यह स्थापित किया गया है कि प्रकृति में पाया जाने वाला प्रत्येक रासायनिक तत्व समस्थानिकों का मिश्रण होता है (इसलिए उनके परमाणु द्रव्यमान भिन्न होते हैं)। यह समझने के लिए कि समस्थानिक एक दूसरे से कैसे भिन्न होते हैं, परमाणु की संरचना पर विस्तार से विचार करना आवश्यक है। एक परमाणु एक नाभिक और एक इलेक्ट्रॉन बादल बनाता है। एक परमाणु का द्रव्यमान इलेक्ट्रॉन बादल में कक्षाओं में चौंका देने वाली गति से चलने वाले इलेक्ट्रॉनों से प्रभावित होता है, न्यूट्रॉन और प्रोटॉन जो नाभिक बनाते हैं।

आइसोटोप क्या हैं

आइसोटोपरासायनिक तत्व का एक प्रकार का परमाणु। किसी भी परमाणु में हमेशा समान संख्या में इलेक्ट्रॉन और प्रोटॉन होते हैं। चूंकि उनके पास विपरीत चार्ज होते हैं (इलेक्ट्रॉन नकारात्मक होते हैं, और प्रोटॉन सकारात्मक होते हैं), परमाणु हमेशा तटस्थ होता है (यह प्राथमिक कण चार्ज नहीं करता है, यह शून्य के बराबर होता है)। जब एक इलेक्ट्रॉन खो जाता है या कब्जा कर लिया जाता है, तो परमाणु अपनी तटस्थता खो देता है, या तो नकारात्मक या सकारात्मक आयन बन जाता है।
न्यूट्रॉन पर कोई आवेश नहीं होता है, लेकिन एक ही तत्व के परमाणु नाभिक में उनकी संख्या भिन्न हो सकती है। यह परमाणु की तटस्थता को प्रभावित नहीं करता है, लेकिन यह उसके द्रव्यमान और गुणों को प्रभावित करता है। उदाहरण के लिए, हाइड्रोजन परमाणु के प्रत्येक समस्थानिक में एक इलेक्ट्रॉन और प्रत्येक में एक प्रोटॉन होता है। और न्यूट्रॉन की संख्या अलग है। प्रोटियम में केवल 1 न्यूट्रॉन, ड्यूटेरियम में 2 न्यूट्रॉन और ट्रिटियम में 3 न्यूट्रॉन होते हैं। ये तीन समस्थानिक गुणों में एक दूसरे से स्पष्ट रूप से भिन्न हैं।

समस्थानिकों की तुलना

आइसोटोप कैसे भिन्न होते हैं? उनके पास विभिन्न संख्या में न्यूट्रॉन, विभिन्न द्रव्यमान और विभिन्न गुण हैं। आइसोटोप में इलेक्ट्रॉन के गोले की एक समान संरचना होती है। इसका मतलब है कि वे रासायनिक गुणों में काफी समान हैं। इसलिए, उन्हें आवधिक प्रणाली में एक स्थान दिया गया है।
प्रकृति में स्थिर और रेडियोधर्मी (अस्थिर) समस्थानिक पाए गए हैं। रेडियोधर्मी समस्थानिकों के परमाणुओं के नाभिक अनायास अन्य नाभिकों में बदलने में सक्षम होते हैं। रेडियोधर्मी क्षय की प्रक्रिया में, वे विभिन्न कणों का उत्सर्जन करते हैं।
अधिकांश तत्वों में दो दर्जन से अधिक रेडियोधर्मी समस्थानिक होते हैं। इसके अलावा, रेडियोधर्मी समस्थानिक बिल्कुल सभी तत्वों के लिए कृत्रिम रूप से संश्लेषित होते हैं। समस्थानिकों के प्राकृतिक मिश्रण में, उनकी सामग्री में थोड़ा उतार-चढ़ाव होता है।
समस्थानिकों के अस्तित्व ने यह समझना संभव बना दिया कि क्यों, कुछ मामलों में, कम परमाणु द्रव्यमान वाले तत्वों की क्रम संख्या बड़े परमाणु द्रव्यमान वाले तत्वों की तुलना में अधिक होती है। उदाहरण के लिए, एक आर्गन-पोटेशियम जोड़ी में, आर्गन में भारी समस्थानिक शामिल होते हैं, और पोटेशियम में हल्के समस्थानिक शामिल होते हैं। अतः आर्गन का द्रव्यमान पोटैशियम से अधिक होता है।

ImGist ने निर्धारित किया कि एक दूसरे से समस्थानिकों के बीच का अंतर इस प्रकार है:

उनके पास विभिन्न संख्या में न्यूट्रॉन हैं।
आइसोटोप में परमाणुओं के विभिन्न द्रव्यमान होते हैं।
आयनों के परमाणुओं के द्रव्यमान का मान उनकी कुल ऊर्जा और गुणों को प्रभावित करता है।

एक निश्चित तत्व जिसमें समान लेकिन भिन्न होता है। समान संख्या और भिन्न वाले नाभिक रखते हैं। संख्या, इलेक्ट्रॉन कोशों की समान संरचना रखते हैं और आवर्त में एक ही स्थान पर कब्जा करते हैं। रासायनिक प्रणाली। तत्व "आइसोटोप्स" शब्द का प्रस्ताव 1910 में एफ. सोड्डी द्वारा रासायनिक रूप से अप्रभेद्य किस्मों को निरूपित करने के लिए प्रस्तावित किया गया था जो उनके भौतिक रूप में भिन्न हैं। (मुख्य रूप से रेडियोधर्मी) सेंट आप। स्थिर समस्थानिकों की खोज सबसे पहले 1913 में जे. थॉमसन ने तथाकथित की मदद से की थी। परवलय की विधि - आधुनिक का प्रोटोटाइप। . उन्होंने पाया कि Ne में wt के साथ कम से कम 2 किस्में हैं। घंटे 20 और 22। आइसोटोप के नाम और प्रतीक आमतौर पर संबंधित रसायनों के नाम और प्रतीक होते हैं। तत्व; प्रतीक के ऊपर बाईं ओर इंगित करें। उदाहरण के लिए, प्रकृति को नामित करने के लिए। आइसोटोप रिकॉर्ड 35 सीएल और 37 सी1 का उपयोग करते हैं; कभी-कभी तत्व को नीचे बाईं ओर भी इंगित किया जाता है, अर्थात। 35 17 सीएल और 37 17 सीएल लिखें। सबसे हल्के तत्व हाइड्रोजन के केवल समस्थानिक, wt। भाग 1, 2 और 3 में विशेष हैं। नाम और प्रतीक: (1 1 एच), (डी, या 2 1 एच) और (टी, या 3 1 एच), क्रमशः। द्रव्यमान में बड़े अंतर के कारण, इन समस्थानिकों का व्यवहार काफी भिन्न होता है (देखें,)। स्थिर समस्थानिक सभी सम और विषम तत्वों में पाए जाते हैं[ 83. सम संख्या वाले तत्वों के लिए स्थिर समस्थानिकों की संख्या हो सकती है। 10 के बराबर (जैसे y); विषम संख्या वाले तत्वों में अधिकतम दो स्थिर समस्थानिक होते हैं। ज्ञात सी.ए. 116 प्राकृतिक और कृत्रिम रूप से प्राप्त तत्वों में 280 स्थिर और 2000 से अधिक रेडियोधर्मी समस्थानिक। प्रत्येक तत्व के लिए, प्रकृति में अलग-अलग समस्थानिकों की सामग्री। मिश्रण में छोटे उतार-चढ़ाव होते हैं, जिन्हें अक्सर उपेक्षित किया जा सकता है। अधिक साधन। समस्थानिक संरचना में उतार-चढ़ाव उल्कापिंडों और अन्य खगोलीय पिंडों के लिए देखे जाते हैं। समस्थानिक संरचना की स्थिरता पृथ्वी पर पाए जाने वाले तत्वों की स्थिरता की ओर ले जाती है, जो किसी दिए गए तत्व के द्रव्यमान का औसत मूल्य है, जो प्रकृति में समस्थानिकों की प्रचुरता को ध्यान में रखते हुए पाया जाता है। प्रकाश तत्वों की समस्थानिक संरचना में उतार-चढ़ाव, एक नियम के रूप में, विघटन के दौरान समस्थानिक संरचना में परिवर्तन के साथ जुड़ा हुआ है। प्रकृति में होने वाली प्रक्रियाएं (, आदि)। भारी तत्व Pb के लिए, विभिन्न नमूनों की समस्थानिक संरचना में उतार-चढ़ाव को डीकंप द्वारा समझाया गया है। सामग्री, और अन्य स्रोत और - प्रकृति के संस्थापक। . किसी दिए गए तत्व के समस्थानिकों में अंतर सेंट कहा जाता है। . एक महत्वपूर्ण व्यावहारिक कार्य प्रकृति से प्राप्त करना है। व्यक्तिगत समस्थानिकों का मिश्रण -

