Bahkan para filsuf kuno menyarankan bahwa materi dibangun dari atom. Namun, fakta bahwa "batu bata" alam semesta itu sendiri terdiri dari partikel terkecil, para ilmuwan mulai menebak hanya pada pergantian abad ke-19 dan ke-20. Eksperimen yang membuktikan hal ini membuat revolusi nyata dalam sains pada masanya. Ini adalah proporsi bagian penyusun membedakan satu unsur kimia dengan unsur lainnya. Masing-masing memiliki tempat tersendiri sesuai dengan nomor urutnya. Tetapi ada jenis atom yang menempati sel yang sama dalam tabel, meskipun ada perbedaan massa dan sifat. Mengapa demikian dan apa isotop dalam kimia akan dibahas nanti.

Atom dan partikelnya

Menjelajahi struktur materi melalui pemboman dengan partikel alfa, E. Rutherford membuktikan pada tahun 1910 bahwa ruang utama atom diisi dengan kekosongan. Dan hanya di tengah adalah inti. Elektron negatif bergerak dalam orbit di sekitarnya, membentuk cangkang sistem ini. Begitulah cara itu dibuat model planet"batu bata" materi.

Apa itu isotop? Ingat dari pelajaran kimia bahwa inti juga memiliki struktur kompleks. Ini terdiri dari proton positif dan neutron yang tidak bermuatan. Jumlah yang pertama menentukan karakteristik kualitatif unsur kimia. Ini adalah jumlah proton yang membedakan zat satu sama lain, memberi inti mereka dengan muatan tertentu. Dan atas dasar ini, mereka diberi nomor seri dalam tabel periodik. Tetapi jumlah neutron dalam unsur kimia yang sama membedakannya menjadi isotop. Definisi dalam kimia konsep ini sehingga berikut ini dapat diberikan. Ini adalah jenis atom yang berbeda dalam komposisi inti, memiliki muatan dan nomor seri yang sama, tetapi memiliki nomor massa yang berbeda karena perbedaan jumlah neutron.

Notasi

Belajar kimia di kelas 9 dan isotop, siswa akan belajar tentang diterima legenda. Huruf Z menandai muatan inti. Angka ini bertepatan dengan jumlah proton dan karena itu merupakan indikatornya. Jumlah unsur-unsur ini dengan neutron, ditandai dengan tanda N, adalah A - nomor massa. Keluarga isotop dari satu zat, sebagai suatu peraturan, ditunjukkan oleh ikon unsur kimia itu, yang dalam tabel periodik diberkahi dengan nomor seri yang sesuai dengan jumlah proton di dalamnya. Superskrip kiri yang ditambahkan ke ikon yang ditentukan sesuai dengan nomor massa. Misalnya, 238 U. Muatan suatu unsur (dalam hal ini, uranium, ditandai dengan nomor seri 92) ditunjukkan dengan indeks serupa di bawah ini.

Mengetahui data ini, seseorang dapat dengan mudah menghitung jumlah neutron dalam isotop tertentu. Itu sama dengan nomor massa dikurangi nomor seri: 238 - 92 \u003d 146. Jumlah neutron bisa lebih sedikit, dari sini unsur kimia ini tidak akan berhenti menjadi uranium. Perlu dicatat bahwa paling sering pada zat lain yang lebih sederhana, jumlah proton dan neutron kira-kira sama. Informasi tersebut membantu untuk memahami apa itu isotop dalam kimia.

Nukleon

Ini adalah jumlah proton yang memberikan individualitas pada elemen tertentu, dan jumlah neutron tidak memengaruhinya dengan cara apa pun. Tetapi massa atom terdiri dari dua elemen yang ditunjukkan ini, memiliki nama yang umum"nukleon", mewakili jumlah mereka. Namun, indikator ini tidak bergantung pada mereka yang membentuk kulit atom yang bermuatan negatif. Mengapa? Ini layak hanya membandingkan.

Fraksi massa proton dalam atom besar dan kira-kira 1 AU. u m atau 1,672 621 898 (21) 10 -27 kg. Neutron mendekati parameter partikel ini (1.674 927 471 (21) 10 -27 kg). Tetapi massa elektron ribuan kali lebih kecil, dianggap dapat diabaikan dan tidak diperhitungkan. Itulah sebabnya, mengetahui superskrip suatu unsur dalam kimia, tidaklah sulit untuk mengetahui komposisi inti isotop.

Isotop hidrogen

Isotop unsur-unsur tertentu begitu terkenal dan umum di alam sehingga mereka telah menerima nama mereka sendiri. Contoh paling jelas dan paling sederhana dari ini adalah hidrogen. PADA vivo itu ditemukan dalam varietas yang paling melimpah, protium. Unsur ini memiliki nomor massa 1, dan intinya terdiri dari satu proton.

Jadi apa itu isotop hidrogen dalam kimia? Seperti yang Anda ketahui, atom-atom zat ini memiliki nomor pertama dalam tabel periodik dan, karenanya, diberkahi di alam dengan nomor muatan 1. Tetapi jumlah neutron dalam inti atom berbeda untuk mereka. Deuterium, sebagai hidrogen berat, selain proton, memiliki satu partikel lagi di dalam nukleus, yaitu neutron. Akibatnya, zat ini menunjukkan dirinya sendiri properti fisik, tidak seperti protium, memiliki berat, titik leleh, dan titik didihnya sendiri.

