Изотоптар

Бір элементтің массалық сандары әртүрлі атомдары изотоптар деп аталады. Бір элементтің изотоптарының атомдарының протондар саны бірдей (Z) және бір-бірінен нейтрондар саны (N) бойынша ерекшеленеді.

Әртүрлі элементтердің изотоптарының өз атаулары болмайды, бірақ элементтің атын қайталайды; бұл жағдайда берілген изотоптың атомдық массасы – оның сол элементтің басқа изотоптарынан жалғыз айырмашылығы – элементтің химиялық формуласындағы үстіңгі жазу арқылы көрсетіледі: мысалы, уран изотоптары үшін – 235 U, 238 U. изотоптар номенклатурасының ережелерінен тек №1 элемент - сутегі ерекшелік болып табылады. Қазіргі уақытта белгілі сутегі изотоптарының үшеуі де өздерінің арнайы химиялық таңбалары ғана емес, сонымен қатар өз атауына ие: 1 Н - протий, 2 D - дейтерий, 3 Т - тритий; бұл жағдайда протий ядросы жай ғана бір протон, дейтерий ядросында бір протон және бір нейтрон, тритий ядросында бір протон және екі нейтрон болады. Сутегі изотоптарының атаулары тарихи түрде осылай дамыды, өйткені бір нейтронның қосылуы нәтижесінде пайда болатын сутегі изотоптарының массаларының салыстырмалы айырмашылығы барлық химиялық элементтер арасында максимум болып табылады.

Барлық изотоптарды тұрақты (тұрақты), яғни атом ядроларының өздігінен ыдырауына ұшырамайтын (бұл жағдайда ыдырауды радиоактивті деп атайды) және тұрақсыз (тұрақсыз) – радиоактивті, яғни радиоактивті ыдырауға ұшырайтын деп бөлуге болады. Табиғатта кең таралған элементтердің көпшілігі екі немесе одан да көп тұрақты изотоптардың қоспасынан тұрады: мысалы, 16 O, 12 C. Барлық элементтердің ішінде қалайы ең көп тұрақты изотоптарға ие (10 изотоп), ал, мысалы, алюминий бар. табиғатта бір ғана тұрақты изотоп түрінде - оның қалған белгілі изотоптары тұрақсыз. Тұрақсыз изотоптардың ядролары өздігінен ыдырап, басқа элементтің тұрақты изотопы пайда болғанша b бөлшектері мен с бөлшектерін (электрондарды) бөледі: мысалы, 238 U (радиоактивті уран) ыдырауы 206 Pb (тұрақты изотоп) түзілуімен аяқталады. қорғасын). Изотоптарды зерттегенде олардың химиялық қасиеттері бойынша бір-бірінен ерекшеленбейтіні белгілі болды, олар өзімізге белгілі, олардың ядроларының зарядымен анықталады және ядролардың массасына тәуелді емес.

Электрондық қабықтар

Атомның электрондық қабаты – электрондардың орналасу ықтималдығы бар кеңістік аймағы, n бас кванттық санның бірдей мәнімен сипатталады және соның салдары ретінде жақын энергетикалық деңгейлерде орналасқан. Әрбір электронды қабатта электрондардың белгілі бір максималды саны болуы мүмкін.

Негізгі кванттық санның n = 1 мәнінен бастап энергетикалық деңгейлер (қабаттар) K, L, M және N деп белгіленеді. Олар бір-бірінен ядромен байланыс энергиясы бойынша ерекшеленетін ішкі деңгейлерге (қосалқы қабаттарға) бөлінеді. Ішкі деңгейлер саны негізгі кванттық санның мәніне тең, бірақ төрттен аспайды: 1-деңгейде бір ішкі деңгей, 2-де - екі, 3-де - үш, 4-де - төрт ішкі деңгей бар. Ішкі деңгейлер өз кезегінде орбитальдардан тұрады. Ішкі деңгейлерді латын әріптерімен белгілеу әдеттегідей, s - ядроға жақын әрбір энергетикалық деңгейдің бірінші ішкі деңгейі; ол бір s-орбитальдан тұрады, p - екінші ішкі деңгей, үш р-орбитальдан тұрады; d – үшінші ішкі деңгей, ол бес d-орбитальдан тұрады; f - төртінші ішкі деңгей, құрамында жеті f орбиталь бар. Осылайша, n-дің әрбір мәні үшін n 2 орбиталь бар. Әрбір орбиталь екі электроннан аспауы мүмкін – Паули принципі. Егер орбитальда бір электрон болса, онда ол жұпталмаған деп аталады, егер екеуі болса, онда бұл жұпталған электрондар. Паули принципі N=2n 2 формуласын түсіндіреді. Егер бірінші деңгейдегі K(n=1) 1 2 = 1 орбитальдан тұрса және әрбір орбитальда 2 электрон болса, онда электрондардың максималды саны 2*1 2 =2 болады; L (n = 2) =8; M (n = 3) =18; N (n = 4) =32.

Радиоактивті элементтердің қасиеттерін зерттегенде бір химиялық элементтің құрамында ядролық массалары әртүрлі атомдар болуы мүмкін екендігі анықталды. Сонымен бірге олардың ядролық зарядтары бірдей, яғни бұл бөгде заттардың қоспалары емес, бір зат.

Изотоптар дегеніміз не және олар неліктен бар?

Менделеевтің периодтық жүйесінде бұл элемент те, ядролық массалары әртүрлі заттың атомдары да бір жасушаны алады. Жоғарыда айтылғандарға сүйене отырып, бір заттың мұндай сорттарына «изотоптар» атауы берілді (грек тілінен isos - бірдей және topos - орын). Сонымен, изотоптар- бұл атом ядроларының массасы бойынша ерекшеленетін берілген химиялық элементтің сорттары.

Ядроның қабылданған нейтрон-протон моделі бойынша изотоптардың болуын былай түсіндіруге болады: заттың кейбір атомдарының ядроларында нейтрондардың саны әртүрлі, бірақ протондар саны бірдей. Шындығында бір элементтің изотоптарының ядро ​​заряды бірдей, сондықтан ядродағы протондар саны бірдей. Ядролар массасы бойынша ерекшеленеді, оларда нейтрондардың саны әртүрлі;

Тұрақты және тұрақсыз изотоптар

Изотоптар тұрақты немесе тұрақсыз болуы мүмкін. Бүгінгі таңда 270-ке жуық тұрақты және 2000-нан астам тұрақсыз изотоптар белгілі. Тұрақты изотоптар- Бұл ұзақ уақыт бойы тәуелсіз өмір сүре алатын химиялық элементтердің сорттары.