रेडियोधर्मी तत्वों के गुणों का अध्ययन करने पर, यह पाया गया कि विभिन्न परमाणु द्रव्यमान वाले परमाणु एक ही रासायनिक तत्व में पाए जा सकते हैं। साथ ही, उनके पास एक ही परमाणु चार्ज होता है, यानी, ये तीसरे पक्ष के पदार्थों की अशुद्धता नहीं है, बल्कि एक ही पदार्थ है।

समस्थानिक क्या हैं और वे क्यों मौजूद हैं

मेंडेलीफ की आवर्त प्रणाली में, एक दिए गए तत्व और एक अलग परमाणु द्रव्यमान वाले पदार्थ के परमाणु दोनों एक कोशिका पर कब्जा कर लेते हैं। उपरोक्त के आधार पर, एक ही पदार्थ की ऐसी किस्मों को "आइसोटोप" नाम दिया गया था (यूनानी आइसोस से - वही और टॉपोस - स्थान)। इसलिए, आइसोटोप- ये किसी दिए गए रासायनिक तत्व की किस्में हैं जो परमाणु नाभिक के द्रव्यमान में भिन्न होती हैं।

नाभिक के स्वीकृत न्यूट्रॉन-प्रोटॉन मॉडल के अनुसार, समस्थानिकों के अस्तित्व को इस प्रकार समझाया गया था: पदार्थ के कुछ परमाणुओं के नाभिक में न्यूट्रॉन की संख्या भिन्न होती है, लेकिन प्रोटॉन की संख्या समान होती है। वास्तव में, एक तत्व के समस्थानिकों का नाभिकीय आवेश समान होता है, इसलिए नाभिक में प्रोटॉनों की संख्या समान होती है। नाभिक क्रमशः द्रव्यमान में भिन्न होते हैं, उनमें न्यूट्रॉन की एक अलग संख्या होती है।

स्थिर और अस्थिर समस्थानिक

समस्थानिक या तो स्थिर होते हैं या अस्थिर। आज तक, लगभग 270 स्थिर समस्थानिक और 2000 से अधिक अस्थिर समस्थानिक ज्ञात हैं। स्थिर समस्थानिक- ये रासायनिक तत्वों की किस्में हैं जो स्वतंत्र रूप से लंबे समय तक मौजूद रह सकती हैं।

ज्यादातर अस्थिर समस्थानिककृत्रिम रूप से प्राप्त किया गया था। अस्थिर समस्थानिक रेडियोधर्मी होते हैं, उनके नाभिक रेडियोधर्मी क्षय की प्रक्रिया के अधीन होते हैं, अर्थात, कणों और / या विकिरण के उत्सर्जन के साथ, अन्य नाभिकों में सहज परिवर्तन। लगभग सभी रेडियोधर्मी कृत्रिम समस्थानिकों की अर्ध-आयु बहुत कम होती है, जिन्हें सेकंडों में और यहां तक ​​कि सेकंडों के अंशों में भी मापा जाता है।

एक नाभिक में कितने समस्थानिक हो सकते हैं

नाभिक में न्यूट्रॉन की मनमानी संख्या नहीं हो सकती है। तदनुसार, समस्थानिकों की संख्या सीमित है। प्रोटॉन की संख्या में भीतत्वों, स्थिर समस्थानिकों की संख्या दस तक पहुँच सकती है। उदाहरण के लिए, टिन में 10 समस्थानिक होते हैं, क्सीनन में 9, पारा में 7 होते हैं, और इसी तरह।

वो तत्व प्रोटॉन की संख्या विषम है, केवल दो स्थिर समस्थानिक हो सकते हैं। कुछ तत्वों में केवल एक स्थिर समस्थानिक होता है। ये सोना, एल्यूमीनियम, फास्फोरस, सोडियम, मैंगनीज और अन्य जैसे पदार्थ हैं। विभिन्न तत्वों के लिए स्थिर समस्थानिकों की संख्या में इस तरह के बदलाव नाभिक की बाध्यकारी ऊर्जा पर प्रोटॉन और न्यूट्रॉन की संख्या की जटिल निर्भरता से जुड़े होते हैं।

प्रकृति में लगभग सभी पदार्थ समस्थानिकों के मिश्रण के रूप में मौजूद हैं। किसी पदार्थ की संरचना में समस्थानिकों की संख्या पदार्थ के प्रकार, परमाणु द्रव्यमान और किसी दिए गए रासायनिक तत्व के स्थिर समस्थानिकों की संख्या पर निर्भर करती है।

शायद, पृथ्वी पर ऐसा कोई व्यक्ति नहीं है जिसने आइसोटोप के बारे में नहीं सुना होगा। लेकिन हर कोई नहीं जानता कि यह क्या है। वाक्यांश "रेडियोधर्मी समस्थानिक" विशेष रूप से भयावह लगता है। ये अस्पष्ट रासायनिक तत्व मानवता को भयभीत करते हैं, लेकिन वास्तव में वे उतने डरावने नहीं हैं जितने पहली नज़र में लग सकते हैं।

परिभाषा

रेडियोधर्मी तत्वों की अवधारणा को समझने के लिए, सबसे पहले यह कहना आवश्यक है कि समस्थानिक एक ही रासायनिक तत्व के नमूने हैं, लेकिन विभिन्न द्रव्यमानों के साथ। इसका क्या मतलब है? अगर हम पहले परमाणु की संरचना को याद करेंगे तो प्रश्न गायब हो जाएंगे। इसमें इलेक्ट्रॉन, प्रोटॉन और न्यूट्रॉन होते हैं। परमाणु के नाभिक में पहले दो प्राथमिक कणों की संख्या हमेशा स्थिर होती है, जबकि न्यूट्रॉन का अपना द्रव्यमान होता है जो एक ही पदार्थ में अलग-अलग मात्रा में हो सकता है। यह परिस्थिति विभिन्न भौतिक गुणों वाले विभिन्न रासायनिक तत्वों को जन्म देती है।

अब हम अध्ययन के तहत अवधारणा की वैज्ञानिक परिभाषा दे सकते हैं। तो, आइसोटोप गुणों में समान रासायनिक तत्वों का एक संचयी समूह है, लेकिन अलग-अलग द्रव्यमान और भौतिक गुण होते हैं। अधिक आधुनिक शब्दावली के अनुसार, उन्हें एक रासायनिक तत्व के न्यूक्लियोटाइड्स की आकाशगंगा कहा जाता है।

इतिहास का हिस्सा

पिछली शताब्दी की शुरुआत में, वैज्ञानिकों ने पाया कि विभिन्न परिस्थितियों में एक ही रासायनिक यौगिक में इलेक्ट्रॉन नाभिक के विभिन्न द्रव्यमान हो सकते हैं। विशुद्ध रूप से सैद्धांतिक दृष्टिकोण से, ऐसे तत्वों को नया माना जा सकता है और वे डी। मेंडेलीव की आवर्त सारणी में खाली कोशिकाओं को भरना शुरू कर सकते हैं। लेकिन इसमें केवल नौ मुक्त कोशिकाएँ होती हैं और वैज्ञानिकों ने दर्जनों नए तत्वों की खोज की। इसके अलावा, गणितीय गणना से पता चला है कि खोजे गए यौगिकों को पहले अज्ञात नहीं माना जा सकता है, क्योंकि उनके रासायनिक गुण पूरी तरह से मौजूदा की विशेषताओं के अनुरूप हैं।

लंबी चर्चा के बाद, इन तत्वों को आइसोटोप कहने और उन्हें उसी सेल में रखने का निर्णय लिया गया, जिनके नाभिक में उनके साथ समान संख्या में इलेक्ट्रॉन होते हैं। वैज्ञानिक यह निर्धारित करने में सक्षम हैं कि आइसोटोप रासायनिक तत्वों के कुछ रूपांतर हैं। हालांकि, उनकी घटना के कारणों और जीवन की अवधि का लगभग एक सदी तक अध्ययन किया गया था। 21वीं सदी की शुरुआत में भी, यह दावा करना असंभव है कि मानवता आइसोटोप के बारे में पूरी तरह से सब कुछ जानती है।

