İzotoplar aynı sayıda elektrona sahiptir. İzotoplar nelerdir

İzotoplar

İZOTOPLAR-S; pl.(birim izotop, -a; m.). [Yunancadan isos - eşit ve topos - yer] Uzman. Aynı kimyasal elementin atom kütleleri farklı olan çeşitleri. Radyoaktif İzotoplar. Uranyum izotopları.

◁ İzotopik, ah, ah. I. gösterge.

Araştırmanın tarihi
İzotopların varlığına ilişkin ilk deneysel veriler 1906-10'da elde edildi. ağır elementlerin atomlarının radyoaktif dönüşümlerinin özelliklerini incelerken. 1906-07'de. ürünün olduğu keşfedildi radyoaktif bozunma uranyum - iyonyum ve toryum - radyotoryumun radyoaktif bozunma ürünü, toryum ile aynı kimyasal özelliklere sahiptir, ancak atom kütlesi ve radyoaktif bozunma özellikleri bakımından ikincisinden farklıdır. Üstelik her üç element de aynı optik ve x-ışını spektrumuna sahiptir. İngiliz bilim adamı F. Soddy'nin önerisi üzerine (santimetre. SODDIE Frederick) bu tür maddelere izotop denilmeye başlandı.
Ağır radyoaktif elementlerde izotopların keşfedilmesinden sonra kararlı elementlerde izotop arayışı başladı. Kararlı izotopların varlığının bağımsız olarak doğrulanması kimyasal elementler J. J. Thomson'un deneylerinde elde edildi (santimetre. THOMSON Joseph John) ve F. Aston (santimetre. ASTON Francis William). Thomson 1913'te neonun kararlı izotoplarını keşfetti. Kütle spektrometresi yöntemini kullanarak, kütle spektrografı (veya kütle spektrometresi) olarak adlandırdığı kendi tasarladığı bir cihazı kullanarak araştırma yapan Aston (santimetre. KÜTLE SPEKTROMETRİSİ), diğer birçok kararlı kimyasal elementin izotoplara sahip olduğunu kanıtladı. 1919'da, doğada göreceli bolluğu (bolluğu) yaklaşık %91 ve %9 olan iki izotop olan 20 Ne ve 22 Ne'nin varlığına dair kanıt elde etti. Daha sonra,% 0,26 bolluğa sahip 21 Ne izotopu, klor izotopları, cıva ve bir dizi başka element keşfedildi.
Aynı yıllarda A. J. Dempster tarafından biraz farklı bir tasarıma sahip bir kütle spektrometresi yaratıldı. (santimetre. DEMPSTER Arthur Jeffrey). Kütle spektrometrelerinin daha sonra kullanılması ve geliştirilmesinin bir sonucu olarak, birçok araştırmacının çabalarıyla neredeyse eksiksiz bir izotop bileşimleri tablosu derlendi. 1932'de bir nötron keşfedildi - kütlesi hidrojen atomunun çekirdeğinin kütlesine yakın olan, yüksüz bir parçacık - bir proton ve çekirdeğin proton-nötron modeli oluşturuldu. Sonuç olarak bilim, izotop kavramının son tanımını oluşturmuştur: izotoplar, atom çekirdekleri aynı sayıda protondan oluşan ve yalnızca çekirdekteki nötron sayısında farklılık gösteren maddelerdir. 1940'lı yıllarda o dönemde bilinen tüm kimyasal elementlerin izotop analizleri yapıldı.
Radyoaktivite çalışması sırasında yaklaşık 40 doğal radyoaktif madde keşfedildi. Ataları toryum ve uranyum izotopları olan radyoaktif aileler halinde gruplandırılmışlardı. Doğal olanlar, tüm kararlı atom çeşitlerini (yaklaşık 280 tane vardır) ve radyoaktif ailelerin parçası olan doğal olarak radyoaktif olanları (bunlardan 46 tane vardır) içerir. Sonuç olarak diğer tüm izotoplar elde edilir nükleer reaksiyonlar.
İlk kez 1934 yılında I. Curie (santimetre. JOLIO-CURIE Irene) ve F. Joliot-Curie (santimetre. JOLIO-CURIE Frederic) doğada bulunmayan, nitrojen (13 N), silikon (28 Si) ve fosforun (30 P) yapay olarak elde edilen radyoaktif izotopları. Bu deneylerle yeni radyoaktif nüklidlerin sentezlenme olasılığını gösterdiler. Şu anda bilinen yapay radyoizotopların 150'den fazlası uranyum ötesi elementlere aittir. (santimetre. TRANSÜRAN ELEMANLARI), Dünya'da bulunamadı. Teorik olarak var olabilen izotop çeşitlerinin sayısının 6000 civarına ulaşabileceği varsayılmaktadır.

ansiklopedik sözlük. 2009 .

Diğer sözlüklerde “izotopların” neler olduğuna bakın:

Modern ansiklopedi

İzotoplar- (izo... ve Yunanca topos yerinden), atom çekirdeklerinin (nüklitler) nötron sayısında farklılık gösterdiği, ancak içerdiği kimyasal element çeşitleri aynı numara protonlar ve dolayısıyla kimyasalların periyodik tablosunda aynı yeri işgal ederler... resimli ansiklopedik sözlük

- (izo... ve Yunan topos yerinden) atom çekirdeklerinin nötron sayısı bakımından farklı olduğu, ancak aynı sayıda proton içerdiği ve bu nedenle periyodik element tablosunda aynı yeri işgal ettiği kimyasal element çeşitleri. Ayırt etmek... ... Büyük Ansiklopedik Sözlük

İZOTOPLAR- İZOTOPLAR, kimyasal. Periyodik tablonun aynı hücresinde bulunan ve bu nedenle aynı atom numarasına veya sıra numarasına sahip olan elementler. Bu durumda iyonların genel olarak aynı atom ağırlığına sahip olmaması gerekir. Çeşitli… … Büyük Tıp Ansiklopedisi

Bu kimyasalın çeşitleri. Çekirdek kütleleri farklı olan elementler. Z çekirdeğinin aynı yüklerine sahip olan ancak nötron sayısı farklı olan iyonlar aynı yapıya sahiptir. elektron kabukları yani çok yakın kimya. St. Va ve aynı şeyi işgal edin... ... Fiziksel ansiklopedi

Aynı kimyasalın atomları. çekirdeği aynı sayıda proton içeren ancak farklı sayıda nötron içeren bir element; farklı atom kütlelerine sahip, aynı kimyasala sahip. özellikleri vardır ancak fiziksel özellikleri farklıdır. özellikle mülkler... Mikrobiyoloji sözlüğü

Atom kimyası. Kütle numaraları farklı olan, ancak aynı atom çekirdeği yüküne sahip olan ve bu nedenle Mendeleev'in periyodik tablosunda aynı yeri işgal eden elementler. Aynı kimyasalın farklı izotoplarının atomları. elementlerin sayısı farklıdır... ... Jeolojik ansiklopedi

İzotoplar- aynı atom (sıra) numarasına sahip, ancak aynı zamanda farklı kütle numaralarına sahip bir kimyasal elementin atom (ve çekirdek) çeşitleri.

İzotop terimi, "aynı yer" anlamına gelen Yunanca isos (ἴσος "eşit") ve topos (τόπος "yer") köklerinden oluşur; Dolayısıyla ismin anlamı, aynı elementin farklı izotoplarının periyodik tabloda aynı konumu işgal etmesidir.

Hidrojenin üç doğal izotopu. Her izotopun bir protona sahip olması gerçeğinin hidrojen varyantları vardır: İzotopun kimliği nötron sayısına göre belirlenir. Soldan sağa izotoplar sıfır nötronlu protyum (1H), bir nötronlu döteryum (2H) ve iki nötronlu trityumdur (3H).

Bir atomun çekirdeğindeki proton sayısına atom numarası denir ve nötr (iyonize olmayan) bir atomdaki elektron sayısına eşittir. Her atom numarası belirli bir elementi tanımlar ancak bir izotopu tanımlamaz; Belirli bir elementin bir atomunun nötron sayısı geniş bir aralığa sahip olabilir. Çekirdekteki nükleonların (hem protonların hem de nötronların) sayısı atomun kütle numarasıdır ve belirli bir elementin her izotopunun farklı bir kütle numarası vardır.

