isotooppi
Kuten isotoopit (alkaen vanha kreikkalainen ἴσος ISOs "yhtä suuri" ja τόπος Topos "paikka-agentti") viittaa atomeilla , joiden atomiydinten sama määrä protoneja , mutta eri, monet neutroneja sisältää. Niillä on sama atominumero ja siksi ne edustavat samaa elementtiä, mutta niillä on erilaiset massanumerot ; Joten on happi- isotooppeja , rauta-isotooppeja jne. Elementin eri isotoopit käyttäytyvät kemiallisesti melkein identtisesti.
Nimi tulee siitä, että elementin isotoopit ovat samassa paikassa jaksollisessa taulukossa . Ne näkyvät erikseen nuklidikartalla . Termi isotooppi on vanhempi kuin termi nuklidi , mikä yleensä tarkoittaa "atomityyppiä". Siksi “isotooppia” käytetään edelleen usein nuklideina, ts. H. vaikka emme puhu vain yhden ja saman elementin atomeista. Termin isotooppi otti käyttöön Frederick Soddy , joka sai Nobelin kemian palkinnon vuonna 1921 työstään ja tietämyksestään isotooppien ja radionuklidien alalla .
Jokaisesta tunnetusta elementistä, lukuun ottamatta oganessonia , joka syntetisoitiin ensimmäisen kerran vuonna 2006 , on havaittu useita isotooppeja (katso luettelo isotoopeista ja nuklidikartta ). Tunnettuja nuklideja on yhteensä noin 3300. Noin 240 heistä on vakaita. Kaikki muut ovat epävakaita, toisin sanoen niiden atomit muuttuvat radioaktiivisen hajoamisen kautta muiksi atomeiksi pidemmän tai lyhyemmän ajan kuluttua. Joillekin perinteisesti vakaina pidetyille nuklideille tämä aika on niin pitkä, että niiden hajoaminen on löydetty vasta tänään tai sitä etsitään edelleen kokeissa.
Luonnossa esiintyvistä 91 alkuaineesta 69 esiintyy luonnossa useiden isotooppien ( sekoitettujen alkuaineiden ) seoksina . Loput 22 kutsutaan puhtaiksi elementeiksi . Sekoitettujen alkuaineiden kemiallinen atomipaino on mukana olevien isotooppien eri atomimassojen keskiarvo.
Nimi ja kaavan merkintä
Merkintää kuvataan yksityiskohtaisesti julkaisussa Nuklid . Tekstissä isotooppi on merkitty elementin nimellä tai symbolilla, johon on liitetty massanumero, esimerkiksi happi-16 tai O-16, rauta-56 tai Fe-56. Poikkeuksia ovat joskus vetyisotoopit (katso seuraava osa).
Massanumero lisätään vasemmassa yläkulmassa olevaan elementtisymboliin kaavasymbolina. Järjestysluku on jo antanut nimen (elementti symboli), mutta voidaan myös kirjoittaa elementin symbolin vasemmassa alareunassa, edellyttäen, että se - z. B. ydinreaktioissa - kiinnostaa, kuten vuonna
Jos merkinnässä esiintyy m (esim. 16 ml N), se tarkoittaa ydin-isomeeriä . Jos m: n jälkeen on luku, tämä on numerointi, jos useita isomeerejä on olemassa.
Isotooppien kemialliset reaktiot
Elementin isotoopeilla on sama elektronikuori. Tämän seurauksena ne eivät eroa mahdollisten reaktioiden tyypissä , vaan vain reaktionopeudellaan , koska tämä riippuu jonkin verran massasta.
Raskaiden alkuaineiden suhteellinen massaero on kuitenkin hyvin pieni. Suhde atomimassojen uraani- 238 ja uraani-235 on 1: 1,013; niiden kemiallisessa käyttäytymisessä ei ole havaittavaa eroa; erottamiseen on käytettävä fysikaalisia menetelmiä (katso uraanin rikastus ). Litium-isotooppien litium-7 ja litium-6 suhde on 1: 1,17; fysikaalis-kemialliset erotusmenetelmät ovat mahdollisia tässä (katso litium ). Kolmen vetyisotoopin massaerot ovat hyvin suuret ( 1 H: 2 H: 3 H kuten 1: 2: 3), minkä vuoksi ne reagoivat kemiallisesti hiukan eri tavalla ja niillä on jopa omat nimensä ja kemialliset tunnuksensa:
- Ylivoimaisesti yleisin vetyisotooppi 1 H tunnetaan myös nimellä protium tai kevyt vety .
