Co to jest izotop?

Izotopy są atomami tego samego pierwiastka, które mają równą liczbę protonów, ale różną liczbę neutronów. Ich liczby atomowe są takie same, ale ich liczby masowe są różne. Liczby masowe są zawsze oznaczone przez A, podczas gdy Z odnosi się do liczby atomowej pierwiastków. Liczba atomowa symbolizuje liczbę protonów w jądrze atomu i jest używana do identyfikacji pozycji elementu w układzie okresowym. Liczba masowa atomu to liczba neutronów w jądrze. Izotopy pierwiastków mają różne właściwości fizyczne ze względu na zmienność ich mas atomowych. Z powodu tej różnicy takie izotopy mają różne gęstości, a także temperatury topnienia i wrzenia. Jednak izotopy pierwiastka zawsze mają bardzo podobne właściwości chemiczne. Podobieństwo występuje, ponieważ tylko elektrony są używane w reakcjach chemicznych, a nie w neutronach lub protonach.

Historia izotopów

Radiochemik Fredrick Soddy po raz pierwszy zasugerował istnienie izotopów w 1913 r. Po przeprowadzeniu badań związanych z rozpadem radioaktywnych łańcuchów. Podczas swoich eksperymentów Soddy zdał sobie sprawę, że między ołowiem i uranem istniało czterdzieści różnych gatunków, jednak układ okresowy mógł pomieścić tylko 11 atomów. Po nieudanych próbach chemicznych przeprowadzonych w celu oddzielenia niektórych z tych elementów zasugerował, że więcej niż jeden typ atomu może dzielić tę samą pozycję w układzie okresowym i nazywać je izotopami.

Przykłady izotopów

Chlor zawiera dwa główne izotopy: chlor-35 i chlor-37. Aby dojść do tego wniosku, naukowcy odkryli, że w substancji chlorowej proporcje każdego z tych izotopów istnieją ogólnie i dlatego stosunki są używane do wyrażenia różnicy w ilości. Te współczynniki są pomocne przy obliczaniu względnych wartości procentowych i względnych mas atomowych. Inne przykłady izotopów obejmują węgiel (izotopy węgla-12 i węgla-14), tlen (tlen-16 i tlen-18) i fosfor (fosfor-31 jest izotopem pierwotnym, chociaż istnieją również określone ilości fosforu-32). Izotopy tych związków uważa się za stabilne, a większość z nich ma tylko dwa izotopy. Istnieje jednak kilka elementów, które mają tylko jeden izotop, a należą do nich fluor, beryl, arsen, itr, złoto, aluminium, jod, mangan, sód i niob.

Oczyszczanie izotopów

Istnieją trzy główne obszary, w których stosowane są izotopy. Pierwszym jest rozdzielenie izotopów. Separacja ułatwia maksymalizację właściwości atomów zgodnie z wymaganiami. Przy rozdzielaniu lżejszych pierwiastków, takich jak deuter i tlen, stosuje się metodę dyfuzji gazu. Rozdział ciężkich pierwiastków, takich jak uran i pluton, następuje za pomocą spektrometrii mas.

Zastosowanie izotopów

Pierwszym zastosowaniem izotopów jest ich wykorzystanie przez archeologów w datowaniu węgla. Izotopy są dwoma rodzajami: stabilnymi i radioaktywnymi izotopami. Stabilne izotopy zawierają jednakową kombinację protonów i neutronów i jako takie nie ulegają rozkładowi. Z drugiej strony, izotopy radioaktywne mają niestabilne jądra, a zatem ulegają rozpadowi. Rozpad promieniotwórczy może trwać nawet 5730 lat, na przykład pierwiastek węglowy. Archeolodzy wykorzystują ten składnik izotopów do określenia wieku obiektu znalezionego w wykopaliskach archeologicznych.