Tritium

Tritium adalah yang paling kompleks dari semuanya. Ini adalah hidrogen superberat. Menurut definisi isotop dalam kimia, ia memiliki nomor tagihan 1, tetapi nomor massanya adalah 3. Sering disebut triton, karena selain satu proton, ia memiliki dua neutron di dalam nukleus, yaitu terdiri dari tiga elemen. Nama elemen ini, ditemukan pada tahun 1934 oleh Rutherford, Oliphant dan Harteck, telah diusulkan bahkan sebelum penemuannya.

Ini adalah zat yang tidak stabil yang menunjukkan sifat radioaktif. Nukleusnya memiliki kemampuan untuk membelah dengan pelepasan partikel beta dan antineutrino elektron. Energi peluruhan zat ini tidak terlalu tinggi yaitu sebesar 18,59 keV. Karena itu, radiasi semacam itu tidak terlalu berbahaya bagi manusia. Pakaian biasa dan sarung tangan bedah dapat melindunginya. Dan unsur radioaktif yang diperoleh dengan makanan ini dengan cepat dikeluarkan dari tubuh.

Isotop uranium

Jauh lebih berbahaya Berbagai jenis uranium, yang 26 di antaranya diketahui sains saat ini.Oleh karena itu, ketika berbicara tentang isotop apa dalam kimia, tidak mungkin untuk tidak menyebutkan elemen ini. Terlepas dari berbagai jenis uranium, hanya tiga isotopnya yang terjadi di alam. Ini termasuk 234 U, 235 U, 238 U. Yang pertama, memiliki properti yang cocok, secara aktif digunakan sebagai bahan bakar dalam reaktor nuklir. Dan yang terakhir - untuk produksi plutonium-239, yang dengan sendirinya, pada gilirannya, sangat diperlukan sebagai bahan bakar yang paling berharga.

Masing-masing unsur radioaktif memiliki ciri khasnya sendiri, yaitu lamanya waktu di mana zat tersebut membelah dengan perbandingan . Artinya, sebagai hasil dari proses ini, jumlah bagian zat yang diawetkan menjadi setengahnya. Periode waktu untuk uranium ini sangat besar. Misalnya, untuk isotop-234, diperkirakan 270 milenium, dan untuk dua varietas terindikasi lainnya, itu jauh lebih signifikan. Rekor waktu paruh adalah uranium-238, berlangsung miliaran tahun.

Nuklida

Tidak masing-masing jenis atom, dicirikan oleh miliknya sendiri dan secara ketat nomor tertentu proton dan elektron, sangat stabil sehingga setidaknya ada periode panjang yang cukup untuk mempelajarinya. Mereka yang relatif stabil disebut nuklida. Formasi stabil semacam ini tidak mengalami peluruhan radioaktif. Tidak stabil disebut radionuklida dan, pada gilirannya, juga dibagi menjadi berumur pendek dan berumur panjang. Seperti diketahui dari pelajaran kimia kelas 11 tentang struktur atom isotop, osmium dan platinum memiliki jumlah radionuklida paling banyak. Kobalt dan emas masing-masing memiliki satu kandang, dan bilangan terbesar nuklida stabil dalam timah.

Perhitungan nomor seri isotop

Sekarang mari kita coba meringkas informasi yang dijelaskan sebelumnya. Setelah memahami apa itu isotop dalam kimia, inilah saatnya untuk mencari tahu bagaimana Anda dapat menggunakan pengetahuan yang diperoleh. Pertimbangkan itu contoh spesifik. Misalkan diketahui bahwa suatu unsur kimia tertentu memiliki nomor massa 181. Pada saat yang sama, kulit atom suatu zat mengandung 73 elektron. Bagaimana, menggunakan tabel periodik, mencari tahu namanya? elemen yang diberikan, serta jumlah proton dan neutron dalam intinya?

Mari kita mulai memecahkan masalah. Anda dapat menentukan nama suatu zat dengan mengetahui nomor serinya, yang sesuai dengan jumlah proton. Karena jumlah muatan positif dan negatif dalam sebuah atom sama, yaitu 73. Jadi, ini adalah tantalum. Selain itu, jumlah total nukleon adalah 181, yang berarti bahwa proton dari elemen ini adalah 181 - 73 = 108. Cukup sederhana.

Isotop galium

Unsur galium di memiliki nomor atom 71. Di alam, zat ini memiliki dua isotop - 69 Ga dan 71 Ga. Bagaimana cara menentukan persentase varietas galium?

Memecahkan masalah tentang isotop dalam kimia hampir selalu dikaitkan dengan informasi yang dapat diperoleh dari tabel periodik. Kali ini, Anda harus melakukan hal yang sama. Mari kita tentukan massa atom rata-rata dari sumber yang ditunjukkan. Itu sama dengan 69,72. Menyatakan untuk x dan y rasio kuantitatif isotop pertama dan kedua, kita mengambil jumlah mereka sama dengan 1. Jadi, dalam bentuk persamaan, ini akan ditulis: x + y = 1. Maka 69x + 71y = 69.72. Mengekspresikan y dalam x dan mensubstitusi persamaan pertama ke persamaan kedua, kita mendapatkan bahwa x = 0,64 dan y = 0,36. Artinya 69 Ga terkandung di alam 64%, dan persentase 71 Ga adalah 34%.

