ايزوتوپ ها

Admin — 2009-05-08T07:25:08-00:00

شاخه: شیمی عمومی
منبع: (www.WebShimi.ir)

مقدمه :

ايزوتوپهاى يک عنصر ، اتمهايى از آن عنصر هستند که داراى جرم هاى متفاوت مى باشند. عــلت اختـــلاف جرم ايزوتوپهاى يک عنصر ، اختلاف در تعداد نوترون هاى موجود در هسته آنهاست ¹ .ايزوتوپهاى طبيعى عناصر را مى توان به دو دسته پايدار و ناپايدار (راديواکتيو) تقسيم کرد. ايزوتوپهاى طبيعى ناپايدار ، داراى نيمه عمرى بسيار طولانى هستند و بنابراين پس از گذشت 55/4 بيليون سال از تشکيل زمين ، اين ايزوتوپها همچنان در طبيعت يافت مى شوند. مثلاٌ U‌²³⁸ با نيمه عمر 43/4 بيليون سال ، فقط نيمى از آن از بين رفته است و همچنان در طبيعت وجود دارد. عاملى که باعث ناپايدار بودن يک هسته مى شود و نيز نيمه عمر آن بستگى به انرژى داخلى هسته دارد. عناصر تعداد زيادى ايزوتوپهاى غيرطبيعى هم دارند که همگى آنها ناپايدارند¹. عناصر معمولاٌ بصورت مخلوطى از ايزوتوپهاى مختلف در طبيعت وجود دارند. نسبت فراوانى اين ايزوتوپها معمولاٌ در مخلوط هاى طبيعى ثابت است^3و2. بعضى از عناصر داراى تعداد زيادى ايزوتوپ طبيعى هستند و بعضى تنها يک يا دو ايزوتوپ طبيعى دارند. در بين عناصر جدول تناوبى دو عنصر تکنيسم و پرومتيم ايزوتوپ طبيعى ندارند. تکنسيم سبک ترين عنصرى است که هيچ ايزوتوپ پايدارى ندارد ^5و6و7. عدد اتمى آن 43 و علامت اختصارى آن Tc است. ايزوتوپ Tc^96m آن داراى نيمه عمر کمى است و در پزشکىهسته اى بکار مى رود. ايزوتوپ Tc بعنوان يک چشمه گاما مورد استفاده قرار مى گيرد. ايزوتوپ Tc97‌نخستين ايزوتوپ مصنوعى بود که در سال 1937 ساخته شد. بيشتر تکنسيم هاى موجود در زمين محصول شکافت ²³⁵U در راکتورهاى هسته اى مى باشد که از سوخت هسته اى جدا سازى مى شود. هيچيک از ايزوتوپهاى تکنسيم داراى نيمه عمرى بالاتر از 2/4 ميليون سال نيستند. (Tc98)‌حضور اين ايزوتوپ در غول هاى قرمز (red giants) در سال 1952 اين تئورى را تقويت کرد که ستاره ها مى توانند عناصر سنگين تر را توليد کنند. در زمين ، تکنسيم با فراوانى بسيار کم بصورتمحصول شکافت خود بخود سنگ معدن اورانيم يا محصول فرآيند جذب نوترون از موليبدن وجود دارد. پرومتيم ^10و9و8 با عدد اتمى 61 و علامت اختصارى Pm‌بعد از Tc‌عنصرى است که ايزوتوپ پايدار ندارد. توليد اين عنصر ازشکافت اورانيم و بمباران عنصر نئوديميم بوسيله نوترون انجام مى شود. ايزوتوپ هاى اين عنصر داراى راديواکتيويته بالا هستند و نمک هاى آن در تاريکى نورى برنگ آبى کمرنگ يا سبز تابش مى کنند. پرومتيم را مى توان بوسيله تبادل يونى از سوخت هسته اى جدا کرد. اين عنصر جزء فلزات خاکهاى نادر است. بنظر مى رسد که اين عنصر در پوسته زمين وجود ندارد. تا کنون بيش از 4000 ايزوتوپ از عناصر مختلف شناسايى شده اند ⁴.از اين تعداد تنها 288 ايزوتوپ ، طبيعى هستند و بقيه ايزوتوپهاى غيرطبيعى ناپايدار مى باشند. جدول 1 ايزوتوپهاى طبيعى را براى کليه عناصر به همراه عدد جرمى آنها نشان مى دهد. اطلاعات مربوط به اين جدول در نمودار 1 نشان داده شده است.

