· ایزوتوپ ها· ایزوبارها · نیمه عمر · عدد جرمی · واکنش زنجیره ای هسته ای

واژه شناسی

تاریخچه کشف ایزوتوپ ها

اولین شواهد مبنی بر اینکه موادی که رفتار شیمیایی یکسانی دارند می توانند خواص فیزیکی متفاوتی داشته باشند با مطالعه تبدیلات رادیواکتیو اتم های عناصر سنگین به دست آمد. در سال 1906-1907 معلوم شد که محصول تجزیه رادیواکتیو اورانیوم - یونیوم و محصول فروپاشی رادیواکتیو توریم - رادیوتوریوم، خواص شیمیایی مشابهی با توریم دارند، اما از نظر جرم اتمی و ویژگی های تجزیه رادیواکتیو با آن متفاوت هستند. بعداً مشخص شد که هر سه محصول دارای طیف نوری و اشعه ایکس یکسان هستند. به پیشنهاد دانشمند انگلیسی F. Soddy، چنین موادی که از نظر خواص شیمیایی یکسان هستند، اما از نظر جرم اتم ها و برخی خواص فیزیکی متفاوت هستند، شروع به نامگذاری ایزوتوپ کردند.

ایزوتوپ ها در طبیعت

اعتقاد بر این است که ترکیب ایزوتوپی عناصر روی زمین در همه مواد یکسان است. برخی از فرآیندهای فیزیکی در طبیعت منجر به اختلال در ترکیب ایزوتوپی عناصر (طبیعی تقسیم بندیایزوتوپ های مشخصه عناصر سبک، و همچنین جابجایی ایزوتوپ ها در طول فروپاشی ایزوتوپ های طبیعی با عمر طولانی). تجمع تدریجی هسته ها در مواد معدنی - محصولات فروپاشی برخی از هسته های با عمر طولانی - در زمین شناسی هسته ای استفاده می شود.

استفاده انسان از ایزوتوپ ها

در فعالیت‌های تکنولوژیکی، مردم یاد گرفته‌اند که ترکیب ایزوتوپی عناصر را تغییر دهند تا هر خاصیت خاصی از مواد را بدست آورند. به عنوان مثال، 235 U قادر به یک واکنش زنجیره ای شکافت توسط نوترون های حرارتی است و می تواند به عنوان سوخت برای راکتورهای هسته ای یا سلاح های هسته ای استفاده شود. با این حال، اورانیوم طبیعی تنها حاوی 0.72٪ از این هسته است، در حالی که یک واکنش زنجیره ای عملا فقط با محتوای 235U حداقل 3٪ امکان پذیر است. با توجه به شباهت خواص فیزیکی و شیمیایی ایزوتوپ های عناصر سنگین، فرآیند غنی سازی ایزوتوپی اورانیوم یک کار تکنولوژیکی بسیار پیچیده است که تنها برای ده ها کشور در جهان قابل دسترسی است. تگ های ایزوتوپی در بسیاری از شاخه های علم و فناوری (مثلاً در رادیو ایمونواسی) استفاده می شود.

همچنین ببینید

• ژئوشیمی ایزوتوپی

ناپایدار (کمتر از یک روز): 8 C: Carbon-8، 9 C: Carbon-9، 10 C: Carbon-10، 11 C: Carbon-11

پایدار: 12 C: کربن-12، 13 درجه سانتی گراد: کربن-13

10-10000 سال: 14 C: کربن-14

ناپایدار (کمتر از یک روز): 15 C: کربن-15، 16 درجه سانتی گراد: کربن-16، 17 درجه سانتی گراد: کربن-17، 18 درجه سانتی گراد: کربن-18، 19 درجه سانتی گراد: کربن-19، 20 درجه سانتی گراد: کربن-20، 21 درجه سانتی گراد: کربن-21، 22 C: کربن-22

هدف:برای تشکیل دانش اتم، توانایی تعیین مقدار بار هسته ای، تعداد الکترون ها، پروتون ها و نوترون ها، ارائه مفهوم "ایزوتوپ ها"، که بر اساس آن مفهوم "عنصر شیمیایی" را روشن می کند.
شرایط لازم برای سطح آمادگی دانش آموز:
بدانید:
-نام و مشخصات (بار، جرم) ذرات بنیادی اتم
-وضعیت ذرات بنیادی در یک اتم
-چه ویژگی های یک اتم به تعداد پروتون ها و نوترون ها بستگی دارد
-اگر تعداد نوترون ها و پروتون ها را تغییر دهید برای یک اتم چه اتفاقی می افتد؟
-ایزوتوپ ها و نوکلیدها چیست؟
-چرا جرم اتمی نسبی یک عدد صحیح ندارد؟
-چرا خواص ایزوتوپ های هیدروژن در مقایسه با ایزوتوپ های سایر عناصر متفاوت است
-تعریف مدرن از مفهوم "عنصر شیمیایی"
شرایط کلیدی:
عنصر شیمیاییمجموعه ای از اتم ها با بارهای هسته ای یکسان است
ایزوتوپ ها-انواع اتم های یک عنصر شیمیایی با بار هسته ای یکسان، اما اعداد جرمی متفاوت
نوکلیدها- مجموعه ای از اتم ها با مقادیر مشخصی از بار هسته ای Z (تعداد پروتون ها در هسته) و جرمی عدد A (مجموع تعداد پروتون ها و نوترون ها در هسته)
نامگذاری ایزوتوپی: در سمت چپ نماد عنصر، عدد جرمی (بالا) و عدد اتمی عنصر (پایین) را نشان می دهد.

