Каждый элемент имеет уникальное количество протонов, обозначенное его атомным номером и положением в периодической таблице. Помимо протонов, ядра всех элементов, за исключением водорода, также содержат нейтроны, которые являются электрически нейтральными частицами с той же массой, что и протоны. Число протонов в ядре конкретного элемента никогда не меняется, иначе он стал бы другим элементом. Однако количество нейтронов может измениться. Каждое изменение количества нейтронов в ядре конкретного элемента представляет собой отдельный изотоп этого элемента.
Как обозначать изотопы
Слово «изотоп» происходит от греческих слов isos (равно) и топос (место), что означает, что изотопы элемента занимают одно и то же место в периодической таблице, даже если они имеют разные атомные массы. В отличие от атомного номера, который равен количеству протонов в ядре, атомная масса - это масса всех протонов и нейтронов.
Один из способов обозначить изотоп - написать символ элемента, за которым следует число, обозначающее общее количество нуклонов в его ядре. Например, один изотоп углерода имеет в своем ядре 6 протонов и 6 нейтронов, поэтому вы можете обозначить его как C-12. Другой изотоп, C-14, имеет два дополнительных нейтрона.
Другой способ обозначения изотопов - это нижние и верхние индексы перед символом элемента. Используя этот метод, вы бы обозначили углерод-12 как 126C и углерод-14 как 146С. Нижний индекс - это атомный номер, а верхний индекс - атомная масса.
Средняя атомная масса
Каждый элемент, встречающийся в природе, имеет несколько изотопных форм, и ученым удалось синтезировать гораздо больше в лаборатории. Я всего, есть 275 изотопов стабильных элементов и около 800 радиоактивных изотопов. Поскольку каждый изотоп имеет разную атомную массу, атомная масса, указанная для каждого элемента в периодической таблице, равна среднее значение масс всех изотопов, взвешенное по общему проценту каждого изотопа, который встречается в природа.
Например, в своей основной форме ядро водорода состоит из одного протона, но есть два встречающихся в природе изотопа, дейтерий (21H), имеющий один протон, и тритий (31H), в котором их два. Поскольку форма, не содержащая протонов, является наиболее распространенной, средняя атомная масса водорода не сильно отличается от 1. Это 1.008.
Изотопы и радиоактивность
Атомы наиболее стабильны, когда количество протонов и нейтронов в ядре равно. Добавление дополнительного нейтрона часто не нарушает эту стабильность, но когда вы добавляете два или более, энергия связи, которая удерживает нуклоны вместе, может быть недостаточно сильной, чтобы удерживать их. Атомы выбрасывают лишние нейтроны и вместе с ними определенное количество энергии. Этот процесс - радиоактивность.
Все элементы с атомными номерами выше 83 радиоактивны из-за большого количества нуклонов в их ядрах. Когда атом теряет нейтрон, чтобы вернуться к более стабильной конфигурации, его химические свойства не меняются. Однако некоторые из более тяжелых элементов могут выделять протон для достижения более стабильной конфигурации. Этот процесс является трансмутацией, потому что атом превращается в другой элемент, когда теряет протон. Когда это происходит, атом, претерпевающий изменение, становится родительским изотопом, а тот, который остается после радиоактивного распада, - дочерним изотопом. Примером трансмутации является распад урана-238 в торий-234.