Իզոտոպները պարունակում են նույն թիվը: Իզոտոպների կիրառությունները

իզոտոպներ

ISOTOPS-ով; pl.(եզակի իզոտոպ, -a; m.): [հունարենից. isos - հավասար և topos - տեղ] Մասնագետ.Նույնի սորտեր քիմիական տարր, որոնք տարբերվում են ատոմների զանգվածով։ ռադիոակտիվ իզոտոպներ. Ուրանի իզոտոպներ.

◁ Իզոտոպիկ, րդ, րդ. I. ցուցանիշ.

իզոտոպներ

Հետազոտության պատմություն
Իզոտոպների գոյության մասին առաջին փորձարարական տվյալները ստացվել են 1906-10 թթ. ծանր տարրերի ատոմների ռադիոակտիվ փոխակերպումների հատկությունների ուսումնասիրության մեջ։ 1906-07 թթ. Պարզվել է, որ ուրանի ռադիոակտիվ քայքայման արգասիքը՝ իոնիումը և թորիումի ռադիոակտիվ քայքայման արտադրանքը՝ ռադիոթորիումը, ունեն նույն քիմիական հատկությունները, ինչ թորիումը, բայց տարբերվում են վերջինից։ ատոմային զանգվածև ռադիոակտիվ քայքայման առանձնահատկությունները: Ավելին, բոլոր երեք տարրերն ունեն նույն օպտիկական և ռենտգենյան սպեկտրները: Անգլիացի գիտնական Ֆ.Սոդդիի առաջարկով (սմ. SODDI Ֆրեդերիկ), նման նյութերը հայտնի են դարձել որպես իզոտոպներ։
Ծանր ռադիոակտիվ տարրերում իզոտոպների հայտնաբերումից հետո սկսվեց կայուն տարրերում իզոտոպների որոնումը։ Քիմիական տարրերի կայուն իզոտոպների գոյության անկախ հաստատումը ստացվել է Ջ.Ջ.Թոմսոնի փորձերում։ (սմ.Թոմսոն Ջոզեֆ Ջոն)և Ֆ.Աստոն (սմ. ASTON Ֆրենսիս Ուիլյամ). Թոմսոնը 1913 թվականին հայտնաբերել է կայուն իզոտոպներնեոնում։ Ասթոնը, ով հետազոտություն է անցկացրել իր նախագծած գործիքի միջոցով, որը կոչվում է զանգվածային սպեկտրոգրաֆ (կամ զանգվածային սպեկտրոմետր)՝ օգտագործելով զանգվածային սպեկտրոմետրիայի մեթոդը։ (սմ.ԶԱՆԳՍԱՍՊԵԿՏՐՈՄԻԱ), ապացուցեց, որ շատ այլ կայուն քիմիական տարրեր ունեն իզոտոպներ։ 1919 թվականին նա ապացույցներ է ձեռք բերել երկու 20 Ne և 22 Ne իզոտոպների գոյության մասին, որոնց հարաբերական առատությունը (առատությունը) բնության մեջ կազմում է մոտավորապես 91% և 9%։ Հետագայում հայտնաբերվել է 21 Ne իզոտոպը՝ 0,26% տարածվածությամբ, քլորի, սնդիկի և մի շարք այլ տարրերի իզոտոպներ։
Նույն տարիներին մի փոքր այլ դիզայնի զանգվածային սպեկտրոմետր ստեղծվել է Ա. Ջ. Դեմփսթերի կողմից (սմ.Դեմփսթեր Արթուր Ջեֆրի). Զանգվածային սպեկտրոմետրերի հետագա օգտագործման և կատարելագործման արդյունքում բազմաթիվ հետազոտողների ջանքերով կազմվեց իզոտոպային միացությունների գրեթե ամբողջական աղյուսակ։ 1932 թվականին հայտնաբերվեց նեյտրոն՝ լիցք չունեցող մասնիկ, ջրածնի ատոմի միջուկի զանգվածին մոտ զանգվածով՝ պրոտոն, և ստեղծվեց միջուկի պրոտոն-նեյտրոնային մոդելը։ Արդյունքում գիտության մեջ հաստատվեց իզոտոպ հասկացության վերջնական սահմանումը. իզոտոպները այն նյութերն են, որոնց ատոմային միջուկները բաղկացած են նույն թվով պրոտոններից և տարբերվում են միայն միջուկում նեյտրոնների քանակով։ Մոտավորապես 1940 թվականին իզոտոպային վերլուծություն էր իրականացվել մինչ այդ հայտնի բոլոր քիմիական տարրերի համար։
Ռադիոակտիվության ուսումնասիրության ժամանակ հայտնաբերվել է մոտ 40 բնական ռադիոակտիվ նյութ։ Դրանք միավորվել են ռադիոակտիվ ընտանիքների մեջ, որոնց նախնիները թորիումի և ուրանի իզոտոպներն են։ Բնական ներառում է ատոմների բոլոր կայուն տեսակները (դրանցից մոտ 280-ը կա) և բոլոր բնական ռադիոակտիվները, որոնք ռադիոակտիվ ընտանիքների մաս են կազմում (դրանցից 46-ը): Մնացած բոլոր իզոտոպները ստացվում են միջուկային ռեակցիաների արդյունքում։
Առաջին անգամ 1934 թվականին Ի.Կյուրին (սմ.Ժոլիոտ-Կյուրի Իռեն)և Ֆ. Ժոլիո-Կյուրին (սմ.Ժոլիո-Կյուրի Ֆրեդերիկ)ստացել են ազոտի (13 N), սիլիցիումի (28 Si) և ֆոսֆորի (30 P) արհեստական ռադիոակտիվ իզոտոպներ, որոնք բնության մեջ բացակայում են։ Այս փորձերով նրանք ցույց տվեցին նոր ռադիոակտիվ նուկլիդների սինթեզման հնարավորությունը։ Ներկայումս հայտնի արհեստական ռադիոիզոտոպներից ավելի քան 150-ը պատկանում են տրանսուրանի տարրերին։ (սմ.ԱՆՁՆԱԿԱՆ ՏԱՐՐԵՐ)Երկրի վրա չի հայտնաբերվել: Տեսականորեն ենթադրվում է, որ գոյություն ունենալու ընդունակ իզոտոպային տեսակների թիվը կարող է հասնել 6000-ի։

Հանրագիտարանային բառարան. 2009 .

Տեսեք, թե ինչ են «իզոտոպները» այլ բառարաններում.

