Изотопы

Изото́пы (от др.-греч. ισος — «равный», «одинаковый», и τόπος — «место») — разновидности атомов (и ядер) какого-либо химического элемента, которые имеют одинаковый атомный (порядковый) номер, но при этом разные массовые числа. Название связано с тем, что все изотопы одного атома помещаются в одно и то же место (в одну клетку) таблицы Менделеева. Химические свойства атома зависят от строения электронной оболочки, которая, в свою очередь, определяется в основном зарядом ядра Z (то есть количеством протонов в нём), и почти не зависят от его массового числа A (то есть суммарного числа протонов Z и нейтронов N).

Все изотопы одного элемента имеют одинаковый заряд ядра, отличаясь лишь числом нейтронов. Обычно изотоп обозначается символом химического элемента, к которому он относится, с добавлением верхнего левого индекса, означающего массовое число (например, 12C, 222Rn). Можно также написать название элемента с добавлением через дефис массового числа (например, углерод-12, радон-222). Некоторые изотопы имеют традиционные собственные названия (например, дейтерий, актинон).

Различают изотопы устойчивые (стабильные) и радиоактивные.

Пример изотопов: 168O, 178O, 188O — три стабильных изотопа кислорода.

На март 2017 года известно 3437 изотопов всех элементов.

Источник: Википедия

Упоминания в литературе

Масса электрона пренебрежимо мала, поэтому общая масса атома – его массовое число – равна суммарному числу протонов и нейтронов в ядре. Как правило, массовое число чуть более чем вдвое превосходит порядковый номер элемента, поскольку нейтронов обычно чуть больше, чем протонов. В отличие от числа протонов, число нейтронов не определяет, к какому элементу относится атом. Атомы любого элемента могут существовать в различных вариантах, именуемых изотопами, у которых одинаковое число протонов, но разное число нейтронов. У некоторых элементов, например фтора, имеется только один природный изотоп. Фтор – элемент с порядковым номером 9 и массовым числом 19. Отсюда следует, что ядро атома фтора состоит из девяти протонов и десяти нейтронов. Другие элементы, однако, имеют множество изотопов. У свинца пять широко распространенных изотопов. Все они имеют одно и то же число протонов и электронов (82 – атомное число свинца) и массовое число (от 202 до 208). Углерод имеет три природных изотопа. Углерод-12 – самый распространенный, он имеет по шесть протонов и нейтронов. Реже встречается углерод-13. Углерод-14 тоже редок, но его все же достаточно для использования в датировании образцов органического происхождения.

Ричард Докинз, Самое грандиозное шоу на Земле: доказательства эволюции, 2009

Весьма полезным является то обстоятельство, что соответствующие радиолинии, принадлежащие различным изотопам одной и той же молекулы, имеют довольно заметно различающиеся длины волн. Это позволяет исследовать изотопный состав межзвездной среды, что имеет большое значение для изучения проблемы эволюции вещества во Вселенной. В частности, раздельно наблюдаются такие изотопные комбинации окиси углерода: 12С16О, 13С16О и 12С18О.

Иосиф Шкловский, Вселенная, жизнь, разум, 2006

В отличие от радиоактивного изотопа (14С) доля стабильных изотопов углерода в современном мире постоянна (12С/13С = 98,89/1,11). Поэтому любые отклонения от стандартной пропорции определимы и значимы, а в случае углерода практически всегда опосредованы деятельностью живых существ.

Андрей Журавлев, Сотворение Земли. Как живые организмы создали наш мир, 2018

Число различных галогенметанов намного увеличится, если учитывать также изотопные разновидности элементов – хотя бы те, что встречаются в природе. Это стабильные 12С, 13С, 1H, 2Н (D, дейтерий), 19F, 35Cl, 37Cl, 79Br, 81Br, 127I и радиоактивные 3Н (T, тритий, период полураспада 12,3 года) и 14С (период полураспада 5730 лет). Подставляя в приведенную формулу n = 9, k = 4 и умно-жая полученное значение на 3 (три изотопа углерода), получим 3 · 12!/4!8! = 1350. И еще к ним надо добавить 126 · 3 = 378 оптических изомеров (126 – это число сочетаний из 9 элементов по 4 без повторений, которое дается формулой n!/k!(n – k)!). Если же не брать в расчет радиоактивные соединения, то разных галогенметанов будет поменьше: при n = 7 и k = 4 получим 2 · 11!/4!7! = = 660 и еще 2 · 7!/4!3! = 70 стереоизомеров.

И. А. Леенсон, Занимательная химия для детей и взрослых, 2013

Процесс радиоактивного распада (перехода радиоактивного элемента в другой химический элемент) сопровождается излучением одного или нескольких видов. В соответствии с тем, какой вид излучения характерен для радиоактивного распада данного изотопа, выделяют γ-активные изотопы (например, цезий-137), δ-излучатели (например, стронций-90) и α-излучатели (например, большинство изотопов плутония).

