Изотоптар

Изотоптар — ядроларында протондар саны бірдей, бірақ массалары әртүрлі белгілі бір элементті құрайтын атомдар түрі. Бір ғана элементтің әртүрлі изотоптарына тән атомдар өздерінің ядросына кіретін нейтрондар саны жағынан, ядролық қасиеттері тұрғысынан бір-бірінен анық өзгешеленеді, алайда олар, электронды қабаттары құрылысының бірдей болуына байланысты, бір-біріне өте ұқсас химиялық қасиеттерді иемденеді. Химиялық элементтердің көпшілігі атомдық салмақтары әр түрлі изотоп қоспасынан тұрады. Изотоптардың өмір сүру кезеңі секундтың мыңнан бір бөлігінен бірнеше миллион жылдарға дейін созылады. Бүгінгі танда 264 тұрақты изотоптар, 50 шамалы табиғи радиоактивті изотоптар және 1000-нан астам жасанды радиоактивті изотоптар белгілі. Радиоактивтiк құбылысты зерттеу атом ядроларының табиғатына қатысты маңызды жаңалықтардың ашылуына себепшi болды. Көптеген радиоактивтiк түрленулердi бақылау нәтижесінде радиоактивтiк қасиеттерi мүлдем әр түрлi (яғни түрлiше тәсiлдермен ыдырайтын), бiрақ өздерiнiң химиялық қасиеттерi жөнiнен барабар заттар бар екенi анықталды. Белгiлi химиялық тәсiлдердiң бәрiмен де оларды ажырату ешбiр мүмкiн болмады. Осының негiзiнде 1911 ж. Содди хямиялық қасиеттері бiрдей, басқа жағынан, мәселен өзiнiң радиоактивтiгiмен ұксамайтын элементтер бар екенi жөнiнде болжам айтты. Мұндай элементтердi Менделеевтiң периодты жүйесiнің бiр тор көзiне орналастыру керек. Сондықтан Содди оларды изотоптар (яғни периодтық жүйеде бiрдей орын алатындар) деп атады. Бiр жылдан соң Дж.Дж. Томсон электр және магнит өрiсiндегi ауытқу тәсiлiмен неон иондарының массасына дәл өлшеулер жүргiзген кезде Соддидiң болжамы ойдағыдай дәлелденiп, оған терең түсiнiктеме берiлдi. Томсон неон атомдардың екi түрiнiң қоспасы екенiн байқады. Олардың басым көпшiлiгiнiң салыстырмалы атомдық массасы 20-ға тең. Бiрақ салыстырмалы атомдық массасы 22-ге тең аздаған атомдар қоспасы да бар. Осының нәтижесiнде қоспаның салыстырмалы атомдық массасы 20,2-ге тең. Бiрдей химиялық қасиеттерi бар атомдардың массаларында айырмашылық байқалады. Неонның екi түрiнiң де Менделеев кестесiнде бiрдей орын алатындығы анық, ендеше, олар изотоптар болып табылады. Сонымен, изотоптардың тек өздерiнiң радиоактивтiк қасиеттерi жағынан ғана емес, массасы жағынан да айырмашылығы болады екен. Сонымен бiрге соңғы жағдай басымырақ рөл атқарады. Изотоптарда атом ядроларының зарядтары бiрдей болады. Сондықтан атом қабықшаларындағы электрондар саны, демек, изотоптардың химиялық қасиеттерi бiрдей. Бiрақ ядроның массалары әр түрлi. Сонымен қатар, ядролар радиоактивтi де, тұрақты да бола алады. Радиоактивтi изотоптар қасиеттерiнiң түрлiше болуы олардың ядроларының массалары әр түрлi болуына байланысты. Қазiргi уақытта химиялық элементтердiң бәрiнiң изотоптары бар екендiгi анықталған. Кейбiр элементтрдiң изотоптары тұрақты болмайды (яғни радиоактивтi). Изотоптар табиғаттағы ең ауыр элемент — уранда (салыстырмалы атомдық массасы 238, 235 т. 6.) және ең жеңiл — сутегінде де (салыстырмалы атомдық массасы 1, 2, 3) бар. Әсiресе сутегiнiң изотоптары ерекше, себебi массасы жағынан екi немесе үш есе айырмашылығы бар. Салыстырмалы атомдық массасы 2 болатын изотоп дейтерий деп аталады. Ол стабилъдi (яғни радиоактивтi емес) және әдеттегi сутегiне аздаған қоспа (1: 4500) түрiнде енедi. Дейтерий оттегiмен косылғанда ауыр су пайда болады. Оның физикалық қасиеттері кәдiмгi судың қасиетiнен анағұрлым бөлек. Қалыпты атмосфералық кысымда ол 101,2 С-та қайнайды да, 3,80 С-та қатады. Салыстырмалы атомдық массасы 3 болатын изотоп тритий деп аталады. Ол - радиоактивтi, жартылай ыдырау периоды 12 жылға жуық. Изотоптардың болуы, атом ядросының заряды атомдардың барлық касиеттерiн анықтамай, тек химиялық қаеиеттерi мен электрон қабықшасының маңына байланысты физикалық қасиеттерiн дәлеледейдi. Атомның массасы мен радиоактивтiк касиеттерi оның Менделеев кестесiндегi реттiк нөмiрiмен анықталмайды. Изотоптардың салыстырмалы атомдық массаларын дәл өлшегенде олардың бүтiн сандарға өте жақын болатындығының елеулi маңызы бар. Кейбiр химиялық элементтердің атомдық массаларының бүтiн саннан айырмашылығы көп болады. Мысалы, хлордың салыстырмалы 35,5-ке тең. Бұл табиғи күйде химиялық таза зат изотоптардың әр түрлi пропорциялардағы коспасы болып келетiндiгiн көрсетедi. Изотоптардың салыстырмалы атомдық массаларының бүтiн сан болуының (жуықтап алғанда) атом ядросының құрылысын анықтауда маңызы зор. Химиялық элементтердiң бәрiнiң де изотоптары бар. Изотоптар атомы ядросының зарядтары бiрдей, бiрақ массалары әр түрлi. Дереккөздер