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

1. Вони мають різну кількість нейтронів.
2. Ізотопи мають різну масу атомів.
3. Значення маси атомів іонів впливає на їхню повну енергію та властивості.

Мабуть, немає на землі такої людини, яка не чула б про ізотопи. Але не всі знають, що це таке. Особливо лякає словосполучення «радіоактивні ізотопи». Ці незрозумілі хімічні елементи наганяють страх на людство, але насправді вони не такі страшні, як це може здатися на перший погляд.

Визначення

Щоб розібратися з поняттям радіоактивних елементів, необхідно спочатку сказати, що ізотопи - це зразки одного і того ж хімічного елемента, але з різною масою. Що це означає? Запитання зникнуть, якщо спочатку ми згадаємо будову атома. Складається він із електронів, протонів та нейтронів. Число перших двох елементарних частинок в ядрі атома завжди постійно, тоді як нейтрони, що мають власну масу, можуть зустрічатися в тому самому речовині в різних кількостях. Ця обставина і породжує різноманітність хімічних елементів із різними фізичними властивостями.

Тепер ми можемо дати наукове визначення досліджуваному поняттю. Отже, ізотопи – це сукупний набір схожих за властивостями хімічних елементів, але мають різну масу та фізичні властивості. Відповідно до більш сучасної термінології, вони звуться плеяди нуклеотидів хімічного елемента.

Трохи історії

На початку минулого століття вчені виявили, що в однієї й тієї ж хімічної сполуки в різних умовах можуть спостерігатися різні маси ядер електронів. З суто теоретичної погляду, такі елементи можна було порахувати новими і розпочати заповнювати ними порожні клітини у періодичної таблиці Д. Менделєєва. Але вільних осередків у ній лише дев'ять, а нові елементи вчені відкривали десятками. До того ж математичні підрахунки показали, що виявлені сполуки не можуть вважатися раніше не відомими, адже їх хімічні властивості повністю відповідали характеристикам існуючих.

Після тривалих обговорень було вирішено назвати ці елементи ізотопами і поміщати в одну клітинку з тими, ядра яких містять із нею однакову кількість електронів. Вченим вдалося визначити, що ізотопи - це лише деякі варіації хімічних елементів. Однак причини їх виникнення та тривалість життя вивчалися ще майже ціле століття. Навіть на початку ХХІ століття стверджувати, що людство знає абсолютно все про ізотопи, не можна.

Стійкі та нестійкі варіації

Кожен хімічний елемент має кілька ізотопів. Через те, що в їхніх ядрах є вільні нейтрони, вони не завжди вступають у стабільні зв'язки з іншими елементами атома. Через деякий час вільні частинки залишають ядро, через що змінюється його маса та фізичні властивості. Так утворюються інші ізотопи, що веде зрештою до утворення речовини з рівною кількістю протонів, нейтронів та електронів.

Ті речовини, які дуже швидко розпадаються, називаються радіоактивними ізотопами. Вони випускають у простір велику кількість нейтронів, що утворюють потужне іонізуюче гамма-випромінювання, відоме своєю сильною здатністю, що проникає, яка негативно впливає на живі організми.

Більш стійкі ізотопи не є радіоактивними, оскільки кількість вільних нейтронів, що виділяються ними, не здатна утворювати випромінювання і істотно впливати на інші атоми.

Досить давно вченими було встановлено одну важливу закономірність: кожен хімічний елемент має свої ізотопи, стійкі чи радіоактивні. Цікаво, що багато з них були отримані в лабораторних умовах, а їхня присутність у природному вигляді невелика і не завжди фіксується приладами.

Поширення у природі

У природних умовах найчастіше зустрічаються речовини, маса ізотопу яких безпосередньо визначається його порядковим числом у таблиці Д. Менделєєва. Наприклад, водень, що позначається символом Н, має порядковий номер 1, яке маса дорівнює одиниці. Ізотопи його, 2Н та 3Н, у природі зустрічаються вкрай рідко.

Навіть людський організм має кілька радіоактивних ізотопів. Вони потрапляють всередину через їжу у вигляді ізотопів вуглецю, який, у свою чергу, вбирається рослинами з ґрунту або повітря і переходить до складу органічних речовин у процесі фотосинтезу. Тому і людина, і тварини, і рослини випромінюють певне радіаційне тло. Тільки він настільки низький, що не заважає нормальному функціонуванню та зростанню.

Джерелами, які сприяють утворенню ізотопів, виступають внутрішні шари земного ядра та випромінювання з космосу.