Марина Краснова, Полный справочник санитарного врача, 2013

Число нерадиоактивных (стабильных) и радиоактивных соединений с H2O достигает 18: собственно H2O, 8 стабильных и 9 радиоактивных тяжелых молекулярных форм. Если учитывать все известные изотопы элементов воды (кислорода и водорода), то можно говорить о существовании 476 форм воды. Но распад радиоактивных изотопов водорода (за исключением трития) продолжается от долей секунд до нескольких секунд, что делает невозможным образование химических связей и длительное существование молекул воды с такими изотопами. Что касается тяжелых радиоизотопов кислорода, их полураспад происходит в течение наносекунд или нескольких секунд, поэтому воду с ними получить нереально. Можно выявить лишь микрообразцы.

Филатова С. В., Магия воды. Чудесные исцеления, 2012

Теоретические кривые, рассчитанные Ровинским, были сделаны для возможной судьбы стронция-90 в будущем. В реальных озерах, как объясняет сам автор, в течение первых двух лет учитывалась общая радиоактивность смеси радиоизотопов (состав смеси не приводится). Вполне очевидно, что в первые 12 месяцев в озерах в составе радиоактивного загрязнения было не меньше 40 % короткоживущих радиоизотопов, которые исчезли к сроку совпадения теоретической и экспериментальной кривых. Смесь радиоактивных изотопов, в которой 60 % приходится на долгоживущие продукты распада урана (в основном стронций), характерна для реакторных отходов после определенного срока хранения или для смеси старых и свежих отходов (с преобладанием старых). Но как и чем реально были загрязнены в 1957-м или 1958 г. эти озера, автор не упоминает. И высказанное выше соображение может пока служить для нас лишь гипотезой.

Медведев Ж. А., Атомная катастрофа на Урале, 2017

В ядре его атома либо вообще нет нейтронов, либо есть один или два. Это значит, что водород существует в виде трех изотопов, т. е. в виде трех атомов различной массы, но с одинаковым зарядом ядра. Следовательно, для того чтобы различать изотопы, их обозначают числом, равным сумме входящих в ядро протонов и нейтронов. Для водорода это соответственно водород-1 (обычный), водород-2 (дейтерий), водород-3 (тритий). В ядре цезия-137 содержится 55 протонов и 82 нейтрона (Cs15357), в радии-226 содержится 88 протонов и 138 нейтронов (Ra28286). Оказалось, что 106 элементов имеют 1600 разновидностей. Из этого числа около 365 изотопов существуют в природе, а свыше 1250 получены искусственно.

Мархоцкий Ян Л., Радиационная и экологическая безопасность атомной энергетики, 2009

– То есть не я совершил научное открытие по разделению изотопов, но именно мой частный институт создал на основе этого открытия изобретение – эффективно работающую технологию. Ибо только мы можем получать – с помощью газофазового метода – нанопорошки платины. Именно на гидрофобном платиновом катализаторе мы и разделяем ядра изотопов водорода, – поясняет Виктор Петрик.

Калашников Максим, Новая инквизиция. Кто мешает русскому прорыву?, 2014

Метод гистоавторадиографии позволяет выявить состав химических веществ в структурах и интенсивность обмена по включению радиоактивных изотопов в изучаемые структуры. Метод используется чаще всего в экспериментах на животных.

Седов Александр, Гистология человека: конспект лекций для вузов, -1

Самый главный параметр любого атома – это число протонов, или атомный номер (Z). Величина Z однозначно определяет положение данного атома в периодической системе элементов, то есть в таблице Менделеева. Как мы уже знаем, число электронов обычно равно числу протонов. А вот что касается числа нейтронов, то оно может при одном и том же числе протонов быть разным. Атомы, имеющие одинаковый атомный номер, но разное число нейтронов, называются изотопами. Если слово “изотопы” не упоминается, значит, число нейтронов нам в данном случае неважно. Все атомы, имеющие одинаковое число протонов, по определению относятся к одному химическому элементу.

Ястребов Сергей, От атомов к древу: Введение в современную науку о жизни, 2017

Цитата: «А вообще, очистка полония и выделение его из смеси с другими металлами для современной техники не представляет особо трудной задачи. Существуют разные способы выделения полония, в частности электрохимический, когда металлический полоний выделяют на платиновом или золотом катоде, а затем отделяют возгонкой. У. Корлисс, Д. Харви, в книге «Источники энергии на радиоактивных изотопах», в качестве одного из достоинств полония-210 упоминают доступность этого изотопа. В этой оке книге говорится, что висмут и получаемый из него полоний легко разделяются методами ионного обмена».