Transformasi isotop

Fisi radioaktif isotop dengan transformasinya menjadi elemen lain dibagi menjadi tiga jenis utama. Yang pertama adalah peluruhan alfa. Itu terjadi dengan emisi partikel, yang merupakan inti atom helium. Artinya, formasi ini, terdiri dari sekumpulan pasangan neutron dan proton. Karena jumlah yang terakhir menentukan jumlah muatan dan jumlah atom suatu zat dalam sistem periodik, sebagai hasil dari proses ini, transformasi kualitatif dari satu elemen ke elemen lain terjadi, dan dalam tabel itu bergeser ke kiri. oleh dua sel. Dalam hal ini, nomor massa elemen berkurang 4 satuan. Kita tahu ini dari struktur atom isotop.

Ketika inti atom kehilangan partikel beta, yang pada dasarnya adalah elektron, komposisinya berubah. Salah satu neutron berubah menjadi proton. Ini berarti bahwa karakteristik kualitatif zat berubah lagi, dan elemen dalam tabel digeser satu sel ke kanan, praktis tanpa kehilangan massa. Biasanya, transformasi semacam itu dikaitkan dengan radiasi gamma elektromagnetik.

Konversi isotop radium

Informasi dan pengetahuan di atas dari kimia kelas 11 tentang isotop sekali lagi membantu memecahkan masalah praktis. Sebagai contoh, berikut ini: 226 Ra selama peluruhan berubah menjadi unsur kimia golongan IV, yang memiliki nomor massa 206. Berapa banyak partikel alfa dan beta yang harus hilang dalam kasus ini?

Mengingat perubahan massa dan golongan unsur anak, menggunakan tabel periodik, mudah untuk menentukan bahwa isotop yang terbentuk selama fisi akan memimpin dengan muatan 82 dan nomor massa 206. Dan diberi nomor muatan elemen ini dan radium asli, harus diasumsikan bahwa intinya kehilangan lima partikel alfa dan empat partikel beta.

Penggunaan isotop radioaktif

Setiap orang sangat menyadari bahaya yang dapat ditimbulkan oleh radiasi radioaktif terhadap organisme hidup. Namun, sifat-sifat isotop radioaktif bermanfaat bagi manusia. Mereka berhasil digunakan di banyak industri. Dengan bantuan mereka, adalah mungkin untuk mendeteksi kebocoran dalam teknik dan struktur bangunan, pipa bawah tanah dan pipa minyak, tangki penyimpanan, penukar panas di pembangkit listrik.

Sifat-sifat ini juga aktif digunakan dalam eksperimen ilmiah. Misalnya, lalat tsetse adalah pembawa banyak penyakit serius bagi manusia, ternak, dan hewan peliharaan. Untuk mencegah hal ini, jantan serangga ini disterilkan dengan radiasi radioaktif lemah. Isotop juga sangat diperlukan dalam mempelajari mekanisme beberapa reaksi kimia, karena atom unsur ini dapat memberi label pada air dan zat lain.

Dalam penelitian biologi, isotop berlabel sering juga digunakan. Misalnya, dengan cara inilah diketahui bagaimana fosfor mempengaruhi tanah, pertumbuhan dan perkembangan tanaman budidaya. Dengan sukses, sifat-sifat isotop juga digunakan dalam pengobatan, yang memungkinkan untuk mengobati tumor kanker lainnya penyakit parah, menentukan usia organisme biologis.

Ketika mempelajari sifat-sifat unsur radioaktif, ditemukan bahwa atom dengan massa inti yang berbeda dapat ditemukan dalam unsur kimia yang sama. Pada saat yang sama, mereka memiliki muatan inti yang sama, yaitu, ini bukan pengotor dari zat pihak ketiga, tetapi zat yang sama.

Apa itu isotop dan mengapa ada?

Dalam sistem periodik Mendeleev, baik unsur tertentu maupun atom suatu zat dengan massa inti yang berbeda menempati satu sel. Berdasarkan hal di atas, varietas seperti itu dari zat yang sama diberi nama "isotop" (dari bahasa Yunani isos - sama dan topos - tempat). Jadi, isotop- ini adalah varietas dari unsur kimia tertentu, berbeda dalam massa inti atom.

Menurut neutron yang diterima model inti roton jelaskan keberadaan isotop sebagai berikut: inti beberapa atom materi mengandung jumlah neutron yang berbeda, tetapi jumlah proton yang sama. Faktanya, muatan inti isotop satu elemen adalah sama, oleh karena itu, jumlah proton dalam nukleus adalah sama. Inti berbeda dalam massa, masing-masing, mengandung jumlah neutron yang berbeda.

Isotop stabil dan tidak stabil

Isotop stabil atau tidak stabil. Sampai saat ini, sekitar 270 isotop stabil dan lebih dari 2000 isotop tidak stabil telah diketahui. isotop stabil adalah varietas unsur kimia yang bisa eksis dengan sendirinya untuk waktu yang lama.

Kebanyakan isotop tidak stabil diperoleh secara artifisial. Isotop yang tidak stabil bersifat radioaktif, intinya tunduk pada proses peluruhan radioaktif, yaitu, transformasi spontan menjadi inti lain, disertai dengan emisi partikel dan / atau radiasi. Hampir semua isotop radioaktif buatan memiliki waktu paruh yang sangat pendek, diukur dalam hitungan detik dan bahkan sepersekian detik.

