Ito ay itinatag na ang bawat elemento ng kemikal na matatagpuan sa kalikasan ay pinaghalong isotopes (kaya mayroon silang fractional atomic mass). Upang maunawaan kung paano naiiba ang mga isotopes sa isa't isa, kinakailangang isaalang-alang nang detalyado ang istraktura ng atom. Ang isang atom ay bumubuo ng isang nucleus at isang ulap ng elektron. Ang masa ng isang atom ay naiimpluwensyahan ng mga electron na gumagalaw sa napakabilis na bilis sa mga orbit sa electron cloud, ang mga neutron at proton na bumubuo sa nucleus.

Ano ang isotopes

isotopes Isang uri ng atom ng isang kemikal na elemento. Palaging may pantay na bilang ng mga electron at proton sa anumang atom. Dahil mayroon silang magkasalungat na mga singil (negatibo ang mga electron, at positibo ang mga proton), ang atom ay palaging neutral (ang elementarya na particle na ito ay walang singil, ito ay katumbas ng zero). Kapag ang isang elektron ay nawala o nakuha, ang atom ay nawawala ang neutralidad nito, nagiging negatibo o positibong ion.
Ang mga neutron ay walang singil, ngunit ang kanilang numero sa atomic nucleus ng parehong elemento ay maaaring magkaiba. Hindi ito nakakaapekto sa neutralidad ng atom, ngunit nakakaapekto ito sa masa at mga katangian nito. Halimbawa, ang bawat isotope ng isang hydrogen atom ay may isang electron at isang proton bawat isa. At ang bilang ng mga neutron ay iba. Ang protium ay may 1 neutron lamang, ang deuterium ay may 2 neutron, at ang tritium ay may 3 neutron. Ang tatlong isotopes na ito ay kapansin-pansing naiiba sa bawat isa sa mga katangian.

Paghahambing ng isotopes

Paano naiiba ang mga isotopes? Mayroon silang ibang bilang ng mga neutron, iba't ibang masa at iba't ibang katangian. Ang mga isotopes ay may magkaparehong istraktura ng mga shell ng elektron. Nangangahulugan ito na halos magkapareho sila sa mga katangian ng kemikal. Samakatuwid, sila ay itinalaga sa isang lugar sa periodic system.
Ang mga stable at radioactive (hindi matatag) na isotopes ay natagpuan sa kalikasan. Ang nuclei ng mga atom ng radioactive isotopes ay maaaring kusang mag-transform sa ibang nuclei. Sa proseso ng radioactive decay, naglalabas sila ng iba't ibang mga particle.
Karamihan sa mga elemento ay may higit sa dalawang dosenang radioactive isotopes. Bilang karagdagan, ang mga radioactive isotopes ay artipisyal na synthesize para sa ganap na lahat ng mga elemento. Sa isang natural na pinaghalong isotopes, ang kanilang nilalaman ay bahagyang nagbabago.
Ang pagkakaroon ng isotopes ay naging posible upang maunawaan kung bakit, sa ilang mga kaso, ang mga elemento na may mas mababang atomic mass ay may mas mataas na serial number kaysa sa mga elemento na may mas malaking atomic mass. Halimbawa, sa isang pares ng argon-potassium, ang argon ay may kasamang mabibigat na isotopes, at ang potassium ay may kasamang magaan na isotopes. Samakatuwid, ang masa ng argon ay mas malaki kaysa sa potasa.

Tinukoy ng ImGist na ang pagkakaiba sa pagitan ng isotopes sa isa't isa ay ang mga sumusunod:

Mayroon silang iba't ibang bilang ng mga neutron.
Ang mga isotopes ay may iba't ibang masa ng mga atomo.
Ang halaga ng masa ng mga atomo ng mga ion ay nakakaapekto sa kanilang kabuuang enerhiya at mga katangian.

Isang tiyak na elemento na may pareho ngunit magkaiba. Magtaglay ng nuclei na may parehong numero at magkaiba. numero , ay may parehong istraktura ng mga shell ng elektron at sumasakop sa parehong lugar sa pana-panahon. sistema ng kemikal. mga elemento. Ang terminong "isotopes" ay iminungkahi noong 1910 ni F. Soddy upang tukuyin ang mga chemically indistinguishable varieties na naiiba sa kanilang pisikal. (pangunahing radioactive) St. mo. Ang mga matatag na isotopes ay unang natuklasan noong 1913 ni J. Thomson sa tulong ng tinatawag na. paraan ng parabolas - ang prototype ng modernong. . Nalaman niya na ang Ne ay may hindi bababa sa 2 varieties na may wt. oras 20 at 22. Ang mga pangalan at simbolo ng isotopes ay karaniwang mga pangalan at simbolo ng kaukulang chems. mga elemento; ituro ang kaliwang tuktok ng simbolo. Halimbawa, upang italaga ang kalikasan. Ang mga isotopes ay gumagamit ng rekord na 35 Cl at 37 C1; kung minsan ang elemento ay ipinahiwatig din sa kaliwang ibaba, i.e. isulat ang 35 17 Cl at 37 17 Cl. Ang mga isotopes lamang ng pinakamagaan na elemento, hydrogen, wt. Ang mga bahagi 1, 2 at 3 ay may mga espesyal. mga pangalan at simbolo: (1 1 H), (D, o 2 1 H) at (T, o 3 1 H), ayon sa pagkakabanggit. Dahil sa malaking pagkakaiba sa masa, ang pag-uugali ng mga isotopes na ito ay makabuluhang naiiba (tingnan, ). Ang mga matatag na isotopes ay matatagpuan sa lahat ng kahit na at karamihan sa mga kakaibang elemento na may[ 83. Ang bilang ng mga stable isotopes para sa mga elemento na may even na mga numero ay maaaring. katumbas ng 10 (hal. y); Ang mga elemento na may mga kakaibang numero ay may hindi hihigit sa dalawang matatag na isotopes. Kilalang ca. 280 stable at higit sa 2000 radioactive isotopes sa 116 natural at artipisyal na nakuhang elemento. Para sa bawat elemento, ang nilalaman ng mga indibidwal na isotopes sa kalikasan. ang timpla ay sumasailalim sa maliliit na pagbabago, na kadalasang napapabayaan. Higit pang paraan. Ang mga pagbabago sa isotopic na komposisyon ay sinusunod para sa mga meteorite at iba pang mga celestial na katawan. Ang katatagan ng isotopic na komposisyon ay humahantong sa katatagan ng mga elemento na matatagpuan sa Earth, na kung saan ay ang average na halaga ng masa ng isang naibigay na elemento, na natagpuan na isinasaalang-alang ang kasaganaan ng mga isotopes sa kalikasan. Ang mga pagbabagu-bago sa isotopic na komposisyon ng mga light element ay nauugnay, bilang panuntunan, na may pagbabago sa isotopic na komposisyon sa panahon ng decomp. mga prosesong nagaganap sa kalikasan (, atbp.). Para sa mabibigat na elementong Pb, ang mga pagbabago sa isotopic na komposisyon ng iba't ibang mga sample ay ipinaliwanag sa pamamagitan ng decomp. nilalaman sa, at iba pang mga mapagkukunan at - ang mga tagapagtatag ng kalikasan. . Mga Pagkakaiba St. sa isotopes ng isang ibinigay na elemento na tinatawag na. . Isang mahalagang praktikal ang gawain ay makuha mula sa kalikasan. mga pinaghalong indibidwal na isotopes -

Kapag pinag-aaralan ang mga katangian ng mga radioactive na elemento, natuklasan na ang mga atomo na may iba't ibang masa ng nukleyar ay matatagpuan sa parehong elemento ng kemikal. Kasabay nito, mayroon silang parehong nuclear charge, iyon ay, hindi ito mga dumi ng mga third-party na sangkap, ngunit ang parehong sangkap.

