रसायन विज्ञान में आइसोटोप के उदाहरण. आइसोटोप के अनुप्रयोग. एक आइसोटोप की परमाणु संख्या की गणना

आइसोटोप, विशेष रूप से रेडियोधर्मी आइसोटोप, के कई उपयोग हैं। तालिका में 1.13 आइसोटोप के कुछ औद्योगिक अनुप्रयोगों के चयनित उदाहरण प्रदान करता है। इस तालिका में उल्लिखित प्रत्येक तकनीक का उपयोग अन्य उद्योगों में भी किया जाता है। उदाहरण के लिए, रेडियोआइसोटोप का उपयोग करके किसी पदार्थ के रिसाव का निर्धारण करने की तकनीक का उपयोग किया जाता है: पेय के उत्पादन में - भंडारण टैंक और पाइपलाइनों से रिसाव का निर्धारण करने के लिए; इंजीनियरिंग संरचनाओं के निर्माण में-के लिए

तालिका 1.13. रेडियोआइसोटोप के कुछ उपयोग

रेडियोधर्मी विकिरण के कमजोर स्रोत से निष्फल नर त्सेत्से मक्खी को बाद में पता लगाने के लिए चिह्नित किया जाता है (बुर्किना फासो)। यह प्रक्रिया त्सेत्से मक्खी का अध्ययन करने और ट्रिपैनोसोमियासिस (नींद की बीमारी) की व्यापक घटना को रोकने के लिए प्रभावी नियंत्रण उपाय स्थापित करने के लिए किए गए एक प्रयोग का हिस्सा है। त्सेत्से मक्खी इस बीमारी को फैलाती है और लोगों, घरेलू पशुओं और जंगली पशुओं को संक्रमित करती है। अफ़्रीका के कुछ हिस्सों में नींद की बीमारी बेहद आम है।

भूमिगत जल पाइपलाइनों से रिसाव का निर्धारण; ऊर्जा उद्योग में - बिजली संयंत्रों में ताप विनिमायकों से रिसाव का निर्धारण करने के लिए; तेल उद्योग में - भूमिगत तेल पाइपलाइनों से रिसाव का निर्धारण करने के लिए; अपशिष्ट जल और सीवर जल नियंत्रण सेवा में - मुख्य सीवर से रिसाव का निर्धारण करने के लिए।

वैज्ञानिक अनुसंधान में भी आइसोटोप का व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है. विशेष रूप से, उनका उपयोग रासायनिक प्रतिक्रियाओं के तंत्र को निर्धारित करने के लिए किया जाता है। उदाहरण के तौर पर, हम एथिल एसीटेट जैसे एस्टर के हाइड्रोलिसिस का अध्ययन करने के लिए स्थिर ऑक्सीजन आइसोटोप 18O के साथ लेबल किए गए पानी के उपयोग को इंगित करते हैं (धारा 19.3 भी देखें)। 18O आइसोटोप का पता लगाने के लिए मास स्पेक्ट्रोमेट्री का उपयोग करते हुए, यह पाया गया कि हाइड्रोलिसिस के दौरान, पानी के अणु से ऑक्सीजन परमाणु एसिटिक एसिड में स्थानांतरित हो जाता है, न कि इथेनॉल में।

जैविक अनुसंधान में लेबल परमाणुओं के रूप में रेडियोआइसोटोप का व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है। जीवित प्रणालियों में चयापचय मार्गों का पता लगाने के लिए, रेडियोआइसोटोप कार्बन-14, ट्रिटियम, फॉस्फोरस-32 और सल्फर-35 का उपयोग किया जाता है। उदाहरण के लिए, उर्वरकों से उपचारित मिट्टी से पौधों द्वारा फास्फोरस के ग्रहण की निगरानी उन उर्वरकों का उपयोग करके की जा सकती है जिनमें फास्फोरस -32 का मिश्रण होता है।

विकिरण चिकित्सा. आयनीकृत विकिरण जीवित ऊतकों को नष्ट कर सकता है।घातक ट्यूमर ऊतक स्वस्थ ऊतकों की तुलना में विकिरण के प्रति अधिक संवेदनशील होते हैं। इससे किसी स्रोत से निकलने वाली वाई-किरणों की मदद से कैंसर का इलाज करना संभव हो जाता है, जो रेडियोधर्मी आइसोटोप कोबाल्ट-60 का उपयोग करता है। विकिरण को ट्यूमर से प्रभावित रोगी के शरीर के क्षेत्र में निर्देशित किया जाता है; उपचार सत्र कुछ मिनटों तक चलता है और 2-6 सप्ताह तक प्रतिदिन दोहराया जाता है। सत्र के दौरान, स्वस्थ ऊतकों के विनाश को रोकने के लिए रोगी के शरीर के अन्य सभी हिस्सों को सावधानीपूर्वक विकिरण-अभेद्य सामग्री से ढंकना चाहिए।

रेडियोकार्बन का उपयोग करके नमूनों की आयु निर्धारित करना। वायुमंडल में मौजूद कार्बन डाइऑक्साइड के एक छोटे से हिस्से में रेडियोधर्मी आइसोटोप "bC" होता है। पौधे प्रकाश संश्लेषण के दौरान इस आइसोटोप को अवशोषित करते हैं। इसलिए, सभी के ऊतक

* चयापचय जीवित जीवों की कोशिकाओं में होने वाली सभी रासायनिक प्रतिक्रियाओं की समग्रता है। चयापचय प्रतिक्रियाओं के परिणामस्वरूप, पोषक तत्व उपयोगी ऊर्जा या कोशिका घटकों में परिवर्तित हो जाते हैं. मेटाबोलिक प्रतिक्रियाएं आमतौर पर कई सरल चरणों - चरणों में होती हैं। चयापचय प्रतिक्रिया के सभी चरणों के अनुक्रम को चयापचय पथ (तंत्र) कहा जाता है।

रेडियोआइसोटोप का उपयोग मुहल्लों, बंदरगाहों और गोदी में तलछट जमाव तंत्र की निगरानी के लिए किया जाता है।

लंदन हीथ्रो हवाई अड्डे पर गैर-क्षति परीक्षण सुविधा में जेट इंजन दहन कक्ष की एक फोटोग्राफिक छवि प्राप्त करने के लिए रेडियोआइसोटोप का उपयोग करना। (पोस्टर पर लिखा है: विकिरण। दूर रहें।) उद्योग में गैर-हानिकारक परीक्षण के लिए रेडियोआइसोटोप का व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है।

जीवित ऊतकों में रेडियोधर्मिता का एक स्थिर स्तर होता है क्योंकि रेडियोधर्मी क्षय के कारण इसकी कमी की भरपाई वायुमंडल से रेडियोकार्बन की निरंतर आपूर्ति से होती है। हालाँकि, जैसे ही किसी पौधे या जानवर की मृत्यु होती है, उसके ऊतकों में रेडियोकार्बन का प्रवाह बंद हो जाता है। इससे मृत ऊतकों में रेडियोधर्मिता के स्तर में धीरे-धीरे कमी आती है।

रेडियोकार्बन डेटिंग से पता चला है कि स्टोनहेंज से मिले चारकोल के नमूने लगभग 4,000 साल पुराने हैं।

जियोक्रोनोलॉजी की रेडियोकार्बन विधि 1946 में यू.एफ. द्वारा विकसित की गई थी। लिब्बी, जिन्हें 1960 में इसके लिए रसायन विज्ञान में नोबेल पुरस्कार मिला था। इस पद्धति का अब पुरातत्वविदों, मानवविज्ञानी और भूवैज्ञानिकों द्वारा 35,000 वर्ष पुराने नमूनों की तारीख जानने के लिए व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है। इस पद्धति की सटीकता लगभग 300 वर्ष है। ऊन, बीज, सीपियाँ और हड्डियों की आयु निर्धारित करते समय सर्वोत्तम परिणाम प्राप्त होते हैं। किसी नमूने की आयु निर्धारित करने के लिए, पी-विकिरण गतिविधि (प्रति मिनट क्षय की संख्या) को उसमें मौजूद प्रति 1 ग्राम कार्बन में मापा जाता है। यह आपको 14C आइसोटोप के लिए रेडियोधर्मी क्षय वक्र का उपयोग करके नमूने की आयु निर्धारित करने की अनुमति देता है।

पृथ्वी और चंद्रमा कितने पुराने हैं?

