Նույնիսկ հին փիլիսոփաները ենթադրում էին, որ նյութը կառուցված է ատոմներից: Այնուամենայնիվ, այն փաստը, որ տիեզերքի «աղյուսներն» իրենք են բաղկացած ամենափոքր մասնիկներից, գիտնականները սկսեցին կռահել միայն 19-20-րդ դարերի վերջում։ Դա ապացուցող փորձերը ժամանակին իսկական հեղափոխություն կատարեցին գիտության մեջ։ Դա համամասնությունն է բաղկացուցիչ մասերտարբերում է մի քիմիական տարրը մյուսից. Դրանցից յուրաքանչյուրն իր ուրույն տեղն ունի ըստ հերթական համարի։ Բայց կան ատոմների տարատեսակներ, որոնք զբաղեցնում են աղյուսակի նույն բջիջները՝ չնայած զանգվածի և հատկությունների տարբերությանը: Ինչու է դա այդպես և ինչ իզոտոպներ կան քիմիայում, կքննարկվի ավելի ուշ:

Ատոմը և նրա մասնիկները

Ուսումնասիրելով նյութի կառուցվածքը ալֆա մասնիկներով ռմբակոծման միջոցով՝ Է. Ռադերֆորդը 1910 թվականին ապացուցեց, որ ատոմի հիմնական տարածությունը լցված է դատարկությամբ։ Եվ միայն կենտրոնում է միջուկը: Բացասական էլեկտրոնները շարժվում են դրա շուրջ ուղեծրերով՝ կազմելով այս համակարգի թաղանթը։ Այդպես է ստեղծվել մոլորակային մոդելնյութի «աղյուսներ».

Ի՞նչ են իզոտոպները: Քիմիայի դասընթացից հիշեք, որ միջուկը նույնպես ունի բարդ կառուցվածք. Այն բաղկացած է դրական պրոտոններից և չլիցքավորված նեյտրոններից։ Առաջինների թիվը որոշում է քիմիական տարրի որակական բնութագրերը: Պրոտոնների քանակն է, որ տարբերում է նյութերը միմյանցից՝ նրանց միջուկներին օժտելով որոշակի լիցքով։ Եվ դրա հիման վրա պարբերական աղյուսակում նրանց տրվում է հերթական համարը։ Բայց միևնույն քիմիական տարրի նեյտրոնների քանակը դրանք տարբերում է իզոտոպների: Սահմանումը քիմիայում այս հայեցակարգըայնպես որ կարող է տրվել հետևյալը. Սրանք ատոմների տեսակներ են, որոնք տարբերվում են միջուկի բաղադրությամբ, ունեն նույն լիցքը և սերիական համարները, բայց ունեն տարբեր զանգվածային թվեր՝ նեյտրոնների քանակի տարբերության պատճառով։

Նշում

9-րդ դասարանում սովորելով քիմիա և իզոտոպներ՝ սովորողները կսովորեն ընդունված լեգենդ. Z տառը նշում է միջուկի լիցքը։ Այս ցուցանիշը համընկնում է պրոտոնների քանակի հետ և հետևաբար հանդիսանում է դրանց ցուցանիշը։ Այս տարրերի գումարը նեյտրոնների հետ, որը նշվում է N նշանով, A է - զանգվածային թիվը: Մեկ նյութի իզոտոպների ընտանիքը, որպես կանոն, նշվում է այդ քիմիական տարրի պատկերակով, որը պարբերական համակարգում օժտված է իր մեջ գտնվող պրոտոնների թվին համընկնող հերթական համարով։ Նշված պատկերակին ավելացված ձախ վերնագիրը համապատասխանում է զանգվածային թվին: Օրինակ՝ 238 U. Տարրի լիցքը (այս դեպքում՝ ուրան, որը նշված է 92 սերիական համարով) ներքևում նշված է նմանատիպ ցուցանիշով։

Իմանալով այս տվյալները՝ կարելի է հեշտությամբ հաշվարկել նեյտրոնների թիվը տվյալ իզոտոպում։ Այն հավասար է զանգվածային թվին` հանած սերիական համարը` 238 - 92 \u003d 146: Նեյտրոնների թիվը կարող է ավելի քիչ լինել, դրանից այս քիմիական տարրը չի դադարի ուրան լինելուց: Հարկ է նշել, որ առավել հաճախ այլ, ավելի պարզ նյութերում պրոտոնների և նեյտրոնների թիվը մոտավորապես նույնն է։ Նման տեղեկատվությունը օգնում է հասկանալ, թե ինչ է իզոտոպը քիմիայում:

Նուկլոններ

Հենց պրոտոնների քանակն է անհատականություն տալիս որոշակի տարրին, իսկ նեյտրոնների թիվը ոչ մի կերպ չի ազդում դրա վրա։ Բայց ատոմային զանգվածը կազմված է նշված երկու տարրերից, որոնք ունեն ընդհանուր անուն«նուկլեոններ», որոնք ներկայացնում են դրանց գումարը։ Այնուամենայնիվ, այս ցուցանիշը կախված չէ ատոմի բացասական լիցքավորված թաղանթը կազմողներից։ Ինչո՞ւ։ Արժե ուղղակի համեմատել։

Ատոմում պրոտոնի զանգվածային բաժինը մեծ է և մոտավորապես 1 AU է: u m կամ 1,672 621 898 (21) 10 -27 կգ. Նեյտրոնը մոտ է այս մասնիկի պարամետրերին (1,674 927 471(21) 10 -27 կգ): Բայց էլեկտրոնի զանգվածը հազարավոր անգամ փոքր է, համարվում է աննշան և հաշվի չի առնվում։ Այդ իսկ պատճառով, իմանալով տարրի վերնագիրը քիմիայում, դժվար չէ պարզել իզոտոպների միջուկի բաղադրությունը։

Ջրածնի իզոտոպներ

Որոշ տարրերի իզոտոպներն այնքան հայտնի և տարածված են իրենց բնույթով, որ ստացել են իրենց անունները։ Դրա ամենապարզ և պարզ օրինակը ջրածինն է: IN vivoայն հանդիպում է իր ամենաառատ տեսակով՝ պրոտիումով: Այս տարրը ունի 1 զանգվածային թիվ, և նրա միջուկը բաղկացած է մեկ պրոտոնից։

Այսպիսով, որո՞նք են ջրածնի իզոտոպները քիմիայում: Ինչպես գիտեք, այս նյութի ատոմներն ունեն պարբերական աղյուսակի առաջին համարը և, համապատասխանաբար, բնության մեջ օժտված են 1 լիցքի թվով։ Բայց ատոմի միջուկում նեյտրոնների թիվը նրանց համար տարբեր է։ Դեյտերիումը, լինելով ծանր ջրածին, բացի պրոտոնից, միջուկում ունի ևս մեկ մասնիկ, այսինքն՝ նեյտրոն։ Արդյունքում, այս նյութը ցուցադրում է իր սեփականը ֆիզիկական հատկություններ, ի տարբերություն պրոտիումի, ունենալով իր քաշը, հալման և եռման կետը։