Ano ang isotopes at bakit umiiral ang mga ito

Sa periodic system ni Mendeleev, parehong isang ibinigay na elemento at mga atom ng isang substance na may ibang masa ng nucleus ay sumasakop sa isang cell. Batay sa itaas, ang mga naturang uri ng parehong sangkap ay binigyan ng pangalang "isotopes" (mula sa Greek isos - pareho at topos - lugar). Kaya, isotopes- ito ay mga uri ng isang partikular na elemento ng kemikal na naiiba sa masa ng atomic nuclei.

Ayon sa tinanggap na neutron-proton na modelo ng nucleus, ang pagkakaroon ng isotopes ay ipinaliwanag tulad ng sumusunod: ang nuclei ng ilang mga atomo ng bagay ay naglalaman ng ibang bilang ng mga neutron, ngunit ang parehong bilang ng mga proton. Sa katunayan, ang nuclear charge ng isotopes ng isang elemento ay pareho, samakatuwid, ang bilang ng mga proton sa nucleus ay pareho. Ang nuclei ay naiiba sa masa, ayon sa pagkakabanggit, naglalaman sila ng ibang bilang ng mga neutron.

Matatag at hindi matatag na isotopes

Isotopes ay alinman sa matatag o hindi matatag. Sa ngayon, mga 270 stable isotopes at higit sa 2000 unstable ang kilala. matatag na isotopes- Ito ay mga uri ng mga elemento ng kemikal na maaaring malayang umiral sa mahabang panahon.

Karamihan ng hindi matatag na isotopes ay nakuha sa artipisyal na paraan. Ang hindi matatag na isotopes ay radioactive, ang kanilang nuclei ay napapailalim sa proseso ng radioactive decay, iyon ay, kusang pagbabago sa ibang nuclei, na sinamahan ng paglabas ng mga particle at / o radiation. Halos lahat ng radioactive artificial isotopes ay may napakaikling kalahating buhay, na sinusukat sa mga segundo at kahit na mga fraction ng mga segundo.

Ilang isotopes ang maaaring taglayin ng isang nucleus

Ang nucleus ay hindi maaaring maglaman ng isang arbitrary na bilang ng mga neutron. Alinsunod dito, ang bilang ng mga isotopes ay limitado. Kahit na sa bilang ng mga proton elemento, ang bilang ng mga matatag na isotopes ay maaaring umabot sa sampu. Halimbawa, ang lata ay may 10 isotopes, ang xenon ay may 9, ang mercury ay may 7, at iba pa.

Yung mga elemento ang bilang ng mga proton ay kakaiba, ay maaari lamang magkaroon ng dalawang matatag na isotopes. Ang ilang mga elemento ay mayroon lamang isang matatag na isotope. Ito ay mga sangkap tulad ng ginto, aluminyo, posporus, sodium, mangganeso at iba pa. Ang ganitong mga pagkakaiba-iba sa bilang ng mga matatag na isotopes para sa iba't ibang elemento ay nauugnay sa isang kumplikadong pag-asa ng bilang ng mga proton at neutron sa nagbubuklod na enerhiya ng nucleus.

Halos lahat ng mga sangkap sa kalikasan ay umiiral bilang pinaghalong isotopes. Ang bilang ng mga isotopes sa komposisyon ng isang sangkap ay nakasalalay sa uri ng sangkap, atomic mass at ang bilang ng mga matatag na isotopes ng isang ibinigay na elemento ng kemikal.

Malamang, walang ganoong tao sa mundo na hindi makakarinig tungkol sa isotopes. Ngunit hindi alam ng lahat kung ano ito. Ang pariralang "radioactive isotopes" ay parang nakakatakot lalo na. Ang mga nakakubling elementong kemikal na ito ay nakakatakot sa sangkatauhan, ngunit sa katunayan sila ay hindi nakakatakot na tila sa unang tingin.

Kahulugan

Upang maunawaan ang konsepto ng mga radioactive na elemento, kailangan munang sabihin na ang mga isotopes ay mga sample ng parehong elemento ng kemikal, ngunit may iba't ibang masa. Ano ang ibig sabihin nito? Mawawala ang mga tanong kung una nating maaalala ang istruktura ng atom. Binubuo ito ng mga electron, proton at neutron. Ang bilang ng unang dalawang elementarya na particle sa nucleus ng isang atom ay palaging pare-pareho, habang ang mga neutron na may sariling masa ay maaaring mangyari sa parehong sangkap sa iba't ibang dami. Ang pangyayaring ito ay nagdudulot ng iba't ibang elemento ng kemikal na may iba't ibang katangiang pisikal.

Ngayon ay maaari tayong magbigay ng siyentipikong kahulugan ng konseptong pinag-aaralan. Kaya, ang mga isotopes ay isang pinagsama-samang hanay ng mga elemento ng kemikal na magkatulad sa mga katangian, ngunit may magkakaibang mga masa at pisikal na katangian. Ayon sa mas modernong terminolohiya, ang mga ito ay tinatawag na isang kalawakan ng mga nucleotides ng isang elemento ng kemikal.

Medyo kasaysayan

Sa simula ng huling siglo, natuklasan ng mga siyentipiko na ang parehong compound ng kemikal sa ilalim ng iba't ibang mga kondisyon ay maaaring magkaroon ng iba't ibang masa ng electron nuclei. Mula sa isang purong teoretikal na pananaw, ang mga naturang elemento ay maaaring ituring na bago at maaari nilang simulan ang pagpuno ng mga walang laman na selula sa periodic table ng D. Mendeleev. Ngunit mayroon lamang siyam na libreng mga cell sa loob nito, at natuklasan ng mga siyentipiko ang dose-dosenang mga bagong elemento. Bilang karagdagan, ipinakita ng mga kalkulasyon sa matematika na ang mga natuklasang compound ay hindi maaaring ituring na dati nang hindi kilala, dahil ang kanilang mga kemikal na katangian ay ganap na tumutugma sa mga katangian ng mga umiiral na.

