تعریف ایزوتوپ (آشنایی با انواع ایزوتوپ ها و کاربردشان) - بلاگ پو

با ما همراه باشید و درباره ساعت اینترنتی بیشتر بدانید.

خبرنگاران | سرویس علوم - همانطور که می دانید همه مواد از ذراتی به نام اتم تشکیل شده اند. دنیای اتم ها دنیای شگفت انگیزی است. همه خواص یک ماده یا عنصر بستگی به همین اتم دارد که چند پروتون یا نوترون داشته باشد. اگر برای شما هم سوال شده که ایزوتوپ چیست و مشتاق دانستن انواع آن هستید به دنیای شگفت انگیز اتم ها خوش آمدید.

تعریف ایزوتوپ

هسته اتم ها تشکیل یافته از نوکلئون هایی، چون پروتون و نوترون است. به تعداد پروتون های هر اتم عدد اتمی می گویند. عدد اتمی کلا نوع یک عنصر را مشخص می کند. مجموع پروتون و نوترون هم می شود عدد جرمی اتم. حالا اگر دو اتم عدد اتمی یکسانی داشته باشند، ولی عدد جرمی شان متفاوت باشد می شوند ایزوتوپ همدیگر. یعنی تعداد پروتون های این دو اتم مساوی است، ولی در تعداد نوترون ها با هم متفاوت هستند. پس هر دو ایزوتوپ از یک نوع عنصر هستند فقط خواص فیزیکی وابسته به جرم شان ممکن است متفاوت باشد.

دانشمندان تا به حال 254 ایزوتوپ شناسایی کرده اند. البته این تعداد مال ایزوتوپ های پایدار است و ناپایدار ها شاملش نمی شوند که در ادامه با مفهوم پایداری و ناپایداری هم آشنا می شوید.

مثال هایی از ایزوتوپ

• هیدروژن سه ایزوتوپ دارد؛ پروتیم، دوتریم و تریتیم. پروتیم فقط یک پروتون دارد و نوترون ندارد. دوتریم که به آن آب سنگین هم می گویند دارای یک پروتون و یک نوترون است. تریتیم هم یک پروتون و دو نوترون دارد. البته تریتیم به طور طبیعی یافت نمی شود و باید آن را به صورت مصنوعی تولید کنند.
• منیزیم عنصری با سه ایزوتوپ می باشد. عدد اتمی هر سه 12 و عدد جرمی آن ها به ترتیب 24، 25 و 26 است.
• لیتیم عنصری با دو ایزوتوپ است. عدد اتمی هر دو 3 و عدد جرمی آن ها به ترتیب 6 و 7 است.
• اورانیوم نیز دارای ایزوتوپ هایی به نام اورانیوم 235 و اورانیوم 238 است.
• کلر هالوژنی با دو ایزوتوپ است. عدد اتمی هر دو 17 و عدد جرمی آن ها 35 و 37 است.
• کربن 12 و کربن 14 نیز هر دو ایزوتوپ های کربن هستند. یکی با 6 نوترون و دیگری با 8 نوترون (هر دو با 6 پروتون).

انواع ایزوتوپ

بر اساس اینکه تعداد نوترون ها چند برابر تعداد پروتون ها باشد، می توان ایزوتوپ ها را دسته بندی کرد:

1- ایزوتوپ های پایدار

اگر نسبت تعداد نوترون ها به تعداد پروتون ها کمتر از 1.5 باشد آن ایزوتوپ پایدار است. ایزوتوپ پایدار به عنوان ایزوتوپی تعریف می شود که تا به امروز هیچ شکلی از واپاشی آن مشاهده نشده است.

اگر نسبت نوترون به پروتون عنصر کمتر از یک و نیم باشد عنصر تمایلی به واپاشی و همینطور پرتوزایی نخواهد داشت. تا به حال 254 ایزوتوپ پایدار شناسایی شده اند که مربوط به 82 عنصر اول جدول تناوبی (به جز تکنسیم و پرومتیم) هستند. البته پیش بینی می شود که تنها ایزوتوپ هایی از 40 عنصر اول (شامل 90 ایزوتوپ)، نسبت به همه اشکال واپاشی پایدار باشند و سایر ایزوتوپ هایی که اکنون به عنوان ایزوتوپ پایدار شناخته می شوند، حداقل در مقابل یک شکلی از واپاشی ناپایدار باشند که تا به امروز مشاهده نشده است و یا ناشناخته است.

