ДОВІДНИК ПО ХІМІЇ
Більшість елементів, що містяться в природі, складається з декількох видів атомів, що відрізняються значеннями відносної атомної маси.
Приклад. Хлор в природі зустрічається як суміш двох видів атомів, один з яких 18, а інший 20 нейтронів в ядрі.
Кожен вид атомів незалежно від приналежності до конкретного елементу однозначно описується числом нуклідів (сумою протонів і нейтронів). Тому число видів атомів перевищує число елементів.
Кожен вид атомів (вид ядер) називається нуклідом.
Нуклід - це вид атомів і ядер, що відповідає певним числам протонів і нейтронів.
Ізотопні нукліди (ізотопи) - це нукліди належать одному хімічному елементу мають однакове число протонів, але різняться за кількістю нейтронів.
Ізотопи елемента - це нукліди, що володіють рівним зарядом ядра (однаковим числом протонів).
Приклад. Ядра двох природних ізотопів хлору містять по 17 протонів, по 18 і 20 нейтронів, т. Е. 35 і 37 нуклонів відповідно.
Внаслідок того, що саме числом протонів в ядрі визначається число електронів в оболонці атома і хімічні властивості елемента, слід, що атоми всіх ізотопів одного і того ж елемента мають однакове електронна будова, а самі ізотопи - близькі хімічні властивості, з - за чого їх не вдається розділити хімічними методами.
В літературі ще зустрічається змішування понять нуклід і ізотоп, хоча в 1950 р було прийнято міжнародну угоду, за якою до ізотопів слід відносити різні види атомів (точніше, ядер) тільки одного елемента (Z = const), а різні не тільки за кількістю нейтронів , а й також по числу протонів і електронів ядра і атоми слід називати нуклідами. Наприклад, атом вуглецю з 12 нуклонами в ядрі, атом кобальту з 59 нуклонами і атом урану з 235 нуклонами - це нукліди, т. Е. Конкретні види атомів різних елементів, а три різних атома вуглецю з 12, 13 і 14 нуклонами в їх ядрах - це ізотопи (ізотопні нукліди) елемента вуглець. Таким чином, нуклід - це більш широке поняття, ніж ізотоп, так як кожен ізотоп є нуклід, але тільки нукліди одного елемента є ізотопами.
У природі зустрічаються елементи, що мають тільки один ізотоп. Такі елементи називаються изотопно-чистими. У Періодична система хімічних елементів налічується 21 изотопно-чистий елемент (нижче вони перераховані по зростанню порядкового номера):
Решта природні елементи являють собою суміш двох або більше ізотопів, атоми яких розрізняються по числу нуклонів. Такі елементи називаються изотопно-змішаними. їх в Періодичній системі більшість. Значення відносних атомних мас таких елементів відповідають природній суміші ізотопів і є усередненими за змістом ізотопів, тому значення Аr багатьох елементів сильно відхиляються від цілочисельних значень, і часто, що починають вивчати хімію, сприймають їх як помилку Періодичної системи (!). Наіпрімер, звичайне і закономірне збільшення атомної маси зі збільшенням порядкового номера, "порушується" у таких елементів як телур і йод: 127.6 52 Te 126.9045 53 I. Навіть вуглець, який прийнятий за точку відліку відносних атомних мас інших елементів, є изотопно-змішаним елементом (два ізотопу з Аr = 12 b Аr = 13), і заходом визначення відносної атомної маси служить один з природних ізотопів вуглецю, а саме вуглець-12.
Найбільше число ізотопів (десять) має елемент олово Sn. У першому наближенні вважається, що співвідношення ізотопів елемента в будь-яких природних об'єктах, і воно не змінюється в хімічних реакціях.
Приклад: ізотопний-змішаний елемент хлор завжди відповідає природному змісту двох ізотопів: 75,77% з Аr = 35 (34,9688 точно) і 24,23% з Аr = 37 (36,9658).
На основі прецизійних експериментальних визначень встановлено, що деякі изотопно-змішані елементи в зразках різного походження виявляють відхилення (хоча і незначні) за ізотопним складом, вперше це було виявлено у сірки в межах ± 0,003%.
Для нуклідів точні значення відносних атомних мас завжди близькі до цілочисельним значенням, тому маси нуклідів можна порівнювати за цими значеннями Аr, званим масовими числами.
Масове число нукліда дорівнює числу що містяться в ньому нуклонів (сумі протонів і нейтронів).
Кожен нуклон має масове число, рівне 1 (точні значення АRP = 1,0073 а.е.м. для нейтрона Аrn = 1,0087 а.е.м.). Так як маса атома зосереджена в його ядрі, то фактично за одиницю атомної маси прийнята маса одного нуклона, або 1/12 частина маси атома ізотопу вуглець-12.
Для позначення конкретного нуклида застосовується спеціальна символіка. Зліва від символу хімічного елемента верхнім індексом вказується масове число, а нижнім індексом - заряд ядра (порядковий номер елемента).
приклад:
Масове число = Число нуклонів в ядрі
Порядковий номер = Число протонів в ядрі або число електронів в оболонці атома
Різниця між масовим числом і порядковим номером = Число нейтронів в ядрі
За походженням нукліди (види атомів і ядер) діляться на природні і штучні в залежності від того, виділено їх з природних об'єктів або синтезовані в лабораторії.
За стійкістю тобто здатності мимовільно видозмінюватися, нукліди діляться на стабільні і радіоактивні.
Більшість нуклідів, що зустрічаються в природі, стабільні. Або не радіоактивні; вони можуть зберігатися в незміненому вигляді необмежено довго. У природі є і радіоактивні нукліди з обмеженим часом життя, проте майже у всіх природних нуклідів воно досить велике і поза сумнівами природного ізотопного складу. Так, серед трьох природних ізотопів калію (39 К, 40 К, 41 К) ізотоп 40 К радіоактивний; половина атомів ізотопу 40 К розпадається за 1,28 х 10 9 років; цей час називається періодом напіврозпаду.
період напіврозпаду - це час, по закінченні якого кількість радіоактивної речовини зменшиться в 2 рази в порівнянні з початковою кількістю цієї речовини на момент початку відліку часу
Формула для розрахунку кількості радіоактивної речовини (ν½. Моль), з відомим часом напіврозпаду (T½), яке залишається з плином часу (t):
ν½ = 2 (t / T ½)
Наприклад, ізотоп елемента 106 з масовим числом 263 має період напіврозпаду 0,9 с, а ізотоп 60 Co - 5,272 років.
Радіоактивні нукліди спонтанно розпадаються, перетворюючись в інші види ядер, при розпаді крім інших видів ядер, виникають і інші частинки α-частинки - це ядра атомів гелію 4 2 H (ядерна реакція - альфа-розпад) і β-частинки - це електрони 0 - 1 e (ядерна реакція - бета-розпад).