लगातार और गैर-लगातार बदलाव

प्रत्येक रासायनिक तत्व में कई समस्थानिक होते हैं। इस तथ्य के कारण कि उनके नाभिक में मुक्त न्यूट्रॉन होते हैं, वे हमेशा शेष परमाणु के साथ स्थिर बंधन में प्रवेश नहीं करते हैं। कुछ समय बाद, मुक्त कण नाभिक को छोड़ देते हैं, जो इसके द्रव्यमान और भौतिक गुणों को बदल देता है। इस प्रकार अन्य समस्थानिक बनते हैं, जो अंततः समान संख्या में प्रोटॉन, न्यूट्रॉन और इलेक्ट्रॉनों के साथ एक पदार्थ के निर्माण की ओर ले जाते हैं।

वे पदार्थ जो बहुत जल्दी क्षय हो जाते हैं, रेडियोधर्मी समस्थानिक कहलाते हैं। वे अंतरिक्ष में बड़ी संख्या में न्यूट्रॉन छोड़ते हैं, जिससे शक्तिशाली आयनकारी गामा विकिरण बनता है, जो अपनी मजबूत मर्मज्ञ क्षमता के लिए जाना जाता है, जो जीवित जीवों को नकारात्मक रूप से प्रभावित करता है।

अधिक स्थिर समस्थानिक रेडियोधर्मी नहीं होते हैं, क्योंकि उनके द्वारा छोड़े गए मुक्त न्यूट्रॉन की संख्या विकिरण उत्पन्न करने और अन्य परमाणुओं को महत्वपूर्ण रूप से प्रभावित करने में सक्षम नहीं है।

काफी समय पहले, वैज्ञानिकों ने एक महत्वपूर्ण पैटर्न स्थापित किया: प्रत्येक रासायनिक तत्व का अपना समस्थानिक, स्थायी या रेडियोधर्मी होता है। दिलचस्प है, उनमें से कई प्रयोगशाला में प्राप्त किए गए थे, और उनके प्राकृतिक रूप में उनकी उपस्थिति छोटी है और हमेशा उपकरणों द्वारा दर्ज नहीं की जाती है।

प्रकृति में वितरण

प्राकृतिक परिस्थितियों में, अक्सर ऐसे पदार्थ होते हैं जिनके समस्थानिक द्रव्यमान सीधे डी। मेंडेलीव तालिका में इसकी क्रमिक संख्या से निर्धारित होते हैं। उदाहरण के लिए, हाइड्रोजन, जिसे एच द्वारा दर्शाया गया है, की क्रम संख्या 1 है, और इसका द्रव्यमान एक के बराबर है। इसके समस्थानिक, 2H और 3H, प्रकृति में अत्यंत दुर्लभ हैं।

यहां तक ​​कि मानव शरीर में भी एक निश्चित मात्रा में रेडियोधर्मी समस्थानिक होते हैं। वे कार्बन के आइसोटोप के रूप में भोजन के माध्यम से अंदर जाते हैं, जो बदले में, मिट्टी या हवा से पौधों द्वारा अवशोषित होते हैं और प्रकाश संश्लेषण के दौरान कार्बनिक पदार्थों की संरचना में गुजरते हैं। इसलिए, मनुष्य, जानवर और पौधे दोनों एक निश्चित विकिरण पृष्ठभूमि का उत्सर्जन करते हैं। केवल यह इतना कम है कि यह सामान्य कामकाज और विकास में हस्तक्षेप नहीं करता है।

आइसोटोप के निर्माण में योगदान देने वाले स्रोत पृथ्वी की कोर की आंतरिक परतें और बाहरी अंतरिक्ष से विकिरण हैं।

जैसा कि आप जानते हैं, ग्रह पर तापमान काफी हद तक इसके गर्म कोर पर निर्भर करता है। लेकिन हाल ही में यह स्पष्ट हुआ कि इस ऊष्मा का स्रोत एक जटिल थर्मोन्यूक्लियर प्रतिक्रिया है, जिसमें रेडियोधर्मी समस्थानिक भाग लेते हैं।

आइसोटोप क्षय

चूंकि आइसोटोप अस्थिर संरचनाएं हैं, इसलिए यह माना जा सकता है कि, समय के साथ, वे हमेशा रासायनिक तत्वों के अधिक स्थायी नाभिक में क्षय हो जाते हैं। यह कथन सत्य है, क्योंकि वैज्ञानिक प्रकृति में बड़ी संख्या में रेडियोधर्मी समस्थानिकों का पता नहीं लगा पाए हैं। और उनमें से अधिकांश जो प्रयोगशालाओं में खनन किए गए थे, कुछ मिनटों से लेकर कई दिनों तक चले, और फिर सामान्य रासायनिक तत्वों में बदल गए।

लेकिन प्रकृति में ऐसे समस्थानिक भी हैं जो क्षय के लिए बहुत प्रतिरोधी हैं। वे अरबों वर्षों तक मौजूद रह सकते हैं। ऐसे तत्वों का निर्माण उन दूर के समय में हुआ था, जब पृथ्वी अभी भी बन रही थी, और इसकी सतह पर एक ठोस परत भी नहीं थी।

रेडियोधर्मी समस्थानिक क्षय होते हैं और बहुत जल्दी फिर से बनते हैं। इसलिए, आइसोटोप की स्थिरता के आकलन की सुविधा के लिए, वैज्ञानिकों ने इसके आधे जीवन की श्रेणी पर विचार करने का निर्णय लिया।

हाफ लाइफ

यह सभी पाठकों के लिए तुरंत स्पष्ट नहीं हो सकता है कि इस अवधारणा का क्या अर्थ है। आइए इसे परिभाषित करें। एक आइसोटोप का आधा जीवन वह समय होता है जिसके दौरान पदार्थ का सशर्त आधा अस्तित्व समाप्त हो जाता है।

इसका मतलब यह नहीं है कि बाकी कनेक्शन उसी समय में नष्ट हो जाएंगे। इस आधे के संबंध में, एक अलग श्रेणी पर विचार करना आवश्यक है - समय की अवधि जिसके दौरान इसका दूसरा भाग, यानी पदार्थ की मूल मात्रा का एक चौथाई गायब हो जाएगा। और यह विचार अनंत काल तक जारी है। यह माना जा सकता है कि पदार्थ की प्रारंभिक मात्रा के पूर्ण क्षय के समय की गणना करना असंभव है, क्योंकि यह प्रक्रिया व्यावहारिक रूप से अंतहीन है।

हालांकि, आधे जीवन को जानने वाले वैज्ञानिक यह निर्धारित कर सकते हैं कि शुरुआत में कितना पदार्थ मौजूद था। इन आंकड़ों का संबंधित विज्ञानों में सफलतापूर्वक उपयोग किया जाता है।

आधुनिक वैज्ञानिक दुनिया में, पूर्ण क्षय की अवधारणा का व्यावहारिक रूप से उपयोग नहीं किया जाता है। प्रत्येक आइसोटोप के लिए, इसके आधे जीवन को इंगित करने के लिए प्रथागत है, जो कुछ सेकंड से लेकर कई अरबों वर्षों तक भिन्न होता है। आधा जीवन जितना कम होगा, पदार्थ से उतना ही अधिक विकिरण आएगा और उसकी रेडियोधर्मिता उतनी ही अधिक होगी।

खनिजों का संवर्धन

विज्ञान और प्रौद्योगिकी की कुछ शाखाओं में, अपेक्षाकृत बड़ी मात्रा में रेडियोधर्मी पदार्थों का उपयोग अनिवार्य माना जाता है। लेकिन साथ ही, प्राकृतिक परिस्थितियों में ऐसे यौगिक बहुत कम होते हैं।

यह ज्ञात है कि समस्थानिक रासायनिक तत्वों के असामान्य रूप हैं। उनकी संख्या सबसे प्रतिरोधी किस्म के कुछ प्रतिशत द्वारा मापी जाती है। यही कारण है कि वैज्ञानिकों को जीवाश्म सामग्री का कृत्रिम संवर्धन करने की आवश्यकता है।

अनुसंधान के वर्षों में, यह पता लगाना संभव था कि एक समस्थानिक का क्षय एक श्रृंखला प्रतिक्रिया के साथ होता है। एक पदार्थ के विमोचित न्यूट्रॉन दूसरे पदार्थ को प्रभावित करने लगते हैं। इसके परिणामस्वरूप, भारी नाभिक हल्के नाभिकों में टूट जाते हैं और नए रासायनिक तत्व प्राप्त होते हैं।

इस घटना को एक श्रृंखला प्रतिक्रिया कहा जाता है, जिसके परिणामस्वरूप अधिक स्थिर, लेकिन कम सामान्य समस्थानिक प्राप्त किए जा सकते हैं, जो बाद में राष्ट्रीय अर्थव्यवस्था में उपयोग किए जाते हैं।

