Изотопы

Изотопы (от изо - одинаковый и греч. tópos - место) – разновидности одного химического элемента, занимающие одно место в периодической системе элементов Д.И. Менделеева, но разные массовые числа.

Термин «изотопы» был предложен в 1910 Ф. Содди для обозначения химически неразличимых разновидностей атомов. Первое доказательство того, что вещества, имеющие одинаковое химическое поведение, могут иметь различные физические свойства, было получено при исследовании радиоактивных превращений атомов тяжёлых элементов. В 1906-07 было установлено, что продукт радиоактивного распада урана - ионий и продукт радиоактивного распада тория - радиоторий имеют те же химические свойства, что и торий, однако отличаются от последнего атомной массой и характеристиками радиоактивного распада.

Химические свойства атомов, т. е. принадлежность атома к тому или иному химическому элементу, зависят от числа электронов и их расположения в электронной оболочке атома.

Место химического элемента в периодической системе элементов определяется его порядковым номером Z, равным числу электронов в оболочке атома (протонов). Кроме протонов, в ядро атома входят нейтроны, масса каждого из которых приблизительно равна массе протона. Количество нейтронов N в ядре атома с данным Z может быть различным, но в определённых пределах. Например, в ядре атома гелия (Z = 2) может содержаться 1, 2, 4 или 6 нейтронов. Полное число протонов Z и нейтронов N в ядре (называется общим термином нуклоны) определяет массу ядра и по существу массу всего атома. Это число А = Z + N называется массовым числом атома. От соотношения чисел протонов и нейтронов в ядре зависят стабильность или нестабильность ядра, тип распада радиоактивного ядра. Таким образом, атомы с одинаковым Z, но с различным числом нейтронов N обладают идентичными химическими свойствами, но имеют различные массы и различные ядерные свойства. Эти разновидности атомов также называются И. Для обозначения любых разновидностей атомов, независимо от их принадлежности к одному элементу, применяют термин нуклиды.

Массовое число изотопов приводится сверху слева от химического символа элемента. Например, изотопы гелия обозначаются: ³He, ⁴He, ⁶He, ⁸He. В химии используют развёрнутые обозначения: 12Не³, 22He⁴, ⁴₂Не⁶, ⁶₂He⁸, где нижний индекс указывает число протонов Z, верхний левый индекс - число нейтронов N, а верхний правый - массовое число.

Изотопы элементов используют не только для уточнения свойств веществ. Главная роль изотопов в геологии – это их использование в радиологических методах геохронологии. Изотопный состав тех или иных элементов в минералах является показателем среды минералообразования. Например, по изотопному составу углерода в алмазе определяют его парагенезис (перидотитовый или эклогитовый) и оценивают физико-химические условия образования последнего.

Рекомендованная литература

Учение о радиоактивности. История и современность, М., 1973;

Трифонов Д. Н.. Кривомазов А. Н., Лисневский Ю. И., Химические элементы и нуклиды, М., 1980.