Изотоп

Тұрақты изотоптар саны бойынша реттелген кесте

Изотоп (изо... және грекше topos – орын) – бір химиялық элементтің нуклиді, яғни атомдық нөмірі бірдей, бірақ массалық саны әр түрлі белгілі бір элемент атомдарының түрлері.

Ядросының протондар саны бірдей, ал нейтрондар саны әр түрлі болады; электрондық қабықшасының құрылысы бірдей және химиялық элементтердің периодтық жүйесінде бір орынға орналасады. Атомдардың ядролары протондар мен нейтрондардың белгілі бір санынан тұрады. Әрбір элемент атомы ядросындағы протонның саны сол элементтің реттік нөміріне (Z) тең болады. Протон мен нейтронның массалары бір-біріне өте жақын және көміртектік бірліктер жүйесінде сәйкесінше 1,000 және 1,008 м. а. б. Сондықтан бұл шкалада барлық атомдардың ядролары массаларының мәндері бүтін сандарға жақын. Элементтердің атомдық массаларының мәндері де осы сандарға жақын, себебі электрондардың массалары өте жеңіл. Сондықтан атомның ядросындағы протондар мен нейтрон сандарының қосындысы іс жүзінде элемент атомының массасына тең болады. Оны массалық сан деп атап, А әрпімен белгілейді, ал A – Z айырмасы нейтрондардың санын көрсетеді. Белгілі бір элемент атомының ядросындағы протондардың саны тұрақты болғанымен, нейтрондардың саны әр түрлі болуы мүмкін. Сондықтан олардың массалық сандары да әр түрлі. Химиялық элементтердің периодтық кестесінде бір ғана орын алатын әр элементтің бірнеше изотопы болуының себебі осыдан. Изотоптарды бір-бірінен айыра білу үшін элементтің химиялық таңбасының сол жақ төменгі бұрышына реттік нөмірін (яғни ядродағы протонның санын), ал сол жақ жоғарғы бұрышына массалық санын (яғни ядродағы протондар мен нейтрондардың қосындысын) жазады. Әр элементтің периодтық кестедегі орны белгілі болғандықтан изотоптарды таңбалағанда, көбінесе, тек массалық саны ғана көрсетіледі. Мысалы, оттек изотоптарын былай белгілейді: ¹⁶0, ¹⁷0 және ¹⁸0. Сонымен қатар кейде 0=16, 0=17, 0=18 деген белгілер де қолданылады. Кейбір изотоптардың өздерінің жеке таңбалары да бар. Мысалы, сутектің ₂Н изотопы D деп белгіленіп, дейтерий деп, ал ₃Н изотопы Т деп белгіленіп, тритий деп аталады. Өте маңызды жағдайларда, мысалы, ядролық реакция теңдеулерін жазғанда атом ядроларындағы протондардың сандары да көрсетіліп жазылады. Изотоптардың саны шектеулі ғана. Егер ядродағы протондардың санына қарағанда нейтрондардың саны тым аз не көп болса, ядро орнықтылығы кемиді. Изотоптардың электрондық құрылыстары және олардың құрамындағы электрондардың саны бірдей болғандықтан олардың хим. қасиеттері де бірдей. Сондықтан оларды бөлу көптеген қиындықтар туғызады. Дегенмен, изотоптар атомының массаларында, сондай-ақ, ядросының спиндері мен магниттік моменттері мәндерінде айырмашылық болады. Берілген элемент изотопының қасиеттеріндегі бұл айырмашылық изотоптық эффект деп аталады. Изотоптардың кейбір физикалық-химиялық қасиеттеріндегі айырмашылық оларды жеке бөліп алу үшін қолданылады. Изотоптарды зерттеуге, әсіресе, оларды бір-бірінен бөлу мәселелеріне қосқан үлесі үшін ағылшын ғалымы Ф.У. Астон 1922 ж., ал ауыр сутекті – дейтерийді тапқаны үшін Г.К. Юри 1934 ж. Нобель сыйлығын алды.

IUPAC-тың негізгі ұстанымы-атомдық массасы бірдей бір химиялық элементтің атомдарын белгілеу үшін дұрыс сингулярлық термин нуклид болып табылады, ал изотоптар терминін бір элементтің нуклидтер жиынтығын белгілеу үшін қолдануға рұқсат етіледі. Термин изотоптар бастапқыда көпше түрде ұсынылды және қолданылды, өйткені салыстыру үшін атомдардың кем дегенде екі түрі қажет. Болашақта бұл терминді жекеше-изотопты қолдану да тәжірибеге кеңінен енді. Сонымен қатар, көпше термин көбінесе бір элементке ғана емес, кез келген нуклидтер жиынтығына қатысты қолданылады, бұл да дұрыс емес. Қазіргі уақытта Халықаралық ғылыми ұйымдардың ұстанымдары біркелкі емес және изотоп термині кеңінен қолданыла береді, оның ішінде IUPAC және IUPAP әртүрлі бөлімшелерінің ресми материалдарында. Бұл бастапқыда оған енгізілген терминнің мағынасы термин қолданылатын ұғымға сәйкес келмейтіндігінің бір мысалы (тағы бір оқулық мысал — атауға қайшы келетін Атом бөлінбейтін).