Як відомо, температура на планеті багато в чому залежить від її гарячого ядра. Але зовсім недавно стало зрозуміло, що джерелом цього тепла виступає складна термоядерна реакція, в якій беруть участь радіоактивні ізотопи.

Розпад ізотопів

Оскільки ізотопи - це нестійкі освіти, можна припустити, що вони з часом завжди розпадаються більш постійні ядра хімічних елементів. Це твердження є вірним, оскільки вченим не вдалося виявити в природі величезної кількості радіоактивних ізотопів. Та й більшість із тих, що були видобуті в лабораторіях, проіснували від кількох хвилин до кількох днів, а потім знову перетворилися на звичайні хімічні елементи.

Але є у природі й такі ізотопи, які виявляються дуже стійкими до розпаду. Вони можуть існувати мільярди років. Утворилися такі елементи у ті далекі часи, коли земля ще формувалася, але в її поверхні був навіть твердої кори.

Радіоактивні ізотопи розпадаються і знову утворюються дуже швидко. Тому з метою, щоб полегшити оцінку стійкості ізотопу, вченими було прийнято рішення розглядати категорію періоду його напіврозпаду.

Період напіврозпаду

Не всім читачам може бути зрозуміло, що мають на увазі під цим поняттям. Визначимо його. Період напіврозпаду ізотопу – це час, за який перестане існувати умовна половина взятої речовини.

Це не означає, що частина з'єднання буде знищена за таку ж кількість часу. Стосовно цієї половини необхідно розглядати іншу категорію - період часу, протягом якого зникне її друга частина, тобто чверть початкової кількості речовини. І такий розгляд триває нескінченно. Можна припустити, що час повного розпаду початкової кількості речовини вважати просто неможливо, оскільки цей процес практично нескінченний.

Проте вчені, знаючи період напіврозпаду, можуть визначити, скільки речовини існувало спочатку. Ці дані успішно використовуються у суміжних науках.

У сучасному науковому світі поняття повного розпаду мало використовується. Щодо кожного ізотопу прийнято вказувати час його напіврозпаду, який варіює від кількох секунд до багатьох мільярдів років. Чим менший показник напіврозпаду, там більше випромінювання походить від речовини і тим вища його радіоактивність.

Збагачення копалин

У деяких галузях науки та техніки використання відносно великої кількості радіоактивних речовин вважається обов'язковим. Але при цьому в природних умовах таких сполук зовсім небагато.

Відомо, що ізотопи – це нерозповсюджені варіанти хімічних елементів. Кількість їх вимірюється кількома відсотками від найстійкішого різновиду. Саме тому вченим необхідно проводити штучне збагачення копалин.

За роки досліджень вдалося дізнатися, що розпад ізотопу супроводжується ланцюговою реакцією. Звільнені нейтрони однієї речовини починають впливати на іншу. Внаслідок цього важкі ядра розпадаються більш легкі і виходять нові хімічні елементи.

Це явище отримало назву ланцюгової реакції, в результаті якої можна отримати більш стійкі, але менш поширені ізотопи, які використовуються в народному господарстві.

Застосування енергії розпаду

Також вченими було з'ясовано, що під час розпаду радіоактивного ізотопу виділяється величезна кількість вільної енергії. Її кількість прийнято вимірювати одиницею Кюрі, що дорівнює часу розподілу 1 г радону-222 за 1 секунду. Що цей показник, то більше енергії виділяється.

Це стало приводом розробки способів використання вільної енергії. Так з'явилися атомні реактори, які містять радіоактивний ізотоп. Більшість енергії, яку він виділяє, збирається і перетворюється на електрику. На підставі цих реакторів створюються атомні станції, які дають найдешевшу електрику. Зменшені варіанти таких реакторів ставлять на самохідні механізми. З огляду на небезпеку аварій найчастіше такими машинами виступають підводні човни. У разі відмови реактора кількість жертв на підводному човні буде легше звести до мінімуму.

Ще один дуже страшний варіант використання енергії напіврозпаду – атомні бомби. Під час Другої світової війни вони були випробувані на людстві в японських містах Хіросіма та Нагасакі. Наслідки виявилися дуже сумними. Тому у світі діє угода про невикористання цієї небезпечної зброї. Натомість великі держави з орієнтацією на мілітаризацію і сьогодні продовжують дослідження у цій галузі. Крім того, багато з них потай від світової спільноти виготовляють атомні бомби, які в тисячі разів небезпечніші за ті, які використовувалися в Японії.