पृथ्वी और चंद्रमा पर कई चट्टानों में 10-9 -10-10 वर्षों के क्रम के आधे जीवन वाले रेडियोआइसोटोप होते हैं। ऐसी चट्टानों के नमूनों में इन रेडियोआइसोटोपों की सापेक्ष प्रचुरता को उनके क्षय उत्पादों की सापेक्ष प्रचुरता के साथ मापने और तुलना करके, उनकी आयु निर्धारित की जा सकती है। जियोक्रोनोलॉजी की तीन सबसे महत्वपूर्ण विधियाँ K आइसोटोप (आधा जीवन 1.4-109 वर्ष) की सापेक्ष प्रचुरता निर्धारित करने पर आधारित हैं। "आरबी (आधा जीवन 6 1O10 वर्ष) और 2आई29यू (आधा जीवन 4.50-109 वर्ष)।

पोटेशियम और आर्गन डेटिंग विधि. अभ्रक और कुछ फेल्डस्पार जैसे खनिजों में रेडियोआइसोटोप पोटेशियम-40 की थोड़ी मात्रा होती है। यह इलेक्ट्रॉन ग्रहण करके और आर्गन-40 में परिवर्तित होकर क्षय हो जाता है:

एक नमूने की आयु गणना के आधार पर निर्धारित की जाती है जो आर्गन -40 की तुलना में नमूने में पोटेशियम -40 की सापेक्ष सामग्री पर डेटा का उपयोग करती है।

रुबिडियम और स्ट्रोंटियम के लिए डेटिंग विधि. पृथ्वी पर कुछ सबसे पुरानी चट्टानें, जैसे ग्रीनलैंड के पश्चिमी तट के ग्रेनाइट, में रुबिडियम होता है। सभी रुबिडियम परमाणुओं में से लगभग एक तिहाई रेडियोधर्मी रुबिडियम-87 हैं। यह रेडियोआइसोटोप स्थिर आइसोटोप स्ट्रोंटियम-87 में विघटित हो जाता है। नमूनों में रुबिडियम और स्ट्रोंटियम आइसोटोप की सापेक्ष सामग्री पर डेटा के उपयोग के आधार पर गणना से ऐसी चट्टानों की आयु निर्धारित करना संभव हो जाता है।

यूरेनियम और सीसा डेटिंग विधि. यूरेनियम के समस्थानिक सीसे के समस्थानिकों में विघटित हो जाते हैं। एपेटाइट जैसे खनिजों की आयु, जिनमें यूरेनियम अशुद्धियाँ होती हैं, उनके नमूनों में यूरेनियम और सीसे के कुछ आइसोटोप की सामग्री की तुलना करके निर्धारित की जा सकती हैं।

वर्णित सभी तीन विधियों का उपयोग स्थलीय चट्टानों की तिथि निर्धारण के लिए किया गया है। परिणामी डेटा इंगित करता है कि पृथ्वी की आयु 4.6-109 वर्ष है। इन विधियों का उपयोग अंतरिक्ष अभियानों से पृथ्वी पर लाई गई चंद्र चट्टानों की आयु निर्धारित करने के लिए भी किया गया था। इन नस्लों की आयु 3.2 से 4.2*10 9 वर्ष तक होती है।

परमाणु विखंडन और परमाणु संलयन

हम पहले ही उल्लेख कर चुके हैं कि आइसोटोप द्रव्यमान का प्रायोगिक मान नाभिक में शामिल सभी प्राथमिक कणों के द्रव्यमान के योग के रूप में गणना किए गए मान से कम होता है। परिकलित और प्रयोगात्मक परमाणु द्रव्यमान के बीच के अंतर को द्रव्यमान दोष कहा जाता है। द्रव्यमान दोष परमाणु नाभिक में समान आवेश के कणों के बीच प्रतिकारक बलों को दूर करने और उन्हें एक ही नाभिक में बांधने के लिए आवश्यक ऊर्जा से मेल खाता है; इस कारण इसे बाइंडिंग एनर्जी कहा जाता है। आइंस्टीन समीकरण का उपयोग करके द्रव्यमान दोष के माध्यम से बंधन ऊर्जा की गणना की जा सकती है

जहाँ E ऊर्जा है, m द्रव्यमान है और c प्रकाश की गति है।

बाइंडिंग ऊर्जा आमतौर पर मेगाइलेक्ट्रॉनवोल्ट (1 MeV = 106 eV) प्रति उप-परमाणु कण (न्यूक्लियॉन) में व्यक्त की जाती है। एक इलेक्ट्रॉन वोल्ट वह ऊर्जा है जो एक इकाई प्रारंभिक चार्ज (एक इलेक्ट्रॉन के चार्ज के पूर्ण मूल्य के बराबर) वाला एक कण 1 वी (1 एमईवी = 9.6 * 10 10 जे) के विद्युत संभावित अंतर वाले बिंदुओं के बीच जाने पर प्राप्त या खो देता है। /मोल).

उदाहरण के लिए, हीलियम नाभिक में प्रति न्यूक्लियॉन बंधन ऊर्जा लगभग 7 MeV है, और क्लोरीन-35 नाभिक में यह 8.5 MeV है।

प्रति न्यूक्लियॉन बंधन ऊर्जा जितनी अधिक होगी, नाभिक की स्थिरता उतनी ही अधिक होगी। चित्र में. चित्र 1.33 तत्वों की द्रव्यमान संख्या पर बंधन ऊर्जा की निर्भरता दर्शाता है। यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि 60 के करीब द्रव्यमान संख्या वाले तत्व सबसे अधिक स्थिर होते हैं। इन तत्वों में 56Fe, 59Co, 59Ni और 64Cu शामिल हैं। कम द्रव्यमान संख्या वाले तत्व, कम से कम सैद्धांतिक दृष्टिकोण से, अपनी द्रव्यमान संख्या बढ़ाने के परिणामस्वरूप अपनी स्थिरता बढ़ा सकते हैं। हालाँकि, व्यवहार में, हाइड्रोजन जैसे केवल सबसे हल्के तत्वों की द्रव्यमान संख्या में वृद्धि करना संभव लगता है। (हीलियम में असामान्य रूप से उच्च स्थिरता होती है; हीलियम नाभिक में न्यूक्लियॉन की बंधन ऊर्जा चित्र 1.33 में दिखाए गए वक्र में फिट नहीं होती है।) परमाणु संलयन नामक प्रक्रिया में ऐसे तत्वों की द्रव्यमान संख्या बढ़ जाती है (नीचे देखें)।

20वीं सदी के पहले दशक में वैज्ञानिक रेडियोधर्मिता की घटना का अध्ययन कर रहे हैं। बड़ी संख्या में रेडियोधर्मी पदार्थों की खोज की - लगभग 40। बिस्मथ और यूरेनियम के बीच तत्वों की आवर्त सारणी में खाली स्थानों की तुलना में उनमें से काफी अधिक थे। इन पदार्थों की प्रकृति विवादास्पद रही है। कुछ शोधकर्ताओं ने उन्हें स्वतंत्र रासायनिक तत्व माना, लेकिन इस मामले में आवर्त सारणी में उनके स्थान का प्रश्न अघुलनशील निकला। अन्य लोगों ने आम तौर पर उन्हें शास्त्रीय अर्थ में तत्व कहलाने के अधिकार से वंचित कर दिया। 1902 में, अंग्रेजी भौतिक विज्ञानी डी. मार्टिन ने ऐसे पदार्थों को रेडियोतत्व कहा। जैसे-जैसे उनका अध्ययन किया गया, यह स्पष्ट हो गया कि कुछ रेडियोतत्वों के रासायनिक गुण बिल्कुल समान हैं, लेकिन परमाणु द्रव्यमान में भिन्न हैं। इस परिस्थिति ने आवधिक कानून के बुनियादी प्रावधानों का खंडन किया। अंग्रेज वैज्ञानिक एफ. सोड्डी ने इस विरोधाभास का समाधान किया। 1913 में, उन्होंने रासायनिक रूप से समान रेडियोतत्वों को आइसोटोप कहा (ग्रीक शब्दों से जिसका अर्थ है "समान" और "स्थान"), अर्थात, वे आवर्त सारणी में एक ही स्थान पर रहते हैं। रेडियोतत्व प्राकृतिक रेडियोधर्मी तत्वों के समस्थानिक निकले। ये सभी तीन रेडियोधर्मी परिवारों में संयुक्त हैं, जिनके पूर्वज थोरियम और यूरेनियम के समस्थानिक हैं।

ऑक्सीजन के समस्थानिक. पोटेशियम और आर्गन के आइसोबार (आइसोबार समान द्रव्यमान संख्या वाले विभिन्न तत्वों के परमाणु होते हैं)।

सम और विषम तत्वों के लिए स्थिर समस्थानिकों की संख्या।

यह जल्द ही स्पष्ट हो गया कि अन्य स्थिर रासायनिक तत्वों में भी आइसोटोप होते हैं। उनकी खोज का मुख्य श्रेय अंग्रेजी भौतिक विज्ञानी एफ. एस्टन को है। उन्होंने कई तत्वों के स्थिर समस्थानिकों की खोज की।