Örneğin karbon-12, karbon-13 ve karbon-14, kütle numaraları sırasıyla 12, 13 ve 14 olan elementel karbonun üç izotopudur. Karbonun atom numarası 6'dır, yani her karbon atomunun 6 protonu vardır, dolayısıyla bu izotopların nötron sayıları sırasıyla 6, 7 ve 8'dir.

NUklidler Ve izotoplar

Nüklit, bir atomu değil, bir çekirdeği ifade eder. Aynı çekirdekler aynı nüklide aittir, örneğin karbon-13 nüklidinin her çekirdeği 6 proton ve 7 nötrondan oluşur. Nüklit kavramı (bireysel nükleer türlerle ilgili) kimyasal özellikler yerine nükleer özellikleri vurgularken, izotop kavramı (her bir elementin tüm atomlarını gruplandıran) nükleer reaksiyon yerine kimyasal reaksiyonu vurgular. Nötron sayısının çekirdeğin özellikleri üzerinde büyük etkisi vardır, ancak kimyasal özellikler üzerindeki etkisi çoğu element için ihmal edilebilir düzeydedir. Nötronların atom numarasına oranının izotoplar arasında en fazla değiştiği en hafif elementler durumunda bile, bazı durumlarda önemli olmasına rağmen (hidrojen için kendisi) genellikle sadece küçük bir etkiye sahiptir. ışık elemanı izotop etkisi biyolojiyi büyük ölçüde etkileyecek kadar büyüktür). İzotop daha eski bir terim olduğundan, nüklidden daha iyi bilinir ve bazen nükleer teknoloji ve nükleer tıp gibi nüklidin daha uygun olabileceği bağlamlarda hala kullanılır.

Tanımlar

Bir izotop veya nüklid, belirli bir elementin adı (atom numarasını gösterir) ve ardından bir tire ve kütle numarası (örneğin, helyum-3, helyum-4, karbon-12, karbon-14, uranyum-) ile tanımlanır. 235 ve uranyum-239). Bir kimyasal sembol kullanıldığında, ör. Karbon için "C", standart gösterim (şimdi "AZE gösterimi" olarak biliniyor çünkü A kütle numarası, Z atom numarası ve E element içindir) - kütle numarasını (nükleon sayısını) bir üst simgeyle belirtin kimyasal sembolün sol üst köşesinde bulunur ve sol alt köşede bir alt simge ile atom numarasını gösterir). Atom numarası elementin sembolü ile verildiğinden, genellikle üst simge olarak yalnızca kütle numarası verilir ve atom indeksi verilmez. M harfi bazen bir nükleer izomeri, yarı kararlı veya enerjik olarak uyarılmış bir nükleer durumu (en düşük enerji temel durumunun aksine), örneğin 180m 73Ta'yı (tantal-180m) belirtmek için kütle numarasından sonra eklenir.

Radyoaktif, birincil ve kararlı izotoplar

Bazı izotoplar radyoaktiftir ve bu nedenle radyoizotoplar veya radyonüklidler olarak adlandırılırken, diğerlerinin radyoaktif olarak bozunduğu hiçbir zaman gözlemlenmemiştir ve kararlı izotoplar veya kararlı nüklidler olarak adlandırılmıştır. Örneğin, 14C karbonun radyoaktif formu iken 12C ve 13C kararlı izotoplardır. Dünya üzerinde yaklaşık 339 doğal olarak oluşan nüklit vardır ve bunların 286'sı ilksel nüklittir, yani bunların oluşumlarından bu yana var oldukları anlamına gelir. Güneş Sistemi.

Orijinal nüklidler, çok uzun yarı ömre sahip (100 milyon yıldan fazla) 32 nüklid ve bozundukları gözlemlenmediğinden resmi olarak "kararlı nüklid" olarak kabul edilen 254 nüklid içerir. Çoğu durumda, bariz nedenlerden dolayı, eğer bir elementin kararlı izotopları varsa, bu izotoplar Dünya'da ve Güneş Sistemi'nde bulunan element bolluğuna hakim olur. Bununla birlikte, üç element (tellür, indiyum ve renyum) söz konusu olduğunda, doğada bulunan en yaygın izotop aslında elementin bir (veya iki) son derece uzun ömürlü radyoizotopudur (bu elementlerin bir tane olmasına rağmen). veya daha kararlı izotoplar.

Teori, görünüşte "kararlı" izotopların/nüklidlerin çoğunun radyoaktif olduğunu ve son derece uzun yarı ömürlere sahip olduğunu öngörmektedir (tüm nüklidleri sonunda kararsız hale getirecek olan proton bozunması olasılığını göz ardı etmektedir). Hiç gözlemlenmemiş 254 nüklidden yalnızca 90'ı (ilk 40 elementin tümü) bilinen tüm bozunma biçimlerine karşı teorik olarak stabildir. Element 41 (niyobyum), kendiliğinden fisyon nedeniyle teorik olarak kararsızdır, ancak bu hiçbir zaman keşfedilmemiştir. Diğer birçok kararlı nüklid, teorik olarak, alfa bozunması veya çift beta bozunması gibi diğer bilinen bozunma formlarına enerji açısından duyarlıdır, ancak bozunma ürünleri henüz gözlemlenmemiştir ve bu nedenle bu izotopların "gözlemsel olarak kararlı" olduğu kabul edilir. Bu nüklitlerin tahmin edilen yarı ömürleri çoğu zaman Evren'in tahmini yaşını fazlasıyla aşar ve aslında yarı ömrü Evren'in yaşından daha uzun olan 27 radyonüklit de bilinmektedir.

Yapay olarak oluşturulan radyoaktif nüklidler, şu anda bilinen 3.339 nüklid bulunmaktadır. Bunlar arasında stabil olan veya yarı ömrü 60 dakikadan uzun olan 905 nüklid bulunur.

İzotopların özellikleri

Kimyasal ve moleküler özellikler

Nötr bir atom, protonlarla aynı sayıda elektrona sahiptir. Dolayısıyla belirli bir elementin farklı izotopları aynı sayıda elektrona ve benzer elektronik yapılara sahiptir. Bir atomun kimyasal davranışı büyük ölçüde elektronik yapısı tarafından belirlendiğinden, farklı izotoplar neredeyse aynı kimyasal davranışı sergiler.

Bunun istisnası kinetik izotop etkisidir: Büyük kütleleri nedeniyle, daha ağır izotoplar aynı elementin daha hafif izotoplarından biraz daha yavaş reaksiyona girme eğilimindedir. Bu en çok protium (1H), döteryum (2H) ve trityum (3H) için belirgindir, çünkü döteryum protiumun kütlesinin iki katı ve trityumun protiumun kütlesi üç katıdır. Kütledeki bu farklılıklar aynı zamanda atomik sistemlerin ağırlık merkezini (azaltılmış kütle) değiştirerek ilgili kimyasal bağların davranışını da etkiler. Bununla birlikte, daha ağır elementler için izotoplar arasındaki bağıl kütle farkları çok daha küçüktür, dolayısıyla kimyadaki kütle farkı etkileri genellikle ihmal edilebilir düzeydedir. (Ağır elementler ayrıca hafif elementlere göre nispeten daha fazla nötron içerir, bu nedenle nükleer kütlenin toplam elektron kütlesine oranı biraz daha büyüktür).

Benzer şekilde, yalnızca atomlarının izotopları farklı olan iki molekül (izotopologlar), aynı elektronik yapıya ve dolayısıyla neredeyse ayırt edilemez fiziksel ve kimyasal özelliklere sahiptir (yine, döteryum ve trityumun başlıca istisnaları vardır). Bir molekülün titreşim modları, onun şekli ve onu oluşturan atomların kütleleri tarafından belirlenir; Bu nedenle, farklı izotopologların farklı titreşim modları vardır. Titreşim modları bir molekülün uygun enerjilerdeki fotonları absorbe etmesine izin verdiği için izotopologlar kızılötesinde farklı optik özelliklere sahiptir.

