Izotopi sadrže isti broj. Primjena izotopa

izotopi

IZTOPI-ov; pl.(singularni izotop, -a; m.). [iz grčkog. isos - jednako i topos - mjesto] Specijalista. Sorte istih kemijski element, koji se razlikuju po masi atoma. radioaktivni izotopi. Izotopi urana.

◁ Izotop, th, th. I. indikator.

izotopi

Povijest istraživanja
Prvi eksperimentalni podaci o postojanju izotopa dobiveni su 1906-10. u proučavanju svojstava radioaktivnih transformacija atoma teških elemenata. Godine 1906-07. utvrđeno je da produkt radioaktivnog raspada urana - jonija i produkt radioaktivnog raspada torija - radiotorija imaju ista kemijska svojstva kao torij, ali se razlikuju od potonjeg atomska masa i karakteristike radioaktivnog raspada. Štoviše: sva tri elementa imaju isti optički i rendgenski spektar. Na prijedlog engleskog znanstvenika F. Soddyja (cm. SODDI Frederick), takve tvari postale su poznate kao izotopi.
Nakon što su otkriveni izotopi u teškim radioaktivnim elementima, započela je potraga za izotopima u stabilnim elementima. Nezavisna potvrda postojanja stabilnih izotopa kemijskih elemenata dobivena je u eksperimentima J. J. Thomsona (cm. Thomson Joseph John) i F. Aston (cm. ASTON Francis William). Thomson je 1913. otkrio stabilni izotopi na neonu. Aston, koji je proveo istraživanje koristeći instrument koji je dizajnirao, nazvan maseni spektrograf (ili maseni spektrometar), koristeći metodu masene spektrometrije (cm. MASOVNA SPEKTROMETRIJA), dokazao je da mnogi drugi stabilni kemijski elementi imaju izotope. Godine 1919. dobio je dokaz o postojanju dvaju izotopa 20 Ne i 22 Ne, čija je relativna zastupljenost (abundancija) u prirodi otprilike 91% i 9%. Naknadno je otkriven izotop 21 Ne s rasprostranjenošću od 0,26%, izotopi klora, žive i niz drugih elemenata.
Maseni spektrometar malo drugačijeg dizajna u istim godinama stvorio je A. J. Dempster (cm. Dempster Arthur Jeffrey). Kao rezultat naknadne uporabe i poboljšanja masenih spektrometara, naporima mnogih istraživača sastavljena je gotovo potpuna tablica izotopskih sastava. Godine 1932. otkriven je neutron – čestica koja nema naboj, s masom bliskom masi jezgre atoma vodika – protona, te je stvoren protonsko-neutronski model jezgre. Kao rezultat toga, u znanosti je uspostavljena konačna definicija pojma izotopa: izotopi su tvari čije se atomske jezgre sastoje od istog broja protona i razlikuju se samo po broju neutrona u jezgri. Otprilike 1940. godine provedena je izotopska analiza za sve do tada poznate kemijske elemente.
U proučavanju radioaktivnosti otkriveno je oko 40 prirodnih radioaktivnih tvari. Kombinirani su u radioaktivne obitelji, čiji su preci izotopi torija i urana. U prirodne spadaju sve stabilne varijante atoma (ima ih oko 280) i sve prirodno radioaktivne koje su dio radioaktivnih obitelji (ima ih 46). Svi ostali izotopi nastaju kao rezultat nuklearnih reakcija.
Prvi put 1934. I. Curie (cm. Joliot-Curie Irene) i F. Joliot-Curie (cm. Joliot-Curie Frederic) primili umjetno radioaktivne izotope dušika (13 N), silicija (28 Si) i fosfora (30 P), kojih u prirodi nema. Ovim su pokusima demonstrirali mogućnost sinteze novih radioaktivnih nuklida. Među trenutno poznatim umjetnim radioizotopima više od 150 pripada transuranskim elementima. (cm. TRANSURANSKI ELEMENTI) nije pronađena na Zemlji. Teoretski, pretpostavlja se da broj vrsta izotopa sposobnih za postojanje može doseći red od 6000.

enciklopedijski rječnik. 2009 .

Pogledajte što su "izotopi" u drugim rječnicima:

Moderna enciklopedija

izotopi- (od iso ... i grč. topos mjesto), vrste kemijskih elemenata u kojima se jezgre atoma (nuklidi) razlikuju po broju neutrona, ali sadrže isti broj protona i stoga zauzimaju isto mjesto u periodični sustav kemijski... Ilustrirano enciklopedijski rječnik

- (od iso ... i grčki topos mjesto) varijeteti kemijskih elemenata u kojima se jezgre atoma razlikuju po broju neutrona, ali sadrže isti broj protona i stoga zauzimaju isto mjesto u periodnom sustavu elemenata. Razlikovati… … Veliki enciklopedijski rječnik

IZTOPI- IZOTOPI, kem. elementi koji se nalaze u istoj ćeliji periodnog sustava i stoga imaju isti atomski broj ili redni broj. U ovom slučaju, I. općenito ne bi trebao imati istu atomsku težinu. Razne…… Velika medicinska enciklopedija

