Изотопы

Разновидности атомов одного и того же элемента, имеющие один и тот же заряд ядра, но разную массу, называются изотопами (от слов «изос» – одинаковый, «топос» – место).

Сведения об изотопах позволяют дать точное определение понятия «химический элемент». Химический элемент – это вид атомов с одинаковым зарядом ядра. Изотоп – это вид атомов с одинаковым зарядом ядер и одинаковой массой.

Мы узнали, что атомы делимы и не вечны. Остается рассмотреть вопрос: действительно ли атомы одного и того же элемента одинаковы между собой во всех отношениях, в частности действительно ли они имеют одну и ту же массу?

Так как общая масса электронов, входящих в состав атома, незначительна по сравнению с массой его ядра, атомные веса элементов должны быть кратными по отношению к массе протона или нейтрона, т. е. кратными единице. Иначе говоря, атомные веса всех элементов должны выражаться целыми числами (точнее, близкими к целым числам). На некоторых элементах этот вывод оправдывается. Но существует много элементов, атомные веса которых выражаются дробными числами. Например, атомный вес хлора 35,45. В действительности в природе нет ни одного атома хлора, который имел бы такую массу. Элемент хлор представляет собой смесь двух видов атомов: одни атомы хлора имеют атомную массу 35, а другие 37. Найденная химическими способами атомная масса хлора 35,45 – это лишь средний вес его атомов. Более легких атомов в хлоре содержится больше, чем более тяжелых; поэтому средняя масса атомов хлора 35,45 ближе к атомному весу легкой разновидности – атомов хлора.

Подобно хлору, большинство химических элементов представляют собой смеси атомов, отличающихся по атомному весу, но имеющих один и тот же заряд ядра.

Под химическим знаком хлора Cl подразумевают природную смесь обоих изотопов хлора. Когда же приходится говорить о каждом изотопе в отдельности, к знаку хлора приписывают численное значение массы атома изотопа, о котором идет речь 35Cl, 37Cl.

Подобно хлору, большинство химических элементов представляет смеси изотопов. Ядра изотопов каждого элемента содержа г одно и то же число протонов, но различное число нейтронов. Так, ядра изотопов 35Cl и 37Cl содержат по 17 протонов (порядковый номер хлора 17) и различное число нейтронов: ядра 35Cl содержат 18 нейтронов, а ядра 37Cl – 20 нейтронов.

Атомная масса элемента тем меньше, чем больше в состав элемента входит легких изотопов его. Если в состав элемента с меньшим порядковым номером входят преимущественно атомы тяжелых его изотопов, а в состав следующего за ним элемента – атомы более легких его изотопов, то окажется, что средняя масса атома элемента с большим порядковым номером будет не больше, а меньше среднего веса атома элемента с меньшим порядковым номером. Это, например, наблюдается у аргона Ar и калия К.

Чрезвычайное сходство химических свойств изотопов одного и того же элемента, несмотря на разную массу их атомов, подтверждает уже сделанный ранее вывод: свойства химических элементов зависят не столько от атомного веса, сколько от заряда атомного ядра.

НАУЧНЫЕ РАЗДЕЛЫ