Көпшілігі тұрақсыз изотоптаржасанды жолмен алынды. Тұрақсыз изотоптар радиоактивті болып табылады, олардың ядролары радиоактивті ыдырау процесіне ұшырайды, яғни бөлшектердің және/немесе сәулеленудің бөлінуімен бірге басқа ядроларға өздігінен өзгереді. Барлық дерлік радиоактивті жасанды изотоптар секундтармен немесе тіпті секундтармен өлшенетін өте қысқа жартылай шығарылу кезеңіне ие.

Ядрода қанша изотоп болуы мүмкін?

Ядрода нейтрондардың ерікті саны болуы мүмкін емес. Сәйкесінше, изотоптардың саны шектеулі. Протондардың жұп саныэлементтер, тұрақты изотоптардың саны онға жетуі мүмкін. Мысалы, қалайыда 10 изотоп, ксенонда 9, сынапта 7 және т.б.

Сол элементтер протондар саны тақ, тек екі тұрақты изотопқа ие болуы мүмкін. Кейбір элементтердің бір ғана тұрақты изотопы болады. Бұл алтын, алюминий, фосфор, натрий, марганец және басқалары сияқты заттар. Әртүрлі элементтердің тұрақты изотоптарының санының мұндай ауытқуы протондар мен нейтрондар санының ядроның байланыс энергиясына күрделі тәуелділігімен байланысты.

Табиғаттағы заттардың барлығы дерлік изотоптар қоспасы түрінде болады. Заттағы изотоптардың саны заттың түріне, атомдық массасына және берілген химиялық элементтің тұрақты изотоптарының санына байланысты.

Изотоптар- атомдық (реттік) саны бірдей, бірақ сонымен бірге массалық сандары әртүрлі химиялық элемент атомдарының (және ядроларының) сорттары.

Изотоп термині гректің isos (ἴσος «тең») және topos (τόπος «орын») түбірлерінен жасалған, «бір орын» дегенді білдіреді; Сонымен, атаудың мағынасы бір элементтің әртүрлі изотоптары периодтық жүйеде бір орынды алады.

Сутегінің үш табиғи изотоптары. Әрбір изотоптың бір протонға ие болуы сутегінің нұсқаларына ие: изотоптың сәйкестігі нейтрондар санымен анықталады. Солдан оңға қарай изотоптар нейтрондары нөлдік протий (1Н), бір нейтронды дейтерий (2Н) және екі нейтронды тритий (3Н) болып табылады.

Атом ядросындағы протондар саны атомдық нөмір деп аталады және ол бейтарап (ионданбаған) атомдағы электрондар санына тең. Әрбір атомдық нөмір белгілі бір элементті анықтайды, бірақ изотопты емес; Берілген элемент атомы нейтрондар санында кең диапазонға ие болуы мүмкін. Ядродағы нуклондар саны (протондар да, нейтрондар да) атомның массалық саны болып табылады, ал берілген элементтің әрбір изотопының әртүрлі массалық саны бар.

Мысалы, көміртегі-12, көміртегі-13 және көміртек-14 тиісінше массалық сандары 12, 13 және 14 болатын элементтік көміртектің үш изотоптары. Көміртектің атомдық нөмірі 6-ға тең, яғни әрбір көміртек атомында 6 протон бар, сондықтан бұл изотоптардың нейтрон сандары сәйкесінше 6, 7 және 8.

Нуклидтер Және изотоптар

Нуклид атомды емес, ядроны білдіреді. Бірдей ядролар бір нуклидке жатады, мысалы, көміртегі-13 нуклидінің әрбір ядросы 6 протон мен 7 нейтроннан тұрады. Нуклидтер тұжырымдамасы (жеке ядролық түрлерге қатысты) химиялық қасиеттерден гөрі ядролық қасиеттерге баса назар аударады, ал изотоптық тұжырымдама (әрбір элементтің барлық атомдарын топтастыру) ядролық реакцияға қарағанда химиялық реакцияға баса назар аударады. Нейтрон саны ядролардың қасиеттеріне үлкен әсер етеді, бірақ оның химиялық қасиеттеріне әсері көптеген элементтер үшін шамалы. Нейтрондардың атомдық санына қатынасы изотоптар арасында ең көп өзгеретін ең жеңіл элементтер жағдайында да ол кейбір жағдайларда маңызды болғанымен, әдетте шамалы ғана әсер етеді (ең жеңіл элемент сутегі үшін изотоптық эффект үлкен. биологияға үлкен әсер ету). Изотоп ескі термин болғандықтан, ол нуклидке қарағанда жақсы белгілі және кейде ядролық технология және ядролық медицина сияқты нуклид неғұрлым қолайлы болуы мүмкін контексттерде қолданылады.

Белгілер

Изотоп немесе нуклид белгілі бір элементтің атымен (бұл атомдық нөмірді көрсетеді), одан кейін сызықша және массалық нөмірмен анықталады (мысалы, гелий-3, гелий-4, көміртек-12, көміртек-14, уран- 235 және уран-239). Химиялық таңба пайдаланылғанда, мысалы. Көміртек үшін «С», стандартты белгілеу (қазір «AZE-белгілеу» деп аталады, себебі A - массалық сан, Z - атомдық нөмір, E - элемент үшін) - үстіңгі сызықпен массалық нөмірді (нуклондар санын) көрсетіңіз химиялық таңбаның жоғарғы сол жағында және төменгі сол жақ бұрышта төменгі белгісі бар атом нөмірін көрсетіңіз). Атомдық нөмір элементтің таңбасы арқылы берілгендіктен, әдетте үстіңгі сызбада тек массалық нөмір беріледі және атомдық индекс берілмейді. Кейде массалық саннан кейін m әрпі ядролық изомерді, метатұрақты немесе энергетикалық қоздырылған ядролық күйді (энергетикалық ең төменгі негізгі күйге қарағанда) көрсету үшін қосылады, мысалы, 180м 73Ta (тантал-180м).

Радиоактивті, біріншілік және тұрақты изотоптар

Кейбір изотоптар радиоактивті, сондықтан радиоизотоптар немесе радионуклидтер деп аталады, ал басқалары ешқашан радиоактивті ыдырауы байқалмаған және оларды тұрақты изотоптар немесе тұрақты нуклидтер деп атайды. Мысалы, 14 С көміртектің радиоактивті түрі, ал 12 С және 13 С тұрақты изотоптар. Жер бетінде шамамен 339 табиғи түрде кездесетін нуклидтер бар, олардың 286-сы алғашқы нуклидтер, яғни олар Күн жүйесі пайда болғаннан бері бар.