Nükleer özellikler ve kararlılık

Atom çekirdeği, artık güçlü bir kuvvetle birbirine bağlanan protonlardan ve nötronlardan oluşur. Protonlar pozitif yüklü olduğundan birbirlerini iterler. Elektriksel olarak nötr olan nötronlar çekirdeği iki şekilde stabilize eder. Temasları protonları hafifçe birbirinden uzaklaştırarak protonlar arasındaki elektrostatik itmeyi azaltır ve birbirlerine ve protonlara çekici bir nükleer kuvvet uygularlar. Bu nedenle iki veya daha fazla protonun çekirdeğe bağlanabilmesi için bir veya daha fazla nötrona ihtiyaç vardır. Proton sayısı arttıkça, kararlı bir çekirdek sağlamak için gereken nötronların protonlara oranı da artar (sağdaki grafiğe bakınız). Örneğin, 3 2 He'nin nötron:proton oranı 1:2 olmasına rağmen nötron:proton oranı 238 92 U'dur.
3:2'den fazla. Daha hafif elementlerin bir kısmı 1:1 oranına (Z = N) sahip kararlı nüklitlere sahiptir. Nüklit 40 · 20 Ca (kalsiyum-40), aynı sayıda nötron ve protona sahip, gözlem açısından en ağır kararlı nükliddir; (Teorik olarak en ağır kararlı olanı kükürt-32'dir). Kalsiyum-40'tan daha ağır olan tüm kararlı nüklidler, protonlardan daha fazla nötron içerir.

Element başına izotop sayısı

Kararlı izotoplara sahip 81 elementten herhangi bir element için gözlemlenen en yüksek kararlı izotop sayısı ondur (kalay elementi için). Hiçbir elementin dokuz kararlı izotopu yoktur. Ksenon sekiz kararlı izotopa sahip tek elementtir. Dört elementin yedi kararlı izotopu vardır; bunlardan sekizinin altı kararlı izotopu, on tanesinin beş kararlı izotopu, dokuzunun dört kararlı izotopu, beşinin üç kararlı izotopu, 16'sının iki kararlı izotopu vardır ve 26 elementin yalnızca bir izotopu vardır (bunlardan 19'u doğal elementin atom ağırlığına yüksek doğrulukla hakim olan ve sabitleyen tek bir ilksel kararlı izotopa sahip mononüklid elementler olarak adlandırılanlar; 3 radyoaktif mononüklid element de mevcuttur). Bozunduğu gözlemlenmeyen toplam 254 nüklid vardır. Bir veya daha fazla kararlı izotopa sahip 80 element için, kararlı izotopların ortalama sayısı element başına 254/80 = 3,2 izotoptur.

Çift ve tek sayıdaki nükleonlar

Protonlar: Nötron oranı nükleer stabiliteyi etkileyen tek faktör değildir. Bu aynı zamanda atom numarası Z'nin paritesine veya tekliğine, nötron sayısına N, dolayısıyla kütle numarası toplamına da bağlıdır. Hem Z hem de N'nin tuhaf olması, nükleer bağlanma enerjisini düşürme eğilimindedir ve genellikle daha az kararlı olan tek çekirdekler oluşturur. Komşu çekirdekler, özellikle tek izobarlar arasındaki nükleer bağlanma enerjisindeki bu önemli farkın önemli sonuçları vardır: optimum sayıda nötron veya protona sahip kararsız izotoplar, beta bozunması (pozitron bozunması dahil), elektron yakalama veya kendiliğinden fisyon gibi diğer egzotik yollarla bozunur ve çürüme kümeleri.

En kararlı nüklidler çift sayıda proton ve çift sayıda nötrondan oluşur; burada Z, N ve A sayıları çifttir. Tek kararlı nüklidler (yaklaşık olarak eşit şekilde) tek olanlara bölünür.

Atomik numara

148 çift proton ve çift nötron (NE) nüklidler, tüm kararlı nüklidlerin ~%58'ini oluşturur. Ayrıca 22 ilkel uzun ömürlü çift nüklit vardır. Sonuç olarak, 2'den 82'ye kadar olan 41 çift elemanın her biri en azından kararlı bir izotoptur ve bu elementlerin çoğunun birden fazla birincil izotopu vardır. Bu çift sayılı elementlerin yarısı altı veya daha fazla kararlı izotopa sahiptir. Helyum-4'ün iki proton ve iki nötrondan oluşan çift bileşiği nedeniyle aşırı kararlılığı, beş veya sekiz nükleon içeren herhangi bir nüklidin, nükleer füzyon yoluyla daha ağır elementlerin birikmesi için platform görevi görecek kadar uzun süre var olmasını engeller.

Bu 53 kararlı nüklidin çift sayıda protonu ve tek sayıda nötronu vardır. Yaklaşık 3 kat daha bol olan çift izotoplarla karşılaştırıldığında azınlıktadırlar. Kararlı bir nüklit içeren 41 çift-Z elementi arasında yalnızca iki element (argon ve seryum) çift-tek kararlı nüklidlere sahip değildir. Bir elementin (kalay) üç tane vardır. Bir çift-tek nüklide sahip 24 element ve iki tek-çift nüklide sahip 13 element vardır.

Tek nötron sayıları nedeniyle çift-tek nüklidler genellikle büyük bölümler Nötron eşleşmesinin etkilerinden ortaya çıkan enerji nedeniyle nötron yakalama. Bu kararlı nüklitler doğada olağandışı derecede bol olabilir; bunun temel nedeni, ilkel bolluğa girmek ve bu bolluğa girmek için, s süreci sırasında ve nükleosentez sırasında r nötron yakalama işlemi sırasında başka kararlı çift-tek izotoplar oluşturmak üzere nötron yakalanmasından kaçmaları gerektiğidir.

Tek atom numarası

Çift sayıdaki eşleştirilmiş nötronlarla stabilize edilen 48 kararlı tek proton ve çift nötron nüklitleri, tek elementlerin kararlı izotoplarının çoğunluğunu oluşturur; Çok az sayıda tek-proton-tek nötron nüklidi diğerlerini oluşturur. Z = 1'den 81'e kadar 41 tek element vardır ve bunların 39'u kararlı izotoplara sahiptir (teknetyum (43 Tc) ve prometyum (61 Pm) elementlerinin kararlı izotopları yoktur). Bu 39 tek Z elementinden 30 element (0 nötronun çift olduğu hidrojen-1 dahil) bir kararlı çift-tek izotopa ve dokuz elemente sahiptir: klor (17 Cl), potasyum (19K), bakır (29 Cu), galyum (31 Ga), Brom (35 Br), gümüş (47 Ag), antimon (51 Sb), iridyum (77 Ir) ve talyumun (81 Tl) her birinin iki tek-çift kararlı izotopu vardır. Bu, 30 + 2 (9) = 48 kararlı çift-çift izotop verir.

Yalnızca beş kararlı nüklid, hem tek sayıda proton hem de tek sayıda nötron içerir. İlk dört "tuhaf-tuhaf" nüklid, düşük molekül ağırlıklı nüklidlerde meydana gelir; bunlar için bir protonun bir nötrona veya tersinin değiştirilmesi, çok orantısız bir proton-nötron oranına neden olur.

Tamamen "kararlı" tek tuhaf nüklid, 254 kararlı izotop arasında en nadir olanı olarak kabul edilen ve deneysel girişimlere rağmen henüz bozunması gözlemlenmeyen tek ilkel nükleer izomer olan 180m 73 Ta'dır.

Tek sayıda nötron

Tek sayıda nötron içeren aktinititler fisyon eğilimi gösterirken (termal nötronlarla), çift nötron sayısına sahip olanlar hızlı nötronlarla fisyon yapmalarına rağmen genellikle bunu yapmazlar. Gözlemsel olarak kararlı tüm tek-tek nüklidler sıfır olmayan tamsayı spinine sahiptir. Bunun nedeni, tek bir eşleşmemiş nötronun ve eşleşmemiş bir protonun, dönüşleri hizalanmak yerine hizalanırsa (en az 1 birimlik toplam dönüş üretirse), birbirlerine karşı daha büyük bir nükleer kuvvet çekiciliğine sahip olmasıdır.

