Izotop

De la Wikipedia, enciclopedia liberă

Acest articol sau această secţiune are bibliografia incompletă sau inexistentă. Puteţi ajuta găsind susţinere bibliografică pentru conţinutul paginii.

Izotopul este specia chimică cu acelaşi numar atomic Z dar cu numar de masa A diferit (adică aceleaşi proprietăţi chimice dar proprietăţi fizice diferite). Cuvântul "izotop" provine din grecescul isos (egal) şi topos (loc). Toţi izotopii unui element chimic au în învelişul electronic acelaşi număr de electroni, iar nucleele lor au acelaşi număr de protoni; ceea ce este diferit reprezintă numărul de neutroni.

În nomenclatura ştiinţifică, izotopii unui element se scriu prin adăugarea unei cratime între numele elementului şi numărul său de masă, astfel: heliu-3, carbon-12, carbon-14, oxigen-18, uraniu-238, iar prescurtat se notează folosind simbolul elementului şi numărul de masă în partea stângă sus: ³He, ¹²C, ¹⁴C, ¹⁸O, ²³⁸U.

[modifică] Cercetare

Fizicianul de origine britanică, Sir Joseph Thomson, a demonstrat în 1912 existenţa unor izotopi stabili care, la trecerea completă a neonului are loc o descărcare într-un tub şi o ricoşare a ionilor de neon în apropierea mijloacelor câmpurilor magnetice şi electrice; aceasta arată că elementul stabil de neon există în mai multe forme. Thomson găseşte doi izotopi de neon, unul cu masa de 20 şi celălalt cu masa de 22. Următoarele experimente arată că întâmplarea naturală a neonului conţine 90% din izotopul de neon cu masa de 20, 9,73% din izotopul cu masa de 22, şi 0,27% din izotopul cu masa de 21. Cercetările despre izotopi au fost continuate de mulţi oameni de ştiinţă, mai ales de către fizicianul englez, Francis William Aston; în munca lor au descoperit şi au studiat izotopi care sunt acceleraţi de dezvoltarea spectografică a masei.

Este bine cunoscut că majoritatea elementelor în stare naturală sunt compuse dintr-un amestec de doi sau mai mulţi izotopi. Printre excepţii se găseşte şi beriliu (Be), aluminiul (Al), fosforul (P), şi sodiu (Na). Greutatea atomică chimică a unui element este greutatea medie a unei greutăţi atomice, sau masei atomice, a izotopilor. De exemplu, greutatea atomică a clorului este 35.457, şi este compusă din clor-35 şi clokj;pklr-37, primul se găseşte cu abundenţă de 76% şi cel de-al doilea cu 24%. Toţi izotopii elementelor cu numărul atomic mai mare de 83, după bismut (Bi), în sistemul periodic sunt radioactivi, şi puţini din izotopii gazoşi, similari potasiului-40 (K) sunt radioactivi. Aproximativ 280 de izotopi stabili găsiţi (neradioactivi) sunt cunoscuţi.

Izotopii radioactivi artificiali, cunoscuţi de asemenea ca radioizotopi, au fost produşi pentru prima dată în 1933 de fizicienii francezi Marie şi Pierre Joliot-Curie. Radioizotopii sunt produşi pentru bombardarea naturală găsită a atomilor cu particulele nucleare, de asemenea ca neutronii, electronii, protonii, şi particulele alfa, folosind particule acceleratorii.

[modifică] Separarea

Separarea izotopilor aceluiaşi element de la unul la altul este dificilă. Separarea totală într-un pas prin metode chimice este imposibilă, deoarece izotopii aceluiaşi element, au aceleaşi proprietăţi chimice; metodele fizice sunt în general bazate pe deosebiri extrem de mici, în proprietăţile fizice au cauzat diferenţe majore ale izotopilor. Separarea electrolitică şi diverse proceduri de schimburi pentru separarea izotopilor, oricât, bazându-se pe un ritm chimic sau diferenţe de echilibru, care se bazează în mod primar pe diferenţele în energie de legături chimice, care are un rol al masei izotopilor.

Izotopii de hidrogen, deuteriu (hidrogen -2) şi hidrogenul obişnuit (hidrogen -1), primul a fost separat în cantităţi apreciabile. Această realizare este acreditată chimistului american Harord Urey, care a descoperit deuteriul în 1932.

Înainte de 1940 multe metode au fost folosite la separarea unor mici cantităţi de izotopi pentru cercetările rezultate. Câteva din cele mai reuşite au fost metoda centrifugă şi separarea electromagnetică. Fiecare din aceste metode depind de o mică diferenţă de greutate a izotopilor pentru a fi separaţi, şi cel mai eficace sunt izotopii de hidrogen, unde diferenţele de masă între două substanţe se ridică la 100%; în contrast, diferenţa în masă între izotopii de carbon-12 şi -13 sau între izotopii de neon -20 şi neon-22 ajunge doar la 10%, şi între izotopii de uraniu-235 şi uraniu-238 doar la puţin peste 1%.

Acest factor de la 10 la 1 sau de la 100 la 1 face separarea mai îndepărtată de 10 sau de 100 de ori mai greu. În toate procesele, excluzând pe cel electromagnetic, separarea izotopilor include o serie de etape de producţie. Rezultatul final a unei singure etape este separarea materialului original în două fracţiuni, una care conţine un procentaj puţin mai mare pentru izotopul mai greu decât amestecul original şi celălalt conţine puţin mai mult decât izotopul mai luminos.

Pentru a obţine o concentraţie apreciată, sau mai îmbogăţită, în izotopul dorit, este necesar să separăm mai mult o fracţiune îmbogăţită. Acest proces este purtat afară cu scopul unei revărsări, cuprinzând un număr mare de etape. Îmbogăţirea cu fracţiuni de la nici o etapă devine un material brut pentru următoarea etapă, şi fracţiunea epuizată, care conţine un considerabil procentaj al izotopului dorit, este amestecat cu un material brut pentru etapa precedentă. Chiar şi materialul epuizat de etapa originală este dezbrăcată de etapa suplimentară când materialul brut (de exemplu, uraniul) este rar. Potrivit aparatului este realizat pentru realiza revărsarea etapă cu etapă în mod automat şi continuu.

De asemenea o revărsare este extrem de flexibilă, şi elementul poate fi schimbat de la o etapă a separării încă este dorită. De exemplu, la separarea uraniului, o mare cantitate a materialului trebuie manipulată de la început, unde uraniul dorit-235 este amestecat de aproximativ 140 de ori cu toate că uraniu-238; la sfârşitul procesului, uraniu-235 este aproape pur, şi volumul materialului este mult mai mic. Într-o măsură mai mare cu numai schimbând şnurul, este posibil să schimb etapele înlocuite pentru completare la o etapă intermediară a acelui material rezultând din îmbogăţirea preliminară până la un proces diferit.

[modifică] Exemple de izotopi ai atomului de hidrogen

• izotopul cu 1 neutron se numeşte Protiu (stabil)(H)
• izotopul cu 2 neutroni se numeşte Deuteriu (stabil)(D)
• izotopul cu 3 neutroni se numeşte Tritiu (radioactiv)(Deuteroxid)