क्षय ऊर्जा का अनुप्रयोग

वैज्ञानिकों ने यह भी पाया कि रेडियोधर्मी समस्थानिक के क्षय के दौरान भारी मात्रा में मुक्त ऊर्जा निकलती है। इसकी मात्रा आमतौर पर क्यूरी इकाई द्वारा मापी जाती है, जो 1 सेकंड में रेडॉन-222 के 1 ग्राम के विखंडन समय के बराबर होती है। यह सूचक जितना अधिक होता है, उतनी ही अधिक ऊर्जा निकलती है।

मुक्त ऊर्जा के उपयोग के तरीकों के विकास का यही कारण था। इस तरह से परमाणु रिएक्टर दिखाई दिए, जिसमें एक रेडियोधर्मी आइसोटोप रखा गया है। इससे निकलने वाली अधिकांश ऊर्जा एकत्र की जाती है और बिजली में परिवर्तित हो जाती है। इन रिएक्टरों के आधार पर, परमाणु ऊर्जा संयंत्र बनाए जाते हैं, जो सबसे सस्ती बिजली प्रदान करते हैं। ऐसे रिएक्टरों के कम किए गए संस्करणों को स्व-चालित तंत्र पर रखा जाता है। दुर्घटनाओं के खतरे को देखते हुए अक्सर ऐसी मशीनें पनडुब्बी होती हैं। रिएक्टर की विफलता की स्थिति में, पनडुब्बी पर पीड़ितों की संख्या को कम करना आसान होगा।

अर्ध-जीवन ऊर्जा का उपयोग करने के लिए एक और बहुत ही डरावना विकल्प परमाणु बम है। द्वितीय विश्व युद्ध के दौरान, जापानी शहरों हिरोशिमा और नागासाकी में मानवता पर उनका परीक्षण किया गया था। परिणाम बहुत दुखद थे। इसलिए इन खतरनाक हथियारों के इस्तेमाल न करने पर दुनिया का समझौता है। साथ ही, सैन्यीकरण पर ध्यान देने वाले बड़े राज्य आज भी इस उद्योग में अनुसंधान जारी रखते हैं। इसके अलावा, उनमें से कई, गुप्त रूप से विश्व समुदाय से, परमाणु बम बना रहे हैं, जो जापान में इस्तेमाल होने वाले बमों की तुलना में हजारों गुना अधिक खतरनाक हैं।

चिकित्सा में आइसोटोप

शांतिपूर्ण उद्देश्यों के लिए, रेडियोधर्मी समस्थानिकों के क्षय ने चिकित्सा में उपयोग करना सीख लिया है। शरीर के प्रभावित क्षेत्र में विकिरण को निर्देशित करके, रोग के पाठ्यक्रम को रोकना या रोगी को पूरी तरह से ठीक होने में मदद करना संभव है।

लेकिन अधिक बार निदान के लिए रेडियोधर्मी समस्थानिकों का उपयोग किया जाता है। बात यह है कि उनके आंदोलन और क्लस्टर की प्रकृति उनके द्वारा उत्पादित विकिरण द्वारा ठीक करना सबसे आसान है। तो, मानव शरीर में एक रेडियोधर्मी पदार्थ की एक निश्चित गैर-खतरनाक मात्रा पेश की जाती है, और डॉक्टर यह देखने के लिए उपकरणों का उपयोग करते हैं कि यह कैसे और कहाँ मिलता है।

इस प्रकार, मस्तिष्क के काम का निदान, कैंसर के ट्यूमर की प्रकृति, अंतःस्रावी और बाहरी स्राव ग्रंथियों के काम की विशेषताएं की जाती हैं।

पुरातत्व में आवेदन

यह ज्ञात है कि जीवित जीवों में हमेशा रेडियोधर्मी कार्बन -14 होता है, जिसका समस्थानिक आधा जीवन 5570 वर्ष है। इसके अलावा, वैज्ञानिकों को पता है कि उनकी मृत्यु के क्षण तक शरीर में इस तत्व की कितनी मात्रा है। इसका मतलब है कि सभी कटे हुए पेड़ समान मात्रा में विकिरण उत्सर्जित करते हैं। समय के साथ, विकिरण की तीव्रता कम हो जाती है।

यह पुरातत्वविदों को यह निर्धारित करने में मदद करता है कि जिस पेड़ से गैली या कोई अन्य जहाज बनाया गया था, वह कितने समय पहले मर गया था, और इसलिए निर्माण का समय। इस शोध पद्धति को रेडियोधर्मी कार्बन विश्लेषण कहा जाता है। उनके लिए धन्यवाद, वैज्ञानिकों के लिए ऐतिहासिक घटनाओं के कालक्रम को स्थापित करना आसान है।

आइसोटोप- एक रासायनिक तत्व के परमाणुओं (और नाभिक) की किस्में जिनमें समान परमाणु (क्रमिक) संख्या होती है, लेकिन विभिन्न द्रव्यमान संख्याएं होती हैं।

आइसोटोप शब्द ग्रीक मूल के आइसोस (ἴσος "बराबर") और टोपोस (τόπος "जगह") से बना है, जिसका अर्थ है "एक ही जगह"; इस प्रकार, नाम का अर्थ यह है कि एक ही तत्व के विभिन्न समस्थानिक आवर्त सारणी में समान स्थान रखते हैं।

हाइड्रोजन के तीन प्राकृतिक समस्थानिक। तथ्य यह है कि प्रत्येक आइसोटोप में एक प्रोटॉन होता है जिसमें हाइड्रोजन के प्रकार होते हैं: आइसोटोप की पहचान न्यूट्रॉन की संख्या से निर्धारित होती है। बाएं से दाएं, समस्थानिक शून्य न्यूट्रॉन के साथ प्रोटियम (1H), एक न्यूट्रॉन के साथ ड्यूटेरियम (2H) और दो न्यूट्रॉन के साथ ट्रिटियम (3H) होते हैं।

एक परमाणु के नाभिक में प्रोटॉन की संख्या को परमाणु संख्या कहा जाता है और यह एक तटस्थ (गैर-आयनित) परमाणु में इलेक्ट्रॉनों की संख्या के बराबर होती है। प्रत्येक परमाणु संख्या एक विशेष तत्व की पहचान करती है, लेकिन एक समस्थानिक की नहीं; किसी दिए गए तत्व के परमाणु में न्यूट्रॉन की संख्या में एक विस्तृत श्रृंखला हो सकती है। एक नाभिक में न्यूक्लियॉन (प्रोटॉन और न्यूट्रॉन दोनों) की संख्या एक परमाणु की द्रव्यमान संख्या होती है, और किसी दिए गए तत्व के प्रत्येक समस्थानिक की एक अलग द्रव्यमान संख्या होती है।

उदाहरण के लिए, कार्बन-12, कार्बन-13, और कार्बन-14, तात्विक कार्बन के तीन समस्थानिक हैं जिनकी द्रव्यमान संख्या क्रमशः 12, 13 और 14 है। कार्बन की परमाणु संख्या 6 है, जिसका अर्थ है कि प्रत्येक कार्बन परमाणु में 6 प्रोटॉन होते हैं, इसलिए इन समस्थानिकों की न्यूट्रॉन संख्या क्रमशः 6, 7, और 8 है।

एचयूक्लिड और आइसोटोप

न्यूक्लाइड नाभिक का है, परमाणु का नहीं। समान नाभिक एक ही न्यूक्लाइड के होते हैं, उदाहरण के लिए, प्रत्येक कार्बन-13 न्यूक्लाइड नाभिक में 6 प्रोटॉन और 7 न्यूट्रॉन होते हैं। न्यूक्लाइड की अवधारणा (व्यक्तिगत परमाणु प्रजातियों का जिक्र करते हुए) रासायनिक गुणों पर परमाणु गुणों पर जोर देती है, जबकि आइसोटोप अवधारणा (प्रत्येक तत्व के सभी परमाणुओं को समूहीकृत करना) परमाणु पर रासायनिक प्रतिक्रिया पर जोर देती है। न्यूट्रॉन संख्या का नाभिक के गुणों पर बहुत प्रभाव पड़ता है, लेकिन अधिकांश तत्वों के लिए रासायनिक गुणों पर इसका प्रभाव नगण्य होता है। यहां तक ​​​​कि सबसे हल्के तत्वों के मामले में, जहां न्यूट्रॉन और परमाणु संख्या का अनुपात आइसोटोप के बीच सबसे अधिक भिन्न होता है, इसका आमतौर पर केवल एक मामूली प्रभाव होता है, हालांकि यह कुछ मामलों में मायने रखता है (हाइड्रोजन के लिए, सबसे हल्का तत्व, आइसोटोप प्रभाव है बड़े। जीव विज्ञान को बहुत प्रभावित करने के लिए)। चूंकि आइसोटोप एक पुराना शब्द है, इसलिए इसे न्यूक्लाइड से बेहतर जाना जाता है और अभी भी कभी-कभी ऐसे संदर्भों में उपयोग किया जाता है जहां न्यूक्लाइड अधिक उपयुक्त हो सकता है, जैसे कि परमाणु प्रौद्योगिकी और परमाणु चिकित्सा।

