تحقیق درباره انواع ایزوتوپ و عناصرشان

ایزوتوپ ها را بیشتر بشناسید!

تحقیق درباره انواع ایزوتوپ و عناصرشان

ایزوتوپ‌ها، اتم های یک نوع عنصر هستند که در یک خانه از جدول تناوبی قرار دارند. این عناصر عدد اتمی (Z) یکسان و عدد جرمی (A) متفاوتی دارند. عدد اتمی بیانگر تعداد پروتون های هسته اتم است؛ بنابراین ایزوتوپ‌های یک عنصر، تعداد پروتون‌های مساوی دارند.
اختلاف در جرم اتمی ایزوتوپ‌ها از اختلاف تعداد نوترونهای موجود در هسته آنها ناشی می‌شود. در فارسی واژه‌های «همجا» و «هم‌مکان» در برابر واژه ایزوتوپ پیشنهاد شده است.

ایزوتوپ های یک عنصر خواص شیمیایی یکسانی دارند. اما خواص فیزیکی آنها متفاوت است.تقریبا تمام عناصر موجود در طبیعت مخلوطی از چند ایزوتوپند.مانند اکسیژن و ید که هر دو دو ایزوتوپ دارند. اورانیوم نیز دارای ایزوتوپ هایی به نام اورانیوم ۲۳۵ و اورانیوم ۲۳۸ است.

برخی از عناصر دارای ایزوتوپ هایی هستند که از خود اشعه های نامرئی رادیو اکتیو ساطع می کنند.این ایزوتوپ ها پس از تشعشات رادیو اکتیوی به ایزوتوپ های دیگر تبدیل می شوند.دانشمندان با استفاده از وسیله ای به نام طیف نگار جرمی یا طیف سنج جرمی می توانند ایزوتوپ های یک عنصر را از هم جدا کنند.وسیله دیگری هم به نام شتابگر ذرات وجود دارد که باعث پرتوزایی ایزوتوپ ها می شود.

ایزوتوپ های پرتوزا بسیار مفید هستند. ایزوتوپ هایی مانند کبالت ۶۰ و رادیوم در توقف رشد سلول های سرطانی موثر هستند.دانشمندان طی فرآیندی موسوم به تعیین عمر با پرتوزایی به وسیله ایزوتوپ های پرتوزا عمر گیاهان و جانوران مرده را تعیین می کنند.از ایزوتوپ های ید هم برای درمان بیماری گواتر استفاده می شود.

از ایزوتوپ های مصنوعی در بررسی واکنش های شیمیایی نیز استفاده می شود.به شاخه ای از پزشکی که با استفاده از ایزوتوپ های پرتوزا به تشخیص و درمان بیماری ها می پردازند پزشکی هسته ای می گویند.

مقایسه ایزوتوپ های یک عنصر

تمام ایزوتوپ های یک عنصر، پروتون های برابر دارند و پروتون ها تعیین کننده خواص شیمیایی عناصر هستند. از این رو می توان گفت که ایزوتوپ های یک عنصر خواص شیمیایی یکسانی دارند ولی از نظر خواص فیزیکی وابسته به جرم مثل دمای ذوب و جوش و چگالی متفاوت اند.

چند مثال از ایزوتوپ های طبیعی عناصر:

  • هیدروژن عنصری با سه ایزوتوپ می باشد. عدد اتمی هر سه ۱ و عدد جرمی آن ها به ترتیب ۱،۲و ۳ است.
  • کربن عنصری با سه ایزوتوپ می باشد. عدد اتمی هر سه ۶ و عدد جرمی آن ها به ترتیب ۱۲،۱۳ و ۱۴ است.
  • منیزیم عنصری با سه ایزوتوپ می باشد. عدد اتمی هر سه ۱۲ و عدد جرمی آن ها به ترتیب ۲۴، ۲۵ و ۲۶ است.
  • لیتیم عنصری با دو ایزوتوپ است. عدد اتمی هر دو ۳ و عدد جرمی آن ها به ترتیب ۶ و ۷ میباشد.
  • کلر هالوژنی با دو ایزوتوپ است. عدد اتمی هر دو ۱۷ و عدد جرمی آن ها ۳۵ و ۳۷ است.

انواع ایزوتوپ ها

ایزوتوپ ها بر اساس تعداد پروتون ها و نوترون هایی که دارند به دو دسته کلی زیر تقسیم می شوند:

  • ایزوتوپ های پایدار
  • ایزوتوپ های ناپایدار
  • ایزوتوپ های پایدار

در صورتی که نسبت تعداد نوترون ها به پروتون های یک ایزوتوپ کمتر از ۱٫۵ باشد، آن ایزوتوپ پایدار است.

استثنای این قانون، ایزوتوپ عنصر تکنسیم با عدد اتمی ۴۳ و عدد جرمی ۹۹ است. نسبت تعداد نوترون ها به پروتون ها در این ایزوتوپ، کمتر از ۱٫۵ است اما ایزوتوپی ناپایدار محسوب می شود.

