Читать «Большая Советская Энциклопедия (ИЗ)» онлайн - страница 167

Рис. 4. Разделительная установка, работающая на противопоточной масс-диффузии.

Изотопы

Изото'пы (от и греч. tópos — место), разновидности одного химического элемента, занимающие одно место в периодической системе элементов Менделеева, но отличающиеся массами атомов. Химические свойства атомов, т. е. принадлежность атома к тому или иному химическому элементу, зависят от числа электронов и их расположения в электронной оболочке атома (см. ). Место химического элемента в периодической системе элементов определяется его порядковым номером Z , равным числу электронов в оболочке атома или, что то же самое, числу , содержащихся в атомном ядре. Кроме протонов, в ядро атома входят , масса каждого из которых приблизительно равна массе протона. Количество нейтронов N в ядре атома с данным Z может быть различным, но в определённых пределах. Например, в ядре атома гелия (Z = 2) может содержаться 1, 2, 4 или 6 нейтронов. Полное число протонов Z и нейтронов N в ядре (называется общим термином нуклоны) определяет массу ядра и по существу массу всего атома. Это число А = Z + N называется массовым числом атома. От соотношения чисел протонов и нейтронов в ядре зависят стабильность или нестабильность ядра, тип распада радиоактивного ядра, , магнитный дипольный момент, электрический и некоторые другие его свойства (см. ). Таким образом, атомы с одинаковым Z , но с различным числом нейтронов N обладают идентичными химическими свойствами, но имеют различные массы и различные ядерные свойства. Эти разновидности атомов также называются И. Для обозначения любых разновидностей атомов, независимо от их принадлежности к одному элементу, применяют термин нуклиды.

  Массовое число И. приводится сверху слева от химического символа элемента. Например, И. гелия обозначаются: ³ He, ⁴ He, ⁶ He, ⁸ He. Более развёрнутые обозначения: 12Не³ , 22He⁴ , ⁴ ₂ Не⁶ , ⁶ ₂ He⁸ , где нижний индекс указывает число протонов Z , верхний левый индекс — число нейтронов N, а верхний правый — массовое число. При обозначении И. без применения символа элемента массовое число А даётся после наименования элемента: гелий-3, гелий-4 и т. п.

  Массы атомов М , выраженные в , лишь немного отличаются от целых чисел. Поэтому разность М — А всегда правильная дробь, по абсолютной величине меньше ¹ /₂ , и таким образом массовое число А есть ближайшее к массе атома М целое число. Знание массы атома определяет полную энергию E связи всех нуклонов в ядре. Эта энергия выражается соотношением E = DMc ² , где с — скорость света в вакууме, DМ — разность между суммарной массой всех входящих в ядро нуклонов в свободном состоянии и массой ядра, которая равна массе нейтрального атома без массы всех электронов.

  Первое доказательство того, что вещества, имеющие одинаковое химическое поведение, могут иметь различные физические свойства, было получено при исследовании радиоактивных превращений атомов тяжёлых элементов. В 1906—07 выяснилось, что продукт радиоактивного распада — ионий и продукт радиоактивного распада — радиоторий имеют те же химические свойства, что и торий, однако отличаются от последнего атомной массой и характеристиками радиоактивного распада. Более того, как было обнаружено позднее, все три элемента имеют одинаковые оптические и рентгеновские спектры. Такие вещества, идентичные по химическим свойствам, но различные по массе атомов и некоторым физическим свойствам, по предложению английского учёного Ф. , стали называть И.