Ժամանակակից հանրագիտարան

իզոտոպներ- (iso ...-ից և հունական topos տեղից), քիմիական տարրերի տարատեսակներ, որոնցում ատոմների (նուկլիդների) միջուկները տարբերվում են նեյտրոնների քանակով, բայց պարունակում են. նույն թիվըպրոտոններ և, հետևաբար, զբաղեցնում են նույն տեղը պարբերական համակարգքիմիական... Նկարազարդված Հանրագիտարանային բառարան

- (iso ...-ից և հունական topos տեղից) քիմիական տարրերի տարատեսակներ, որոնցում ատոմների միջուկները տարբերվում են նեյտրոնների քանակով, բայց պարունակում են նույն քանակությամբ պրոտոններ և, հետևաբար, զբաղեցնում են նույն տեղը տարրերի պարբերական համակարգում: Տարբերել…… Մեծ Հանրագիտարանային բառարան

ISOTOPS- ԻԶՈՏՈՊՆԵՐ, քիմ. տարրեր, որոնք գտնվում են պարբերական համակարգի միևնույն բջիջում և, հետևաբար, ունեն նույն ատոմային թիվը կամ հերթական համարը: Այս դեպքում Ի.-ն, ընդհանուր առմամբ, չպետք է ունենա նույն ատոմային զանգվածը։ Տարբեր…… Մեծ բժշկական հանրագիտարան

Այս քիմ. տարրեր, որոնք տարբերվում են միջուկների զանգվածով. Ունենալով նույն միջուկային լիցքը՝ Z, բայց տարբերվելով նեյտրոնների քանակով, Ի.-ն ունեն էլեկտրոնային թաղանթների նույն կառուցվածքը, այսինքն՝ շատ մոտ քիմ. sv va, և զբաղեցրեք նույնը ... ... Ֆիզիկական հանրագիտարան

Նույն քիմ. տարր, որի միջուկները պարունակում են նույն քանակությամբ պրոտոններ, բայց տարբեր թվով նեյտրոններ. ունեն տարբեր ատոմային զանգվածներ, ունեն նույն քիմ. հատկություններով, բայց տարբերվում են իրենց ֆիզիկականով: հատկությունները, մասնավորապես... Մանրէաբանական բառարան

Քիմիական ատոմներ. տարրեր, որոնք ունեն տարբեր զանգվածային թվեր, բայց ունեն նույն լիցքը ատոմային միջուկներև հետևաբար Մենդելեևի պարբերական համակարգում մեկ տեղ զբաղեցնելով։ Նույն քիմիայի տարբեր իզոտոպների ատոմներ. տարրերը տարբերվում են թվով ... ... Երկրաբանական հանրագիտարան

Ռադիոակտիվ տարրերի հատկություններն ուսումնասիրելիս պարզվել է, որ միևնույն 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:

Ըստ միջուկի ընդունված նեյտրոն-պրոտոնային մոդելի՝ իզոտոպների գոյությունը բացատրվում էր այսպես՝ նյութի որոշ ատոմների միջուկները պարունակում են տարբեր թվով նեյտրոններ, բայց նույնքան 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 իզոտոպներ- Սրանք քիմիական տարրերի տարատեսակներ են, որոնք 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։

Կրկնել «Քիմիայի հիմնական հասկացությունները» թեմայի հիմնական դրույթները և լուծել առաջադրված խնդիրները։ Օգտագործեք #6-17:

Հիմնական կետերը

1. Նյութ(պարզ և բարդ) ատոմների և մոլեկուլների ցանկացած համակցություն է, որը գտնվում է որոշակի ագրեգացման վիճակում:

Նյութերի փոխակերպումը, որն ուղեկցվում է նրանց կազմի և (կամ) կառուցվածքի փոփոխությամբ, կոչվում է քիմիական ռեակցիաներ .

2. Կառուցվածքային միավորներ նյութեր:

· Ատոմ- քիմիական տարրի և պարզ նյութի ամենափոքր էլեկտրականորեն չեզոք մասնիկը, որն ունի իր բոլոր քիմիական հատկությունները և հետագայում ֆիզիկապես և քիմիապես անբաժանելի է:

· Մոլեկուլ- նյութի ամենափոքր էլեկտրականորեն չեզոք մասնիկը, որն ունի իր բոլոր քիմիական հատկությունները, ֆիզիկապես անբաժանելի, բայց քիմիապես բաժանելի:

3. Քիմիական տարր Որոշակի միջուկային լիցքով ատոմի տեսակ։

4. Կազմը ատոմ :

Մասնիկ	Ինչպե՞ս որոշել:	Լիցքավորում		Քաշը
Մասնիկ	Ինչպե՞ս որոշել:	Cl	պայմանական միավորներ		a.u.m.
Էլեկտրոն	Սովորական Թիվ (N)	1.6 ∙ 10 -19		9.10 ∙ 10 -28	0.00055
Պրոտոն	Սովորական թիվ (N)	1.6 ∙ 10 -19		1.67 ∙ 10 -24	1.00728
Նեյտրոն	Ար–Ն			1.67 ∙ 10 -24	1.00866

5. Կազմը ատոմային միջուկ :

Միջուկը պարունակում է տարրական մասնիկներ (նուկլոններ) –

պրոտոններ(1 1 p ) և նեյտրոններ(10n):

· Որովհետեւ Ատոմի գրեթե ողջ զանգվածը կենտրոնացած է միջուկում մ պ ≈ m n≈ 1 ամու, ապա կլորացված արժեքԱ ռՔիմիական տարրը հավասար է միջուկի նուկլոնների ընդհանուր թվին:

7. իզոտոպներ- միևնույն քիմիական տարրի ատոմների բազմազանությունը, որոնք միմյանցից տարբերվում են միայն իրենց զանգվածով:

· Իզոտոպների նշանակում. տարրի խորհրդանիշից ձախ նշեք զանգվածային համարը (վերևում) և տարրի սերիական համարը (ներքևում)

Ինչու են իզոտոպները տարբեր զանգվածներ ունեն:

Առաջադրանք՝ Որոշել քլորի իզոտոպների ատոմային բաղադրությունը՝ 35 17Clև 37 17Cl?

Իզոտոպները տարբեր զանգվածներ ունեն՝ պայմանավորված տարբեր թիվնեյտրոններ իրենց միջուկներում:

8. Բնության մեջ քիմիական տարրերը գոյություն ունեն որպես իզոտոպների խառնուրդներ։

Նույն քիմիական տարրի իզոտոպային բաղադրությունը արտահայտվում է ատոմային ֆրակցիաներ(ω ժամը.), որոնք ցույց են տալիս, թե որ մասից է տրված իզոտոպի ատոմների թիվը ընդհանուր թիվըբոլոր իզոտոպների ատոմները տրված տարրվերցված որպես միավոր կամ 100%:

Օրինակ:

ω ժամը (35 17 Cl) = 0,754

ω ժամը (37 17 Cl) = 0,246

9. Պարբերական աղյուսակը ցույց է տալիս քիմիական տարրերի հարաբերական ատոմային զանգվածների միջին արժեքները՝ հաշվի առնելով դրանց իզոտոպային կազմը։ Այսպիսով, աղյուսակում նշված A r-ը կոտորակային են:

Ա ռամուսնացնել= ω ժամը (1) ∙ Ար (1) + … + ω ժամը. (n ) ∙ Ար ( n )

Օրինակ:

Ա ռամուսնացնել(Cl) \u003d 0,754 ∙ 35 + 0,246 ∙ 37 \u003d 35,453

10. Առաջադրանք լուծելու.

