Ізатоп

Ядзерная фізіка

Атамнае ядро · Радыеактыўны распад · Ядзерная рэакцыя · Тэрмаядзерная рэакцыя Асноўныя тэрміны Атамнае ядро · Ізатопы · Ізабары · Кропельная мадэль ядра · Перыяд паўраспаду · Масавы лік · Састаўное ядро · Ланцуговая ядзерная рэакцыя · Ядзернае эфектыўнае сячэнне Распад ядраў Закон радыеактыўнага распаду · Альфа-распад · Бэта-распад · Гама-выпраменьванне · Кластарны распад Складаны распад Электронны захоп · Двайны бэта-распад · Двайны электронны захоп · Унутраная канверсія · Ізамерны пераход Выпраменьванні Нейтронны распад · Пазітронны распад · Пратонны распад · Фотарасшчапленне Захват Электронны захоп · Нейтронны захоп R · S · P · Rp Дзяленне ядра Спантаннае дзяленне Ядзерны сінтэз Пратон-пратонны цыкл · CNO-цыкл · Трайны альфа-працэс · Геліевая ўспышка · Гарэнне вугляроду · Вугляродная дэтанацыя · Гарэнне кіслароду · Гарэнне неону · Гарэнне крэмнію · Рэакцыі сколвання Зорны ядзерны сінтэз Ядзерны сінтэз у Вялікім выбуху Ядзерны сінтэз у звышновых Вядомыя вучоныя Бекерэль · Бетэ · Бор · Гейзенберг · Марыя Кюры · П’ер Кюры · Рэзерфорд · Содзі · Уілер · Фермі

Ізато́пы (ад грэч. ισος — «роўны», «аднолькавы», і τόπος — «месца») — разнавіднасці хімічнага элемента, якія маюць аднолькавую колькасць пратонаў у ядры, але адрозніваюцца масавым лікам (масай ядзер) па прычыне рознай колькасці нейтронаў у ядры.

Сукупны лік пратонаў Z і нейтронаў N у ядры (абагульняючая назва — нуклоны): А = Z + N вызначае масу ядра і цэлага атама і называецца масавым лікам атама. Масавы лік ізатопа запісваецца зверху злева перад хімічным сімвалам элемента, або пасля яго назвы: гелій-3, гелій-4 і т.п.

Колькасць нейтронаў N у ядры атама з фіксаваным Z можа розніцца, але ў пэўных межах, ад чаго залежыць стабільнасць ці нестабільнасць ядра, тып радыеактыўнага распаду, спін, магнітны дыпольны момант, электрычны квадрупольны момант ядра і некаторыя іншыя яго ўласцівасці. Таму ізатопы розняцца па фізічных уласцівасцях. Хімічныя ўласцівасці атамаў вызначаюцца зарадам ядра і амаль не залежаць ад яго масы. Таму, ізатопы маюць ідэнтычныя хімічныя ўласцівасці.

Адрозніваюць стабільныя ізатопы, ядры якіх існуюць нязменнымі доўгі час, і нестабільныя — радыеактыўныя, якія ператвараюцца ў іншыя элементы ў працэсах радыеактыўнага распаду. Значныя адрозненні ў колькасці стабільных ізатопаў у розных хімічных элементаў абумоўленыя складанасцю залежнасці паміж энергіяй сувязі ядра і колькасцю ў ім пратонаў і нейтронаў.

Элементы з няцотнымі Z маюць не больш за два стабільныя ізатопы. Большасць элементаў з цотным Z мае некалькі стабільных ізатопаў. Найбольш ізатопаў (10) мае волава, 9 — ксенон, 8 — кадмій і тэлур. Шмат элементаў мае 7 ізатопаў. Ядры стабільных ізатопаў і радыеактыўных ізатопаў, устойлівых да бэта-распаду, утрымліваюць на кожны пратон не менш аднаго нейтрона (выключэнне — ${\ce {^1H}}$ і ${\ce {^3He}}$). Пры павелічэнні зарада ядра суадносіны нейтронаў і пратонаў мяняюцца і дасягаюць 1,6 для ўрану і трансуранідаў.

