Ізотопи

Коротше кажучи, існували радіоактивні серії. Одна починалася з урану (атомний вага 92) і закінчувалася свинцем (атомний номер 82). Інша починалася з 'торію (атомний номер 90) і також закінчувати-

Ічівалась свинцем . І нарешті, третій елемент, актиній (атомний номер 89) також мав свою серію, закінчуємо свинцем.

Різні атоми, організовував у 8ті три радіоактивні серії, зовсім не були такими вже різними. Коли атом урану випускав альфа-частинку, вона утворювала атом, названий ураном X,. Після тща-

зз тільних досліджень виявилося, що цей уран X, володів хімічними властивостями торію, але його радіоактивні властивості відрізнялися від властивостей звичайного торію .

Уран X, розкладався так швидко, виділяючи при розпаді бета-частинки, що половина його початкового кількості розпадалася всього за 24 години. Можна сказати й інакше (формулювання запропонована Резерфордом), що за 24 години елемент X, проживав половину свого життя. Однак звичайний торій випускає не бета-, а альфа-частинки, і це відбувалося так повільно, що половина його життя становила 14 більйонів років!

У списку елементів за хімічними стандартам уран X, і звичайний торій розташовувалися на одному і тому ж місці, але вченим було ясно, що між ними існує якась відмінність.

Аналогічне явище було зафіксовано і в іншого радіоактивного елемента. У 1913 році британський хімік Олександр Флек вивчав два елементи з радіоактивної серії урану, названі радій В і радій D, а також торій В з радіоактивної серії актиния. За хімічними властивостями всі чотири елементи збігалися з звичайним свинцем і відповідно перебували на одному місці в списку елементів. Однак вони відрізнялися за радіоактивним властивостям. Хоча всі елементи випускали бета-частинки, у радію В половина життя становила 27 хвилин, у радію D близько 19 років, у торію 11

годин, у актиния - 36 хвилин.

У 1913 році Содді назвав атоми, які перебували на одному і тому ж місці і списку елементів, але мали різні радіоактивні властивості, ізотопами (від грецького словосполучення «одне місце»).

Спочатку здавалося, що ізотопи розрізняються лише радіоактивними властивостями і йдеться тільки про радіоактивні атомах. Незабаром виявилося, що все зовсім не так.

Виявилося, що один і той же елемент може володіти декількома формами , абсолютно різними за властивостями, і в той же час жоден з них не володів радіоактивністю. Серії урану, торію і актинію завершувалися свинцем. У кожному випадку утворювався свинець опинявся стабільним (не радіоактивні). Але чи були ідентичні атоми свинцю в кожному випадку?

Содді досліджував спосіб, за допомогою якого змінювався атомний вага при втраті альфа-або бета-частинок, що випускаються атомом. Досліджуючи три радіоактивні серії, він зрозумів, що атоми свинцю в кожному випадку мають різний атомний вагу.

Він встановив, що серія урану закінчувалася атомами свинцю, що мали атомний вага 206, серія торію утворювала свинець з атомним вагою 208 і серія актиния закінчувалася атомами свинцю з атомним вагою 207. Водень 1 Масове число 1

Водень 2 Масове число 2 Атомне число 1

Про Протон

Г ~ 1 Електрон

Гелій 3 Масове число 3

Гелій 4 Масове число 4 Атомне число 2 Якби все було саме так, то утворювалися три ізотопи свинцю, які могли відрізнятися не радіоактивними властивостями, а атомною вагою. Ізотопи можна було б віднести до свинцю-206, свинцю-207 і свинцю-208. Якщо ми станемо використовувати хімічний символ свинцю (РЬ), то повинні написати ізотопи наступним чином:-Обрь, 207рь і 208рь (читаємо символ 206РЬ як свинець-206). Зроблені в 1914 році СОД-ді і його прихильниками вимірювання атомної ваги підтвердили цю теорію.

Всі три свинцевих ізотопу мали один і гот ж атомний номер 82. У атомів всіх гріх ізотопів були ядра з електричним нарядом +82, і у всіх трьох в атомі були 82 електрона, щоб врівноважити цей позитивний ядерний заряд.

Але що ж тоді представляв собою звичайний свинець, який знаходився в гірських породах, далеко віддалених від будь-яких радіоактивних субстанцій, і який, мабуть, був стабільний протягом всієї історії Землі? Його атомний вага становила 207,2.

