Изотоптар туралы
Изотоптар ұғымының қалыптасуы
Радиоактивтілік құбылысын зерттеу атом ядроларының табиғаты туралы маңызды жаңалықтарға жол ашты. Көптеген радиоактивті түрленулерді бақылау нәтижесінде бір қызық жайт анықталды: радиоактивтік қасиеттері мүлде әртүрлі (яғни әртүрлі жолмен ыдырайтын), бірақ химиялық қасиеттері бірдей заттар кездеседі. Оларды белгілі химиялық әдістердің ешқайсысымен ажырату мүмкін болмады.
1911 жылы Ф. Содди химиялық қасиеттері бірдей, алайда радиоактивтілігі тұрғысынан бір-біріне ұқсамайтын элементтер болуы мүмкін деген болжам айтты. Мұндай элементтерді Менделеевтің периодтық жүйесіндегі бір ұяшыққа орналастыру қажет еді. Осыдан «изотоптар» (периодтық жүйеде бірдей орын алатындар) атауы шықты.
Томсон тәжірибесі және неон мысалы
Бір жылдан соң Дж. Дж. Томсон электр және магнит өрістеріндегі ауытқу әдісін қолданып, неон иондарының массасын дәл өлшеді. Осы өлшеулер Соддидің болжамын тәжірибе жүзінде қуаттап, оған нақты түсініктеме берді.
Неондағы басым изотоп
Атомдардың көпшілігінің салыстырмалы атомдық массасы 20-ға тең.
Аз мөлшердегі екінші изотоп
Аздаған бөлігі 22 массалы атомдардан тұрады, сондықтан қоспаның орташа массасы шамамен 20,2 болады.
Демек, химиялық қасиеттері бірдей атомдардың массасында айырмашылық болуы мүмкін. Неонның осы екі түрі периодтық жүйеде бірдей орын алатындықтан, олар изотоптар болып табылады.
Изотоптардың айырмашылығы неде?
Изотоптар тек радиоактивтік қасиеттерімен ғана емес, массасымен де ерекшеленеді. Көп жағдайда шешуші рөлді дәл осы масса айырмашылығы атқарады.
Негізгі себеп
- Изотоптардың ядро заряды бірдей, сондықтан электрондар саны да бірдей болады.
- Электрон қабықшасының құрылысы ұқсас болғандықтан, химиялық қасиеттері бірдей болады.
- Ал ядро массасы әртүрлі, әрі ядролар тұрақты да, радиоактивті де болуы мүмкін.
Радиоактивті изотоптардың әртүрлі қасиеттері олардың ядро массаларының әртүрлі болуымен тікелей байланысты.
Изотоптар табиғатта қаншалықты кең таралған?
Қазіргі уақытта барлық химиялық элементтердің изотоптары бар екені анықталған. Кейбір элементтердің изотоптары тұрақсыз, яғни радиоактивті болады. Изотоптар табиғаттағы ең ауыр элементтердің бірі — уранда да (мысалы, 238 және 235), ең жеңіл элемент — сутегінде де (1, 2, 3) кездеседі.
Сутегі изотоптары: ерекше жағдай
Сутегінің изотоптары ерекше, себебі олардың массалары бір-бірінен екі немесе үш есе айырмашылық жасай алады.
Дейтерий (массасы 2)
Салыстырмалы атомдық массасы 2 болатын изотоп дейтерий деп аталады. Ол тұрақты (радиоактивті емес) және кәдімгі сутегінде аз мөлшерде, шамамен 1:4500 қатынасында қоспа түрінде болады.
Дейтерий оттегімен қосылғанда ауыр су түзіледі. Оның қасиеттері кәдімгі судан едәуір өзгеше: қалыпты атмосфералық қысымда 101,2°C-та қайнайды және 3,80°C-та қатады.
Тритий (массасы 3)
Салыстырмалы атомдық массасы 3 болатын изотоп тритий деп аталады. Ол радиоактивті, жартылай ыдырау периоды шамамен 12 жыл.
Ғылыми маңызы: атомның қасиеттері қалай анықталады?
Изотоптардың болуы атом ядросының заряды атомның барлық қасиеттерін түгел анықтамайтынын көрсетеді. Ядро заряды ең алдымен химиялық қасиеттерді және электрон қабықшасына байланысты кейбір физикалық сипаттамаларды (мысалы, өлшемдерін) айқындайды.
Ал атомның массасы мен радиоактивтілігі Менделеев кестесіндегі реттік нөмірмен тікелей анықталмайды — бұл қасиеттер изотоп құрамына тәуелді.
Бүтін санға жақын массалар және қоспа ұғымы
Изотоптардың салыстырмалы атомдық массаларын дәл өлшегенде олардың көбіне бүтін сандарға өте жақын болатыны маңызды. Кейбір элементтердің атомдық массасы бүтін саннан айтарлықтай ауытқып көрінеді. Мысалы, хлордың салыстырмалы атомдық массасы шамамен 35,5.
Бұл табиғи күйдегі «химиялық таза» заттың өзі көбіне изотоптардың әртүрлі үлестердегі қоспасы екенін білдіреді. Ал изотоп массаларының (жуықтап) бүтін сан болуы атом ядросының құрылысын түсіндіруде ерекше мәнге ие.
Қорытынды
Барлық химиялық элементтердің изотоптары бар. Изотоптардың ядро заряды бірдей, бірақ массалары әртүрлі; ядролары тұрақты да, радиоактивті де болуы мүмкін. Осы ерекшелік атом құрылысы мен ядролық құбылыстарды түсіндіруде негізгі орын алады.