Doğada meydana gelme

Elementler bir veya daha fazla doğal olarak oluşan izotoplardan oluşur. Kararsız (radyoaktif) izotoplar ya birincil ya da ikincildir. İlkel izotoplar, yıldız nükleosentezinin veya kozmik ışın fisyonu gibi başka bir tür nükleosentezin ürünüydü ve bozunma oranları çok düşük olduğundan (örneğin, uranyum-238 ve potasyum-40) günümüze kadar varlığını sürdürdüler. Post-doğal izotoplar, kozmojenik nüklidler (örn. trityum, karbon-14) gibi kozmik ışın bombardımanı yoluyla veya radyoaktif bir ilkel izotopun radyoaktif bir radyojenik nüklidin kızına (örn. uranyumdan radyuma) bozunması yoluyla yaratıldı. Birkaç izotop, doğal nükleer fisyondan gelen nötronların başka bir atom tarafından emilmesi gibi diğer doğal nükleer reaksiyonlarla nükleojenik nüklitler olarak doğal olarak sentezlenir.

Yukarıda tartışıldığı gibi yalnızca 80 elementin kararlı izotopları vardır ve bunlardan 26'sının yalnızca bir kararlı izotopu vardır. Böylece, kararlı elementlerin yaklaşık üçte ikisi Dünya'da doğal olarak birkaç kararlı izotop halinde meydana gelir; bir element için en fazla kararlı izotop sayısı ondur, kalay (50Sn) için. Dünya üzerinde yaklaşık 94 element vardır (plütonyuma kadar ve plütonyum da dahil), ancak plütonyum-244 gibi bazıları yalnızca çok küçük miktarlarda bulunur. Bilim insanları, Dünya üzerinde doğal olarak bulunan elementlerin (bazıları yalnızca radyoizotoplar halinde) toplamda 339 izotop (çekirdek) halinde oluştuğuna inanmaktadır. Bu doğal izotoplardan yalnızca 254'ü bugüne kadar gözlemlenmediği için kararlıdır. Diğer 35 ilkel nüklid (toplam 289 ilkel nüklid) bilinen yarı ömürlerle radyoaktiftir, ancak yarı ömürleri 80 milyon yıldan fazladır, bu da onların Güneş Sisteminin başlangıcından beri var olmalarına olanak sağlar.

Bilinen tüm kararlı izotoplar Dünya'da doğal olarak meydana gelir; Diğer doğal olarak oluşan izotoplar radyoaktiftir, ancak bunların yarı ömürleri nispeten uzun olduğundan veya diğer sürekli doğal üretim yollarından kaynaklanmaktadır. Bunlar, yukarıda bahsedilen kozmojenik nüklidleri, nükleojenik nüklidleri ve uranyumdan gelen radon ve radyum gibi birincil radyoaktif izotopların devam eden bozunmasından kaynaklanan radyojenik izotopları içerir.

İÇİNDE nükleer reaktörler ve parçacık hızlandırıcılar doğada bulunmayan ~3000'den fazla radyoaktif izotop yarattı. Dünya'da doğal olarak bulunmayan birçok kısa ömürlü izotop, yıldızlarda veya süpernovalarda doğal olarak üretilen spektroskopik analizlerle de gözlemlenmiştir. Bunun bir örneği, Dünya'da doğal olarak bulunmayan ancak astronomik ölçekte bol miktarda bulunan alüminyum-26'dır.

Tablo halinde verilen atomik element kütleleri, birden fazla izotopun varlığını açıklayan ortalama değerleri temsil eder. farklı kitleler. İzotopların keşfinden önce ampirik olarak belirlenen, entegre olmayan atomik kütle değerleri bilim adamlarının kafasını karıştırıyordu. Örneğin, bir klor numunesi %75,8 klor-35 ve %24,2 klor-37 içerir, bu da ortalama 35,5 atomik kütle birimi atom kütlesi verir.

Genel olarak kabul edilen kozmoloji teorisine göre, yalnızca hidrojen ve helyum izotopları, lityum ve berilyumun bazı izotoplarının izleri ve muhtemelen bir miktar bor, aşağıdakiler tarafından yaratılmıştır: Büyük patlama ve diğer tüm izotoplar daha sonra yıldızlarda ve süpernovalar ve ayrıca kozmik ışınlar ve önceden üretilmiş izotoplar gibi enerjik parçacıklar arasındaki etkileşimlerde. Dünya üzerindeki izotopların karşılık gelen izotop bollukları, bu süreçler tarafından üretilen miktarlar, galaksideki yayılmaları ve kararsız olan izotopların bozunma hızı ile belirlenir. İlk güneş sistemi birleşmesinden sonra izotoplar kütleye göre yeniden dağıtıldı ve elementlerin izotopik bileşimi gezegenden gezegene biraz farklılık gösteriyor. Bu bazen meteoritlerin kökeninin izlenmesine olanak sağlar.

İzotopların atom kütlesi

Bir izotopun atom kütlesi (mr), öncelikle kütle numarasına (yani çekirdeğindeki nükleonların sayısına) göre belirlenir. Küçük düzeltmeler çekirdeğin bağlanma enerjisinden, proton ve nötron arasındaki küçük kütle farkından ve atomla ilişkili elektronların kütlesinden kaynaklanmaktadır.

Kütle Numarası - boyutsuz miktar. Öte yandan atom kütlesi, karbon-12 atomunun kütlesini temel alan bir atomik kütle birimi kullanılarak ölçülür. "u" (birleşik atomik kütle birimi için) veya "Da" (dalton için) sembolleriyle gösterilir.

Bir elementin doğal izotoplarının atom kütleleri, elementin atom kütlesini belirler. Bir element N izotop içerdiğinde ortalama atom kütlesi için aşağıdaki ifade uygulanır:

Burada m 1, m 2, ..., mN her bir izotopun atomik kütlesidir ve x 1, ..., xN bu izotopların göreceli bolluğudur.

İzotopların uygulanması

Belirli bir elementin farklı izotoplarının özelliklerinden yararlanan çeşitli uygulamalar vardır. İzotopik ayırma, özellikle uranyum veya plütonyum gibi ağır elementlerle ilgili önemli bir teknolojik sorundur. Lityum, karbon, nitrojen ve oksijen gibi daha hafif elementler genellikle CO ve NO gibi bileşiklerinin gaz halinde difüzyonu ile ayrılır. Hidrojen ve döteryumun ayrılması alışılmadık bir durumdur çünkü Girdler sülfür işleminde olduğu gibi fiziksel özelliklerden ziyade kimyasal özelliklere dayanmaktadır. Uranyum izotopları, gaz difüzyonu, gaz santrifüjlemesi, lazer iyonizasyon ayırma ve (Manhattan Projesinde) kütle spektrometresi tipi üretim yoluyla hacme göre ayrıldı.

