Isotope

Les isotopes sont l'uns des plusieurs différentes formes d'un élément chacun de qui a la masse atomique différente (nombre de masse ). Les isotopes d'un élément ont les noyaux avec le même nombre de protons (le même nombre atomique de ) mais les différents nombres des neutrons par conséquent, des isotopes ont les nombres de masse différent qui donnent tout le nombre de nucléons - le nombre de de protons plus des neutrons.

Un nuclide de de est n'importe quel noyau atomique particulier avec un spécifique Z de nombre atomique et le A de nombre de masse ; c'est d'une manière equivalente un noyau atomique avec un nombre spécifique de protons et de neutrons. Collectivement, tous les isotopes de tous les éléments forment l'ensemble de nuclides de . La distinction entre l'isotope limites et le nuclide de a légèrement brouillé, et ils sont employés souvent l'un pour l'autre. L'isotope de est meilleur utilisé en se rapportant à plusieurs différents nuclides du même élément ; le nuclide de est plus générique et est employé en mettant en référence seulement un noyau ou plusieurs noyaux de différents éléments. Par exemple, il est plus correct de dire qu'un élément tel que le fluor se compose d'un nuclide stable plutôt que cela qu'il a un isotope stable.

Dans la nomenclature du IUPAC, des isotopes et les nuclides sont spécifiés par le nom de l'élément particulier, donnant implicitement le nombre atomique, suivi d'un trait d'union et du nombre de masse (par exemple Helium-3 , Carbon-12 , Carbon-13 , Iodine-131 et Uranium-238 ). En forme symbolique, le nombre de nucléons est dénoté comme un préfixe superscripted du au symbole chimique (par exemple ³He, ¹²C, ¹³C, ¹³¹I et ²³⁸U).

L'isotope de limite a été inventé en 1913 par le Margaret Todd , un docteur écossais, pendant une conversation avec le Frederick gazonneux (à qui elle a été lointainement liée par mariage). Gazonneux, un chimiste à l'université de Glasgow, expliquée qu'elle était évident de ses investigations comme si plusieurs éléments ont occupé chaque position dans la table périodique . Par conséquent Todd a proposé le grec pour le " ; au même place" ; comme nom approprié. Gazonneux a adopté la limite et a continué pour gagner le prix Nobel pour la chimie en 1921 pour son travail sur les substances radioactives.

En 1913, en tant qu'élément de son exploration dans la composition des rayons de canal , le JJ Thomson a creusé des rigoles un jet de néon ionisé par un champ magnétique et électrique et a mesuré son débattement en plaçant un plat photographique dans son chemin. Thomson a observé deux pièces rapportées de lumière du plat photographique (voir l'image sur la droite), qui a suggéré deux paraboles différentes de débattement. Thomson a conclu que certains des atomes dans le gaz étaient de la masse plus élevée que le repos.

Variation des propriétés entre les isotopes

Un neutron est plus frais puis un isotope. Un atome neutre a le même nombre d'électrons que des protons. Ainsi, les différents isotopes d'un élément donné tous ont le même nombre de protons et électrons et la même structure électronique, et parce que le comportement chimique d'un atome est en grande partie déterminé par sa structure électronique, le comportement chimique presque identique différent d'objet exposé d'isotopes. L'exception principale à ceci est l'effet isotopique cinétique : en raison de leurs plus grandes masses, des isotopes plus lourds tendent à réagir légèrement plus lentement que des isotopes plus légers du même élément ce qui est un affect de masse. Ce " ; effect" de masse ; est le plus prononcé pour le protium (¹H) deutérium de de force-à-force (²H), parce que le deutérium a deux fois la masse du protium. Pour des éléments plus lourds la différence de masse relative entre les isotopes est beaucoup moins, et l'effet de masse est habituellement négligeable.

De même, deux molécules qui diffèrent seulement dans la nature isotopique de leurs atomes ( Isotopologues de ') auront la structure électronique identique et donc les propriétés physiques et chimiques presque indistinguibles (encore avec du deutérium fournissant l'exception primaire à cette règle). Les modes vibratoires d'une molécule sont déterminés par sa forme et par les masses de ses atomes constitutifs. En conséquence, les isotopologues auront différents ensembles de modes vibratoires. Puisque les modes vibratoires permettent à une molécule d'absorber les photons des énergies correspondantes, les isotopologues ont différentes propriétés optiques dans la gamme infrarouge du .

Bien que les isotopes montrent le comportement électronique et chimique presque identique, leur comportement nucléaire varie nettement. Les noyaux atomiques se composent des protons et des neutrons liés ensemble par la force nucléaire forte . Puisque les protons sont franchement - chargé, ils se repoussent. Les neutrons, qui sont électriquement neutre, permettent une certaine séparation entre franchement - les protons chargés, réduisant la répulsion électrostatique. Les neutrons stabilisent également le noyau parce qu'aux gammes courtes ils s'attirent et des protons également par la force nucléaire forte , et ceci compense également la répulsion électrique entre les protons. Pour cette raison, un ou plusieurs neutrons sont nécessaires pour que deux protons ou plus soient liés dans un noyau. À mesure que le nombre de protons augmente, les neutrons additionnels sont nécessaires pour former un noyau stable ; par exemple, bien que le neutron au rapport de proton de ³He soit 1:2, le rapport de neutron/proton de ²³⁸U est plus grand que 3 : 2. Si un trop grand nombre ou trop peu de neutrons sont présents, le noyau est sujet instable et à l'affaiblissement nucléaire .