Թիվ 1. Որոշե՛ք բորի հարաբերական ատոմային զանգվածը, եթե հայտնի է, որ 10 Վ իզոտոպի մոլային բաժինը կազմում է 19,6%, իսկ 11 Վ իզոտոպինը՝ 80,4%։

11. Ատոմների և մոլեկուլների զանգվածները շատ փոքր են: Ներկայումս ֆիզիկայում և քիմիայում ընդունվել է չափման միասնական համակարգ։

1 ամու =մ(a.m.u.) = 1/12 մ(12C) = 1,66057 ∙ 10 -27 կգ \u003d 1,66057 ∙ 10 -24 գ.

Որոշ ատոմների բացարձակ զանգվածներ.

մ( Գ) \u003d 1,99268 ∙ 10 -23 գ

մ( Հ) \u003d 1,67375 ∙ 10 -24 գ

մ( Օ) \u003d 2,656812 ∙ 10 -23 գ

Ա ռ- ցույց է տալիս, թե տվյալ ատոմը քանի անգամ է ծանր 12 C ատոմի 1/12-ից: Մ ր∙ 1,66 ∙ 10 -27 կգ

13. Նյութերի սովորական նմուշներում ատոմների և մոլեկուլների թիվը շատ մեծ է, հետևաբար, նյութի քանակությունը բնութագրելիս օգտագործվում է չափման միավոր.խալ .

· Խլուրդ (ν)- նյութի քանակի միավոր, որը պարունակում է այնքան մասնիկներ (մոլեկուլներ, ատոմներ, իոններ, էլեկտրոններ), որքան ատոմներ կան իզոտոպի 12 գ-ում. 12 Գ

1 ատոմի զանգված 12 Գ 12 ամու է, ուստի 12 գ իզոտոպի ատոմների թիվը 12 Գհավասար է:

Ն Ա= 12 գ / 12 ∙ 1,66057 ∙ 10 -24 գ = 6,0221 ∙ 10 23

· Ֆիզիկական մեծություն Ն Ականչեց մշտական Ավոգադրո (Ավոգադրոյի թիվը) և ունի [ N A ] = մոլ -1 չափս։

14. Հիմնական բանաձևեր.

Մ = Մ ր = ρ ∙ Վմ(ρ – խտություն; V m – ծավալը n.c.-ում)

Անկախ լուծման առաջադրանքներ

Թիվ 1. Հաշվե՛ք ազոտի ատոմների թիվը 100 գ ամոնիումի կարբոնատում, որը պարունակում է 10% ոչ ազոտային կեղտեր:

Թիվ 2. Սովորական պայմաններում ամոնիակից և ածխաթթու գազից բաղկացած 12 լիտր գազային խառնուրդը ունի 18 գ զանգված, քանի՞ լիտր գազ է պարունակում խառնուրդը:

Թիվ 3. 8,24 գ մանգանի օքսիդի խառնուրդի վրա աղաթթվի ավելցուկի ազդեցության տակ (IV) անհայտ MO 2 օքսիդով, որը չի փոխազդում աղաթթվի հետ, 1,344 լ գազ n.o. Մեկ այլ փորձի ժամանակ պարզվել է, որ մանգանի օքսիդի մոլային հարաբերակցությունը (IV) անհայտ օքսիդի նկատմամբ 3:1 է: Սահմանեք անհայտ օքսիդի բանաձևը և հաշվարկեք դրա զանգվածային բաժինը խառնուրդում:

իզոտոպներ- քիմիական տարրի ատոմների (և միջուկների) տարատեսակներ, որոնք ունեն նույն ատոմային (սովորական) թիվը, բայց տարբեր զանգվածային թվեր:

Իզոտոպ տերմինը ձևավորվել է հունարեն isos (ἴσος «հավասար») և topos (τόπος «տեղ») արմատներից, որը նշանակում է «նույն տեղ»; Այսպիսով, անվան իմաստն այն է, որ նույն տարրի տարբեր իզոտոպները նույն դիրքն են զբաղեցնում պարբերական համակարգում։

Ջրածնի երեք բնական իզոտոպներ. Այն փաստը, որ յուրաքանչյուր իզոտոպ ունի մեկ պրոտոն, ունի ջրածնի տարբերակներ. իզոտոպի ինքնությունը որոշվում է նեյտրոնների քանակով: Ձախից աջ իզոտոպներն են՝ պրոտիումը (1H)՝ զրոյական նեյտրոններով, դեյտերիումը (2H)՝ մեկ նեյտրոնով և տրիտիումը (3H)՝ երկու նեյտրոններով։

Ատոմի միջուկի պրոտոնների թիվը կոչվում է ատոմային թիվ և հավասար է չեզոք (ոչ իոնացված) ատոմի էլեկտրոնների թվին։ Յուրաքանչյուր ատոմային թիվ նույնականացնում է որոշակի տարր, բայց ոչ իզոտոպ; Տվյալ տարրի ատոմը կարող է ունենալ նեյտրոնների քանակի լայն տիրույթ։ Միջուկում նուկլոնների (և պրոտոնների, և նեյտրոնների) թիվը ատոմի զանգվածային թիվն է, և տվյալ տարրի յուրաքանչյուր իզոտոպ ունի տարբեր զանգվածային թիվ։

Օրինակ՝ ածխածին-12, ածխածին-13 և ածխածին-14 տարրական ածխածնի երեք իզոտոպներ են՝ համապատասխանաբար 12, 13 և 14 զանգվածային թվերով։ Ածխածնի ատոմային թիվը 6 է, ինչը նշանակում է, որ յուրաքանչյուր ածխածնի ատոմ ունի 6 պրոտոն, ուստի այդ իզոտոպների նեյտրոնային թիվը համապատասխանաբար 6, 7 և 8 է։

Հuclides Եվ իզոտոպներ

Նուկլիդը պատկանում է միջուկին, ոչ թե ատոմին։ Նույնական միջուկները պատկանում են միևնույն նուկլիդին, օրինակ՝ ածխածնի-13 նուկլիդի յուրաքանչյուր միջուկը կազմված է 6 պրոտոնից և 7 նեյտրոնից։ Նուկլիդների հայեցակարգը (նկատի ունենալով առանձին միջուկային տեսակները) ընդգծում է միջուկային հատկությունները քիմիական հատկությունների նկատմամբ, մինչդեռ իզոտոպի հայեցակարգը (յուրաքանչյուր տարրի բոլոր ատոմների խմբավորումը) ընդգծում է քիմիական ռեակցիան միջուկի նկատմամբ: Նեյտրոնների թիվը մեծ ազդեցություն ունի միջուկների հատկությունների վրա, սակայն դրա ազդեցությունը քիմիական հատկությունների վրա աննշան է տարրերի մեծ մասի համար: Նույնիսկ ամենաթեթև տարրերի դեպքում, որտեղ նեյտրոնների և ատոմային թվերի հարաբերակցությունը իզոտոպների միջև ամենաշատը տատանվում է, այն սովորաբար ունենում է միայն աննշան ազդեցություն, թեև որոշ դեպքերում կարևոր է (ջրածնի համար՝ ամենաթեթև տարրը, իզոտոպի էֆեկտը մեծ: Մեծապես ազդել կենսաբանության վրա): Քանի որ իզոտոպն ավելի շատ է հնագույն տերմին, այն ավելի հայտնի է, քան նուկլիդը և դեռ երբեմն օգտագործվում է այնպիսի համատեքստերում, որտեղ նուկլիդը կարող է ավելի հարմար լինել, ինչպիսիք են միջուկային տեխնոլոգիաները և միջուկային բժշկությունը:

Նշում

Իզոտոպը կամ նուկլիդը նույնականացվում է որոշակի տարրի անունով (սա ցույց է տալիս ատոմի համարը), որին հաջորդում է գծիկը և զանգվածային թիվը (օրինակ՝ հելիում-3, հելիում-4, ածխածին-12, ածխածին-14, ուրան): -235, և ուրան-239): Երբ օգտագործվում է քիմիական նշան, օրինակ. «C» ածխածնի համար, ստանդարտ նշումը (այժմ հայտնի է որպես «AZE նշում», քանի որ A-ն զանգվածային թիվն է, Z-ը ատոմային թիվն է, իսկ E-ն տարրի համար) նշանակում է ցույց տալ զանգվածային թիվը (նուկլեոնների թիվը) վերնագրով: քիմիական նշանի վերևի ձախ կողմը և ներքևի ձախ անկյունում նշեք ատոմային համարը ստորագրով): Քանի որ ատոմային թիվը տրվում է տարրի խորհրդանիշով, սովորաբար վերնագրում տրվում է միայն զանգվածային թիվը, իսկ ատոմային ինդեքսը չի տրվում։ m տառը երբեմն կցվում է զանգվածային թվից հետո՝ ցույց տալու միջուկային իզոմեր, մետաստաբիլ կամ էներգետիկորեն գրգռված միջուկային վիճակ (ի տարբերություն ամենացածր էներգիայի հիմնական վիճակի), օրինակ՝ 180m 73Ta (տանտալ-180մ):

Ռադիոակտիվ, առաջնային և կայուն իզոտոպներ

Որոշ իզոտոպներ ռադիոակտիվ են և, հետևաբար, կոչվում են ռադիոիզոտոպներ կամ ռադիոնուկլիդներ, մինչդեռ մյուսները երբեք չեն նկատվել, որ ռադիոակտիվորեն քայքայվում են և կոչվում են կայուն իզոտոպներ կամ կայուն նուկլիդներ: Օրինակ, 14 C-ը ածխածնի ռադիոակտիվ ձև է, մինչդեռ 12 C և 13 C-ը կայուն իզոտոպներ են: Երկրի վրա կան մոտավորապես 339 բնական նուկլիդներ, որոնցից 286-ը սկզբնական նուկլիդներ են, ինչը նշանակում է, որ նրանք գոյություն ունեն իրենց ձևավորման օրվանից: Արեգակնային համակարգ.

Բնօրինակ նուկլիդները ներառում են 32 նուկլիդներ, որոնք ունեն շատ երկար կիսամյակ (ավելի քան 100 միլիոն տարի) և 254-ը, որոնք պաշտոնապես համարվում են «կայուն նուկլիդներ», քանի որ դրանց քայքայումը չի նկատվել: Շատ դեպքերում, հասկանալի պատճառներով, եթե տարրն ունի կայուն իզոտոպներ, ապա այդ իզոտոպները գերակշռում են Երկրի վրա և Արեգակնային համակարգում հայտնաբերված տարրական առատությանը: Այնուամենայնիվ, երեք տարրերի (տելուրիում, ինդիում և ռենիում) դեպքում բնության մեջ հայտնաբերված ամենաառատ իզոտոպը իրականում տարրի մեկ (կամ երկու) չափազանց երկարակյաց ռադիոիզոտոպ(ներ)ն է, չնայած այն հանգամանքին, որ այդ տարրերն ունեն. մեկ կամ մի քանի կայուն իզոտոպներ.

Տեսությունը կանխատեսում է, որ շատ ակնհայտորեն «կայուն» իզոտոպներ/նուկլիդներ ռադիոակտիվ են՝ չափազանց երկար կիսատ կյանքով (չհաշված պրոտոնների քայքայման հնարավորությունը, որը բոլոր նուկլիդները ի վերջո անկայուն կդարձնի)։ 254 նուկլիդներից, որոնք երբեք չեն նկատվել, դրանցից միայն 90-ը (բոլոր առաջին 40 տարրերը) տեսականորեն դիմացկուն են բոլոր հայտնի քայքայման ձևերին: 41-րդ տարրը (նիոբիումը) տեսականորեն անկայուն է ինքնաբուխ տրոհման պատճառով, բայց դա երբեք չի հայտնաբերվել: Շատ այլ կայուն նուկլիդներ տեսականորեն էներգետիկորեն ենթակա են քայքայման այլ հայտնի ձևերի, ինչպիսիք են ալֆա քայքայումը կամ կրկնակի բետա քայքայումը, բայց քայքայման արտադրանքները դեռևս չեն նկատվել, և այդ պատճառով այդ իզոտոպները համարվում են «դիտողականորեն կայուն»: Այս նուկլիդների համար կանխատեսված կիսամյակը հաճախ էապես գերազանցում է տիեզերքի գնահատված տարիքը, և իրականում կան նաև 27 հայտնի ռադիոնուկլիդներ, որոնց կես կյանքն ավելի երկար է, քան տիեզերքի տարիքը:

Ռադիոակտիվ նուկլիդներ, արհեստականորեն ստեղծված, ներկայումս հայտնի են 3339 նուկլիդներ։ Դրանք ներառում են 905 նուկլիդներ, որոնք կա՛մ կայուն են, կա՛մ ունեն 60 րոպեից ավելի կիսամյակ:

Իզոտոպի հատկություններ

Քիմիական և մոլեկուլային հատկություններ

Չեզոք ատոմն ունի նույն թվով էլեկտրոններ, որքան պրոտոնները: Այսպիսով, տվյալ տարրի տարբեր իզոտոպներ ունեն նույն թվով էլեկտրոններ և ունեն նմանատիպ էլեկտրոնային կառուցվածքը. Քանի որ ատոմի քիմիական վարքագիծը մեծապես պայմանավորված է նրա էլեկտրոնային կառուցվածքով, տարբեր իզոտոպներ ցուցաբերում են գրեթե նույնական քիմիական վարքագիծ:

Բացառություն է կազմում կինետիկ իզոտոպների էֆեկտը. իրենց մեծ զանգվածների պատճառով ավելի ծանր իզոտոպները հակված են մի փոքր ավելի դանդաղ արձագանքելու, քան նույն տարրի ավելի թեթև իզոտոպները: Սա առավել ցայտուն է պրոտիումի (1 H), դեյտերիումի (2 H) և տրիտիումի (3 H) դեպքում, քանի որ դեյտերիումի զանգվածը կրկնակի մեծ է պրոտիումի զանգվածից, իսկ տրիտիումը՝ երեք անգամ պրոտիումի զանգվածից: Այս զանգվածային տարբերությունները նույնպես ազդում են իրենց համապատասխան վարքագծի վրա քիմիական կապեր, փոխելով ատոմային համակարգերի ծանրության կենտրոնը (նվազեցված զանգվածը): Այնուամենայնիվ, ավելի ծանր տարրերի դեպքում իզոտոպների միջև հարաբերական զանգվածի տարբերությունը շատ ավելի փոքր է, ուստի զանգվածային տարբերության ազդեցությունը քիմիայում սովորաբար աննշան է: (Ծանր տարրերն ունեն նաև համեմատաբար ավելի շատ նեյտրոններ, քան թեթև տարրերը, ուստի միջուկային զանգվածի և էլեկտրոնային ընդհանուր զանգվածի հարաբերակցությունը փոքր-ինչ ավելի մեծ է):