Sorte ove kem. elementi koji se razlikuju po masi jezgri. Posjedujući isti nuklearni naboj Z, ali se razlikuju po broju neutrona, I. imaju istu strukturu elektronskih ljuski, odnosno vrlo blisku kemijsku. sv va, i zauzimaju isti ... ... Fizička enciklopedija

Atomi iste kem. element čije jezgre sadrže isti broj protona, ali različit broj neutrona; imaju različite atomske mase, imaju istu kem. svojstva, ali se razlikuju po svojim fizičkim. svojstva, posebno... Mikrobiološki rječnik

Kemijski atomi. elementi koji imaju različite masene brojeve, ali imaju isti naboj atomske jezgre te stoga zauzima jedno mjesto u periodičnom sustavu Mendeljejeva. Atomi različitih izotopa iste kem. elementi se razlikuju po broju ... ... Geološka enciklopedija

Proučavanjem svojstava radioaktivnih elemenata ustanovljeno je da se u istom kemijskom elementu mogu naći atomi različite nuklearne mase. Istodobno, imaju isti nuklearni naboj, odnosno to nisu nečistoće tvari trećih strana, već ista tvar.

Što su izotopi i zašto postoje

U Mendeljejevljevom periodičnom sustavu i dani element i atomi tvari s različitom masom jezgre zauzimaju jednu ćeliju. Na temelju navedenog, takve vrste iste tvari dobile su naziv "izotopi" (od grčkog isos - isto i topos - mjesto). Tako, izotopi- to su varijante određenog kemijskog elementa koje se razlikuju po masi atomskih jezgri.

Prema prihvaćenom neutronsko-protonskom modelu jezgre, postojanje izotopa je objašnjeno na sljedeći način: jezgre nekih atoma tvari sadrže različit broj neutrona, ali isti broj protona. Zapravo, nuklearni naboj izotopa jednog elementa je isti, dakle, broj protona u jezgri je isti. Jezgre se razlikuju po masi, odnosno sadrže različit broj neutrona.

Stabilni i nestabilni izotopi

Izotopi su ili stabilni ili nestabilni. Do danas je poznato oko 270 stabilnih izotopa i više od 2000 nestabilnih. stabilni izotopi- To su vrste kemijskih elemenata koji mogu samostalno postojati dugo vremena.

Većina nestabilni izotopi je dobiven umjetno. Nestabilni izotopi su radioaktivni, njihove jezgre podliježu procesu radioaktivnog raspada, odnosno spontane transformacije u druge jezgre, praćene emisijom čestica i/ili zračenja. Gotovo svi radioaktivni umjetni izotopi imaju vrlo kratko vrijeme poluraspada, mjereno u sekundama, pa čak i u dijelovima sekunde.

Koliko izotopa može sadržavati jezgra

Jezgra ne može sadržavati proizvoljan broj neutrona. Sukladno tome, broj izotopa je ograničen. Čak i u broju protona elemenata, broj stabilnih izotopa može doseći deset. Na primjer, kositar ima 10 izotopa, ksenon ima 9, živa ima 7 i tako dalje.

Ti elementi broj protona je neparan, može imati samo dva stabilna izotopa. Neki elementi imaju samo jedan stabilan izotop. To su tvari kao što su zlato, aluminij, fosfor, natrij, mangan i druge. Takve varijacije u broju stabilnih izotopa za različite elemente povezane su sa složenom ovisnošću broja protona i neutrona o energiji vezanja jezgre.

Gotovo sve tvari u prirodi postoje kao mješavina izotopa. Broj izotopa u sastavu tvari ovisi o vrsti tvari, atomskoj masi i broju stabilnih izotopa određenog kemijskog elementa.

Ponoviti glavne odredbe teme "Osnovni pojmovi kemije" i riješiti predložene zadatke. Koristite ##6-17.

Ključne točke

1. tvar(jednostavno i složeno) je svaka kombinacija atoma i molekula koja je u određenom agregacijskom stanju.

Transformacija tvari, popraćena promjenom njihovog sastava i (ili) strukture, naziva se kemijske reakcije .

2. Strukturne jedinice tvari:

· Atom- najmanja električki neutralna čestica kemijskog elementa i jednostavne tvari, koja ima sva svoja kemijska svojstva i dalje je fizički i kemijski nedjeljiva.

· Molekula- najmanja električki neutralna čestica tvari koja ima sva svoja kemijska svojstva, fizički nedjeljiva, ali kemijski djeljiva.

3. Kemijski element Vrsta atoma s određenim nuklearnim nabojem.

4. Spoj atom :

Čestica	Kako odrediti?	Naplatiti		Težina
		cl	konvencionalne jedinice		a.u.m
Elektron	Redni Broj (N)	1.6 ∙ 10 -19		9.10 ∙ 10 -28	0.00055
Proton	Redni broj (N)	1.6 ∙ 10 -19		1.67 ∙ 10 -24	1.00728
Neutron	Ar-N			1.67 ∙ 10 -24	1.00866

5. Spoj atomska jezgra :

Jezgra sadrži elementarne čestice (nukleoni) –

protona(1 1 p ) i neutroni(10n).