Berapa banyak isotop yang dapat dikandung oleh inti?

Nukleus tidak dapat mengandung jumlah neutron yang berubah-ubah. Dengan demikian, jumlah isotop terbatas. Bahkan dalam jumlah proton unsur, jumlah isotop stabil bisa mencapai sepuluh. Misalnya timah memiliki 10 isotop, xenon memiliki 9, merkuri memiliki 7, dan seterusnya.

Elemen-elemen itu jumlah proton ganjil, hanya dapat memiliki dua isotop stabil. Beberapa unsur hanya memiliki satu isotop stabil. Ini adalah zat seperti emas, aluminium, fosfor, natrium, mangan dan lain-lain. Variasi seperti itu dalam jumlah isotop stabil untuk elemen yang berbeda dikaitkan dengan ketergantungan kompleks dari jumlah proton dan neutron pada energi ikat inti.

Hampir semua zat di alam ada sebagai campuran isotop. Jumlah isotop dalam komposisi suatu zat tergantung pada jenis zat, massa atom dan jumlah isotop stabil dari unsur kimia tertentu.

Telah ditetapkan bahwa setiap unsur kimia yang ditemukan di alam adalah campuran isotop (karenanya mereka memiliki massa atom fraksional). Untuk memahami bagaimana isotop berbeda satu sama lain, perlu untuk mempertimbangkan secara rinci struktur atom. Sebuah atom membentuk nukleus dan awan elektron. Massa atom dipengaruhi oleh elektron yang bergerak dengan kecepatan yang mengejutkan dalam orbit di awan elektron, neutron dan proton yang membentuk nukleus.

Apa itu isotop?

isotop Jenis atom dari unsur kimia. Jumlah elektron dan proton selalu sama dalam setiap atom. Karena mereka memiliki muatan yang berlawanan (elektron negatif dan proton positif), atom selalu netral (ini partikel dasar tidak membawa muatan, sama dengan nol). Ketika elektron hilang atau ditangkap, atom kehilangan netralitasnya, menjadi ion negatif atau positif.
Neutron tidak memiliki muatan, tetapi jumlahnya dalam inti atom dari unsur yang sama bisa berbeda. Ini tidak mempengaruhi netralitas atom, tetapi mempengaruhi massa dan sifat-sifatnya. Misalnya, setiap isotop atom hidrogen masing-masing memiliki satu elektron dan satu proton. Dan jumlah neutronnya berbeda. Protium hanya memiliki 1 neutron, deuterium memiliki 2 neutron, dan tritium memiliki 3 neutron. Ketiga isotop ini sangat berbeda satu sama lain dalam sifat.

Perbandingan isotop

Bagaimana perbedaan isotop? Mereka memiliki jumlah neutron yang berbeda, massa yang berbeda dan sifat yang berbeda. Isotop memiliki struktur yang sama kulit elektron. Ini berarti bahwa mereka sangat mirip dalam sifat kimia. Oleh karena itu, mereka ditugaskan satu tempat dalam sistem periodik.
Isotop yang stabil dan radioaktif (tidak stabil) telah ditemukan di alam. Inti atom isotop radioaktif dapat secara spontan berubah menjadi inti lain. Dalam proses peluruhan radioaktif, mereka memancarkan berbagai partikel.
Sebagian besar unsur memiliki lebih dari dua lusin isotop radioaktif. Selain itu, isotop radioaktif disintesis secara artifisial untuk semua elemen. Dalam campuran alami isotop, kandungannya sedikit berfluktuasi.
Keberadaan isotop memungkinkan untuk memahami mengapa, dalam beberapa kasus, unsur-unsur dengan massa atom yang lebih rendah memiliki nomor seri yang lebih tinggi daripada unsur-unsur dengan massa atom yang lebih besar. Misalnya, dalam pasangan argon-kalium, argon termasuk isotop berat, dan kalium termasuk isotop ringan. Oleh karena itu, massa argon lebih besar daripada kalium.

ImGist menentukan bahwa perbedaan antara isotop satu sama lain adalah sebagai berikut:

Mereka memiliki nomor berbeda neutron.
Isotop memiliki massa yang berbeda atom.
Nilai massa atom ion mempengaruhi energi total dan sifat-sifatnya.

Isi artikel

ISOTOPS Varietas dari unsur kimia yang sama yang mirip dalam sifat fisik dan kimia tetapi dengan massa atom yang berbeda. Nama "isotop" diusulkan pada tahun 1912 oleh ahli radiokimia Inggris Frederick Soddy, yang membentuknya dari dua kata Yunani: isos - sama dan topos - tempat. Isotop menempati tempat yang sama di dalam sel sistem periodik elemen Mendeleev.

Sebuah atom dari setiap unsur kimia terdiri dari inti bermuatan positif dan awan elektron bermuatan negatif yang mengelilinginya. Posisi unsur kimia dalam sistem periodik Mendeleev (nomor serinya) ditentukan oleh muatan inti atomnya. isotop disebut oleh karena itu varietas dari unsur kimia yang sama yang atom-atomnya memiliki muatan inti yang sama (dan, oleh karena itu, kulit elektron yang hampir sama), tetapi berbeda dalam nilai massa nukleus. Menurut ekspresi kiasan F. Soddy, atom-atom isotop adalah sama "di luar", tetapi berbeda "di dalam".