Տրիտիում

Տրիտիումը բոլորից ամենաբարդն է: Սա գերծանր ջրածին է: Ըստ քիմիայի իզոտոպների սահմանման՝ ունի լիցքավորման համարը 1, բայց զանգվածային թիվը 3 է։ Այն հաճախ կոչվում է տրիտոն, քանի որ բացի մեկ պրոտոնից, միջուկում ունի երկու նեյտրոն, այսինքն՝ բաղկացած է երեք տարրից։ Այս տարրի անվանումը, որը հայտնաբերվել է 1934 թվականին Ռադերֆորդի, Օլիֆանտի և Հարտեքի կողմից, առաջարկվել է դեռևս դրա հայտնաբերումից առաջ:

Դա ռադիոակտիվ հատկություններ ցուցաբերող անկայուն նյութ է։ Նրա միջուկն ունի բետա մասնիկի և էլեկտրոնային հականեյտրինոյի արձակմամբ պառակտվելու հատկություն։ Այս նյութի քայքայման էներգիան այնքան էլ բարձր չէ և կազմում է 18,59 կՎ։ Ուստի նման ճառագայթումը մարդկանց համար այնքան էլ վտանգավոր չէ։ Սովորական հագուստն ու վիրաբուժական ձեռնոցները կարող են պաշտպանել դրանից։ Իսկ սննդի հետ ստացված այս ռադիոակտիվ տարրը արագ արտազատվում է օրգանիզմից։

Ուրանի իզոտոպներ

Շատ ավելի վտանգավոր տարբեր տեսակներուրան, որից այսօր գիտությանը հայտնի է 26-ը, հետևաբար, երբ խոսում ենք այն մասին, թե ինչ են իզոտոպները քիմիայում, անհնար է չհիշատակել այս տարրը։ Չնայած ուրանի տեսակների բազմազանությանը, բնության մեջ նրա իզոտոպներից միայն երեքն են հանդիպում: Դրանք ներառում են 234 U, 235 U, 238 U. Նրանցից առաջինը, ունենալով հարմար հատկություններ, ակտիվորեն օգտագործվում է որպես վառելիք միջուկային ռեակտորներում։ Իսկ վերջինս՝ պլուտոնիում-239-ի արտադրության համար, որն ինքնին, իր հերթին, անփոխարինելի է որպես ամենաթանկ վառելիք։

Ռադիոակտիվ տարրերից յուրաքանչյուրը բնութագրվում է իր սեփականով, սա այն ժամանակի երկարությունն է, որի ընթացքում նյութը բաժանվում է ½ հարաբերակցությամբ: Այսինքն՝ այս գործընթացի արդյունքում նյութի պահպանված մասի քանակը կրկնակի կրճատվում է։ Ուրանի համար այս ժամանակահատվածը հսկայական է: Օրինակ, իզոտոպ-234-ի համար այն գնահատվում է 270 հազարամյակ, իսկ մյուս երկու նշված սորտերի համար այն շատ ավելի նշանակալից է։ Ռեկորդային կիսամյակը ուրանի 238-ն է, որը տևում է միլիարդավոր տարիներ:

Նուկլիդներ

Ոչ ատոմի տեսակներից յուրաքանչյուրը, որը բնութագրվում է իր սեփական և խստորեն որոշակի թիվպրոտոններ և էլեկտրոններ, այնքան կայուն է, որ դրա ուսումնասիրության համար բավական երկար ժամանակ կա: Նրանք, որոնք համեմատաբար կայուն են, կոչվում են նուկլիդներ: Այս տեսակի կայուն գոյացությունները չեն ենթարկվում ռադիոակտիվ քայքայման: Անկայուն կոչվում են ռադիոնուկլիդներ և, իրենց հերթին, նույնպես բաժանվում են կարճատև և երկարակյացների։ Ինչպես հայտնի է իզոտոպների ատոմների կառուցվածքի մասին 11-րդ դասարանի քիմիայի դասերից, օսմիումը և պլատինը ունեն ռադիոնուկլիդների ամենամեծ քանակությունը: Կոբալտը և ոսկին ունեն մեկական ախոռ և ամենամեծ թիվըկայուն նուկլիդներ անագի մեջ:

Իզոտոպի սերիական համարի հաշվարկ

Այժմ փորձենք ամփոփել ավելի վաղ նկարագրված տեղեկատվությունը։ Հասկանալով, թե ինչ են իզոտոպները քիմիայում, ժամանակն է պարզել, թե ինչպես կարող եք օգտագործել ստացված գիտելիքները: Հաշվի առեք այն կոնկրետ օրինակ. Ենթադրենք, հայտնի է, որ որոշակի քիմիական տարրի զանգվածային թիվը 181 է: Միևնույն ժամանակ, այս նյութի ատոմի թաղանթը պարունակում է 73 էլեկտրոն: Ինչպես կարելի է, օգտագործելով պարբերական աղյուսակը, պարզել անունը տրված տարր, ինչպես նաև նրա միջուկում պրոտոնների և նեյտրոնների թիվը։

Եկեք սկսենք լուծել խնդիրը. Դուք կարող եք որոշել նյութի անվանումը՝ իմանալով նրա սերիական համարը, որը համապատասխանում է պրոտոնների թվին։ Քանի որ ատոմում դրական և բացասական լիցքերի թիվը հավասար է, այն 73 է: Այսպիսով, սա տանտալ է: Ավելին, նուկլոնների ընդհանուր թիվը ընդհանուր առմամբ 181 է, ինչը նշանակում է, որ այս տարրի պրոտոնները 181 են - 73 = 108: Շատ պարզ:

Գալիումի իզոտոպներ

Գալիումի տարրը ունի 71 ատոմային թիվ։ Բնության մեջ այս նյութն ունի երկու իզոտոպ՝ 69 Ga և 71 Ga։ Ինչպե՞ս որոշել գալիումի սորտերի տոկոսը:

Քիմիայում իզոտոպների վերաբերյալ խնդիրների լուծումը գրեթե միշտ կապված է պարբերական աղյուսակից ստացվող տեղեկատվության հետ: Այս անգամ դուք պետք է նույնը անեք: Եկեք որոշենք միջին ատոմային զանգվածը նշված աղբյուրից: Այն հավասար է 69,72-ի։ X-ի և y-ի համար նշելով առաջին և երկրորդ իզոտոպների քանակական հարաբերակցությունը՝ մենք վերցնում ենք դրանց գումարը հավասար 1-ի։ Այսպիսով, հավասարման ձևով կգրվի՝ x + y = 1։ Հետևում է, որ 69x + 71y = 69,72. y-ն x-ով արտահայտելով և առաջին հավասարումը երկրորդով փոխարինելով՝ ստանում ենք, որ x = 0,64 և y = 0,36: Սա նշանակում է, որ 69 Ga-ն պարունակվում է բնության մեջ 64%, իսկ 71 Ga-ի տոկոսը կազմում է 34%:

Իզոտոպների փոխակերպումներ

Իզոտոպների ռադիոակտիվ տրոհումը այլ տարրերի փոխակերպմամբ բաժանվում է երեք հիմնական տեսակի. Դրանցից առաջինը ալֆա քայքայումն է: Այն առաջանում է մասնիկի արտանետմամբ, որը հելիումի ատոմի միջուկն է։ Այսինքն՝ այս գոյացումը՝ բաղկացած նեյտրոնների և պրոտոնների զույգերից։ Քանի որ վերջինիս թիվը որոշում է պարբերական համակարգում նյութի լիցքի թիվը և ատոմի թիվը, այս գործընթացի արդյունքում տեղի է ունենում մի տարրի որակական փոխակերպում մյուսի, իսկ աղյուսակում այն ​​տեղափոխվում է ձախ։ երկու բջիջներով: Այս դեպքում տարրի զանգվածային թիվը կրճատվում է 4 միավորով։ Մենք դա գիտենք իզոտոպների ատոմների կառուցվածքից:

