний, напр. 23 Na (n, γ) 24 Na, 31 P(n, γ) 32 Р; по реакції (n, γ) з подальшим розпадом отриманого радіонукліду та утворенням «дочірнього», напр. 130 Te (n, γ) 131 Te -> 131 I; з реакцій з вильотом заряджених частинок (n, p), (n, 2n), (n, α); напр., 14 N (n, p) 14 C; за вторинними реакціями з тритонами (t, p) і (t, n), напр. 7 Li (n, α) 3 H і потім 16O (t, n) 18 F; за реакцією поділу U (n, f), напр. 90 Sr, 133 Xe та ін. (Див. Ядерні реакції).
Деякі радіонукліди або взагалі не можуть бути отримані в ядерному реакторі, або таке їх виробництво нераціонально з медичною метою. За реакцією (n, γ) в більшості випадків не можна отримати ізотопи без носія; деякі реакції мають надто малу величину перерізу a, a опромінювані мішені - малий відносний вміст вихідного ізотопу в природній суміші, що призводить до низьких виходів реакцій, недостатньої питомої активності препаратів. Тому багато важливих радіонуклідів, що застосовуються в клініч. радіодіагностики отримують з достатньою питомою активністю, використовуючи ізотопно-збагачені мішені. Напр., для отримання кальцію-47 опромінюють мішень, збагачену по кальцію-46 з 0,003 до 10-20%, для отримання заліза-59 - мішень із залізом-58, збагаченим з 0,31 до 80%, для отримання ртуті-197 - Мета з ртуттю-196, збагаченої з 0,15 до 40%, тощо.
У реакторі гол. обр. одержують радіонукліди з надлишком нейтронів, що розпадаються з бета-мірус_випромінюванням. Нейтронодефіцитні радіонукліди, які утворюються в ядерних реакціях на заряджених частинках (p, d, альфа) і фотонах і розпадаються з випромінюванням позитронів або за допомогою захоплення електронів, в більшості випадків отримують на циклотронах, лінійних прискорювачах протонів і електронів (в останньому випадку використовується при енергіях частинок, що прискорюються, порядку десятків і сотень МеВ. Так одержують для мед. цілей радіонукліди за реакціями: 51 V (р, n) 51 Cr, 67 Zn (р, n) 67 Ga, 109 Ag (α, 2n) 111 In, 44 Ca (γ, p) 43 K, 68 Zn (γ, p) 67 Cu та ін. Важливою перевагою такого способу отримання радіонуклідів є те, що вони, маючи, як правило, іншу хім. природу, ніж матеріал опромінюваної мішені, можуть бути виділені з останньої без носія. Це дозволяє отримувати потрібні радіофарм. препарати з високою питомою активністю та радіонуклідною чистотою.
Для отримання багатьох короткоживучих радіонуклідів безпосередньо в клінічних установах використовують так зв. ізотопні генератори, що містять довгоживучий материнський радіонуклід, при розпаді якого утворюється потрібний короткоживучий дочірній радіонуклід, напр. 99m Tc, 87m Sr, 113m In, 132 I. Останній може бути багаторазово виділений з генератора протягом життя материнського нукліду (див. Генератори радіоактивних ізотопів).