Складався чи цей стабільний свинець з атомів ще одного ізотопу, що мав дробовий атомний вагу? Або стабільний свинець являв собою суміш ізотопів, кожен із яких мав різним цілим атомною вагою? Був чи сумарний атомний ніс дробовим, бо він представляв собою середню величину?

Відповісти на ці питання, пов'язані зі свинцем, в той час не змогли, але відповідь була знайдена у зв'язку з дослідженнями іншого елемента, рідкісного газу неону (хімічний символ Ne), що мав атомну вагу 20,2.

Володіли Чи всі атоми неону дробовим атомною вагою, або неон був сумішшю деяких легких за вагою та деяких важких за вагою атомів? Це мало особливе значення, якби вдалося виявити ізотопи неону, оскільки неон не мав нічого спільного з радіоактивними серіями. Якщо у неону виявляться ізотопи, то їх можна знайти у будь-якого елементу.

У 1912 році Томсон продовжував досліджувати неон, пропускаючи через нього пучок катодних променів. Електрони стикалися з атомами неону і вибивали у деяких з них електрони. Тоді залишався неоновий іон, що несе один позитивний заряд, іон, який слід було написати як Ne +.

Іони неону рухалися в електричному полі точно так само, як це робили і електрони, але в протилежному напрямку , оскільки мали позитивний заряд. Під впливом магнітного й електричного поля вони рухалися по кривій. Якщо все неонові іони володіли однаковою масою, то крива для них була спільною. Якщо маса була різною, то більш важкі рухалися по кривій менший по довжині.

Іони неону потрапляли на фотографічну пластинку, яка затемнювалася в місці їх попадання. Якби всі іони мали одну масу, то на платівці вийшло б одна пляма. Але Томсон отримав дві області затемнення, довівши, що існують два типи іонів неону, що володіють різними масами, які утворювали криві двох видів, що завершуються в різних місцях. По відстані між точками і грунтуючись на характері їх траєкторій, Томсон показав, що існують два ізотопи неону - один з атомною вагою 20 та іншої з атомною вагою 22 (Ne20 і Ne22).

Виходячи з ступеня затемнення кожної плями, він зробив висновок, що звичайний неон складався з атомів, які на 90% були неоном-20 і на 10% неоном-22. Загальний атомний вага неону становив 20,2, такий був середній атомний вага цих двох ізотопів.

Томсон виявився першим дослідником, який зміг за допомогою приладів розділити ізотопи. Пізніше подібні інструменти стали називати мас-спектрометрами. Таку назву їм дав англійський фізик Френсіс Вільям Астон (1877 - 1945), який побудував перший ефективно діючий прилад такого типу в 1919 році. За допомогою цього приладу він вивчив всі елементи, які тільки зміг. Саме Астон з колегами досліджували безліч елементів, виділили їх ізотопи і з відносною точністю визначили послідовність їх розповсюдження. Зокрема, виявилося, що неон зазвичай на 90,9% складається з неону-20 і всього на 8% з неону-22. Дуже невелика кількість атомів, всього 0,3%, відносилося до третього ізотопу - неону-22.

Що ж до звичайного свинцю в нерадіоактивних породах, вийшло наступне: 23,6% РЬ206, 22,6% РЬ207 і 52,3% РЬ208. Астон встановив, що існує ще четвертий ізотоп, РЬ204, який становив залишилися 1,5% і взагалі не був продуктом радіоактивних серій.

Ізотопи завжди володіють атомною вагою, який наближається до цілого числа, але далеко не завжди виражається таким. Будь атомний вага елемента, вираження не цілим числом, виявляється можливим тільки тому, що він є середньою величиною різних ізотопів. Зокрема, атомна вага хлору (хімічний символ С1) 35,5, і це тому, що він складається з суміші двох ізотопів. Приблизно одна четверта частина атомів хлору - це ізотоп С137 і приблизно три чверті С135.

Прагнучи уникнути плутанини, середню масу ізотопів, які складали кожен конкретний елемент, продовжували називати атомною вагою цього елемента. Про найближчий до маси індивідуальних ізотопів цілому говорили як про «масовий Мас-спектрограф, використаний Томсоном н Астоном для вимірювання атомної ваги неону

числі» цього ізотопу. Таким чином, хлор складався з ізотопів з масовими числами 35 і 37, але атомний вага хлору , що існувало в природі, становив 35,5 (або, якщо бути більш точним, 35,453).