· Jer Gotovo sva masa atoma koncentrirana je u jezgri m str ≈ m n≈ 1 amu, onda zaokružena vrijednostA rkemijskog elementa jednak je ukupnom broju nukleona u jezgri.

7. izotopi- niz atoma istog kemijskog elementa, koji se međusobno razlikuju samo po svojoj masi.

· Oznaka izotopa: lijevo od simbola elementa označava maseni broj (gore) i serijski broj elementa (dolje)

Zašto izotopi imaju različite mase?

Zadatak: Odredi atomski sastav izotopa klora: 35 17Cli 37 17Cl?

Izotopi imaju različite mase zbog različit broj neutrona u njihovim jezgrama.

8. U prirodi kemijski elementi postoje kao smjese izotopa.

Izotopski sastav istog kemijskog elementa izražava se u terminima atomske frakcije(ω at.), koji označavaju iz kojeg dijela je broj atoma danog izotopa ukupni broj atoma svih izotopa zadanog elementa uzeti kao jedinica ili 100%.

Na primjer:

ω na (35 17 Cl) = 0,754

ω na (37 17 Cl) = 0,246

9. Periodni sustav prikazuje prosječne vrijednosti relativnih atomskih masa kemijskih elemenata, uzimajući u obzir njihov izotopski sastav. Stoga su A r naznačeni u tablici razlomki.

A roženiti se= ω kod (1) ∙ Ar (1) + … + ω na.(n ) ∙ Ar ( n )

Na primjer:

A roženiti se(Cl) \u003d 0,754 ∙ 35 + 0,246 ∙ 37 = 35,453

10. Zadatak za rješavanje:

broj 1. Odredite relativnu atomsku masu bora ako je poznato da je molski udio izotopa 10 B 19,6 %, a izotopa 11 B 80,4 %.

11. Mase atoma i molekula su vrlo male. Trenutno je u fizici i kemiji usvojen jedinstveni mjerni sustav.

1 amu =m(a.m.u.) = 1/12 m(12C) = 1,66057 ∙ 10 -27 kg \u003d 1,66057 ∙ 10 -24 g.

Apsolutne mase nekih atoma:

m( C) \u003d 1,99268 ∙ 10 -23 g

m( H) \u003d 1,67375 ∙ 10 -24 g

m( O) \u003d 2,656812 ∙ 10 -23 g

A r- pokazuje koliko je puta dati atom teži od 1/12 atoma 12 C. M r∙ 1,66 ∙ 10 -27 kg

13. Broj atoma i molekula u običnim uzorcima tvari je vrlo velik, stoga se pri karakterizaciji količine tvari koristi mjerna jedinica -madež .

· madež (ν)- jedinica količine tvari koja sadrži onoliko čestica (molekula, atoma, iona, elektrona) koliko atoma ima u 12 g izotopa 12 C

Masa 1 atoma 12 C iznosi 12 amu, dakle broj atoma u 12 g izotopa 12 C jednako:

N A= 12 g / 12 ∙ 1,66057 ∙ 10 -24 g = 6,0221 ∙ 10 23

· Fizička količina N A pozvao stalni Avogadro (Avogadrov broj) i ima dimenziju [ N A ] = mol -1 .

14. Osnovne formule:

M = M r = ρ ∙ Vm(ρ – gustoća; V m – volumen pri n.c.)

Zadaci za samostalno rješavanje

broj 1. Izračunajte broj atoma dušika u 100 g amonijevog karbonata koji sadrži 10% nečistoća bez dušika.

broj 2. U normalnim uvjetima 12 litara plinske mješavine koja se sastoji od amonijaka i ugljičnog dioksida ima masu 18 g. Koliko litara svakog od plinova sadrži smjesa?

broj 3. Pod djelovanjem viška klorovodične kiseline na 8,24 g smjese manganovog oksida (IV) s nepoznatim oksidom MO 2 koji ne reagira s klorovodičnom kiselinom, 1,344 l plina na n.o. U drugom eksperimentu je utvrđeno da je molarni omjer manganovog oksida (IV) prema nepoznatom oksidu je 3:1. Postavite formulu za nepoznati oksid i izračunajte njegov maseni udio u smjesi.

izotopi- varijeteti atoma (i jezgri) kemijskog elementa koji imaju isti atomski (redni) broj, ali različite masene brojeve.

Pojam izotop nastao je od grčkih korijena isos (ἴσος "jednak") i topos (τόπος "mjesto"), što znači "isto mjesto"; Dakle, značenje imena je da različiti izotopi istog elementa zauzimaju istu poziciju u periodnom sustavu.

Tri prirodna izotopa vodika. Činjenica da svaki izotop ima jedan proton ima varijante vodika: identitet izotopa određen je brojem neutrona. S lijeva na desno, izotopi su protij (1H) s nula neutrona, deuterij (2H) s jednim neutronom i tricij (3H) s dva neutrona.

Broj protona u jezgri atoma naziva se atomski broj i jednak je broju elektrona u neutralnom (neioniziranom) atomu. Svaki atomski broj identificira određeni element, ali ne i izotop; Atom danog elementa može imati širok raspon broja neutrona. Broj nukleona (i protona i neutrona) u jezgri je maseni broj atoma, a svaki izotop danog elementa ima različit maseni broj.