नोटेशन

एक आइसोटोप या न्यूक्लाइड की पहचान एक विशेष तत्व के नाम से की जाती है (यह परमाणु संख्या को इंगित करता है), उसके बाद एक हाइफ़न और एक द्रव्यमान संख्या (उदाहरण के लिए, हीलियम -3, हीलियम -4, कार्बन -12, कार्बन -14, यूरेनियम) -235, और यूरेनियम-239)। जब एक रासायनिक प्रतीक का उपयोग किया जाता है, उदा। कार्बन के लिए "सी", मानक संकेतन (अब "एजेई नोटेशन" के रूप में जाना जाता है क्योंकि ए द्रव्यमान संख्या है, जेड परमाणु संख्या है, और ई तत्व के लिए) एक सुपरस्क्रिप्ट के साथ द्रव्यमान संख्या (न्यूक्लिऑन की संख्या) को इंगित करना है रासायनिक प्रतीक के ऊपर बाईं ओर और निचले बाएँ कोने में एक सबस्क्रिप्ट के साथ परमाणु संख्या को इंगित करें)। चूंकि परमाणु संख्या तत्व के प्रतीक द्वारा दी जाती है, आमतौर पर सुपरस्क्रिप्ट में केवल द्रव्यमान संख्या दी जाती है, और परमाणु सूचकांक नहीं दिया जाता है। परमाणु आइसोमर, एक मेटास्टेबल या ऊर्जावान रूप से उत्साहित परमाणु राज्य (न्यूनतम ऊर्जा जमीन राज्य के विपरीत), जैसे 180m 73Ta (टैंटलम-180m) को इंगित करने के लिए अक्षर m को कभी-कभी द्रव्यमान संख्या के बाद जोड़ा जाता है।

रेडियोधर्मी, प्राथमिक और स्थिर समस्थानिक

कुछ समस्थानिक रेडियोधर्मी होते हैं और इसलिए उन्हें रेडियोआइसोटोप या रेडियोन्यूक्लाइड कहा जाता है, जबकि अन्य को कभी भी रेडियोधर्मी रूप से क्षय होते नहीं देखा गया है और उन्हें स्थिर समस्थानिक या स्थिर न्यूक्लाइड कहा जाता है। उदाहरण के लिए, 14 सी कार्बन का एक रेडियोधर्मी रूप है, जबकि 12 सी और 13 सी स्थिर आइसोटोप हैं। पृथ्वी पर लगभग 339 प्राकृतिक रूप से पाए जाने वाले न्यूक्लाइड हैं, जिनमें से 286 प्राइमरी न्यूक्लाइड हैं, जिसका अर्थ है कि वे सौर मंडल के निर्माण के बाद से आसपास हैं।

मूल न्यूक्लाइड में 32 न्यूक्लाइड बहुत लंबे आधे जीवन (100 मिलियन वर्ष से अधिक) और 254 शामिल हैं जिन्हें औपचारिक रूप से "स्थिर न्यूक्लाइड" माना जाता है क्योंकि उन्हें क्षय के लिए नहीं देखा गया है। ज्यादातर मामलों में, स्पष्ट कारणों से, यदि किसी तत्व में स्थिर समस्थानिक हैं तो वे समस्थानिक पृथ्वी पर और सौर मंडल में पाए जाने वाले मौलिक बहुतायत पर हावी हैं। हालांकि, तीन तत्वों (टेल्यूरियम, इंडियम और रेनियम) के मामले में, प्रकृति में पाया जाने वाला सबसे प्रचुर आइसोटोप वास्तव में तत्व का एक (या दो) अत्यंत लंबे समय तक रहने वाला रेडियो आइसोटोप है, इस तथ्य के बावजूद कि इन तत्वों में है एक या अधिक स्थिर समस्थानिक।

सिद्धांत भविष्यवाणी करता है कि कई स्पष्ट रूप से "स्थिर" आइसोटोप/न्यूक्लाइड रेडियोधर्मी हैं, बहुत लंबे आधे जीवन के साथ (प्रोटॉन क्षय की संभावना पर विचार नहीं करते हैं, जो अंततः सभी न्यूक्लाइड को अस्थिर कर देगा)। 254 न्यूक्लाइड्स में से जिन्हें कभी नहीं देखा गया है, उनमें से केवल 90 (पहले 40 तत्वों में से सभी) सैद्धांतिक रूप से सभी ज्ञात क्षय रूपों के प्रतिरोधी हैं। तत्व 41 (नाइओबियम) स्वतःस्फूर्त विखंडन से सैद्धांतिक रूप से अस्थिर है, लेकिन यह कभी खोजा नहीं गया है। कई अन्य स्थिर न्यूक्लाइड सिद्धांत रूप में क्षय के अन्य ज्ञात रूपों, जैसे अल्फा क्षय या डबल बीटा क्षय के लिए ऊर्जावान रूप से अतिसंवेदनशील होते हैं, लेकिन क्षय उत्पादों को अभी तक नहीं देखा गया है, और इस प्रकार इन आइसोटोप को "अवलोकन रूप से स्थिर" माना जाता है। इन न्यूक्लाइडों के लिए अनुमानित आधा जीवन अक्सर ब्रह्मांड की अनुमानित आयु से बहुत अधिक होता है, और वास्तव में 27 ज्ञात रेडियोन्यूक्लाइड भी हैं जिनका आधा जीवन ब्रह्मांड की आयु से अधिक है।

रेडियोधर्मी न्यूक्लाइड, कृत्रिम रूप से निर्मित, वर्तमान में 3339 न्यूक्लाइड ज्ञात हैं। इनमें 905 न्यूक्लाइड शामिल हैं जो या तो स्थिर हैं या जिनका आधा जीवन 60 मिनट से अधिक है।

आइसोटोप गुण

रासायनिक और आणविक गुण

एक तटस्थ परमाणु में प्रोटॉन के समान इलेक्ट्रॉनों की संख्या होती है। इस प्रकार, किसी दिए गए तत्व के विभिन्न समस्थानिकों में इलेक्ट्रॉनों की संख्या समान होती है और उनकी इलेक्ट्रॉनिक संरचना समान होती है। चूँकि किसी परमाणु का रासायनिक व्यवहार काफी हद तक उसकी इलेक्ट्रॉनिक संरचना से निर्धारित होता है, विभिन्न समस्थानिक लगभग समान रासायनिक व्यवहार प्रदर्शित करते हैं।

इसका एक अपवाद गतिज समस्थानिक प्रभाव है: उनके बड़े द्रव्यमान के कारण, भारी समस्थानिक एक ही तत्व के हल्के समस्थानिकों की तुलना में कुछ अधिक धीरे-धीरे प्रतिक्रिया करते हैं। यह प्रोटियम (1 एच), ड्यूटेरियम (2 एच), और ट्रिटियम (3 एच) के लिए सबसे अधिक स्पष्ट है, क्योंकि ड्यूटेरियम में प्रोटियम का द्रव्यमान दोगुना होता है और ट्रिटियम में प्रोटियम के द्रव्यमान का तीन गुना होता है। द्रव्यमान में ये अंतर परमाणु प्रणालियों के गुरुत्वाकर्षण केंद्र (घटित द्रव्यमान) को बदलकर उनके संबंधित रासायनिक बंधों के व्यवहार को भी प्रभावित करते हैं। हालांकि, भारी तत्वों के लिए, समस्थानिकों के बीच सापेक्ष द्रव्यमान अंतर बहुत छोटा होता है, जिससे कि रसायन विज्ञान में द्रव्यमान अंतर का प्रभाव आमतौर पर नगण्य होता है। (भारी तत्वों में भी हल्के तत्वों की तुलना में अपेक्षाकृत अधिक न्यूट्रॉन होते हैं, इसलिए परमाणु द्रव्यमान का कुल इलेक्ट्रॉन द्रव्यमान का अनुपात कुछ बड़ा होता है।)