आधुनिक दृष्टिकोण से, आइसोटोप एक रासायनिक तत्व के परमाणुओं की किस्में हैं: उनके परमाणु द्रव्यमान अलग-अलग होते हैं, लेकिन परमाणु चार्ज समान होता है।

इस प्रकार उनके नाभिक में प्रोटॉन की संख्या समान होती है, लेकिन न्यूट्रॉन की संख्या भिन्न होती है। उदाहरण के लिए, Z = 8 वाले ऑक्सीजन के प्राकृतिक समस्थानिकों के नाभिक में क्रमशः 8, 9 और 10 न्यूट्रॉन होते हैं। किसी आइसोटोप के नाभिक में प्रोटॉन और न्यूट्रॉन की संख्या के योग को द्रव्यमान संख्या ए कहा जाता है। नतीजतन, संकेतित ऑक्सीजन आइसोटोप की द्रव्यमान संख्या 16, 17 और 18 है। आजकल, आइसोटोप के लिए निम्नलिखित पदनाम स्वीकार किए जाते हैं: मान Z तत्व प्रतीक के बाईं ओर नीचे दिया गया है, मान A ऊपर बाईं ओर दिया गया है। उदाहरण के लिए: 16 8 O, 17 8 O, 18 8 O।

कृत्रिम रेडियोधर्मिता की घटना की खोज के बाद से, 1 से 110 तक Z वाले तत्वों के लिए परमाणु प्रतिक्रियाओं का उपयोग करके लगभग 1,800 कृत्रिम रेडियोधर्मी आइसोटोप का उत्पादन किया गया है। कृत्रिम रेडियोआइसोटोप के विशाल बहुमत का आधा जीवन बहुत कम होता है, जिसे सेकंड और सेकंड के अंशों में मापा जाता है। ; केवल कुछ की ही अपेक्षाकृत लंबी जीवन प्रत्याशा होती है (उदाहरण के लिए, 10 बीई - 2.7 10 6 वर्ष, 26 अल - 8 10 5 वर्ष, आदि)।

प्रकृति में स्थिर तत्वों का प्रतिनिधित्व लगभग 280 समस्थानिकों द्वारा किया जाता है। हालाँकि, उनमें से कुछ कमजोर रेडियोधर्मी निकले, बड़े आधे जीवन के साथ (उदाहरण के लिए, 40 के, 87 आरबी, 138 ला, एल47 एसएम, 176 लू, 187 रे)। इन आइसोटोपों का जीवनकाल इतना लंबा होता है कि इन्हें स्थिर माना जा सकता है।

स्थिर आइसोटोप की दुनिया में अभी भी कई चुनौतियाँ हैं। इस प्रकार, यह स्पष्ट नहीं है कि विभिन्न तत्वों के बीच उनकी संख्या इतनी भिन्न क्यों होती है। लगभग 25% स्थिर तत्व (Be, F, Na, Al, P, Sc, Mn, Co, As, Y, Nb, Rh, I, Cs, Pt, Tb, Ho, Tu, Ta, Au) मौजूद हैं। प्रकृति केवल एक प्रकार का परमाणु है। ये तथाकथित एकल तत्व हैं। यह दिलचस्प है कि उनमें से सभी (Be को छोड़कर) में विषम Z मान हैं। सामान्य तौर पर, विषम तत्वों के लिए स्थिर आइसोटोप की संख्या दो से अधिक नहीं होती है। इसके विपरीत, कुछ सम-Z तत्वों में बड़ी संख्या में आइसोटोप होते हैं (उदाहरण के लिए, Xe में 9, Sn में 10 स्थिर आइसोटोप होते हैं)।

किसी दिए गए तत्व के स्थिर समस्थानिकों के समूह को आकाशगंगा कहा जाता है। आकाशगंगा में उनकी सामग्री में अक्सर काफी उतार-चढ़ाव होता रहता है। यह ध्यान रखना दिलचस्प है कि उच्चतम सामग्री द्रव्यमान संख्या वाले आइसोटोप की है जो चार (12 सी, 16 ओ, 20 सीए, आदि) के गुणज हैं, हालांकि इस नियम के अपवाद भी हैं।

स्थिर आइसोटोप की खोज ने परमाणु द्रव्यमान के लंबे समय से चले आ रहे रहस्य को हल करना संभव बना दिया - पूर्ण संख्याओं से उनका विचलन, आकाशगंगा में तत्वों के स्थिर आइसोटोप के विभिन्न प्रतिशत द्वारा समझाया गया।

परमाणु भौतिकी में "आइसोबार्स" की अवधारणा ज्ञात है। आइसोबार विभिन्न तत्वों के समस्थानिक हैं (अर्थात, विभिन्न Z मानों के साथ) जिनकी द्रव्यमान संख्या समान होती है। आइसोबार के अध्ययन ने परमाणु नाभिक के व्यवहार और गुणों में कई महत्वपूर्ण पैटर्न की स्थापना में योगदान दिया। इनमें से एक पैटर्न सोवियत रसायनज्ञ एस. ए. शुकरेव और जर्मन भौतिक विज्ञानी आई. मटौच द्वारा तैयार किए गए नियम द्वारा व्यक्त किया गया है। इसमें कहा गया है: यदि दो आइसोबार Z मानों में 1 से भिन्न हैं, तो उनमें से एक निश्चित रूप से रेडियोधर्मी होगा। आइसोबार की एक जोड़ी का एक उत्कृष्ट उदाहरण 40 18 Ar - 40 19 K है। इसमें पोटेशियम आइसोटोप रेडियोधर्मी है। शुकरेव-मट्टौच नियम ने यह समझाना संभव बना दिया कि टेक्नेटियम (जेड = 43) और प्रोमेथियम (जेड = 61) तत्वों में कोई स्थिर आइसोटोप क्यों नहीं हैं। चूंकि उनके पास विषम Z मान हैं, इसलिए उनके लिए दो से अधिक स्थिर आइसोटोप की उम्मीद नहीं की जा सकती है। लेकिन यह पता चला कि टेक्नेटियम और प्रोमेथियम के आइसोबार, क्रमशः मोलिब्डेनम (जेड = 42) और रूथेनियम (जेड = 44), नियोडिमियम (जेड = 60) और समैरियम (जेड = 62) के आइसोटोप, प्रकृति में स्थिर रूप से दर्शाए जाते हैं। द्रव्यमान संख्या की एक विस्तृत श्रृंखला में परमाणुओं की किस्में। इस प्रकार, भौतिक नियम टेक्नेटियम और प्रोमेथियम के स्थिर समस्थानिकों के अस्तित्व पर रोक लगाते हैं। यही कारण है कि ये तत्व वास्तव में प्रकृति में मौजूद नहीं हैं और इन्हें कृत्रिम रूप से संश्लेषित किया जाना था।

वैज्ञानिक लंबे समय से आइसोटोप की एक आवधिक प्रणाली विकसित करने का प्रयास कर रहे हैं। बेशक, यह तत्वों की आवर्त सारणी के आधार से भिन्न सिद्धांतों पर आधारित है। लेकिन इन प्रयासों के अभी तक संतोषजनक परिणाम नहीं मिले हैं। सच है, भौतिकविदों ने साबित कर दिया है कि परमाणु नाभिक में प्रोटॉन और न्यूट्रॉन कोशों को भरने का क्रम, सिद्धांत रूप में, परमाणुओं में इलेक्ट्रॉन कोशों और उपकोशों के निर्माण के समान है (परमाणु देखें)।

किसी दिए गए तत्व के समस्थानिकों के इलेक्ट्रॉन कोश बिल्कुल उसी तरह निर्मित होते हैं। इसलिए, उनके रासायनिक और भौतिक गुण लगभग समान हैं। केवल हाइड्रोजन आइसोटोप (प्रोटियम और ड्यूटेरियम) और उनके यौगिक गुणों में ध्यान देने योग्य अंतर दिखाते हैं। उदाहरण के लिए, भारी पानी (डी 2 ओ) +3.8 पर जम जाता है, 101.4 डिग्री सेल्सियस पर उबलता है, इसका घनत्व 1.1059 ग्राम/सेमी 3 है, और यह जानवरों और पौधों के जीवों के जीवन का समर्थन नहीं करता है। पानी के हाइड्रोजन और ऑक्सीजन में इलेक्ट्रोलिसिस के दौरान, मुख्य रूप से H 2 0 अणु विघटित हो जाते हैं, जबकि भारी पानी के अणु इलेक्ट्रोलाइज़र में रहते हैं।