Na primjer, ugljik-12, ugljik-13 i ugljik-14 su tri izotopa elementarnog ugljika s masenim brojevima 12, 13, odnosno 14. Atomski broj ugljika je 6, što znači da svaki atom ugljika ima 6 protona, pa su neutronski brojevi ovih izotopa 6, 7, odnosno 8.

Huclides i izotopi

Nuklid pripada jezgri, a ne atomu. Identične jezgre pripadaju istom nuklidu, na primjer, svaka jezgra nuklida ugljika-13 sastoji se od 6 protona i 7 neutrona. Koncept nuklida (koji se odnosi na pojedinačne nuklearne vrste) naglašava nuklearna svojstva umjesto kemijskih, dok koncept izotopa (grupiranje svih atoma svakog elementa) naglašava kemijsku reakciju nad nuklearnom. Neutronski broj ima velik utjecaj na svojstva jezgri, ali je njegov utjecaj na kemijska svojstva zanemariv za većinu elemenata. Čak i u slučaju najlakših elemenata, gdje omjer neutrona i atomskog broja najviše varira između izotopa, obično ima samo manji učinak, iako je u nekim slučajevima bitan (za vodik, najlakši element, izotopski efekt je velika. Uvelike utjecati na biologiju). Budući da je izotop više drevni pojam, poznatiji je od nuklida i još uvijek se povremeno koristi u kontekstima gdje bi nuklid mogao biti prikladniji, kao što su nuklearna tehnologija i nuklearna medicina.

Notacija

Izotop ili nuklid se identificira imenom određenog elementa (ovo označava broj atoma), nakon čega slijedi crtica i maseni broj (na primjer, helij-3, helij-4, ugljik-12, ugljik-14, uran -235 i uran-239). Kada se koristi kemijski simbol, npr. "C" za ugljik, standardna oznaka (sada poznata kao "AZE notacija" jer je A maseni broj, Z atomski broj, a E za element) označava maseni broj (broj nukleona) s superskriptom na u gornjem lijevom dijelu kemijskog simbola i označite atomski broj s indeksom u donjem lijevom kutu). Budući da je atomski broj dan simbolom elementa, obično se navodi samo maseni broj u superskriptu, a indeks atoma nije dan. Slovo m ponekad se dodaje iza masenog broja kako bi se označio nuklearni izomer, metastabilno ili energetski pobuđeno nuklearno stanje (za razliku od osnovnog stanja najniže energije), kao što je 180m 73Ta (tantal-180m).

Radioaktivni, primarni i stabilni izotopi

Neki izotopi su radioaktivni i stoga se nazivaju radioizotopi ili radionuklidi, dok za druge nikada nije uočeno da se radioaktivno raspadaju i nazivaju se stabilnim izotopima ili stabilnim nuklidima. Na primjer, 14 C je radioaktivni oblik ugljika, dok su 12 C i 13 C stabilni izotopi. Na Zemlji postoji otprilike 339 prirodnih nuklida, od kojih su 286 primordijalni nuklidi, što znači da postoje od svog nastanka. Sunčev sustav.

Izvorni nuklidi uključuju 32 nuklida s vrlo dugim poluživotom (preko 100 milijuna godina) i 254 koji se formalno smatraju "stabilnim nuklidima" jer nije uočeno da se raspadaju. U većini slučajeva, iz očitih razloga, ako element ima stabilne izotope, onda ti izotopi dominiraju elementarnim obiljem pronađenim na Zemlji iu Sunčevom sustavu. Međutim, u slučaju tri elementa (telurija, indija i renija), najzastupljeniji izotop pronađen u prirodi je zapravo jedan (ili dva) iznimno dugovječni radioizotop(a) elementa, unatoč činjenici da ti elementi imaju jedan ili više stabilnih izotopa.

Teorija predviđa da su mnogi naizgled "stabilni" izotopi/nuklidi radioaktivni, s iznimno dugim poluraspadom (ne uzimajući u obzir mogućnost raspada protona, što bi sve nuklide na kraju učinilo nestabilnima). Od 254 nuklida koji nikada nisu opaženi, samo njih 90 (svih prvih 40 elemenata) je teoretski otporno na sve poznate oblike raspada. Element 41 (niobij) je teoretski nestabilan spontanom fisijom, ali to nikada nije otkriveno. Mnogi drugi stabilni nuklidi su u teoriji energetski osjetljivi na druge poznate oblike raspadanja, kao što su alfa raspad ili dvostruki beta raspad, ali proizvodi raspada još nisu uočeni, pa se stoga ti izotopi smatraju "promatrački stabilnima". Predviđeno vrijeme poluraspada za ove nuklide često uvelike premašuje procijenjenu starost svemira, a zapravo postoji i 27 poznatih radionuklida s poluraspadom duljim od starosti svemira.

Radioaktivni nuklidi, umjetno stvoreni, trenutno je poznato 3339 nuklida. To uključuje 905 nuklida koji su ili stabilni ili imaju poluživot duži od 60 minuta.