इसी तरह, दो अणु जो केवल अपने परमाणुओं (आइसोटोपोलॉग्स) के समस्थानिकों में भिन्न होते हैं, उनकी इलेक्ट्रॉनिक संरचना समान होती है और इसलिए लगभग अप्रभेद्य भौतिक और रासायनिक गुण (फिर से, ड्यूटेरियम और ट्रिटियम प्राथमिक अपवाद हैं)। एक अणु के कंपन मोड उसके आकार और उसके घटक परमाणुओं के द्रव्यमान से निर्धारित होते हैं; इसलिए, विभिन्न समस्थानिकों में कंपन मोड के विभिन्न सेट होते हैं। चूंकि कंपन मोड एक अणु को उपयुक्त ऊर्जा के फोटॉन को अवशोषित करने की अनुमति देते हैं, इसलिए आइसोटोपोलॉग्स में इन्फ्रारेड में विभिन्न ऑप्टिकल गुण होते हैं।

परमाणु गुण और स्थिरता

समस्थानिक आधा जीवन। स्थिर समस्थानिकों का ग्राफ Z = N रेखा से विचलित होता है क्योंकि तत्व संख्या Z बढ़ जाती है

परमाणु नाभिक एक अवशिष्ट मजबूत बल द्वारा एक साथ बंधे प्रोटॉन और न्यूट्रॉन से बने होते हैं। क्योंकि प्रोटॉन धनावेशित होते हैं, वे एक दूसरे को प्रतिकर्षित करते हैं। न्यूट्रॉन, जो विद्युत रूप से तटस्थ होते हैं, नाभिक को दो तरह से स्थिर करते हैं। उनका संपर्क प्रोटॉन को थोड़ा पीछे धकेलता है, प्रोटॉन के बीच इलेक्ट्रोस्टैटिक प्रतिकर्षण को कम करता है, और वे एक दूसरे पर और प्रोटॉन पर एक आकर्षक परमाणु बल लगाते हैं। इस कारण से, दो या दो से अधिक प्रोटॉनों को नाभिक से बांधने के लिए एक या अधिक न्यूट्रॉन की आवश्यकता होती है। जैसे-जैसे प्रोटॉन की संख्या बढ़ती है, वैसे-वैसे एक स्थिर नाभिक प्रदान करने के लिए आवश्यक न्यूट्रॉन से प्रोटॉन का अनुपात भी बढ़ता है (दाईं ओर ग्राफ देखें)। उदाहरण के लिए, हालांकि अनुपात न्यूट्रॉन: प्रोटॉन 3 2 वह 1:2 है, अनुपात न्यूट्रॉन: प्रोटॉन 238 92 यू
3:2 से अधिक। कई हल्के तत्वों में स्थिर न्यूक्लाइड होते हैं जिनका अनुपात 1:1 (Z = N) होता है। न्यूक्लाइड 40 20 सीए (कैल्शियम -40) न्यूट्रॉन और प्रोटॉन की समान संख्या के साथ देखने योग्य सबसे भारी स्थिर न्यूक्लाइड है; (सैद्धांतिक रूप से, सबसे भारी स्थिर सल्फर -32 है)। कैल्शियम -40 से भारी सभी स्थिर न्यूक्लाइड में प्रोटॉन की तुलना में अधिक न्यूट्रॉन होते हैं।

प्रति तत्व समस्थानिकों की संख्या

स्थिर समस्थानिक वाले 81 तत्वों में से, किसी भी तत्व के लिए देखे जाने योग्य स्थिर समस्थानिकों की सबसे बड़ी संख्या दस (तत्व टिन के लिए) है। किसी भी तत्व के नौ स्थिर समस्थानिक नहीं हैं। क्सीनन आठ स्थिर समस्थानिकों वाला एकमात्र तत्व है। चार तत्वों में सात स्थिर समस्थानिक हैं, जिनमें से आठ में छह स्थिर समस्थानिक हैं, दस में पांच स्थिर समस्थानिक हैं, नौ में चार स्थिर समस्थानिक हैं, पांच में तीन स्थिर समस्थानिक हैं, 16 में दो स्थिर समस्थानिक हैं, और 26 तत्वों में केवल एक है (जिनमें से 19 हैं) तथाकथित मोनोन्यूक्लाइड तत्व, जिसमें एक एकल आदिम स्थिर समस्थानिक होता है जो उच्च परिशुद्धता के साथ प्राकृतिक तत्व के परमाणु भार पर हावी होता है और ठीक करता है, 3 रेडियोधर्मी मोनोन्यूक्लाइड तत्व भी मौजूद होते हैं)। कुल मिलाकर, 254 न्यूक्लाइड हैं जिनका क्षय नहीं हुआ है। एक या अधिक स्थिर समस्थानिक वाले 80 तत्वों के लिए, स्थिर समस्थानिकों की औसत संख्या 254/80 = 3.2 समस्थानिक प्रति तत्व है।

सम और विषम संख्या में न्यूक्लिऑन

प्रोटॉन: न्यूट्रॉन का अनुपात परमाणु स्थिरता को प्रभावित करने वाला एकमात्र कारक नहीं है। यह इसकी परमाणु संख्या Z की समता या विषमता पर भी निर्भर करता है, न्यूट्रॉन N की संख्या, इसलिए उनकी द्रव्यमान संख्या A का योग। Z और N दोनों विषम परमाणु बंधन ऊर्जा को कम करते हैं, जिससे विषम नाभिक बनते हैं जो आमतौर पर कम स्थिर होते हैं . पड़ोसी नाभिक, विशेष रूप से विषम आइसोबार के बीच परमाणु बंधन ऊर्जा में इस महत्वपूर्ण अंतर के महत्वपूर्ण परिणाम हैं: बीटा क्षय (पॉज़िट्रॉन क्षय सहित), इलेक्ट्रॉन कैप्चर, या अन्य विदेशी साधनों जैसे कि सहज विखंडन और क्षय। क्लस्टर।

अधिकांश स्थिर न्यूक्लाइड प्रोटॉन की एक सम संख्या और न्यूट्रॉन की एक सम संख्या होती है, जहाँ Z, N और A सभी सम होते हैं। विषम स्थिर न्यूक्लाइड (लगभग समान रूप से) विषम में विभाजित होते हैं।

परमाणु संख्या

148 सम प्रोटॉन, यहां तक ​​कि न्यूट्रॉन (ईई) न्यूक्लाइड सभी स्थिर न्यूक्लाइड का ~ 58% बनाते हैं। 22 आदिम दीर्घजीवी सम न्यूक्लाइड भी हैं। नतीजतन, 2 से 82 तक के 41 तत्वों में से प्रत्येक में कम से कम एक स्थिर आइसोटोप होता है, और इनमें से अधिकतर तत्वों में कई प्राथमिक आइसोटोप होते हैं। इनमें से आधे सम तत्वों में छह या अधिक स्थिर समस्थानिक होते हैं। दो प्रोटॉन और दो न्यूट्रॉन के बाइनरी बॉन्डिंग के कारण हीलियम -4 की अत्यधिक स्थिरता, परमाणु संलयन के माध्यम से भारी तत्वों के संचय के लिए प्लेटफॉर्म के रूप में काम करने के लिए पांच या आठ न्यूक्लियॉन वाले किसी भी न्यूक्लाइड को लंबे समय तक रोकता है।

इन 53 स्थिर न्यूक्लाइड में प्रोटॉन की एक सम संख्या और विषम संख्या में न्यूट्रॉन होते हैं। सम समस्थानिकों की तुलना में वे अल्पसंख्यक हैं, जो लगभग 3 गुना अधिक हैं। स्थिर न्यूक्लाइड वाले 41 सम-जेड तत्वों में से केवल दो तत्वों (आर्गन और सेरियम) में सम-विषम स्थिर न्यूक्लाइड नहीं होते हैं। एक तत्व (टिन) में तीन होते हैं। ऐसे 24 तत्व हैं जिनमें एक सम-विषम न्यूक्लाइड और 13 में दो सम-विषम न्यूक्लाइड होते हैं।

उनकी विषम न्यूट्रॉन संख्याओं के कारण, सम-विषम न्यूक्लाइड में न्यूट्रॉन युग्मन प्रभाव से आने वाली ऊर्जा के कारण बड़े न्यूट्रॉन कैप्चर क्रॉस सेक्शन होते हैं। ये स्थिर न्यूक्लाइड प्रकृति में असामान्य रूप से प्रचुर मात्रा में हो सकते हैं, मुख्यतः क्योंकि प्राथमिक बहुतायत में बनने और प्रवेश करने के लिए, उन्हें प्रक्रिया के दौरान अन्य स्थिर सम-विषम समस्थानिक बनाने के लिए न्यूट्रॉन कैप्चर से बचना चाहिए और r कैसे है न्यूक्लियोसिंथेसिस के दौरान न्यूट्रॉन कैप्चर प्रक्रिया।