  • ایزوتوپ های ناپایدار

در صورتی که نسبت تعداد نوترون ها به پروتون های یک ایزوتوپ برابر یا بیش از ۱٫۵ باشد، آن ایزوتوپ ناپایدار محسوب می شود.

استثنای این قانون ایزوتوپ عنصر اورانیوم می باشد که عدد اتمی ۹۲ و عدد جرمی ۲۳۸ دارد. نسبت تعداد نوترون ها به پروتون ها در این ایزوتوپ، بالای ۱٫۵ است اما ایزوتوپی پایدار محسوب می شود.

ایزوتوپ های ناپایدار پرتوزا هستند و هسته آن ها به مرور زمان متلاشی می شود و انرژی زیادی آزاد می کند.

 

تفاوت در ویژگی‌های ایزوتوپ‌ها

ویژگی‌های شیمیایی

از آنجا که ایزوتوپ‌های یک عنصر ساختار الکترونی مشابهی دارند، بنابراین ویژگی‌های شیمیایی آنها نیز یکسان است، اما ویژگی‌های هسته‌ای آنها متفاوت است. تنها استثنای این مطلب، سرعت واکنش است. ایزوتوپ‌های سنگین‌تر یک عنصر با سرعت کمتری نسبت به ایزوتوپ‌های سبک‌تر آن در واکنش شیمیایی شرکت می‌کنند. افزون بر این، تفاوت وزن ایزوتوپ‌ها می‌تواند با جابجا کردن مرکز جرم یک سیستم اتمی، در رفتار پیوند شیمیایی تأثیر بگذارد. (البته برای عناصر سنگین‌تر، می‌توان از تأثیر اختلاف ایزوتوپ‌ها چشم پوشی کرد)

ویژگی‌های هسته‌ای

تعداد نوترون‌ها و پروتون‌های یک عنصر، تأثیر قابل توجهی بر پایداری آن دارد. اگر تعداد پروتون‌ها بسیار بیشتر از نوترون‌ها باشد، پروتون‌ها یکدیگر را دفع می‌کنند و واپاشی رخ می‌دهد. وجود نوترون‌ها باعث افزایش پایداری هسته می‌شود. زیرا حضور نوترون‌ها باعث فاصله افتادن میان پروتون‌ها و کاهش نیروی دافعه بین آنها و همچنین نیروی جاذبه آنها باعث در کنار هم ماندن ذرات در هسته می‌شود.

تعداد ایزوتوپ‌های پایدار یک عنصر

همه عناصر در طبیعت دارای بیش از یک ایزوتوپ هستند اما آلومینیوم، فسفر، نیتروژن و سدیم فقط یک ایزوتوپ دارند در بین عناصر بیش ترین تعداد ایزوتوپ مربوط به زنون با ۲۶ ایزوتوپ است که البته فقط ۸ تا از آن ها پایدار هستند در صورتی که بیشترین تعداد ایزوتوپ‌های پایدار یک عنصر برابر با ده و مربوط به قلع است. پس از آن، چهار عنصر با هفت و هشت عنصر با شش ایزوتوپ پایدار وجود دارند. در نهایت، ۲۶ عنصر تنها یک ایزوتوپ پایدار دارند که عنصر تک نوکلید نامیده می‌شوند.

عدد جرمی فرد و زوج

فرد یا زوج بودن تعداد پروتون‌ها، نوترون‌ها و مجموع آنها تأثیر زیادی در پایداری هسته دارد. فرد بودن همزمان تعداد پروتون‌ها و نوترون‌ها باعث کاهش انرژی بستگی هسته‌ای می‌شود؛ بنابراین، تعداد ایزوتوپ‌های پایدار در این حالت، بسیار کم است . در نقطه مقابل، زوج بودن همزمان تعداد پروتون‌ها و نوترون‌ها یکی از عوامل اصلی پایداری هسته است. حدود ۵۸٪ ایزوتوپ‌های پایدار در این دسته قرار دارند و به علت جفت‌شدگی، اسپین همه آنها صفر است. در نیمی از عناصر دارای عدد اتمی زوج، تعداد ایزوتوپ‌های پایدار، بیشتر یا مساوی شش است.

تعداد ایزوتوپ‌های پایدار با عدد جرمی زوج نسبت به عدد جرمی فرد بیشتر است. یک دلیل آن، انرژی بستگی هسته‌ای است. در هر عدد جرمی فرد، تنها یک ایزوتوپ پایدار می‌تواند وجود داشته باشد، در حالی که در یک عدد جرمی زوج، می‌تواند تا ۳ ایزوتوپ پایدار وجود داشته باشد که البته همه آنها باید دارای عدد اتمی زوج باشند. در واقع، وجود یک ایزوتوپ پایدار با تعداد پروتون و نوترون زوج، باعث می‌شود که ایزوتوپی با همان عدد جرمی و دارای عدد اتمی فرد، ناپایدار شود.

اشتراک گذاری

جوابی بنویسید

ایمیل شما نشر نخواهد شدخانه های ضروری نشانه گذاری شده است. *

*