Нукліди і ізотопи
Якщо ми зафіксуємо числа A, Z і не будемо брати до уваги внутрішню структуру атомного ядра, то отримаємо певну різновид атомів, тобто певний нуклід. Не слід плутати поняття «нуклід» і «нуклон»: обидва слова походять від латинського «nucleus» - «ядро», але нуклон - це частинка в складі ядра, а нуклід - це вид атомів з заданим складом ядер (Z протонів, N нейтронів ).
Хімічна природа атома задається електронним хмарою, а його склад залежить тільки від заряду ядра, тобто від числа Z. Тому всі атоми однієї хімічної природи мають однаковий заряд ядра. Отже, хімічний елемент - це сукупність атомів з заданим значенням заряду ядра Z. Саме тому число Z було названо атомним номером, так як в таблиці Менделєєва елементи впорядковані за зростанням Z.
Якщо нукліди відрізняються масовим числом A, але мають один і той же атомний номер Z, то вони мають однакову хімічну природу, належать одному і тому ж елементу і є ізотопами цього елемента. Щоб позначити конкретний ізотоп, до хімічного символу елементу приписують зліва вгорі число A, наприклад:
Хімічний елемент водень
Як видно з таблиці, природний водень існує у вигляді трьох ізотопів, причому для дейтерію і тритію є навіть власні хімічні символи.
Але не всякий набір протонів і нейтронів може дати стійке атомне ядро. Буває, що ядро здатне мимовільно розпадатися, перетворюючись в інше ядро. Таке явище називається радіоактивністю. а процес розпаду зазвичай супроводжується випромінюванням - радіацією.
(Всього близько 250)
Рівняння радіоактивного розпаду записуються подібно рівнянням хімічних реакцій. Наприклад, атом тритію розпадається на іон гелію-3, електрон і особливу частку, яка називається електронне антинейтрино:
Однак слід пам'ятати, що радіоактивний розпад не є хімічним процесом. оскільки при ньому відбуваються взаємні перетворення атомних ядер.
Більшість радіонуклідів в природі не зустрічається і отримано штучно. Їх стійкість зазвичай характеризується періодом напіврозпаду t1 / 2 - інтервалом часу, протягом якого ймовірність розпаду ядра досягає 50%. Період напіврозпаду може становити від трильйонних доль секунди до багатьох трильйонів років.
На даному малюнку приведена діаграма нуклідів. де в координатах (Z, N) відображені відомі нукліди; колір квадратика залежить від стійкості нуклида відповідно до шкали періодів напіврозпаду справа. Кожен стовпчик цієї діаграми відповідає певному значенню Z і представляє набір ізотопів одного хімічного елемента.
Цікаво знати! Вузька ланцюжок найбільш стабільних нуклідів відповідає оптимальному співвідношенню нейтронів і протонів в ядрі. Для заданого масового числа воно може бути виражено формулою
N / Z = 1 + 0.015 A 2/3
Для невеликих значень масового числа A співвідношення N / Z виходить близьким до одиниці, тому серед перших елементів поширені ізотопи, у яких N = Z. Однак потім нейтронів стає більше, і, наприклад, у стабільних ізотопів свинцю їх число перевищує число протонів приблизно в півтора рази.
Ізотопи одного хімічного елемента мають однакові хімічні властивості. тому їх неможливо відрізнити хімічним шляхом. У природі дуже рідкісні процеси, що зачіпають атомні ядра, і різні ізотопи одного і того ж елемента поводяться однаково в природних умовах, утворюють одні і ті ж з'єднання і таким чином перемішуються один з одним. В результаті співвідношення ізотопів практично не залежить від родовища, з якого отримано елемент, і виявляється приблизно однаковим по всій планеті. Це співвідношення ізотопів називається природний ізотопний склад даного елемента.
mсредн. = 35 · 0,76 + 37 · 0,24 = 35,5 а.е.м.
Атоми різних ізотопів мають різні маси, але сталість ізотопного складу призводить до того, що усереднене значення маси атома даного елемента також постійно. Саме це усереднене за природними ізотопами значення, виражене в атомних одиницях маси (а.е.м.), є відносна атомна маса Ar даного елемента. У таблиці Менделєєва відносні атомні маси наведені для елементів, одержуваних з природних джерел.
Число Авогадро (6,02 # 0183, 10 23) атомних одиниць маси в точності дорівнює одному граму. тому якщо маса будь-якої частки в середньому дорівнює Ar атомних одиниць, то маса одного благаючи таких частинок складе Ar грам. Наприклад, m (1 моль атомів Cl) = 35,5 м
Маса конкретного атома, виражена в а.е.м. дуже близька до його масового числа A, так як маса одного нуклона приблизно дорівнює 1 а.е.м. а всього в атомі A нуклонів. Тому якщо в природі переважає якийсь один ізотоп даного елементу, то величина Ar цього елемента буде близька до масового числа переважаючого ізотопу. Саме тому відносні атомні маси багатьох елементів близькі до цілих чисел. Однак не слід плутати величини A і Ar. число A характеризує конкретний нуклід і вказує, скільки нуклонів в його ядрі, а число Ar характеризує сукупність природних ізотопів хімічного елемента і вказує усереднене значення маси атома даного елемента в а.е.м.