Kimyasal ve biyolojik özelliklerin kullanımı

• İzotop analizi, bir izotop imzasının, yani belirli bir elementin izotoplarının bağıl bolluğunun belirlenmesidir. spesifik örnek. Özellikle besinler için C, N ve O izotoplarında önemli değişiklikler meydana gelebilir.Bu tür değişikliklerin analizi, gıdalarda tağşişin tespiti gibi geniş bir uygulama alanına sahiptir. Gıda Ürünleri veya izoscapes kullanan ürünlerin coğrafi kökeni. Mars'tan kaynaklanan bazı meteoritlerin tanımlanması kısmen içerdikleri eser gazların izotop imzasına dayanmaktadır.
• İzotopik ikame, kinetik izotop etkisi yoluyla bir kimyasal reaksiyonun mekanizmasını belirlemek için kullanılabilir.
• Diğer bir yaygın uygulama ise izotop etiketlemedir; bu, alışılmadık izotopların kimyasal reaksiyonlarda gösterge veya işaretleyici olarak kullanılmasıdır. Genellikle belirli bir elementin atomları birbirinden ayırt edilemez. Bununla birlikte, farklı kütlelerdeki izotoplar kullanılarak, radyoaktif olmayan farklı kararlı izotoplar bile kütle spektrometresi veya kızılötesi spektroskopi kullanılarak ayırt edilebilir. Örneğin, "hücre kültüründe amino asitlerin stabil izotop etiketlenmesinde" (SILAC), proteinlerin miktarını belirlemek için stabil izotoplar kullanılır. Radyoaktif izotoplar kullanılıyorsa yaydıkları radyasyonla tespit edilebilirler (buna radyoizotop etiketleme denir).
• İzotoplar konsantrasyonu belirlemek için yaygın olarak kullanılır çeşitli unsurlar veya bilinen miktarlarda izotopik olarak ikame edilmiş bileşiklerin numunelerle karıştırıldığı ve elde edilen karışımların izotop imzalarının kütle spektrometresi kullanılarak belirlendiği izotop seyreltme yöntemini kullanan maddeler.

Nükleer Özellikleri Kullanma

• Radyoizotop etiketlemeye benzer bir yöntem radyometrik tarihlemedir: bilinen dönem Kararsız bir elementin yarı ömrü, izotopun bilinen bir konsantrasyonunun varlığından bu yana geçen sürenin hesaplanmasıyla hesaplanabilir. En yaygın olarak ünlü örnek- Karbonlu malzemelerin yaşını belirlemek için kullanılan radyokarbon tarihleme.
• Spektroskopinin bazı biçimleri, hem radyoaktif hem de kararlı olan belirli izotopların benzersiz nükleer özelliklerine dayanır. Örneğin, nükleer manyetik rezonans (NMR) spektroskopisi yalnızca sıfır olmayan nükleer spinli izotoplar için kullanılabilir. NMR spektroskopisinde en yaygın kullanılan izotoplar 1H, 2D, 15N, 13C ve 31P'dir.
• Mössbauer spektroskopisi ayrıca 57Fe gibi belirli izotopların nükleer geçişlerine de dayanır.

Makalenin içeriği

İZOTOPLAR– aynı kimyasal elementin benzer çeşitleri fiziksel ve kimyasal özellikler, ancak farklı atom kütlelerine sahipler. "İzotoplar" adı, 1912'de İngiliz radyokimyacı Frederick Soddy tarafından önerildi ve onu iki izotoptan oluşturdu. Yunanca kelimeler: isos – aynı ve topos – yer. İzotoplar, Mendeleev'in periyodik element tablosu hücresinde aynı yeri işgal eder.

Herhangi bir kimyasal elementin atomu, pozitif yüklü bir çekirdek ve onu çevreleyen negatif yüklü elektronlardan oluşan bir buluttan oluşur. Mendeleev'in periyodik tablosundaki kimyasal bir elementin konumu (onun seri numarası) atomlarının çekirdeğinin yükü ile belirlenir. İzotoplar bu nedenle denir Atomları aynı nükleer yüke (ve dolayısıyla pratik olarak aynı elektron kabuklarına) sahip olan, ancak nükleer kütle değerlerinde farklılık gösteren aynı kimyasal elementin çeşitleri. F. Soddy'nin mecazi ifadesine göre izotopların atomları "dışarıda" aynı, "içeride" farklıdır.

Nötron 1932'de keşfedildi – kütlesi hidrojen atomunun çekirdeğinin (proton) kütlesine yakın olan, yüksüz bir parçacık , ve yaratıldı çekirdeğin proton-nötron modeli. Sonuç olarak bilimde izotop kavramının son modern tanımı oluşturulmuştur: izotoplar, atom çekirdekleri aynı sayıda protondan oluşan ve yalnızca çekirdekteki nötron sayısında farklılık gösteren maddelerdir . Her izotop genellikle bir dizi sembolle gösterilir; burada X, kimyasal elementin sembolüdür, Z, atom çekirdeğinin yüküdür (proton sayısı), A, izotopun kütle numarasıdır (toplam nükleon sayısı). - çekirdekteki protonlar ve nötronlar, A = Z + N). Çekirdeğin yükü kimyasal elementin sembolüyle benzersiz bir şekilde ilişkili göründüğünden, kısaltma için genellikle AX gösterimi kullanılır.

Bildiğimiz tüm izotoplardan yalnızca hidrojen izotoplarının kendi isimleri vardır. Bu nedenle, 2H ve 3H izotoplarına döteryum ve trityum adı verilir ve sırasıyla D ve T olarak gösterilir (1H izotopuna bazen protium da denir).

Doğada kararlı izotoplar halinde bulunur , ve kararsız - radyoaktif, atom çekirdekleri, çeşitli parçacıkların emisyonu (veya radyoaktif bozunma adı verilen süreçler) ile kendiliğinden diğer çekirdeklere dönüşmeye maruz kalır. Şu anda yaklaşık 270 kararlı izotop bilinmektedir ve kararlı izotoplar yalnızca atom numarası ZЈ 83 olan elementlerde bulunur. Kararsız izotopların sayısı 2000'i aşıyor, bunların büyük çoğunluğu çeşitli nükleer reaksiyonların bir sonucu olarak yapay olarak elde edildi. Birçok elementin radyoaktif izotoplarının sayısı çok fazladır ve iki düzineyi aşabilir. Kararlı izotopların sayısı önemli ölçüde daha azdır.Bazı kimyasal elementler yalnızca bir kararlı izotoptan oluşur (berilyum, flor, sodyum, alüminyum, fosfor, manganez, altın ve bir dizi başka element). En fazla kararlı izotop sayısı - 10 - kalayda bulundu, örneğin demirde 4 ve cıvada - 7 var.

İzotopların keşfi, tarihsel arka plan.

1808'de İngiliz bilim adamı doğa bilimci John Dalton, kimyasal elementin tanımını ilk kez aynı türden atomlardan oluşan bir madde olarak tanıttı. 1869'da kimyager D.I. Mendeleev kimyasal elementlerin periyodik yasasını keşfetti. Periyodik tablonun bir hücresinde belirli bir yeri işgal eden bir madde olarak element kavramını doğrulamanın zorluklarından biri, elementlerin deneysel olarak gözlemlenen tamsayı olmayan atom ağırlıklarıydı. 1866'da İngiliz fizikçi ve kimyager Sir William Crookes, her doğal kimyasal elementin özellikleri bakımından aynı olan ancak farklı atom kütlelerine sahip maddelerin belirli bir karışımı olduğu hipotezini öne sürdü, ancak o zamanlar böyle bir varsayım henüz yoktu. deneysel onay ve bu nedenle uzun süre fark edilmedi.

İzotopların keşfine yönelik önemli bir adım, radyoaktivite olgusunun ve Ernst Rutherford ve Frederick Soddy tarafından formüle edilen radyoaktif bozunma hipotezinin keşfiydi: radyoaktivite, bir atomun yüklü bir parçacığa ve başka bir elementin atomuna bozunmasından başka bir şey değildir. kimyasal özellikleri bakımından orijinalinden farklıdır. Sonuç olarak radyoaktif seriler veya radyoaktif aileler fikri ortaya çıktı. , başında radyoaktif olan ilk ana element ve sonunda son kararlı element bulunur. Dönüşüm zincirlerinin analizi, seyirleri sırasında, yalnızca atom kütleleri farklı olan aynı radyoaktif elementlerin periyodik tablonun bir hücresinde görünebileceğini gösterdi. Aslında bu, izotop kavramının ortaya çıkışı anlamına geliyordu.

Kimyasal elementlerin kararlı izotoplarının varlığının bağımsız olarak doğrulanması, J. J. Thomson ve Aston'un 1912-1920'de pozitif yüklü parçacık ışınları (veya kanal ışınları olarak adlandırılan) ile yaptığı deneylerde elde edildi. ) boşaltma borusundan çıkıyor.