Svojstva izotopa

Kemijska i molekularna svojstva

Neutralni atom ima isti broj elektrona kao i protoni. Dakle, različiti izotopi danog elementa imaju isti broj elektrona i imaju sličan broj elektronička struktura. Budući da je kemijsko ponašanje atoma u velikoj mjeri određeno njegovom elektroničkom strukturom, različiti izotopi pokazuju gotovo identično kemijsko ponašanje.

Iznimka od ovoga je kinetički izotopski efekt: zbog svoje velike mase, teži izotopi imaju tendenciju da reagiraju nešto sporije od lakših izotopa istog elementa. To je najizraženije za protij (1 H), deuterij (2 H) i tricij (3 H), budući da deuterij ima dvostruko veću masu od protija, a tricij tri puta veću masu od protija. Ove razlike u masi također utječu na ponašanje njihovih kemijske veze, mijenjajući težište (smanjena masa) atomskih sustava. Međutim, za teže elemente relativna razlika mase između izotopa je mnogo manja, tako da su učinci razlike mase u kemiji obično zanemarivi. (Teški elementi također imaju relativno više neutrona nego lakši elementi, tako da je omjer nuklearne mase i ukupne mase elektrona nešto veći.)

Slično, dvije molekule koje se razlikuju samo po izotopima svojih atoma (izotopolozi) imaju istu elektroničku strukturu i stoga gotovo nerazlučiva fizikalna i kemijska svojstva (opet, s deuterijem i tritijem kao primarnim iznimkama). Vibracijski načini molekule određeni su njezinim oblikom i masama atoma koji su u njoj sastavljeni; Stoga različiti izotolozi imaju različite skupove vibracijskih modova. Budući da vibracijski načini dopuštaju molekuli da apsorbira fotone odgovarajuće energije, izotopolozi imaju različita optička svojstva u infracrvenom zračenju.

Nuklearna svojstva i stabilnost

Izotopski poluživot. Graf za stabilne izotope odstupa od linije Z = N kako se broj elementa Z povećava

Atomske jezgre se sastoje od protona i neutrona koji su međusobno povezani ostatkom jaka sila. Budući da su protoni pozitivno nabijeni, međusobno se odbijaju. Neutroni, koji su električno neutralni, stabiliziraju jezgru na dva načina. Njihov kontakt malo potiskuje protone unatrag, smanjujući elektrostatičko odbijanje između protona, a oni djeluju privlačnom nuklearnom silom jedni na druge i na protone. Iz tog razloga, jedan ili više neutrona je potrebno da se dva ili više protona vežu na jezgru. Kako se broj protona povećava, tako raste i omjer neutrona i protona koji je potreban da bi se osigurala stabilna jezgra (vidi grafikon s desne strane). Na primjer, iako je omjer neutron: proton 3 2 He 1:2, omjer neutron: proton 238 92 U
Preko 3:2. Brojni lakši elementi imaju stabilne nuklide u omjeru 1:1 (Z = N). Nuklid 40 20 Ca (kalcij-40) je vidljivi najteži stabilni nuklid s istim brojem neutrona i protona; (Teoretski, najteži stabilan je sumpor-32). Svi stabilni nuklidi teži od kalcija-40 sadrže više neutrona nego protona.

Broj izotopa po elementu

Od 81 elementa sa stabilnim izotopima, najveći broj Stabilni izotopi koji se mogu uočiti za bilo koji element su deset (za element kositar). Nijedan element nema devet stabilnih izotopa. Ksenon je jedini element s osam stabilnih izotopa. Četiri elementa imaju sedam stabilnih izotopa, od kojih osam ima šest stabilnih izotopa, deset ima pet stabilnih izotopa, devet ima četiri stabilna izotopa, pet ima tri stabilna izotopa, 16 ima dva stabilna izotopa, a 26 elemenata ima samo jedan (od kojih je 19 takozvani mononuklidni elementi, koji imaju jedan primordijalni stabilni izotop koji dominira i fiksira atomsku težinu prirodnog elementa s velikom preciznošću, prisutna su i 3 radioaktivna mononuklidna elementa). NA ukupno postoje 254 nuklida za koje nije uočeno da se raspadaju. Za 80 elemenata koji imaju jedan ili više stabilnih izotopa, prosječan broj stabilnih izotopa je 254/80 = 3,2 izotopa po elementu.

Parni i neparni brojevi nukleona

Protoni: Omjer neutrona nije jedini čimbenik koji utječe na nuklearnu stabilnost. Također ovisi o paritetu ili neparnosti njegovog atomskog broja Z, broju neutrona N, dakle zbroju njihovog masenog broja A. Neparni Z i N imaju tendenciju smanjivanja nuklearne energije vezanja, stvarajući neparne jezgre koje su općenito manje stabilne . Ova značajna razlika u energiji nuklearnog vezanja između susjednih jezgri, posebno neparnih izobara, ima važne posljedice: nestabilni izotopi s suboptimalnim brojem neutrona ili protona raspadaju se beta raspadom (uključujući raspad pozitrona), hvatanjem elektrona ili drugim egzotičnim načinima kao što su spontana fisija i raspadanje, grozdovi.