Ізотопи в медицині

З мирною метою розпад радіоактивних ізотопів навчилися використовувати в медицині. Направивши випромінювання на уражену ділянку організму, можна призупинити перебіг хвороби або допомогти пацієнтові повністю вилікуватися.

Але найчастіше радіоактивні ізотопи використовують для діагностики. Вся справа в тому, що їхній рух і характер скупчення найпростіше зафіксувати з випромінювання, яке вони виробляють. Так, в організм людини вводиться певна безпечна кількість радіоактивної речовини, а по приладах медики спостерігають, як і куди вона потрапить.

Таким чином проводять діагностику роботи головного мозку, характеру ракових пухлин, особливості роботи залоз внутрішньої та зовнішньої секреції.

Застосування в археології

Відомо, що у живих організмах завжди є радіоактивний вуглець-14, напіврозпад ізотопу якого дорівнює 5570 років. Крім того, вчені знають, скільки цього елемента міститься в організмі до моменту його смерті. Це означає, що всі спиляні дерева випромінюють однакову кількість радіації. Згодом інтенсивність випромінювання падає.

Це допомагає археологам визначити, як давно померло дерево, з якого збудували галеру або будь-який інший корабель, а отже, і сам час будівництва. Цей метод дослідження отримав назву радіоактивного вуглецевого аналізу. Завдяки йому вченим легко встановити хронологію історичних подій.

Певного елемента, що мають однакову , але різні . Мають ядри з однаковим числом і разл. числом мають однакову будову електронних оболонок і займають одне і те ж місце в періодич. системі хім. елементів. Термін "ізотопи" запропонований в 1910 Ф. Содді для позначення хімічно невиразних різновидів, що відрізняються за своїми фіз. (Насамперед радіоактивним) св-вам. Стабільні ізотопи вперше виявлені в 1913 р. Дж. Томсоном за допомогою розробленого ним т. зв. методу парабол – прообразу совр. . Він встановив, що Ne має, принаймні, 2 різновиди з мас. ч. 20 та 22. Назвами та символами ізотопів зазвичай служать назви та символи відповідних хім. елементів; вказують зверху ліворуч від символу. Напр., для позначення прір. ізотопів використовують запис 35 Сl і 37 С1; іноді внизу зліва вказують також елемента, тобто. пишуть 35 17 Сl і 37 17 Cl. Тільки ізотопи найлегшого елемента -водню з мас. ч. 1, 2 та 3 мають спец. назви та символи: (1 1 Н), (D, або 2 1 Н) та (Т, або 3 1 H) відповідно. Через велику різницю в масах поведінка цих ізотопів значно відрізняється (див. , ). Стабільні ізотопи зустрічаються у всіх парних та більшості непарних елементів з[ 83. Число стабільних ізотопів у елементів із парними номерами м. б. дорівнює 10 (напр., у); у елементів з непарними номерами трохи більше двох стабільних ізотопів. Відомо бл. 280 стабільних та більше 2000 радіоактивних ізотопів у 116 природних та штучно отриманих елементів. Для кожного елемента вміст окремих ізотопів у прир. суміші зазнає невеликих коливань, яких часто можна знехтувати. Більше означає. коливання ізотопного складу спостерігаються для метеоритів та інших небесних тіл. Постійність ізотопного складу призводить до сталості елементів Землі, що є середнє значення маси даного елемента, знайдене з урахуванням поширеності ізотопів у природі. Коливання ізотопного складу легких елементів пов'язані, зазвичай, зі зміною ізотопного складу при разл. процесах, які у природі ( , тощо.). Для важкого елемента Рb коливання ізотопного складу різних зразків пояснюються разл. змістом в, та ін джерелах і - родоначальників єств. . Відмінності св-в ізотопів цього елемента зв. . Важливий практич. завданням є отримання з прир. сумішей окремих ізотопів -

Ізотопи

Атоми одного елемента, які мають різні масові числа, називаються ізотопами. Атоми ізотопів одного елемента мають однакову кількість протонів (Z) і відрізняються один від одного числом нейтронів (N).

