izotop

Nikel (Ni), bakır (Cu) ve çinko (Zn) elementlerinin bazı izotopları. Çoğu çekirdek haritalarında olduğu gibi, elementler atom sayısını aşağıdan yukarıya doğru, izotopları ise kütle sayısını soldan sağa doğru artıracak şekilde düzenlenir. Siyah: kararlı, mavi: beta-eksi-radyoaktif , kırmızı: beta-artı-radyoaktif izotop.

Gibi izotoplar (gelen eski Yunan ἴσος isos "eşit" ve τόπος TOPOS "Ajan yere") ifade eder atomların tipleri atom çekirdeklerinin aynı sayısı proton fakat farklı birçok nötronlar bulunur. Aynı atom numarasına sahiptirler ve bu nedenle aynı elementi temsil ederler, ancak farklı kütle numaralarına sahiptirler ; Yani oksijen izotopları , demir izotopları vb. Vardır. Bir elementin farklı izotopları kimyasal olarak neredeyse aynı şekilde davranır.

İsim, bir elementin izotoplarının periyodik tabloda aynı yerde olmasından kaynaklanmaktadır . Bir çekirdek haritasında ayrı ayrı gösterilirler . İzotop terimi , genellikle "atom tipi" anlamına gelen nükleit teriminden daha eskidir . "İzotop", bu nedenle, nükleit anlamında hala sıklıkla kullanılmaktadır, örn. H. sadece bir ve aynı elementin atomlarından bahsetmiyor olsak bile. İzotop terimi , izotoplar ve radyonüklidler alanındaki çalışmaları ve bilgisi nedeniyle 1921'de Nobel Kimya Ödülü'nü alan Frederick Soddy tarafından icat edildi .

İlk olarak 2006 yılında sentezlenen oganesson haricinde, bilinen her element için , birkaç izotop tespit edilmiştir ( izotopların listesine ve çekirdek haritasına bakınız ). Toplamda 3300 civarında bilinen çekirdek vardır. Yaklaşık 240 tanesi kararlı. Diğerleri kararsızdır, yani atomları daha uzun veya daha kısa bir süre sonra radyoaktif bozunma yoluyla diğer atomlara dönüşür . Geleneksel olarak sabit olarak kabul edilen bazı çekirdeklerin bu süre o kadar uzundur ki, bozulmaları sadece bugün keşfedilmiştir ya da hala deneylerde aranmaktadır.

Doğal olarak oluşan 91 elementten 69'u doğada çeşitli izotopların ( karışık elementler ) karışımları olarak bulunur . Kalan 22'ye saf elementler denir . Karışık elementlerin kimyasal atom ağırlığı , ilgili izotopların çeşitli atomik kütlelerinin ortalama değeridir.

Atama ve formül gösterimi

Gösterim Nuklid'de ayrıntılı olarak anlatılmıştır . Metinde, bir izotop, örneğin oksijen-16 veya O-16, demir-56 veya Fe-56 gibi, kütle numarasının eklendiği element adı veya sembolü ile belirtilir. İstisnalar bazen hidrojen izotoplarıdır (aşağıdaki bölüme bakın).

Kütle numarası, sol üstteki öğe sembolüne formül sembolü olarak eklenir. Atom numarası buna şartıyla, halihazırda adı (eleman sembolü) tarafından verilir, ama aynı zamanda sol alt eleman sembolü yazılabilir - z. B. nükleer reaksiyonlarda - olduğu gibi ilgi çekicidir

${\ displaystyle {} _ {3} ^ {6} \ mathrm {Li} + {} _ {1} ^ {2} \ mathrm {H} \ rightarrow {} _ {2} ^ {4} \ mathrm {O } + {} _ {2} ^ {4} \ mathrm {He}}$

^Tanımda bir ^m görünüyorsa (örneğin ^16ml N), bu bir çekirdek izomeri anlamına gelir . Varsa bir sayı sonrasında ^m birkaç izomerler varsa, bu bir numaralandırma olduğunu.

İzotopların kimyasal reaksiyonları

Bir elementin izotopları aynı elektron kabuğuna sahiptir. Sonuç olarak, olası reaksiyon türlerinde farklılık göstermezler , ancak yalnızca reaksiyon hızlarında farklılık gösterirler , çünkü bu biraz kütleye bağlıdır.