Түпнұсқа нуклидтерге жартылай ыдырау мерзімі өте ұзақ (100 миллион жылдан астам) 32 және ыдырауы байқалмағандықтан ресми түрде «тұрақты нуклидтер» болып саналатын 254 нуклидтер кіреді. Көп жағдайда белгілі себептерге байланысты, егер элементтің тұрақты изотоптары болса, онда бұл изотоптар Жерде және Күн жүйесінде табылған элементтердің көптігіне үстемдік етеді. Алайда, үш элемент (теллур, индий және рений) жағдайында табиғатта ең көп таралған изотоп бұл элементтерде бір элементке ие болғанына қарамастан, шын мәнінде элементтің бір (немесе екі) өте ұзақ өмір сүретін радиоизотоптары болып табылады. немесе одан да тұрақты изотоптар.

Теория «тұрақты» болып көрінетін көптеген изотоптар/нуклидтер радиоактивті болып табылады, жартылай ыдырау мерзімі өте ұзақ (протонның ыдырау мүмкіндігін елемейді, бұл барлық нуклидтерді ақырында тұрақсыз етеді) деп болжайды. Ешқашан байқалмаған 254 нуклидтің тек 90-ы (алғашқы 40 элементтің барлығы) ыдыраудың барлық белгілі формаларына теориялық тұрғыдан төзімді. 41 элемент (ниобий) өздігінен бөліну арқылы теориялық тұрақсыз, бірақ бұл ешқашан ашылған жоқ. Көптеген басқа тұрақты нуклидтер теорияда альфа ыдырауы немесе қос бета ыдырауы сияқты басқа белгілі ыдырау формаларына энергетикалық тұрғыдан сезімтал, бірақ ыдырау өнімдері әлі байқалған жоқ, сондықтан бұл изотоптар «бақылау тұрақты» болып саналады. Бұл нуклидтердің болжамды жартылай ыдырау периоды әдетте Ғаламның болжанған жасынан едәуір асып түседі, сонымен қатар жартылай ыдырау мерзімі Әлемнің жасынан ұзағырақ 27 белгілі радионуклидтер бар.

Жасанды жолмен жасалған радиоактивті нуклидтер, қазіргі уақытта белгілі 3339 нуклидтер бар. Оларға тұрақты немесе жартылай ыдырау периоды 60 минуттан асатын 905 нуклидтер кіреді.

Изотоптардың қасиеттері

Химиялық және молекулалық қасиеттері

Бейтарап атомда протондар сияқты электрондар саны бар. Осылайша, берілген элементтің әртүрлі изотоптары бірдей электрондар санына ие және ұқсас электрондық құрылымдарға ие. Атомның химиялық әрекеті негізінен оның электрондық құрылымымен анықталатындықтан, әртүрлі изотоптар бірдей дерлік химиялық әрекетті көрсетеді.

Бұған кинетикалық изотоп эффектісі ерекшелік болып табылады: олардың үлкен массасына байланысты ауыр изотоптар бір элементтің жеңілірек изотоптарына қарағанда біршама баяу әрекеттеседі. Бұл протий (1 Н), дейтерий (2 Н) және тритий (3 H) үшін айқын көрінеді, өйткені дейтерийде протийдің массасы екі есе, ал тритийде протийден үш есе көп. Массадағы бұл айырмашылықтар атомдық жүйелердің ауырлық центрін (төмендетілген масса) өзгерте отырып, олардың сәйкес химиялық байланыстарының әрекетіне де әсер етеді. Дегенмен, ауыр элементтер үшін изотоптар арасындағы салыстырмалы массалық айырмашылықтар әлдеқайда аз, сондықтан химиядағы массалық айырмашылық әсерлері әдетте елеусіз болады. (Ауыр элементтерде жеңіл элементтерге қарағанда салыстырмалы түрде көп нейтрондар бар, сондықтан ядролық массаның жалпы электрон массасына қатынасы біршама үлкен).

Сол сияқты, атомдарының изотоптары бойынша ғана ерекшеленетін екі молекула (изотопологтар) бірдей электрондық құрылымға ие, сондықтан физикалық және химиялық қасиеттері дерлік ажыратылмайды (қайтадан, бастапқы ерекшеліктер дейтерий мен тритийді қоспағанда). Молекуланың тербеліс режимдері оның пішінімен және оны құрайтын атомдардың массаларымен анықталады; Сондықтан әртүрлі изотопологтарда тербеліс режимдерінің әртүрлі жиынтықтары болады. Діріл режимдері молекулаға сәйкес энергиялардың фотондарын жұтуға мүмкіндік беретіндіктен, изотопологтар инфрақызылда әртүрлі оптикалық қасиеттерге ие.

Ядролық қасиеттер және тұрақтылық

Изотоптық жартылай ыдырау периоды. Тұрақты изотоптардың графигі Z = N сызығынан Z элемент нөмірі артқан сайын ауытқиды

Атом ядролары бір-бірімен қалдық күшті күшпен байланысқан протондар мен нейтрондардан тұрады. Протондар оң зарядты болғандықтан, олар бір-бірін тебеді. Электрлік бейтарап нейтрондар ядроны екі жолмен тұрақтандырады. Олардың жанасуы протондарды аздап алшақтап, протондар арасындағы электростатикалық серпілістерді азайтады және олар бір-біріне және протондарға тартымды ядролық күш түсіреді. Осы себепті екі немесе одан да көп протонның ядромен байланысуы үшін бір немесе бірнеше нейтрон қажет. Протондар саны артқан сайын тұрақты ядроны қамтамасыз ету үшін қажетті нейтрондардың протондарға қатынасы да артады (оң жақтағы графикті қараңыз). Мысалы, нейтрон: протон қатынасы 3 2 He 1:2 болғанымен, нейтрон: протон қатынасы 238 92 U.
3:2 артық. Бірқатар жеңілірек элементтердің 1:1 қатынасымен (Z = N) тұрақты нуклидтері бар. Нуклид 40 20 Са (кальций-40) бақылауда нейтрондар мен протондардың саны бірдей ең ауыр тұрақты нуклид болып табылады; (Теориялық тұрғыдан ең ауыр тұрақтысы күкірт-32). Кальций-40-тан ауыр барлық тұрақты нуклидтердің құрамында протондарға қарағанда нейтрондар көп.

Бір элементке келетін изотоптар саны

Тұрақты изотоптары бар 81 элементтің ішінде кез келген элемент үшін байқалған тұрақты изотоптардың ең көп саны он (қалай элементі үшін). Ешбір элементтің тоғыз тұрақты изотопы жоқ. Ксенон - сегіз тұрақты изотоптары бар жалғыз элемент. Төрт элементте жеті тұрақты изотоп бар, оның сегізінде алты тұрақты изотоп, онда бес тұрақты изотоп, тоғызда төрт тұрақты изотоп, бесеуде үш тұрақты изотоп, 16-да екі тұрақты изотоп, 26 элементте бір ғана (оның 19-ы) бар. мононуклидті элементтер деп аталатын, табиғи элементтің атомдық салмағын жоғары дәлдікпен бекітетін бір бастапқы тұрақты изотопқа ие 3 радиоактивті мононуклидті элементтер де бар); Барлығы 254 ыдырауы байқалмаған нуклидтер бар. Бір немесе бірнеше тұрақты изотоптары бар 80 элемент үшін тұрақты изотоптардың орташа саны бір элементте 254/80 = 3,2 изотопты құрайды.