У той же самий час звичайний свинець складався з ізотопів з масами 204, 206, 207 і 208, його атомний вага дорівнював 207,19. 1 Іеон складався з ізотопів з масовими числами 29, 21 і 22, його атомний вага становила 20,183 і т. д.

Якщо атомний вага деяких елементів іочті наближався до цілого числу, з якого починався, його маса могла складатися з атомів одного виду. Скажімо, газ фтор (хімічний символ F) мав атомний вага майже 19, в той час як метал натрій (хімічний символ Na) становив майже 23. Як виявилося, всі атоми фтору варіювалися навколо F19, в той час як атоми натрію - Na23.

Іноді атомний вага елемента, як це відбувалося і в природі, висловлювався майже цілим числом, і все ж цей елемент мав більше одного ізотопу. У цьому випадку один з ізотопів становив майже всі число, в той час як інші були присутні в таких малих кількостях, що їх можна було виділити з великими труднощами, і середнє число виходило майже цілим. Скажімо, гелій (хімічний символ Не) мав атомний вага майже 4, і дійсно, майже всі атоми, які складали його, були Не4. Однак 0,0001% атомів, або принаймні один з мільйона, була Не3. Аналогічно 99,6% всіх атомів азоту (хімічний символ N) стає N14, але 1,1% є N15. У масі вуглецю (хімічний символ С) 98,9% С12, але 1,1% С13. Не дивно, що атомна вага азоту і вуглецю дорівнює майже точно 14 і 12 відповідно.

Навіть у водню виявилися ізотопи. Його атомний вага майже дорівнює 1, і більшість його атомів являє звичайний водень Н1. Спочатку американський хімік Гарольд Клайтон Урі (1893-1985) виявив більш важкий ізотоп Н2. Він виявився майже вдвічі важче, ніж Н1 . Ні у одного елемента ізотоп не відрізнявся від звичайних атомів настільки сильно. Тому й хімічні властивості Н2 і Н1 відрізнялись більше, ніж зазвичай це бувало у ізотопів. Щоб відзначити це загадкове ммленіе, Урі присвоїв Н2 назва дейтерій, або важкий водень (від грецького слова , що означає «другий»).

У 1929 році американський фізик У.Ф. Джіок (1895-1982) виявив, що кисень також складається більш ніж з одного ізотопу. Його атомний вага був визнаний приблизно рівним 16, так що всі з полегшенням зітхнули, дізнавшись, що 99,76% його атомів відноситься до О16. Однак приблизно 0,2% належало до О18, а що залишилися 0,04% - до ізотопу О17.

Як ми вже встигли переконатися, О16 мав масове число трохи менше ніж 16, а більш масивні ізотопи О17 і О18 наближали середню величину до 16. Незважаючи на очевидне відмінність між ними, хіміки залишилися вірні стандартному атомному несу 16 для кисню, вважаючи за краще не враховувати вплив окремих ізотопів.

Використовуючи середнє число як стандарт, фізики відчували себе не в своїй тарілці, оскільки повинні були працювати з конкретними ізотопами, тому для фізичних досліджень воліють вважати число 16 атомною вагою тільки О16, так що середній атомний вага кисню становив 16,0044 і всі інші атомні ваги пропор ционально збільшувалися. Певні по даній системі атомні ваги стали називати «фізичними атомними вагами».

Нарешті в 1961 році вдалося знайти компромісне рішення. І хіміки, і фізики вирішили вважати атомний вага вуглецю С'2 точно рівним 12 і використовувати його в якості стандарту. Згідно цій системі, атомна вага кисню став визначатися як 15,9994, що було трохи менше, ніж ціле число 16.

Не вдалося уникнути нової класифікації і радіоактивним елементам. Атомний вагу урану (хімічний символ U) близько 238, тому більшість його атомів становив U238, однак в 1935 році канадсько-американський фізик Артур Джефрі Демп-стер (1886-1950) виявив, що 0,7% його атомів становить легший ізотоп U235.

 Всі атоми істотно відрізнялися за радіоактивним властивостям. Звичайний уран, тобто ізотоп U238, мав період напіврозпаду 4500000000 років, в той час як у U235 період напіврозпаду становив тільки-700 мільйонів років. Більш того, при розпаді U235 розбивався на три стадії, до актинія. Саме U235, а не сам актиній, давав початок радіоактивним серіям актиния. 