Երբ ատոմի միջուկը կորցնում է բետա մասնիկը, որն ըստ էության էլեկտրոն է, նրա կազմը փոխվում է։ Նեյտրոններից մեկը փոխակերպվում է պրոտոնի։ Սա նշանակում է, որ նյութի որակական բնութագրերը կրկին փոխվում են, և տարրը աղյուսակում մեկ բջիջով տեղափոխվում է աջ՝ գործնականում առանց զանգվածը կորցնելու։ Որպես կանոն, նման փոխակերպումը կապված է էլեկտրամագնիսական գամմա ճառագայթման հետ:

Ռադիումի իզոտոպների փոխակերպում

Իզոտոպների մասին վերը նշված տեղեկատվությունը և գիտելիքները 11-րդ դասարանի քիմիայից կրկին օգնում են լուծել գործնական խնդիրները: Օրինակ՝ հետևյալը. 226 Ra-ն քայքայման ժամանակ վերածվում է IV խմբի քիմիական տարրի, որի զանգվածային թիվը 206 է։ Քանի՞ ալֆա և բետա մասնիկ պետք է կորցնի այս դեպքում։

Հաշվի առնելով դուստր տարրի զանգվածի և խմբի փոփոխությունները, օգտագործելով պարբերական աղյուսակը, հեշտ է որոշել, որ տրոհման ժամանակ ձևավորված իզոտոպը կլինի կապար՝ 82 լիցքով և 206 զանգվածային թվով։ Եվ հաշվի առնելով լիցքի թիվը։ Այս տարրի և սկզբնական ռադիումի, պետք է ենթադրել, որ նրա միջուկը կորցրել է հինգ ալֆա մասնիկ և չորս բետա մասնիկ:

Ռադիոակտիվ իզոտոպների օգտագործումը

Բոլորը լավ գիտեն, թե ռադիոակտիվ ճառագայթումը ինչ վնաս կարող է պատճառել կենդանի օրգանիզմներին։ Այնուամենայնիվ, ռադիոակտիվ իզոտոպների հատկությունները օգտակար են մարդկանց համար: Նրանք հաջողությամբ օգտագործվում են բազմաթիվ ոլորտներում: Նրանց օգնությամբ հնարավոր է հայտնաբերել արտահոսք ինժեներական և շինարարական կառույցներում, ստորգետնյա խողովակաշարերում և նավթատարներում, պահեստային տանկեր, ջերմափոխանակիչներ էլեկտրակայաններում։

Այս հատկությունները ակտիվորեն օգտագործվում են նաև գիտափորձերում։ Օրինակ՝ ցեցե ճանճը մարդկանց, անասունների և ընտանի կենդանիների համար շատ լուրջ հիվանդությունների կրող է։ Դա կանխելու համար այս միջատների արուներին ստերիլիզացնում են թույլ ռադիոակտիվ ճառագայթման միջոցով։ Իզոտոպները նույնպես անփոխարինելի են որոշակի քիմիական ռեակցիաների մեխանիզմների ուսումնասիրության մեջ, քանի որ այդ տարրերի ատոմները կարող են պիտակավորել ջուրը և այլ նյութեր:

Կենսաբանական հետազոտություններում հաճախ օգտագործվում են նաև պիտակավորված իզոտոպներ։ Օրինակ՝ հենց այս կերպ պարզվեց, թե ինչպես է ֆոսֆորն ազդում հողի, աճի և զարգացման վրա մշակովի բույսեր. Հաջողությամբ իզոտոպների հատկությունները կիրառվում են նաև բժշկության մեջ, ինչը հնարավորություն է տվել բուժել քաղցկեղային ուռուցքներեւ ուրիշներ ծանր հիվանդություն, որոշել կենսաբանական օրգանիզմների տարիքը։

Ռադիոակտիվ տարրերի հատկություններն ուսումնասիրելիս պարզվել է, որ նույն քիմիական տարրում կարող են հայտնաբերվել տարբեր միջուկային զանգվածներով ատոմներ։ Ընդ որում, դրանք ունեն նույն միջուկային լիցքը, այսինքն՝ դրանք ոչ թե երրորդ կողմի նյութերի կեղտեր են, այլ նույն նյութը։

Ինչ են իզոտոպները և ինչու են դրանք գոյություն ունենում

Մենդելեևի պարբերական համակարգում և՛ տվյալ տարրը, և՛ միջուկի տարբեր զանգված ունեցող նյութի ատոմները զբաղեցնում են մեկ բջիջ։ Ելնելով վերը նշվածից՝ նույն նյութի նման սորտերին տրվել է «իզոտոպներ» անվանումը (հունարեն isos՝ նույնը և topos՝ տեղ)։ Այսպիսով, իզոտոպներ- սրանք տվյալ քիմիական տարրի տեսակներ են, որոնք տարբերվում են ատոմային միջուկների զանգվածով:

Ընդունված նեյտրոնի համաձայն միջուկի ռոտոն մոդելըԻզոտոպների գոյությունը կարելի էր բացատրել այսպես՝ նյութի որոշ ատոմների միջուկները պարունակում են տարբեր թվով նեյտրոններ, բայց նույն թվով պրոտոններ։ Փաստորեն, մեկ տարրի իզոտոպների միջուկային լիցքը նույնն է, հետևաբար, միջուկում պրոտոնների թիվը նույնն է։ Միջուկները տարբերվում են զանգվածով, համապատասխանաբար պարունակում են տարբեր քանակի նեյտրոններ։

Կայուն և անկայուն իզոտոպներ

Իզոտոպները կա՛մ կայուն են, կա՛մ անկայուն: Մինչ օրս հայտնի է մոտ 270 կայուն իզոտոպ և ավելի քան 2000 անկայուն։ կայուն իզոտոպներսորտեր են քիմիական տարրերորոնք կարող են ինքնուրույն գոյություն ունենալ երկար ժամանակ:

Մեծ մասը անկայուն իզոտոպներստացվել է արհեստական ​​ճանապարհով։ Անկայուն իզոտոպները ռադիոակտիվ են, նրանց միջուկները ենթարկվում են ռադիոակտիվ քայքայման գործընթացին, այսինքն՝ ինքնաբուխ վերափոխվում են այլ միջուկների, որոնք ուղեկցվում են մասնիկների և/կամ ճառագայթման արտանետմամբ։ Գրեթե բոլոր ռադիոակտիվ արհեստական ​​իզոտոպներն ունեն շատ կարճ կիսամյակներ, որոնք չափվում են վայրկյաններով և նույնիսկ վայրկյանների կոտորակներով:

Քանի՞ իզոտոպ կարող է պարունակել միջուկը

Միջուկը չի կարող պարունակել կամայական թվով նեյտրոններ։ Ըստ այդմ՝ իզոտոպների թիվը սահմանափակ է։ Նույնիսկ պրոտոնների քանակովտարրեր, կայուն իզոտոպների թիվը կարող է հասնել տասի։ Օրինակ՝ անագը ունի 10 իզոտոպ, քսենոնը՝ 9, սնդիկը 7 և այլն։