Нуклондардың жұп және тақ сандары

Протондар: нейтрондардың қатынасы ядролық тұрақтылыққа әсер ететін жалғыз фактор емес. Ол сондай-ақ оның Z атомдық нөмірінің паритетіне немесе тақтығына, нейтрондар санына N, демек олардың массалық санының қосындысына байланысты. Z және N тақ екеуі де ядроның байланыс энергиясын төмендетеді, жалпы тұрақтылығы төмен тақ ядролар жасайды. Көрші ядролар, әсіресе тақ изобарлар арасындағы ядролық байланыс энергиясының бұл елеулі айырмашылығының маңызды салдары бар: нейтрондардың немесе протондардың оңтайлы емес саны бар тұрақсыз изотоптар бета-ыдырау (позитронды ыдырауды қоса), электрондарды ұстау немесе өздігінен бөліну және басқа да экзотикалық құралдар арқылы ыдырауы. ыдырау кластерлері.

Тұрақты нуклидтердің көпшілігі протондардың жұп саны және нейтрондардың жұп саны, мұнда Z, N және А сандары жұп болады. Тақ тұрақты нуклидтер (шамамен біркелкі) тақ болып бөлінеді.

Атомдық сан

148 жұп протонды, жұп нейтронды (НЭ) нуклидтер барлық тұрақты нуклидтердің ~58% құрайды. Сонымен қатар 22 алғашқы ұзақ өмір сүретін жұп нуклидтер бар. Нәтижесінде 2-ден 82-ге дейінгі жұп санды 41 элементтің әрқайсысында кемінде бір тұрақты изотоп бар және бұл элементтердің көпшілігінде бірнеше бастапқы изотоптар болады. Бұл жұп санды элементтердің жартысында алты немесе одан да көп тұрақты изотоптар бар. Екі протон мен екі нейтронның қос қосылысына байланысты гелий-4-тің өте тұрақтылығы бес немесе сегіз нуклоннан тұратын кез келген нуклидтердің ядролық синтез арқылы ауыр элементтерді жинақтау платформасы ретінде қызмет ету үшін жеткілікті ұзақ өмір сүруіне жол бермейді.

Бұл 53 тұрақты нуклидте протондардың жұп саны және нейтрондардың тақ саны бар. Олар жұп изотоптармен салыстырғанда азшылық болып табылады, олар шамамен 3 есе көп. Тұрақты нуклиді бар 41 жұп-Z элементтердің ішінде тек екі элементте (аргон және церий) жұп тақ тұрақты нуклидтер болмайды. Бір элементте (қалайы) үш элемент бар. Бір жұп тақ нуклиді бар 24 элемент және екі тақ-жұп нуклиді бар 13 элемент бар.

Нейтрондардың тақ сандары болғандықтан, тақ-жұп нуклидтер нейтрондардың қосылу әсерінен пайда болатын энергияға байланысты үлкен нейтрондарды ұстау қималарына ие болады. Бұл тұрақты нуклидтер табиғатта әдеттен тыс көп болуы мүмкін, өйткені олар бастапқы молшылықты қалыптастыру және енгізу үшін s процесі кезінде басқа тұрақты жұп тақ изотоптарды қалыптастыру үшін нейтронды ұстаудан және нуклеосинтез кезінде r нейтронды ұстау процесінде пайда болуы керек.

Тақ атомдық нөмір

Жұп нейтрондардың жұп санымен тұрақтанған 48 тұрақты тақ протонды және жұп нейтронды нуклидтер тақ элементтердің тұрақты изотоптарының көпшілігін құрайды; Өте аз тақ-протон-тақ нейтрондық нуклидтер басқаларын құрайды. Z = 1-ден 81-ге дейін 41 тақ элемент бар, оның 39-ының тұрақты изотоптары бар (технеций (43 Tc) және прометий (61 Pm) элементтерінің тұрақты изотоптары жоқ). Осы 39 тақ Z элементінің 30 элементінің (соның ішінде сутегі-1, мұнда 0 нейтрон жұп) тұрақты бір жұп тақ изотопы және тоғыз элементі бар: хлор (17 Cl), калий (19К), мыс (29 Cu), галий (31 Ga), бром (35 Br), күміс (47 Ag), сурьма (51 Sb), иридий (77 Ir) және таллий (81 Tl) әрқайсысында екі тақ-жұп тұрақты изотоптары бар. Бұл 30 + 2 (9) = 48 тұрақты жұп-жұп изотоптарды береді.

Тек бес тұрақты нуклидте протондардың тақ саны да, нейтрондардың тақ саны да болады. Алғашқы төрт «тақ-тақ» нуклидтер төмен молекулалық салмақты нуклидтерде кездеседі, олар үшін протонды нейтронға немесе керісінше өзгерту протон-нейтрон қатынасының өте бұрмалануына әкеледі.

Жалғыз толығымен «тұрақты», тақ-тақ нуклид - 180 м 73 Ta, ол 254 тұрақты изотоптардың ішіндегі ең сирек болып саналады және эксперименттік әрекеттерге қарамастан ыдырауы әлі байқалмаған жалғыз алғашқы ядролық изомер болып табылады.

Нейтрондардың тақ саны

Нейтрондардың тақ саны бар актинидтер бөлінуге бейім (жылулық нейтрондармен), ал нейтрондар саны жұп болса, олар жылдам нейтрондармен бөлінсе де, әдетте болмайды. Бақыланатын тұрақты тақ-тақ нуклидтердің барлығы нөлдік емес бүтін спинге ие. Бұл жұпталмаған жалғыз нейтрон мен жұпталмаған протонның, егер олардың спиндері тураланса (кемінде 1 бірлік жалпы спин шығаратын болса) бір-біріне қарай үлкен ядролық күшке ие болатындығына байланысты.