Pagkatapos ng mahabang talakayan, napagpasyahan na tawagan ang mga elementong ito na isotopes at ilagay ang mga ito sa parehong cell tulad ng mga nuclei na naglalaman ng parehong bilang ng mga electron sa kanila. Natukoy ng mga siyentipiko na ang mga isotopes ay ilan lamang sa mga pagkakaiba-iba ng mga elemento ng kemikal. Gayunpaman, ang mga sanhi ng kanilang paglitaw at ang tagal ng buhay ay pinag-aralan nang halos isang siglo. Kahit na sa simula ng ika-21 siglo, imposibleng igiit na alam ng sangkatauhan ang lahat ng bagay tungkol sa isotopes.

Paulit-ulit at hindi paulit-ulit na mga pagkakaiba-iba

Ang bawat elemento ng kemikal ay may ilang isotopes. Dahil sa katotohanan na mayroong mga libreng neutron sa kanilang nuclei, hindi sila palaging pumapasok sa matatag na mga bono kasama ang natitirang bahagi ng atom. Pagkaraan ng ilang oras, ang mga libreng particle ay umalis sa core, na nagbabago sa masa at pisikal na katangian nito. Ito ay kung paano nabuo ang iba pang mga isotopes, na kalaunan ay humahantong sa pagbuo ng isang sangkap na may pantay na bilang ng mga proton, neutron at mga electron.

Ang mga sangkap na napakabilis na nabubulok ay tinatawag na radioactive isotopes. Naglalabas sila ng malaking bilang ng mga neutron sa kalawakan, na bumubuo ng malakas na ionizing gamma radiation, na kilala sa malakas nitong kakayahan sa pagtagos, na negatibong nakakaapekto sa mga buhay na organismo.

Ang mas matatag na isotopes ay hindi radioactive, dahil ang bilang ng mga libreng neutron na kanilang inilalabas ay hindi kayang gumawa ng radiation at makabuluhang nakakaapekto sa iba pang mga atomo.

Medyo matagal na ang nakalipas, itinatag ng mga siyentipiko ang isang mahalagang pattern: ang bawat elemento ng kemikal ay may sariling isotopes, persistent o radioactive. Kapansin-pansin, marami sa kanila ang nakuha sa laboratoryo, at ang kanilang presensya sa kanilang natural na anyo ay maliit at hindi palaging naitala ng mga instrumento.

Pamamahagi sa kalikasan

Sa ilalim ng mga natural na kondisyon, kadalasang mayroong mga sangkap na ang isotope mass ay direktang tinutukoy ng ordinal na numero nito sa talahanayan ng D. Mendeleev. Halimbawa, ang hydrogen, na tinutukoy ng simbolo H, ay may serial number 1, at ang masa nito ay katumbas ng isa. Ang mga isotopes nito, 2H at 3H, ay napakabihirang sa kalikasan.

Maging ang katawan ng tao ay may tiyak na dami ng radioactive isotopes. Nakapasok sila sa loob sa pamamagitan ng pagkain sa anyo ng mga isotopes ng carbon, na, sa turn, ay hinihigop ng mga halaman mula sa lupa o hangin at pumasa sa komposisyon ng organikong bagay sa panahon ng photosynthesis. Samakatuwid, ang mga tao, hayop, at halaman ay naglalabas ng isang tiyak na background ng radiation. Tanging ito ay napakababa na hindi ito makagambala sa normal na paggana at paglaki.

Ang mga pinagmumulan na nag-aambag sa pagbuo ng isotopes ay ang mga panloob na layer ng core ng earth at radiation mula sa outer space.

Tulad ng alam mo, ang temperatura sa planeta ay higit na nakasalalay sa mainit na core nito. Ngunit kamakailan lamang ay naging malinaw na ang pinagmumulan ng init na ito ay isang komplikadong thermonuclear reaction, kung saan nakikilahok ang mga radioactive isotopes.

Pagkabulok ng isotope

Dahil ang mga isotopes ay hindi matatag na mga pormasyon, maaari itong ipalagay na, sa paglipas ng panahon, sila ay palaging nabubulok sa mas permanenteng nuclei ng mga elemento ng kemikal. Ang pahayag na ito ay totoo, dahil ang mga siyentipiko ay hindi nakatuklas ng isang malaking halaga ng radioactive isotopes sa kalikasan. At karamihan sa mga mina sa mga laboratoryo ay tumagal mula sa ilang minuto hanggang ilang araw, at pagkatapos ay bumalik sa mga ordinaryong elemento ng kemikal.

Ngunit mayroon ding mga isotopes sa kalikasan na napaka-lumalaban sa pagkabulok. Maaari silang umiral sa bilyun-bilyong taon. Ang gayong mga elemento ay nabuo noong mga panahong iyon, noong ang lupa ay nabuo pa, at wala kahit isang solidong crust sa ibabaw nito.

Ang radioactive isotopes ay nabubulok at muling nabuo nang napakabilis. Samakatuwid, upang mapadali ang pagtatasa ng katatagan ng isotope, nagpasya ang mga siyentipiko na isaalang-alang ang kategorya ng kalahating buhay nito.

Kalahating buhay

Maaaring hindi agad malinaw sa lahat ng mambabasa kung ano ang ibig sabihin ng konseptong ito. Tukuyin natin ito. Ang kalahating buhay ng isang isotope ay ang oras kung saan ang kondisyon na kalahati ng sangkap na kinuha ay hindi na umiral.

Hindi ito nangangahulugan na ang natitirang bahagi ng koneksyon ay masisira sa parehong dami ng oras. Tungkol sa kalahating ito, kinakailangang isaalang-alang ang ibang kategorya - ang tagal ng panahon kung saan ang ikalawang bahagi nito, iyon ay, isang-kapat ng orihinal na halaga ng sangkap, ay mawawala. At ang pagsasaalang-alang na ito ay nagpapatuloy sa ad infinitum. Maaaring ipagpalagay na imposibleng kalkulahin ang oras ng kumpletong pagkabulok ng paunang halaga ng bagay, dahil ang prosesong ito ay halos walang katapusang.

Gayunpaman, ang mga siyentipiko, na alam ang kalahating buhay, ay maaaring matukoy kung gaano karami ng sangkap ang umiral sa simula. Matagumpay na ginagamit ang mga datos na ito sa mga kaugnay na agham.

Sa modernong siyentipikong mundo, ang konsepto ng kumpletong pagkabulok ay halos hindi ginagamit. Para sa bawat isotope, kaugalian na ipahiwatig ang kalahating buhay nito, na nag-iiba mula sa ilang segundo hanggang maraming bilyong taon. Kung mas mababa ang kalahating buhay, mas maraming radiation ang nagmumula sa substance at mas mataas ang radioactivity nito.

Pagpapayaman ng mga mineral

Sa ilang sangay ng agham at teknolohiya, ang paggamit ng medyo malaking halaga ng mga radioactive substance ay itinuturing na sapilitan. Ngunit sa parehong oras, sa mga natural na kondisyon, napakakaunting mga naturang compound.

Ito ay kilala na ang mga isotopes ay hindi pangkaraniwang mga variant ng mga elemento ng kemikal. Ang kanilang bilang ay sinusukat ng ilang porsyento ng pinaka-lumalaban na iba't. Iyon ang dahilan kung bakit kailangang isagawa ng mga siyentipiko ang artipisyal na pagpapayaman ng mga materyal na fossil.