Neutron ditemukan pada tahun 1932 – partikel yang tidak bermuatan, dengan massa yang mendekati massa inti atom hidrogen - proton , dan menciptakan model inti proton-neutron. Hasil dari dalam sains, final definisi modern isotop: isotop adalah zat yang inti atomnya terdiri dari jumlah proton yang sama dan hanya berbeda dalam jumlah neutron dalam inti atom . Setiap isotop biasanya dilambangkan dengan sekumpulan simbol , di mana X adalah simbol suatu unsur kimia, Z adalah muatan inti atom (jumlah proton), A adalah nomor massa isotop ( jumlah total nukleon - proton dan neutron dalam inti, A = Z + N). Karena muatan inti secara jelas diasosiasikan dengan lambang unsur kimia, seringkali notasi A X hanya digunakan untuk singkatan.

Dari semua isotop yang kita ketahui, hanya isotop hidrogen yang memiliki nama sendiri. Jadi, isotop 2 H dan 3 H disebut deuterium dan tritium dan masing-masing diberi nama D dan T (isotop 1 H kadang-kadang disebut protium).

Mereka terjadi secara alami sebagai isotop stabil. , dan tidak stabil - radioaktif, inti atom yang mengalami transformasi spontan menjadi inti lain dengan emisi berbagai partikel (atau proses yang disebut peluruhan radioaktif). Sekarang sekitar 270 isotop stabil diketahui, dan isotop stabil hanya ditemukan pada unsur dengan nomor atom Z 83. Jumlah isotop tidak stabil melebihi 2000, sebagian besar diperoleh secara artifisial sebagai hasil dari berbagai reaksi nuklir. Jumlah isotop radioaktif di banyak unsur sangat besar dan bisa melebihi dua lusin. Jumlah isotop stabil jauh lebih sedikit.Beberapa unsur kimia hanya terdiri dari satu isotop stabil (berilium, fluor, natrium, aluminium, fosfor, mangan, emas, dan sejumlah unsur lainnya). Jumlah isotop stabil terbesar - 10 - ditemukan dalam timah, dalam besi, misalnya, ada 4 di antaranya, dan dalam merkuri - 7.

Penemuan isotop, latar belakang sejarah.

Pada tahun 1808, naturalis Inggris John Dalton pertama kali memperkenalkan definisi unsur kimia sebagai zat yang terdiri dari atom dari satu jenis. Pada tahun 1869, ahli kimia DIMendeleev menemukan hukum periodik unsur kimia. Salah satu kesulitan dalam membuktikan konsep unsur sebagai zat yang menempati tempat tertentu dalam sel sistem periodik adalah berat atom non-bilangan bulat yang diamati secara eksperimental dari unsur-unsur. Pada tahun 1866, ahli fisika dan kimia Inggris, Sir William Crookes, mengajukan hipotesis bahwa setiap unsur kimia alami adalah campuran zat yang identik dalam sifat mereka, tetapi memiliki massa atom yang berbeda, tetapi pada saat itu asumsi seperti itu belum ada. telah dikonfirmasi secara eksperimental dan karena itu sedikit terlihat.

Langkah penting menuju penemuan isotop adalah penemuan fenomena radioaktivitas dan hipotesis peluruhan radioaktif yang dirumuskan oleh Ernst Rutherford dan Frederick Soddy: radioaktivitas tidak lebih dari peluruhan atom menjadi partikel bermuatan dan atom unsur lain , yang berbeda dalam sifat kimianya dari yang asli. Akibatnya, konsep deret radioaktif atau keluarga radioaktif muncul. , pada awalnya ada elemen induk pertama, yang bersifat radioaktif, dan pada akhirnya - elemen stabil terakhir. Analisis rantai transformasi menunjukkan bahwa dalam perjalanannya satu dan elemen radioaktif yang sama, hanya berbeda dalam massa atom, dapat muncul dalam satu sel sistem periodik. Sebenarnya, ini berarti pengenalan konsep isotop.

Konfirmasi independen keberadaan isotop stabil unsur kimia kemudian diperoleh dalam percobaan J. J. Thomson dan Aston pada tahun 1912-1920 dengan berkas partikel bermuatan positif (atau disebut sinar kanal ) keluar dari tabung pelepasan.

Pada tahun 1919 Aston merancang alat yang disebut spektrograf massa. (atau spektrometer massa) . Tabung pelepasan masih digunakan sebagai sumber ion, tetapi Aston menemukan cara di mana defleksi berturut-turut dari berkas partikel di listrik dan Medan magnet menyebabkan pemfokusan partikel dengan nilai yang sama rasio muatan-ke-massa (terlepas dari kecepatannya) pada titik yang sama di layar. Bersamaan dengan Aston, spektrometer massa dengan desain yang sedikit berbeda dibuat pada tahun yang sama oleh American Dempster. Sebagai hasil dari penggunaan selanjutnya dan peningkatan spektrometer massa dengan upaya banyak peneliti, pada tahun 1935 sebuah tabel yang hampir lengkap dari komposisi isotop dari semua unsur kimia yang diketahui pada saat itu telah disusun.

Metode pemisahan isotop.