Гаев Д. Г., Александр Литвиненко и Полоний-210. Чисто английское убийство или полураспад лжи, 2016

Большие надежды связаны с применением фуллеренов в медицине. Почти идеальная сферическая структура молекулы фуллерена и микроскопический размер (диаметр 0,7 нм), позволяют ученым рассчитывать на то, что эти молекулы смогут создать механическое препятствие для проникновения вирусов в клетки зараженного организма. Обсуждается также и идея создания противораковых препаратов на основе водорастворимых соединений фуллеренов с внедренными внутрь радиоактивными изотопами. Введение такого лекарства в ткань позволит избирательно воздействовать на пораженные опухолью клетки, препятствуя их дальнейшему размножению. Пока основное препятствие на пути разработок связано с нерастворимостью молекул фуллеренов в воде, затрудняющей их прямое введение в организм. Другое препятствие – высокая цена искусственных изотопов. Стоимость фуллеренов высшего сорта составляет около 900 долларов США за грамм, более низкого качества – около 40 долларов за грамм в зависимости от степени чистоты фуллеренов. Эти «недостатки» искусственных фуллеренов искупают фуллерены природные, которые были обнаружены в земной коре после открытия уникального вещества в научных лабораториях.

Шунгит, 2013

На следующем этапе дейтерий взаимодействует с еще одним протоном. Образуется изотоп гелия 3He и рождается гамма-квант. У гелия-3 есть несколько возможностей для дальнейших реакций. Реже всего – в ничтожно малой доле случаев – в реакцию вступает протон, образуя на выходе 4He, позитрон и электронное нейтрино (эти нейтрино крайне важны, несмотря на свою редкость, поскольку они имеют самую высокую энергию).

Попов С. Б., Вселенная. Краткий путеводитель по пространству и времени: от Солнечной системы до самых далеких галактик и от Большого взрыва до будущего Вселенной, 2018

Естественная радиоактивность воздуха определяется прежде всего содержанием в нем таких газов, как радон, актион и торон – продуктов распада радия, актиния и тория, находящихся в земных породах. Кроме того, в воздухе содержатся углерод-14, аргон-41, фтор-18 и ряд других изотопов, образующихся в результате бомбардировки атомов кислорода, водорода и азота космическими лучами.

Шилов В. Н., Гигиена. Конспект лекций, 2009

Необходимо учитывать, что сегодня атомная энергия в мирных целях используется не только для развития энергетики, т. е. для производства электрической энергии, но и все шире применяются радиоактивные изотопы и ионизующие излучения в различных отраслях экономики, в науке и промышленности, на транспорте, в агротехнике, биологии, медицине, космических исследованиях.

Матиящук С. В., Комментарий к Федеральному закону от 21 ноября 1995 г. № 170-ФЗ «Об использовании атомной энергии» (постатейный), 2010

Такую оценку предлагают сегодня геохимики, анализируя образцы базальтовых пород из подводных хребтов в Карибском море, Тихом и Атлантическом океанах. Сопоставляя количество обнаруженного в образцах углерода с содержанием в нем редкого изотопа гелия, ученые сделали вывод о том, что содержание окиси углерода в атмосфере Земли, по крайней мере, в первый миллиард лет ее существования было в тысячу раз больше, чем в настоящее время, и составляло около 40 %. При этом температура в приземном слое достигала почти 100 °C, и вода океанов почти закипала.

Фейгин О. О., Планета бурь, 2016

К физическим канцерогенам относятся различные виды ионизирующей радиации (рентгеновские, g-лучи, элементарные частицы – протоны, нейтроны, a-, b-частицы), а также ультрафиолетовое излучение. Чаще всего под влиянием радиации возникают лейкозы, опухоли легких, кожи и костей, а также эндокриннозависимые опухоли (молочной железы, репродуктивной системы, щитовидной железы). Введение в организм радиоактивных изотопов может вызвать развитие опухолей в различных органах, в первую очередь в тех, где накапливаются радиоактивные вещества.

Селезнева Т. Д., Патологическая физиология, -1

Пектин необходим для полноценной работы желудочно-кишечного тракта, уменьшает потерю воды организмом, сокращает время свертывания крови, нейтрализует яды, замедляет выведение из организма аскорбиновой кислоты, антибиотиков, снижает уровень холестерина в крови, влияет на обмен желчных кислот, на продолжительность действия многих лекарственных веществ. Пектин связывает стронций, кобальт, радиоактивные изотопы, обезвреживая их. Пектины в основном не всасываются в организме, а выводятся с вредными веществами. Пектины уменьшают процессы гниения в кишечнике. Они способствуют выработке в кишечнике витаминов группы В (особенно В12), увеличению количества полезных микроорганизмов в кишечнике.

Кушлина Наталья, Золотой ус и целительные напитки, -1