چرا ایزوتوپ ها جرم های متفاوتی دارند؟ایزوتوپ ها به دلیل تعداد نوترون های مختلف در هسته، جرم های متفاوتی دارند.
در طبیعت، عناصر شیمیایی به شکل مخلوط ایزوتوپ ها وجود دارند.
ترکیب ایزوتوپی همان عنصر شیمیایی در بیان می شود کسرهای اتمیکه نشان می‌دهد تعداد اتم‌های یک ایزوتوپ معین چه بخشی از تعداد کل اتم‌های همه ایزوتوپ‌های یک عنصر را تشکیل می‌دهد، که به صورت یک یا 100٪ در نظر گرفته می‌شود.
تکلیف: بند 7، تمرین 3

الکترون ها ساختار پوسته های الکترونیکی اتم های عناصر شیمیایی.
هدف:ایده ای از پوسته الکترونی یک اتم و سطوح انرژی تشکیل می دهد.
ساختار الکترونیکی عناصر سه دوره اول را در نظر بگیرید.
یاد بگیرید که فرمول های الکترونیکی اتم ها را بسازید. عناصر را با فرمول های الکترونیکی آنها شناسایی کنید، ترکیب یک اتم را تعیین کنید.
در طول کلاس ها:
1) لحظه سازمانی
2) بررسی تکالیف
3) نظرسنجی، تکرار موضوع قبل
1. ذرات بنیادی تشکیل دهنده اتم را نام ببرید، بار و جرم آنها را مشخص کنید، نام ذرات را بنویسید.
2- هسته اتم را چه ذرات بنیادی تشکیل می دهند؟ بار هسته ای چیست؟ به چه چیزی بستگی دارد؟
3. تعداد الکترون های یک اتم سدیم برابر است با:
الف) 23
ب) 12
ج) 34
د) 11
4) اتم های کدام عنصر شیمیایی شامل 5 پروتون، 6 نوترون، 5 الکترون است؟
الف) کربن
ب) سدیم
ج) بور
د) نئون
4) موضوع جدید:
الکترون‌های موجود در اتم‌ها در لایه‌های خاصی - پوسته‌ها - و به ترتیب خاصی قرار گرفته‌اند. لایه های الکترونیکی در لایه الکترونی اتم تشکیل می شوند. به آنها سطوح انرژی می گویند. حداکثر تعداد الکترون هایی که می توانند در یک سطح انرژی خاص باشند با فرمول تعیین می شود:
N=2n^2
جایی که N حداکثر تعداد الکترون در هر سطح است.
n-تعداد سطح انرژی
مشخص شده است که پوسته اول بیش از دو الکترون ندارد، دومی - بیش از هشت، سومی - بیش از 18 و چهارمی - بیش از -32. تعداد الکترون‌ها در سطح انرژی بیرونی لایه الکترونی یک اتم برابر با عدد گروه عناصر شیمیایی زیرگروه‌های اصلی است.
یک الکترون در یک اوربیتال حرکت می کند و هیچ مسیری ندارد.
فضای اطراف هسته که احتمال یافتن یک الکترون خاص در آن بیشتر است، مداری یا ابر الکترونی الکترون نامیده می شود.
اوربیتال ها می توانند اشکال مختلفی داشته باشند و تعداد آنها با عدد سطح مطابقت دارد، اما از چهار تجاوز نمی کند. اولین سطح انرژی دارای یک زیرسطح (s)، دوم دارای دو (s.p)، سوم دارای سه (s،p،d) و غیره است. الکترون‌های زیرسطح‌های مختلف در یک سطح، شکل‌های متفاوتی از ابر الکترونی دارند: کروی (s)، دمبل‌شکل (p) و پیکربندی پیچیده‌تر. دانشمندان توافق کرده اند که مدار اتمی کروی را s-habitat بنامند، این مدار پایدارترین است و کاملاً نزدیک به هسته قرار دارد.
هرچه انرژی یک الکترون در اتم بیشتر باشد، سریعتر بچرخد، ناحیه محل اقامت آن درازتر می شود و در نهایت به یک اوربیتال p دمبلی شکل تبدیل می شود.
ادغام مواد جدید:
1) ساختار اتم های عناصر زیر را رسم کنید:
الف) نیتروژن
ب) فسفر
ج) منیزیم
2) ساختار اتم ها را با هم مقایسه کنید
الف) بور و فلوئور
ب) اکسیژن و گوگرد
تکلیف: بند 8، تمرین 1،2

