Изотопы. Изотопы - разновидности атомов определенного химического элемента, имеющие одинаковый атомный номер

Изотопы - разновидности атомов определенного химического элемента, имеющие одинаковый атомный номер, но разные массовые числа. Обладают ядрами с одинаковым числом протонов и различным числом нейтронов, имеют одинаковое строение электронных оболочек и занимают одно и то же место в периодической системе химических элементов.

Относительные атомные массы элементов, приводимые в периодической системе - есть средние массовые числа природных смесей изотопов. Поэтому они и отличаются от целочисленных значений.

Пример.

Природный таллий (ат.н.81, ат. масса 204,383) состоит из двух изотопов:

таллий – 203

203 81

Tl (81

1 1

p; 122

1 0

n) - 29,5%

таллий - 205

205 81

Tl (81

1 1

p; 122

1 0

n) - 70,5%

Средняя атомная масса таллия равна:

A_ср.(Tl) = (0,295 • 203 + 0,705 • 205) / 2 = 204,383

Изотопы водорода имеют специальные символы и названия:

1 1

H - протий;

2 1

D - дейтерий;

3 1

T - тритий.

Химические свойства изотопов одного элемента одинаковы. Изотопы, имеющие одинаковые массовые числа, но различные заряды ядер, называются изобарами

(

40 18

Ar,

40 19

K и

40 20

Ca;

112 48

Cd и

112 50

Sn).

Радиоактивность

Радиоактивность - самопроизвольное превращение неустойчивого изотопа одного химического элемента в изотоп другого элемента, сопровождающееся испусканием элементарных частиц или ядер (например, α- частиц).

Радиоактивность, проявляемая природными изотопами элементов, называется естественной радиоактивностью.

Самопроизвольный распад ядер описывается уравнением: m_t = m₀ • (1/2)^{t / T}1/2 где m_t и m₀ - массы изотопа в момент времени t и в начальный момент времени; Т_1/2 - период полураспада, который является постоянным для данного изотопа. За время Т_1/2 распадается половина всех ядер данного изотопа.

Основные виды радиоактивного распада.

a - распад. Сопровождается потоком положительно заряженных ядер атома гелия ⁴₂Не (a- частиц) со скоростью 20000 км/с. При этом заряд Z исходного ядра уменьшается на 2 единицы (в единицах элементарного заряда), а массовое число А - на 4 единицы (в атомных единицах массы).

Z' = Z – 2

A' = A – 4

т.е. образуется атом элемента, смещенного по периодической системе на две клетки влево, от исходного радиоактивного элемента, а его массовое число на 4 единицы меньше исходного.

226 82

Ra ®

222 80

Rh +

4 2

He

b - распад. Излучение ядром атома потока электронов со скоростью 100'000 - 300'000 км/с. (Электрон образуется при распаде нейтрона ядра. Нейтрон может распадаться на протон и электрон.) При b- распаде массовое число изотопа не изменяется, поскольку общее число протонов и нейтронов сохраняется, а заряд ядра увеличивается на 1. (Химический элемент смещается в периодической системе на одну клетку вправо, а его массовое число не изменяется)

234 90

Th ®

234 91

Po +

0 -1

e

g- распад. Возбужденное ядро испускает электромагнитное излучение с очень малой длиной волны и высокой частотой, обладающее большой проникающей способностью, при этом энергия ядра уменьшается, массовое число и заряд остаются неизменными. (Химический элемент не смещается в периодической системе, его массовое число не изменяется и лишь ядро его атома переходит из возбужденного состояния в менее возбужденное).

Ядерные реакции - превращения ядер, происходящие при их столкновении друг с другом или с элементарными частицами. Первая искусственная ядерная реакция была осуществлена Э.Резерфордом (1919 г.) при бомбардировке ядер азота a- частицами:

14 7

N +

4 2

He ®

17 8

O +

1 1

H

С помощью ядерных реакций были получены изотопы многих химических элементов и ядра всех химических элементов с порядковыми номерами от 93 до 110.