Изотопы — это разновидности атомов (и ядер) химического элемента, у которых одинаковый атомный номер, но разное массовое число.
Название происходит от того, что все изотопы одного элемента располагаются в одной клетке таблицы Менделеева.
Химические свойства атома зависят от строения электронной оболочки, которая определяется в основном зарядом ядра Z (количеством протонов), и практически не зависят от массового числа a (сумма протонов Z и нейтронов N).
Изотопы: их происхождение и химические свойства
Изучение радиоактивности обогатило химию знанием большого числа новых химических элементов. Все эти элементы надо было как-то разместить в периодической системе.
Однако здесь сразу же возникло затруднение, заключавшееся прежде всего в том, что число свободных мест в периодической системе было значительно меньше числа радиоактивных элементов.
Это заставило исследователей обратить внимание на изучение химических свойств радиоактивных элементов, в то время как раньше занимались почти исключительно их радиоактивными свойствами.
Вскоре было установлено, что многие радиоактивные элементы, различаясь по атомному весу и радиоактивным свойствам, по химическим свойствам практически тождественны.
Так, например, ионий, один из продуктов распада урана, оказался химически неотличим от тория, радий В — от радия D и радия G и т. д.
Но если несколько элементов обладают тождественными химическими свойствами, то вполне логично поместить их в периодической системе в одну клетку.
На этом основании все радиоактивные элементы и были размещены в периодической системе, причем, например, в одной клетке со свинцом оказалось семь радиоактивных элементов.
Группы элементов, занимающих одно и то же место, были названы плеядами, а сами элементы, входящие в состав плеяды и, следовательно, обладающие тождественными химическими свойствами, но различными атомными весами, получили название изотопов.
Чтобы понять происхождение изотопов, обратимся к превращениям радиоактивных элементов и разберем их с точки зрения теории строения атома.
Происхождение изотопов
Мы уже знаем, что превращения радиоактивных элементов связаны с выбрасыванием ими:
- α-частиц, т. е. ядер гелия с двумя положительными зарядами.
- β-частиц — электронов.
- Одновременно с этим иногда испускаются еще ϒ-лучи.
Так как атом всякого элемента состоит из ядра и электронов, то очевидно, что а-частицы могут выбрасываться только из ядра.
То же самое приходится допустить и относительно β-частиц, которые не могут быть электронами, окружавшими ядро, потому что, теряя последние, атом только превращается в положительный ион, но не переходит в атом нового элемента.
Между тем некоторые радиоактивные превращения связаны с выделением исключительно β-частиц.
Таким образом, возникло предположение, что ядра радиоактивных элементов являются сложными образованиями, в состав которых входят ядра гелия и электроны.
Конечно, раз ядро в общем заряжено положительно, то число положительных зарядов в нем больше, чем число электронов.