جدول تناوبی عناصر شیمیایی و ساختار اتم ها.
قانون تناوبی عناصر شیمیایی (فرمولاسیون مدرن):خواص عناصر شیمیایی، و همچنین مواد ساده و پیچیده تشکیل شده توسط آنها، به طور دوره ای به مقدار بار هسته های اتمی بستگی دارد.
سیستم تناوبی بیانی گرافیکی از قانون تناوبی است.
سری طبیعی عناصر شیمیایی مجموعه ای از عناصر شیمیایی است که با توجه به افزایش تعداد پروتون ها در هسته اتم های آنها و یا با توجه به بارهای فزاینده هسته این اتم ها یکسان است. عدد اتمی یک عنصر در این سری برابر با تعداد پروتون های هسته هر اتم این عنصر است.
جدولی از عناصر شیمیایی با «برش سری طبیعی عناصر شیمیایی به دوره‌ها (ردیف‌های افقی جدول) و ترکیب در گروه‌ها (ستون‌های عمودی جدول) عناصر با ساختارهای اتمی الکترونیکی مشابه ساخته می‌شود.
بسته به روش ترکیب عناصر در گروه ها، جدول می تواند طولانی دوره (عناصر با تعداد و نوع الکترون ظرفیت یکسان به صورت گروهی جمع آوری می شوند) و دوره کوتاه (عناصر با تعداد الکترون ظرفیت یکسان در گروه جمع آوری می شوند). )
گروه‌های جدول دوره کوتاه به زیر گروه‌های (اصلی و فرعی) تقسیم می‌شوند که با گروه‌های جدول دوره‌های بلند منطبق است.
همه اتم های عناصر یک دوره دارای تعداد لایه های الکترونی یکسانی هستند که برابر با عدد دوره است.
تعداد عناصر در محدوده: 2،8،8،18،18،32،32 بیشتر عناصر دوره هشتم به صورت مصنوعی به دست آمده اند، آخرین عناصر این دوره هنوز سنتز نشده اند. همه دوره ها به جز دوره اول با عنصری شروع می شود که یک فلز قلیایی را تشکیل می دهد (Li، Na، K، و غیره)، و با عنصری که گاز نجیب را تشکیل می دهد (He، Ne، Ar، Kr، و غیره) پایان می یابد.
در جدول دوره کوتاه هشت گروه وجود دارد که هر کدام به دو زیر گروه (اصلی و فرعی) تقسیم می شوند، در جدول دوره طولانی شانزده گروه وجود دارد که با اعداد رومی با حروف A و B شماره گذاری شده اند.

ویژگی های عناصر شیمیایی به طور طبیعی در گروه ها و دوره ها تغییر می کند.
در دوره ها (با افزایش شماره سریال)
- بار هسته ای را افزایش می دهد
-تعداد الکترون های بیرونی افزایش می یابد
-شعاع اتم ها کاهش می یابد
- استحکام پیوند بین الکترون ها و هسته افزایش می یابد (انرژی یونیزاسیون)
- الکترونگاتیوی افزایش می یابد
-خواص اکسید کننده مواد ساده افزایش یافته است ("غیر فلزی")
-خواص کاهنده مواد ساده ("فلزی") ضعیف می شود

ویژگی اصلی هیدروکسیدها و اکسیدهای مربوطه ضعیف شده است
- ماهیت اسیدی هیدروکسیدها و اکسیدهای مربوطه افزایش می یابد
در گروه (با افزایش شماره سریال)
- بار هسته ای را افزایش می دهد
-شعاع اتم ها افزایش می یابد
- استحکام پیوند بین الکترون ها و هسته کاهش می یابد
- الکترونگاتیوی کاهش می یابد
- تضعیف خواص اکسیداتیو مواد ساده
-خواص کاهنده مواد ساده افزایش می یابد
- ویژگی اصلی هیدروکسیدها و اکسیدهای مربوطه افزایش می یابد
- خاصیت اسیدی هیدروکسیدها و اکسیدهای مربوطه را تضعیف می کند
-پایداری ترکیبات هیدروژنی کاهش می یابد
تکلیف: بند 8،9
کنترل 3،4،5 st 53

پیوند یونی
هدف:با استفاده از مثال پیوند یونی، مفهوم پیوندهای شیمیایی را تشکیل دهید. برای دستیابی به درک درستی از تشکیل پیوندهای یونی به عنوان یک مورد شدید از پیوندهای قطبی. برای ایجاد مفهومی در مورد ماهیت یکپارچه پیوندهای شیمیایی در ترکیبات و در مورد یونها به عنوان ذرات باردار که بین آنها پیوند ایجاد می شود.
پیوند یونی یک پیوند شیمیایی است که در اثر برهمکنش الکترواستاتیکی بین یون‌ها با بارهایی با علامت مخالف ایجاد می‌شود.
پیوند یونی در نتیجه انتقال کامل یک یا چند الکترون از یک اتم به اتم دیگر ایجاد می شود.این نوع پیوند فقط بین اتم های عناصری که الکترونگاتیوی آنها تفاوت قابل توجهی دارد امکان پذیر است. در این حالت یک الکترون از اتمی با الکترونگاتیوی کمتر به اتمی با الکترونگاتیوی بالاتر عبور می کند. این نوع پیوند شیمیایی بین اتم های فلز و غیرفلز تشکیل می شود.
به عنوان مثال، عناصر گروه اول و دوم از زیر گروه های اصلی سیستم تناوبی (فلزات) به طور مستقیم با عناصر گروه ششم و هفتم از زیر گروه های اصلی سیستم تناوبی (غیر فلزات) ترکیب می شوند.