Այդ տարրերը պրոտոնների թիվը կենտ է, կարող է ունենալ միայն երկու կայուն իզոտոպ։ Որոշ տարրեր ունեն միայն մեկ կայուն իզոտոպ: Դրանք այնպիսի նյութեր են, ինչպիսիք են ոսկին, ալյումինը, ֆոսֆորը, նատրիումը, մանգանը և այլն։ Տարբեր տարրերի համար կայուն իզոտոպների թվի նման տատանումները կապված են պրոտոնների և նեյտրոնների քանակի բարդ կախվածության հետ միջուկի միացման էներգիայից։

Բնության գրեթե բոլոր նյութերը գոյություն ունեն որպես իզոտոպների խառնուրդ։ Նյութի բաղադրության մեջ իզոտոպների թիվը կախված է նյութի տեսակից, ատոմային զանգվածից և տվյալ քիմիական տարրի կայուն իզոտոպների քանակից։

Պարզվել է, որ բնության մեջ հայտնաբերված յուրաքանչյուր քիմիական տարր իզոտոպների խառնուրդ է (հետևաբար դրանք ունեն կոտորակային ատոմային զանգվածներ)։ Հասկանալու համար, թե ինչպես են իզոտոպները տարբերվում միմյանցից, անհրաժեշտ է մանրամասն դիտարկել ատոմի կառուցվածքը։ Ատոմը ձևավորում է միջուկ և էլեկտրոնային ամպ։ Ատոմի զանգվածի վրա ազդում են էլեկտրոնները, որոնք ապշեցուցիչ արագությամբ շարժվում են էլեկտրոնային ամպի ուղեծրերում, միջուկը կազմող նեյտրոններն ու պրոտոնները:

Ինչ են իզոտոպները

իզոտոպներՔիմիական տարրի ատոմի տեսակ։ Ցանկացած ատոմում միշտ լինում են հավասար թվով էլեկտրոններ և պրոտոններ: Քանի որ նրանք ունեն հակառակ լիցքեր (էլեկտրոնները բացասական են, իսկ պրոտոնները՝ դրական), ատոմը միշտ չեզոք է (սա տարրական մասնիկլիցք չի կրում, այն հավասար է զրոյի): Երբ էլեկտրոնը կորչում կամ գրավում է, ատոմը կորցնում է իր չեզոքությունը՝ դառնալով կամ բացասական կամ դրական իոն։
Նեյտրոնները լիցք չունեն, բայց նրանց թիվը նույն տարրի ատոմային միջուկում կարող է տարբեր լինել։ Սա չի ազդում ատոմի չեզոքության վրա, բայց ազդում է նրա զանգվածի և հատկությունների վրա: Օրինակ՝ ջրածնի ատոմի յուրաքանչյուր իզոտոպ ունի մեկ էլեկտրոն և մեկ պրոտոն։ Իսկ նեյտրոնների թիվը տարբեր է։ Պրոտիումը ունի ընդամենը 1 նեյտրոն, դեյտերիումը՝ 2 նեյտրոն, իսկ տրիտիումը՝ 3 նեյտրոն։ Այս երեք իզոտոպները զգալիորեն տարբերվում են միմյանցից իրենց հատկություններով։

Իզոտոպների համեմատություն

Ինչպե՞ս են տարբերվում իզոտոպները: Նրանք ունեն տարբեր քանակի նեյտրոններ, տարբեր զանգվածներ և տարբեր հատկություններ։ Իզոտոպներն ունեն նույն կառուցվածքը էլեկտրոնային թաղանթներ. Սա նշանակում է, որ դրանք բավականին նման են քիմիական հատկություններով։ Հետեւաբար, պարբերական համակարգում նրանց հատկացվում է մեկ տեղ։
Բնության մեջ հայտնաբերվել են կայուն և ռադիոակտիվ (անկայուն) իզոտոպներ։ Ռադիոակտիվ իզոտոպների ատոմների միջուկներն ունակ են ինքնաբերաբար փոխակերպվել այլ միջուկների։ Ռադիոակտիվ քայքայման գործընթացում նրանք արտանետում են տարբեր մասնիկներ։
Տարրերի մեծ մասն ունի ավելի քան երկու տասնյակ ռադիոակտիվ իզոտոպներ: Բացի այդ, ռադիոակտիվ իզոտոպները արհեստականորեն սինթեզվում են բացարձակապես բոլոր տարրերի համար։ Իզոտոպների բնական խառնուրդում դրանց պարունակությունը փոքր-ինչ տատանվում է։
Իզոտոպների առկայությունը թույլ տվեց հասկանալ, թե ինչու որոշ դեպքերում ավելի ցածր ատոմային զանգված ունեցող տարրերն ունեն ավելի մեծ սերիական համար, քան ավելի մեծ ատոմային զանգված ունեցող տարրերը։ Օրինակ՝ արգոն-կալիում զույգում արգոնը ներառում է ծանր իզոտոպներ, իսկ կալիումը՝ թեթև իզոտոպներ։ Հետևաբար, արգոնի զանգվածն ավելի մեծ է, քան կալիումինը:

ImGist-ը որոշեց, որ միմյանցից իզոտոպների միջև տարբերությունը հետևյալն է.

Նրանք տիրապետում են տարբեր թիվնեյտրոններ։
Իզոտոպներն ունեն տարբեր զանգվածատոմներ.
Իոնների ատոմների զանգվածի արժեքը ազդում է դրանց ընդհանուր էներգիայի և հատկությունների վրա:

Հոդվածի բովանդակությունը

ISOTOPSՆույն քիմիական տարրի տարատեսակներ, որոնք նման են իրենց ֆիզիկական և քիմիական հատկություններբայց տարբեր ատոմային զանգվածներով։ «Իզոտոպներ» անվանումը առաջարկվել է 1912 թվականին անգլիացի ռադիոքիմիկոս Ֆրեդերիկ Սոդդիի կողմից, որը ձևավորել է այն երկուից. Հունարեն բառեր՝ isos - նույնը և topos - տեղը: Բջջում նույն տեղն են զբաղեցնում իզոտոպները պարբերական համակարգՄենդելեևի տարրերը.

Ցանկացած քիմիական տարրի ատոմը բաղկացած է դրական լիցքավորված միջուկից և այն շրջապատող բացասական լիցքավորված էլեկտրոնների ամպից: Մենդելեևի պարբերական համակարգում քիմիական տարրի դիրքը (նրա սերիական համարը) որոշվում է նրա ատոմների միջուկի լիցքով։ իզոտոպներ կոչվում են հետևաբար նույն քիմիական տարրի տեսակները, որոնց ատոմներն ունեն նույն միջուկային լիցքը (և, հետևաբար, գրեթե նույն էլեկտրոնային թաղանթները), բայց տարբերվում են միջուկի զանգվածի արժեքներով: Ըստ Ֆ.Սոդդիի փոխաբերական արտահայտության՝ իզոտոպների ատոմները նույնն են «դրսում», բայց տարբեր «ներսում»։