Նմանապես, երկու մոլեկուլներ, որոնք տարբերվում են միայն իրենց ատոմների իզոտոպներով (իզոտոպոլոգներ) ունեն նույն էլեկտրոնային կառուցվածքը և, հետևաբար, գրեթե անտարբեր ֆիզիկական և քիմիական հատկությունները (կրկին, դեյտերիումի և տրիտիումի հիմնական բացառությունները): Մոլեկուլի թրթռման եղանակները որոշվում են նրա ձևով և նրա բաղկացուցիչ ատոմների զանգվածներով. Հետևաբար, տարբեր իզոտոպոլոգներ ունեն թրթռման ռեժիմների տարբեր խմբեր: Քանի որ թրթռման ռեժիմները թույլ են տալիս մոլեկուլին կլանել համապատասխան էներգիաների ֆոտոնները, իզոտոպոլոգներն ունեն տարբեր օպտիկական հատկություններ ինֆրակարմիրում:

Միջուկային հատկություններ և կայունություն

Իզոտոպային կիսամյակներ: Կայուն իզոտոպների գրաֆիկը շեղվում է Z = N գծից, քանի որ Z տարրի թիվը մեծանում է

Ատոմային միջուկները կազմված են պրոտոններից և նեյտրոններից, որոնք միմյանց հետ կապված են մնացորդներով ուժեղ ուժ. Քանի որ պրոտոնները դրական լիցքավորված են, նրանք վանում են միմյանց։ Նեյտրոնները, որոնք էլեկտրականորեն չեզոք են, կայունացնում են միջուկը երկու եղանակով. Նրանց շփումը մի փոքր հետ է մղում պրոտոնները՝ նվազեցնելով պրոտոնների միջև էլեկտրաստատիկ վանումը, և նրանք միմյանց և պրոտոնների վրա գործադրում են գրավիչ միջուկային ուժ։ Այդ պատճառով միջուկին երկու կամ ավելի պրոտոնների միացման համար անհրաժեշտ է մեկ կամ մի քանի նեյտրոն։ Պրոտոնների քանակի աճին զուգահեռ աճում է նեյտրոնների և պրոտոնների հարաբերակցությունը, որն անհրաժեշտ է կայուն միջուկ ապահովելու համար (տես աջ կողմում գտնվող գծապատկերը): Օրինակ, թեև նեյտրոնի հարաբերակցությունը` պրոտոն 3 2 Նա 1:2 է, նեյտրոնի հարաբերակցությունը` պրոտոն 238 92 U.
Ավելի քան 3:2. Մի շարք ավելի թեթեւ տարրեր ունեն կայուն նուկլիդներ՝ 1:1 հարաբերակցությամբ (Z = N): 40 20 Ca (կալցիում-40) նուկլիդը նույն թվով նեյտրոններով և պրոտոններով դիտվող ամենածանր կայուն նուկլիդն է. (Տեսականորեն ամենածանր ախոռը ծծումբ-32-ն է): Կալցիում-40-ից ծանր բոլոր կայուն նուկլիդները պարունակում են ավելի շատ նեյտրոններ, քան պրոտոններ:

Իզոտոպների քանակը մեկ տարրի համար

Կայուն իզոտոպներով 81 տարրերից, ամենամեծ թիվըՑանկացած տարրի համար դիտարկվող կայուն իզոտոպները տաս են (անագ տարրի համար): Ոչ մի տարր չունի ինը կայուն իզոտոպ: Քսենոնը միակ տարրն է, որն ունի ութ կայուն իզոտոպ: Չորս տարր ունի յոթ կայուն իզոտոպ, որից ութը՝ վեց կայուն իզոտոպ, տասը՝ հինգ կայուն իզոտոպ, ինը՝ չորս կայուն իզոտոպ, հինգը՝ երեք կայուն իզոտոպ, 16-ը՝ երկու կայուն իզոտոպ, և 26 տարր՝ միայն մեկը (որից 19-ը՝ այսպես կոչված մոնոնուկլիդային տարրերը, որոնք ունեն մեկ սկզբնական կայուն իզոտոպ, որը գերակշռում և բարձր ճշգրտությամբ ֆիքսում է բնական տարրի ատոմային քաշը, առկա են նաև 3 ռադիոակտիվ մոնոնուկլիդային տարրեր): IN ընդհանուրկան 254 նուկլիդներ, որոնց քայքայումը չի նկատվել: Մեկ կամ մի քանի կայուն իզոտոպ ունեցող 80 տարրերի համար կայուն իզոտոպների միջին թիվը կազմում է 254/80 = 3,2 իզոտոպ մեկ տարրի համար։

Նուկլոնների զույգ և կենտ թվեր

Պրոտոններ. նեյտրոնների հարաբերակցությունը միջուկային կայունության վրա ազդող միակ գործոնը չէ: Դա կախված է նաև նրա Z ատոմային թվի հավասարությունից կամ տարօրինակությունից, N նեյտրոնների թվից, հետևաբար, դրանց զանգվածային թվի գումարից: Z և N կենտը հակված է նվազեցնելու միջուկային կապող էներգիան՝ ստեղծելով կենտ միջուկներ, որոնք սովորաբար ավելի քիչ կայուն են: . Հարևան միջուկների, հատկապես կենտ իզոբարների միջև միջուկային կապող էներգիայի այս զգալի տարբերությունն ունի կարևոր հետևանքներ. նեյտրոնների կամ պրոտոնների ոչ օպտիմալ քանակով անկայուն իզոտոպները քայքայվում են բետա-քայքայմամբ (ներառյալ պոզիտրոնային քայքայումը), էլեկտրոնների գրավումը կամ այլ էկզոտիկ միջոցներ, ինչպիսիք են ինքնաբուխ տրոհումը և քայքայվել, կլաստերներ.