Bununla birlikte, ağır elementler söz konusu olduğunda, nispi kütle farkı çok küçüktür. Atomik kütlelerinin oranı uranyum 238 ve uranyum-235, 1: 1,013; kimyasal davranışlarında gözle görülür bir fark yoktur; ayırma için fiziksel yöntemler kullanılmalıdır (bkz. uranyum zenginleştirme ). Lityum izotopları lityum-7 ve lityum-6 için oran 1: 1.17'dir; fiziksel-kimyasal ayırma yöntemleri burada mümkündür (bkz. lityum ). Üç hidrojen izotopunun kütle farklılıkları çok büyüktür ( ¹ H:  ² H:  ³ H, 1: 2: 3), bu nedenle kimyasal olarak biraz farklı tepkimeye girerler ve hatta kendi isimleri ve kimyasal sembollerine sahiptirler:

• Şimdiye kadar en yaygın hidrojen izotopu ¹ H, protium veya hafif hidrojen olarak da bilinir .
• İzotop ² H, döteryum veya ağır hidrojen olarak da bilinir . Sembol: D.
• ³ H izotopu , trityum veya süper ağır hidrojen olarak da bilinir . Sembol: T.

H ve D'nin farklı kimyasal-fiziksel davranışı suyun elektrolizinde ortaya çıkar . Normal ¹ H'ye sahip su tercihli olarak reaksiyona girer ve hidrojen ve oksijene ayrılırken, D ( ² H döteryum, ağır hidrojen) içeren su molekülleri kalan suda birikir (yaklaşık 1: 7.000 doğal orana kıyasla).

Karışık elementler ve saf elementler

Yeryüzünde doğal olarak oluşan hemen hemen tüm nüklitler ya kararlıdır (yani hiçbir bozulma gözlenmemiştir) ya da dünyanın yaşından önemli ölçüde daha kısa olmayan bir yarı ömre sahip radyoaktiftir . Bunlara ilkel çekirdekler denir .

Toplam olarak yaklaşık 245 kararlı çekirdek bilinmektedir (bkz. Çekirdek haritası : kararlı çekirdekler siyah bir arka plan ile gösterilmiştir). Bununla birlikte, "kararlı" durumunda, çekirdekteki bozunmanın doğal kanun tarafından dışlanmış gibi görünüp görünmediği veya bunun mümkün göründüğü ancak henüz gözlemlenmediği arasında bir ayrım yapılmalıdır. İkinci anlamda kararlı olan çekirdeklerin sayısı zaman içinde tekrar tekrar azaldı: Gelişmiş tespit yöntemleri sayesinde, daha önce kararlı olduğu düşünülen bazı çekirdeklerin daha sonra radyoaktif olarak tanınması sağlandı. Bizmut -209'un radyoaktivitesinin 2003 yılında tespit edilmesiyle, -208 kurşunun en ağır kararlı çekirdek olduğu ve bu nedenle kurşunun kararlı izotoplara sahip en ağır element olduğu bulunmuştur.

Doğada meydana gelen unsurlar çoğunlukla karışık unsurlardır, yani. H. İzotop karışımları. Kalay , 10 izotop ile en doğal izotoplara sahiptir, bunu 8'i kararlı 9 doğal izotop ile Xenon izlemektedir . Yalnızca bir doğal izotoptan oluşan elementlere saf element denir . Saf bir elementin tam olarak bir ilkel izotopu vardır. Bu özellik, 19 kararlı ve 3 uzun ömürlü kararsız elemente sahiptir.

Bilinen izotoplar

hidrojen

Hidrojen, en güçlü kimyasal izotop etkisine sahip elementtir . Ağır hidrojen ( ² H veya döteryum ), ağır su reaktöründe bir moderatör görevi görür . Ağır hidrojen ( ³ H veya trityum ) radyoaktiftir. Atmosferde kozmik ışınlar ve nükleer reaktörlerde yaratılır . Trityum, 1960-1998 yılları arasında saat kadranları vb. İçin parlak boyalarda kullanıldı. Gelecekte döteryum ve trityum, nükleer füzyon reaktörleri için yakıt olarak daha büyük miktarlarda kullanılacak.

helyum

Helyum , en güçlü fiziksel izotop etkisine sahip elementtir . Özellikle düşük sıcaklık aralığında , iki helyum izotopu çok farklı davranır, çünkü ³ He bir fermiyondur ve ⁴ He bir bozondur .

karbon

İyi bilinen bir izotop, organik malzemelerin ( arkeoloji ) ( radyokarbon yöntemi ) yaşını belirlemek için kullanılan radyoaktif ¹⁴ C'dir . Doğal karbon esas olarak ¹² C ve ¹³ C kararlı izotoplarında bulunur . ¹⁴ C yüksek atmosferik tabakalarda azottan oluşur.

oksijen

Paleo sıcaklıklarını araştırmak için iki kararlı oksijen izotopunun ( ¹⁸ O ve ¹⁶ O) oranı kullanılır . Kararlı oksijen izotopları, su sistemlerinde doğal izleyiciler olarak da uygundur .

uranyum

İzotop ²³⁵ U , nükleer santrallerde yakıt olarak kullanılır . Reaktör türlerinin çoğu için, doğal uranyum zorundadır edilebilir zenginleştirilmiş ile ²³⁵ U. Bazı nükleer silahlarda neredeyse saf ²³⁵ U kullanılmaktadır .