یک اتم فلز که الکترون های خارجی را رها می کند، به یون های مثبت تبدیل می شود:

HM^0+(8-n)e--àHM^(8-n)-

نکات اصلی مبحث "مفاهیم پایه شیمی" را تکرار کنید و مسائل پیشنهادی را حل کنید. از شماره های 6-17 استفاده کنید.

مقررات اساسی

1. ماده(ساده و پیچیده) به هر مجموعه ای از اتم ها و مولکول ها گفته می شود که در حالت تجمع معینی قرار دارند.

تبدیل مواد همراه با تغییر در ترکیب و (یا) ساختار آنها نامیده می شود واکنش های شیمیایی .

2. واحدهای ساختاری مواد:

· اتم- کوچکترین ذره خنثی الکتریسیته یک عنصر شیمیایی یا ماده ساده که تمام خواص شیمیایی آن را دارد و از نظر فیزیکی و شیمیایی غیر قابل تقسیم است.

· مولکول- کوچکترین ذره خنثی الکتریکی یک ماده، دارای تمام خواص شیمیایی آن، از نظر فیزیکی غیرقابل تقسیم، اما از نظر شیمیایی قابل تقسیم است.

3. عنصر شیمیایی - این یک نوع اتم با بار هسته ای مشخص است.

4. ترکیب اتم :

5. ترکیب هسته اتمی :

هسته حاوی ذرات بنیادی است ( نوکلئون ها) –

پروتون ها(1 1 p ) و نوترون ها(1 0 n).

· زیرا تقریباً تمام جرم یک اتم در هسته متمرکز شده است و m p ≈ m n≈ 1 amu، آن مقدار گرد شدهA rیک عنصر شیمیایی برابر است با تعداد کل نوکلئون های موجود در هسته.

7. ایزوتوپ ها- انواع اتم های یک عنصر شیمیایی که فقط از نظر جرم با یکدیگر متفاوت هستند.

· نماد ایزوتوپی: در سمت چپ نماد عنصر، عدد جرمی (بالا) و عدد اتمی عنصر (پایین) را نشان می دهد.

· چرا ایزوتوپ ها جرم های متفاوتی دارند؟

تکلیف: تعیین ترکیب اتمی ایزوتوپ های کلر: 35 17Clو 37 17Cl?

· ایزوتوپ ها به دلیل تعداد نوترون های مختلف در هسته، جرم های متفاوتی دارند.

8. در طبیعت، عناصر شیمیایی به صورت مخلوط ایزوتوپ ها وجود دارند.

ترکیب ایزوتوپی همان عنصر شیمیایی در بیان می شود کسرهای اتمی(ω در.)، که نشان می دهد تعداد اتم های یک ایزوتوپ معین چه بخشی از تعداد کل اتم های همه ایزوتوپ های یک عنصر را تشکیل می دهد که به عنوان یک یا 100٪ در نظر گرفته می شود.

مثلا:

ω در (35 17 Cl) = 0.754

ω در (37 17 Cl) = 0.246

9. جدول تناوبی مقادیر متوسط ​​جرم اتمی نسبی عناصر شیمیایی را با در نظر گرفتن ترکیب ایزوتوپی آنها نشان می دهد. بنابراین، Ar نشان داده شده در جدول کسری هستند.

A rچهارشنبه= ω در. (1) ∙ آر (1) + … + ω در.(n ) ∙ آر ( n )

مثلا:

A rچهارشنبه(Cl) = 0.754 ∙ 35 + 0.246 ∙ 37 = 35.453

10. مشکلی که باید حل شود:

شماره 1. جرم اتمی نسبی بور را در صورتی تعیین کنید که کسر مولی ایزوتوپ 10 B 19.6٪ است و ایزوتوپ 11 B 80.4٪ است.

11. جرم اتم ها و مولکول ها بسیار کوچک است. در حال حاضر، یک سیستم اندازه گیری یکپارچه در فیزیک و شیمی اتخاذ شده است.

1 آمو =متر(a.m.) = 1/12 متر(12 C) = 1.66057 ∙ 10 -27 کیلوگرم = 1.66057 ∙ 10 -24 گرم.

جرم مطلق برخی اتم ها:

متر( سی) = 1.99268 ∙ 10 -23 گرم

متر( اچ) = 1.67375 ∙ 10 -24 گرم

متر( O) = 2.656812 ∙ 10 -23 گرم

A r- نشان می دهد که یک اتم معین چند بار سنگین تر از 1/12 اتم 12 C است. آقای∙ 1.66 ∙ 10 -27 کیلوگرم

13. تعداد اتم ها و مولکول ها در نمونه های معمولی مواد بسیار زیاد است، بنابراین، هنگام مشخص کردن مقدار یک ماده، از واحد اندازه گیری استفاده می شود -خال .

· خال (ν)- واحد کمیت یک ماده که دارای همان تعداد ذرات (مولکول، اتم، یون، الکترون) با اتم های موجود در 12 گرم ایزوتوپ است. 12 سی

· جرم 1 اتم 12 سیبرابر با 12 amu است، بنابراین تعداد اتم ها در 12 گرم ایزوتوپ 12 سیبرابر است با:

N A= 12 گرم / 12 ∙ 1.66057 ∙ 10 -24 گرم = 6.0221 ∙ 10 23

· کمیت فیزیکی N Aتماس گرفت ثابت آووگادرو (عدد آووگادرو) و دارای بعد [N A] = mol -1 است.

