Ізотопи
Може здатися, що кожен хімічний елемент повинен завжди мати певне Зарядове число і певну атомну масу. Однак це твердження вірне лише стосовно зарядового числа. Ще на початку XX ст. було виявлено, що деякі елементи, що проявляють однакові властивості в хімічних реакціях, складаються з атомів, що мають різну атомну масу. Атоми одного і того ж елемента, які мають різну масу, були названі ізотопами. Зустрічаються в природі елементи найчастіше є сумішшю декількох ізотопів, один з яких є переважаючим. Атоми всіх ізотопів одного елемента мають однаковий заряд ядра і, відповідно, займають одне і те ж місце в періодичній системі хімічних елементів. Різниця між ними полягає в числі містяться в ядрі нейтронів.
Ядро атома гелію найчастіше містить два нейтрона, але зустрічаються ізотопи, число нейтронів в ядрі яких дорівнює одному або трьом. Кисень у природі може існувати у вигляді трьох ізотопів з вісьмома, дев’ятьма чи десятьма нейтронами. При цьому число протонів в ядрі атома кисню і, отже, його Зарядове число і атомний номер завжди рівні восьми. Водень є першим елементом періодичної системи елементів. Ядро його атома містить всього один протон і найчастіше взагалі не містить нейтронів. Такий ізотоп водню називають протий. Однак у природному водні міститься майже 0,02% ізотопу, званого дейтерієм і містить один нейтрон (рис. 115, А). Відповідно, атомна маса дейтерію дорівнює двом.
Розглянуті ізотопи гелію, кисню і водню називають стабільними, оскільки вони стійкі і не піддаються мимовільного розпаду. До теперішнього часу в природі виявлено 270 стабільних ізотопів. Крім них існують і нестабільні ізотопи, ядро яких нестійка і піддається постійному розпаду. Ці ізотопи найчастіше зустрічаються у важких елементів, т. Е. Елементів з великою атомною масою. Нестабільні ізотопи часто отримують штучно за допомогою ядерних реакцій. Таким способом можна отримати, наприклад, нестабільний ізотоп водню, в ядрі якого знаходяться два нейтрона. Цей ізотоп водню називається тритієм через те, що його атомна маса дорівнює трьом (один протон плюс два нейтрона) (див. Рис. 115, А).
Більшість природних хімічних елементів існують у вигляді декількох стійких ізотопів (рис. 115, Б). Наприклад, залізо має чотири стабільних ізотопу, ртуть – сім, а олово – десять. Тому атомна маса елементів виражається дробовим числом. Так, хлор, зустрічається в природі, на 76,5% складається з ізотопу з атомною масою, рівної 35, і на 24,5% – з ізотопу з масою 37. Тому середня атомна маса хлору дорівнює приблизно 35,5.
Як випливає із самої назви, нестабільні ізотопи не можуть існувати протягом необмеженого періоду часу і постійно розпадаються. Швидкість розпаду ядер цих ізотопів вимірюється їх періодом напіврозпаду – часом, за який початкове кількість частинок зменшується вдвічі. У більшості нестабільних ізотопів цей період становить не більше декількох секунд, хоча відомі ізотопи з періодом напіврозпаду в мільйони років. Під час розпаду ядра таких атомів випускають радіоактивне випромінювання. Таким чином, можна сказати, що всі нестійкі ізотопи володіють радіоактивністю (рис. 116).
Хімічні властивості елементів, т. Е. Їх здатність вступати в хімічні реакції, не залежать від числа нейтронів в ядрі атома, а пов’язані з будовою його електронної оболонки. Тому в хімічному відношенні всі ізотопи одного елемента є абсолютно однаковими. Цю особливість використовують у багатьох галузях науки, техніки і медицини. Таким чином можна, наприклад, судити про перетвореннях будь-якої хімічної речовини в організмі і про місця його включення в клітини і тканини. Можна синтезувати біологічно активна речовина, включивши в нього нестійкий радіоактивний ізотоп якого-небудь атома, наприклад вуглецю або азоту. У хімічному і біологічному відношенні ця речовина нічим не відрізнятиметься від такого ж речовини, що не містить радіоактивного ізотопу. У які б інші сполуки ця речовина ні перетворювалося, як би не змінювалося будова його молекули, радіоактивне випромінювання нестабільного атома завжди буде зберігатися. Якщо потім ввести цю речовину в кров, то, вимірюючи испускаемое цим ізотопом слабке, безпечне для організму, радіоактивне випромінювання в різних ділянках людського тіла, можна судити про те, де і в яких кількостях накопичується в організмі ця речовина або продукти його обміну. Поступово ці продукти або сама речовина будуть виводитися з організму, і по зменшенню радіоактивності можна визначити швидкість їх виведення. Такий метод отримав назву дослідження із застосуванням “мічених атомів”.
(2 votes, average: 3.50 out of 5)