Sa paglipas ng mga taon ng pananaliksik, posible na malaman na ang pagkabulok ng isang isotope ay sinamahan ng isang chain reaction. Ang pinakawalan na mga neutron ng isang sangkap ay nagsisimulang makaimpluwensya sa isa pa. Bilang resulta nito, ang mabibigat na nuclei ay nahahati sa mas magaan at ang mga bagong elemento ng kemikal ay nakuha.

Ang hindi pangkaraniwang bagay na ito ay tinatawag na isang chain reaction, bilang isang resulta kung saan mas matatag, ngunit hindi gaanong karaniwang mga isotopes ang maaaring makuha, na kalaunan ay ginagamit sa pambansang ekonomiya.

Application ng decay energy

Natuklasan din ng mga siyentipiko na sa panahon ng pagkabulok ng isang radioactive isotope, isang malaking halaga ng libreng enerhiya ang pinakawalan. Ang dami nito ay karaniwang sinusukat ng Curie unit, katumbas ng fission time ng 1 g ng radon-222 sa 1 segundo. Ang mas mataas na tagapagpahiwatig na ito, mas maraming enerhiya ang inilabas.

Ito ang dahilan ng pagbuo ng mga paraan ng paggamit ng libreng enerhiya. Ito ay kung paano lumitaw ang mga nuclear reactor, kung saan inilalagay ang isang radioactive isotope. Karamihan sa enerhiya na ibinibigay nito ay kinokolekta at na-convert sa kuryente. Batay sa mga reactor na ito, nilikha ang mga nuclear power plant, na nagbibigay ng pinakamurang kuryente. Ang mga pinababang bersyon ng naturang mga reactor ay inilalagay sa mga self-propelled na mekanismo. Isinasaalang-alang ang panganib ng mga aksidente, kadalasan ang mga naturang makina ay mga submarino. Kung sakaling masira ang reactor, mas madaling mabawasan ang bilang ng mga biktima sa submarino.

Ang isa pang nakakatakot na opsyon para sa paggamit ng kalahating buhay na enerhiya ay atomic bomb. Noong Ikalawang Digmaang Pandaigdig, nasubok sila sa sangkatauhan sa mga lungsod ng Hiroshima at Nagasaki ng Hapon. Ang mga kahihinatnan ay napakalungkot. Samakatuwid, ang mundo ay may kasunduan sa hindi paggamit ng mga mapanganib na armas na ito. Kasabay nito, ang malalaking estado na may pagtuon sa militarisasyon ay nagpapatuloy ng pananaliksik sa industriyang ito ngayon. Karagdagan pa, marami sa kanila, lihim na mula sa komunidad ng daigdig, ay gumagawa ng mga bombang atomika, na libu-libong beses na mas mapanganib kaysa sa mga ginagamit sa Japan.

Isotopes sa medisina

Para sa mapayapang layunin, ang pagkabulok ng radioactive isotopes ay natutong gamitin sa medisina. Sa pamamagitan ng pagdidirekta ng radiation sa apektadong bahagi ng katawan, posible na ihinto ang kurso ng sakit o tulungan ang pasyente na ganap na mabawi.

Ngunit mas madalas ang radioactive isotopes ay ginagamit para sa mga diagnostic. Ang bagay ay ang kanilang paggalaw at ang likas na katangian ng kumpol ay pinakamadaling ayusin sa pamamagitan ng radiation na kanilang ginagawa. Kaya, ang isang tiyak na hindi mapanganib na halaga ng isang radioactive substance ay ipinakilala sa katawan ng tao, at ang mga doktor ay gumagamit ng mga instrumento upang obserbahan kung paano at saan ito nakukuha.

Kaya, ang diagnosis ng gawain ng utak, ang likas na katangian ng mga kanser na tumor, ang mga tampok ng gawain ng endocrine at panlabas na mga glandula ng pagtatago ay isinasagawa.

Aplikasyon sa arkeolohiya

Ito ay kilala na sa mga nabubuhay na organismo ay palaging may radioactive carbon-14, ang kalahating buhay kung saan isotope ay 5570 taon. Bilang karagdagan, alam ng mga siyentipiko kung gaano karami ang elementong ito na nakapaloob sa katawan hanggang sa sandali ng kanyang kamatayan. Nangangahulugan ito na ang lahat ng pinutol na puno ay naglalabas ng parehong dami ng radiation. Sa paglipas ng panahon, bumababa ang intensity ng radiation.

Tinutulungan nito ang mga arkeologo na matukoy kung gaano katagal ang nakalipas na ang puno kung saan ang bangkang de kusina o anumang iba pang barko ay itinayo ay namatay, at samakatuwid ang mismong oras ng pagtatayo. Ang pamamaraang ito ng pananaliksik ay tinatawag na radioactive carbon analysis. Salamat sa kanya, mas madaling maitatag ng mga siyentipiko ang kronolohiya ng mga makasaysayang kaganapan.

isotopes- mga uri ng mga atomo (at nuclei) ng isang kemikal na elemento na may parehong atomic (ordinal) na numero, ngunit magkaibang mga numero ng masa.

Ang terminong isotope ay nabuo mula sa salitang Griyego na isos (ἴσος "kapantay") at topos (τόπος "lugar"), ibig sabihin ay "parehong lugar"; Kaya, ang kahulugan ng pangalan ay ang iba't ibang isotopes ng parehong elemento ay sumasakop sa parehong posisyon sa periodic table.

Tatlong natural na isotopes ng hydrogen. Ang katotohanan na ang bawat isotope ay may isang proton ay may mga variant ng hydrogen: ang pagkakakilanlan ng isotope ay tinutukoy ng bilang ng mga neutron. Mula kaliwa hanggang kanan, ang mga isotopes ay protium (1H) na may zero neutron, deuterium (2H) na may isang neutron, at tritium (3H) na may dalawang neutron.

Ang bilang ng mga proton sa nucleus ng isang atom ay tinatawag na atomic number at katumbas ng bilang ng mga electron sa isang neutral (non-ionized) na atom. Ang bawat atomic number ay kinikilala ang isang partikular na elemento, ngunit hindi isang isotope; Ang isang atom ng isang partikular na elemento ay maaaring magkaroon ng malawak na hanay sa bilang ng mga neutron. Ang bilang ng mga nucleon (parehong mga proton at neutron) sa isang nucleus ay ang mass number ng isang atom, at ang bawat isotope ng isang partikular na elemento ay may ibang mass number.

Halimbawa, ang carbon-12, carbon-13, at carbon-14 ay tatlong isotopes ng elemental na carbon na may mass number na 12, 13, at 14, ayon sa pagkakabanggit. Ang atomic number ng carbon ay 6, na nangangahulugan na ang bawat carbon atom ay may 6 na proton, kaya ang neutron number ng mga isotopes na ito ay 6, 7, at 8, ayon sa pagkakabanggit.