1919'da Aston, kütle spektrografı adı verilen bir alet tasarladı. (veya kütle spektrometresi) . Bir iyon kaynağı olarak hala bir deşarj tüpü kullanılıyordu, ancak Aston, bir parçacık ışınının elektriksel ve elektriksel olarak sıralı saptırılmasının mümkün olduğu bir yöntem buldu. manyetik alanlar aynı yük-kütle oranına sahip parçacıkların (hızlarından bağımsız olarak) ekranın aynı noktasında odaklanmasına yol açtı. Aston'la birlikte, aynı yıllarda Amerikan Dempster tarafından biraz farklı bir tasarıma sahip bir kütle spektrometresi yaratıldı. Daha sonra kütle spektrometrelerinin birçok araştırmacının çabalarıyla kullanılması ve geliştirilmesinin bir sonucu olarak, 1935 yılına kadar o zamana kadar bilinen tüm kimyasal elementlerin izotopik bileşimlerinin neredeyse eksiksiz bir tablosu derlendi.

İzotop ayırma yöntemleri.

İzotopların özelliklerini incelemek ve özellikle bilimsel ve uygulamalı amaçlarla kullanımlarını sağlamak için, bunların az çok fark edilebilir miktarlarda elde edilmesi gerekir. Geleneksel kütle spektrometrelerinde pratik olarak tam ayrılık izotoplar, ancak sayıları ihmal edilebilir. Bu nedenle bilim adamlarının ve mühendislerin çabaları başka arayışlara yönelikti. olası yöntemler izotop ayrımı. Her şeyden önce, aynı elementin izotoplarının buharlaşma oranları, denge sabitleri gibi özelliklerindeki farklılıklara dayanarak fizikokimyasal ayırma yöntemleri konusunda uzmanlaştı. kimyasal reaksiyonlar ve benzeri. Bunların arasında en etkili olanı, düzeltme ve izotop değişimi yöntemleriydi. geniş uygulama hafif elementlerin izotoplarının endüstriyel üretiminde: hidrojen, lityum, bor, karbon, oksijen ve nitrojen.

Başka bir yöntem grubu, sözde moleküler kinetik yöntemlerden oluşur: gaz difüzyonu, termal difüzyon, kütle difüzyonu (buhar akışında difüzyon), santrifüjleme. Yüksek oranda dağılmış gözenekli ortamda izotopik bileşenlerin farklı difüzyon hızlarına dayanan gaz difüzyon yöntemleri, İkinci Dünya Savaşı sırasında, Manhattan Projesi olarak adlandırılan Manhattan Projesi'nin bir parçası olarak Amerika Birleşik Devletleri'nde uranyum izotop ayrıştırmasının endüstriyel üretimini organize etmek için kullanıldı. atom bombası. Almak için gerekli miktarlar Atom bombasının ana “yanıcı” bileşeni olan hafif izotop 235 U ile% 90'a kadar zenginleştirilmiş uranyum, yaklaşık dört bin hektarlık bir alanı kaplayan tesisler inşa edildi. Zenginleştirilmiş uranyum üretimi için tesislerin bulunduğu bir atom merkezinin oluşturulması için 2 milyar dolardan fazla tahsis edildi.Savaştan sonra, yine difüzyon ayırma yöntemine dayanan askeri amaçlarla zenginleştirilmiş uranyum üretimi için tesisler geliştirildi ve SSCB'de inşa edildi. Son yıllarda bu yöntem yerini daha verimli ve daha ucuz olan santrifüjleme yöntemine bırakmıştır. Bu yöntemde, bir izotop karışımını ayırma etkisi, merkezkaç kuvvetlerinin, üstten ve alttan sınırlı ince duvarlı bir silindir olan ve belirli bir açıda dönen santrifüj rotorunu dolduran izotop karışımının bileşenleri üzerindeki farklı etkileri nedeniyle elde edilir. çok yüksek hız. yüksek hız bir vakum odasında. Her birinin rotoru saniyede binden fazla devir yapan, kademeli olarak birbirine bağlanan yüz binlerce santrifüj, halihazırda hem Rusya'da hem de diğer ülkelerdeki modern ayırma tesislerinde kullanılmaktadır. Gelişmiş ülkeler barış. Santrifüjler yalnızca nükleer reaktörlerin çalışmasını sağlamak için gerekli olan zenginleştirilmiş uranyum üretmek için kullanılmaz. nükleer enerji santralleri aynı zamanda periyodik tablonun orta kısmında yer alan yaklaşık otuz kimyasal elementin izotoplarının üretimi için de kullanılır. Çeşitli izotopların ayrılmasında güçlü iyon kaynaklarına sahip elektromanyetik ayırma üniteleri de kullanılmakta olup, son yıllarda lazer ayırma yöntemleri de yaygınlaşmaktadır.

İzotopların uygulanması.

Kimyasal elementlerin çeşitli izotopları bilimsel araştırmalarda, sanayi ve tarımın çeşitli alanlarında, nükleer enerjide, modern biyoloji ve tıpta, araştırmalarda yaygın olarak kullanılmaktadır. çevre ve diğer alanlar. Bilimsel araştırmalarda (örneğin, kimyasal analizde), kural olarak, yılda gram ve hatta miligram cinsinden hesaplanan, çeşitli elementlerin az miktarda nadir izotoplarına ihtiyaç vardır. Aynı zamanda nükleer enerji, tıp ve diğer endüstrilerde yaygın olarak kullanılan bir dizi izotop için bunların üretimine duyulan ihtiyaç kilogramlara ve hatta tonlara ulaşabilmektedir. Bu nedenle, nükleer reaktörlerde ağır su D2O kullanılması nedeniyle, geçen yüzyılın 1990'lı yıllarının başlarında küresel üretimi yılda yaklaşık 5000 tondu. Ağır suyun bir parçası olan hidrojen izotop döteryumun konsantrasyonu doğal karışım Hidrojen yalnızca %0,015'tir ve bilim adamlarına göre gelecekte trityumla birlikte enerji yakıtının ana bileşeni haline gelecektir. termonükleer reaktörler nükleer füzyon reaksiyonları temelinde çalışır. Bu durumda hidrojen izotoplarının üretimine olan ihtiyaç çok büyük olacaktır.

Bilimsel araştırmalarda, doğada meydana gelen çok çeşitli süreçlerin incelenmesinde kararlı ve radyoaktif izotoplar izotop göstergeleri (etiketler) olarak yaygın şekilde kullanılmaktadır.

İÇİNDE tarım izotoplar (“etiketli” atomlar), örneğin fotosentez süreçlerini, gübrelerin sindirilebilirliğini incelemek ve bitkilerin nitrojen, fosfor, potasyum, eser elementler ve diğer maddeleri kullanma verimliliğini belirlemek için kullanılır.

İzotop teknolojileri tıpta yaygın olarak kullanılmaktadır. Böylece ABD'de istatistiklere göre günde 36 binden fazla tıbbi işlem yapılıyor ve izotoplar kullanılarak yaklaşık 100 milyon laboratuvar testi yapılıyor. En yaygın prosedürler bilgisayarlı tomografiyi içerir. %99'a kadar zenginleştirilmiş (doğal içerik yaklaşık %1) karbon izotop C13, "diagnostik solunum kontrolü" olarak adlandırılan yöntemde aktif olarak kullanılmaktadır. Testin özü çok basittir. Zenginleştirilmiş izotop hastanın yemeğine verilir ve vücudun çeşitli organlarında metabolik sürece katıldıktan sonra hastanın nefes vermesiyle salınır. karbon dioksit Bir spektrometre kullanılarak toplanan ve analiz edilen CO2. C 13 izotopu ile işaretlenmiş farklı miktarlarda karbondioksitin salınımıyla ilişkili süreçlerin oranlarındaki farklılıklar, hastanın çeşitli organlarının durumunu değerlendirmeyi mümkün kılar. ABD'de bu testi yaptıracak hasta sayısının yılda 5 milyon olduğu tahmin ediliyor. Artık endüstriyel ölçekte oldukça zenginleştirilmiş C13 izotopu üretmek için lazer ayırma yöntemleri kullanılıyor.