На сакавік 2017 года вядома 3437 ізатопаў усіх элементаў.

Гісторыя адкрыцця

Першы доказ таго, што рэчывы з аднолькавымі хімічнымі паводзінамі, могуць мець розныя фізічныя ўласцівасці, быў пры даследаванні радыёактыўных ператварэнняў атамаў цяжкіх элементаў. У 1906—1907 гадах высветлілась, што прадукт радыёактыўнага распаду ўрану — іоній і прадукт радыёактыўнага распаду торыю — радыёторый маюць тыя ж хімічныя ўласцівасці, што і торый, але адрозніваюцца ад яго атамнай масай і характарыстыкамі радыёактыўнага распаду. Было высветлена пазней, што ва ўсіх трох прадуктаў аднолькавыя аптычныя і рэнтгенаўскія спектры. Такія рэчывы, ідэнтычныя па хімічных уласцівасцях, але розныя па масе атамаў і некаторых фізічных уласцівасцях, па прапанове англійскага вучонага Содзі з 1910 г. сталі называць ізатопамі.

На пачатак 2016 года адкрыта 3211 ізатопаў усіх элементаў (без уліку ізамераў), з іх 431 (13 %) стабільных ці калястабільных, 294 (9 %) ізатопы трансуранавых элементаў, 1209 (38 %) нейтронна-збыткоўных і 1277 (40 %) пратонна-збыткоўных (якія адхіляюцца ад лініі бэта-стабільнасці ў бок лішку нейтронаў ці пратонаў, адпаведна). Па колькасці адкрытых ізатопаў першае месца займаюць ЗША (1237), затым ідуць Германія (558), Вялікабрытанія (299), СССР/Расія (247) і Францыя (217). Сярод лабараторый свету першыя пяць месцаў па колькасці адкрытых ізатопаў займаюць Нацыянальная лабараторыя ім. Лоўрэнса у Берклі (638), Інстытут цяжкіх іонаў у Дармштадце (438), Аб’яднаны інстытут ядзерных даследаванняў у Дубне (221), Кавендышская лабараторыя ў Кембрыджы (218) і ЦЕРН (115). За 10 гадоў (2006—2015 гады ўключна) у сярэднем фізікі адкрывалі у год 23 нейтронна-збыткоўных і 3 пратонна-збыткоўныя ізатопы, а таксама 4 ізатопы трансуранавых элементаў. Агульная колькасць навукоўцаў, якія з’яўляліся аўтарамі ці сааўтарамі адкрыцця якога-небудзь ізатопа, складае 3598 чалавек.

Ізатопы ў прыродзе

Лічыцца, што ізатопны састаў большасці элементаў на Зямлі аднолькавы ва ўсіх матэрыялах. Некаторыя фізічныя працэсы ў прыродзе прыводзяць да парушэння ізатопнага саставу элементаў (прыроднае фракцыяніраванне ізатопаў, характэрнае для лёгкіх элементаў, а таксама ізатопныя зрухі пры распадзе прыродных даўгавечных ізатопаў). Паступовае збіранне ў мінералах ядзер — прадуктаў распаду некаторых даўгавечных нуклідаў выкарыстоўваецца ў ядзернай геахраналогіі. Асаблівае значэнне маюць працэсы ўтварэння ізатопаў вугляроду ў верхніх слаях атмасферы пад уздзеяннем касмічнага выпраменьвання. Гэтыя ізатопы размяркоўваюцца ў атмасферы і гідрасферы планеты, уцягваюцца ў абарот вугляроду жывымі істотамі (жывёламі і раслінамі). Вывучэнне размеркавання ізатопаў вугляроду ляжыць у аснове радыевугляроднага аналізу.

Гл. таксама

• Ізабар
• Ізатон
• Ізатопная геахімія
• Табліца нуклідаў
• Радыеактыўныя ізатопы

Спасылкі

• Табліца ізатопаў хімічных элементаў на сайце Berkeley Laboratory Архівавана 5 снежня 2006.