Նեյտրոնը հայտնաբերվել է 1932 թվականին – մասնիկ, որը լիցք չունի, ջրածնի ատոմի միջուկի զանգվածին մոտ զանգվածով՝ պրոտոն , և ստեղծել միջուկի պրոտոն-նեյտրոնային մոդելը. Որպես արդյունք գիտության մեջ՝ եզրափակիչ ժամանակակից սահմանումԻզոտոպների հասկացություններ. իզոտոպները այն նյութերն են, որոնց ատոմային միջուկները բաղկացած են նույն թվով պրոտոններից և տարբերվում են միայն միջուկում նեյտրոնների քանակով: . Յուրաքանչյուր իզոտոպ սովորաբար նշվում է մի շարք նշաններով, որտեղ X-ը քիմիական տարրի խորհրդանիշն է, Z-ը ատոմային միջուկի լիցքն է (պրոտոնների թիվը), A-ն իզոտոպի զանգվածային թիվն է ( ընդհանուր թիվընուկլեոններ - պրոտոններ և նեյտրոններ միջուկում, A = Z + N): Քանի որ միջուկի լիցքը միանշանակորեն կապված է քիմիական տարրի խորհրդանիշի հետ, հաճախ A X նշումը պարզապես օգտագործվում է որպես հապավում:

Մեզ հայտնի բոլոր իզոտոպներից միայն ջրածնի իզոտոպներն ունեն իրենց անունները։ Այսպիսով, 2 H և 3 H իզոտոպները կոչվում են դեյտերիում և տրիտիում և նշանակվում են համապատասխանաբար D և T (1 H իզոտոպը երբեմն կոչվում է պրոտիում):

Դրանք բնականորեն առաջանում են որպես կայուն իզոտոպներ։ , և անկայուն՝ ռադիոակտիվ, որոնց ատոմների միջուկները ենթակա են ինքնաբուխ փոխակերպման այլ միջուկների՝ տարբեր մասնիկների արտանետմամբ (կամ այսպես կոչված ռադիոակտիվ քայքայման գործընթացներով)։ Այժմ հայտնի են մոտ 270 կայուն իզոտոպներ, իսկ կայուն իզոտոպներ հանդիպում են միայն Z Ј 83 ատոմային համարով տարրերում։ Անկայուն իզոտոպների թիվը գերազանցում է 2000-ը, որոնց ճնշող մեծամասնությունը ստացվել է արհեստականորեն՝ տարբեր փորձարկումների արդյունքում։ միջուկային ռեակցիաներ. Շատ տարրերում ռադիոակտիվ իզոտոպների թիվը շատ մեծ է և կարող է գերազանցել երկու տասնյակը։ Կայուն իզոտոպների թիվը շատ ավելի քիչ է, որոշ քիմիական տարրեր բաղկացած են միայն մեկ կայուն իզոտոպից (բերիլիում, ֆտոր, նատրիում, ալյումին, ֆոսֆոր, մանգան, ոսկի և մի շարք այլ տարրեր)։ Ամենամեծ թվով կայուն իզոտոպներ՝ 10, հայտնաբերվել է անագի մեջ, օրինակ՝ երկաթի մեջ կա 4, իսկ սնդիկի մեջ՝ 7։

Իզոտոպների հայտնաբերում, պատմական նախադրյալներ.

1808 թվականին անգլիացի բնագետ Ջոն Դալթոնը առաջին անգամ ներկայացրեց քիմիական տարրի սահմանումը որպես մի տեսակի ատոմներից բաղկացած նյութ: 1869 թվականին քիմիկոս ԴԻՄենդելեևը հայտնաբերեց քիմիական տարրերի պարբերական օրենքը։ Տարր՝ որպես պարբերական համակարգի բջջում որոշակի տեղ զբաղեցնող նյութ հասկացությունը հիմնավորելու դժվարություններից մեկը եղել է փորձնականորեն դիտարկված տարրերի ոչ ամբողջ ատոմային կշիռները։ 1866 թվականին անգլիացի ֆիզիկոս և քիմիկոս սըր Ուիլյամ Քրուքսը առաջ քաշեց այն վարկածը, որ յուրաքանչյուր բնական քիմիական տարր նյութերի խառնուրդ է, որոնք նույնական են իրենց հատկություններով, բայց ունեն տարբեր ատոմային զանգվածներ, բայց այն ժամանակ նման ենթադրություն դեռևս չէր: փորձնականորեն հաստատված է և, հետևաբար, քիչ է երևում:

Իզոտոպների հայտնաբերմանն ուղղված կարևոր քայլը ռադիոակտիվության երևույթի և ռադիոակտիվ քայքայման վարկածի հայտնաբերումն էր Էռնստ Ռադերֆորդի և Ֆրեդերիկ Սոդիի կողմից. ռադիոակտիվությունը ոչ այլ ինչ է, քան ատոմի քայքայումը լիցքավորված մասնիկի և մեկ այլ տարրի ատոմի: , որն իր քիմիական հատկություններով տարբերվում է սկզբնականից։ Արդյունքում առաջացավ ռադիոակտիվ շարքեր կամ ռադիոակտիվ ընտանիքներ հասկացությունը։ , որի սկզբում կա առաջին մայր տարրը, որը ռադիոակտիվ է, իսկ վերջում՝ վերջին կայուն տարրը։ Փոխակերպումների շղթաների վերլուծությունը ցույց է տվել, որ իրենց ընթացքի մեջ նույն ռադիոակտիվ տարրերը, որոնք տարբերվում են միայն ատոմային զանգվածներով, կարող են հայտնվել պարբերական համակարգի մեկ բջիջում։ Իրականում սա նշանակում էր իզոտոպներ հասկացության ներդրում։

Քիմիական տարրերի կայուն իզոտոպների գոյության անկախ հաստատումն այնուհետև ստացվել է 1912-1920 թվականներին Ջ. ) դուրս է գալիս արտանետման խողովակից:

1919 թվականին Ասթոնը նախագծել է գործիք, որը կոչվում է զանգվածային սպեկտրոգրաֆ։ (կամ զանգվածային սպեկտրոմետր) . Լիցքաթափման խողովակը դեռ օգտագործվում էր որպես իոնային աղբյուր, բայց Ասթոնը գտավ մի միջոց, որով մասնիկների ճառագայթի հաջորդական շեղումը էլեկտրական և մագնիսական դաշտերհանգեցրել է մասնիկների կենտրոնացմանը նույն արժեքըլիցքավորման և զանգվածի հարաբերակցությունը (անկախ դրանց արագությունից) էկրանի նույն կետում: Aston-ի հետ մեկտեղ, նույն տարիներին ամերիկյան Dempster-ը ստեղծեց մի փոքր այլ դիզայնի զանգվածային սպեկտրոմետր։ Բազմաթիվ հետազոտողների ջանքերով զանգվածային սպեկտրոմետրերի հետագա օգտագործման և կատարելագործման արդյունքում մինչև 1935 թվականը կազմվեց այն ժամանակ հայտնի բոլոր քիմիական տարրերի իզոտոպային կազմությունների գրեթե ամբողջական աղյուսակը:

Իզոտոպների տարանջատման մեթոդներ.

