Wróć do informacji o e-podręczniku Wydrukuj Pobierz materiał do PDF Pobierz materiał do EPUB Pobierz materiał do MOBI Zaloguj się, aby dodać do ulubionych Zaloguj się, aby skopiować i edytować materiał Zaloguj się, aby udostępnić materiał Zaloguj się, aby dodać całą stronę do teczki

Atomy tego samego pierwiastka mogą mieć różną liczbę neutronów w swoim jądrze. Na przykład istnieją stabilne atomy helu, które zawierają jeden lub dwa neutrony, ale oba atomy mają po dwa protony. Te różne typy atomów helu mają różne masy (trzy lub cztery jednostki masy atomowej) i nazywane są izotopamiizotopyizotopami. Dla każdego danego izotopu suma liczb protonów i neutronów w jądrze nazywana jest liczbą masową.

RN0AIKn5gmW49
W przyrodzie występują dwa trwałe izotopy: 3He i 4He, ale ich zawartość nie jest stała. Jest ona zależna od źródła pochodzenia. W mieszaninie jednak zawsze przeważa 4He. Zawartość 3He w mieszaninie otrzymanej z powietrza wynosi 1,2 · 10-7%, z gazów ziemnych (0,2-120) · 10-7%.
Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.
bg‑red

Izotop

Słowo „izotop” pochodzi od greckiego isos (co oznacza ‘takie samo’) i topes (co oznacza ‘miejsce’), ponieważ elementy mogą zajmować to samo miejsce w układzie okresowym, a jednocześnie różnić się budową. Izotopy mają identyczną liczbę atomową, dlatego pozostają odmianami jednego pierwiastka. W niewielkim stopniu różnią się od siebie właściwościami fizykochemicznymi. Im większa jest różnica między masami atomowymi izotopów, tym bardziej mogą się one różnić właściwościami. Izotopy jednego pierwiastka mogą mieć odmienną temperaturę wrzenia, topnienia i sublimacji, a także inną gęstość. Izotopy naturalnie występujące w przyrodzie są w większości trwałe, rzadko kiedy biorą udział w przemianach promieniotwórczych. Występują one w postaci mieszaniny izotopów o stałym składzie izotopowym.

Ważne!

Masa atomowa pierwiastka jest średnią masą atomową, która wynika z procentowej zawartości izotopów tworzących dany pierwiastek. Możemy ją obliczyć według wzoru:

ma=%m1·A1+%m2·A2+100%

Gdzie:

  • ma – masa atomowa pierwiastka;

  • A1, A2, – masy atomowe poszczególnych izotopów;

  • %m1, %m2, – procentowe zawartości poszczególnych izotopów.

Obliczanie masy atomowej pierwiastka na podstawie jego składu izotopowego

1
Polecenie 1

Oblicz masę atomową bromu naturalnego, wiedząc, że zawiera on 50,6% izotopu Br79 o masie atomowej 78,9183 u i 49,4% izotopu Br81 o masie atomowej 80,9163 u.

RKDAOlTvocxv2
Rozwiązanie oraz odpowiedź zapisz w zeszycie do lekcji chemii, zrób zdjęcie, a następnie umieść je w wyznaczonym polu.
ROkTGwlsCppmn
(Uzupełnij).
bg‑red

Izotopy wodoru

RcfGTdr0tPa2J1
Izotopy wodoru: prot, deuter i tryt
Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

H1 (protprotprot) to ponad 99,98% wszystkich atomów wodoru. Jądro tego izotopu zawiera jedynie proton. H2 (deuterdeuterdeuter) to drugi stabilny izotop tego pierwiastka, który zawiera w jądrze proton i neutron. Na Ziemi jest go około 0,00260,0184%. Izotop ten nie jest radioaktywny ani toksyczny. H3 (tryttryttryt) ma w jądrze proton i dwa neutrony. Jest to radioaktywny izotop, który rozpada się na jądro helu–3, elektron oraz antyneutrino, przez przemianę beta minus. Na Ziemi występują niewielkie ilości trytu z powodu oddziaływania promieniowania kosmicznego z gazami atmosferycznymi. H3 jest również produktem reakcji nuklearnych.

bg‑red

Ciężka woda

R1WYxr1TEA4SQ1
Wzór strukturalny ciężkiej wody
Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