अन्य तत्वों के समस्थानिकों को अलग करना अत्यंत कठिन कार्य है। हालाँकि, कई मामलों में, प्राकृतिक प्रचुरता की तुलना में महत्वपूर्ण रूप से परिवर्तित प्रचुरता वाले व्यक्तिगत तत्वों के आइसोटोप की आवश्यकता होती है। उदाहरण के लिए, परमाणु ऊर्जा की समस्या को हल करते समय, आइसोटोप 235 यू और 238 यू को अलग करना आवश्यक हो गया। इस उद्देश्य के लिए, सबसे पहले मास स्पेक्ट्रोमेट्री विधि का उपयोग किया गया था, जिसकी मदद से पहले किलोग्राम यूरेनियम -235 प्राप्त किया गया था। 1944 में संयुक्त राज्य अमेरिका में. हालाँकि, यह विधि बहुत महंगी साबित हुई और इसकी जगह गैस प्रसार विधि ने ले ली, जिसमें यूएफ 6 का उपयोग किया गया। अब आइसोटोप को अलग करने की कई विधियाँ हैं, लेकिन वे सभी काफी जटिल और महंगी हैं। और फिर भी "अविभाज्य को विभाजित करने" की समस्या को सफलतापूर्वक हल किया जा रहा है।

एक नया वैज्ञानिक अनुशासन उभरा है - आइसोटोप रसायन विज्ञान। वह रासायनिक प्रतिक्रियाओं और आइसोटोप विनिमय प्रक्रियाओं में रासायनिक तत्वों के विभिन्न आइसोटोप के व्यवहार का अध्ययन करती है। इन प्रक्रियाओं के परिणामस्वरूप, किसी दिए गए तत्व के आइसोटोप को प्रतिक्रियाशील पदार्थों के बीच पुनर्वितरित किया जाता है। यहाँ सबसे सरल उदाहरण है: H 2 0 + HD = HD0 + H 2 (एक पानी का अणु एक प्रोटियम परमाणु को एक ड्यूटेरियम परमाणु से बदलता है)। आइसोटोप की भू-रसायन भी विकसित हो रही है। वह पृथ्वी की पपड़ी में विभिन्न तत्वों की समस्थानिक संरचना में भिन्नता का अध्ययन करती है।

सबसे व्यापक रूप से उपयोग किए जाने वाले तथाकथित लेबल परमाणु हैं - स्थिर तत्वों या स्थिर आइसोटोप के कृत्रिम रेडियोधर्मी आइसोटोप। समस्थानिक संकेतकों - लेबल वाले परमाणुओं की सहायता से - वे निर्जीव और जीवित प्रकृति में तत्वों की गति के पथ, विभिन्न वस्तुओं में पदार्थों और तत्वों के वितरण की प्रकृति का अध्ययन करते हैं। आइसोटोप का उपयोग परमाणु प्रौद्योगिकी में किया जाता है: परमाणु रिएक्टरों के निर्माण के लिए सामग्री के रूप में; परमाणु ईंधन के रूप में (थोरियम, यूरेनियम, प्लूटोनियम के समस्थानिक); थर्मोन्यूक्लियर संलयन में (ड्यूटेरियम, 6 ली, 3 हे)। रेडियोधर्मी आइसोटोप का उपयोग व्यापक रूप से विकिरण स्रोतों के रूप में भी किया जाता है।

आइसोटोप

आइसोटोप-एस; कृपया.(इकाई आइसोटोप, -ए; एम.)। [ग्रीक से आइसोस - बराबर और टोपोस - स्थान] विशेषज्ञ.एक ही रासायनिक तत्व की विभिन्नताएँ, परमाणुओं के द्रव्यमान में भिन्न। रेडियोधर्मी आइसोटोप. यूरेनियम के समस्थानिक.

◁ समस्थानिक, ओह, ओह। मैं सूचक.

अनुसंधान का इतिहास
आइसोटोप के अस्तित्व पर पहला प्रायोगिक डेटा 1906-10 में प्राप्त किया गया था। भारी तत्वों के परमाणुओं के रेडियोधर्मी परिवर्तनों के गुणों का अध्ययन करते समय। 1906-07 में. यह पता चला कि यूरेनियम के रेडियोधर्मी क्षय उत्पाद, आयनियम और थोरियम के रेडियोधर्मी क्षय उत्पाद, रेडियोथोरियम में थोरियम के समान रासायनिक गुण होते हैं, लेकिन परमाणु द्रव्यमान और रेडियोधर्मी क्षय विशेषताओं में थोरियम से भिन्न होते हैं। इसके अलावा: सभी तीन तत्वों में समान ऑप्टिकल और एक्स-रे स्पेक्ट्रा हैं। अंग्रेज वैज्ञानिक एफ. सोड्डी के सुझाव पर (सेमी।सोडी फ्रेडरिक), ऐसे पदार्थों को आइसोटोप कहा जाने लगा।
भारी रेडियोधर्मी तत्वों में आइसोटोप की खोज के बाद, स्थिर तत्वों में आइसोटोप की खोज शुरू हुई। जे. जे. थॉमसन के प्रयोगों में रासायनिक तत्वों के स्थिर समस्थानिकों के अस्तित्व की स्वतंत्र पुष्टि प्राप्त हुई (सेमी।थॉमसन जोसेफ जॉन)और एफ. एस्टन (सेमी।एस्टन फ्रांसिस विलियम). थॉमसन ने 1913 में नियॉन के स्थिर आइसोटोप की खोज की। एस्टन, जिन्होंने मास स्पेक्ट्रोमेट्री विधि का उपयोग करते हुए मास स्पेक्ट्रोग्राफ (या मास स्पेक्ट्रोमीटर) नामक एक उपकरण का उपयोग करके अनुसंधान किया। (सेमी।मास स्पेक्ट्रोमेट्री), साबित हुआ कि कई अन्य स्थिर रासायनिक तत्वों में आइसोटोप होते हैं। 1919 में, उन्होंने दो आइसोटोप 20 Ne और 22 Ne के अस्तित्व का प्रमाण प्राप्त किया, जिनकी प्रकृति में सापेक्ष प्रचुरता (प्रचुरता) लगभग 91% और 9% है। इसके बाद, आइसोटोप 21 Ne की खोज 0.26%, क्लोरीन, पारा और कई अन्य तत्वों के आइसोटोप के साथ की गई।
ए. जे. डेम्पस्टर द्वारा उन्हीं वर्षों में थोड़े अलग डिज़ाइन का एक मास स्पेक्ट्रोमीटर बनाया गया था (सेमी।डेम्पस्टर आर्थर जेफरी). मास स्पेक्ट्रोमीटर के बाद के उपयोग और सुधार के परिणामस्वरूप, कई शोधकर्ताओं के प्रयासों से आइसोटोपिक रचनाओं की लगभग पूरी तालिका संकलित की गई थी। 1932 में, एक न्यूट्रॉन की खोज की गई - बिना आवेश वाला एक कण, जिसका द्रव्यमान हाइड्रोजन परमाणु के नाभिक के द्रव्यमान के करीब था - एक प्रोटॉन, और नाभिक का एक प्रोटॉन-न्यूट्रॉन मॉडल बनाया गया था। परिणामस्वरूप, विज्ञान ने आइसोटोप की अवधारणा की अंतिम परिभाषा स्थापित की है: आइसोटोप ऐसे पदार्थ हैं जिनके परमाणु नाभिक में समान संख्या में प्रोटॉन होते हैं और नाभिक में केवल न्यूट्रॉन की संख्या में अंतर होता है। 1940 के आसपास, उस समय ज्ञात सभी रासायनिक तत्वों के लिए आइसोटोप विश्लेषण किया गया था।
रेडियोधर्मिता के अध्ययन के दौरान लगभग 40 प्राकृतिक रेडियोधर्मी पदार्थों की खोज की गई। उन्हें रेडियोधर्मी परिवारों में बांटा गया था, जिनके पूर्वज थोरियम और यूरेनियम के आइसोटोप हैं। प्राकृतिक परमाणुओं में सभी स्थिर प्रकार के परमाणु शामिल हैं (उनमें से लगभग 280 हैं) और सभी प्राकृतिक रेडियोधर्मी परमाणु शामिल हैं जो रेडियोधर्मी परिवारों का हिस्सा हैं (उनमें से 46 हैं)। अन्य सभी आइसोटोप परमाणु प्रतिक्रियाओं के परिणामस्वरूप प्राप्त होते हैं।
1934 में पहली बार आई. क्यूरी (सेमी।जोलियो-क्यूरी आइरीन)और एफ. जूलियट-क्यूरी (सेमी।जोलियो-क्यूरी फ्रेडरिक)नाइट्रोजन (13 एन), सिलिकॉन (28 सी) और फॉस्फोरस (30 पी) के रेडियोधर्मी आइसोटोप कृत्रिम रूप से प्राप्त किए जाते हैं, जो प्रकृति में अनुपस्थित हैं। इन प्रयोगों से उन्होंने नए रेडियोधर्मी न्यूक्लाइड को संश्लेषित करने की संभावना प्रदर्शित की। वर्तमान में ज्ञात कृत्रिम रेडियोआइसोटोप में से 150 से अधिक ट्रांसयूरेनियम तत्वों से संबंधित हैं (सेमी।ट्रांसुरेन तत्व), पृथ्वी पर नहीं पाया जाता। सैद्धांतिक रूप से, यह माना जाता है कि अस्तित्व में सक्षम आइसोटोप की किस्मों की संख्या लगभग 6000 तक पहुंच सकती है।

विश्वकोश शब्दकोश. 2009 .