14. فرمول های اساسی:

م = آقای = ρ ∙ V m(ρ – چگالی؛ V m – حجم در سطح صفر)

مشکلاتی که باید به طور مستقل حل شوند

شماره 1. تعداد اتم های نیتروژن در 100 گرم کربنات آمونیوم حاوی 10 درصد ناخالصی های غیر نیتروژنی را محاسبه کنید.

شماره 2. در شرایط عادی، 12 لیتر مخلوط گازی متشکل از آمونیاک و دی اکسید کربن دارای جرم 18 گرم است، از هر گاز چند لیتر مخلوط می شود؟

شماره 3. هنگامی که در معرض اسید کلریدریک اضافی، 8.24 گرم از مخلوط اکسید منگنز (IV) با اکسید ناشناخته MO 2 که با اسید کلریدریک واکنش نمی دهد، 1.344 لیتر گاز در شرایط محیطی به دست آمد. در آزمایش دیگری مشخص شد که نسبت مولی اکسید منگنز (IV) نسبت به اکسید مجهول 3:1 است. فرمول اکسید مجهول را تعیین کنید و کسر جرمی آن را در مخلوط محاسبه کنید.

یک عنصر خاص که یکسان اما متفاوت است. آنها هسته هایی با تعداد و تنوع یکسان دارند. تعداد، ساختار یکسانی از پوسته های الکترونی دارند و در تناوب همان مکان را اشغال می کنند. سیستم شیمیایی عناصر. اصطلاح "ایزوتوپ" در سال 1910 توسط F. Soddy برای تعیین انواع غیرقابل تشخیص شیمیایی که در خواص فیزیکی آنها متفاوت است، پیشنهاد شد. مقدسین (عمدتاً رادیواکتیو). ایزوتوپ های پایدار برای اولین بار در سال 1913 توسط جی تامسون با استفاده از به اصطلاح او کشف شد. روش سهمی - نمونه اولیه روش مدرن. . او دریافت که Ne حداقل 2 گونه با وزن دارد. قسمت 20 و 22 اسامی و نمادهای ایزوتوپ ها معمولاً نام و علامت مواد شیمیایی مربوطه هستند. عناصر؛ به سمت چپ بالای نماد اشاره کنید. مثلاً برای نشان دادن طبیعی ایزوتوپ ها از علامت 35 Cl و 37 Cl استفاده می کنند. گاهی اوقات عنصر نیز در پایین سمت چپ نشان داده می شود، یعنی. 35 17 Cl و 37 17 Cl بنویسید. فقط ایزوتوپ های سبک ترین عنصر، هیدروژن، با وزن. قسمت های 1 و 2 و 3 دارای ویژگی های خاص هستند. نام ها و نمادها: (1 1 H)، (D، یا 2 1 H) و (T، یا 3 1 H)، به ترتیب. به دلیل تفاوت زیاد در جرم ها، رفتار این ایزوتوپ ها به طور قابل توجهی متفاوت است (نگاه کنید به،). ایزوتوپ‌های پایدار در تمام عناصر زوج و فرد وجود دارند[ 83. تعداد ایزوتوپ های پایدار عناصر با اعداد زوج ممکن است باشد. برابر با 10 (به عنوان مثال y)؛ عناصر با اعداد فرد بیش از دو ایزوتوپ پایدار ندارند. شناخته شده تقریبا 280 ایزوتوپ پایدار و بیش از 2000 ایزوتوپ رادیواکتیو از 116 عنصر طبیعی و مصنوعی به دست آمده. برای هر عنصر، محتوای ایزوتوپ های منفرد در طبیعت. مخلوط دستخوش نوسانات کوچکی می شود که اغلب می توان از آنها غفلت کرد. بیشتر یعنی. نوسانات در ترکیب ایزوتوپی برای شهاب سنگ ها و سایر اجرام آسمانی مشاهده می شود. ثبات ترکیب ایزوتوپی منجر به پایداری عناصر موجود در زمین می شود، که مقدار متوسط ​​جرم یک عنصر معین است که با در نظر گرفتن فراوانی ایزوتوپ ها در طبیعت یافت می شود. نوسانات در ترکیب ایزوتوپی عناصر سبک، به عنوان یک قاعده، با تغییرات در ترکیب ایزوتوپی در طول تجزیه همراه است. فرآیندهای رخ داده در طبیعت (و غیره). برای عنصر سنگین سرب، تغییرات در ترکیب ایزوتوپی نمونه های مختلف توسط عوامل مختلف توضیح داده می شود. مطالب در، و منابع دیگر و - اجداد طبیعت. . تفاوت در خواص ایزوتوپ های یک عنصر معین نامیده می شود. . مهم عملی وظیفه بدست آوردن از طبیعت است. مخلوط ایزوتوپ های فردی -

حتی فیلسوفان باستان معتقد بودند که ماده از اتم ساخته شده است. با این حال، دانشمندان متوجه شدند که "بلوک های سازنده" خود جهان از ذرات ریز فقط در اواخر قرن 19 و 20 تشکیل شده است. آزمایش‌هایی که این را ثابت می‌کنند، یک انقلاب واقعی در علم ایجاد کردند. این نسبت کمی اجزای تشکیل دهنده آن است که یک عنصر شیمیایی را از دیگری متمایز می کند. هر کدام از آنها با توجه به شماره سریال جای خود را در آن اختصاص می دهند. اما انواع مختلفی از اتم ها وجود دارند که با وجود تفاوت در جرم و خواص، سلول های مشابهی را در جدول اشغال می کنند. چرا این چنین است و ایزوتوپ هایی که در شیمی وجود دارند بیشتر مورد بحث قرار خواهد گرفت.