Najstabilniji nuklidi su paran broj protona i paran broj neutrona, pri čemu su Z, N i A svi parni. Neparni stabilni nuklidi dijele se (približno ravnomjerno) na neparne.

atomski broj

148 parnih protona, parnih neutrona (EE) nuklida čine ~58% svih stabilnih nuklida. Također postoje 22 primordijalna dugovječna čak i nuklida. Kao rezultat, svaki od 41 parnog elementa od 2 do 82 ima barem jedan stabilan izotop, a većina tih elemenata ima više primarnih izotopa. Polovica tih parnih elemenata ima šest ili više stabilnih izotopa. Ekstremna stabilnost helija-4, zbog binarne veze dva protona i dva neutrona, sprječava postojanje bilo kojih nuklida koji sadrže pet ili osam nukleona dovoljno dugo da služe kao platforme za akumulaciju težih elemenata nuklearnom fuzijom.

Ova 53 stabilna nuklida imaju Parni broj protona i neparan broj neutrona. Oni su manjina u usporedbi s parnim izotopima, kojih je oko 3 puta više. Među 41 parnim Z elementom koji imaju stabilan nuklid, samo dva elementa (argon i cerij) nemaju parno-neparne stabilne nuklide. Jedan element (kalaj) ima tri. Postoje 24 elementa koji imaju jedan neparno-parni nuklid i 13 koji imaju dva neparno-parna nuklida.

Zbog svog neparnog broja neutrona, parno-neparni nuklidi obično imaju veliki dijelovi hvatanje neutrona zbog energije koja proizlazi iz učinaka neutronske sprege. Ovi stabilni nuklidi mogu biti neobično bogati u prirodi, uglavnom zato što da bi nastali i ušli u primordijalno obilje, moraju pobjeći od hvatanja neutrona kako bi formirali još druge stabilne parno-neparne izotope u toku kao što je s je proces i r je neutron proces hvatanja.tijekom nukleosinteze.

neparan atomski broj

48 stabilnih nuklida neparnih protona i parnih neutrona, stabiliziranih svojim parnim brojem uparenih neutrona, čine većinu stabilnih izotopa neparnih elemenata; Vrlo malo neparnih protona i neutronskih nuklida čini druge. Postoji 41 neparan element od Z = 1 do 81, od kojih 39 ima stabilne izotope (elementi tehnecij (43 Tc) i prometij (61 Pm) nemaju stabilne izotope). Od ovih 39 neparnih Z elemenata, 30 elemenata (uključujući vodik-1, gdje je 0 neutrona paran) ima jedan stabilan neparno-parni izotop i devet elemenata: klor (17 Cl), kalij (19K), bakar (29 Cu), galij (31 Ga), brom (35 Br), srebro (47 Ag), antimon (51 Sb), iridij (77 Ir) i talij (81 Tl) imaju po dva neparno-parna stabilna izotopa. Tako se dobiva 30 + 2 (9) = 48 stabilnih parno-parnih izotopa.

Samo pet stabilnih nuklida sadrži i neparan broj protona i neparan broj neutrona. Prva četiri "neparno-neparna" nuklida javljaju se u nuklidima male molekularne težine, za koje će promjena od protona u neutron ili obrnuto rezultirati vrlo iskrivljenim omjerom proton-neutron.

Jedini potpuno "stabilan", neparan-neparni nuklid je 180m 73 Ta, koji se smatra najrjeđim od 254 stabilna izotopa i jedini je primordijalni nuklearni izomer za koji još nije uočeno da se raspada, unatoč eksperimentalnim pokušajima.

Neparan broj neutrona

Aktinidi s neparnim brojem neutrona imaju tendenciju cijepanja (s toplinskim neutronima), dok oni s parnim brojem neutrona nemaju tendenciju, iako se cijepaju na brze neutrone. Svi promatrački stabilni neparni-neparni nuklidi imaju cijeli broj spin koji nije nula. To je zato što jedan nespareni neutron i nespareni proton imaju više privlačenja nuklearne sile jedni prema drugima ako su njihovi spinovi usklađeni (stvarajući ukupni spin od najmanje 1 jedinice), a ne poravnati.

Pojava u prirodi

Elementi se sastoje od jednog ili više prirodnih izotopa. Nestabilni (radioaktivni) izotopi su primarni ili postprimjerni. Izvorni izotopi bili su proizvod zvjezdane nukleosinteze, ili druge vrste nukleosinteze kao što je cijepanje kozmičkih zraka, i zadržali su se do danas jer je njihova stopa raspadanja tako spora (npr. uran-238 i kalij-40). Post-prirodni izotopi nastali su bombardiranjem kozmičkim zrakama kao kozmogeni nuklidi (npr. tricij, ugljik-14) ili raspad radioaktivnog primordijalnog izotopa u kćer radioaktivnog radiogenog nuklida (npr. uran u radij). Nekoliko izotopa prirodno se sintetizira kao nukleogeni nuklidi, drugi prirodno nuklearne reakcije, na primjer, kada neutrone iz prirodne nuklearne fisije apsorbira drugi atom.