Untuk mempelajari sifat-sifat isotop, dan terutama menggunakannya untuk tujuan ilmiah dan terapan, perlu untuk mendapatkannya dalam jumlah yang kurang lebih terlihat. Dalam spektrometer massa konvensional, pemisahan isotop hampir sempurna dicapai, tetapi jumlahnya dapat diabaikan. Oleh karena itu, upaya para ilmuwan dan insinyur diarahkan untuk mencari yang lain metode yang mungkin pemisahan isotop. Pertama-tama, metode pemisahan fisik dan kimia dikuasai, berdasarkan perbedaan sifat isotop dari unsur yang sama seperti laju penguapan, konstanta kesetimbangan, laju reaksi kimia, dll. Yang paling efektif di antara mereka adalah metode rektifikasi dan pertukaran isotop, yang banyak digunakan dalam produksi industri isotop elemen ringan: hidrogen, litium, boron, karbon, oksigen, dan nitrogen.

Kelompok metode lain dibentuk oleh apa yang disebut metode kinetik molekuler: difusi gas, difusi termal, difusi massa (difusi dalam aliran uap), dan sentrifugasi. Metode difusi gas berdasarkan tingkat difusi yang berbeda dari komponen isotop dalam media berpori yang sangat tersebar digunakan selama Perang Dunia Kedua untuk mengatur produksi industri pemisahan isotop uranium di Amerika Serikat dalam rangka apa yang disebut proyek Manhattan untuk menciptakan bom atom. Menerima jumlah yang dibutuhkan uranium, diperkaya hingga 90% dengan isotop ringan 235 U, komponen "mudah terbakar" utama dari bom atom, pabrik dibangun yang menempati area sekitar empat ribu hektar. Lebih dari 2 miliar dolar dialokasikan untuk pembuatan pusat atom dengan pabrik untuk produksi uranium yang diperkaya.Setelah perang, pabrik untuk produksi uranium yang diperkaya untuk keperluan militer, juga berdasarkan metode pemisahan difusi, dikembangkan dan dibangun di Uni Soviet. PADA tahun-tahun terakhir metode ini telah memberikan cara untuk metode sentrifugasi yang lebih efisien dan lebih murah. Dalam metode ini, efek pemisahan campuran isotop dicapai karena adanya perbedaan aksi gaya sentrifugal pada komponen campuran isotop yang mengisi rotor sentrifus, yaitu silinder berdinding tipis yang dibatasi dari atas dan bawah, berputar dengan sangat kecepatan tinggi di ruang vakum. Ratusan ribu sentrifugal yang terhubung dalam kaskade, rotor yang masing-masing menghasilkan lebih dari seribu putaran per detik, saat ini digunakan di pabrik pemisahan modern baik di Rusia maupun di negara maju lainnya di dunia. Sentrifugal digunakan untuk lebih dari sekadar mendapatkan uranium yang diperkaya yang dibutuhkan untuk dijalankan reaktor nuklir pembangkit listrik tenaga nuklir, tetapi juga untuk produksi isotop sekitar tiga puluh unsur kimia dari bagian tengah tabel periodik. Untuk pemisahan berbagai isotop, pabrik pemisahan elektromagnetik dengan sumber ion kuat juga digunakan; dalam beberapa tahun terakhir, metode laser pemisahan.

Penggunaan isotop.

Berbagai isotop unsur kimia banyak digunakan dalam penelitian ilmiah, di berbagai bidang industri dan pertanian, di daya nuklir, biologi dan kedokteran modern, dalam penelitian lingkungan dan daerah lainnya. Dalam penelitian ilmiah (misalnya, dalam analisis kimia), sebagai aturan, sejumlah kecil isotop langka dari berbagai elemen diperlukan, dihitung dalam gram dan bahkan miligram per tahun. Pada saat yang sama, untuk sejumlah isotop yang banyak digunakan dalam rekayasa tenaga nuklir, kedokteran, dan industri lainnya, kebutuhan untuk produksinya bisa berkilo-kilogram bahkan berton-ton. Jadi, sehubungan dengan penggunaan air berat D 2 O dalam reaktor nuklir, produksi globalnya pada awal 1990-an abad terakhir adalah sekitar 5.000 ton per tahun. Isotop hidrogen deuterium, yang merupakan bagian dari air berat, yang konsentrasinya dalam campuran alami hidrogen hanya 0,015%, bersama dengan tritium, di masa depan, menurut para ilmuwan, akan menjadi komponen bahan bakar utama reaktor termonuklir daya yang beroperasi berdasarkan reaksi fusi nuklir. Dalam hal ini, kebutuhan akan produksi isotop hidrogen akan sangat besar.

Dalam penelitian ilmiah, isotop stabil dan radioaktif banyak digunakan sebagai indikator (label) isotop dalam studi berbagai proses yang terjadi di alam.

PADA pertanian isotop (atom "berlabel") digunakan, misalnya, untuk mempelajari proses fotosintesis, kecernaan pupuk, dan untuk menentukan efisiensi penggunaan nitrogen, fosfor, kalium, elemen jejak, dan zat lain oleh tanaman.