 Що ж до торію (атомний символ Th) з атомним вагою 232, то дійсно виявилося, що у елемента природного походження всі атоми ставилися до Th232. 

 Інформація, релевантна "Ізотопи"

1. Азімов Айзек. Світи всередині світів. Історія відкриття і підкорення атомної енергії / Пер. з англ. С. Федорова. - М.: ЗАТ Центр-поліграф. - 172 с., 2004
   
   
2. (Дод.) § 30. Акумуляція РЕЧОВИН ОРГАНІЗМАМИ
     ізотопи, особливо небезпечно накопичення ізотопів з великим фізичним періодом напіврозпаду. Якщо прийняти вміст стронцію-90 у воді за одиницю, то в донних відкладеннях воно досягає 200, у водних рослинах - 300, в тканинах коропових риб - 1000, в кістках окуня - 3000, в кісткових тканинах тварин, що харчуються рибою, - 3900 одиниць. Здатність організмів накопичувати забруднюючі речовини
   
3. (Дод.) § 68. ПОБУТОВА радіаційного навантаження
     ізотопів, входяшіе до складу більшості гірських порід і грунту. У середньому природна радіація становить 110 мбер / рік, у тому числі лише 20% становить космічне іонізуюче випромінювання. Серйозними «вкладниками» в побутову радіаційне навантаження можуть бути печі, опалювальні вугіллям. При спалюванні вугілля на електростанціях з високими трубами кількість радіоактивної золи, що викидається в
   
4. Протон
     ізотопів різних елементів? Або складалися з деякого числа дрібніших частинок, з'єднаних певним обра-: юм? Чи могло бути так, що ядра зобов'язані своїм позитивним електричним нарядом часткам, схожим на електрони, але що володіє не негативним, а позитивним зарядом? Всі спроби виявити цей «позитивний електрон» в ядрі виявлялися марними. Найменшим було ядро
   
5. 6.5. Акумуляція організмами забруднюючих речовин
     ізотопи з води і повітря, що потрапляють в їх тіло. У харчових ланцюгах відбувається підвищення концентрації деяких речовин в організмах. Наприклад, при переході від першого трофічного рівня до другого збільшується концентрація азоту і фосфору, так як в тварин тканинах більше білка, до складу якого входять ці елементи. Однак, якщо вміст азоту або фосфору збільшується в 2-3 рази, то
   
6. 11.5. Фізичне забруднення міського середовища
     ізотопів, що використовуються в вимірювальної та медичній апаратурі), надійно ізольовано, але, на жаль, вже переповнене. Ми постійно піддаємося впливу невисоких доз т.зв. фонової і побутової радіоактивності. Під дією радіоактивного випромінювання людина відчуває радіаційне навантаження, яка вимірюється поглиненої дозою радіації. Прийнята в РФ система гранично допустимих радіаційних
   
7. § 1. Адміністративне правопорушення: ознаки, склад
     ізотопів, сильнодіючих отрут і деяких інших об'єктів. Склад адміністративного проступку утворюють чотири елементи: об'єкт правопорушення, об'єктивна сторона, суб'єкт, суб'єктивна сторона. Об'єкт адміністративного проступку - це врегульовані нормами права та охоронювані заходами адмініст-371 Тема 32. Адміністративні правопорушення 372 ративной відповідальності громадські
   
8. XIIIЛ. Стан середовища і рівень захворюваності
     ізотопи, епоксидні смоли, нітрити, нітроза-ни, азбест тощо; б) мутагени-(лат. мутації - зміна, зміна) викликають зміни числа і структури хромосом. До них відносяться: рентгенівське опромінення, гамма-промені, нейтрони, бензо (а) пірен, колхіцин, деякі віруси тощо; 325 в) тератогени (грец. терас, тератос - чудовисько, виродок) - речовини, що викликають пороки індивідуального розвитку,
   
9. 7.1.5.3.Елементи радіо екології. Ядерне випромінювання.
     ізотопу гелію 42Не. Встановлено, що чим більше енергії? - Розпаду, тим швидше він відбувається. ? - Розпад - група перетворень атомних ядер, при яких один нейтрон в ядрі перетворюється на протон (або протон перетворюється в нейтрон); при цьому змінюється заряд ядра, але загальна кількість нуклідів в ньому залишається колишнім. За певних умов ядра зможуть випускати? - Кванти, які
   