Ізотопи різних елементів немає власних назв, а повторюють назву елемента; при цьому атомна маса даного ізотопу - його єдина відмінність від інших ізотопів цього ж елемента - відображається за допомогою верхнього індексу в хімічній формулі елемента: наприклад, для ізотопів урану - 235 U, 238 U. Єдиним винятком з правил номенклатури ізотопів є елемент № 1 - водень. Усі три відомих на даний момент ізотопу водню мають не лише власні спеціальні хімічні символи, але й власну назву: 1 Н – протий, 2 D – дейтерій, 3 Т – тритій; при цьому ядро ​​протию - це просто один протон, ядро ​​дейтерію містить один протон і один нейтрон, ядро ​​тритію - один протон і два нейтрони. З назвами ізотопів водню так історично склалося оскільки відносне відмінність мас ізотопів водню, викликане додаванням одного нейтрона, є максимальним серед усіх хімічних елементів.

Усі ізотопи можна поділити на стабільні (стійкі), тобто не схильні до мимовільного розпаду ядер атомів на частини (розпад у такому разі називається радіоактивним), і нестабільні (нестійкі) - радіоактивні, тобто схильні до радіоактивного розпаду. Більшість широко поширених у природі елементів складається з суміші двох або більшого числа стабільних ізотопів: наприклад, 16 О, 12 С. З усіх елементів найбільше стабільних ізотопів має олово (10 ізотопів), а, наприклад, алюміній існує в природі у вигляді тільки одного стабільного ізотопу - решта його відомих ізотопів нестійкі. Ядра нестабільних ізотопів мимоволі розпадаються, виділяючи при цьому б-частки і в-частки (електрони) доти, доки не утворюється стабільний ізотоп іншого елемента: наприклад, розпад 238 U (радіоактивного урану) завершується утворенням 206 Pb (стабільного ізотопу свинцю). При вивченні ізотопів встановлено, що вони не відрізняються за хімічними властивостями, які, як відомо, визначаються зарядом їх ядер і не залежать від маси ядер.

Електронні оболонки

Електронна оболонка атома - область простору ймовірного місцезнаходження електронів, що характеризуються однаковим значенням головного квантового числа n і, як наслідок, що знаходяться на близьких енергетичних рівнях. Кожна електронна оболонка може мати певну максимальну кількість електронів.

Починаючи зі значення головного квантового числа n = 1, енергетичні рівні (шари) позначаються К, L, М і N. Вони поділяються на підрівні (підшари), що відрізняються один від одного енергією зв'язку з ядром. Число підрівнів дорівнює значенню головного квантового числа, але не перевищує чотирьох: 1-й рівень має один підрівень, 2-й - два, 3-й - три, 4-й - чотири підрівні. Підрівні, у свою чергу, складаються з орбіталей. Прийнято підрівні позначати латинськими літерами, s – перший, найближчий до ядра підрівень кожного енергетичного рівня; він складається з однієї s-орбіталі, р - другий підрівень, складається з трьох р-орбіталей; d – третій підрівень, він складається з п'яти d-орбіталей; f - четвертий підрівень, що містить сім f-орбіталей. Таким чином, для кожного значення n є n 2 орбіталей. У кожній орбіталі може бути трохи більше двох електронів - принцип Паулі. Якщо в орбіталі знаходиться один електрон, то він називається неспареним, якщо два - це спарені електрони. Принцип Паулі пояснює формулу N = 2n2. Якщо першому рівні K(n=1) міститься 1 2 = 1 орбіталь, а кожної орбіталі по 2 електрона, то максимальне число електронів становитиме 2*1 2 =2; L (n = 2) = 8; M (n = 3) = 18; N (n = 4) = 32.

Ізотопи

Ізотопи-ів; мн.(од. ізотоп, -а; м.). [від грец. isos - рівний та topos - місце] Спец.Різновиди однієї й тієї ж хімічного елемента, різняться масою атомів. Радіоактивні ізотопи. Ізотопи урану.

◁ Ізотопний, -а, -ое. І. індикатор.