Табиғатта пайда болуы

Элементтер бір немесе бірнеше табиғи изотоптардан тұрады. Тұрақсыз (радиоактивті) изотоптар бастапқы немесе кейінгі болып табылады. Алғашқы изотоптар жұлдыздық нуклеосинтездің немесе ғарыштық сәулелердің бөлінуі сияқты нуклеосинтездің басқа түрінің өнімі болды және олардың ыдырау жылдамдығы өте төмен болғандықтан (мысалы, уран-238 және калий-40) бүгінгі күнге дейін сақталды. Посттабиғи изотоптар космогендік нуклидтер (мысалы, тритий, көміртек-14) немесе радиоактивті алғашқы изотоптың радиоактивті радиогендік нуклидтің (мысалы, ураннан радийге) еншісіне ыдырауы ретінде ғарыштық сәулелердің бомбалауы арқылы жасалды. Бірнеше изотоптар басқа табиғи ядролық реакциялар арқылы нуклеогендік нуклидтер ретінде табиғи түрде синтезделеді, мысалы, табиғи ядролық бөліну нейтрондары басқа атоммен жұтылады.

Жоғарыда қарастырылғандай, тек 80 элементтің тұрақты изотоптары бар, ал олардың 26-сының бір ғана тұрақты изотопы бар. Осылайша, тұрақты элементтердің шамамен үштен екісі Жерде табиғи түрде бірнеше тұрақты изотоптарда кездеседі, элемент үшін тұрақты изотоптардың ең көп саны он, қалайы үшін (50Sn). Жерде шамамен 94 элемент бар (плутонийді қоса алғанда), бірақ кейбіреулері плутоний-244 сияқты өте аз мөлшерде ғана кездеседі. Ғалымдар Жерде табиғи түрде кездесетін элементтер (кейбіреулері тек радиоизотоптар түрінде) барлығы 339 изотоптар (нуклидтер) түрінде кездеседі деп санайды. Осы табиғи изотоптардың 254-і ғана тұрақты, сондықтан олар осы уақытқа дейін байқалмаған. Тағы 35 алғашқы нуклидтер (барлығы 289 бастапқы нуклидтер) жартылай ыдырауы белгілі радиоактивті, бірақ олардың Күн жүйесінің басынан бері өмір сүруге мүмкіндік беретін жартылай ыдырау периоды 80 миллион жылдан асады.

Барлық белгілі тұрақты изотоптар табиғи түрде Жерде кездеседі; Табиғатта кездесетін басқа изотоптар радиоактивті болып табылады, бірақ олардың салыстырмалы түрде ұзақ жартылай ыдырауы немесе үздіксіз табиғи өндірістің басқа құралдары болғандықтан. Оларға жоғарыда аталған космогендік нуклидтер, нуклеогендік нуклидтер және ураннан алынған радон және радий сияқты негізгі радиоактивті изотоптың үздіксіз ыдырауы нәтижесінде пайда болатын кез келген радиогендік изотоптар жатады.

Ядролық реакторлар мен бөлшектердің үдеткіштерінде табиғатта кездеспейтін тағы 3000 радиоактивті изотоптар жасалды. Табиғатта Жерде табылмаған көптеген қысқа өмір сүретін изотоптар да жұлдыздарда немесе суперновада табиғи түрде пайда болған спектроскопиялық талдау арқылы байқалды. Мысал ретінде жер бетінде табиғи түрде кездеспейтін, бірақ астрономиялық масштабта көп кездесетін алюминий-26.

Элементтердің кестеленген атомдық массалары әртүрлі массалары бар бірнеше изотоптардың болуын ескеретін орташа мәндер болып табылады. Изотоптар ашылғанға дейін эмпирикалық түрде анықталған, интегралды емес атомдық масса мәндері ғалымдарды шатастырды. Мысалы, хлор үлгісінде 75,8% хлор-35 және 24,2% хлор-37 бар, орташа атомдық массасы 35,5 атомдық массалық бірлікке тең.

Жалпы қабылданған космология теориясына сәйкес, Үлкен жарылыста сутегі мен гелийдің изотоптары, литий мен бериллийдің кейбір изотоптарының іздері, мүмкін, бордың кейбіреулері ғана жасалды, ал қалған барлық изотоптар кейінірек, жұлдыздар мен суперновада синтезделді. және ғарыштық сәулелер сияқты энергетикалық бөлшектер мен бұрын алынған изотоптар арасындағы өзара әрекеттесулерде. Жердегі изотоптардың сәйкес изотоптық көптігі осы процестердің нәтижесінде түзілетін мөлшерлермен, олардың галактика арқылы таралуымен және тұрақсыз изотоптардың ыдырау жылдамдығымен анықталады. Күн жүйесі бастапқы біріктірілгеннен кейін изотоптар массасына қарай қайта бөлінді және элементтердің изотоптық құрамы планетадан планетаға аздап өзгереді. Бұл кейде метеориттердің шығу тегін анықтауға мүмкіндік береді.

Изотоптардың атомдық массасы

Изотоптың атомдық массасы (mr) ең алдымен оның массалық санымен (яғни оның ядросындағы нуклондар санымен) анықталады. Кішігірім түзетулер ядроның байланыс энергиясына, протон мен нейтронның массасының аз айырмашылығына және атоммен байланысқан электрондардың массасына байланысты.

Масс саны - өлшемсіз шама. Атомдық масса, керісінше, көміртегі-12 атомының массасына негізделген атомдық масса бірлігі арқылы өлшенеді. Ол «u» (бірыңғай атомдық масса бірлігі үшін) немесе «Da» (далтон үшін) таңбаларымен белгіленеді.

Элементтің табиғи изотоптарының атомдық массалары элементтің атомдық массасын анықтайды. Элементте N изотоптары болса, төмендегі өрнек орташа атомдық массаға қолданылады:

Мұндағы m 1, m 2, ..., mN - әрбір жеке изотоптың атомдық массалары, ал x 1, ..., xN - осы изотоптардың салыстырмалы көптігі.

Изотоптарды қолдану

Берілген элементтің әртүрлі изотоптарының қасиеттерін пайдаланатын бірнеше қолданбалар бар. Изотоптық бөлу маңызды технологиялық мәселе болып табылады, әсіресе уран немесе плутоний сияқты ауыр элементтермен. Литий, көміртек, азот және оттегі сияқты жеңіл элементтер әдетте СО және NO сияқты қосылыстарының газ тәрізді диффузиясы арқылы бөлінеді. Сутегі мен дейтерийдің бөлінуі әдеттен тыс болып табылады, өйткені ол Гирдлер сульфидті процесіндегі сияқты физикалық емес, химиялық қасиеттерге негізделген. Уран изотоптары көлемі бойынша газ диффузиясы, газды центрифугалау, лазерлік иондау арқылы бөлу және (Манхэттен жобасында) масс-спектрометрия түріндегі өндіріс арқылы бөлінді.