विषम परमाणु क्रमांक

48 स्थिर विषम-प्रोटॉन और सम-न्यूट्रॉन न्यूक्लाइड, जो उनके युग्मित न्यूट्रॉन की सम संख्या द्वारा स्थिर होते हैं, विषम तत्वों के अधिकांश स्थिर समस्थानिकों का निर्माण करते हैं; बहुत कम विषम-प्रोटॉन-विषम न्यूट्रॉन न्यूक्लाइड दूसरों को बनाते हैं। Z = 1 से 81 तक 41 विषम तत्व हैं, जिनमें से 39 में स्थिर समस्थानिक हैं (तत्वों टेक्नेटियम (43 Tc) और प्रोमेथियम (61 Pm) में कोई स्थिर समस्थानिक नहीं है)। इन 39 विषम Z तत्वों में से 30 तत्वों (हाइड्रोजन -1 सहित, जहां 0 न्यूट्रॉन सम है) में एक स्थिर सम-सम समस्थानिक और नौ तत्व हैं: क्लोरीन (17 Cl), पोटेशियम (19K), तांबा (29 Cu), गैलियम (31 Ga), ब्रोमीन (35 Br), सिल्वर (47 Ag), सुरमा (51 Sb), इरिडियम (77 Ir) और थैलियम (81 Tl) प्रत्येक में दो विषम-सम स्थिर समस्थानिक होते हैं। इस प्रकार, 30 + 2 (9) = 48 स्थिर सम-सम समस्थानिक प्राप्त होते हैं।

केवल पांच स्थिर न्यूक्लाइड में विषम संख्या में प्रोटॉन और विषम संख्या में न्यूट्रॉन होते हैं। पहले चार "विषम-विषम" न्यूक्लाइड कम आणविक भार वाले न्यूक्लाइड में होते हैं, जिसके लिए एक प्रोटॉन से न्यूट्रॉन या इसके विपरीत में बदलने से बहुत एकतरफा प्रोटॉन-न्यूट्रॉन अनुपात होगा।

एकमात्र पूरी तरह से "स्थिर", विषम-विषम न्यूक्लाइड 180m 73 Ta है, जिसे 254 स्थिर समस्थानिकों में सबसे दुर्लभ माना जाता है और यह एकमात्र प्राथमिक परमाणु आइसोमर है जिसे प्रायोगिक प्रयासों के बावजूद अभी तक क्षय में नहीं देखा गया है।

न्यूट्रॉनों की विषम संख्या

विषम संख्या में न्यूट्रॉन वाले एक्टिनाइड्स विखंडन (थर्मल न्यूट्रॉन के साथ) करते हैं, जबकि एक सम न्यूट्रॉन संख्या वाले लोग ऐसा नहीं करते हैं, हालांकि वे तेजी से न्यूट्रॉन में विखंडन करते हैं। सभी अवलोकनीय रूप से स्थिर विषम-विषम न्यूक्लाइड में एक गैर-शून्य पूर्णांक स्पिन होता है। ऐसा इसलिए है क्योंकि एक एकल अयुग्मित न्यूट्रॉन और एक अयुग्मित प्रोटॉन में एक दूसरे के प्रति अधिक परमाणु बल आकर्षण होता है यदि उनके स्पिन संरेखित होने के बजाय (कम से कम 1 इकाई के कुल स्पिन का उत्पादन) करते हैं।

प्रकृति में घटना

तत्व एक या एक से अधिक प्राकृतिक रूप से पाए जाने वाले समस्थानिकों से बने होते हैं। अस्थिर (रेडियोधर्मी) समस्थानिक या तो प्राथमिक या उत्तर-उदाहरण हैं। मूल समस्थानिक तारकीय न्यूक्लियोसिंथेसिस, या अन्य प्रकार के न्यूक्लियोसिंथेसिस जैसे कॉस्मिक किरण विभाजन के उत्पाद थे, और वर्तमान तक बने रहे हैं क्योंकि उनकी क्षय दर इतनी धीमी है (जैसे यूरेनियम -238 और पोटेशियम -40)। पोस्ट-नेचुरल आइसोटोप कॉस्मिक किरण बमबारी द्वारा कॉस्मोजेनिक न्यूक्लाइड्स (जैसे ट्रिटियम, कार्बन -14) या रेडियोधर्मी प्राइमर्डियल आइसोटोप के रेडियोधर्मी रेडियोजेनिक न्यूक्लाइड (जैसे यूरेनियम से रेडियम) की बेटी में क्षय के रूप में बनाए गए हैं। कई आइसोटोप प्राकृतिक रूप से अन्य प्राकृतिक परमाणु प्रतिक्रियाओं द्वारा न्यूक्लियोजेनिक न्यूक्लाइड के रूप में संश्लेषित होते हैं, जैसे कि जब प्राकृतिक परमाणु विखंडन से न्यूट्रॉन दूसरे परमाणु द्वारा अवशोषित होते हैं।

जैसा कि ऊपर चर्चा की गई है, केवल 80 तत्वों में स्थिर समस्थानिक होते हैं, और उनमें से 26 में केवल एक स्थिर समस्थानिक होता है। इस प्रकार, लगभग दो-तिहाई स्थिर तत्व पृथ्वी पर कुछ स्थिर समस्थानिकों में स्वाभाविक रूप से पाए जाते हैं, जिसमें टिन (50Sn) के लिए एक तत्व के लिए सबसे अधिक स्थिर समस्थानिक दस होते हैं। पृथ्वी पर लगभग 94 तत्व मौजूद हैं (प्लूटोनियम तक और सहित), हालांकि कुछ केवल बहुत कम मात्रा में पाए जाते हैं, जैसे प्लूटोनियम-244। वैज्ञानिकों का मानना ​​है कि पृथ्वी पर प्राकृतिक रूप से पाए जाने वाले तत्व (कुछ केवल रेडियो आइसोटोप के रूप में) कुल मिलाकर 339 आइसोटोप (न्यूक्लाइड) के रूप में होते हैं। इनमें से केवल 254 प्राकृतिक रूप से पाए जाने वाले समस्थानिक इस अर्थ में स्थिर हैं कि उन्हें आज तक नहीं देखा गया है। एक अतिरिक्त 35 प्राइमर्डियल न्यूक्लाइड (कुल 289 प्राइमर्डियल न्यूक्लाइड) ज्ञात अर्ध-जीवन के साथ रेडियोधर्मी हैं, लेकिन 80 मिलियन वर्षों से अधिक में अर्ध-जीवन हैं, जिससे उन्हें सौर मंडल की शुरुआत के बाद से अस्तित्व में रहने की अनुमति मिलती है।

सभी ज्ञात स्थिर समस्थानिक प्राकृतिक रूप से पृथ्वी पर पाए जाते हैं; अन्य प्राकृतिक समस्थानिक रेडियोधर्मी होते हैं, लेकिन उनके अपेक्षाकृत लंबे आधे जीवन के कारण, या अन्य निरंतर प्राकृतिक उत्पादन विधियों के कारण। इनमें ऊपर वर्णित कॉस्मोजेनिक न्यूक्लाइड, न्यूक्लियोजेनिक न्यूक्लाइड और यूरेनियम से रेडॉन और रेडियम जैसे प्राथमिक रेडियोधर्मी आइसोटोप के निरंतर क्षय के परिणामस्वरूप होने वाले किसी भी रेडियोजेनिक आइसोटोप शामिल हैं।

प्रकृति में नहीं पाए जाने वाले एक और ~ 3000 रेडियोधर्मी आइसोटोप परमाणु रिएक्टरों और कण त्वरक में बनाए गए हैं। पृथ्वी पर प्राकृतिक रूप से नहीं पाए जाने वाले कई अल्पकालिक समस्थानिकों को भी तारों या सुपरनोवा में प्राकृतिक रूप से बनाए गए स्पेक्ट्रोस्कोपिक विश्लेषण द्वारा देखा गया है। एक उदाहरण एल्युमिनियम-26 है, जो प्राकृतिक रूप से पृथ्वी पर नहीं होता, बल्कि खगोलीय पैमाने पर बहुतायत में पाया जाता है।

तत्वों के सारणीबद्ध परमाणु द्रव्यमान औसत होते हैं जो विभिन्न द्रव्यमान वाले कई समस्थानिकों की उपस्थिति की व्याख्या करते हैं। समस्थानिकों की खोज से पहले, परमाणु द्रव्यमान भ्रमित वैज्ञानिकों के लिए अनुभवजन्य रूप से निर्धारित गैर-एकीकृत मूल्य। उदाहरण के लिए, क्लोरीन के एक नमूने में 75.8% क्लोरीन -35 और 24.2% क्लोरीन -37 होता है, जो 35.5 परमाणु द्रव्यमान इकाइयों का औसत परमाणु द्रव्यमान देता है।