ізотопи

Історія досліджень
Перші експериментальні дані існування ізотопів були отримані в 1906-10 гг. щодо властивостей радіоактивних перетворень атомів важких елементів. У 1906-07 pp. було виявлено, що продукт радіоактивного розпаду урану - іоній та продукт радіоактивного розпаду торію - радіоторій мають ті ж хімічні властивості, що і торій, проте відрізняються від останнього атомною масою та характеристиками радіоактивного розпаду. Більше того: всі три елементи мають однакові оптичні та рентгенівські спектри. На пропозицію англійського вченого Ф. Содді (див.СОДДІ Фредерік), такі речовини стали називати ізотопами
Після того, як ізотопи були виявлені у важких радіоактивних елементів, почалися пошуки ізотопів у стабільних елементів. Незалежне підтвердження існування стабільних ізотопів хімічних елементів було отримано експериментах Дж. Дж. Томсона (див.ТОМСОН Джозеф Джон)та Ф. Астона (див.АСТОН Френсіс Вільям). Томсон у 1913 р. виявив стабільні ізотопи у неону. Астон, який проводив дослідження за допомогою сконструйованого ним приладу, названого мас-спектрографом (або мас-спектрометром), використовуючи метод мас-спектрометрії (див.МАС-СПЕКТРОМЕТРІЯ), довів, що багато інших стабільних хімічних елементів мають ізотопи. У 1919 р. він отримав докази існування двох ізотопів 20 Ne та 22 Ne, відносний зміст (поширеність) яких у природі становить приблизно 91% та 9%. Надалі був виявлений ізотоп 21 Ne з поширеністю 0,26%, ізотопи хлору, ртуті та інших елементів.
Мас-спектрометр дещо іншої конструкції в ті ж роки був створений А. Дж. Демпстером (див.ДЕМПСТЕР Артур Джефрі). В результаті подальшого використання та вдосконалення мас-спектрометрів зусиллями багатьох дослідників було складено майже повну таблицю ізотопних складів. У 1932 р. було відкрито нейтрон - частка, що не має заряду, з масою, близькою до маси ядра атома водню - протона, і створено протонно-нейтронну модель ядра. В результаті в науці встановилося остаточне визначення поняття ізотопів: ізотопи - це речовини, ядра атомів яких складаються з однакового числа протонів та відрізняються лише числом нейтронів в ядрі. Приблизно до 1940 р. ізотопний аналіз було проведено всім відомих на той час хімічних елементів.
Під час вивчення радіоактивності було відкрито близько 40 природних радіоактивних речовин. Вони були об'єднані в радіоактивні сімейства, родоначальниками яких є ізотопи торію та урану. До природних відносяться всі стабільні різновиди атомів (їх близько 280) і всі природні радіоактивні, що входять до складу радіоактивних сімейств (їх 46). Решта ізотопів отримано в результаті ядерних реакцій.
Вперше у 1934 р. І. Кюрі (див.ЖОЛІО-КЮРІ Ірен)та Ф. Жоліо-Кюрі (див.ЖОЛІО-КЮРІ Фредерік)отримали штучним шляхом радіоактивні ізотоп азоту (13 N), кремнію (28 Si) та фосфору (30 P), відсутні в природі. Цими експериментами продемонстрували можливість синтезу нових радіоактивних нуклідів. Серед відомих нині штучних радіоізотопів понад 150 належать трансурановим елементам. (див.ТРАНСУРАНОВІ ЕЛЕМЕНТИ), що не зустрічається на Землі. Теоретично допускається, що кількість різновидів ізотопів, здатних до існування, може досягати близько 6000.

Енциклопедичний словник. 2009 .

Дивитись що таке "ізотопи" в інших словниках:

Сучасна енциклопедія

Ізотопи- (від ізо... і грецького topos місце), різновиди хімічних елементів, у яких ядра атомів (нуклідів) відрізняються числом нейтронів, але містять однакове число протонів і тому займають одне й те саме місце в періодичній системі хімічних елементів. Ілюстрований енциклопедичний словник

- (від ізо... і грец. topos місце) різновиди хімічних елементів, у яких ядра атомів відрізняються числом нейтронів, але містять однакове число протонів і тому займають одне й те саме місце в періодичній системі елементів. Розрізняють… … Великий Енциклопедичний словник

ІЗОТОПИ- ІЗОТОПИ, хім. елементи, розташовані в одній і тій же клітині періодичної системи і, отже, мають однаковий атомний номер або порядкове число. При цьому І. не повинні, взагалі кажучи, мати однакову атомну вагу. Різні… … Велика медична енциклопедія

Різновиди цього хімічного. елемента, що розрізняються за масою ядер. Маючи однакові заряди ядер Z, але відрізняючись числом нейтронів, І. мають однакову будову електронних оболонок, тобто дуже близькі хім. св ва, і займають одне й те саме… … Фізична енциклопедія

Атоми одного й того ж хім. елемента, ядра яких містять однакову кількість протонів, але різна кількість нейтронів; мають різні атомні маси, мають ті самі хімічні. властивостями, але різняться за своїми фіз. властивостям, зокрема… … Словник мікробіології

Атоми хім. елементи, що мають різні масові числа, але мають однаковий заряд атомних ядер і тому займають одне місце в періодичній системі Менделєєва. Атоми різних ізотопів одного й того ж хімічного. елементи відрізняються за кількістю… Геологічна енциклопедія