Իզոտոպների հատկությունները ուսումնասիրելու և հատկապես դրանք գիտական ​​և կիրառական նպատակներով օգտագործելու համար անհրաժեշտ է դրանք քիչ թե շատ նկատելի քանակությամբ ստանալ։ Սովորական զանգվածային սպեկտրոմետրերում ձեռք է բերվում իզոտոպների գրեթե ամբողջական տարանջատում, սակայն դրանց թիվը աննշան է։ Հետևաբար, գիտնականների և ինժեներների ջանքերն ուղղված են եղել այլ փնտրելուն հնարավոր մեթոդներըիզոտոպների տարանջատում. Նախևառաջ, յուրացվել են ֆիզիկական և քիմիական տարանջատման մեթոդները, որոնք հիմնված են նույն տարրի իզոտոպների այնպիսի հատկությունների տարբերությունների վրա, ինչպիսիք են գոլորշիացման արագությունը, հավասարակշռության հաստատունները, քիմիական ռեակցիաների արագությունը և այլն: Դրանցից ամենաարդյունավետը ուղղման և իզոտոպային փոխանակման մեթոդներն էին, որոնք լայնորեն կիրառվում են թեթև տարրերի՝ ջրածնի, լիթիումի, բորի, ածխածնի, թթվածնի և ազոտի իզոտոպների արդյունաբերական արտադրության մեջ։

Մեթոդների մեկ այլ խումբ ձևավորվում է այսպես կոչված մոլեկուլային-կինետիկ մեթոդներով՝ գազային դիֆուզիոն, ջերմային դիֆուզիոն, զանգվածային դիֆուզիոն (դիֆուզիոն գոլորշու հոսքի մեջ) և ցենտրիֆուգացիա։ Բարձր ցրված ծակոտկեն միջավայրում իզոտոպային բաղադրիչների տարբեր դիֆուզիոն արագությունների վրա հիմնված գազի դիֆուզիայի մեթոդները օգտագործվել են Երկրորդ համաշխարհային պատերազմի ժամանակ կազմակերպելու համար. արդյունաբերական արտադրությունուրանի իզոտոպների տարանջատում Միացյալ Նահանգներում, այսպես կոչված, Մանհեթենի նախագծի շրջանակներում ատոմային ռումբ. ստանալու համար պահանջվող քանակներըմինչև 90% հարստացված ուրան՝ 235 U լուսային իզոտոպով, ատոմային ռումբի հիմնական «այրվող» բաղադրիչը, կառուցվեցին գործարաններ, որոնք զբաղեցնում էին մոտ չորս հազար հեկտար տարածք։ Ավելի քան 2 միլիարդ դոլար է հատկացվել հարստացված ուրանի արտադրության գործարաններով ատոմային կենտրոն ստեղծելու համար, պատերազմից հետո մշակվել են ռազմական նպատակներով հարստացված ուրանի արտադրության գործարաններ՝ հիմնված նաև տարանջատման դիֆուզիոն մեթոդի վրա և կառուցվել է ՍՍՀՄ–ում։ IN վերջին տարիներըայս մեթոդը իր տեղը զիջել է ավելի արդյունավետ և ավելի քիչ ծախսատար ցենտրիֆուգացման մեթոդին: Այս մեթոդով իզոտոպային խառնուրդի տարանջատման ազդեցությունը ձեռք է բերվում կենտրոնախույս ուժերի տարբեր գործողության շնորհիվ իզոտոպային խառնուրդի բաղադրիչների վրա, որոնք լցնում են ցենտրիֆուգային ռոտորը, որը բարակ պատերով գլան է, որը սահմանափակվում է վերևից և ներքևից, որը պտտվում է մի շատ բարձր արագությունմեջ վակուումային խցիկ. Կասկադներով միացված հարյուր հազարավոր ցենտրիֆուգներ, որոնցից յուրաքանչյուրի ռոտորը վայրկյանում ավելի քան հազար պտույտ է կատարում, ներկայումս օգտագործվում են ժամանակակից տարանջատման կայաններում ինչպես Ռուսաստանում, այնպես էլ աշխարհի այլ զարգացած երկրներում: Ցենտրիֆուգներն օգտագործվում են ոչ միայն հարստացված ուրան ստանալու համար, որն անհրաժեշտ է գործարկման համար միջուկային ռեակտորներատոմակայաններ, այլև պարբերական աղյուսակի միջին մասի մոտ երեսուն քիմիական տարրերի իզոտոպների արտադրության համար։ Տարբեր իզոտոպների տարանջատման համար օգտագործվում են նաև էլեկտրամագնիսական տարանջատման կայաններ՝ հզոր իոնային աղբյուրներով, վերջին տարիներին, լազերային մեթոդներբաժանում.

Իզոտոպների օգտագործումը.

Քիմիական տարրերի մի շարք իզոտոպներ լայնորեն օգտագործվում են գիտական ​​հետազոտություն, արդյունաբերության և գյուղատնտեսության տարբեր ոլորտներում, ին միջուկային էներգիա, ժամանակակից կենսաբանություն և բժշկություն, հետազոտության մեջ միջավայրըև այլ ոլորտներ։ Գիտական ​​հետազոտություններում (օրինակ՝ քիմիական անալիզի ժամանակ), որպես կանոն, պահանջվում են տարբեր տարրերի հազվագյուտ իզոտոպներ՝ տարեկան հաշվարկված գրամներով և նույնիսկ միլիգրամներով։ Միևնույն ժամանակ, միջուկային էներգետիկայի, բժշկության և այլ ոլորտներում լայնորեն կիրառվող մի շարք իզոտոպների համար դրանց արտադրության անհրաժեշտությունը կարող է լինել շատ կիլոգրամ և նույնիսկ տոննա: Այսպիսով, միջուկային ռեակտորներում D 2 O ծանր ջրի օգտագործման հետ կապված, դրա համաշխարհային արտադրությունը նախորդ դարի 1990-ականների սկզբին կազմում էր տարեկան մոտ 5000 տոննա: Ծանր ջրի մաս կազմող ջրածնի իզոտոպ դեյտերիումը, որի կոնցենտրացիան ջրածնի բնական խառնուրդում կազմում է ընդամենը 0,015%, տրիտիումի հետ միասին, ապագայում, գիտնականների կարծիքով, կդառնա էներգիայի ջերմամիջուկային ռեակտորների հիմնական վառելիքի բաղադրիչը։ միջուկային միաձուլման ռեակցիաների հիման վրա։ Այս դեպքում ջրածնի իզոտոպների արտադրության անհրաժեշտությունը հսկայական կլինի։

Գիտական ​​հետազոտություններում կայուն և ռադիոակտիվ իզոտոպները լայնորեն օգտագործվում են որպես իզոտոպային ցուցիչներ (պիտակներ) բնության մեջ տեղի ունեցող տարբեր գործընթացների ուսումնասիրության ժամանակ։

IN գյուղատնտեսությունիզոտոպները («պիտակավորված» ատոմներ) օգտագործվում են, օրինակ, ֆոտոսինթեզի գործընթացները, պարարտանյութերի մարսելիությունը ուսումնասիրելու և բույսերի կողմից ազոտի, ֆոսֆորի, կալիումի, հետքի տարրերի և այլ նյութերի օգտագործման արդյունավետությունը որոշելու համար։