Химиялық және биологиялық қасиеттерін пайдалану

• Изотоптық талдау – бұл белгілі бір үлгідегі берілген элементтің изотоптарының салыстырмалы көптігін, изотоп белгісін анықтау. Атап айтқанда, қоректік заттар үшін C, N және O изотоптарында елеулі өзгерістер орын алуы мүмкін. Мұндай вариацияларды талдау тағам өнімдерінде жалғандықты анықтау немесе изоскрипттерді қолдану арқылы өнімдердің географиялық шығу тегі сияқты кең ауқымды қолдану аясына ие. Марста пайда болған кейбір метеориттерді анықтау ішінара олардың құрамындағы із газдарының изотоптық белгісіне негізделген.
• Изотоптық алмастыруды кинетикалық изотоптық эффект арқылы химиялық реакцияның механизмін анықтау үшін қолдануға болады.
• Тағы бір кең тараған қолдану – изотопты таңбалау, әдеттен тыс изотоптарды химиялық реакцияларда индикаторлар немесе маркерлер ретінде пайдалану. Әдетте берілген элементтің атомдары бір-бірінен ажыратылмайды. Дегенмен, әртүрлі массалардың изотоптарын пайдалану арқылы тіпті әртүрлі радиоактивті емес тұрақты изотоптарды масс-спектрометрия немесе инфрақызыл спектроскопия арқылы ажыратуға болады. Мысалы, «жасуша мәдениетіндегі амин қышқылдарының тұрақты изотоптық таңбалауында» (SILAC) тұрақты изотоптар белоктардың санын анықтау үшін қолданылады. Егер радиоактивті изотоптар қолданылса, оларды олар шығаратын сәулелер арқылы анықтауға болады (бұл радиоизотопты таңбалау деп аталады).
• Изотоптар әртүрлі элементтердің немесе заттардың концентрациясын изотопты сұйылту әдісімен анықтау үшін әдетте пайдаланылады, онда изотопты түрде алмастырылған қосылыстардың белгілі мөлшерлері үлгілермен араласады және алынған қоспалардың изотоптық белгілері масс-спектрометрия көмегімен анықталады.

Ядролық қасиеттерді пайдалану

• Радиоизотоптарды белгілеуге ұқсас әдіс радиометриялық анықтау болып табылады: тұрақсыз элементтің белгілі жартылай шығарылу кезеңін пайдалана отырып, изотоптың белгілі концентрациясы болғаннан бері өткен уақытты есептеуге болады. Ең кең таралған мысал - көміртекті материалдардың жасын анықтау үшін қолданылатын радиокөміртекті анықтау.
• Спектроскопияның кейбір түрлері радиоактивті және тұрақты ерекше изотоптардың бірегей ядролық қасиеттеріне негізделген. Мысалы, ядролық магниттік резонансты (ЯМР) спектроскопияны тек ядролық спині нөлге тең емес изотоптар үшін қолдануға болады. ЯМР спектроскопиясында қолданылатын ең көп таралған изотоптар: 1 H, 2 D, 15 N, 13 C және 31 P.
• Мессбауэр спектроскопиясы 57Fe сияқты ерекше изотоптардың ядролық ауысуларына да сүйенеді.

Бірдей, бірақ әртүрлі болатын белгілі бір элемент. Олардың саны және әртүрлілігі бірдей ядролары бар. саны, электрондық қабықшалардың құрылымы бірдей және мерзімділікте бір орынды алады. химиялық жүйе элементтері. «Изотоптар» терминін 1910 жылы Ф.Содди физикалық қасиеттерімен ерекшеленетін химиялық ажыратылмайтын сорттарды белгілеу үшін ұсынған. (ең алдымен радиоактивті) Әулиелер. Тұрақты изотоптарды алғаш рет 1913 жылы Дж.Томсон өзі әзірлеген деп аталатын әдіс арқылы ашты. параболалар әдісі - қазіргінің прототипі. . Ол Ненің салмағы бар кем дегенде 2 сорты бар екенін анықтады. 20 және 22 бөліктер. Изотоптардың атаулары мен таңбалары әдетте сәйкес химиялық заттардың атаулары мен таңбалары болып табылады. элементтер; таңбаның жоғарғы сол жағына меңзеңіз. Мысалы, табиғины көрсету үшін изотоптар 35 Cl және 37 Cl белгісін пайдаланады; кейде элемент төменгі сол жақта да көрсетіледі, яғни. 35 17 Кл және 37 17 Кл жаз. Тек ең жеңіл элементтің изотоптары, сутегі салмағы бар. 1, 2 және 3 бөліктерінде ерекше. атаулар мен таңбалар: (1 1 H), (D, немесе 2 1 H) және (T, немесе 3 1 H). Массалардағы үлкен айырмашылыққа байланысты бұл изотоптардың мінез-құлқы айтарлықтай ерекшеленеді (қараңыз). Тұрақты изотоптар барлық жұп және ең тақ элементтерде кездеседі[ 83. Сандары жұп элементтердің тұрақты изотоптарының саны болуы мүмкін 10-ға тең (мысалы, y); Тақ санды элементтердің тұрақты изотоптары екіден аспайды. Белгілі шамамен. Табиғи және жасанды жолмен алынған 116 элементтің 280 тұрақты және 2000-нан астам радиоактивті изотоптары. Әрбір элемент үшін табиғаттағы жеке изотоптардың мазмұны. қоспасы жиі елемеуге болатын шағын ауытқуларға ұшырайды. Көбірек білдіреді. метеориттер мен басқа аспан денелері үшін изотоптық құрамның ауытқуы байқалады. Изотоптық құрамның тұрақтылығы Жерде табылған элементтердің тұрақтылығына әкеледі, бұл табиғаттағы изотоптардың көптігін ескере отырып табылған берілген элемент массасының орташа мәні. Жеңіл элементтердің изотоптық құрамының ауытқуы, әдетте, ыдырау кезіндегі изотоптық құрамның өзгеруімен байланысты. табиғатта болатын процестер (т.б.). Ауыр Pb элементі үшін әртүрлі үлгілердің изотоптық құрамының өзгеруі әртүрлі факторлармен түсіндіріледі. мазмұны, және басқа да көздері және - жаратылыстану ғылымдарының ата-бабалары. . Берілген элементтің изотоптарының қасиеттеріндегі айырмашылықтар деп аталады. . Маңызды практикалық Тапсырма – табиғаттан алу. жеке изотоптардың қоспалары -

Мақаланың мазмұны

ИЗОТОПТАР– бір химиялық элементтің физика-химиялық қасиеттері бойынша ұқсас, бірақ атомдық массалары әртүрлі сорттар. «Изотоптар» атауын 1912 жылы ағылшын радиохимигі Фредерик Содди ұсынған, ол оны екі грек сөзінен құрастырған: isos – бірдей және topos – орын. Менделеевтің элементтердің периодтық жүйесінің ұяшығында изотоптар бір орынды алады.