Vladimir Zhdanov

Aynı ama farklı olan belirli bir öğe. Aynı sayı ve çeşitlilikte çekirdeklere sahiptirler. sayısı, elektron kabuklarının aynı yapısına sahiptir ve periyodiklikte aynı yeri kaplar. kimyasal sistem elementler. "İzotoplar" terimi, 1910 yılında F. Soddy tarafından fiziksel özelliklerinde farklılık gösteren, kimyasal olarak ayırt edilemeyen çeşitleri belirtmek için önerildi. (öncelikle radyoaktif) Azizler. Kararlı izotoplar ilk olarak 1913 yılında J. Thomson tarafından kendi geliştirdiği sözde kullanılarak keşfedildi. parabol yöntemi - modern olanın prototipi. . Ne'nin ağırlıkça en az 2 çeşidi olduğunu buldu. 20 ve 22. kısımlar. İzotopların adları ve sembolleri genellikle karşılık gelen kimyasalların adları ve sembolleridir. elementler; sembolün sol üst köşesine gelin. Örneğin, doğal olanı belirtmek için izotoplar 35 Cl ve 37 Cl notasyonunu kullanır; bazen öğe sol altta da gösterilir, yani. 35 17 Cl ve 37 17 Cl yazın. Yalnızca en hafif element olan hidrojenin ağırlıkça izotopları. 1, 2 ve 3 numaralı parçalar özeldir. adlar ve semboller: sırasıyla (1 1 H), (D veya 2 1 H) ve (T veya 3 1 H). Kütlelerdeki büyük fark nedeniyle, bu izotopların davranışları önemli ölçüde farklılık gösterir (bkz.). Kararlı izotoplar tüm çift ve çoğu tek elementte meydana gelir.[ 83. Elementlerin kararlı izotop sayıları çift sayı olabilir. 10'a eşittir (örneğin y); Tek sayılı elementlerin ikiden fazla kararlı izotopu yoktur. Yaklaşık olarak biliniyor. 116 doğal ve yapay olarak elde edilen elementin 280 kararlı ve 2000'den fazla radyoaktif izotopu. Her element için doğadaki bireysel izotopların içeriği. karışım genellikle ihmal edilebilecek küçük dalgalanmalara maruz kalır. Daha fazlası demek. meteorlar ve diğer gök cisimleri için izotopik bileşimde dalgalanmalar gözlemlenir. İzotopik bileşimin sabitliği, doğadaki izotopların bolluğu dikkate alınarak bulunan, belirli bir elementin kütlesinin ortalama değeri olan Dünya'da bulunan elementlerin sabitliğine yol açar. Hafif elementlerin izotopik bileşimindeki dalgalanmalar, kural olarak, ayrışma sırasında izotopik bileşimdeki değişikliklerle ilişkilidir. doğada meydana gelen süreçler (vb.). Ağır element Pb için, farklı numunelerin izotopik bileşimindeki farklılıklar, farklı faktörlerle açıklanmaktadır. içerik ve diğer kaynaklar ve - doğanın ataları. . Belirli bir elementin izotoplarının özelliklerindeki farklılıklara denir. . Önemli pratik Görev doğadan elde etmektir. bireysel izotopların karışımları -

Muhtemelen yeryüzünde izotopları duymamış bir kişi yoktur. Ancak herkes bunun ne olduğunu bilmiyor. "Radyoaktif izotoplar" ifadesi özellikle korkutucu geliyor. Bu tuhaf kimyasal elementler insanlığı korkutuyor ancak gerçekte ilk bakışta göründüğü kadar korkutucu değiller.

Tanım

Radyoaktif element kavramını anlamak için öncelikle izotopların aynı kimyasal elementin ancak farklı kütlelere sahip örnekleri olduğunu söylemek gerekir. Bu ne anlama geliyor? Önce atomun yapısını hatırlarsak sorular ortadan kalkacaktır. Elektron, proton ve nötronlardan oluşur. Bir atomun çekirdeğindeki ilk iki temel parçacığın sayısı her zaman sabittir; kendi kütlesine sahip olan nötronlar ise aynı madde içinde bulunabilir. farklı miktarlar. Bu durum farklı fiziksel özelliklere sahip çeşitli kimyasal elementlerin ortaya çıkmasına neden olur.

Artık verebiliriz bilimsel tanım incelenmekte olan kavram. Dolayısıyla izotoplar, özellikleri benzer ancak farklı kütlelere ve farklılığa sahip olan kolektif bir kimyasal elementler kümesidir. fiziki ozellikleri. Daha modern terminolojiye göre bunlara kimyasal bir elementin nükleotidlerinin galaksisi denir.

Biraz tarih

Geçen yüzyılın başında bilim adamları aynı şeyin olduğunu keşfettiler. kimyasal bileşik V farklı koşullar gözlemlenebilir farklı kitleler elektron çekirdekleri. Tamamen teorik bir bakış açısından bakıldığında, bu tür elementler yeni sayılabilir ve D. Mendeleev'in periyodik tablosundaki boş hücreleri doldurmaya başlayabilirler. Ancak içinde yalnızca dokuz serbest hücre var ve bilim adamları düzinelerce yeni element keşfetti. Ek olarak, matematiksel hesaplamalar, keşfedilen bileşiklerin daha önce bilinmeyen olarak kabul edilemeyeceğini, çünkü kimyasal özelliklerinin mevcut olanların özelliklerine tam olarak karşılık geldiğini gösterdi.

Uzun tartışmalardan sonra bu elementlere izotop denilmesine ve çekirdekleri aynı sayıda elektron içerenlerle aynı kutuya konulmasına karar verildi. Bilim adamları izotopların kimyasal elementlerin sadece bazı varyasyonları olduğunu belirleyebildiler. Ancak bunların oluşum nedenleri ve yaşam süreleri neredeyse bir asırdır araştırılmaktadır. 21. yüzyılın başında bile insanlığın izotoplar hakkında her şeyi kesinlikle bildiğini söylemek mümkün değil.

Kalıcı ve kararsız varyasyonlar

Her kimyasal elementin birkaç izotopu vardır. Çekirdeklerinde serbest nötronlar bulunması nedeniyle atomun geri kalanıyla her zaman kararlı bağlara girmezler. Bir süre sonra serbest parçacıklar çekirdeği terk ederek kütlesini ve fiziksel özelliklerini değiştirir. Bu şekilde, sonuçta eşit sayıda proton, nötron ve elektron içeren bir maddenin oluşumuna yol açan diğer izotoplar oluşur.

Çok çabuk bozunan maddelere radyoaktif izotoplar denir. Uzaya çok sayıda nötron salarak, güçlü nüfuz etme gücüyle bilinen ve canlı organizmaları olumsuz yönde etkileyen güçlü iyonlaştırıcı gama radyasyonu oluştururlar.

Daha kararlı izotoplar radyoaktif değildir, çünkü onlar tarafından salınan serbest nötronların sayısı radyasyon üretme ve diğer atomları önemli ölçüde etkileme yeteneğine sahip değildir.

Oldukça uzun zaman önce, bilim adamları önemli bir model belirlediler: her kimyasal elementin kendi kalıcı veya radyoaktif izotopları vardır. İlginçtir ki bunların çoğu laboratuvar koşullarında elde edilmiştir ve doğal formdaki varlıkları azdır ve her zaman aletlerle tespit edilememektedir.

Doğada dağılım

Doğal koşullar altında, izotop kütlesi doğrudan D. Mendeleev'in tablosundaki sıra numarasıyla belirlenen maddeler çoğunlukla bulunur. Örneğin H sembolüyle gösterilen hidrojenin atom numarası 1'dir ve kütlesi bire eşittir. İzotopları 2H ve 3H doğada oldukça nadirdir.