- Isotoopista 2 H tunnetaan myös deuteriumin tai raskas vety . Symboli: D.
- 3 H isotooppi tunnetaan myös tritiumia tai raskainta vetyä . Symboli: T.
Eri fysikaalis-kemiallisia käyttäytymistä H ja D näkyy myös elektrolyysin ja vettä . Vesi, jossa normaali 1 H reagoi edullisesti ja hajotetaan vedyksi ja hapeksi, kun taas veden molekyylejä, jotka sisältävät D ( 2 H deuterium, raskas vety) kerääntyä jäljellä oleva vesi (verrattuna luonnolliseen suhde on noin 1: 7000).
Sekalaiset ja puhtaat elementit
Lähes kaikki luonnossa esiintyvät maan päällä olevat nuklidit ovat joko stabiileja (ts. Hajoamista ei ole havaittu) tai radioaktiivisia ja niiden puoliintumisaika ei ole merkittävästi lyhyempi kuin maan ikä . Näitä kutsutaan alkeisnukleideiksi .
Tunnetaan yhteensä noin 245 stabiilia nuklidia (katso nuklidikartta : stabiilit nuklidit esitetään mustalla taustalla). "Vakaan" tapauksessa on kuitenkin tehtävä ero sen välillä, näyttääkö nuklidin hajoaminen olevan luonnollisen lainsäädännön ulkopuolella, vai onko se mahdollista, mutta sitä ei ole vielä havaittu. Jälkimmäisessä mielessä stabiilien nuklidien määrä on ajan mittaan vähentynyt uudestaan ja uudestaan: Parannettujen detektiomenetelmien ansiosta jotkut aiemmin stabiilina pidetyt nuklidit tunnistettiin myöhemmin radioaktiivisiksi. Vuonna 2003 havaittu vismuttin -209 radioaktiivisuus havaittiin, että lyijy -208 on raskain stabiili nuklidi ja siten lyijy on raskain alkuaine, jolla on stabiileja isotooppeja.
Luonnossa esiintyvät elementit ovat enimmäkseen sekoitettuja elementtejä, so. H. Isotooppiseokset. Tinassa on eniten luonnollisia isotooppeja, joissa on 10 isotooppia, jota seuraa ksenon, jossa on 9 luonnollista isotooppia, joista 8 on stabiileja. Elementtejä, jotka koostuvat vain yhdestä luonnollisesta isotoopista, kutsutaan puhtaiksi elementeiksi . Puhtaalla elementillä on täsmälleen yksi alkuisotooppi. Tässä kiinteistössä on 19 vakaa ja 3 pitkäikäistä epävakaata elementtiä.
Tunnetut isotoopit
vety
Vety on alkuaine, jolla on voimakkain kemiallinen isotooppivaikutus . Raskas vety ( 2 H tai deuteriumia ) toimii niin moderaattori on raskaan veden reaktorin . Raskas vety ( 3 H tai tritium ) on radioaktiivinen. Se syntyy ilmakehässä kosmisilla säteillä ja ydinreaktoreissa. Tritiumia käytettiin kirkkaissa maaleissa kellotauluihin jne. Vuosina 1960–1998. Tulevaisuudessa deuteriumia ja tritiumia käytetään suurempina määrinä ydinfuusioreaktorien polttoaineena .
helium
Helium on alkuaine, jolla on vahvin fysikaalinen isotooppivaikutus . On alhainen lämpötila-alueella erityisesti , kaksi heliumin isotoopit käyttäytyvät hyvin eri tavalla, koska 3 Hän on fermioni ja 4 Hän on hiukkasta .
hiiltä
Tunnettu isotooppi on radioaktiivinen 14 C , jota käytetään orgaanisten materiaalien iän ( arkeologia ) määrittämiseen ( radiohiilimenetelmä ). Luonnonhiiltä esiintyy pääasiassa stabiileissa isotoopeissa 12 C ja 13 C. 14 C muodostuu typestä korkeissa ilmakehäkerroksissa.
happi
Suhde kahden stabiilin hapen isotoopit 18 : lla ja 16 O käytetään tutkimaan paleo lämpötiloissa . Vakaat happi-isotoopit soveltuvat myös luonnollisiksi merkkiaineiksi vesistöihin.
uraani
Isotooppia 235 U käytetään polttoaineena ydinvoimaloissa . Useimpien reaktoreita, luonnon uraani on oltava rikastettu kanssa 235 U. Lähes puhdasta 235 U: ta käytetään joissakin ydinaseissa .