اتم و ذرات آن

ای. رادرفورد با مطالعه ساختار ماده از طریق بمباران با ذرات آلفا در سال 1910 ثابت کرد که فضای اصلی اتم پر از فضای خالی است. و فقط در مرکز هسته است. الکترون های منفی در اوربیتال ها در اطراف آن حرکت می کنند و پوسته این سیستم را تشکیل می دهند. اینگونه بود که یک مدل سیاره ای از "بلوک های سازنده" ماده ایجاد شد.

ایزوتوپ ها چیست؟ از درس شیمی خود به یاد داشته باشید که هسته نیز ساختار پیچیده ای دارد. از پروتون ها و نوترون های مثبت تشکیل شده است که بار ندارند. تعداد اولی ویژگی های کیفی عنصر شیمیایی را تعیین می کند. این تعداد پروتون است که مواد را از یکدیگر متمایز می کند و به هسته آنها بار خاصی می بخشد. و بر این اساس یک شماره سریال در جدول تناوبی به آنها اختصاص داده می شود. اما تعداد نوترون های موجود در همان عنصر شیمیایی آنها را به ایزوتوپ متمایز می کند. بنابراین تعریف این مفهوم در شیمی را می توان به صورت زیر ارائه کرد. اینها انواعی از اتم ها هستند که در ترکیب هسته متفاوت هستند، دارای بار و اعداد اتمی یکسان هستند، اما به دلیل تفاوت در تعداد نوترون ها، اعداد جرمی متفاوتی دارند.

تعیین ها

در حین مطالعه شیمی در پایه نهم و ایزوتوپ ها، دانش آموزان با کنوانسیون های پذیرفته شده آشنا می شوند. حرف Z نشان دهنده بار هسته است. این رقم با تعداد پروتون ها منطبق است و بنابراین شاخص آنهاست. مجموع این عناصر با نوترون هایی که با N مشخص شده اند A - عدد جرمی است. خانواده ای از ایزوتوپ های یک ماده معمولاً با نماد آن عنصر شیمیایی مشخص می شود که در جدول تناوبی شماره سریالی منطبق با تعداد پروتون های موجود در آن اختصاص داده می شود. بالانویس سمت چپ اضافه شده به نماد نشان داده شده با عدد انبوه مطابقت دارد. به عنوان مثال، 238 U. بار یک عنصر (در این مورد، اورانیوم، که با شماره سریال 92 مشخص شده است) با یک شاخص مشابه در زیر نشان داده شده است.

با دانستن این داده ها، می توانید به راحتی تعداد نوترون ها را در یک ایزوتوپ معین محاسبه کنید. این برابر است با عدد جرمی منهای شماره سریال: 238 - 92 = 146. تعداد نوترون ها می تواند کمتر باشد، اما این باعث نمی شود که این عنصر شیمیایی اورانیوم باقی بماند. لازم به ذکر است که اغلب در سایر مواد ساده تر تعداد پروتون ها و نوترون ها تقریباً یکسان است. چنین اطلاعاتی به درک اینکه ایزوتوپ در شیمی چیست کمک می کند.

نوکلئون ها

این تعداد پروتون است که به عنصر خاصی فردیت می دهد و تعداد نوترون ها به هیچ وجه بر آن تأثیر نمی گذارد. اما جرم اتمی از این دو عنصر مشخص تشکیل شده است که نام مشترک "نوکلئون" را دارند که نشان دهنده مجموع آنهاست. با این حال، این شاخص به آنهایی که پوسته بار منفی اتم را تشکیل می دهند بستگی ندارد. چرا؟ تنها کاری که باید انجام دهید این است که مقایسه کنید.

کسر جرم پروتون در یک اتم بزرگ است و تقریباً 1 a است. e.m. یا 1.672 621 898 (21) 10 -27 کیلوگرم. نوترون به عملکرد این ذره نزدیک است (1.674 927 471(21)·10 -27 کیلوگرم). اما جرم یک الکترون هزاران بار کوچکتر است، ناچیز در نظر گرفته می شود و در نظر گرفته نمی شود. به همین دلیل است که با دانستن روی یک عنصر در شیمی، یافتن ترکیب هسته ایزوتوپ دشوار نیست.

ایزوتوپ های هیدروژن

ایزوتوپ های برخی از عناصر در طبیعت آنقدر شناخته شده و گسترده هستند که نام های خود را نیز دریافت کرده اند. بارزترین و ساده ترین مثال در این مورد هیدروژن است. به طور طبیعی در رایج ترین شکل آن، پروتیوم یافت می شود. این عنصر دارای عدد جرمی 1 است و هسته آن از یک پروتون تشکیل شده است.