Kao što je gore objašnjeno, samo 80 elemenata ima stabilne izotope, a 26 od njih ima samo jedan stabilan izotop. Dakle, oko dvije trećine stabilnih elemenata prirodno se nalazi na Zemlji u nekoliko stabilnih izotopa, pri čemu je najveći broj stabilnih izotopa za element deset, za kositar (50Sn). Na Zemlji postoji oko 94 elementa (do i uključujući plutonij), iako se neki nalaze u vrlo malim količinama, kao što je plutonij-244. Znanstvenici vjeruju da se elementi koji se prirodno javljaju na Zemlji (neki samo kao radioizotopi) pojavljuju kao ukupno 339 izotopa (nuklida). Samo 254 od ovih prirodnih izotopa stabilno je u smislu da do danas nisu uočeni. Dodatnih 35 primordijalnih nuklida (ukupno 289 primordijalnih nuklida) je radioaktivno s poznatim poluraspadom, ali imaju poluživot veći od 80 milijuna godina, što im omogućuje postojanje od početka Sunčevog sustava.

Svi poznati stabilni izotopi prirodno se javljaju na Zemlji; Ostali prirodni izotopi su radioaktivni, ali zbog relativno dugog poluraspada, ili zbog drugih kontinuiranih prirodnih metoda proizvodnje. To uključuje gore spomenute kozmogene nuklide, nukleogene nuklide i sve radiogene izotope koji su rezultat kontinuiranog raspada primarnog radioaktivnog izotopa kao što su radon i radij iz urana.

Još oko 3000 radioaktivnih izotopa koji se ne nalaze u prirodi stvoreno je u nuklearnim reaktorima i akceleratorima čestica. Mnogi kratkotrajni izotopi nisu pronađeni prirodno na Zemlji su također promatrani spektroskopskom analizom, prirodno proizvedenom u zvijezdama ili supernovama. Primjer je aluminij-26, koji se prirodno ne pojavljuje na Zemlji, ali se nalazi u izobilju u astronomskim razmjerima.

Tabelarne atomske mase elemenata su prosjeci koji objašnjavaju prisutnost više izotopa s različitim masama. Prije otkrića izotopa, empirijski određene neintegrirane vrijednosti za atomsku masu zbunjivale su znanstvenike. Na primjer, uzorak klora sadrži 75,8% klora-35 i 24,2% klora-37, što daje prosječnu atomsku masu od 35,5 jedinica atomske mase.

Prema općeprihvaćenoj teoriji kozmologije, u Velikom prasku nastali su samo izotopi vodika i helija, tragovi nekih izotopa litija i berilija, a možda i nešto bora, a svi ostali izotopi sintetizirani su kasnije, u zvijezdama i supernove, kao i u interakcijama između energetskih čestica kao što su kozmičke zrake i prethodno proizvedenih izotopa. Odgovarajuće izotopsko obilje izotopa na Zemlji posljedica je količina koje nastaju ovim procesima, njihovog širenja kroz galaksiju i brzine raspadanja izotopa, koji su nestabilni. Nakon početnog spajanja Sunčevog sustava, izotopi su preraspodijeljeni prema masi, a izotopski sastav elemenata neznatno varira od planeta do planeta. To ponekad omogućuje praćenje porijekla meteorita.

Atomska masa izotopa

Atomska masa (mr) izotopa određena je uglavnom njegovim masenim brojem (tj. brojem nukleona u njegovoj jezgri). Male korekcije su posljedica energije vezanja jezgre, male razlike u masi između protona i neutrona i mase elektrona povezanih s atomom.

Maseni broj je bezdimenzionalna veličina. Atomska se masa, s druge strane, mjeri pomoću jedinice atomske mase, koja se temelji na masi atoma ugljika-12. Označava se simbolima "u" (za jedinstvenu jedinicu atomske mase) ili "Da" (za dalton).

Atomske mase prirodnih izotopa elementa određuju atomsku masu elementa. Kada element sadrži N izotopa, donji izraz se primjenjuje na prosječnu atomsku masu:

Gdje su m 1 , m 2 , …, mN atomske mase svakog pojedinog izotopa, a x 1 , …, xN je relativna zastupljenost ovih izotopa.

Primjena izotopa

Postoji nekoliko aplikacija koje iskorištavaju svojstva različitih izotopa danog elementa. Odvajanje izotopa važno je tehnološko pitanje, posebno s teškim elementima kao što su uran ili plutonij. Lakši elementi kao što su litij, ugljik, dušik i kisik obično se odvajaju plinovitom difuzijom njihovih spojeva kao što su CO i NO. Odvajanje vodika i deuterija je neobično jer se temelji na kemijskim, a ne fizičkim svojstvima, kao što je Girdlerov sulfidni proces. Izotopi urana su odvojeni po volumenu plinovitom difuzijom, plinskim centrifugiranjem, laserskim ionizacijskim odvajanjem i (u Projektu Manhattan) prema vrsti proizvodnje masene spektrometrije.

