Изотоп
From Wikipedia, the free encyclopedia
Изотопи су атоми хемијског елемента чије језгро има исти атомски број, Z, али различиту атомску масу, A. Реч изотоп, значи на истом месту, и долази од чињенице да се изотопи налазе на истом месту у периодном систему елемената. Изотопни однос је стални однос изотопа у хемијским елементима у природи, и карактеристична величина за сваку атомску врсту.
Атомски број одговара броју протона у атому, Стога изотопи датог елемента садрже једнак број протона. Разлика у атомским масама потиче из разлике у броју неутрона у атомском језгру. У научној номенклатури, изотопи се означавају именима датог елемента иза ког следи цртица, па број нуклеона (протона и неутрона) у атомском језгру (нпр., хелијум-3, угљеник-12, угљеник-14, гвожђе-57, уранијум-238). У симболичкој форми, број нуклеона се исказује изнад хемијског симбола са леве стране (нпр., 3He, 12C, 14C, 57Fe, 238U).[1]
Изотопи свих елемента образују скуп нуклида. Нуклид је дефиниција за одређено атомско језгро и дефинише се редним бројем Z и масеним бројем A: AZХх (32He, 23892U) Строго говорећи, пре би требало рећи да се елемент као на пример флуор састоји од једног нуклида него од једног изотопа.[2]
У неутралном атому, број електрона је једнак броју протона. Стога, изотопи датог елемента такође имају и исти број електрона и исту електронску структуру. Како је хемијско понашање атома у највећој мери одређено његовом електронском структуром, изотопи имају скоро идентичне хемијске особине. Главни изузетак је, да, услед већих маса, тежи изотопи имају тенденцију да реагују нешто спорије од лакших изотопа. Овај „ефекат масе“, или изотопски ефекат је најизраженији за протијум (1H) и деутеријум (уобичајен назив за 2H), јер деутеријум има дупло већу масу од протијума. Код тежих елемената је релативна разлика у маси много мања, па је ефекат масе обично занемарљив.
Мада, изотопи имају скоро идентичне електронске и хемијске особине, њихове нуклеарне особине се драматично разликују. Атомско језгро се састоји из протона и неутрона које на окупу држи јака нуклеарна сила. Како су протони позитивно наелектрисани, они се међусобно одбијају. Неутрони који су електронеутрални праве одређену дистанцу између протона, редукују електростатичко одбијање и стабилизују језгро. Из овог разлога су потребни неутрони да би се два или више протона везали у језгро. Како број протона расте, потребни су додатни неутрони да би се формирало стабилно језгро, на пример, иако је однос неутрон/протон код 3He 1/2, неутрон/протон однос код 238U је >3/2. Ипак, ако је присутно превише неутрона, језгро постаје нестабилно.
Како изотопи датог елемента имају различит број неутрона, они имају и различит однос неутрон/протон. Ово утиче на њихову нуклеарну стабилност, што резултује чињеницом да неки изотопи подлежу нуклеарном распаду. Распад ових радиоактивних изотопа (краће радиоизотопа) је важна тема у нуклеарној физици. Проучавањем начина на који се овај распад одиграва, физичари стичу увид у својства атомског језгра.
Обично се у природи може наћи неколико изотопа истог елемента. Најчешће се јављају стабилни изотопи, мада се могу наћи и значајне количине нестабилних изотопа са великим временом полураспада као на пример уранијум-238. Мале количине радиоактивних изотопа са малим временом полураспада су такође присутне у природи. Ови изотопи настају као производ распада већих радиоактивних језгара са дужим животом. Атомска маса елемента у периодном систему елемената је просек природне распрострањености изотопа тог елемента.
Природна распрострањеност разних изотопа на Земљи је у крајњој линији резултат количина изотопа формираних у звездама и суперновама, као и шема распада радиоактивних језгара формираних у овим процесима. Затим, формирање Сунчевог система је такође значајно утицало на пропорције различитих изотопа који се могу наћи на Земљи, јер су соларни ветрови одмах по стварању Сунца лакше могли да одувају лакша језгра ка даљим деловима сунчевог система. Због овога се велике гасовите планете налазе даље од Сунца.