Huclides at isotopes

Ang nuclide ay nabibilang sa nucleus, hindi sa atom. Ang magkaparehong nuclei ay nabibilang sa parehong nuclide, halimbawa, ang bawat carbon-13 nuclide nucleus ay binubuo ng 6 na proton at 7 neutron. Ang konsepto ng mga nuclides (tumutukoy sa mga indibidwal na nuclear species) ay binibigyang-diin ang mga katangiang nuklear kaysa sa mga katangian ng kemikal, habang ang konsepto ng isotope (pagpapangkat ng lahat ng mga atomo ng bawat elemento) ay binibigyang-diin ang reaksiyong kemikal sa nuklear. Ang numero ng neutron ay may malaking impluwensya sa mga katangian ng nuclei, ngunit ang impluwensya nito sa mga katangian ng kemikal ay bale-wala para sa karamihan ng mga elemento. Kahit na sa kaso ng mga pinakamagagaan na elemento, kung saan ang ratio ng mga neutron sa atomic number ay higit na nag-iiba-iba sa pagitan ng mga isotopes, kadalasan ay mayroon lamang itong maliit na epekto, bagaman ito ay mahalaga sa ilang mga kaso (para sa hydrogen, ang pinakamagaan na elemento, ang isotope effect ay malaki. Upang lubos na makaapekto sa biology). Dahil ang isotope ay isang mas lumang termino, mas kilala ito kaysa sa nuclide at paminsan-minsan ay ginagamit pa rin sa mga konteksto kung saan ang nuclide ay maaaring mas angkop, gaya ng nuclear technology at nuclear medicine.

Notasyon

Ang isotope o nuclide ay nakikilala sa pamamagitan ng pangalan ng isang partikular na elemento (ito ay nagpapahiwatig ng atom number), na sinusundan ng isang gitling at isang mass number (halimbawa, helium-3, helium-4, carbon-12, carbon-14, uranium -235, at uranium-239). Kapag ginamit ang simbolo ng kemikal, hal. Ang "C" para sa carbon, ang karaniwang notasyon (na kilala ngayon bilang "AZE notation" dahil ang A ay ang mass number, Z ang atomic number, at E para sa elemento) ay upang ipahiwatig ang mass number (bilang ng mga nucleon) na may superscript sa kaliwang itaas ng simbolo ng kemikal at ipahiwatig ang atomic number na may subscript sa kaliwang sulok sa ibaba). Dahil ang atomic number ay ibinibigay ng simbolo ng elemento, kadalasan ay ang mass number lamang sa superscript ang ibinibigay, at ang atom index ay hindi ibinibigay. Ang letrang m ay minsang idinaragdag pagkatapos ng mass number upang ipahiwatig ang isang nuclear isomer, isang metastable o energetically excited na nuclear state (kumpara sa pinakamababang energy ground state), gaya ng 180m 73Ta (tantalum-180m).

Radioactive, pangunahin at matatag na isotopes

Ang ilang isotopes ay radioactive at samakatuwid ay tinatawag na radioisotopes o radionuclides, habang ang iba ay hindi pa naobserbahang radioactive na nabubulok at tinatawag na stable isotopes o stable nuclides. Halimbawa, ang 14 C ay isang radioactive na anyo ng carbon, habang ang 12 C at 13 C ay mga stable na isotopes. Mayroong humigit-kumulang 339 na natural na nagaganap na mga nuclide sa Earth, kung saan 286 sa mga ito ay mga primordial nuclides, ibig sabihin, ang mga ito ay nasa paligid mula noong nabuo ang solar system.

Ang orihinal na mga nuclides ay kinabibilangan ng 32 nuclides na may napakahabang kalahating buhay (mahigit 100 milyong taon) at 254 na pormal na itinuturing na "stable nuclides" dahil hindi sila naobserbahang nabulok. Sa karamihan ng mga kaso, para sa malinaw na mga kadahilanan, kung ang isang elemento ay may matatag na isotopes, ang mga isotopes na iyon ay nangingibabaw sa elemental na kasaganaan na matatagpuan sa Earth at sa solar system. Gayunpaman, sa kaso ng tatlong elemento (tellurium, indium, at rhenium), ang pinaka-masaganang isotope na matatagpuan sa kalikasan ay talagang isa (o dalawa) na napakatagal na radioisotope (mga) ng elemento, sa kabila ng katotohanan na ang mga elementong ito ay may isa o higit pang matatag na isotopes.

Ang teorya ay hinuhulaan na marami sa mga tila "matatag" na isotopes/nuclides ay radioactive, na may napakahabang kalahating buhay (hindi isinasaalang-alang ang posibilidad ng proton decay, na kung saan ay gagawin ang lahat ng nuclides sa kalaunan ay hindi matatag). Sa 254 na mga nuclide na hindi pa naobserbahan, 90 lamang sa mga ito (lahat ng unang 40 elemento) ay theoretically lumalaban sa lahat ng kilalang mga anyo ng pagkabulok. Element 41 (niobium) ay theoretically unstable sa pamamagitan ng spontaneous fission, ngunit ito ay hindi kailanman natuklasan. Maraming iba pang stable nuclides ang nasa teorya na masigasig na madaling kapitan sa iba pang mga kilalang anyo ng pagkabulok, tulad ng alpha decay o double beta decay, ngunit ang mga produkto ng decay ay hindi pa naobserbahan, at sa gayon ang mga isotopes na ito ay itinuturing na "observationally stable". Ang hinulaang kalahating buhay para sa mga nuclide na ito ay kadalasang higit na lumalampas sa tinantyang edad ng uniberso, at sa katunayan ay mayroon ding 27 kilalang radionuclides na may kalahating buhay na mas mahaba kaysa sa edad ng uniberso.

Radioactive nuclides, artipisyal na nilikha, kasalukuyang 3339 nuclides ay kilala. Kabilang dito ang 905 nuclides na maaaring stable o may kalahating buhay na higit sa 60 minuto.

Mga Katangian ng Isotope

Mga katangian ng kemikal at molekular

Ang isang neutral na atom ay may parehong bilang ng mga electron bilang mga proton. Kaya, ang iba't ibang isotopes ng isang naibigay na elemento ay may parehong bilang ng mga electron at may katulad na elektronikong istraktura. Dahil ang kemikal na pag-uugali ng isang atom ay higit na tinutukoy ng elektronikong istraktura nito, ang iba't ibang isotopes ay nagpapakita ng halos magkaparehong kemikal na pag-uugali.

