Читаем Радиоактивные изотопы и их применение полностью

Радиоактивные изотопы и их применение

На рис. 3 показаны упрощенные схемы строения некоторых атомов. Электроны в атомах располагаются слоями. В результате, например, химической реакции атом может передать электроны из внешнего слоя другому атому. При этом электрическая нейтральность атомов нарушается. Такие заряженные частицы называются ионами. Атомы, потерявшие один или несколько электронов, становятся положительными ионами, а принявшие один или несколько электронов — отрицательными.

^{Рис. 3. Упрощенные схемы строения некоторых атомов}

7. Строение ядра атома

После открытия нейтронов советский физик Д. Д. Иваненко в 1932 г. сделал предположение, что ядро атома состоит из частиц двух видов — протонов и нейтронов. Предположение Иваненко было развито и обосновано Гейзенбергом и подтверждено всеми опытами, проведенными в дальнейшем с атомными ядрами. В настоящее время протонно-нейтронная теория является общепризнанной.

Протоны — это ядра атомов водорода; масса протона равна приблизительно одной атомной единице, и протон имеет положительный заряд. В качестве единицы заряда в атомной физике принята абсолютная величина заряда электрона. Заряд протона по абсолютной величине равен заряду электрона. Следовательно, можно сказать, что заряд протона равен единице.

Нейтроны имеют примерно такую же, как и протоны, массу, но не несут электрического заряда. Это электрически нейтральные частицы.

Протонно-нейтронная теория строения атома лежит в основе современной ядерной физики.

Так как веса протона и нейтрона в атомных единицах приблизительно равны единице, то округленный до целого числа вес атома в атомных единицах равен сумме числа нейтронов и протонов всего ядра. Это число называется массовым числом. Число же протонов в ядре равно порядковому номеру элемента в периодической системе. Таким образом, ядро атома углерода, имеющего массовое число 12 и заряд, равный 6 единицам, содержит 6 протонов и 6 нейтронов (рис. 4). Ядро атома урана с массовым числом 238 и зарядом 92 содержит 92 протона и 146 нейтронов.

^{Рис. 4. Схемы строения ядер атомов}

8. Изотопы

Открытие Марией и Пьером Кюри полония и радия направило ученых на поиски других радиоактивных элементов. Эти поиски увенчались успехом: в рудах урана и тория были открыты новые радиоактивные элементы.

Многие из них по своим химическим свойствам оказались неотличимыми от ранее известных элементов. Так, в 1906 г. был обнаружен элемент ионий, который оказался сходным по свойствам с ранее известным элементом Ⅳ группы периодической системы торием. Все попытки отделить ионий от тория кончались неудачей.

В 1907 году было установлено, что вновь открытый элемент мезоторий химически неотличим от радия.

В последующие годы было обнаружено полное химическое сходство новых элементов радия В и радия D со свинцом. Атомы радия В и радия D имеют такой же заряд ядра, а значит, и такой же порядковый номер, как и атомы свинца, но отличаются от них своей массой. Такое же равенство зарядов и отличие в массах имело место у тория и иония, мезотория и радия.

Оказалось, что в некоторых клетках периодической системы Менделеева должно помещаться несколько видов атомов, имеющих одинаковый заряд ядра, но разную массу. Такие атомы получили название изотопов (изотоп по-гречески означает — занимающий то же место). Радий В и радий D стали называться изотопами свинца, мезоторий 1 — изотопом радия и т. д.

Таким образом, атомы данного элемента содержат одинаковое число протонов, но могут содержать различное число нейтронов.

Изотопы были обнаружены и среди нерадиоактивных элементов. Удалось доказать, например, что газ неон представляет собою смесь атомов неона с различной массой.

Впоследствии были обнаружены или получены искусственным путем изотопы всех элементов.

С помощью химических символов можно легко обозначать изотопы различных элементов. Например, изотопы натрия с массовыми числами 22, 23 и 24 записываются следующим образом:

Na²², Na²³, Na²⁴

Ниже приводится таблица природных изотопов некоторых элементов. Как видно из таблицы, алюминий, фосфор и марганец имеют только по одному природному изотопу.

Природные изотопы некоторых элементов
Название элемента	Символ	Массы изотопов
Водород	H	1, 2
Углерод	C	12, 13
Кислород	O	16, 17, 18
Алюминий	Al	27
Фосфор	P	31
Сера	S	32, 33, 34, 36
Хлор	Cl	35, 37
Калий	K	39, 40, 41
Марганец	Mn	55
Железо	Fe	54, 56, 57, 58
Медь	Cu	63, 65
Платина	Pt	190, 192, 194, 195, 196,198
Свинец	Pb	204, 206, 207, 208, 210.211, 212, 214
Уран	U	234, 235, 238