• आइसोटोप पृथक्करण
• इज़ोटेर्माल प्रक्रिया

देखें अन्य शब्दकोशों में "आइसोटोप" क्या हैं:

आइसोटोप आधुनिक विश्वकोश

आइसोटोप- (आइसो... और ग्रीक टोपोस प्लेस से), रासायनिक तत्वों की किस्में जिनमें परमाणुओं (न्यूक्लाइड) के नाभिक न्यूट्रॉन की संख्या में भिन्न होते हैं, लेकिन प्रोटॉन की संख्या समान होती है और इसलिए आवर्त सारणी में समान स्थान रखते हैं रसायनों का... सचित्र विश्वकोश शब्दकोश

आइसोटोप- (आइसो... और ग्रीक टोपोस प्लेस से) रासायनिक तत्वों की किस्में जिनमें परमाणु नाभिक न्यूट्रॉन की संख्या में भिन्न होते हैं, लेकिन प्रोटॉन की संख्या समान होती है और इसलिए तत्वों की आवर्त सारणी में समान स्थान रखते हैं। अंतर करना... ... बड़ा विश्वकोश शब्दकोश

आइसोटोप- आइसोटोप, रसायन। तत्व आवर्त सारणी की एक ही कोशिका में स्थित होते हैं और इसलिए उनकी परमाणु संख्या या क्रम संख्या समान होती है। इस मामले में, आम तौर पर कहें तो आयनों का परमाणु भार समान नहीं होना चाहिए। विभिन्न… … महान चिकित्सा विश्वकोश

आइसोटोप- इस रसायन की किस्में। वे तत्व जिनके नाभिक के द्रव्यमान में भिन्नता होती है। नाभिक Z के समान आवेश वाले, लेकिन न्यूट्रॉन की संख्या में भिन्न होने पर, इलेक्ट्रॉनों में इलेक्ट्रॉन कोश की समान संरचना होती है, यानी बहुत करीबी रसायन। सेंट वा, और एक ही चीज़ पर कब्जा... ... भौतिक विश्वकोश

आइसोटोप- एक ही रसायन के परमाणु। एक तत्व जिसके नाभिक में प्रोटॉन की संख्या समान होती है, लेकिन न्यूट्रॉन की संख्या भिन्न होती है; अलग-अलग परमाणु द्रव्यमान होते हैं, एक ही रसायन होता है। गुण, लेकिन उनके भौतिक गुणों में भिन्नता है। गुण, विशेष रूप से... सूक्ष्म जीव विज्ञान का शब्दकोश

आइसोटोप-रासायनिक परमाणु ऐसे तत्व जिनकी द्रव्यमान संख्या भिन्न होती है, लेकिन परमाणु नाभिक का आवेश समान होता है और इसलिए मेंडेलीव की आवर्त सारणी में समान स्थान रखते हैं। एक ही रसायन के विभिन्न समस्थानिकों के परमाणु। तत्व संख्या में भिन्न होते हैं... ... भूवैज्ञानिक विश्वकोश

आइसोटोप- आइसोटोप एक समान परमाणु संख्या लेकिन अलग-अलग परमाणु द्रव्यमान वाले न्यूक्लाइड होते हैं (उदाहरण के लिए, यूरेनियम 235 और यूरेनियम 238)। परमाणु ऊर्जा शर्तें. रोसेनरगोएटम कंसर्न, 2010 ... परमाणु ऊर्जा शर्तें

आइसोटोप- (आइसो... और ग्रीक टोपोस प्लेस से), समान परमाणु क्रमांक वाले, लेकिन अलग-अलग परमाणु द्रव्यमान वाले तत्व। पारिस्थितिकी के लिए महत्वपूर्ण अधिकांश रेडियोधर्मी आइसोटोप की ऊर्जा 0.1 से 5 MeV तक होती है (रेडियोधर्मी आइसोटोप की ऊर्जा जितनी अधिक होगी, उतनी ही अधिक ... पारिस्थितिक शब्दकोश

आइसोटोप- न्यूक्लाइड जिनका परमाणु क्रमांक समान है लेकिन परमाणु द्रव्यमान भिन्न है (उदाहरण के लिए, यूरेनियम 235 और यूरेनियम 238)। सामान्य एन आइसोटोप में विषय परमाणु ऊर्जा ... तकनीकी अनुवादक मार्गदर्शिका

आइसोटोप- किसी दिए गए रसायन के परमाणुओं की किस्में। एक तत्व जिसके नाभिक में प्रोटॉन की संख्या समान होती है लेकिन न्यूट्रॉन की संख्या भिन्न होती है। I. के परमाणु कोश में अलग-अलग परमाणु (देखें) और इलेक्ट्रॉनों की समान संख्या होती है, जो उनके बहुत करीबी भौतिक को निर्धारित करती है। रसायन... ... बिग पॉलिटेक्निक इनसाइक्लोपीडिया

आइसोटोप किसी भी रासायनिक तत्व की किस्में हैं जिनका परमाणु भार अलग-अलग होता है। किसी भी रासायनिक तत्व के विभिन्न समस्थानिकों के नाभिक में प्रोटॉन की संख्या समान होती है और परमाणु के कोश पर इलेक्ट्रॉनों की संख्या समान होती है, उनकी परमाणु संख्या समान होती है और डी.आई. मेंडेलीव की तालिका में कुछ स्थानों पर कब्जा कर लेते हैं, जो किसी दिए गए रासायनिक तत्व की विशेषता है।

आइसोटोप के बीच परमाणु भार में अंतर को इस तथ्य से समझाया जाता है कि उनके परमाणुओं के नाभिक में अलग-अलग संख्या में न्यूट्रॉन होते हैं।

रेडियोधर्मी आइसोटोप- डी.आई. मेंडेलीव की आवधिक प्रणाली के किसी भी तत्व के समस्थानिक, जिनमें अस्थिर नाभिक होते हैं और विकिरण के साथ रेडियोधर्मी क्षय के माध्यम से स्थिर अवस्था में चले जाते हैं (देखें)। 82 से अधिक परमाणु क्रमांक वाले तत्वों के लिए, सभी समस्थानिक रेडियोधर्मी होते हैं और अल्फा या बीटा क्षय द्वारा क्षय होते हैं। ये तथाकथित प्राकृतिक रेडियोधर्मी आइसोटोप हैं, जो आमतौर पर प्रकृति में पाए जाते हैं। इन तत्वों के क्षय के दौरान बनने वाले परमाणु, यदि उनकी परमाणु संख्या 82 से ऊपर है, तो बदले में रेडियोधर्मी क्षय से गुजरते हैं, जिसके उत्पाद भी रेडियोधर्मी हो सकते हैं। यह एक अनुक्रमिक श्रृंखला, या रेडियोधर्मी आइसोटोप का एक तथाकथित परिवार बन जाता है।

तीन ज्ञात प्राकृतिक रेडियोधर्मी परिवार हैं, जिन्हें श्रृंखला परिवारों के पहले तत्व और एक्टिनोरेनियम (या एक्टिनियम) के नाम पर बुलाया जाता है। यूरेनियम परिवार में (देखें) और (देखें) शामिल हैं। प्रत्येक श्रृंखला का अंतिम तत्व क्षय के परिणामस्वरूप क्रम संख्या 82 के साथ स्थिर आइसोटोप में से एक में परिवर्तित हो जाता है। इन परिवारों के अलावा, 82 से कम क्रम संख्या वाले तत्वों के कुछ प्राकृतिक रेडियोधर्मी समस्थानिक ज्ञात हैं। ये पोटेशियम -40 और हैं कुछ दुसरे। इनमें से पोटेशियम-40 महत्वपूर्ण है, क्योंकि यह किसी भी जीवित जीव में पाया जाता है।

सभी रासायनिक तत्वों के रेडियोधर्मी समस्थानिक कृत्रिम रूप से प्राप्त किए जा सकते हैं। ये कृत्रिम रूप से रेडियोधर्मी आइसोटोप हैं। इन्हें प्राप्त करने के कई तरीके हैं। आवर्त सारणी में मध्य स्थानों पर रहने वाले आयोडीन, ब्रोमीन और अन्य जैसे तत्वों के रेडियोधर्मी समस्थानिक, यूरेनियम नाभिक के विखंडन के उत्पाद हैं। परमाणु रिएक्टर (देखें) में प्राप्त ऐसे उत्पादों के मिश्रण से, उन्हें रेडियोकेमिकल और अन्य तरीकों का उपयोग करके अलग किया जाता है। लगभग सभी तत्वों के रेडियोधर्मी आइसोटोप को कण त्वरक (क्यूवी) में प्रोटॉन या ड्यूटेरॉन के साथ कुछ स्थिर परमाणुओं पर बमबारी करके प्राप्त किया जा सकता है।