بنابراین ایزوتوپ های هیدروژن در شیمی چیست؟ همانطور که مشخص است اتم های این ماده اولین عدد جدول تناوبی را دارند و بر این اساس در طبیعت دارای بار شماره 1 هستند اما تعداد نوترون های هسته یک اتم متفاوت است. دوتریوم که هیدروژن سنگین است، علاوه بر پروتون، ذره دیگری نیز در هسته خود دارد، یعنی یک نوترون. در نتیجه، این ماده برخلاف پروتیوم، دارای وزن، نقطه ذوب و جوش خاص خود، خواص فیزیکی خاص خود را نشان می دهد.

تریتیوم

تریتیوم از همه پیچیده تر است. این هیدروژن فوق سنگین است. طبق تعریف ایزوتوپ ها در شیمی، دارای عدد بار 1، اما عدد جرمی آن 3 است. اغلب به آن تریتون می گویند زیرا علاوه بر یک پروتون، در هسته خود دو نوترون نیز دارد، یعنی شامل آن می شود. از سه عنصر نام این عنصر که در سال 1934 توسط رادرفورد، اولیفانت و هارتک کشف شد، حتی قبل از کشف آن مطرح شد.

این یک ماده ناپایدار است که خواص رادیواکتیو از خود نشان می دهد. هسته آن توانایی تقسیم شدن به ذره بتا و پادنوترینو الکترونی را دارد. انرژی فروپاشی این ماده خیلی زیاد نیست و به 18.59 کو می رسد. بنابراین، چنین تشعشعی برای انسان خیلی خطرناک نیست. لباس های معمولی و دستکش های جراحی می توانند در برابر آن محافظت کنند. و این عنصر رادیواکتیو به دست آمده از غذا به سرعت از بدن دفع می شود.

ایزوتوپ های اورانیوم

بسیار خطرناک تر انواع مختلف اورانیوم است که علم در حال حاضر 26 مورد از آنها را می شناسد. بنابراین، هنگامی که در مورد ایزوتوپ ها در شیمی صحبت می کنیم، نمی توان به این عنصر اشاره نکرد. با وجود تنوع انواع اورانیوم، تنها سه ایزوتوپ در طبیعت وجود دارد. اینها شامل 234 U، 235 U، 238 U است. اولین آنها، با داشتن خواص مناسب، به طور فعال به عنوان سوخت در راکتورهای هسته ای استفاده می شود. و دومی برای تولید پلوتونیوم 239 است که به نوبه خود به عنوان یک سوخت با ارزش غیر قابل جایگزینی است.

هر یک از عناصر رادیواکتیو با ویژگی های خاص خود مشخص می شود این مدت زمانی است که در طی آن ماده به نسبت ½ تقسیم می شود. یعنی در نتیجه این فرآیند مقدار باقیمانده ماده به نصف می رسد. این مدت زمان برای اورانیوم بسیار زیاد است. به عنوان مثال، برای ایزوتوپ-234 270 هزار سال تخمین زده می شود، اما برای دو نوع دیگر مشخص شده بسیار مهم تر است. اورانیوم 238 دارای نیمه عمر بی سابقه ای است که میلیاردها سال دوام می آورد.

نوکلیدها

هر نوع اتمی که با تعداد پروتون‌ها و الکترون‌ها مشخص می‌شود، آنقدر پایدار نیست که حداقل برای مدت طولانی کافی برای مطالعه آن وجود داشته باشد. آنهایی که نسبتاً پایدار هستند نوکلید نامیده می شوند. سازندهای پایدار از این نوع دچار فروپاشی رادیواکتیو نمی شوند. ناپایدارها را پرتوزا نامیده می شوند و به نوبه خود به کوتاه مدت و طولانی مدت نیز تقسیم می شوند. همانطور که از درس های شیمی پایه یازدهم در مورد ساختار اتم های ایزوتوپ می دانید، اسمیم و پلاتین دارای بیشترین تعداد پرتوزا هستند. کبالت و طلا هر کدام یک نوکلید پایدار دارند و قلع بیشترین تعداد نوکلیدهای پایدار را دارد.

محاسبه عدد اتمی یک ایزوتوپ

اکنون سعی خواهیم کرد اطلاعاتی را که قبلا توضیح داده شد خلاصه کنیم. با درک اینکه ایزوتوپ ها در شیمی چیست، زمان آن رسیده است که چگونگی استفاده از دانش به دست آمده را بیابیم. بیایید با یک مثال خاص به این موضوع نگاه کنیم. فرض کنید مشخص است که یک عنصر شیمیایی خاص دارای عدد جرمی 181 است. علاوه بر این، پوسته اتم این ماده حاوی 73 الکترون است. چگونه می توان از جدول تناوبی برای یافتن نام یک عنصر معین و همچنین تعداد پروتون ها و نوترون های هسته آن استفاده کرد؟

بیایید شروع به حل مشکل کنیم. شما می توانید نام یک ماده را با دانستن شماره سریال آن که با تعداد پروتون ها مطابقت دارد تعیین کنید. از آنجایی که تعداد بارهای مثبت و منفی یک اتم برابر است، 73 است. یعنی تانتالیوم است. علاوه بر این، تعداد کل نوکلئون ها در کل 181 است، به این معنی که پروتون های این عنصر 181 - 73 = 108 است. بسیار ساده است.