Բժշկության մեջ լայնորեն կիրառվում են իզոտոպային տեխնոլոգիաները։ Այսպիսով, ԱՄՆ-ում, ըստ վիճակագրության, օրական կատարվում է ավելի քան 36 հազար բժշկական պրոցեդուրա և մոտ 100 միլիոն լաբորատոր թեստեր՝ օգտագործելով իզոտոպներ։ Համակարգչային տոմոգրաֆիայի հետ կապված ամենատարածված ընթացակարգերը. Ածխածնի C 13 իզոտոպը հարստացված է մինչև 99% (բնական պարունակությունը մոտ 1%) ակտիվորեն օգտագործվում է այսպես կոչված «շնչառության ախտորոշիչ հսկողության» մեջ։ Թեստի էությունը շատ պարզ է. Հարստացված իզոտոպը ներմուծվում է հիվանդի սննդի մեջ և մարմնի տարբեր օրգաններում նյութափոխանակության գործընթացին մասնակցելուց հետո արտազատվում է որպես ածխաթթու CO 2, որը արտաշնչվում է հիվանդի կողմից, որը հավաքվում և վերլուծվում է սպեկտրոմետրի միջոցով: C 13 իզոտոպով պիտակավորված տարբեր քանակությամբ ածխածնի երկօքսիդի արտազատման հետ կապված գործընթացների արագությունների տարբերությունը հնարավորություն է տալիս դատել հիվանդի տարբեր օրգանների վիճակը: ԱՄՆ-ում հիվանդների թիվը, ովքեր կանցնեն այս թեստը, գնահատվում է տարեկան 5 միլիոն մարդ։ Այժմ լազերային տարանջատման մեթոդներն օգտագործվում են արդյունաբերական մասշտաբով բարձր հարստացված C 13 իզոտոպի արտադրության համար:

Վլադիմիր Ժդանով

Ուսումնասիրելով ռադիոակտիվության երևույթը, գիտնականները XX դարի առաջին տասնամյակում. հայտնաբերել է մեծ քանակությամբ ռադիոակտիվ նյութեր՝ մոտ 40: Դրանք զգալիորեն ավելի շատ են եղել, քան ազատ տեղերը տարրերի պարբերական համակարգում բիսմուտի և ուրանի միջև ընկած ժամանակահատվածում: Այս նյութերի բնույթը հակասական է եղել: Որոշ հետազոտողներ դրանք համարում էին անկախ քիմիական տարրեր, սակայն այս դեպքում պարբերական աղյուսակում դրանց տեղակայման հարցը անլուծելի էր։ Մյուսները, ընդհանուր առմամբ, մերժում էին նրանց դասական իմաստով տարրեր կոչվելու իրավունքը։ 1902 թվականին անգլիացի ֆիզիկոս Դ.Մարտինը նման նյութերն անվանել է ռադիոտարրեր։ Երբ դրանք ուսումնասիրվեցին, պարզվեց, որ որոշ ռադիոտարրեր ունեն ճիշտ նույնը Քիմիական հատկություններ, բայց տարբերվում են մեծությամբ ատոմային զանգվածներ. Այս հանգամանքը հակասում էր հիմնարար սկզբունքներին պարբերական օրենք. Հակասությունը լուծեց անգլիացի գիտնական Ֆ.Սոդին. 1913 թվականին նա քիմիապես նմանատիպ ռադիոտարրերն անվանեց իզոտոպներ (հունարեն բառերից, որոնք նշանակում են «նույն» և «տեղ»), այսինքն՝ պարբերական համակարգում զբաղեցնելով նույն տեղը։ Պարզվեց, որ ռադիոտարրերը բնական ռադիոակտիվ տարրերի իզոտոպներ են։ Դրանք բոլորը միավորված են երեք ռադիոակտիվ ընտանիքների մեջ, որոնց նախնիները թորիումի և ուրանի իզոտոպներն են։

Թթվածնի իզոտոպներ. Կալիումի և արգոնի իզոբարները (իզոբարները նույն զանգվածային թվով տարբեր տարրերի ատոմներ են)։

Զույգ և կենտ տարրերի կայուն իզոտոպների թիվը:

Շուտով պարզ դարձավ, որ այլ կայուն քիմիական տարրեր նույնպես ունեն իզոտոպներ։ Նրանց հայտնագործության մեջ գլխավոր վաստակը պատկանում է անգլիացի ֆիզիկոս Ֆ.Աստոնին։ Նա բազմաթիվ տարրերի մեջ հայտնաբերեց կայուն իզոտոպներ։

ԻՑ ժամանակակից կետԻզոտոպները քիմիական տարրի ատոմների տարատեսակներ են. նրանք ունեն տարբեր ատոմային զանգվածներ, բայց նույն միջուկային լիցքը:

Դրանց միջուկներն այսպիսով պարունակում են նույն թիվըպրոտոններ, բայց տարբեր թիվնեյտրոններ։ Օրինակ, բնական թթվածնի իզոտոպները Z = 8-ով իրենց միջուկներում պարունակում են համապատասխանաբար 8, 9 և 10 նեյտրոններ։ Իզոտոպի միջուկում պրոտոնների և նեյտրոնների թվերի գումարը կոչվում է A զանգվածային թիվ։ Հետևաբար, նշված թթվածնի իզոտոպների զանգվածային թիվը 16, 17 և 18 է։ Այժմ ընդունված է իզոտոպների հետևյալ անվանումը՝ Z. արժեքը տրված է տարրի խորհրդանիշի ներքևի ձախ մասում, A արժեքը՝ վերևի ձախ մասում: Օրինակ՝ 16 8 O, 17 8 O, 18 8 O:

Արհեստական ​​ռադիոակտիվության երևույթի հայտնաբերումից հետո ստացվել են մոտ 1800 արհեստական ​​ռադիոակտիվ իզոտոպներ՝ օգտագործելով միջուկային ռեակցիաները Z-ով 1-ից մինչև 110 թվով տարրերի համար: Արհեստական ​​ռադիոիզոտոպների ճնշող մեծամասնությունը շատ կարճ կիսատ կյանք ունի՝ չափված վայրկյաններով և վայրկյանների կոտորակներով; միայն մի քանիսն ունեն համեմատաբար ավելի երկար տևողությունկյանքը (օրինակ, 10 Be - 2.7 10 6 տարի, 26 Al - 8 10 5 տարի և այլն):

Բնության մեջ առկա են կայուն տարրեր՝ մոտ 280 իզոտոպներով։ Այնուամենայնիվ, պարզվեց, որ դրանցից մի քանիսը թեթևակի ռադիոակտիվ են՝ հսկայական կիսամյակներով (օրինակ՝ 40 K, 87 Rb, 138 La, l47 Sm, 176 Lu, 187 Re)։ Այս իզոտոպների կյանքի ժամկետն այնքան երկար է, որ դրանք կարելի է կայուն համարել։

Կայուն իզոտոպների աշխարհում դեռ շատ խնդիրներ կան։ Այսպիսով, անհասկանալի է, թե ինչու է դրանց թիվը տարբեր տարրերում այդքան տարբերվում։ Կայուն տարրերի մոտ 25%-ը (Be, F, Na, Al, P, Sc, Mn, Co, As, Y, Nb, Rh, I, Cs, Pt, Tb, Ho, Tu, Ta, Au) առկա են. բնությունը միայն մեկ տեսակի ատոմ. Սրանք, այսպես կոչված, միայնակ տարրերն են: Հետաքրքիր է, որ բոլորը (բացառությամբ Be-ի) ունեն կենտ Z արժեքներ, ընդհանուր առմամբ, կենտ տարրերի համար կայուն իզոտոպների թիվը չի գերազանցում երկուսը։ Ընդհակառակը, զույգ Z ունեցող որոշ տարրեր բաղկացած են մեծ թվովիզոտոպներ (օրինակ՝ Xe-ն ունի 9, Sn-ը՝ 10 կայուն իզոտոպ)։

Տվյալ տարրի կայուն իզոտոպների բազմությունը կոչվում է գալակտիկա։ Նրանց պարունակությունը գալակտիկայում հաճախ մեծ տատանվում է: Հետաքրքիր է նշել, որ զանգվածային թվերով իզոտոպների առատությունը, որոնք չորսի բազմապատիկ են (12 C, 16 O, 20 Ca և այլն) ամենաբարձրն է, թեև կան բացառություններ այս կանոնից։