एक ही तत्व के स्थिर आइसोटोप से रेडियोधर्मी आइसोटोप के उत्पादन की एक सामान्य विधि उन्हें परमाणु रिएक्टर में न्यूट्रॉन के साथ विकिरणित करना है। यह विधि तथाकथित विकिरण ग्रहण प्रतिक्रिया पर आधारित है। यदि किसी पदार्थ को न्यूट्रॉन से विकिरणित किया जाता है, तो बाद वाला, बिना किसी आवेश के, स्वतंत्र रूप से परमाणु के नाभिक तक पहुंच सकता है और, जैसे कि, उससे "चिपका" सकता है, उसी तत्व का एक नया नाभिक बना सकता है, लेकिन एक अतिरिक्त न्यूट्रॉन के साथ। इस मामले में, ऊर्जा की एक निश्चित मात्रा फॉर्म (देखें) में जारी की जाती है, यही कारण है कि इस प्रक्रिया को विकिरण कैप्चर कहा जाता है। न्यूट्रॉन की अधिकता वाले नाभिक अस्थिर होते हैं, इसलिए परिणामी आइसोटोप रेडियोधर्मी होता है। दुर्लभ अपवादों को छोड़कर, किसी भी तत्व के रेडियोधर्मी समस्थानिक इस प्रकार प्राप्त किए जा सकते हैं।

जब एक आइसोटोप का क्षय होता है, तो एक आइसोटोप जो रेडियोधर्मी भी होता है, बन सकता है। उदाहरण के लिए, स्ट्रोंटियम-90 -90 में बदल जाता है, बेरियम-140 लैंथेनम-140 में बदल जाता है, आदि।

92 (नेप्च्यूनियम, अमेरिकियम, क्यूरियम, आदि) से अधिक क्रमांक वाले प्रकृति में अज्ञात ट्रांसयूरेनियम तत्व, जिनमें से सभी आइसोटोप रेडियोधर्मी हैं, कृत्रिम रूप से प्राप्त किए गए थे। उनमें से एक दूसरे रेडियोधर्मी परिवार को जन्म देता है - नेपच्यूनियम परिवार।

रिएक्टरों और त्वरक के संचालन के दौरान, इन प्रतिष्ठानों और आसपास के उपकरणों की सामग्रियों और भागों में रेडियोधर्मी आइसोटोप बनते हैं। यह "प्रेरित गतिविधि", जो प्रतिष्ठानों का संचालन बंद होने के बाद भी कमोबेश लंबे समय तक बनी रहती है, विकिरण के एक अवांछनीय स्रोत का प्रतिनिधित्व करती है। प्रेरित गतिविधि न्यूट्रॉन के संपर्क में आने वाले जीवित जीव में भी होती है, उदाहरण के लिए किसी दुर्घटना या परमाणु विस्फोट के दौरान।

रेडियोधर्मी आइसोटोप की गतिविधि को क्यूरी (देखें "") या इसके डेरिवेटिव - मिलिक्यूरी और माइक्रोक्यूरी की इकाइयों में मापा जाता है।

रेडियोधर्मिता को मापने की सामान्य विधि (डोसिमेट्री, आयनीकरण विकिरण देखें) का उपयोग करके रेडियोधर्मी आइसोटोप की मात्रा का पता लगाया जाता है और उनके विकिरण द्वारा मापा जाता है। ये विधियाँ माइक्रोक्यूरीज़ के सौवें और हज़ारवें क्रम पर गतिविधि को मापना संभव बनाती हैं, जो एक मिलीग्राम के अरबवें हिस्से से कम के आइसोटोप की वजन मात्रा से मेल खाती है। इससे यह स्पष्ट है कि किसी भी तत्व के रेडियोधर्मी समस्थानिकों का उसके स्थिर परमाणुओं में नगण्य मिश्रण से इस तत्व का आसानी से पता लगाना संभव हो जाता है। इस प्रकार इसके परमाणु लेबल वाले परमाणु बन जाते हैं। इनका चिह्न विकिरण है।

रासायनिक और भौतिक-रासायनिक गुणों के संदर्भ में, रेडियोधर्मी आइसोटोप व्यावहारिक रूप से प्राकृतिक तत्वों से भिन्न नहीं होते हैं; किसी भी पदार्थ में उनका मिश्रण जीवित जीव में उसके व्यवहार को नहीं बदलता है।

विभिन्न रासायनिक यौगिकों में स्थिर आइसोटोप को ऐसे लेबल वाले परमाणुओं से बदलना संभव है। परिणामस्वरूप उत्तरार्द्ध के गुण नहीं बदलेंगे, और यदि शरीर में पेश किया जाता है, तो वे सामान्य, बिना लेबल वाले पदार्थों की तरह व्यवहार करेंगे। हालांकि, विकिरण के लिए धन्यवाद, रक्त, ऊतकों, कोशिकाओं आदि में उनकी उपस्थिति का पता लगाना आसान है। इन पदार्थों में रेडियोधर्मी आइसोटोप इस प्रकार शरीर में पेश किए गए पदार्थों के वितरण और भाग्य के संकेतक, या संकेतक के रूप में कार्य करते हैं। इसीलिए उन्हें "रेडियोधर्मी अनुरेखक" कहा जाता है। विभिन्न रेडियोधर्मी आइसोटोप के साथ लेबल किए गए कई अकार्बनिक और कार्बनिक यौगिकों को (देखें) और विभिन्न प्रयोगात्मक अध्ययनों के लिए संश्लेषित किया गया है।

विकिरण चिकित्सा के लिए कई रेडियोधर्मी आइसोटोप (आयोडीन-131, फॉस्फोरस-32, -198, आदि) का उपयोग किया जाता है (देखें)।

कृत्रिम रूप से रेडियोधर्मी आइसोटोप (कोबाल्ट-60, सीज़ियम-137 और कुछ अन्य, जो गामा उत्सर्जक हैं) ने रेडियम को पूरी तरह से बदल दिया है, जिसका उपयोग पहले चिकित्सा और तकनीकी उद्देश्यों के लिए विकिरण स्रोत (देखें) के रूप में किया जाता था। तत्व नामों पर लेख भी देखें।

यहां तक ​​कि प्राचीन दार्शनिकों ने भी सुझाव दिया कि पदार्थ परमाणुओं से निर्मित होता है। हालाँकि, वैज्ञानिकों को यह एहसास होना शुरू हुआ कि ब्रह्मांड के "निर्माण खंड" केवल 19वीं और 20वीं शताब्दी के अंत में छोटे कणों से बने हैं। इसे साबित करने वाले प्रयोगों ने एक समय में विज्ञान में वास्तविक क्रांति ला दी। यह इसके घटक भागों का मात्रात्मक अनुपात है जो एक रासायनिक तत्व को दूसरे से अलग करता है। उनमें से प्रत्येक को क्रम संख्या के अनुसार अपना स्थान दिया गया है। लेकिन ऐसे कई परमाणु हैं जो द्रव्यमान और गुणों में अंतर के बावजूद, तालिका में समान कोशिकाओं पर कब्जा कर लेते हैं। ऐसा क्यों है और रसायन विज्ञान में आइसोटोप क्या हैं, इस पर आगे चर्चा की जाएगी।

परमाणु और उसके कण

अल्फा कणों के साथ बमबारी के माध्यम से पदार्थ की संरचना का अध्ययन करते हुए, ई. रदरफोर्ड ने 1910 में साबित किया कि परमाणु का मुख्य स्थान शून्य से भरा है। और केवल केंद्र में ही मूल है। नकारात्मक इलेक्ट्रॉन इसके चारों ओर कक्षाओं में घूमते हैं, जिससे इस प्रणाली का कोश बनता है। इस प्रकार पदार्थ के "निर्माण खंडों" का एक ग्रहीय मॉडल बनाया गया।

आइसोटोप क्या हैं? अपने रसायन विज्ञान पाठ्यक्रम से याद रखें कि नाभिक की भी एक जटिल संरचना होती है। इसमें धनात्मक प्रोटॉन और न्यूट्रॉन होते हैं जिन पर कोई आवेश नहीं होता है। पूर्व की संख्या रासायनिक तत्व की गुणात्मक विशेषताओं को निर्धारित करती है। यह प्रोटॉन की संख्या है जो पदार्थों को एक दूसरे से अलग करती है, जिससे उनके नाभिक को एक निश्चित चार्ज मिलता है। और इसी आधार पर उन्हें आवर्त सारणी में क्रमांक दिया जाता है। लेकिन एक ही रासायनिक तत्व में न्यूट्रॉन की संख्या उन्हें आइसोटोप में विभेदित करती है। इसलिए रसायन विज्ञान में इस अवधारणा की परिभाषा इस प्रकार दी जा सकती है। ये परमाणुओं की ऐसी किस्में हैं जो नाभिक की संरचना में भिन्न होती हैं, उनका आवेश और परमाणु क्रमांक समान होता है, लेकिन न्यूट्रॉन की संख्या में अंतर के कारण उनकी द्रव्यमान संख्या भिन्न होती है।