Застосування ізотопів у біології та медицині. Радіоактивні та стабільні І. широко застосовуються в наукових дослідженнях. Як мітки їх використовують для приготування ізотопних індикаторів (див. Мічені сполуки) - речовин та сполук, що мають відмінний від природного ізотопний склад. Методом ізотопних індикаторів досліджують розподіл, шляхи та характер переміщення мічених речовин у різних середовищах та системах, проводять їх кількісний аналіз, вивчають будову хімічних речовин. сполук та біологічно активних речовин, механізми різних динамічних процесів, у т. ч. їхній метаболізм в організмі рослин, тварин та людини (див. Радіоізотопне дослідження). За допомогою методу ізотопних індикаторів проводять дослідження в біохімії (вивчення обміну речовин, будови та механізму біосинтезу білків, нуклеїнових к-т, жирів та вуглеводів у живому організмі, швидкості протікання біохім, реакцій тощо); у фізіології (міграції іонів та різних речовин, процесів всмоктування з жел.-киш. тракту жирів та вуглеводів, екскреції, кровообігу, поведінки та ролі мікроелементів тощо); у фармакології та токсикології (дослідження поведінки лікарських препаратів та токсичних речовин, їх всмоктування, шляхів та швидкості накопичення, розподілу, виведення, механізму дії тощо); у мікробіології, імунології, вірусології (вивчення біохімії мікроорганізмів, механізмів ферментативних та імунохім, реакцій, взаємодії вірусів та клітини, механізмів дії антибіотиків тощо); у гігієні та екології (вивчення забрудненості шкідливими речовинами та дезактивації виробництв та навколишнього середовища, екологічного ланцюжка різних речовин, їх міграції тощо). І. застосовують і в інших медико-біол. дослідженнях (для вивчення патогенезу різних захворювань, дослідження ранніх змін обміну речовин тощо).
У мед. практиці радіонукліди застосовують для діагностики та лікування різних захворювань, а також для радіаційної стерилізації мед. матеріалів, виробів та медикаментів. У клініках використовують понад 130 радіодіагностичних та 20 радіотерапевтичних методик із застосуванням відкритих радіофарм. препаратів (РФП) та закритих ізотопних джерел випромінювання. З цією метою використовують св. 60 радіонуклідів, прибл. 30 їх - найбільш широко (табл.). Радіодіагностичні препарати дозволяють отримувати інформацію про функції, та анатомічний стан органів і систем організму людини. В основі радіоізотопної діагностики лежить можливість простежити за біол, поведінкою мічених радіонуклідами хім. речовин та сполук у живому організмі без порушення його цілісності та зміни функцій. Введення необхідного радіоізотопу відповідного елемента у структуру хім. з'єднання, практично не змінюючи його властивості, дозволяє стежити за його поведінкою в живому організмі шляхом зовнішнього детектування випромінювання І., в чому полягає одна з дуже важливих переваг методу радіоізотопної діагностики.
Динамічні показники поведінки міченого з'єднання дають можливість оцінити функцію, стан досліджуваного органу або системи. Так, за ступенем розведення РФП з 24 Na, 42 K, 51 Cr, 52 Fe, 131 I та ін. в рідких середовищах визначають обсяг циркулюючої крові, еритроцитів, обмін альбуміну, заліза, водний обмін електролітів та ін. За показниками накопичення, переміщення і виведення РФП в органах, системах організму або в осередку поразки можна оцінити стан центральної та периферичної гемодинаміки, визначити функцію печінки, нирок, легенів, вивчити йодний обмін і т.п. За допомогою 99м Tc, 113m In, 123I, 131I, 133Xe можна провести всебічне дослідження легень – вивчити розподіл кровотоку, стан вентиляції легень та бронхів. РФП з 43 K, 86 Rb, 99м Тс, 67 Ga, 131 I, 113m In, 197 Hg та ін дають можливість визначити кровотік та кровопостачання головного мозку, серця, печінки, нирок та інших органів. Радіоактивні колоїдні розчини та деякі йодорганічні препарати дозволяють оцінити стан полігональних клітин та гепатоцитів (купферівських клітин) та антитоксичної функції печінки. За допомогою радіоізотопного сканування проводять анатомо-топографічне вивчення та визначення наявності, величини, форми та положення об'ємних уражень печінки, нирок, кісткового мозку, щитовидної, паращитовидної та слинних залоз, легень, лімф, вузлів; радіонукліди 18 F, 67 Ga, 85 Sr, 87M Sr, 99M Tc дозволяють досліджувати захворювання скелета і т.д.