10. (Дод.) § 74. Очисні споруди
      ізотопи (особливо успішно це роблять діатомові водорості). Методи біологічного очищення виключно важливі, тому що значна частина забруднюючих речовин, яку не вдається ні відфільтрувати, ні витягти електролізом, - це розчинені у воді органічні речовини. Біологічне очищення здійснюють у спеціальних ємностях - відкритих басейнах аеротенках і закритих
    
11. Г. Об'єкти патентування
      ізотоп) і кількісним (число протонів і нейтронів) складом, а також основними ядерними характеристиками: період напіврозпаду, тип та енергія отримання (для радіоактивних ізотопів). Штам мікроорганізму, культури клітин рослин і тварин означає сукупність клітин, що мають спільне походження і що характеризуються однаковими стійкими ознаками. Штами складають основу
    
12. Сучасний стан взаємовідносин суспільства і природи (деякі найважливіші екологічні проблеми сучасності)
      ізотопів. РАО класифікуються за різними ознаками: за агрегатним станом на тверді, рідкі та газоподібні; по періоду напіврозпаду на короткоживучі (менше 1 року), середнього часу життя (від 1 року до 100 років) і довгоживучі (більше 100 років); за питомою активністю на нізкоактів-2 лютого ві (менше 0,1 Кі / м), середньоактивні (0,1-1000 Кі / м) і високоактивні (понад 1000 Кі / м); за складом
    
13. Буденної мови 20
      ізотоп »або« хліб »,« матеріальна імплікація »або« якщо »,« нескінченне кардинальне число »або« одинадцять »,« рахувати »або« вважати ». . Кордони «буденного» розмиті, проте зазвичай ми не сумніваємося в тому, належить чи не належить якесь конкретне слово або вираз повсякденному мови. Але в іншому виразі - «повсякденне вживання виразу" ... "» - слово "повсякденний»
    
14. 9.2.7. ПОНЯТТЯ ПРО екологічного моніторингу.
      ізотопи, хімічні мутагени, які впливають на все живе, перебуваючи в дуже низьких концентраціях. Як тут бути з ГДК? Тому в основу сучасної екологічної політики в усьому світі покладено критерій екологічного ризику. Істота його полягає в тому, що в навколишньому середовищі завжди існують чинники, які обумовлюють той чи інший рівень ризику для людини. Повністю
    
15. "За що боролися ... -1"
      ізотопи, що осіли в результаті вибуху реактора на АЕС, не йдуть ні в яке порівняння ні за кількістю, ні за тривалістю дії та потужності впливу з продуктами атомного вибуху ... це зовсім інші осколки, інші ізотопи "38. Зарубіжні ж учені в останні роки визнали, що не виправдалися і "найпохмуріші побоювання щодо широкого поширення раку і генетичних мутацій" після
    
16. ЗАБРУДНЕННЯ ГРУНТУ
      ізотопами СБ-157, БГ-90. 2. Р / а після Чорнобильської аварії. 3. Планові та аварійні викиди від підприємств атомної промисловості, АЕС. 4. Р / а відходи та джерела. 5. Атомні електричні станції. 9 АЕС в РФ. 6. Підприємства з виробництва ядерних матеріалів (Арзамас 16, Челябінськ 40, Красноярськ 45, Томськ 7). 7. 250 кораблів і суден з ядерноенергетичної установками. 8. 15
    
17. Природний радіаційний фон геосистем
      ізотопів Ra. На електростанції з хорошою газоочисткою близько 1% цієї кількості викидається в атмосферу у вигляді летючого попелу. Якщо прийняти коефіцієнт затримання летючої золи на фільтрах рівним 99,5%, то слід вважати, що ветом випадку 10 мКи суміші радіоізотопів Ra виділяються в атмосферу. Порівнюючи викид Ra і 85Кr - одного з основних довгоживучих радіонуклідів, що надходять в атмосферу
    
18. 5. Закон достатньої підстави
      ізотопи. Зазначений окультистами вага відповідала масі дейтерію і тритію. Ч. Ледбітер і А. Безант відкрили і нові елементи. Існування деяких з них було згодом підтверджено наукою. Вони спостерігали 99 різних хімічних елементів, не рахуючи ізотопів. Науці ж в той час було відомо тільки 92, Англійський фізик Стівен Філліпс, підійшовши до досліджень Ч. Ледбітера з точки зору