पदनाम

9वीं कक्षा में रसायन विज्ञान और आइसोटोप का अध्ययन करते समय, छात्र स्वीकृत परंपराओं के बारे में जानेंगे। Z अक्षर नाभिक के आवेश को दर्शाता है। यह आंकड़ा प्रोटॉनों की संख्या से मेल खाता है और इसलिए उनका संकेतक है। एन से चिह्नित न्यूट्रॉन वाले इन तत्वों का योग ए - द्रव्यमान संख्या है। एक पदार्थ के समस्थानिकों के एक परिवार को आमतौर पर उस रासायनिक तत्व के प्रतीक द्वारा निर्दिष्ट किया जाता है, जिसे आवर्त सारणी में एक क्रमांक दिया जाता है जो उसमें प्रोटॉन की संख्या से मेल खाता है। संकेतित आइकन में जोड़ा गया बायां सुपरस्क्रिप्ट द्रव्यमान संख्या से मेल खाता है। उदाहरण के लिए, 238 यू. एक तत्व का आवेश (इस मामले में, यूरेनियम, क्रमांक 92 से चिह्नित) नीचे एक समान सूचकांक द्वारा दर्शाया गया है।

इन आंकड़ों को जानकर आप किसी दिए गए आइसोटोप में न्यूट्रॉन की संख्या की आसानी से गणना कर सकते हैं। यह द्रव्यमान संख्या घटाकर क्रमांक संख्या के बराबर है: 238 - 92 = 146। न्यूट्रॉन की संख्या कम हो सकती है, लेकिन इससे यह रासायनिक तत्व यूरेनियम नहीं रहेगा। यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि अक्सर अन्य, सरल पदार्थों में प्रोटॉन और न्यूट्रॉन की संख्या लगभग समान होती है। ऐसी जानकारी यह समझने में मदद करती है कि रसायन विज्ञान में आइसोटोप क्या है।

न्युक्लियोन

यह प्रोटॉन की संख्या है जो एक निश्चित तत्व को उसकी वैयक्तिकता प्रदान करती है, और न्यूट्रॉन की संख्या इसे किसी भी तरह से प्रभावित नहीं करती है। लेकिन परमाणु द्रव्यमान इन दो निर्दिष्ट तत्वों से बना है, जिनका सामान्य नाम "न्यूक्लियॉन" है, जो उनके योग का प्रतिनिधित्व करता है। हालाँकि, यह संकेतक परमाणु के नकारात्मक चार्ज वाले कोश को बनाने वालों पर निर्भर नहीं करता है। क्यों? आपको बस तुलना करनी है.

एक परमाणु में प्रोटॉन द्रव्यमान का अंश बड़ा होता है और इसकी मात्रा लगभग 1 a होती है। ई.एम. या 1.672 621 898(21) 10 -27 कि.ग्रा. न्यूट्रॉन इस कण के प्रदर्शन के करीब है (1.674 927 471(21)·10 -27 किग्रा)। लेकिन एक इलेक्ट्रॉन का द्रव्यमान हजारों गुना छोटा होता है, इसे महत्वहीन माना जाता है और इस पर ध्यान नहीं दिया जाता है। इसीलिए, रसायन विज्ञान में किसी तत्व की सुपरस्क्रिप्ट को जानकर, आइसोटोप नाभिक की संरचना का पता लगाना मुश्किल नहीं है।

हाइड्रोजन के समस्थानिक

कुछ तत्वों के समस्थानिक प्रकृति में इतने प्रसिद्ध और व्यापक हैं कि उन्हें अपने स्वयं के नाम प्राप्त हुए हैं। इसका सबसे ज्वलंत एवं सरल उदाहरण हाइड्रोजन है। यह प्राकृतिक रूप से अपने सबसे सामान्य रूप प्रोटियम में पाया जाता है। इस तत्व की द्रव्यमान संख्या 1 है और इसके नाभिक में एक प्रोटॉन होता है।

तो रसायन शास्त्र में हाइड्रोजन आइसोटोप क्या हैं? जैसा कि ज्ञात है, इस पदार्थ के परमाणुओं की आवर्त सारणी में पहली संख्या होती है और तदनुसार, वे प्रकृति में 1 की आवेश संख्या से संपन्न होते हैं। लेकिन एक परमाणु के नाभिक में न्यूट्रॉन की संख्या अलग-अलग होती है। ड्यूटेरियम, भारी हाइड्रोजन होने के कारण, प्रोटॉन के अलावा, इसके नाभिक में एक और कण होता है, यानी न्यूट्रॉन। परिणामस्वरूप, यह पदार्थ प्रोटियम के विपरीत, अपने स्वयं के भौतिक गुणों को प्रदर्शित करता है, जिसका अपना वजन, गलनांक और क्वथनांक होता है।

ट्रिटियम

ट्रिटियम सभी में सबसे जटिल है। यह अतिभारी हाइड्रोजन है। रसायन विज्ञान में आइसोटोप की परिभाषा के अनुसार, इसकी आवेश संख्या 1 है, लेकिन द्रव्यमान संख्या 3 है। इसे अक्सर ट्राइटन कहा जाता है क्योंकि इसके नाभिक में एक प्रोटॉन के अलावा दो न्यूट्रॉन होते हैं, यानी इसमें शामिल होते हैं तीन तत्वों का. 1934 में रदरफोर्ड, ओलिफैंट और हार्टेक द्वारा खोजे गए इस तत्व का नाम इसकी खोज से पहले ही प्रस्तावित किया गया था।

यह रेडियोधर्मी गुण प्रदर्शित करने वाला एक अस्थिर पदार्थ है। इसके कोर में एक बीटा कण और एक इलेक्ट्रॉन एंटीन्यूट्रिनो में विभाजित होने की क्षमता है। इस पदार्थ की क्षय ऊर्जा बहुत अधिक नहीं है और इसकी मात्रा 18.59 keV है। इसलिए ऐसा विकिरण इंसानों के लिए ज्यादा खतरनाक नहीं है। साधारण कपड़े और सर्जिकल दस्ताने इससे बचाव कर सकते हैं। और भोजन से प्राप्त यह रेडियोधर्मी तत्व शरीर से जल्दी खत्म हो जाता है।

यूरेनियम के समस्थानिक

यूरेनियम के विभिन्न प्रकार बहुत अधिक खतरनाक हैं, जिनमें से विज्ञान वर्तमान में 26 को जानता है। इसलिए, जब रसायन विज्ञान में आइसोटोप क्या हैं, इसके बारे में बात करते समय, इस तत्व का उल्लेख करना असंभव नहीं है। यूरेनियम के विभिन्न प्रकारों के बावजूद, प्रकृति में केवल तीन समस्थानिक पाए जाते हैं। इनमें 234 यू, 235 यू, 238 यू शामिल हैं। उनमें से पहला, उपयुक्त गुणों के साथ, सक्रिय रूप से परमाणु रिएक्टरों में ईंधन के रूप में उपयोग किया जाता है। और उत्तरार्द्ध प्लूटोनियम-239 के उत्पादन के लिए है, जो बदले में, एक मूल्यवान ईंधन के रूप में अपूरणीय है।

प्रत्येक रेडियोधर्मी तत्व की अपनी विशेषता होती है। यह वह समयावधि है जिसके दौरान पदार्थ ½ के अनुपात में विभाजित होता है। अर्थात् इस प्रक्रिया के फलस्वरूप पदार्थ के शेष भाग की मात्रा आधी हो जाती है। यह समयावधि यूरेनियम के लिए बहुत बड़ी है। उदाहरण के लिए, आइसोटोप-234 के लिए यह 270 हजार वर्ष अनुमानित है, लेकिन अन्य दो निर्दिष्ट किस्मों के लिए यह कहीं अधिक महत्वपूर्ण है। यूरेनियम-238 का रिकॉर्ड आधा जीवन है, जो अरबों वर्षों तक चलता है।