У СРСР розроблено та введено в дію норми радіаційної безпеки для пацієнтів при використанні радіоактивних речовин з діагностичною метою, які суворо регламентують ці процедури з точки зору допустимих рівнів опромінення. Завдяки цьому, а також раціональному вибору методів та апаратури для різних видів обстежень та застосування в РФП по можливості короткоживучих радіонуклідів, що володіють сприятливими характеристиками випромінювання щодо ефективності їх реєстрації при мінімальному променевому впливі, променеві навантаження на організм пацієнта при радіоізотопних діагностичних процедурах набагато нижче доз , одержуваних при рентгенол, обстеженнях, і в більшості випадків не перевищують сотих і десятих часток рада.
У 70-х роках. 20 ст. радіоізотопні препарати стали ширше застосовуватися для досліджень in vitro, в основному – для імунохімії. аналізу. Радіоімунохім. Методи засновані на високоспецифічній імунохімії. реакції антиген - антитіло, в результаті якої утворюється стійкий комплекс з антитіла і антигену. Після відділення комплексу, що утворюється, від непрореагованих антитіл або антигенів проводять кількісне визначення шляхом вимірювання їх радіоактивності. Використання антигенів чи антитіл, мічених радіоізотопами, напр. 125 I, підвищує чутливість імунохімії. тестів у десятки та сотні разів. За допомогою цих тестів можна визначити вміст організму гормонів, антитіл, антигенів, ензимів, ферментів, вітамінів та інших біологічно активних речовин у концентраціях до 0,1 мг/мл. Отже вдається визначати як різні патол, стану, а й дуже малі зміни, що відбивають початкові стадії захворювання. Напр., ці методики успішно застосовують для ранньої діагностики in vitro цукрового діабету, інфекційного гепатиту, порушень вуглеводного обміну, деяких алергічних та інших захворювань. Такі радіоізотопні тести не тільки чутливіші, простіші, але й дозволяють проводити масові дослідження та абсолютно безпечні для пацієнтів (див. Радіоізотопна діагностика).
З лік. метою РФП та радіонуклідні джерела випромінювання застосовуються гол. обр. в онкології, а також при лікуванні запальних захворювань, екзем та ін (див. Променева терапія). Для цих цілей використовуються як відкриті РФП, що вводяться всередину організму, тканини, серозні порожнини, порожнини суглобів, внутрішньовенно, внутрішньоартеріально і в лімф, систему, так і закриті джерела випромінювання для зовнішньої, внутрішньопорожнинної та внутрішньотканинної терапії. З допомогою відповідних РФП, гол. обр. колоїдів та суспензій, що містять 32 P, 90 Y, 131 I, 198 Au та інші радіонукліди, лікують захворювання кровотворної системи та різні пухлини, впливаючи локально на патол, вогнище. При контактному опроміненні (дерматол, і офтальмол. бета-аплікатори) застосовують 32 P, 90 Sr, 90 Y, 147 Pm, 204 Tl, у дистанційних гамма-терапевтичних апаратах - джерела 60 Co або 137 Cs високої активності (сотні та тисячі кюр . Для внутрішньотканинного та внутрішньопорожнинного опромінення використовують голки, гранули, дріт та інші спеціальні типи закритих джерел з 60 Co, 137 Cs, 182 Ta, 192 Ir, 198 Au (див. Радіоактивні препарати).