Teknologi isotop banyak digunakan dalam pengobatan. Jadi di AS, menurut statistik, lebih dari 36 ribu prosedur medis dilakukan per hari dan sekitar 100 juta tes laboratorium menggunakan isotop. Prosedur paling umum yang terkait dengan computed tomography. Isotop karbon C 13 yang diperkaya hingga 99% (kandungan alami sekitar 1%) secara aktif digunakan dalam apa yang disebut "kontrol diagnostik pernapasan". Inti dari tes ini sangat sederhana. Isotop yang diperkaya dimasukkan ke dalam makanan pasien dan, setelah berpartisipasi dalam proses metabolisme di berbagai organ tubuh, dilepaskan sebagai karbon dioksida CO2 yang dihembuskan oleh pasien, yang dikumpulkan dan dianalisis menggunakan spektrometer. Perbedaan laju proses yang terkait dengan pelepasan berbagai jumlah karbon dioksida yang diberi label dengan isotop C 13 memungkinkan untuk menilai keadaan berbagai organ pasien. Di AS, jumlah pasien yang akan menjalani tes ini diperkirakan mencapai 5 juta orang per tahun. Metode pemisahan laser sekarang digunakan untuk menghasilkan isotop C 13 yang sangat diperkaya pada skala industri.

Vladimir Zhdanov

Mempelajari fenomena radioaktivitas, para ilmuwan pada dekade pertama abad XX. menemukan sejumlah besar zat radioaktif - sekitar 40. Ada lebih banyak dari mereka daripada tempat bebas dalam tabel periodik unsur dalam interval antara bismut dan uranium. Sifat zat ini telah kontroversial. Beberapa peneliti menganggapnya sebagai unsur kimia independen, tetapi dalam kasus ini pertanyaan tentang penempatannya dalam tabel periodik ternyata tidak dapat dipecahkan. Yang lain umumnya menolak hak mereka untuk disebut elemen dalam pengertian klasik. Pada tahun 1902, fisikawan Inggris D. Martin menyebut zat tersebut sebagai unsur radio. Saat dipelajari, ternyata beberapa elemen radio memiliki sifat yang persis sama Sifat kimia, tetapi berbeda besarnya massa atom. Keadaan ini bertentangan dengan prinsip-prinsip dasar hukum periodik. Ilmuwan Inggris F. Soddy memecahkan kontradiksi tersebut. Pada tahun 1913, ia menyebut isotop radioelemen yang mirip secara kimiawi (dari kata Yunani yang berarti "sama" dan "tempat"), yaitu, menempati tempat yang sama dalam sistem periodik. Unsur radio ternyata merupakan isotop unsur radioaktif alami. Semuanya digabungkan menjadi tiga keluarga radioaktif, nenek moyangnya adalah isotop thorium dan uranium.

Isotop oksigen. Isobar kalium dan argon (isobar adalah atom dari unsur yang berbeda dengan nomor massa yang sama).

Jumlah isotop stabil untuk unsur genap dan ganjil.

Segera menjadi jelas bahwa unsur-unsur kimia stabil lainnya juga memiliki isotop. Kelebihan utama dalam penemuan mereka adalah milik fisikawan Inggris F. Aston. Dia menemukan isotop stabil di banyak elemen.

Dengan titik modern Isotop adalah jenis atom dari suatu unsur kimia: mereka memiliki massa atom yang berbeda, tetapi muatan inti yang sama.

Inti mereka dengan demikian mengandung nomor yang sama proton, tetapi nomor berbeda neutron. Misalnya, isotop oksigen alami dengan Z = 8 masing-masing mengandung 8, 9, dan 10 neutron dalam intinya. Jumlah proton dan neutron dalam inti suatu isotop disebut nomor massa A. Oleh karena itu, nomor massa isotop oksigen yang ditunjukkan adalah 16, 17 dan 18. Penunjukan isotop berikut sekarang diterima: Z nilai diberikan di kiri bawah simbol elemen, nilai A diberikan di kiri atas, misalnya: 16 8 O, 17 8 O, 18 8 O.

Setelah penemuan fenomena radioaktivitas buatan, sekitar 1800 isotop radioaktif buatan diperoleh dengan menggunakan reaksi nuklir untuk unsur-unsur dengan Z dari 1 hingga 110. Sebagian besar radioisotop buatan memiliki waktu paruh yang sangat pendek, diukur dalam detik dan fraksi detik; hanya sedikit yang memiliki relatif durasi lebih lama hidup (misalnya, 10 Be - 2,7 10 6 tahun, 26 Al - 8 10 5 tahun, dll.).

Elemen stabil hadir di alam dengan sekitar 280 isotop. Namun, beberapa di antaranya ternyata sedikit radioaktif, dengan waktu paruh yang besar (misalnya, 40 K, 87 Rb, 138 La, l47 Sm, 176 Lu, 187 Re). Masa pakai isotop ini sangat lama sehingga memungkinkan kita untuk menganggapnya stabil.

Masih banyak masalah di dunia isotop stabil. Jadi, tidak jelas mengapa jumlah mereka dalam elemen yang berbeda sangat bervariasi. Sekitar 25% unsur stabil (Be, F, Na, Al, P, Sc, Mn, Co, As, Y, Nb, Rh, I, Cs, Pt, Tb, Ho, Tu, Ta, Au) terdapat dalam alam hanya satu jenis atom. Inilah yang disebut elemen tunggal. Menariknya, semuanya (kecuali Be) memiliki nilai Z ganjil.Pada umumnya, untuk unsur ganjil, jumlah isotop stabil tidak lebih dari dua. Sebaliknya, beberapa elemen dengan Z genap terdiri dari jumlah yang besar isotop (misalnya, Xe memiliki 9, Sn - 10 isotop stabil).