Analitikte izotoplar

Yeterli çözünürlüğe sahip optik spektrum ölçümlerinde, bir elementin izotopları, spektral çizgileriyle ( izotop kayması ) ayırt edilebilir .

Bir numunedeki izotopik kompozisyon, hızlandırıcı kütle spektrometresine sahip iz izotopları durumunda genellikle bir kütle spektrometresi ile belirlenir .

Radyoaktif izotoplar genellikle bozunma ürünleri veya yayılan iyonlaştırıcı radyasyon ile tanımlanabilir .

İzotoplar ayrıca NMR spektroskopisinde de rol oynar . Örneğin, ortak karbon izotopu ¹² C manyetik momente sahip değildir ve bu nedenle gözlemlenemez. Bu nedenle karbonla ilgili araştırmalar yalnızca çok daha nadir ¹³ C izotopu kullanılarak gerçekleştirilebilir.

İzotoplar ayrıca izotop etiketleme adı verilen yöntemle reaksiyon mekanizmalarının veya metabolizmaların aydınlatılmasında da kullanılır .

Suyun izotopik bileşimi dünyanın farklı yerlerinde farklı ve karakteristiktir. Bu farklılıklar , şarap veya peynir gibi yiyecekler için menşe yeri beyanının kontrol edilmesini mümkün kılar .

Organik moleküllerde belirli izotop modellerinin (özellikle ¹³ C izotop modellerinin) araştırılmasına izotopomer analizi denir. Diğer şeylerin yanı sıra, canlı hücrelerdeki hücre içi materyal akışlarının belirlenmesine izin verir. Ayrıca ¹³ C / ¹² C, ¹⁵ N / ¹⁴ N ve ³⁴ S / ³² S oranlarının analizi günümüzde ekolojide yaygındır. Fraksiyonlaşmanın temelinde , kütle akışları besin ağları yolunda olabilir veya Trophieniveaus tek tek türleri belirler. Kararlı izotoplar aynı zamanda tıpta doğal izleyiciler görevi görür .

Gelen hidrolojinin , hidrolojik işlemler hakkında sonuçlar izotop konsantrasyon oranlarında çizilir. Su döngüsü yer yüzeyi üzerinde ve altında en malzeme akışı eşlik eder. Viyana Standart Mean Okyanus Suyu (VSMOV) sıklıkla referans olarak kullanılır.

Jeokimya içinde izotoplar ile ilgilenen mineraller , kayalar , toprağa , suya ve atmosfere .

Ayrıca bakınız

• İzotopların listesi
• İzotop sayısı ile periyodik tablo (PSE)

Edebiyat

• Werner Stolz: Radyoaktivite. Temel bilgiler, ölçümler, uygulamalar. 5. baskı. Teubner, Wiesbaden 2005, ISBN 3-519-53022-8 .
• Bogdan Povh , K. Rith , C. Scholz, F. Zetsche: Parçacıklar ve çekirdekler. Fiziksel kavramlara giriş. 7. baskı. Springer, Berlin / Heidelberg 2006, ISBN 978-3-540-36685-0 .
• Klaus Bethge , Gertrud Walter, Bernhard Wiedemann: Nükleer Fizik. 2. Baskı. Springer, Berlin / Heidelberg 2001, ISBN 3-540-41444-4 .
• Hanno Krieger: Radyasyon fiziğinin ve radyasyondan korunmanın temelleri. 2. Baskı. Teubner, Wiesbaden 2007, ISBN 978-3-8351-0199-9 .

İnternet linkleri

Vikisözlük: Isotop  - anlamların açıklamaları , kelime kökenleri, eş anlamlılar, çeviriler

• Büyük izotop tablo ile Uluslararası Atom Enerjisi Ajansı (UAEA)

Bireysel kanıt

1. ↑ Pierre de Marcillac, Noël Coron, Gérard Dambier, Jacques Leblanc, Jean-Pierre Moalic: Doğal bizmutun radyoaktif bozunumundan α parçacıklarının deneysel tespiti . İçinde: Doğa . bant 422 , hayır. 6934 , Nisan 2003, s. 876–878 , sonuç tablosu 1 , doi : 10.1038 / nature01541 . 
2. ↑ Paul Königer: Yeni yeraltı suyu oluşumunun belirlenmesine yönelik izleyici hidrolojik yaklaşımları . Hidroloji Enstitüsü, Freiburg i. Br. 2003, DNB  969622139 ( PDF - artı tez, Freiburg Üniversitesi).