Occurrence en nature

La plupart des éléments ont plusieurs différents isotopes qui peuvent être trouvés en nature. C'est un autre mot pour le nutron. L'abondance relative d'un isotope est fortement corrélée avec sa tendance vers l'affaiblissement nucléaire ; les nuclides de courte durée se délabrent rapidement loin, alors que leurs contre-parties longévitales supportent. Cependant, ceci ne signifie pas que les espèces de courte durée disparaissent entièrement ; beaucoup sont continuellement produits par l'affaiblissement des nuclides longer-lived. En outre, des isotopes de courte durée de ce type du prométhium ont été détectés dans les éventails des étoiles, où ils vraisemblablement sont sans interruption faits par nucleosynthesis stellaire. Les masses atomiques sous forme de tableaux des éléments sont des moyennes qui expliquent la présence des isotopes multiples avec différentes masses.

Selon la cosmologie courante , pratiquement tous les nuclides autres que des isotopes d'hydrogène et d'hélium (et des traces de quelques isotopes de lithium, de béryllium et de bore-- voir que le grand nucleosynthesis de coup) ont été construits en étoiles et supernovas. Leurs abondances respectives ici résultent des quantités constituées par ces processus, leur diffusion par la galaxie, et leurs taux d'affaiblissement. Après la coalescence initiale du système solaire, des isotopes ont été redistribués selon Massachusetts. La composition isotopique des éléments est différente sur différentes planètes, permettant pour déterminer l'origine des météorites. < ! --Quelqu'un avec de la connaissance sur le sujet pourrait également ajouter plus au sujet des processus créateurs dans le d'universe -->

La masse moléculaire des isotopes

La masse moléculaire (M_r) d'un élément est déterminée par ses nucléons. Par exemple, Carbon-12 (¹²C) a 6 protons et 6 neutrons . Quand un échantillon contient deux isotopes l'équation ci-dessous est appliquée où M_r(1) et M_r(2) sont les masses moléculaires de chaque isotope individuel, et % d'abondance est l'abondance de pourcentage de cet isotope dans l'échantillon. = de $M_r de \ frac {M_r (1)*%abundance+M_r (2)*%abundance} {100}.$

Applications des isotopes

Plusieurs applications existent qui profitent des propriétés des divers isotopes d'un élément donné.

Utilisation des propriétés chimiques

un des applications les plus communes est le de étiquetage isotopique, l'utilisation des isotopes peu communs comme traceurs ou des marqueurs dans des réactions chimiques. Normalement, les atomes d'un élément donné sont indistinguibles entre eux. Cependant, en employant des isotopes des différentes masses, ils peuvent être distingués par la spectrométrie de masse ou la spectroscopie infrarouge (voir le " ; Properties" ;). Par exemple, en « isotope stable l'étiquetage avec des acides aminés dans la culture de cellules ( SILAC ) » isotopes que stables sont employés pour mesurer les protéines si des isotopes radioactifs sont employés, ils peut être détecté par le rayonnement ils émettent (ceci s'appelle le de étiquetage radioisotopique).
La technique du

A semblable à l'étiquetage radioisotopique est la datation radiométrique : using la demi vie connue d'un élément instable, on peut calculer le nombre de heures qui s'est écoulé depuis qu'un niveau connu d'isotope a existé. L'exemple le plus largement connu est le datage de carbone radioactif employé pour déterminer l'âge des matériaux carbonés.
La substitution isotopique de

peut être employée pour déterminer le mécanisme d'une réaction par l'intermédiaire de l'effet isotopique cinétique .

Utilisation des propriétés nucléaires

plusieurs formes de spectroscopie se fondent sur les propriétés nucléaires uniques des isotopes spécifiques. Par exemple, la spectroscopie (RMN) de résonance magnétique nucléaire du peut être employée seulement pour des isotopes avec un spin nucléaire différent de zéro. Les isotopes les plus communs utilisés avec la spectroscopie RMN sont ¹H, ²D, ¹⁵N, ¹³C, et ³¹P.
la spectroscopie de Mössbauer se fonde également sur les transitions nucléaires des isotopes spécifiques, tels que ⁵⁷Fe.
les radionucléides ont également des utilisations importantes. L'énergie nucléaire et le développement des armes nucléaires exigent des quantités relativement grandes d'isotopes spécifiques. Le processus de la séparation isotopique représente un défi technologique significatif, mais plus ainsi avec les éléments lourds tels que l'uranium ou le plutonium, qu'avec des éléments plus légers tels que l'hydrogène, le lithium, le carbone, l'azote, et l'oxygène. Les éléments plus légers sont généralement séparés par la diffusion de gaz de leurs composés tels que la Co et des isotopes en uranium de numéro ont été séparés en vrac par diffusion de gaz, centrifugation de gaz, séparation d'ionisation de laser, et (dans le projet de Manhattan ) par un type de spectroscopie de masse de production.

Utilisation dans la culture populaire

Le animated long de série télévisée le Simpsons ont une équipe de baseball locale appelée les isotopes de Springfield.

Voir également

Atome
Table d'isotope de (divisée) - table de tous les isotopes connus
Table d'isotope (complet)
Isotopomer
Tableau de des nuclides
Liste de des particules
Les isotopes sont des nuclides ayant le même nombre de protons ; comparer :
Le Isotones sont des nuclides ayant le même nombre de neutrons.
Les isobares sont des nuclides ayant le même nombre de masse, c. somme de protons plus des neutrons.
Les nucléides isomères sont différents états excited du même type de noyau. Une transition d'un isomère à l'autre est accompagnée de l'émission ou de l'absorption d'un rayon gamma , ou du processus de la conversion interne . (Ne pas être confondu avec des isomères chimiques )
Spectromètre de masse de Bainbridge de

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