Isotoopit analytiikassa
Mittaamalla optisen spektrin riittävän tarkkuudella elementin isotoopit voidaan erottaa niiden spektriviivojen ( isotooppisiirtymä ) perusteella.
Isotooppikoostumusta näytteessä määritetään yleensä kanssa massaspektrometriin , kun kyseessä on jälki isotooppien kanssa kiihdytin massaspektrometrialla .
Radioaktiiviset isotoopit voidaan usein tunnistaa niiden hajoamistuotteista tai päästetystä ionisoivasta säteilystä .
Isotoopeilla on myös rooli NMR-spektroskopiassa . Esimerkiksi tavallisella hiili-isotoopilla 12 C ei ole magneettista momenttia, joten se ei ole havaittavissa. Hiilitutkimukset voidaan sen vuoksi suorittaa vain paljon harvinaisemmalla 13 C -isotoopilla.
Isotooppeja käytetään myös reaktiomekanismien tai metabolismin selvittämisessä niin sanotun isotooppileimauksen avulla .
Veden isotooppinen koostumus on erilainen ja tyypillinen eri puolilla maailmaa. Nämä erot mahdollistavat viinien tai juustojen kaltaisten elintarvikkeiden alkuperän ilmoittamisen tarkistamisen.
Tiettyjen isotooppikuvioiden (erityisesti 13C- isotooppikuvioiden) tutkimista orgaanisissa molekyyleissä kutsutaan isotomeerianalyysiksi. Muun muassa se mahdollistaa solunsisäisen materiaalivirran määrittämisen elävissä soluissa. Lisäksi 13 C / 12 C-, 15 N / 14 N- ja 34 S / 32 S -suhteiden analyysi on nykyään yleistä ekologiassa . Perusteella fraktioinnin on massa vuot voivat olla ravintoverkoissa seurata tai Trophieniveaus määrittää yksittäisiä lajeja. Vakaa isotooppi toimii myös luonnollisena merkkiaineena lääketieteessä .
In hydrologiassa , johtopäätöksiä Hydrologisten prosessien ovat peräisin pitoisuussuhteet isotooppeja. Veden kierto liittyy eniten materiaalivirrat ylä- ja alapuolella maan pintaa. Wien Standard Mean Ocean vettä (VSMOV) käytetään usein referenssinä.
Geokemia käsittelee isotooppien mineraaleja , kiviä , maaperän , veden ja ilmapiiri .
Katso myös
kirjallisuus
- Werner Stolz: Radioaktiivisuus. Perusteet, mittaus, sovellukset. 5. painos. Teubner, Wiesbaden 2005, ISBN 3-519-53022-8 .
- Bogdan Povh , K. Rith , C. Scholz, F. zetsche: Hiukkaset ja ytimet. Johdanto fyysisiin käsitteisiin. 7. painos. Springer, Berliini / Heidelberg 2006, ISBN 978-3-540-36685-0 .
- Klaus Bethge , Gertrud Walter, Bernhard Wiedemann: Ydinfysiikka. 2. painos. Springer, Berliini / Heidelberg 2001, ISBN 3-540-41444-4 .
- Hanno Krieger: Säteilyfysiikan ja säteilysuojelun perusteet. 2. painos. Teubner, Wiesbaden 2007, ISBN 978-3-8351-0199-9 .
nettilinkit
Yksittäiset todisteet
- ↑ Pierre de Marcillac, Noël Coron, Gérard Dambier, Jacques Leblanc, Jean-Pierre Moalic: α-hiukkasten kokeellinen havaitseminen luonnon vismuttin radioaktiivisesta hajoamisesta . Julkaisussa: Nature . nauha 422 , ei. 6934 , huhtikuu 2003, s. 876–878 , tulostaulukko 1 , doi : 10.1038 / nature01541 .
- ↑ Paul Königer: Tracer-hydrologiset lähestymistavat uuden pohjavesimuodostuman määrittämiseen . Hydrologian laitos, Freiburg i. Br.2003 , DNB 969622139 ( PDF - plus väitöskirja, Freiburgin yliopisto).