Радіоактивні нукліди використовуються для стерилізації матеріалів, виробів мед. призначення та лікарських засобів. Практичне застосування радіаційної стерилізації стало можливим з 50-х рр., коли з'явилися потужні джерела іонізуючих випромінювань. У порівнянні з традиційними методами стерилізації радіаційний метод має ряд переваг. Оскільки при звичайній стерилізуючій дозі випромінювання (2-3 Мрад) не виникає значного підвищення температури об'єкта, що опромінюється, стає можливою радіаційна стерилізація термолабільних об'єктів, в т. ч. біол, препаратів і виробів з деяких видів пластиків. Вплив випромінювання на опромінений зразок відбувається одночасно у всьому його обсязі, і стерилізація здійснюється з високим ступенем надійності. При цьому для контролю використовують колірні індикатори отриманої дози, що розміщуються на поверхні упаковки об'єкта, що стерилізується. Мед. вироби та засоби стерилізуються в кінці технол. циклу вже в готовому вигляді і в герметичній упаковці, в т. ч. і з полімерних матеріалів, що унеможливлює створення строго асептичних умов виробництва та гарантує стерильність після випуску виробів підприємством. Радіаційна стерилізація особливо ефективна мед. виробів разового користування (шприци, голки, катетери, рукавички, шовні та перев'язувальні матеріали, системи для взяття та переливання крові, біопрепарати, хірургічні інструменти тощо), неін'єкційних лікарських засобів, таблеток та мазей. При радіаційної стерилізації лікарських розчинів слід зважати на можливість їх радіаційного розкладання, що веде до зміни складу і властивостей (див. Стерилізація, холодна).
Токсикологія радіоактивних ізотопів – розділ токсикології, що вивчає вплив інкорпорованих радіоактивних речовин на живі організми. Основними завданнями її є: встановлення допустимих рівнів вмісту та надходження радіонуклідів в організм людини з повітрям, водою та продуктами харчування, а також ступеня нешкідливості РВ, що вводяться в організм при клин, радіодіагностичних дослідженнях; з'ясування специфіки ураження радіонуклідами залежно від характеру їх розподілу, енергії та виду випромінювання, періоду напіврозпаду, дози, шляхів та ритму надходження та пошук ефективних засобів для профілактики ураження.
Найбільш глибоко досліджується вплив на організм людини радіонуклідів, що широко використовуються в промисловості, наукових та мед. дослідженнях, а також утворюються внаслідок розщеплення ядерного пального.
Токсикологія радіоактивних ізотопів органічно пов'язана з радіобіологією, радіаційною гігієною і медичною радіологією.
Радіоактивні речовини можуть проникати в організм людини через дихальні шляхи, жел.-киш. тракт, шкіру, ранові поверхні, а при ін'єкціях через кровоносні судини, м'язову тканину, суглобові поверхні. Характер розподілу радіонуклідів в організмі залежить від основних хім. властивостей елемента, форми сполуки, що вводиться, шляхи надходження і фізіол, стану організму.
Виявлено досить суттєві відмінності у розподілі та шляхах виведення окремих радіонуклідів. Розчинні сполуки Ca, Sr, Ва, Ra, Y, Zr вибірково накопичуються в кістковій тканині; La, Ce, Pr, Pu, Am, Cm, Cf, Np - у печінці та кістковій тканині; K, Cs, Rb - у м'язовій тканині; Nb, Ru, Te, Po розподіляються порівняно рівномірно, хоча й мають тенденцію до накопичення в ретикулоендотеліальній тканині селезінки, кісткового мозку, надниркових залоз і лімф, вузлах; I і At – у щитовидній залозі.
Розподіл в організмі елементів, що належать до певної групи періодичної системи Менделєєва, має багато спільного. Елементи першої основної групи (Li, Na, К, Rb, Cs) повністю всмоктуються з кишечника, порівняно рівномірно розподіляються по органах та виділяються переважно із сечею. Елементи другої основної групи (Ca, Sr, Ba, Rа) добре всмоктуються з кишечника, вибірково відкладаються у скелеті, виділяються у кількох великих кількостях з калом. Елементи третьої основної та четвертої побічної груп, у т. ч. легкі лантаніди, актиніди та трансуранові елементи, практично не всмоктуються з кишечника, як правило, вибірково відкладаються у печінці та щонайменше у скелеті, виділяються переважно з калом. Елементи п'ятої та шостої основної групи періодичної системи, за винятком Ро, порівняно добре всмоктуються з кишечника і виводяться майже виключно із сечею протягом першої доби, завдяки чому в органах виявляються у порівняно невеликих кількостях.
