Izotop

From Wikipedia

Skocz do: navigation, szukaj

Izotopy - to atomy, które posiadają tę samą liczbę protonów, ale różnią się liczbą neutronów. Izotopy różnią się masą atomową, ale należą do jednego pierwiastka i mają niemal identyczne własności chemiczne.

Ze względu na różnicę mas atomowych izotopy mają jednak różne niektóre własności fizyczne, przy czym różnice te są tym większe im większy jest rozrzut ich mas względem siebie. Różnice w masach atomowych izotopów powodują, że w formie czystej mają one inną gęstość, temperaturę wrzenia, topnienia i sublimacji. Różnice te rozciągają się także na związki chemiczne o różnym składzie izotopowym.

Różnica mas izotopów powoduje też występowanie niewielkich różnic w ich reaktywności. Nie ma ona wpływu na kierunek reakcji chemicznych, w których one uczestniczą, ale wpływa na szybkość tych reakcji. Zjawisko to nazywa się efektem izotopowym i wykorzystuje się w badaniu mechanizmów reakcji chemicznych. Te niewielkie różnice w szybkości reakcji wywołują zmiany w składzie izotopowym związków chemicznych powstających w różnych reakcjach, zjawisko to wykorzystywane jest ostatnio do rozróżniania czy węgiel zawarty w danym związku chemicznym brał udział w reakcji fotosyntezy.

Izotopy dzielą się na:

• trwałe (nie ulegają samorzutnej przemianie na izotopy innych pierwiastków),
• nietrwałe zwane izotopami promieniotwórczymi (ulegają samorzutnej przemianie na inne izotopy zazwyczaj innego pierwiastka).

Występowanie izotopów komplikuje nieco obliczenia chemiczne (zobacz: stechiometria), powodując, że masy atomowe i co za tym idzie masy cząsteczkowe nie są liczbami całkowitymi, lecz liczbami z ułamkiem.

Izotopy nie mają oddzielnych nazw z wyjątkiem izotopów wodoru, oznacza się je symbolem pierwiastka chemicznego z liczbą masową u góry po lewej stronie, np. ²⁰⁸Pb.

Pierwiastki mają po kilka, a nawet kilkanaście izotopów. Np. wodór ma trzy izotopy:

• Prot: ¹H (ma jeden proton i nie ma neutronów) - trwały,
• Deuter: ²D (ma jeden proton i jeden neutron) - trwały,
• Tryt: ³T (ma jeden proton i dwa neutrony) - nietrwały.

Izotopowe efekty, niewielkie różnice własności fizykochemicznych izotopów tego samego pierwiastka, wynikające z różnej masy lub geometrii jąder atomowych. Największe efekty izotopowe występują dla izotopów wodoru, co odpowiada największej względnej różnicy mas protu, deuteru i trytu. Rozróżnia się efekty izotopowe statyczne (dotyczą równowagi termodynamicznej, np. zmiany: stałej równowagi chemicznej, entalpii procesu), dynamiczne (dotyczą różnic szybkości procesów fizykochemicznych, np. szybkość: reakcji chemicznych, dyfuzji, adsorpcji) i strukturalne (przesunięcia linii spektralnych, zmiany: przenikalności elektrycznej i magnetycznej, momentów dipolowych, energii oscylacyjnej i rotacyjnej cząsteczki). Efekty izotopowe wykorzystuje się do badania własności cząsteczek, mechanizmów reakcji i procesów fizykochemicznych oraz w metodach wzbogacania i rozdzielania izotopów.