ایزوتوپ های گالیوم

عنصر گالیوم دارای عدد اتمی 71 است. در طبیعت، این ماده دارای دو ایزوتوپ - 69 Ga و 71 Ga است. چگونه درصد گونه های گالیوم را تعیین کنیم؟

حل مسائل مربوط به ایزوتوپ ها در شیمی تقریباً همیشه شامل اطلاعاتی است که می توان از جدول تناوبی به دست آورد. این بار شما باید همین کار را انجام دهید. اجازه دهید میانگین جرم اتمی را از منبع مشخص شده تعیین کنیم. برابر با 69.72 است. با تعیین نسبت کمی ایزوتوپ اول و دوم با x و y، مجموع آنها را برابر با 1 می گیریم. این بدان معنی است که این به شکل یک معادله نوشته می شود: x + y = 1. نتیجه می شود که 69x + 71y = 69.72. با بیان y بر حسب x و جایگزینی معادله اول به معادله دوم، دریافتیم که x = 0.64 و y = 0.36. این بدان معنی است که 69 Ga در طبیعت 64٪ یافت می شود و درصد 71 Ga 34٪ است.

تبدیل های ایزوتوپی

شکافت رادیواکتیو ایزوتوپ ها با تبدیل آنها به عناصر دیگر به سه نوع اصلی تقسیم می شود. اولین مورد از این ها واپاشی آلفا است. این با گسیل ذره ای رخ می دهد که نشان دهنده هسته اتم هلیوم است. یعنی این سازندی است که از ترکیبی از جفت نوترون و پروتون تشکیل شده است. از آنجایی که مقدار دومی تعداد بار و تعداد اتم یک ماده را در جدول تناوبی تعیین می کند، در نتیجه این فرآیند یک تبدیل کیفی یک عنصر به عنصر دیگر رخ می دهد و در جدول به سمت چپ تغییر می کند. دو سلول در این حالت تعداد جرمی عنصر 4 واحد کاهش می یابد. ما این را از ساختار اتم های ایزوتوپ می دانیم.

وقتی هسته یک اتم یک ذره بتا، در اصل یک الکترون را از دست می دهد، ترکیب آن تغییر می کند. یکی از نوترون ها به پروتون تبدیل می شود. این بدان معنی است که ویژگی های کیفی ماده دوباره تغییر می کند و عنصر در جدول یک سلول به سمت راست جابجا می شود، بدون اینکه عملاً وزن خود را کاهش دهد. به طور معمول، چنین تبدیلی با تابش گامای الکترومغناطیسی همراه است.

تبدیل ایزوتوپ رادیوم

اطلاعات و دانش فوق از شیمی کلاس 11 در مورد ایزوتوپ ها دوباره به حل مسائل عملی کمک می کند. به عنوان مثال، موارد زیر: 226 Ra در هنگام فروپاشی به یک عنصر شیمیایی از گروه IV با عدد جرمی 206 تبدیل می شود. چند ذره آلفا و بتا باید از دست بدهد؟

با در نظر گرفتن تغییرات جرم و گروه عنصر دختر، با استفاده از جدول تناوبی به راحتی می توان تعیین کرد که ایزوتوپ تشکیل شده در حین شکافت، سرب با بار 82 و عدد جرمی 206 خواهد بود. با احتساب عدد بار این عنصر و رادیوم اصلی، باید فرض کرد که هسته آن پنج ذره آلفا و چهار ذره بتا را از دست داده است.

استفاده از ایزوتوپ های رادیواکتیو

همه به خوبی از مضراتی که تشعشعات رادیواکتیو برای موجودات زنده وارد می کنند آگاه هستند. با این حال، خواص ایزوتوپ های رادیواکتیو می تواند برای انسان مفید باشد. آنها با موفقیت در بسیاری از صنایع استفاده می شوند. با کمک آنها می توان نشتی در سازه های مهندسی و ساختمانی، خطوط لوله زیرزمینی و خطوط لوله نفت، مخازن ذخیره سازی و مبدل های حرارتی در نیروگاه ها را تشخیص داد.

این خواص همچنین به طور فعال در آزمایش های علمی استفاده می شود. به عنوان مثال، مگس تسه ناقل بسیاری از بیماری های جدی برای انسان، دام و حیوانات اهلی است. به منظور جلوگیری از این امر، نرهای این حشرات با استفاده از تشعشعات رادیواکتیو ضعیف عقیم می شوند. ایزوتوپ‌ها همچنین در مطالعه مکانیسم‌های واکنش‌های شیمیایی خاص ضروری هستند، زیرا اتم‌های این عناصر می‌توانند برای برچسب زدن آب و سایر مواد استفاده شوند.

ایزوتوپ های برچسب گذاری شده نیز اغلب در تحقیقات بیولوژیکی استفاده می شوند. به عنوان مثال، اینگونه مشخص شد که چگونه فسفر بر خاک، رشد و نمو گیاهان زراعی تأثیر می گذارد. خواص ایزوتوپ ها در پزشکی نیز با موفقیت مورد استفاده قرار می گیرد که امکان درمان تومورهای سرطانی و سایر بیماری های جدی و تعیین سن موجودات بیولوژیکی را فراهم کرده است.