Ang isang pagbubukod dito ay ang kinetic isotope effect: dahil sa kanilang malalaking masa, ang mas mabibigat na isotopes ay may posibilidad na gumanti nang medyo mas mabagal kaysa sa mas magaan na isotopes ng parehong elemento. Ito ay pinaka-binibigkas para sa protium (1 H), deuterium (2 H), at tritium (3 H), dahil ang deuterium ay may dobleng masa ng protium at ang tritium ay may tatlong beses na mass ng protium. Ang mga pagkakaibang ito sa masa ay nakakaapekto rin sa pag-uugali ng kani-kanilang mga kemikal na bono sa pamamagitan ng pagbabago ng sentro ng grabidad (nabawasang masa) ng mga atomic system. Gayunpaman, para sa mas mabibigat na elemento, ang kamag-anak na pagkakaiba ng masa sa pagitan ng mga isotopes ay mas maliit, kaya ang mga epekto ng pagkakaiba ng masa sa kimika ay karaniwang bale-wala. (Ang mga mabibigat na elemento ay mayroon ding medyo mas maraming neutron kaysa sa mas magaan na elemento, kaya medyo mas malaki ang ratio ng nuclear mass sa kabuuang electron mass.)

Katulad nito, ang dalawang molekula na naiiba lamang sa isotopes ng kanilang mga atomo (isotopologues) ay may parehong elektronikong istraktura at samakatuwid ay halos hindi matukoy ang pisikal at kemikal na mga katangian (muli, na ang deuterium at tritium ang pangunahing mga eksepsiyon). Ang mga vibrational mode ng isang molekula ay natutukoy sa pamamagitan ng hugis nito at ang masa ng mga bumubuo nitong atomo; Samakatuwid, ang iba't ibang isotopologue ay may iba't ibang hanay ng mga vibrational mode. Dahil pinapayagan ng mga vibrational mode ang isang molekula na sumipsip ng mga photon ng naaangkop na enerhiya, ang mga isotopologue ay may iba't ibang optical properties sa infrared.

Nuclear properties at katatagan

Isotopic na kalahating buhay. Ang graph para sa mga stable na isotopes ay lumilihis mula sa Z = N na linya habang tumataas ang element number Z

Ang atomic nuclei ay binubuo ng mga proton at neutron na pinagsama-sama ng isang natitirang malakas na puwersa. Dahil ang mga proton ay positibong sisingilin, sila ay nagtataboy sa isa't isa. Ang mga neutron, na neutral sa kuryente, ay nagpapatatag sa nucleus sa dalawang paraan. Ang kanilang pakikipag-ugnay ay nagtutulak sa mga proton pabalik ng kaunti, na binabawasan ang electrostatic repulsion sa pagitan ng mga proton, at sila ay nagsasagawa ng isang kaakit-akit na puwersang nuklear sa isa't isa at sa mga proton. Para sa kadahilanang ito, ang isa o higit pang mga neutron ay kinakailangan para sa dalawa o higit pang mga proton upang magbigkis sa nucleus. Habang tumataas ang bilang ng mga proton, tumataas din ang ratio ng mga neutron sa mga proton na kailangan upang makapagbigay ng isang matatag na nucleus (tingnan ang graph sa kanan). Halimbawa, kahit na ang ratio neutron: proton 3 2 Siya ay 1:2, ang ratio neutron: proton 238 92 U
Higit sa 3:2. Ang isang bilang ng mas magaan na elemento ay may mga matatag na nuclides na may ratio na 1:1 (Z = N). Ang nuclide 40 20 Ca (calcium-40) ay ang nakikitang pinakamabigat na stable nuclide na may parehong bilang ng mga neutron at proton; (Theoretically, ang heaviest stable ay sulfur-32). Ang lahat ng matatag na nuclides na mas mabigat kaysa sa calcium-40 ay naglalaman ng mas maraming neutron kaysa sa mga proton.

Bilang ng isotopes bawat elemento

Sa 81 elementong may matatag na isotopes, ang pinakamalaking bilang ng matatag na isotopes na makikita para sa anumang elemento ay sampu (para sa elementong lata). Walang elemento ang may siyam na matatag na isotopes. Ang Xenon ay ang tanging elemento na may walong matatag na isotopes. Apat na elemento ang may pitong stable isotopes, walo sa mga ito ay may anim na stable isotopes, sampu ay may limang stable isotopes, siyam ay may apat na stable isotopes, lima ay may tatlong stable isotopes, 16 ay may dalawang stable isotopes, at 26 na elemento ay may isa lamang (kung saan 19 ay ang tinatawag na mga elemento ng mononuclide, na mayroong isang primordial stable isotope na nangingibabaw at nag-aayos ng atomic weight ng natural na elemento na may mataas na katumpakan, 3 radioactive mononuclide elements ang naroroon din). Sa kabuuan, mayroong 254 nuclides na hindi naobserbahang nabulok. Para sa 80 elemento na mayroong isa o higit pang stable isotopes, ang average na bilang ng stable isotopes ay 254/80 = 3.2 isotopes bawat elemento.

Kahit at kakaibang bilang ng mga nucleon

Mga Proton: Ang ratio ng mga neutron ay hindi lamang ang salik na nakakaapekto sa katatagan ng nuklear. Depende din ito sa parity o parity ng atomic number nito na Z, ang bilang ng mga neutron N, kaya ang kabuuan ng kanilang mass number A. Ang kakaibang parehong Z at N ay may posibilidad na bawasan ang nuclear binding energy, na lumilikha ng kakaibang nuclei, sa pangkalahatan ay hindi gaanong matatag. Ang makabuluhang pagkakaiba na ito sa nuclear binding energy sa pagitan ng mga kalapit na nuclei, lalo na ang mga kakaibang isobar, ay may mahahalagang kahihinatnan: hindi matatag na isotopes na may suboptimal na bilang ng mga neutron o proton na nabubulok sa pamamagitan ng beta decay (kabilang ang positron decay), electron capture, o iba pang kakaibang paraan tulad ng spontaneous fission at pagkabulok.kumpol.

Karamihan sa mga matatag na nuclides ay isang pantay na bilang ng mga proton at isang pantay na bilang ng mga neutron, kung saan ang Z, N, at A ay lahat ay pantay. Ang mga kakaibang stable na nuclides ay nahahati (humigit-kumulang pantay) sa mga kakaiba.

atomic number

Ang 148 even proton, even neutron (EE) nuclides ay bumubuo sa ~58% ng lahat ng stable nuclides. Mayroon ding 22 primordial long-lived even nuclides. Bilang resulta, ang bawat isa sa 41 even na elemento mula 2 hanggang 82 ay mayroong kahit isang matatag na isotope, at karamihan sa mga elementong ito ay may maraming pangunahing isotopes. Kalahati ng mga elementong ito ay may anim o higit pang matatag na isotopes. Ang matinding katatagan ng helium-4, dahil sa binary bonding ng dalawang proton at dalawang neutron, ay humahadlang sa anumang mga nuclides na naglalaman ng lima o walong nucleon mula sa umiiral na sapat na katagalan upang magsilbi bilang mga plataporma para sa akumulasyon ng mas mabibigat na elemento sa pamamagitan ng nuclear fusion.

Ang 53 stable nuclides na ito ay may kahit na bilang ng mga proton at isang kakaibang bilang ng mga neutron. Sila ay isang minorya kumpara sa kahit na isotopes, na halos 3 beses na mas marami. Sa 41 even-Z na elemento na mayroong stable nuclide, dalawang elemento lamang (argon at cerium) ang walang even-odd stable nuclides. Ang isang elemento (lata) ay may tatlo. Mayroong 24 na elemento na mayroong isang odd-even nuclide at 13 na mayroong dalawang odd-even nuclides.