Кез келген химиялық элемент атомы оң зарядталған ядродан және оны қоршаған теріс зарядталған электрондар бұлтынан тұрады. Менделеевтің периодтық жүйесіндегі химиялық элементтің орны (оның атомдық нөмірі) оның атомдарының ядросының зарядымен анықталады. Изотоптар сондықтан деп аталады атомдары бірдей ядролық зарядқа ие (және, демек, іс жүзінде бірдей электронды қабықшалар) бірдей химиялық элементтің сорттары, бірақ ядролық массалық мәндері бойынша ерекшеленеді. Ф.Соддидің бейнелі өрнектері бойынша изотоптардың атомдары бірдей «сыртында», бірақ «ішінде» әртүрлі.

Нейтрон 1932 жылы ашылды – заряды жоқ, массасы сутегі атомының ядросының массасына жақын бөлшек - протон , және құрылды ядроның протон-нейтрондық моделі. Болғандықтан ғылымда изотоптар ұғымының соңғы заманауи анықтамасы белгіленді: изотоптар - атом ядролары бірдей протондар санынан тұратын және ядродағы нейтрондар санымен ғана ерекшеленетін заттар . Әрбір изотоп әдетте таңбалар жиынымен белгіленеді, мұндағы Х - химиялық элементтің таңбасы, Z - атом ядросының заряды (протондар саны), А - изотоптың массалық саны (нуклондардың жалпы саны). - ядродағы протондар мен нейтрондар, A = Z + N). Ядро заряды химиялық элементтің таңбасымен ерекше байланысты болып көрінетіндіктен, қысқарту үшін жай ғана A X белгісі қолданылады.

Бізге белгілі барлық изотоптардың ішінен тек сутегі изотоптарының өз атаулары бар. Осылайша, 2 H және 3 H изотоптары дейтерий және тритий деп аталады және сәйкесінше D және T деп белгіленеді (1 H изотопы кейде протий деп аталады).

Табиғатта тұрақты изотоптар түрінде кездеседі , және тұрақсыз - радиоактивті, олардың атомдарының ядролары әртүрлі бөлшектердің шығарылуымен (немесе радиоактивті ыдырау деп аталатын процестер) өздігінен басқа ядроларға айналады. Қазіргі кезде 270-ке жуық тұрақты изотоптар белгілі, ал тұрақты изотоптар атомдық нөмірі Z Ј 83 элементтерде ғана кездеседі.Тұрақсыз изотоптардың саны 2000-нан асады, олардың басым көпшілігі әртүрлі ядролық реакциялар нәтижесінде жасанды жолмен алынған. Көптеген элементтердің радиоактивті изотоптарының саны өте көп және екі ондағаннан асуы мүмкін. Тұрақты изотоптардың саны айтарлықтай аз Кейбір химиялық элементтер тек бір тұрақты изотоптан тұрады (бериллий, фтор, натрий, алюминий, фосфор, марганец, алтын және басқа да бірқатар элементтер). Тұрақты изотоптардың ең көп саны - 10 - қалайыда, темірде, мысалы, 4, сынапта - 7 табылған.

Изотоптардың ашылуы, тарихи алғышарттары.

1808 жылы ағылшын ғалымы натуралист Джон Далтон алғаш рет химиялық элементтің бір типті атомдардан тұратын зат ретіндегі анықтамасын енгізді. 1869 жылы химик Д.И.Менделеев химиялық элементтердің периодтық заңын ашты. Периодтық жүйенің ұяшығында белгілі бір орынды алатын зат ретінде элемент ұғымын негіздеудегі қиындықтардың бірі элементтердің эксперименттік түрде байқалған бүтін емес атомдық салмақтары болды. 1866 жылы ағылшын физигі және химигі сэр Уильям Крукс әрбір табиғи химиялық элемент қасиеттері бойынша бірдей, бірақ атомдық массалары әртүрлі заттардың белгілі бір қоспасы деген гипотезаны алға тартты, бірақ ол кезде мұндай болжам әлі болған жоқ. эксперименталды растау, сондықтан ұзаққа созылмады.

Изотоптарды ашу жолындағы маңызды қадам радиоактивтілік құбылысының ашылуы және Эрнст Резерфорд пен Фредерик Содди тұжырымдаған радиоактивті ыдырау гипотезасы болды: радиоактивтілік атомның зарядталған бөлшекке және басқа элемент атомына ыдырауынан басқа ештеңе емес. , өзінің химиялық қасиеттері бойынша бастапқыдан ерекшеленеді. Нәтижесінде радиоактивті қатарлар немесе радиоактивті отбасылар идеясы пайда болды , оның басында радиоактивті болып табылатын бірінші аналық элемент, ал соңында - соңғы тұрақты элемент бар. Трансформациялар тізбегін талдау олардың жүруі кезінде тек атомдық массаларымен ерекшеленетін бірдей радиоактивті элементтердің периодтық жүйенің бір ұяшығында пайда болуы мүмкін екенін көрсетті. Шын мәнінде, бұл изотоптар түсінігін енгізуді білдірді.

Химиялық элементтердің тұрақты изотоптарының бар екендігін тәуелсіз растау 1912–1920 жылдары Дж.Дж. Томсон мен Астонның оң зарядталған бөлшектердің (немесе арналық сәулелер деп аталатын) сәулелерімен жүргізген тәжірибелерінде алынды. ) разряд түтігінен шығады.

1919 жылы Астон масс-спектрограф деп аталатын құралды құрастырды. (немесе масс-спектрометр) . Ион көзі әлі де разрядтық түтікшені пайдаланды, бірақ Астон электр және магнит өрістеріндегі бөлшектер шоғының дәйекті ауытқуы зарядтың массаға қатынасы бірдей (жылдамдығына қарамастан) бөлшектердің фокусына әкелетін әдісті тапты. экрандағы бірдей нүкте. Астонмен бірге сол жылдары американдық Демпстер сәл өзгеше дизайндағы масс-спектрометрді жасады. Көптеген зерттеушілердің күшімен масс-спектрометрлерді кейіннен қолдану және жетілдіру нәтижесінде 1935 жылға қарай сол уақытқа дейін белгілі барлық химиялық элементтердің изотоптық құрамының толық дерлік кестесі жасалды.

Изотоптарды бөлу әдістері.