Korištenje kemijskih i bioloških svojstava

• Analiza izotopa je određivanje izotopskog potpisa, relativne zastupljenosti izotopa određenog elementa u određenom uzorku. Za hranjive tvari mogu se pojaviti značajne varijacije u izotopima C, N i O. Analiza takvih varijacija ima širok raspon primjena, kao što je detekcija prehrambeni proizvodi ili zemljopisno podrijetlo proizvode pomoću izoskopije. Identifikacija nekih meteorita koji potječu s Marsa dijelom se temelji na izotopskom potpisu plinova u tragovima koje sadrže.
• Izotopska supstitucija može se koristiti za određivanje mehanizma kemijske reakcije kroz kinetički izotopski učinak.
• Druga uobičajena primjena je označavanje izotopa, korištenje neobičnih izotopa kao tragova ili markera kemijske reakcije. Obično se atomi danog elementa međusobno ne razlikuju. Međutim, korištenjem izotopa različite mase, čak se i različiti neradioaktivni stabilni izotopi mogu razlikovati pomoću masene spektrometrije ili infracrvene spektroskopije. Na primjer, u "Stable Isotop Labeling of Amino Acids in Cell Culture" (SILAC), stabilni izotopi se koriste za kvantificiranje proteina. Ako se koriste radioaktivni izotopi, oni se mogu detektirati po zračenju koje emitiraju (to se naziva označavanje radioizotopa).
• Izotopi se obično koriste za određivanje koncentracije različitih elemenata ili tvari metodom izotopskog razrjeđivanja, u kojoj se poznate količine izotopski supstituiranih spojeva miješaju s uzorcima, a izotopske karakteristike dobivenih smjesa određuju se pomoću masene spektrometrije.

Korištenje nuklearnih svojstava

• Metoda slična označavanju radioizotopa je radiometrijsko datiranje: korištenjem poznatog poluživota nestabilnog elementa može se izračunati vrijeme koje je proteklo od postojanja poznate koncentracije izotopa. Najšire poznati primjer— radiokarbonsko datiranje koje se koristi za određivanje starosti ugljičnih materijala.
• Neki oblici spektroskopije temelje se na jedinstvenim nuklearnim svojstvima određenih izotopa, i radioaktivnih i stabilnih. Na primjer, spektroskopija nuklearne magnetske rezonancije (NMR) može se koristiti samo za izotope s nuklearnim spinom koji nije nula. Najčešći izotopi koji se koriste u NMR spektroskopiji su 1 H, 2 D, 15 N, 13 C i 31 P.
• Mössbauerova spektroskopija se također oslanja na nuklearne prijelaze specifičnih izotopa kao što je 57 Fe.

· Vrijeme poluraspada · Maseni broj · Nuklearna lančana reakcija

Terminologija

Povijest otkrića izotopa

Prvi dokaz da tvari koje imaju isto kemijsko ponašanje mogu imati različita fizikalna svojstva došao je iz proučavanja radioaktivnih transformacija atoma teških elemenata. Godine 1906-07 postalo je jasno da proizvod radioaktivnog raspada urana - ionij i proizvod radioaktivnog raspada torija - radiotorij, imaju ista kemijska svojstva kao torij, ali se od njega razlikuju po atomskoj masi i karakteristikama radioaktivnog propadanje. Kasnije je ustanovljeno da sva tri proizvoda imaju isti optički i rendgenski spektar. Tvari koje su identične u kemijska svojstva, ali različite po atomskoj masi i nekima fizikalna svojstva, na prijedlog engleskog znanstvenika F. Soddyja, počeli su se nazivati ​​izotopi.

Izotopi u prirodi

Vjeruje se da je izotopski sastav elemenata na Zemlji isti u svim materijalima. Neki fizičkih procesa u prirodi dovode do kršenja izotopskog sastava elemenata (prirodni frakcioniranje izotopi karakteristični za lake elemente, kao i izotopski pomaci tijekom raspada prirodnih dugoživućih izotopa). U nuklearnoj geokronologiji koristi se postupno nakupljanje u mineralima jezgri - produkata raspada nekih dugovječnih nuklida.

Upotreba izotopa od strane ljudi

U tehnološkim aktivnostima ljudi su naučili mijenjati izotopski sastav elemenata kako bi dobili bilo koji specifična svojstva materijala. Na primjer, 235 U je sposoban za lančanu reakciju fisije toplinskih neutrona i može se koristiti kao gorivo za nuklearne reaktore ili nuklearno oružje. Međutim, prirodni uran sadrži samo 0,72% ovog nuklida, dok lančana reakcija je praktički izvedivo samo kada sadržaj 235 U nije manji od 3%. Zbog blizine fizička i kemijska svojstva izotopa teških elemenata, postupak izotopnog obogaćivanja urana iznimno je složen tehnološki zadatak, koji je dostupan samo desetak država u svijetu. U mnogim granama znanosti i tehnologije (na primjer, u radioimunološkim testovima) koriste se oznake izotopa.

vidi također

• Geokemija izotopa

Nestabilno (manje od jednog dana): 8 C: Ugljik-8, 9 C: Ugljik-9, 10 C: Ugljik-10, 11 C: Ugljik-11

Stabilan: 12 C: Ugljik-12, 13 C: Ugljik-13

10-10.000 godina: 14 C: Ugljik-14

Nestabilno (manje od jednog dana): 15 C: Ugljik-15, 16 C: Ugljik-16, 17 C: Ugljik-17, 18 C: Ugljik-18, 19 C: Ugljik-19, 20 C: Ugljik-20, 21 C: Ugljik-21, 22 C: Ugljik-22