W przeciwieństwie do zwykłej „lekkiej” wody, zawierającej w swej cząsteczce dwa atomy protu, cząsteczka ciężkiej wody zawiera dwa atomy deuteru. Masa D2O wynosi 20 gmol, a H2O 18 gmol. Różnica w masie nie jest bardzo duża, ponieważ około 89% masy cząsteczkowej wody pochodzi z pojedynczego atomu tlenu, a nie z dwóch atomów wodoru. Ciężka woda (D2O) nie jest radioaktywna. W swojej czystej postaci ma gęstość o około 11% większą niż „lekka” woda, ale poza tym ma podobne właściwości fizycznie i chemicznie. Niemniej jednak różnice między deuterem (zwłaszcza wpływające na właściwości biologiczne) a protem są większe, niż w jakichkolwiek innych powszechnie występujących izotopach. Deuter jest wyjątkowy wśród stabilnych izotopów, ponieważ jest dwukrotnie cięższy niż najlżejszy izotop. Ta różnica zwiększa siłę wiązań H—O wody, a to z kolei prowadzi do wystąpienia różnic ważnych dla niektórych reakcji biochemicznych. Ludzkie ciało naturalnie zawiera deuter w ilości odpowiadającej około pięciu gramom ciężkiej wody, która jest nieszkodliwa. Gdy duża część wody (>50%) w organizmach zostaje zastąpiona przez ciężką wodę, wynikiem jest dysfunkcja komórek i śmierć.

Obliczenia składu izotopowego pierwiastka

1
Polecenie 2

Korzystając z powyższego wzoru, obliczymy zawartość procentową dwóch izotopów chloru. Wiemy, że chlor ma dwa izotopy: Cl35Cl37. Znamy również masę atomową chloru, która wynosi 35,5 u. Masa ta bliższa jest wartości masy izotopu Cl35. Przyczyną jest znacznie większy udział tego izotopu w naturalnym chlorze, wynoszący ok. 75%. Masa atomowa pierwiastka jest średnią ważoną mas atomowych jego izotopów oraz uwzględnia rozpowszechnienie izotopów pierwiastka. Załóż, że masa atomowa izotopów jest równa ich liczbie masowej. Czy wiesz, jak zapisać to równanie?

R1KH6AnKJEAHc
Rozwiązanie oraz odpowiedź zapisz w zeszycie do lekcji chemii, zrób zdjęcie, a następnie umieść je w wyznaczonym polu.
RnCq0NyB18FbI
(Uzupełnij).
bg‑red

Izotopy promieniotwórcze

Izotopy promieniotwórcze są nietrwałe oraz ulegają samorzutnej przemianie w inne izotopy, zazwyczaj innego pierwiastka. Znalazły one szerokie zastosowanie w nauce, technice oraz medycynie.

Słownik

izotopy
izotopy

nuklidy o tej samej liczbie atomowej Z i różnych liczbach masowych A (tj. o tej samej liczbie protonów i różnych liczbach neutronów)

defektoskopia
defektoskopia

zespół metod nieniszczącego wykrywania wad materiałów (głównie metali i stopów), które dzięki temu mogą być stosowane w kontroli jakości półwyrobów lub wyrobów gotowych

nuklid
nuklid

atom, którego jądro ma określony stan fizyczny i określony skład, tj. określoną liczbę protonów i neutronów

prot
prot

najlżejszy izotop wodoru

deuter
deuter

wodór ciężki, D, H2, trwały izotop wodoru o liczbie masowej 2

tryt
tryt

T lub H3, izotop wodoru o liczbie masowej 3

Bibliografia

Atkins P., Jones L., Chemical Principles: The Quest for Insight, 5th Edition, New York 2009.

Encyklopedia PWN

Kushner D. J., Baker A., Dunstall T. G., Pharmacological uses and perspectives of heavy water and deuterated compounds, „Can. J. Physiol. Pharmacol” 1999, t. 77, s. 79–88.

Kulawik J., Kulawik T., Litwin M., Podręcznik do chemii dla klasy siódmej szkoły podstawowej, Warszawa 2020.

Kulawik J., Kulawik T., Litwin M., Podręcznik do chemii dla klasy ósmej szkoły podstawowej, Warszawa 2020.

Łasiński D., Sporny Ł., Strutyńska D., Wróblewski P., Podręcznik dla klasy siódmej szkoły podstawowej; Mac edukacja 2020.

Miessler G. L., Tarr D. A., Inorganic Chemistry, Third Edition, New Jersey 2004.