Dahil sa kanilang mga kakaibang numero ng neutron, ang mga even-odd na nuclides ay may posibilidad na magkaroon ng malalaking neutron capture cross section dahil sa enerhiya na nagmumula sa mga epekto ng pagkakabit ng neutron. Ang mga stable nuclides na ito ay maaaring kakaiba sa kalikasan, higit sa lahat dahil para mabuo at makapasok sa primordial abundance, kailangan nilang makatakas sa pagkuha ng neutron upang makabuo pa ng iba pang stable even-odd isotopes sa takbo ng kung paano s ang proseso at r ay ang proseso ng pagkuha ng neutron.sa panahon ng nucleosynthesis.

kakaibang atomic number

Ang 48 stable odd-proton at even-neutron nuclides, na pinatatag ng kanilang even number of paired neutrons, ay bumubuo sa karamihan ng stable isotopes ng mga kakaibang elemento; Napakakaunting odd-proton-odd neutron nuclides ang bumubuo sa iba. Mayroong 41 na kakaibang elemento mula Z = 1 hanggang 81, kung saan 39 ang may matatag na isotopes (ang mga elementong technetium (43 Tc) at promethium (61 Pm) ay walang matatag na isotopes). Sa 39 na kakaibang Z na elementong ito, 30 elemento (kabilang ang hydrogen-1, kung saan 0 neutron ay pantay) ay mayroong isang stable na odd-even isotope, at siyam na elemento: chlorine (17 Cl), potassium (19K), copper (29 Cu), gallium ( 31 Ga), Bromine (35 Br), pilak (47 Ag), antimony (51 Sb), iridium (77 Ir) at thallium (81 Tl) bawat isa ay may dalawang odd-even stable isotopes. Kaya, 30 + 2 (9) = 48 stable even-even isotopes ang nakuha.

Limang stable nuclides lamang ang naglalaman ng parehong kakaibang bilang ng mga proton at isang kakaibang bilang ng mga neutron. Ang unang apat na "odd-odd" na nuclides ay nangyayari sa mga nuclide na mababa ang bigat ng molekular, kung saan ang pagbabago mula sa isang proton patungo sa isang neutron o vice versa ay magreresulta sa isang napakabaligtad na proton-neutron ratio.

Ang tanging ganap na "stable", odd-odd nuclide ay 180m 73 Ta, na itinuturing na pinakabihirang sa 254 stable isotopes at ang tanging primordial nuclear isomer na hindi pa naobserbahang nabulok, sa kabila ng mga eksperimentong pagtatangka.

Kakaibang bilang ng mga neutron

Ang mga actinide na may kakaibang bilang ng mga neutron ay may posibilidad na mag-fission (na may mga thermal neutron), habang ang mga may pantay na numero ng neutron ay malamang na hindi, bagama't ginagawa nila ang fission sa mabilis na mga neutron. Lahat ng observationally stable odd-odd nuclides ay may non-zero integer spin. Ito ay dahil ang nag-iisang neutron na walang kapares at isang hindi nakapares na proton ay may mas maraming puwersang nuklear na atraksyon sa isa't isa kung ang kanilang mga pag-ikot ay nakahanay (na gumagawa ng kabuuang pag-ikot ng hindi bababa sa 1 yunit) sa halip na nakahanay.

Pangyayari sa kalikasan

Ang mga elemento ay binubuo ng isa o higit pang natural na nagaganap na isotopes. Ang hindi matatag (radioactive) isotopes ay alinman sa pangunahin o post-example. Ang orihinal na isotopes ay produkto ng stellar nucleosynthesis o ibang uri ng nucleosynthesis gaya ng cosmic ray splitting at nananatili hanggang sa kasalukuyan dahil napakabagal ng kanilang pagkabulok (hal. uranium-238 at potassium-40). Ang mga post-natural na isotopes ay nilikha ng cosmic ray bombardment bilang mga cosmogenic nuclides (hal. tritium, carbon-14) o ang pagkabulok ng isang radioactive primordial isotope sa anak ng isang radioactive radiogenic nuclide (eg uranium hanggang radium). Maraming isotopes ang natural na na-synthesize bilang nucleogenic nuclides ng iba pang natural na nuclear reactions, tulad ng kapag ang mga neutron mula sa natural na nuclear fission ay sinisipsip ng isa pang atom.

Tulad ng tinalakay sa itaas, 80 elemento lamang ang may matatag na isotopes, at 26 sa kanila ay mayroon lamang isang matatag na isotope. Kaya, halos dalawang-katlo ng mga stable na elemento ang natural na nangyayari sa Earth sa ilang stable na isotopes, na may pinakamataas na bilang ng stable isotopes para sa isang elemento ay sampu, para sa lata (50Sn). Humigit-kumulang 94 na elemento ang umiiral sa Earth (hanggang sa at kabilang ang plutonium), bagaman ang ilan ay matatagpuan lamang sa napakaliit na halaga, tulad ng plutonium-244. Naniniwala ang mga siyentipiko na ang mga elemento na natural na nangyayari sa Earth (ang ilan ay bilang radioisotopes lamang) ay nangyayari bilang 339 isotopes (nuclides) sa kabuuan. 254 lamang sa mga natural na nagaganap na isotopes na ito ang matatag sa diwa na hindi pa sila naobserbahan hanggang sa kasalukuyan. Ang karagdagang 35 primordial nuclides (kabuuan ng 289 primordial nuclides) ay radioactive na may alam na kalahating buhay, ngunit may kalahating buhay na higit sa 80 milyong taon, na nagpapahintulot sa kanila na umiral mula pa noong simula ng solar system.

Lahat ng kilalang stable isotopes ay natural na nangyayari sa Earth; Ang iba pang mga natural na isotopes ay radioactive, ngunit dahil sa kanilang medyo mahabang kalahating buhay, o dahil sa iba pang tuluy-tuloy na natural na pamamaraan ng produksyon. Kabilang dito ang mga cosmogenic nuclides na binanggit sa itaas, nucleogenic nuclides, at anumang radiogenic isotopes na nagreresulta mula sa patuloy na pagkabulok ng isang pangunahing radioactive isotope gaya ng radon at radium mula sa uranium.

Ang isa pang ~3000 radioactive isotopes na hindi natagpuan sa kalikasan ay nilikha sa mga nuclear reactor at particle accelerators. Maraming panandaliang isotopes na hindi natural na natagpuan sa Earth ang naobserbahan din ng spectroscopic analysis na natural na nilikha sa mga bituin o supernovae. Ang isang halimbawa ay ang aluminyo-26, na hindi natural na nangyayari sa Earth, ngunit matatagpuan sa kasaganaan sa isang astronomical scale.