بررسى توزيع ايزوتوپهاى طبيعى: در نمودار 1 از بين نقاط مربوط به ايزوتوپهاى طبيعى يک منحنى درجه 2 (سهمى) عبور داده شده است. اين منحنى را خط پايدارى مى نامند. معادله اين منحنى در نمودار ارائه گرديده است. چنانکه ديده مى شود ، نقاط مربوط به ايزوتوپهاى طبيعى مختلف ، در اطراف اين خط پايدارى پراکنده هستند. با نگاهى دوباره به جدول 1 مشاهده مى شود که بسيارى از ايزوتوپهاى عناصر مختلف داراى عدد جرمى يکسان (ايزوبار) هستند. چنانکه ايزوبارها از جدول 1 حذف شوند جدول 2 حاصل مى آيد. اين جدول از جهاتى قابل توجه است : 1- بدليل حذف اعداد جرمى مشترک ، اعداد جرمى اين جدول در حقيقت فقط مربوط به يک عنصر مى باشند. اين اعداد را از اين پس "اعداد جرمى ويژه" مى ناميم. 2- اعداد جرمى ويژه تابعى کاملاٌ صعودى برحسب عدد اتمى مى باشد. بعبارت ديگر ، کوچکترين عدد جرمى ويژه هر عنصر از بزرگترين عدد جرمى عنصر ماقبل خود (با عدد اتمى يک واحد کمتر) بزرگتر است. 3- با دقت در اين جدول مشاهده مى شود که تمامى عناصر طبيعى داراى حداقل يک عدد جرمى ويژه هستند. بر اين پايه ، تعداد اعداد جرمى که يک عنصر مى تواند اختيار کند محدود است. زيرا بايد درباره اعداد صحيح ، اعدادى بعنوان عدد جرمى ويژه براى عناصر ماقبل و مابعد باقى بماند. 4- جدول 2 نشان مى دهد که عناصر تکنسيم و پرومتيم داراى عدد جرمى ويژه نيستند. با توجه به نکته 2 ، تنها عدد جرمى ويژه که تکنسيم مى تواند اختيار کند عدد 98 است.(بين 97 يعنى بزرگترين عدد جرمى ويژهء مربوط به عنصر Mo‌و 99 يعنى کوچکترين عدد جرمى ويژه روتنيم). با مرورى به جدول 1 در مى يابيم که عناصر Mo‌(Z=42) و روتنيم (z=44) هر دو داراى ايزوتوپ 98 مى باشند. بعبارت ديگر اين دو عنصر ، عليرغم محدوديت ذکر شده در بند 3 ايزوتوپ هايى را دارا مى باشند که در نتيجهء حضور آنها در جدول ايزوتوپ هاى طبيعى هيچ عدد جرمى ويژه اى براى تکنيسم باقى نمانده است. نگاهى دوباره به جدول 2 نشان مى دهد که عنصر Nd‌(Z=60) داراى عدد جرمى ويژه 146 و عنصر سمريم (Z=62)‌داراى عدد جرمى ويژه 147 مى باشد. بنابراين دربازه اعداد طبيعى اين محدوده ، عددى که پرمومتيم (Z=61) بتواند آنرا بعنوان عدد جرمى ويژه اختيار کند باقى نمانده است. بطور خلاصه اينکه عناصر ماقبل و مابعد عناصر تکنسيم و پرومتيم در جدول تناوبى عناصر تنها عناصرى هستند که عليرغم محدوديت بند 3- اعداد جرمى اختيار کرده اند.

:: مقاله

ايزوتوپ ها