Відкладення радіонуклідів у легеневій тканині при інгаляції залежить від розміру частинок, що вдихаються, та їх розчинності. Чим більший аерозолі, тим більша частка їх затримується в носоглотці і менша проникає у легені. Повільно залишають легкі погано розчинні сполуки. Висока концентрація таких радіонуклідів часто виявляється у лімф, вузлах коріння легень. Дуже швидко всмоктуються в легенях окис тритію, розчинні сполуки лужних та лужноземельних елементів. Повільно всмоктуються у легких Pu, Am, Се, Cm та інші важкі метали.
Норми радіаційної безпеки (НРБ) регламентують надходження та вміст радіонуклідів в організмі осіб, робота яких пов'язана з профшкідливостями, та окремих осіб із населення, а також населення загалом, допустимі концентрації радіонуклідів в атмосферному повітрі та воді, продуктах харчування. Ці норми засновані на величинах гранично допустимих доз (ПДР) опромінення, встановлених для чотирьох груп критичних органів та тканин (див. Критичний орган, гранично допустимі дози).
Для осіб, що працюють в умовах профшкідливостей, прийнята величина ПДР опромінення всього тіла, гонад і червоного кісткового мозку дорівнює 5 бер/рік, м'язової та жирової тканин, печінки, нирок, селезінки, жел.-киш. тракту, легень, кришталика очей - 15 бер/рік, кісткової тканини, щитовидної залози та шкіри -30 бер/рік, кистей рук, передпліч, кісточок та стоп -75 бер/рік.
Норми окремих осіб із населення рекомендовані вдесятеро нижче, ніж осіб, які у умовах профшкідливостей. Опромінення всього населення регламентується генетично значущою дозою, яка не повинна перевищувати 5 бер за 30 років. До цієї дози не входять можливі дози опромінення, обумовлені мед. процедурами та природним радіаційним фоном.
Величина річного гранично допустимого надходження розчинних та нерозчинних сполук (мкКі/рік) через органи дихання для персоналу, межа річного надходження радіонуклідів через органи дихання та травлення для окремих осіб із населення, середньорічні допустимі концентрації (СДК) радіонуклідів в атмосферному повітрі та воді л) для окремих осіб із населення, а також утримання радіонуклідів у критичному органі, що відповідає гранично допустимому рівню надходження (МКК) для персоналу, наведені в нормативах.
При розрахунку допустимих рівнів надходження радіонуклідів в організм враховується також нерівномірний характер розподілу радіонуклідів, що нерідко зустрічається, в окремих органах і тканинах. Нерівномірний розподіл радіонуклідів, що призводить до створення високих локальних доз, лежить в основі високої токсичності альфа-випромінювачів, чому значною мірою сприяють відсутність відновлювальних процесів і практично повна сумація пошкоджень, що викликаються цим видом випромінювання.
Позначення: β- - бета-випромінювання; β+ - позитронне випромінювання; n – нейтрон; p – протон; d – дейтрон; t – тритон; α - альфа-частка; Е.З. - Розпад шляхом захоплення електрона; γ - гамма-випромінювання (як правило, наведено лише основні лінії γ-спектру); І. П. – ізомерний перехід; U(n, f) – реакція поділу урану. Зазначений ізотоп виділяють із суміші продуктів поділу; 90 Sr-> 90 Y - отримання дочірнього ізотопу (90 Y) внаслідок розпаду материнського (90 Sr), у т. ч. за допомогою ізотопного генератора.