Himpunan isotop stabil dari unsur tertentu disebut galaksi. Konten mereka di galaksi sering sangat berfluktuasi. Sangat menarik untuk dicatat bahwa kelimpahan isotop dengan nomor massa yang merupakan kelipatan empat (12 C, 16 O, 20 Ca, dll.) adalah yang tertinggi, meskipun ada pengecualian untuk aturan ini.

Penemuan isotop stabil memungkinkan untuk memecahkan misteri massa atom yang sudah lama ada - penyimpangannya dari bilangan bulat, karena perbedaan persentase isotop stabil unsur-unsur di galaksi.

PADA fisika nuklir konsep "isobar" diketahui. Isobar disebut isotop dari berbagai elemen (yaitu, dengan nilai yang berbeda Z) memiliki nomor massa yang sama. Studi tentang isobar berkontribusi pada pembentukan banyak keteraturan penting dalam perilaku dan sifat inti atom. Salah satu keteraturan ini diungkapkan oleh aturan yang dirumuskan oleh ahli kimia Soviet S. A. Shchukarev dan fisikawan Yaman I. Mattauch. Dikatakan: jika dua isobar berbeda dalam nilai Z sebesar 1, maka salah satunya pasti radioaktif. Contoh klasik dari sepasang isobar adalah 40 18 Ar - 40 19 K. Di dalamnya, isotop kalium bersifat radioaktif. Aturan Shchukarev-Mattauch memungkinkan untuk menjelaskan mengapa unsur teknesium (Z = 43) dan promethium (Z = 61) tidak memiliki isotop stabil. Karena mereka memiliki nilai Z yang ganjil, lebih dari dua isotop stabil tidak dapat diharapkan untuk mereka. Tetapi ternyata isobar teknesium dan prometium, masing-masing, isotop molibdenum (Z = 42) dan rutenium (Z = 44), neodimium (Z = 60) dan samarium (Z = 62), diwakili di alam oleh varietas stabil atom dalam berbagai nomor massa. Dengan demikian, hukum fisika memberlakukan larangan keberadaan isotop stabil teknesium dan prometium. Itulah sebabnya unsur-unsur ini sebenarnya tidak ada di alam dan mereka harus disintesis secara artifisial.

Para ilmuwan telah lama mencoba mengembangkan sistem isotop periodik. Tentu saja, ini didasarkan pada prinsip-prinsip lain selain dasar sistem periodik unsur. Namun upaya tersebut belum membuahkan hasil yang memuaskan. Benar, fisikawan telah membuktikan bahwa urutan pengisian kulit proton dan neutron di inti atom pada prinsipnya mirip dengan konstruksi kulit elektron dan subkulit dalam atom (lihat Atom).

Kulit elektron dari isotop unsur tertentu dibangun dengan cara yang persis sama. Oleh karena itu, sifat kimia dan fisiknya hampir identik. Hanya isotop hidrogen (protium dan deuterium) dan senyawanya yang menunjukkan perbedaan sifat yang mencolok. Misalnya, air berat (D 2 O) membeku pada +3,8, mendidih pada 101,4 ° C, memiliki massa jenis 1,1059 g / cm 3, tidak mendukung kehidupan organisme hewan dan tumbuhan. Selama elektrolisis air menjadi hidrogen dan oksigen, molekul H2 0 sebagian besar terdekomposisi, sedangkan molekul air berat tetap berada di elektroliser.

Pemisahan isotop unsur lain adalah tugas yang sangat sulit. Namun, dalam banyak kasus, isotop diperlukan elemen individu dengan perubahan yang signifikan dibandingkan dengan kandungan alami. Misalnya, ketika memecahkan masalah energi atom, menjadi perlu untuk memisahkan isotop 235 U dan 238 U. Untuk tujuan ini, metode spektrometri massa pertama kali diterapkan, dengan bantuan yang diperoleh kilogram uranium-235 pertama. pada tahun 1944 di Amerika Serikat. Namun, metode ini ternyata terlalu mahal dan digantikan oleh metode difusi gas, yang menggunakan UF 6 . Sekarang ada beberapa metode untuk memisahkan isotop, tetapi semuanya cukup rumit dan mahal. Namun demikian, masalah "pemisahan yang tak terpisahkan" berhasil dipecahkan.

Sebuah disiplin ilmu baru muncul - kimia isotop. Ini mempelajari perilaku berbagai isotop unsur kimia di reaksi kimia dan proses pertukaran isotop. Sebagai hasil dari proses ini, isotop dari unsur tertentu didistribusikan kembali di antara zat yang bereaksi. Di Sini contoh paling sederhana: H 2 0 + HD = HD0 + H 2 (molekul air menukar atom protium dengan atom deuterium). Geokimia isotop juga berkembang. Ini menyelidiki fluktuasi komposisi isotop berbagai elemen di kerak bumi.

Yang paling banyak digunakan adalah apa yang disebut atom berlabel - isotop radioaktif buatan dari elemen stabil atau isotop stabil. Dengan bantuan indikator isotop - atom berlabel - mereka mempelajari cara pergerakan elemen di alam mati dan hidup, sifat distribusi zat dan elemen di berbagai objek. Isotop digunakan dalam teknologi nuklir: sebagai bahan untuk pembangunan reaktor nuklir; sebagai bahan bakar nuklir (isotop thorium, uranium, plutonium); dalam fusi termonuklir (deuterium, 6 Li, 3 He). Isotop radioaktif juga banyak digunakan sebagai sumber radiasi.