ब्रह्मांड विज्ञान के आम तौर पर स्वीकृत सिद्धांत के अनुसार, बिग बैंग में केवल हाइड्रोजन और हीलियम के समस्थानिक, लिथियम और बेरिलियम के कुछ समस्थानिकों के निशान और संभवतः कुछ बोरॉन बनाए गए थे, और अन्य सभी समस्थानिकों को बाद में सितारों और सुपरनोवा में संश्लेषित किया गया था। , साथ ही ऊर्जावान कणों, जैसे ब्रह्मांडीय किरणों, और पहले प्राप्त समस्थानिकों के बीच बातचीत में। पृथ्वी पर समस्थानिकों की संगत समस्थानिक बहुतायत इन प्रक्रियाओं द्वारा उत्पादित मात्रा, आकाशगंगा के माध्यम से उनके प्रसार और समस्थानिकों के क्षय की दर के कारण है, जो अस्थिर हैं। सौर मंडल के प्रारंभिक विलय के बाद, समस्थानिकों को द्रव्यमान के अनुसार पुनर्वितरित किया गया था, और तत्वों की समस्थानिक संरचना एक ग्रह से दूसरे ग्रह में थोड़ी भिन्न होती है। इससे कभी-कभी उल्कापिंडों की उत्पत्ति का पता लगाना संभव हो जाता है।

समस्थानिकों का परमाणु द्रव्यमान

किसी समस्थानिक का परमाणु द्रव्यमान (mr) मुख्य रूप से उसकी द्रव्यमान संख्या (अर्थात उसके नाभिक में नाभिकों की संख्या) से निर्धारित होता है। छोटे सुधार नाभिक की बाध्यकारी ऊर्जा, प्रोटॉन और न्यूट्रॉन के बीच द्रव्यमान में छोटे अंतर और परमाणु से जुड़े इलेक्ट्रॉनों के द्रव्यमान के कारण होते हैं।

जन अंक एक आयामहीन मात्रा है। दूसरी ओर, परमाणु द्रव्यमान को कार्बन-12 परमाणु के द्रव्यमान के आधार पर परमाणु द्रव्यमान की इकाई का उपयोग करके मापा जाता है। इसे "यू" (एकीकृत परमाणु द्रव्यमान इकाई के लिए) या "दा" (डाल्टन के लिए) प्रतीकों द्वारा दर्शाया गया है।

किसी तत्व के प्राकृतिक समस्थानिकों के परमाणु द्रव्यमान तत्व के परमाणु द्रव्यमान को निर्धारित करते हैं। जब किसी तत्व में N समस्थानिक होते हैं, तो नीचे दिया गया व्यंजक औसत परमाणु द्रव्यमान पर लागू होता है:

जहां एम 1, एम 2, ..., एमएन प्रत्येक व्यक्तिगत आइसोटोप के परमाणु द्रव्यमान हैं, और एक्स 1, ..., एक्सएन इन समस्थानिकों की सापेक्ष बहुतायत है।

समस्थानिकों का अनुप्रयोग

ऐसे कई अनुप्रयोग हैं जो किसी दिए गए तत्व के विभिन्न समस्थानिकों के गुणों का दोहन करते हैं। आइसोटोप पृथक्करण एक महत्वपूर्ण तकनीकी मुद्दा है, विशेष रूप से यूरेनियम या प्लूटोनियम जैसे भारी तत्वों के साथ। लिथियम, कार्बन, नाइट्रोजन और ऑक्सीजन जैसे हल्के तत्वों को आमतौर पर उनके यौगिकों जैसे CO और NO के गैसीय प्रसार द्वारा अलग किया जाता है। हाइड्रोजन और ड्यूटेरियम का पृथक्करण असामान्य है क्योंकि यह भौतिक गुणों के बजाय रासायनिक पर आधारित है, जैसे कि गर्डलर सल्फाइड प्रक्रिया में। यूरेनियम आइसोटोप को गैसीय प्रसार, गैस सेंट्रीफ्यूजेशन, लेजर आयनीकरण पृथक्करण और (मैनहट्टन प्रोजेक्ट में) मास स्पेक्ट्रोमेट्री उत्पादन के प्रकार द्वारा मात्रा से अलग किया गया है।

रासायनिक और जैविक गुणों का उपयोग

• समस्थानिक विश्लेषण समस्थानिक हस्ताक्षर का निर्धारण है, किसी विशेष नमूने में दिए गए तत्व के समस्थानिकों की सापेक्ष बहुतायत। विशेष रूप से पोषक तत्वों के लिए, सी, एन और ओ आइसोटोप में महत्वपूर्ण बदलाव हो सकते हैं। इस तरह की विविधताओं के विश्लेषण में कई तरह के अनुप्रयोग होते हैं, जैसे कि खाद्य पदार्थों में मिलावट का पता लगाना या आइसोस्केप का उपयोग करके खाद्य पदार्थों की भौगोलिक उत्पत्ति। मंगल ग्रह पर उत्पन्न होने वाले कुछ उल्कापिंडों की पहचान आंशिक रूप से उनमें मौजूद ट्रेस गैसों के समस्थानिक हस्ताक्षर पर आधारित होती है।
• गतिज समस्थानिक प्रभाव के माध्यम से रासायनिक प्रतिक्रिया के तंत्र को निर्धारित करने के लिए समस्थानिक प्रतिस्थापन का उपयोग किया जा सकता है।
• एक अन्य सामान्य अनुप्रयोग समस्थानिक लेबलिंग है, रासायनिक प्रतिक्रियाओं में ट्रेसर या मार्कर के रूप में असामान्य आइसोटोप का उपयोग। आमतौर पर किसी दिए गए तत्व के परमाणु एक दूसरे से अप्रभेद्य होते हैं। हालांकि, विभिन्न द्रव्यमान के समस्थानिकों का उपयोग करके, यहां तक ​​कि विभिन्न गैर-रेडियोधर्मी स्थिर समस्थानिकों को मास स्पेक्ट्रोमेट्री या अवरक्त स्पेक्ट्रोस्कोपी का उपयोग करके अलग किया जा सकता है। उदाहरण के लिए, "सेल कल्चर में अमीनो एसिड की स्थिर आइसोटोप लेबलिंग" (एसआईएलएसी) में, प्रोटीन की मात्रा निर्धारित करने के लिए स्थिर आइसोटोप का उपयोग किया जाता है। यदि रेडियोधर्मी समस्थानिकों का उपयोग किया जाता है, तो उनके द्वारा उत्सर्जित विकिरण से उनका पता लगाया जा सकता है (इसे रेडियोआइसोटोप अंकन कहा जाता है)।
• समस्थानिक कमजोर पड़ने की विधि का उपयोग करके विभिन्न तत्वों या पदार्थों की एकाग्रता को निर्धारित करने के लिए आमतौर पर आइसोटोप का उपयोग किया जाता है, जिसमें समस्थानिक रूप से प्रतिस्थापित यौगिकों की ज्ञात मात्रा को नमूनों के साथ मिलाया जाता है और परिणामी मिश्रण की समस्थानिक विशेषताओं को मास स्पेक्ट्रोमेट्री का उपयोग करके निर्धारित किया जाता है।

परमाणु गुणों का उपयोग करना

• रेडियोआइसोटोप टैगिंग के समान एक विधि रेडियोमेट्रिक डेटिंग है: एक अस्थिर तत्व के ज्ञात आधे जीवन का उपयोग करके, एक ज्ञात आइसोटोप एकाग्रता के अस्तित्व के बाद से बीत चुके समय की गणना कर सकता है। सबसे व्यापक रूप से ज्ञात उदाहरण रेडियोकार्बन डेटिंग है, जिसका उपयोग कार्बनयुक्त पदार्थों की आयु निर्धारित करने के लिए किया जाता है।
• स्पेक्ट्रोस्कोपी के कुछ रूप रेडियोधर्मी और स्थिर दोनों विशिष्ट समस्थानिकों के अद्वितीय परमाणु गुणों पर आधारित होते हैं। उदाहरण के लिए, परमाणु चुंबकीय अनुनाद (NMR) स्पेक्ट्रोस्कोपी का उपयोग केवल गैर-शून्य परमाणु स्पिन वाले समस्थानिकों के लिए किया जा सकता है। एनएमआर स्पेक्ट्रोस्कोपी में उपयोग किए जाने वाले सबसे आम समस्थानिक 1 एच, 2 डी, 15 एन, 13 सी और 31 पी हैं।
• Mössbauer स्पेक्ट्रोस्कोपी भी विशिष्ट समस्थानिकों जैसे कि 57 Fe के परमाणु संक्रमण पर निर्भर करता है।