Бібліографія:Іванов І. І. та ін. Радіоактивні ізотопи в медицині та біології, М., 1955; Камен М. Радіоактивні індикатори в біології, пров. з англ., М., 1948, бібліогр.; Левін Ст І. Отримання радіоактивних ізотопів, М., 1972; Норми радіаційної безпеки (НРБ-69), М., 1972; Отримання в реакторі та застосування короткоживучих ізотопів, пров. з ін., за ред. Ст Ст Бочкарьова і Би. Ст Курчатова, М., 1965; Виробництво ізотопів, за ред. Ст Ст Бочкарьова, М., 1973; Селінов І. П. Атомні ядра та ядерні перетворення, т. 1, М.-Л., 1951, бібліогр.; Туманян М. А. і Каушанський Д. А. Радіаційна стерилізація, М., 1974, бібліогр.; Фатєєва М. Н. Нариси радіоізотопної діагностики, М., 1960, бібліогр.; Xeвеші Г. Радіоактивні індикатори, пров. з англ., М., 1950, бібліогр.; Dynamic studies with radioisotopes in medicine 1974, Proc, symp., v. 1-2, Vienna, IAEA, 1975; L e d е г е г Ch. М., Hollander J. M. a. P е г 1 m а n I. Tables of isotopes, N. Y., 1967; Silver S. Radioactive isotopes in clinic medicine, New Engl. J. Med., v. 272, p. 569, 1965, bibliogr.
В. В. Бочкарьов; Ю. І. Москальов (токе.), Упорядник табл. В. В. Бочкарьов.
При вивченні властивостей радіоактивних елементів було виявлено, що в одного й того самого хімічного елемента можна зустріти атоми з різною масою ядра. Заряд ядра при цьому вони мають однаковий, тобто це не домішки сторонніх речовин, а те саме речовина.
Що таке і чому існують ізотопи
У періодичній системі Менделєєва і даний елемент, і атоми речовини з масою ядра, що відрізняється, займають одну клітину. Виходячи з вищезгаданого таким різновидам однієї й тієї ж речовини було дано назву «ізотопи» (від грецької isos – однаковий та topos – місце). Отже, ізотопи- Це різновиди даного хімічного елемента, що різняться за масою атомних ядер.
За прийнятою нейтронно-протонною моделлю ядра пояснити існування ізотопів вдалося таким чином: ядра деяких атомів речовини містять різну кількість нейтронів, але однакову кількість протонів. Насправді заряд ядра ізотопів одного елемента однаковий, отже, кількість протонів в ядрі однакова. Ядра різняться по масі, відповідно, вони містять різну кількість нейтронів.
Стабільні та нестабільні ізотопи
Ізотопи бувають стабільними та нестабільними. На сьогоднішній день відомо близько 270 стабільних ізотопів та понад 2000 нестабільних. Стабільні ізотопи– це різновиди хімічних елементів, які можуть самостійно існувати тривалий час.
Більша частина нестабільних ізотопівбула отримана штучним шляхом. Нестабільні ізотопи радіоактивні, їх ядра схильні до процесу радіоактивного розпаду, тобто мимовільному перетворенню на інші ядра, що супроводжується випромінюванням частинок та/або випромінювань. Майже всі радіоактивні штучні ізотопи мають дуже короткі періоди напіврозпаду, що вимірюються секундами і навіть частками секунд.
Скільки ізотопів може містити ядро
Ядро неспроможна містити довільну кількість нейтронів. Відповідно, кількість ізотопів обмежена. У парних за кількістю протонівКількість елементів стабільних ізотопів може досягати десяти. Наприклад, олово має 10 ізотопів, ксенон – 9, ртуть – 7 тощо.
Ті елементи, кількість протонів яких непарна, можуть мати лише по два стабільні ізотопи. У ряду елементів є лише один стабільний ізотоп. Це такі речовини, як золото, алюміній, фосфор, натрій, марганець та інші. Такі варіації за кількістю стабільних ізотопів у різних елементів пов'язані зі складною залежністю числа протонів і нейтронів від енергії зв'язку ядра.
Майже всі речовини в природі існують у вигляді суміші ізотопів. Кількість ізотопів у складі речовини залежить від виду речовини, атомної маси та кількості стабільних ізотопів даного хімічного елемента.