Կայուն նուկլիդների մեծ մասը զույգ թվով պրոտոններ և զույգ թվով նեյտրոններ են, որտեղ Z, N և A բոլորը զույգ են: Կենտ կայուն նուկլիդները բաժանվում են (մոտավորապես հավասարապես) կենտների։

ատոմային համարը

148 հավասար պրոտոնային, նույնիսկ նեյտրոնային (EE) նուկլիդները կազմում են բոլոր կայուն նուկլիդների ~58%-ը։ Կան նաև 22 նախնադարյան երկարակյաց նույնիսկ նուկլիդներ։ Արդյունքում, 2-ից 82-ի 41 զույգ տարրերից յուրաքանչյուրն ունի առնվազն մեկ կայուն իզոտոպ, և այդ տարրերից շատերն ունեն բազմաթիվ առաջնային իզոտոպներ: Այս զույգ տարրերի կեսն ունի վեց կամ ավելի կայուն իզոտոպներ: Հելիում-4-ի ծայրահեղ կայունությունը, երկու պրոտոնների և երկու նեյտրոնների երկուական կապի շնորհիվ, թույլ չի տալիս հինգ կամ ութ նուկլոն պարունակող ցանկացած նուկլիդ գոյություն ունենալ այնքան երկար, որ ծառայի որպես միջուկային միաձուլման միջոցով ավելի ծանր տարրերի կուտակման հարթակներ:

Այս 53 կայուն նուկլիդներն ունեն զույգ թիվպրոտոններ և կենտ թվով նեյտրոններ։ Նրանք փոքրամասնություն են՝ համեմատած զույգ իզոտոպների հետ, որոնք մոտ 3 անգամ ավելի շատ են։ 41 զույգ-Z տարրերից, որոնք ունեն կայուն նուկլիդ, միայն երկու տարր (արգոն և ցերիում) չունեն զույգ-կենտ կայուն նուկլիդներ։ Մեկ տարր (անագ) ունի երեք. Կան 24 տարր, որոնք ունեն մեկ կենտ-զույգ նուկլիդ և 13-ը, որոնք ունեն երկու կենտ-զույգ նուկլիդներ:

Իրենց կենտ նեյտրոնային թվերի պատճառով զույգ-կենտ նուկլիդները հակված են ունենալ մեծ հատվածներնեյտրոնների գրավումը էներգիայի շնորհիվ, որն առաջանում է նեյտրոնների միացման հետևանքներից: Այս կայուն նուկլիդները կարող են անսովոր առատ լինել բնության մեջ, հիմնականում այն պատճառով, որ ձևավորվելու և սկզբնական առատության մեջ մտնելու համար նրանք պետք է խուսափեն նեյտրոնների գրավումից, որպեսզի ձևավորեն այլ կայուն զույգ-կենտ իզոտոպներ՝ s-ի գործընթացի և r-ի ընթացքում: նեյտրոնների գրավման գործընթացը նուկլեոսինթեզի ընթացքում.

կենտ ատոմային թիվ

48 կայուն կենտ պրոտոնային և զույգ նեյտրոնային նուկլիդները, որոնք կայունացել են իրենց զույգ նեյտրոնների զույգ թվով, կազմում են կենտ տարրերի կայուն իզոտոպների մեծ մասը. Շատ քիչ կենտ-պրոտոն-կենտ նեյտրոնային նուկլիդներ են կազմում մյուսները: Z = 1-ից մինչև 81-ը կա 41 կենտ տարր, որոնցից 39-ն ունեն կայուն իզոտոպներ (տեխնիում (43 Tc) և պրոմեթիում (61 Pm) տարրերը չունեն կայուն իզոտոպներ): Այս 39 կենտ Z տարրերից 30 տարրը (ներառյալ ջրածինը-1-ը, որտեղ 0 նեյտրոնը զույգ է) ունի մեկ կայուն կենտ-զույգ իզոտոպ, և ինը տարր՝ քլոր (17 Cl), կալիում (19K), պղինձ (29 Cu), գալիումը (31 Ga), բրոմը (35 Br), արծաթը (47 Ag), անտիմոնը (51 Sb), իրիդիումը (77 Ir) և թալիումը (81 Tl) ունեն երկու կենտ-զույգ կայուն իզոտոպներ: Այսպիսով, ստացվում է 30 + 2 (9) = 48 կայուն հավասարաչափ իզոտոպներ։

Միայն հինգ կայուն նուկլիդներ են պարունակում և՛ կենտ թվով պրոտոններ, և՛ կենտ թվով նեյտրոններ։ Առաջին չորս «կենտ-կենտ» նուկլիդները տեղի են ունենում ցածր մոլեկուլային քաշի նուկլիդներում, որոնց դեպքում պրոտոնից նեյտրոնի փոխվելը կամ հակառակը կհանգեցնի պրոտոն-նեյտրոնների շատ շեղ հարաբերակցության:

Միակ ամբողջովին «կայուն», կենտ-կենտ նուկլիդը 180 մ 73 Տա է, որը համարվում է 254 կայուն իզոտոպներից ամենահազվագյուտը և միակ նախնական միջուկային իզոմերն է, որը դեռևս չի նկատվել, որ քայքայվում է, չնայած փորձարարական փորձերին:

Կենտ թվով նեյտրոններ

Կենտ թվով նեյտրոններ ունեցող ակտինիդները հակված են տրոհվելու (ջերմային նեյտրոնների հետ), մինչդեռ զույգ նեյտրոնային թվով ակտինիդները հակված են ոչ ճեղքվելու, թեև դրանք տրոհվում են արագ նեյտրոնների մեջ։ Բոլոր դիտողականորեն կայուն կենտ-կենտ նուկլիդներն ունեն ոչ զրոյական ամբողջ թվի սպին։ Դա պայմանավորված է նրանով, որ մեկ չզույգված նեյտրոնը և չզույգված պրոտոնը միմյանց նկատմամբ ավելի շատ միջուկային ուժ են գրավում, եթե նրանց սպինները հավասարեցված են (առաջացնելով առնվազն 1 միավորի ընդհանուր սպին), այլ ոչ թե հավասարեցված:

Բնության մեջ հայտնվելը

Տարրերը կազմված են մեկ կամ մի քանի բնական իզոտոպներից։ Անկայուն (ռադիոակտիվ) իզոտոպները կամ առաջնային են կամ հետօրինակ: Սկզբնական իզոտոպները աստղային նուկլեոսինթեզի կամ այլ տեսակի նուկլեոսինթեզի արդյունք էին, ինչպիսին է տիեզերական ճառագայթների տրոհումը, և պահպանվել են մինչ օրս, քանի որ դրանց քայքայման արագությունը շատ դանդաղ է (օրինակ՝ ուրան-238 և կալիում-40): Հետբնական իզոտոպները ստեղծվել են տիեզերական ճառագայթների ռմբակոծման արդյունքում՝ որպես տիեզերական նուկլիդներ (օրինակ՝ տրիտում, ածխածին-14) կամ ռադիոակտիվ սկզբնական իզոտոպի քայքայումը ռադիոակտիվ ռադիոգենային նուկլիդի դուստր (օրինակ՝ ուրանից ռադիում): Մի քանի իզոտոպներ բնականաբար սինթեզվում են որպես նուկլեոգեն նուկլիդներ, մյուսները՝ բնական միջուկային ռեակցիաներ, օրինակ, երբ բնական միջուկային տրոհումից առաջացած նեյտրոնները կլանում են մեկ այլ ատոմ։