Изотоптардың қасиеттерін зерттеу үшін және әсіресе оларды ғылыми және қолданбалы мақсаттарда пайдалану үшін оларды азды-көпті байқалатын мөлшерде алу қажет. Кәдімгі масс-спектрометрлерде изотоптардың толық дерлік бөлінуіне қол жеткізіледі, бірақ олардың саны шамалы. Сондықтан ғалымдар мен инженерлердің күш-жігері изотоптарды бөлудің басқа мүмкін әдістерін іздеуге бағытталды. Ең алдымен, бір элементтің изотоптарының булану жылдамдығы, тепе-теңдік константалары, химиялық реакциялардың жылдамдығы және т.б. сияқты қасиеттерінің айырмашылығына негізделген бөлудің физика-химиялық әдістері игерілді. Олардың ішінде ең тиімдісі жеңіл элементтердің: сутегі, литий, бор, көміртек, оттегі және азот изотоптарын өнеркәсіптік өндіруде кеңінен қолданылатын ректификация және изотоп алмасу әдістері болды.

Әдістердің тағы бір тобы молекулалық-кинетикалық әдістер деп аталатындардан тұрады: газ диффузиясы, термиялық диффузия, массалық диффузия (бу ағынындағы диффузия), центрифугалау. Жоғары дисперсті кеуекті ортадағы изотоптық компоненттердің диффузиясының әртүрлі жылдамдығына негізделген газды диффузия әдістері Екінші дүниежүзілік соғыс кезінде АҚШ-та Манхэттен жобасы деп аталатын уран изотоптарын бөлудің өнеркәсіптік өндірісін ұйымдастыру үшін қолданылды. атом бомбасы. Атом бомбасының негізгі «жанғыш» құрамдас бөлігі болып табылатын 235 U жеңіл изотопымен 90%-ға дейін байытылған уранның қажетті мөлшерін алу үшін шамамен төрт мың гектар аумақты алып жатқан зауыттар салынды. Байытылған уран өндіретін зауыттары бар атом орталығын құруға 2 миллиард доллардан астам қаражат бөлінді. Соғыс аяқталғаннан кейін диффузиялық бөлу әдісіне негізделген әскери мақсаттағы байытылған уран өндіретін зауыттар әзірленді. КСРО-да салынған. Соңғы жылдары бұл әдіс центрифугалаудың тиімді және арзан әдісіне жол берді. Бұл әдісте изотопты қоспаны бөлу әсері центрифуга роторын толтыратын изотопты қоспаның құрамдас бөліктеріне орталықтан тепкіш күштердің әртүрлі әсер етуіне байланысты қол жеткізіледі, ол жоғарғы және төменгі жағынан шектелген, бір бұрышта айналатын жұқа қабырғалы цилиндр болып табылады. вакуумдық камерада өте жоғары жылдамдық. Каскадтарға қосылған жүздеген мың центрифугалар, олардың әрқайсысының роторы секундына мыңнан астам айналым жасайды, қазіргі уақытта Ресейде де, әлемнің басқа дамыған елдерінде де заманауи сепараторлық қондырғыларда қолданылады. Центрифугалар атом электр станцияларының ядролық реакторларын қуаттандыруға қажетті байытылған уранды өндіру үшін ғана емес, сонымен қатар периодтық жүйенің ортаңғы бөлігіндегі отызға жуық химиялық элементтердің изотоптарын алу үшін де қолданылады. Соңғы жылдары әртүрлі изотоптарды бөлу үшін қуатты ион көздері бар электромагниттік сепараторлар қолданылады, лазерлік бөлу әдістері де кең тарады;

Изотоптарды қолдану.

Химиялық элементтердің әртүрлі изотоптары ғылыми зерттеулерде, өнеркәсіп пен ауыл шаруашылығының әртүрлі салаларында, атом энергетикасында, қазіргі биология мен медицинада, қоршаған ортаны зерттеуде және басқа салаларда кеңінен қолданылады. Ғылыми зерттеулер (мысалы, химиялық талдау) әдетте жылына грамммен және тіпті миллиграммен есептелетін әртүрлі элементтердің сирек изотоптарының аз мөлшерін қажет етеді. Сонымен қатар атом энергетикасында, медицинада және басқа салаларда кеңінен қолданылатын бірқатар изотоптар үшін оларды өндіру қажеттілігі көптеген килограмм, тіпті тонна болуы мүмкін. Осылайша, ауыр суды D 2 O ядролық реакторларда пайдаланудың арқасында оның жаһандық өндірісі өткен ғасырдың 1990-шы жылдарының басында жылына шамамен 5000 тоннаны құрады. Ауыр судың құрамына кіретін, сутегінің табиғи қоспасындағы концентрациясы небәрі 0,015% құрайтын дейтерий сутегі изотопы тритиймен бірге болашақта ғалымдардың пікірінше, термоядролық энергетикалық отынның негізгі құрамдас бөлігі болады. ядролық синтез реакциялары негізінде жұмыс істейтін реакторлар. Бұл жағдайда сутегі изотоптарын алу қажеттілігі орасан зор болады.

Ғылыми зерттеулерде тұрақты және радиоактивті изотоптар табиғатта болып жатқан алуан түрлі процестерді зерттеуде изотоптық көрсеткіштер (тегтер) ретінде кеңінен қолданылады.

Ауыл шаруашылығында изотоптар («таңбаланған» атомдар), мысалы, фотосинтез процестерін, тыңайтқыштардың сіңімділігін зерттеу және өсімдіктердің азотты, фосфорды, калийді, микроэлементтерді және басқа заттарды пайдалану тиімділігін анықтау үшін қолданылады. .

Медицинада изотоптық технологиялар кеңінен қолданылады. Осылайша, АҚШ-та, статистикаға сәйкес, күніне 36 мыңнан астам медициналық процедуралар және изотоптарды қолдану арқылы 100 миллионға жуық зертханалық зерттеулер жүргізіледі. Ең көп таралған процедуралар компьютерлік томографияны қамтиды. 99% (табиғи құрамы шамамен 1%) байытылған C13 көміртегі изотопы «диагностикалық тыныс алуды бақылау» деп аталатында белсенді түрде қолданылады. Тесттің мәні өте қарапайым. Байытылған изотопты науқастың тағамына енгізеді және организмнің әртүрлі мүшелеріндегі зат алмасу процесіне қатысқаннан кейін пациент шығарған көмірқышқыл газы CO 2 түрінде бөлінеді, оны спектрометр көмегімен жинап, талдайды. C 13 изотопымен белгіленген көмірқышқыл газының әртүрлі мөлшерде бөлінуімен байланысты процестер жылдамдығының айырмашылығы пациенттің әртүрлі мүшелерінің жағдайын бағалауға мүмкіндік береді. АҚШ-та бұл сынақтан өтетін пациенттердің саны жылына 5 миллионға бағаланады. Қазір өнеркәсіптік ауқымда жоғары байытылған С13 изотопын алу үшін лазерлік бөлу әдістері қолданылады.

Владимир Жданов