Kas ir izotopu?

Izotopi ir tā paša elementa atomi, kuriem ir vienāds skaits protonu, bet atšķirīgs skaits neitronu. To atomu skaits ir vienāds, bet to masas numuri ir atšķirīgi. Masas numurus vienmēr apzīmē ar A, bet Z - elementu atomu skaitu. Atomu skaits simbolizē atomu kodolā esošo protonu skaitu, un to izmanto, lai noteiktu elementa pozīciju periodiskajā tabulā. Atoma masu skaits ir neitronu skaits tās kodolā. Elementu atomu masas variāciju dēļ elementu izotopiem ir dažādas fizikālās īpašības. Šīs atšķirības dēļ šādiem izotopiem ir dažādi blīvumi, kā arī kausēšanas un viršanas punkti. Tomēr elementa izotopiem vienmēr ir ļoti līdzīgas ķīmiskās īpašības. Līdzība notiek tāpēc, ka ķīmiskās reakcijās tiek izmantoti tikai elektroni, nevis neitroni vai protoni.

Izotopu vēsture

Radiochemists Fredriks Sodijs vispirms ierosināja izotopu pastāvēšanu 1913. gadā pēc pētījumu veikšanas, kas bija saistīti ar radioaktīvo ķēžu sabrukšanu. Savu eksperimentu laikā Sodijs saprata četrdesmit dažādas sugas, kas pastāvēja starp svinu un urānu, taču periodiskā tabula varēja uzņemt tikai 11 atomus. Pēc ķīmisko pārbaužu veikšanas, lai atdalītu dažus no šiem elementiem, viņš norādīja, ka vairāk nekā viens atomu veids var būt vienāds ar periodisko tabulu un nosaukts par izotopiem.

Izotopu piemēri

Hlora sastāvā ir divi galvenie izotopi: hlora-35 un hlora-37. Lai nonāktu pie šī secinājuma, zinātnieki ir atklājuši, ka hlora vielā kopumā ir katras no šiem izotopiem proporcijas, un tāpēc koeficientus izmanto, lai izteiktu daudzuma atšķirību. Šīs attiecības ir noderīgas, aprēķinot relatīvos procentus un relatīvās atomu masas. Citi izotopu piemēri ietver oglekli (oglekļa-12 un oglekļa-14 izotopus), skābekli (skābekli-16 un skābekli-18) un fosforu (fosfors-31 ir primārais izotops, lai gan ir arī specifiski fosfora-32 daudzumi). Šo savienojumu izotopi tiek uzskatīti par stabiliem, un vairumam no tiem ir tikai divi izotopi. Tomēr ir daži elementi, kas satur tikai vienu izotopu, un tie ietver fluoru, beriliju, arsēnu, itriju, zeltu, alumīniju, jodu, mangānu, nātriju un niobiju.

Izotopu attīrīšana

Ir trīs galvenās jomas, kurās tiek izmantoti izotopi. Pirmais ir izotopu atdalīšana. Atdalīšana atvieglo atomu īpašības pēc vajadzības. Atdalot vieglākus elementus, piemēram, deitēriju un skābekli, tiek izmantota gāzes difūzijas metode. Smago elementu, piemēram, urāna un plutonija atdalīšana notiek ar masas spektrometriju.

Izotopu izmantošana

Pirmā izotopu izmantošana ir tās izmantošana arheologiem oglekļa iepazīšanās procesā. Izotopi ir divu veidu: stabilie un radioaktīvie izotopi. Stabili izotopi satur vienlīdzīgu protonu un neitronu kombināciju, un tādā veidā tie nesamazinās. No otras puses, radioaktīvajiem izotopiem ir nestabili kodoli, un tādējādi tie ir bojāti. Radioaktīvā sabrukšana var ilgt līdz pat 5730 gadiem, piemēram, oglekļa elementam. Arheologi izmanto šo izotopu komponentu, lai noteiktu arheoloģiskos izrakumos atrastā objekta vecumu.