Կայուն իզոտոպների հայտնաբերումը հնարավորություն տվեց լուծել ատոմային զանգվածների երկարաժամկետ առեղծվածը՝ դրանց շեղումը ամբողջ թվերից՝ գալակտիկայում տարրերի կայուն իզոտոպների տարբեր տոկոսների պատճառով։

IN միջուկային ֆիզիկահայտնի է «իզոբար» հասկացությունը. Իզոբարները կոչվում են տարբեր տարրերի իզոտոպներ (այսինքն՝ հետ տարբեր արժեքներԶ) միևնույն զանգվածային թվեր ունեցող. Իզոբարների ուսումնասիրությունը նպաստել է ատոմային միջուկների վարքագծի և հատկությունների բազմաթիվ կարևոր օրինաչափությունների հաստատմանը։ Այդ օրինաչափություններից մեկն արտահայտվում է սովետական ​​քիմիկոս Ս.Ա.Շչուկարևի և եմենցի ֆիզիկոս Ի.Մատտաուչի կողմից ձևակերպված կանոնով։ Այն ասում է. Եթե երկու իզոբարները Z արժեքներով տարբերվում են 1-ով, ապա դրանցից մեկն անպայման ռադիոակտիվ կլինի: Զույգ իզոբարների դասական օրինակ է 40 18 Ar - 40 19 K: Դրանում կալիումի իզոտոպը ռադիոակտիվ է: Շչուկարև-Մատտաուխ կանոնը թույլ տվեց բացատրել, թե ինչու տեխնիում (Z = 43) և պրոմեթիում (Z = 61) տարրերը չունեն կայուն իզոտոպներ։ Քանի որ դրանք ունեն կենտ Z արժեքներ, նրանց համար չէր կարելի ակնկալել ավելի քան երկու կայուն իզոտոպներ։ Բայց պարզվեց, որ տեխնիումի և պրոմեթիումի իզոբարները, համապատասխանաբար, մոլիբդենի (Z = 42) և ռութենիումի (Z = 44), նեոդիմի (Z = 60) և սամարիումի (Z = 62) իզոտոպները բնության մեջ ներկայացված են. ատոմների կայուն տարատեսակներ զանգվածային թվերի լայն շրջանակում: Այսպիսով, ֆիզիկական օրենքները արգելում են տեխնիումի և պրոմեթիումի կայուն իզոտոպների առկայությունը։ Այդ պատճառով այդ տարրերը բնության մեջ իրականում գոյություն չունեն, և դրանք պետք է արհեստականորեն սինթեզվեին։

Գիտնականները վաղուց են փորձում մշակել իզոտոպների պարբերական համակարգ։ Իհարկե, այն հիմնված է այլ սկզբունքների վրա, քան տարրերի պարբերական համակարգի հիմքը։ Բայց այս փորձերը դեռ չեն հանգեցրել գոհացուցիչ արդյունքների։ Ճիշտ է, ֆիզիկոսներն ապացուցել են, որ պրոտոնի և նեյտրոնային թաղանթների լրացման հաջորդականությունը ատոմային միջուկներսկզբունքորեն այն նման է ատոմներում էլեկտրոնային թաղանթների և ենթաթելերի կառուցմանը (տես Ատոմ)։

Ճիշտ նույն կերպ են կառուցված տվյալ տարրի իզոտոպների էլեկտրոնային թաղանթները։ Հետեւաբար, նրանց քիմիական եւ ֆիզիկական հատկությունները գրեթե նույնական են: Միայն ջրածնի իզոտոպները (պրոտիում և դեյտերիում) և դրանց միացությունները ցույց են տալիս հատկությունների նկատելի տարբերություններ։ Օրինակ, ծանր ջուրը (D 2 O) սառչում է +3,8, եռում է 101,4 ° C, ունի 1,1059 գ / սմ 3 խտություն, չի ապահովում կենդանիների և բույսերի օրգանիզմների կյանքը: Ջրի էլեկտրոլիզի ընթացքում ջրածնի և թթվածնի մեջ H 2 0 մոլեկուլները հիմնականում քայքայվում են, մինչդեռ ծանր ջրի մոլեկուլները մնում են էլեկտրոլիզատորում:

Այլ տարրերի իզոտոպների առանձնացումը չափազանց բարդ խնդիր է։ Այնուամենայնիվ, շատ դեպքերում անհրաժեշտ են իզոտոպներ առանձին տարրերբնական պարունակության համեմատ զգալի փոփոխությամբ։ Օրինակ՝ ատոմային էներգիայի խնդիրը լուծելիս անհրաժեշտություն է առաջացել առանձնացնել 235 U և 238 U իզոտոպները։ Դրա համար նախ կիրառվել է զանգվածային սպեկտրոմետրիայի մեթոդը, որի օգնությամբ ստացվել են ուրան-235 առաջին կիլոգրամները։ 1944 թվականին ԱՄՆ-ում։ Սակայն պարզվեց, որ այս մեթոդը չափազանց թանկ է և փոխարինվեց գազային դիֆուզիոն մեթոդով, որն օգտագործում էր UF 6: Այժմ կան իզոտոպների տարանջատման մի քանի մեթոդներ, բայց բոլորն էլ բավականին բարդ և թանկ են։ Այնուամենայնիվ, «անբաժանելիի տարանջատման» խնդիրը հաջողությամբ լուծվում է։

Հայտնվեց նոր գիտական ​​դիսցիպլին` իզոտոպների քիմիան։ Այն ուսումնասիրում է քիմիական տարրերի տարբեր իզոտոպների վարքագիծը քիմիական ռեակցիաներև իզոտոպների փոխանակման գործընթացները: Այս գործընթացների արդյունքում տվյալ տարրի իզոտոպները վերաբաշխվում են արձագանքող նյութերի միջև։ Այստեղ ամենապարզ օրինակը H 2 0 + HD = HD0 + H 2 (ջրի մոլեկուլը փոխանակում է պրոտիումի ատոմը դեյտերիումի ատոմի հետ): Զարգանում է նաև իզոտոպների երկրաքիմիան։ Այն ուսումնասիրում է երկրակեղևի տարբեր տարրերի իզոտոպային կազմի տատանումները։

Ամենալայն կիրառություն են գտնում այսպես կոչված պիտակավորված ատոմները, կայուն տարրերի արհեստական ​​ռադիոակտիվ իզոտոպները կամ կայուն իզոտոպները։ Իզոտոպային ցուցիչների՝ պիտակավորված ատոմների օգնությամբ նրանք ուսումնասիրում են անշունչ և կենդանի բնության մեջ տարրերի շարժման եղանակները, տարբեր առարկաներում նյութերի և տարրերի բաշխման բնույթը։ Իզոտոպները օգտագործվում են միջուկային տեխնոլոգիայում. որպես միջուկային ռեակտորների կառուցման նյութեր. որպես միջուկային վառելիք (թորիումի, ուրանի, պլուտոնիումի իզոտոպներ); ջերմամիջուկային միաձուլման մեջ (դեյտերիում, 6 Li, 3 He): Ռադիոակտիվ իզոտոպները նույնպես լայնորեն օգտագործվում են որպես ճառագայթման աղբյուրներ։