न्यूक्लाइड

प्रत्येक प्रकार का परमाणु, जो प्रोटॉन और इलेक्ट्रॉनों की अपनी और कड़ाई से परिभाषित संख्या की विशेषता है, इतना स्थिर नहीं है कि इसके अध्ययन के लिए कम से कम लंबी अवधि तक मौजूद रह सके। जो अपेक्षाकृत स्थिर होते हैं उन्हें न्यूक्लाइड कहा जाता है। इस प्रकार की स्थिर संरचनाएँ रेडियोधर्मी क्षय से नहीं गुजरती हैं। अस्थिर को रेडियोन्यूक्लाइड कहा जाता है और बदले में, उन्हें अल्पकालिक और दीर्घकालिक में भी विभाजित किया जाता है। जैसा कि आप 11वीं कक्षा के रसायन विज्ञान के पाठ से आइसोटोप परमाणुओं की संरचना के बारे में जानते हैं, ऑस्मियम और प्लैटिनम में रेडियोन्यूक्लाइड की संख्या सबसे अधिक है। कोबाल्ट और सोने में प्रत्येक में एक स्थिर न्यूक्लाइड होता है, और टिन में स्थिर न्यूक्लाइड की संख्या सबसे अधिक होती है।

एक आइसोटोप की परमाणु संख्या की गणना

अब हम पहले वर्णित जानकारी को संक्षेप में प्रस्तुत करने का प्रयास करेंगे। यह समझने के बाद कि रसायन विज्ञान में आइसोटोप क्या हैं, अब यह पता लगाने का समय है कि प्राप्त ज्ञान का उपयोग कैसे किया जाए। आइए इसे एक विशिष्ट उदाहरण से देखें। मान लीजिए कि यह ज्ञात है कि एक निश्चित रासायनिक तत्व की द्रव्यमान संख्या 181 है। इसके अलावा, इस पदार्थ के एक परमाणु के खोल में 73 इलेक्ट्रॉन होते हैं। आप किसी दिए गए तत्व का नाम, साथ ही उसके नाभिक में प्रोटॉन और न्यूट्रॉन की संख्या जानने के लिए आवर्त सारणी का उपयोग कैसे कर सकते हैं?

आइए समस्या को हल करना शुरू करें। आप किसी पदार्थ का नाम उसकी क्रम संख्या जानकर निर्धारित कर सकते हैं, जो प्रोटॉन की संख्या से मेल खाती है। चूँकि एक परमाणु में धनात्मक और ऋणात्मक आवेशों की संख्या बराबर होती है, यह 73 है। इसका मतलब है कि यह टैंटलम है। इसके अलावा, कुल मिलाकर न्यूक्लियॉन की कुल संख्या 181 है, जिसका अर्थ है कि इस तत्व के प्रोटॉन 181 - 73 = 108 हैं। बिल्कुल सरल।

गैलियम के समस्थानिक

गैलियम तत्व का परमाणु क्रमांक 71 है। प्रकृति में, इस पदार्थ के दो समस्थानिक हैं - 69 Ga और 71 Ga। गैलियम प्रजातियों का प्रतिशत कैसे निर्धारित करें?

रसायन विज्ञान में आइसोटोप पर समस्याओं को हल करने में लगभग हमेशा वह जानकारी शामिल होती है जो आवर्त सारणी से प्राप्त की जा सकती है। इस बार भी आपको ऐसा ही करना चाहिए. आइए संकेतित स्रोत से औसत परमाणु द्रव्यमान निर्धारित करें। यह 69.72 के बराबर है. पहले और दूसरे आइसोटोप के मात्रात्मक अनुपात को x और y द्वारा निर्दिष्ट करने के बाद, हम उनका योग 1 के बराबर लेते हैं। इसका मतलब है कि इसे एक समीकरण के रूप में लिखा जाएगा: x + y = 1. यह इस प्रकार है कि 69x + 71y = 69.72. y को x के पदों में व्यक्त करने और पहले समीकरण को दूसरे में प्रतिस्थापित करने पर, हम पाते हैं कि x = 0.64 और y = 0.36 है। इसका मतलब है कि 69 Ga प्रकृति में 64% पाया जाता है, और 71 Ga का प्रतिशत 34% है।

समस्थानिक परिवर्तन

आइसोटोप के रेडियोधर्मी विखंडन को अन्य तत्वों में उनके परिवर्तन के साथ तीन मुख्य प्रकारों में विभाजित किया गया है। इनमें से पहला है अल्फा क्षय। यह हीलियम परमाणु के नाभिक का प्रतिनिधित्व करने वाले एक कण के उत्सर्जन के साथ होता है। अर्थात्, यह न्यूट्रॉन और प्रोटॉन के जोड़े के संयोजन से बनी एक संरचना है। चूँकि उत्तरार्द्ध की मात्रा आवर्त सारणी में किसी पदार्थ के आवेश संख्या और परमाणु की संख्या निर्धारित करती है, इस प्रक्रिया के परिणामस्वरूप एक तत्व का दूसरे में गुणात्मक परिवर्तन होता है, और तालिका में यह बाईं ओर स्थानांतरित हो जाता है दो कोशिकाएँ. इस स्थिति में, तत्व की द्रव्यमान संख्या 4 इकाई कम हो जाती है। इसे हम आइसोटोप परमाणुओं की संरचना से जानते हैं।

जब किसी परमाणु का नाभिक एक बीटा कण, अनिवार्य रूप से एक इलेक्ट्रॉन, खो देता है, तो इसकी संरचना बदल जाती है। न्यूट्रॉनों में से एक प्रोटॉन में बदल जाता है। इसका मतलब यह है कि पदार्थ की गुणात्मक विशेषताएं फिर से बदल जाती हैं, और तत्व व्यावहारिक रूप से अपना वजन कम किए बिना, तालिका में एक कोशिका से दाईं ओर स्थानांतरित हो जाता है। आमतौर पर, ऐसा परिवर्तन विद्युत चुम्बकीय गामा विकिरण से जुड़ा होता है।

रेडियम आइसोटोप परिवर्तन

आइसोटोप के बारे में कक्षा 11 रसायन विज्ञान से उपरोक्त जानकारी और ज्ञान फिर से व्यावहारिक समस्याओं को हल करने में मदद करते हैं। उदाहरण के लिए, निम्नलिखित: क्षय के दौरान 226 Ra समूह IV के एक रासायनिक तत्व में बदल जाता है, जिसकी द्रव्यमान संख्या 206 है। इसे कितने अल्फा और बीटा कणों को खोना चाहिए?

आवर्त सारणी का उपयोग करके, बेटी तत्व के द्रव्यमान और समूह में परिवर्तन को ध्यान में रखते हुए, यह निर्धारित करना आसान है कि विभाजन के दौरान गठित आइसोटोप 82 के चार्ज और 206 की द्रव्यमान संख्या के साथ सीसा होगा। इस तत्व की चार्ज संख्या और मूल रेडियम को ध्यान में रखते हुए, यह माना जाना चाहिए कि इसके नाभिक में पांच अल्फा-कण और चार बीटा कण खो गए हैं।

रेडियोधर्मी आइसोटोप का उपयोग

रेडियोधर्मी विकिरण से जीवित जीवों को होने वाले नुकसान के बारे में हर कोई अच्छी तरह से जानता है। हालाँकि, रेडियोधर्मी आइसोटोप के गुण मनुष्यों के लिए उपयोगी हो सकते हैं। इनका कई उद्योगों में सफलतापूर्वक उपयोग किया जाता है। उनकी मदद से इंजीनियरिंग और निर्माण संरचनाओं, भूमिगत पाइपलाइनों और तेल पाइपलाइनों, भंडारण टैंकों और बिजली संयंत्रों में हीट एक्सचेंजर्स में लीक का पता लगाना संभव है।

इन गुणों का वैज्ञानिक प्रयोगों में भी सक्रिय रूप से उपयोग किया जाता है। उदाहरण के लिए, त्सेत्से मक्खी मनुष्यों, पशुओं और घरेलू पशुओं के लिए कई गंभीर बीमारियों का वाहक है। इसे रोकने के लिए, इन कीड़ों के नरों को कमजोर रेडियोधर्मी विकिरण का उपयोग करके निष्फल कर दिया जाता है। कुछ रासायनिक प्रतिक्रियाओं के तंत्र का अध्ययन करने में आइसोटोप भी अपरिहार्य हैं, क्योंकि इन तत्वों के परमाणुओं का उपयोग पानी और अन्य पदार्थों को लेबल करने के लिए किया जा सकता है।

टैग किए गए आइसोटोप का उपयोग अक्सर जैविक अनुसंधान में भी किया जाता है। उदाहरण के लिए, इस प्रकार यह स्थापित किया गया कि फॉस्फोरस मिट्टी, खेती वाले पौधों की वृद्धि और विकास को कैसे प्रभावित करता है। आइसोटोप के गुणों का उपयोग चिकित्सा में भी सफलतापूर्वक किया जाता है, जिससे कैंसर ट्यूमर और अन्य गंभीर बीमारियों का इलाज करना और जैविक जीवों की आयु निर्धारित करना संभव हो गया है।