Ang mga naka-tabulated na atomic na masa ng mga elemento ay mga average na nagpapaliwanag ng pagkakaroon ng maraming isotopes na may iba't ibang masa. Bago ang pagtuklas ng isotopes, empirically tinutukoy non-integrated halaga para sa atomic mass nalilito siyentipiko. Halimbawa, ang isang sample ng chlorine ay naglalaman ng 75.8% chlorine-35 at 24.2% chlorine-37, na nagbibigay ng average na atomic mass na 35.5 atomic mass units.

Ayon sa pangkalahatang tinatanggap na teorya ng kosmolohiya, tanging ang mga isotopes ng hydrogen at helium, mga bakas ng ilang isotopes ng lithium at beryllium, at posibleng ilang boron, ang nilikha sa Big Bang, habang ang lahat ng iba pang isotopes ay na-synthesize nang maglaon, sa mga bituin at supernovae. , pati na rin sa mga pakikipag-ugnayan sa pagitan ng mga masiglang particle , tulad ng mga cosmic ray, at mga dati nang nakuhang isotopes. Ang kaukulang isotopic abundance ng isotopes sa Earth ay dahil sa mga dami na ginawa ng mga prosesong ito, ang kanilang pagpapalaganap sa galaxy, at ang rate ng pagkabulok ng isotopes, na hindi matatag. Pagkatapos ng paunang pagsasama ng solar system, ang mga isotopes ay muling ipinamahagi ayon sa masa, at ang isotopic na komposisyon ng mga elemento ay bahagyang nag-iiba mula sa planeta patungo sa planeta. Kung minsan, ginagawa nitong posible na masubaybayan ang pinagmulan ng mga meteorite.

Atomic mass ng isotopes

Ang atomic mass (mr) ng isotope ay pangunahing tinutukoy ng mass number nito (i.e., ang bilang ng mga nucleon sa nucleus nito). Ang mga maliliit na pagwawasto ay dahil sa nagbubuklod na enerhiya ng nucleus, ang maliit na pagkakaiba sa masa sa pagitan ng proton at neutron, at ang masa ng mga electron na nauugnay sa atom.

Pangkalahatang numero ay isang walang sukat na dami. Ang atomic mass, sa kabilang banda, ay sinusukat gamit ang yunit ng atomic mass, batay sa masa ng carbon-12 atom. Ito ay tinutukoy ng mga simbolo na "u" (para sa pinag-isang atomic mass unit) o ​​"Da" (para sa dalton).

Tinutukoy ng atomic mass ng natural isotopes ng isang elemento ang atomic mass ng elemento. Kapag ang isang elemento ay naglalaman ng N isotopes, ang expression sa ibaba ay nalalapat sa average na atomic mass:

Kung saan ang m 1 , m 2 , …, mN ay ang mga atomic na masa ng bawat indibidwal na isotope, at x 1 , …, xN ay ang relatibong kasaganaan ng mga isotopes na ito.

Paglalapat ng isotopes

Mayroong ilang mga aplikasyon na nagsasamantala sa mga katangian ng iba't ibang isotopes ng isang partikular na elemento. Ang paghihiwalay ng isotope ay isang mahalagang teknolohikal na isyu, lalo na sa mga mabibigat na elemento tulad ng uranium o plutonium. Ang mas magaan na elemento tulad ng lithium, carbon, nitrogen at oxygen ay karaniwang pinaghihiwalay ng gaseous diffusion ng kanilang mga compound tulad ng CO at NO. Ang paghihiwalay ng hydrogen at deuterium ay hindi pangkaraniwan dahil ito ay nakabatay sa kemikal sa halip na mga pisikal na katangian, tulad ng sa proseso ng Girdler sulfide. Ang mga isotopes ng uranium ay pinaghihiwalay ng dami sa pamamagitan ng gaseous diffusion, gas centrifugation, laser ionization separation at (sa Manhattan Project) ayon sa uri ng mass spectrometry production.

Paggamit ng mga kemikal at biological na katangian

• Ang pagsusuri sa isotope ay ang pagpapasiya ng isotopic signature, ang kamag-anak na kasaganaan ng isotopes ng isang partikular na elemento sa isang partikular na sample. Para sa partikular na mga sustansya, maaaring mangyari ang mga makabuluhang pagkakaiba-iba sa C, N at O ​​isotopes. Ang pagsusuri sa mga naturang variation ay may malawak na hanay ng mga aplikasyon, gaya ng pagtuklas ng adulteration sa mga pagkain o ang heyograpikong pinagmulan ng mga pagkain gamit ang mga isoscape. Ang pagkakakilanlan ng ilang meteorites na nagmula sa Mars ay nakabatay sa bahagi sa isotopic signature ng mga trace gas na nilalaman nito.
• Maaaring gamitin ang isotopic substitution upang matukoy ang mekanismo ng isang kemikal na reaksyon sa pamamagitan ng kinetic isotope effect.
• Ang isa pang karaniwang aplikasyon ay isotopic labeling, ang paggamit ng hindi pangkaraniwang isotopes bilang mga tracer o marker sa mga kemikal na reaksyon. Karaniwan ang mga atomo ng isang naibigay na elemento ay hindi nakikilala sa bawat isa. Gayunpaman, sa pamamagitan ng paggamit ng isotopes ng iba't ibang masa, kahit na ang iba't ibang non-radioactive stable isotopes ay maaaring makilala gamit ang mass spectrometry o infrared spectroscopy. Halimbawa, sa "Stable Isotope Labeling of Amino Acids in Cell Culture" (SILAC), ginagamit ang mga stable na isotopes upang mabilang ang mga protina. Kung ang radioactive isotopes ay ginagamit, maaari silang matukoy ng radiation na kanilang ibinubuga (ito ay tinatawag na radioisotope marking).
• Ang isotopes ay karaniwang ginagamit upang matukoy ang konsentrasyon ng iba't ibang elemento o substance gamit ang isotopic dilution method, kung saan ang mga kilalang halaga ng isotopically substituted compound ay hinahalo sa mga sample at ang isotopic na katangian ng mga resultang mixture ay tinutukoy gamit ang mass spectrometry.

Paggamit ng mga nuclear properties

• Ang isang paraan na katulad ng radioisotope tagging ay radiometric dating: gamit ang kilalang kalahating buhay ng isang hindi matatag na elemento, maaaring kalkulahin ng isa ang oras na lumipas mula noong pagkakaroon ng isang kilalang konsentrasyon ng isotope. Ang pinakakilalang halimbawa ay ang radiocarbon dating, na ginagamit upang matukoy ang edad ng mga carbonaceous na materyales.
• Ang ilang mga anyo ng spectroscopy ay batay sa mga natatanging katangiang nuklear ng mga partikular na isotopes, parehong radioactive at stable. Halimbawa, ang nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy ay maaari lamang gamitin para sa mga isotopes na may non-zero nuclear spin. Ang pinakakaraniwang isotopes na ginagamit sa NMR spectroscopy ay 1 H, 2 D, 15 N, 13 C, at 31 P.
• Ang Mössbauer spectroscopy ay umaasa din sa mga nuclear transition ng mga partikular na isotopes tulad ng 57 Fe.