Eşit insan vücuduçok sayıda radyoaktif izotopa sahiptir. Karbon izotopları formundaki yiyeceklere girerler ve bunlar da bitkiler tarafından topraktan veya havadan emilir ve fotosentez işlemi sırasında organik maddenin bir parçası haline gelir. Bu nedenle insanlar, hayvanlar ve bitkiler belirli bir miktar yayarlar. arkaplan radyasyonu. Ancak müdahale etmeyecek kadar düşük normal işleyiş ve büyüme.

İzotop oluşumuna katkıda bulunan kaynaklar, dünyanın çekirdeğinin iç katmanları ve uzaydan gelen radyasyondur.

Bildiğiniz gibi bir gezegenin sıcaklığı büyük ölçüde sıcak çekirdeğine bağlıdır. Ancak çok yakın zamanda bu ısının kaynağının, radyoaktif izotopların katıldığı karmaşık bir termonükleer reaksiyon olduğu anlaşıldı.

İzotopik Bozunma

İzotoplar kararsız oluşumlar olduğundan, zamanla bunların her zaman daha kalıcı kimyasal element çekirdeklerine bozunduğu varsayılabilir. Bu ifade doğrudur çünkü bilim adamları doğada çok büyük miktarda radyoaktif izotop tespit edemediler. Ve laboratuvarlarda çıkarılanların çoğu birkaç dakikadan birkaç güne kadar dayandı ve daha sonra tekrar sıradan kimyasal elementlere dönüştü.

Ancak doğada çürümeye karşı çok dirençli olduğu ortaya çıkan izotoplar da var. Milyarlarca yıl boyunca var olabilirler. Bu tür unsurlar, dünyanın hala oluştuğu uzak zamanlarda oluşmuştu ve yüzeyinde katı bir kabuk bile yoktu.

Radyoaktif izotoplar çok hızlı bir şekilde bozunur ve yeniden oluşur. Bu nedenle, izotopun stabilitesinin değerlendirilmesini kolaylaştırmak için bilim adamları, yarı ömrü kategorisini dikkate almaya karar verdiler.

Yarı ömür

Bu kavramla ne kastedildiği tüm okuyucular için hemen açık olmayabilir. Bunu tanımlayalım. Bir izotopun yarı ömrü, alınan maddenin geleneksel yarısının varlığının sona erdiği süredir.

Bu, bağlantının geri kalanının aynı sürede yok olacağı anlamına gelmez. Bu yarıyla ilgili olarak, başka bir kategoriyi dikkate almak gerekir - ikinci kısmının, yani orijinal madde miktarının dörtte birinin kaybolacağı süre. Ve bu düşünce sonsuza kadar devam eder. Bu süreç neredeyse sonsuz olduğundan, maddenin başlangıç ​​miktarının tamamen parçalanması için gereken süreyi hesaplamanın imkansız olduğu varsayılabilir.

Ancak yarılanma ömrünü bilen bilim insanları, maddenin başlangıçta ne kadarının bulunduğunu belirleyebiliyor. Bu veriler ilgili bilimlerde başarıyla kullanılmaktadır.

Modern bilim dünyasında tam çürüme kavramı pratikte kullanılmamaktadır. Her izotop için, birkaç saniyeden milyarlarca yıla kadar değişen yarı ömrünü belirtmek gelenekseldir. Yarı ömür ne kadar düşük olursa, maddeden o kadar fazla radyasyon gelir ve radyoaktivitesi de o kadar yüksek olur.

Fosil zenginleştirme

Bilim ve teknolojinin bazı dallarında göreceli olarak kullanımı büyük miktar radyoaktif maddeler zorunlu kabul edilmektedir. Ancak doğal koşullar altında bu tür bileşiklerin sayısı çok azdır.

İzotopların kimyasal elementlerin nadir görülen varyantları olduğu bilinmektedir. Sayıları en dayanıklı çeşidin yüzde birkaçı olarak ölçülür. Bu nedenle bilim adamlarının fosil materyalleri yapay olarak zenginleştirmeleri gerekiyor.

Yıllar süren araştırmalar sonucunda izotopun bozunmasına bir zincirleme reaksiyonun eşlik ettiğini öğrendik. Bir maddenin salınan nötronları diğerini etkilemeye başlar. Bunun sonucunda ağır çekirdekler daha hafif olanlara parçalanır ve yeni kimyasal elementler elde edilir.

Bu olguya zincirleme reaksiyon adı verilir ve bunun sonucunda daha kararlı ancak daha az yaygın izotoplar elde edilebilir ve bunlar daha sonra ulusal ekonomide kullanılır.

Çürüme enerjisinin uygulanması

Bilim adamları ayrıca radyoaktif bir izotopun bozunması sırasında büyük miktarda serbest enerjinin açığa çıktığını da buldular. Miktarı genellikle Curie birimi ile ölçülür ve 1 g radon-222'nin 1 saniyede fisyon süresine eşittir. Bu gösterge ne kadar yüksek olursa, o kadar fazla enerji açığa çıkar.

Bu, serbest enerjiyi kullanmanın yollarını geliştirmenin nedeni oldu. İçine radyoaktif bir izotopun yerleştirildiği atomik reaktörler bu şekilde ortaya çıktı. Açığa çıkan enerjinin çoğu toplanıp elektriğe dönüştürülüyor. Bu reaktörlere dayanarak, yaratıyorlar Atom istasyonları, en çok veren ucuz elektrik. Bu tür reaktörlerin daha küçük versiyonları kendinden tahrikli mekanizmalara monte edilir. Kaza tehlikesi göz önüne alındığında, bu tür araçlar olarak çoğunlukla denizaltılar kullanılmaktadır. Reaktör arızası durumunda denizaltındaki kayıpların sayısının en aza indirilmesi daha kolay olacaktır.

Yarı ömür enerjisini kullanmanın bir başka çok korkutucu seçeneği de atom bombaları. Dünya Savaşı sırasında Japonya'nın Hiroşima ve Nagazaki şehirlerinde insanlar üzerinde test edildi. Sonuçlar çok üzücüydü. Dolayısıyla dünyada bunun kullanılmaması konusunda bir anlaşma var. tehlikeli silahlar. Aynı zamanda militarizasyona odaklanan büyük devletler bugün bu alanda araştırmalarını sürdürüyorlar. Ayrıca birçoğu dünya kamuoyundan gizlice Japonya'da kullanılanlardan binlerce kat daha tehlikeli olan atom bombaları üretiyor.

Tıpta izotoplar

Barışçıl amaçlarla radyoaktif izotopların bozunmasını tıpta kullanmayı öğrendiler. Radyasyonun vücudun etkilenen bölgesine yönlendirilmesiyle hastalığın seyrini durdurmak veya hastanın tamamen iyileşmesine yardımcı olmak mümkündür.

Ancak teşhis için daha sıklıkla radyoaktif izotoplar kullanılır. Mesele şu ki, onların hareketi ve kümenin doğası, ürettikleri radyasyon tarafından en kolay şekilde belirlenmektedir. Böylece insan vücuduna tehlikesiz miktarda radyoaktif madde enjekte ediliyor ve doktorlar bu maddenin nasıl ve nereye girdiğini gözlemlemek için aletler kullanıyor.

Bu şekilde beynin işleyişini, kanserli tümörlerin doğasını, endokrin ve ekzokrin bezlerinin işleyişinin özelliklerini teşhis ederler.

Arkeolojide uygulama

Canlı organizmaların her zaman izotopunun yarı ömrü 5570 yıl olan radyoaktif karbon-14 içerdiği bilinmektedir. Ayrıca bilim adamları bu elementin ne kadarının ölüm anına kadar vücutta bulunduğunu da biliyorlar. Bu, kesilen tüm ağaçların aynı miktarda radyasyon yaydığı anlamına gelir. Zamanla radyasyon yoğunluğu azalır.

Bu, arkeologların kadırganın veya başka bir geminin inşa edildiği ahşabın ne kadar zaman önce öldüğünü ve dolayısıyla inşaatın ne zaman yapıldığını belirlemesine yardımcı olur. Bu araştırma yöntemine radyoaktif karbon analizi denir. Bu sayede bilim adamlarının tarihi olayların kronolojisini oluşturması daha kolaydır.