Что такое изотоп?

Изотопы - это атомы одного и того же элемента, которые имеют одинаковое количество протонов, но различное количество нейтронов. Их атомные номера одинаковы, но их массовые числа различны. Массовые числа всегда обозначаются буквой A, тогда как Z относится к атомным номерам элементов. Атомный номер символизирует число протонов в ядре атома и используется для определения положения элемента в периодической таблице. Массовое число атома - это число нейтронов в его ядре. Изотопы элементов имеют разные физические свойства из-за изменения их атомных масс. Из-за этой разницы такие изотопы имеют различную плотность, а также точки плавления и кипения. Однако изотопы элемента всегда имеют очень похожие химические свойства. Сходство происходит потому, что в химических реакциях используются только электроны, а не нейтроны или протоны.

История изотопов

Радиохимик Фредрик Содди впервые предположил существование изотопов в 1913 году после проведения исследований, связанных с распадом радиоактивных цепей. Во время своих экспериментов Содди понял, что между свинцом и ураном существует сорок различных видов, однако в периодической таблице можно разместить только 11 атомов. После того, как химические испытания, проведенные для разделения некоторых из этих элементов, потерпели неудачу, он предположил, что более чем один тип атомов может иметь одинаковое положение в периодической таблице, и назвал их изотопами.

Примеры изотопов

Хлор содержит два основных изотопа: хлор-35 и хлор-37. Чтобы прийти к такому выводу, ученые обнаружили, что в хлорном веществе пропорции каждого из этих изотопов существуют в целом, и именно поэтому соотношения используются для выражения разницы в количестве. Эти соотношения полезны при расчете относительных процентов и относительных атомных масс. Другие примеры изотопов включают углерод (изотопы углерода-12 и углерода-14), кислород (кислород-16 и кислород-18) и фосфор (фосфор-31 является первичным изотопом, хотя также существуют определенные количества фосфора-32). Изотопы этих соединений считаются стабильными, и большинство из них имеют только два изотопа. Однако есть несколько элементов, которые имеют только один изотоп, и к ним относятся фтор, бериллий, мышьяк, иттрий, золото, алюминий, йод, марганец, натрий и ниобий.

Очистка изотопов

Есть три основных области, где применяются изотопы. Первое - это разделение изотопов. Разделение облегчает максимизацию свойств атомов по мере необходимости. При разделении более легких элементов, таких как дейтерий и кислород, применяется метод газовой диффузии. Разделение тяжелых элементов, таких как уран и плутоний, происходит с помощью масс-спектрометрии.

Применение изотопов

Первым применением изотопов является его использование археологами при датировании углерода. Изотопы бывают двух видов: стабильные и радиоактивные изотопы. Стабильные изотопы содержат равную комбинацию протонов и нейтронов и как таковые не подвергаются распаду. С другой стороны, радиоактивные изотопы имеют нестабильные ядра и поэтому распадаются. Радиоактивный распад может занять до 5730 лет, например, углеродный элемент. Археологи используют этот компонент изотопов, чтобы определить возраст объекта, найденного в археологических раскопках.