Ինչպես նշվեց վերևում, միայն 80 տարրն ունի կայուն իզոտոպ, և նրանցից 26-ն ունեն միայն մեկ կայուն իզոտոպ: Այսպիսով, կայուն տարրերի մոտ երկու երրորդը, բնականաբար, հանդիպում են Երկրի վրա՝ մի քանի կայուն իզոտոպներով, ընդ որում, տարրի համար կայուն իզոտոպների ամենամեծ թիվը տասը է՝ անագի համար (50Sn): Երկրի վրա գոյություն ունի մոտ 94 տարր (մինչև և ներառյալ պլուտոնիումը), թեև որոշ տարրեր հանդիպում են միայն շատ փոքր քանակությամբ, օրինակ՝ պլուտոնիում-244: Գիտնականները կարծում են, որ տարրերը, որոնք բնականաբար հանդիպում են Երկրի վրա (որոշ միայն որպես ռադիոիզոտոպներ) ընդհանուր առմամբ հանդիպում են 339 իզոտոպների (նուկլիդների) տեսքով: Այս բնական իզոտոպներից միայն 254-ն են կայուն այն առումով, որ մինչ օրս չեն դիտարկվել: Լրացուցիչ 35 սկզբնական նուկլիդներ (ընդհանուր 289 սկզբնական նուկլիդներ) ռադիոակտիվ են՝ հայտնի կիսամյակներով, բայց ունեն 80 միլիոն տարին գերազանցող կիսատ կյանք, ինչը թույլ է տալիս նրանց գոյություն ունենալ Արեգակնային համակարգի սկզբից:

Բոլոր հայտնի կայուն իզոտոպները բնականաբար հանդիպում են Երկրի վրա. Մյուս բնական իզոտոպները ռադիոակտիվ են, բայց նրանց համեմատաբար երկար կիսամյակի կամ այլ շարունակական բնական արտադրության մեթոդների պատճառով: Դրանք ներառում են վերը նշված տիեզերածին նուկլիդները, նուկլեոգեն նուկլիդները և ցանկացած ռադիոգենիկ իզոտոպներ, որոնք առաջանում են առաջնային ռադիոակտիվ իզոտոպների շարունակական քայքայման արդյունքում, ինչպիսիք են ռադոնը և ռադիումը ուրանից:

Եվս 3000 ռադիոակտիվ իզոտոպներ, որոնք բնության մեջ չեն հայտնաբերվել, ստեղծվել են միջուկային ռեակտորներում և մասնիկների արագացուցիչներում: Շատ կարճատև իզոտոպներ չեն հայտնաբերվել բնականաբարԵրկրի վրա նկատվել են նաև սպեկտրոսկոպիկ վերլուծության միջոցով, որոնք բնականաբար ստացվել են աստղերում կամ գերնոր աստղերում: Օրինակ՝ ալյումին-26-ն է, որը բնականաբար չի հանդիպում Երկրի վրա, սակայն առատորեն հանդիպում է աստղագիտական մասշտաբով։

Տարրերի աղյուսակավորված ատոմային զանգվածները միջիններ են, որոնք բացատրում են տարբեր զանգվածներով բազմաթիվ իզոտոպների առկայությունը։ Մինչև իզոտոպների հայտնաբերումը, ատոմային զանգվածի համար էմպիրիկորեն որոշված ոչ ինտեգրված արժեքները շփոթության մեջ էին գցում գիտնականներին: Օրինակ, քլորի նմուշը պարունակում է 75,8% քլոր-35 և 24,2% քլոր-37, ինչը տալիս է միջին ատոմային զանգվածը 35,5 ատոմային զանգվածի միավոր:

Համաձայն տիեզերագիտության ընդհանուր ընդունված տեսության՝ Մեծ պայթյունի ժամանակ ստեղծվել են միայն ջրածնի և հելիումի իզոտոպները, լիթիումի և բերիլիումի որոշ իզոտոպների և, հնարավոր է, բորի որոշ իզոտոպներ, իսկ մնացած բոլոր իզոտոպները սինթեզվել են ավելի ուշ՝ աստղերում և գերնոր աստղերև նաև էներգետիկ մասնիկների փոխազդեցության մեջ, ինչպիսիք են տիեզերական ճառագայթները և նախկինում արտադրված իզոտոպները: Երկրի վրա իզոտոպների համապատասխան իզոտոպային առատությունը պայմանավորված է այդ գործընթացների արդյունքում առաջացած քանակներով, գալակտիկայով դրանց տարածմամբ և անկայուն իզոտոպների քայքայման արագությամբ: Արեգակնային համակարգի սկզբնական միաձուլումից հետո իզոտոպները վերաբաշխվեցին ըստ զանգվածի, և տարրերի իզոտոպային կազմը մի փոքր տարբերվում է մոլորակից մոլորակ: Սա երբեմն հնարավորություն է տալիս հետևել երկնաքարերի ծագմանը:

Իզոտոպների ատոմային զանգված

Իզոտոպի ատոմային զանգվածը (mr) որոշվում է հիմնականում նրա զանգվածային թվով (այսինքն՝ միջուկի նուկլոնների քանակով)։ Փոքր ուղղումները պայմանավորված են միջուկի միացման էներգիայով, պրոտոնի և նեյտրոնի զանգվածի փոքր տարբերությամբ և ատոմի հետ կապված էլեկտրոնների զանգվածով։

Զանգվածային համարը անչափ մեծություն է։ Մյուս կողմից, ատոմային զանգվածը չափվում է ատոմային զանգվածի միավորի միջոցով՝ հիմնվելով ածխածնի 12 ատոմի զանգվածի վրա: Այն նշվում է «u» (միասնական ատոմային զանգվածի միավորի համար) կամ «Da» (դալտոնի համար) նշաններով։

Տարրի բնական իզոտոպների ատոմային զանգվածները որոշում են տարրի ատոմային զանգվածը։ Երբ տարրը պարունակում է N իզոտոպներ, ստորև բերված արտահայտությունը վերաբերում է միջին ատոմային զանգվածին.

Որտեղ m 1, m 2, …, mN յուրաքանչյուր առանձին իզոտոպի ատոմային զանգվածներն են, իսկ x 1, …, xN այս իզոտոպների հարաբերական առատությունն է:

Իզոտոպների կիրառում

Կան մի քանի ծրագրեր, որոնք օգտագործում են տվյալ տարրի տարբեր իզոտոպների հատկությունները: Իզոտոպների տարանջատումը կարևոր տեխնոլոգիական խնդիր է, հատկապես ծանր տարրերի դեպքում, ինչպիսիք են ուրանը կամ պլուտոնիումը: Ավելի թեթև տարրերը, ինչպիսիք են լիթիումը, ածխածինը, ազոտը և թթվածինը, սովորաբար բաժանվում են իրենց միացությունների գազային դիֆուզիայի միջոցով, ինչպիսիք են CO և NO: Ջրածնի և դեյտերիումի տարանջատումը անսովոր է, քանի որ այն հիմնված է ոչ թե ֆիզիկական, այլ քիմիական հատկությունների վրա, ինչպիսին է Գիրդլերի սուլֆիդային պրոցեսը: Ուրանի իզոտոպները տարանջատվել են ըստ ծավալի գազային դիֆուզիայի, գազի ցենտրիֆուգման, լազերային իոնացման բաժանման և (Մանհեթենի նախագծում) ըստ զանգվածային սպեկտրոմետրիայի արտադրության տեսակի:

Քիմիական և կենսաբանական հատկությունների օգտագործումը

Իզոտոպային անալիզը իզոտոպային ստորագրության որոշումն է, տվյալ տարրի իզոտոպների հարաբերական առատությունը որոշակի նմուշում: Հատկապես սննդանյութերի համար կարող են առաջանալ C, N և O իզոտոպների զգալի տատանումներ: Նման տատանումների վերլուծությունն ունի կիրառությունների լայն շրջանակ, ինչպիսին է հայտնաբերումը: սննդամթերքկամ աշխարհագրական ծագումապրանքներ՝ օգտագործելով իզոսկոպիա: Մարսից ծագող որոշ երկնաքարերի նույնականացումը մասամբ հիմնված է դրանցում պարունակվող հետագծային գազերի իզոտոպի վրա:
Իզոտոպային փոխարինումը կարող է օգտագործվել քիմիական ռեակցիայի մեխանիզմը որոշելու համար կինետիկ իզոտոպային էֆեկտի միջոցով:
Մեկ այլ տարածված կիրառություն է իզոտոպային պիտակավորումը, անսովոր իզոտոպների օգտագործումը որպես հետքեր կամ մարկերներ քիմիական ռեակցիաներ. Սովորաբար տվյալ տարրի ատոմները միմյանցից չեն տարբերվում։ Այնուամենայնիվ, օգտագործելով իզոտոպներ տարբեր զանգվածներ, նույնիսկ տարբեր ոչ ռադիոակտիվ կայուն իզոտոպները կարելի է տարբերել զանգվածային սպեկտրոմետրիայի կամ ինֆրակարմիր սպեկտրոսկոպիայի միջոցով։ Օրինակ, «Stable Isotope Labeling of Amino Acids in Cell Culture»-ում (SILAC), կայուն իզոտոպները օգտագործվում են սպիտակուցների քանակականացման համար: Եթե օգտագործվում են ռադիոակտիվ իզոտոպներ, ապա դրանք կարող են հայտնաբերվել իրենց արձակած ճառագայթման միջոցով (սա կոչվում է ռադիոիզոտոպային նշում):
Իզոտոպները սովորաբար օգտագործվում են տարբեր տարրերի կամ նյութերի կոնցենտրացիան որոշելու համար՝ օգտագործելով իզոտոպային նոսրացման մեթոդը, որի ժամանակ իզոտոպային փոխարինված միացությունների հայտնի քանակները խառնվում են նմուշների հետ և ստացված խառնուրդների իզոտոպային բնութագրերը որոշվում են զանգվածային սպեկտրոմետրիայի միջոցով:

Օգտագործելով միջուկային հատկությունները

Ռադիոիզոտոպների պիտակավորմանը նման մի մեթոդ ռադիոմետրիկ թվագրումն է. օգտագործելով անկայուն տարրի կիսամյակը, կարելի է հաշվարկել իզոտոպների հայտնի կոնցենտրացիայի գոյությունից հետո անցած ժամանակը: Առավել լայն հայտնի օրինակ— ռադիոածխածնային թվագրում, որն օգտագործվում է ածխածնային նյութերի տարիքը որոշելու համար:
Սպեկտրոսկոպիայի որոշ ձևեր հիմնված են հատուկ իզոտոպների եզակի միջուկային հատկությունների վրա՝ ինչպես ռադիոակտիվ, այնպես էլ կայուն: Օրինակ՝ միջուկային մագնիսական ռեզոնանսային (NMR) սպեկտրոսկոպիան կարող է օգտագործվել միայն ոչ զրոյական միջուկային սպինով իզոտոպների համար։ NMR սպեկտրոսկոպիայում օգտագործվող ամենատարածված իզոտոպներն են 1 H, 2 D, 15 N, 13 C և 31 P:
Մյոսբաուերի սպեկտրոսկոպիան նույնպես հիմնված է հատուկ իզոտոպների միջուկային անցումների վրա, ինչպիսիք են 57 Fe-ը:

· Կիսաժամկետ · Զանգվածային թիվը · Միջուկային շղթայական ռեակցիա

Տերմինաբանություն

Իզոտոպների հայտնաբերման պատմություն

Առաջին ապացույցն այն մասին, որ նույն քիմիական վարքագիծ ունեցող նյութերը կարող են ունենալ տարբեր ֆիզիկական հատկություններ, ստացվել է ծանր տարրերի ատոմների ռադիոակտիվ փոխակերպումների ուսումնասիրությունից: 1906-07 թվականներին պարզ դարձավ, որ ուրանի ռադիոակտիվ քայքայման արտադրանքը՝ իոնիումը և թորիումի ռադիոակտիվ քայքայման արդյունքը՝ ռադիոթորիումը, ունեն նույն քիմիական հատկությունները, ինչ թորիումը, բայց տարբերվում են նրանից ատոմային զանգվածով և ռադիոակտիվության բնութագրերով։ քայքայումը. Հետագայում պարզվեց, որ բոլոր երեք արտադրանքներն ունեն նույն օպտիկական և ռենտգենյան սպեկտրները: Նյութեր, որոնք նույնական են քիմիական հատկություններ, բայց տարբեր ատոմային զանգվածով և որոշ ֆիզիկական հատկություններ, անգլիացի գիտնական Ֆ.Սոդդիի առաջարկով, սկսեցին կոչվել իզոտոպներ։

Իզոտոպները բնության մեջ

Ենթադրվում է, որ Երկրի վրա տարրերի իզոտոպային կազմը բոլոր նյութերում նույնն է։ Մի քանի ֆիզիկական գործընթացներբնության մեջ հանգեցնում է տարրերի իզոտոպային կազմի խախտման (բնական կոտորակումթեթև տարրերին բնորոշ իզոտոպներ, ինչպես նաև իզոտոպային տեղաշարժեր բնական երկարակյաց իզոտոպների քայքայման ժամանակ): Միջուկների միներալներում աստիճանական կուտակումը՝ որոշ երկարակյաց նուկլիդների քայքայման արգասիքները օգտագործվում են միջուկային աշխարհագրության մեջ։

Մարդկանց կողմից իզոտոպների օգտագործումը

Տեխնոլոգիական գործունեության ընթացքում մարդիկ սովորել են փոխել տարրերի իզոտոպային բաղադրությունը՝ ցանկացած ստանալու համար հատուկ հատկություններնյութեր. Օրինակ, 235 U-ն ունակ է ջերմային նեյտրոնային տրոհման շղթայական ռեակցիայի և կարող է օգտագործվել որպես միջուկային ռեակտորների կամ միջուկային զենքի վառելիք: Սակայն բնական ուրանը պարունակում է այս նուկլիդի ընդամենը 0,72%-ը, մինչդեռ շղթայական ռեակցիագործնականում հնարավոր է միայն այն դեպքում, երբ 235 U-ի պարունակությունը 3%-ից ոչ պակաս է։ Մոտության պատճառով ֆիզիկական և քիմիական հատկություններԾանր տարրերի իզոտոպներ, ուրանի իզոտոպային հարստացման ընթացակարգը չափազանց բարդ տեխնոլոգիական խնդիր է, որը հասանելի է աշխարհի միայն մեկ տասնյակ պետությունների համար։ Գիտության և տեխնիկայի շատ ճյուղերում (օրինակ, ռադիոիմունային վերլուծության մեջ) օգտագործվում են իզոտոպային պիտակներ։