2- ایزوتوپ های ناپایدار

اگر نسبت تعداد نوترون ها به پروتون ها بیشتر از 1.5 باشد به آن ایزوتوپ، ایزوتوپ ناپایدار می گوییم. بیشتر ایزوتو پ های ناپایدار پرتوزا هستند. همه ایزوتوپ های تکنسیوم، پرومتیوم و عناصر با عدد اتمی بیش از 83 (به جز یک ایزوتوپ توریوم و دو ایزوتوپ اورانیوم) در دسته ایزوتوپ های پرتوزا جای می گیرند.

همه عناصر در طبیعت دارای بیش از یک ایزوتوپ هستند، اما آلومینیوم، فسفر، نیتروژن و سدیم فقط یک ایزوتوپ دارند در بین عناصر بیش ترین تعداد ایزوتوپ مربوط به زنون با 26 ایزوتوپ است که البته فقط 8 تا از آن ها پایدار هستند در صورتی که بیشترین تعداد ایزوتوپ های پایدار یک عنصر برابر با ده و مربوط به قلع است. پس از آن، چهار عنصر با هفت و هشت عنصر با شش ایزوتوپ پایدار وجود دارند. در نهایت، 26 عنصر تنها یک ایزوتوپ پایدار دارند که عنصر تک نوکلید نامیده می شوند.

شباهت و تفاوت ایزوتوپ ها

چون خواص شیمیایی بیشتر مربوط به تعداد الکترون ها می شود و بنا به تعریف ایزوتوپ، ایزوتوپ ها به خاطر تعداد پروتون های برابر تعداد الکترون های برابری هم دارند بنابراین خواص شیمیایی تقریبا یکسانی دارند. البته در سرعت واکنش دادن با هم متفاوت هستند. ایزوتوپ هایی که تعداد نوترون های بیشتری دارند با سرعت کمتری در واکنش های شیمیایی شرکت می کنند.

ولی تفاوت در تعداد نوترون ها باعث تفاوت در جرم هسته می شود و این امر ممکن است باعث شود ایزوتوپ های یک عنصر به دلیل جا به جا شدن مرکز جرم اتم در پیوند های شیمیایی رفتار های متفاوتی از خودشان نشان بدهند. اگرچه برای عناصر سنگین تر، می شود از تأثیر اختلاف ایزوتوپ ها چشم پوشی کرد.

کاربرد ایزوتوپ ها

• اینکه بعضی ایزوتوپ ها رادیواکتیو هستند باعث شده بتوان از خاصیت پرتوزایی آن ها در صنعت پزشکی استفاده کرد. از این خاصیت می توان برای دنبال کردن جهت مواد متحرکی که از دید پنهان هستند، مانند جریان خون در بدن یک بیمار در بیمارستان استفاده کرد. به این صورت که مقدار کمی از یک ایزوتوپ رادیواکتیو به درون جریان خون بیمار تزریق می شود. سپس جهت آن توسط آشکارساز های خاصی که فعالیت رادیواکتیویته را مشخص می کنند دنبال می شود. این اطلاعات به یک کامپیوتر داده می شود که صفحه آن هر اختلالی مانند انعقاد خون در رگ ها را نشان می دهد.
• با استفاده از همین روش می شود از ایزوتوپ ها برای مطالعه جریان مایعات در تاسیسات شیمیایی هم استفاده کرد. آهنگ فرسودگی ماشین آلات صنعتی را هم می شود با کمک ایزوتوپ ها اندازه گرفت. برای این کار مقادیر اندکی از ایزوتوپ های رادیواکتیو به بخش های فلزی ماشین آلات (مانند یاتاقان و رینگ و پیستون ها) اضافه می شود. سپس سرعت فرسودگی با اندازه دریافت رادیواکتیویته روغنی که برای روغن کاری این بخش ها به کار رفته است محاسبه می شود.

• ایزوتوپ ها کاربرد های بسیار وسیعی هم در درمان بیماری ها یا ساخت ابزار پزشکی دارند. مثلا فسفر با عدد جرمی 32 برای درمان نوعی بیماری خونی (Polycythema) استفاده می شود. این عنصر پس از تغذیه توسط بیمار، در مغز استخوان جمع می شود و تولید سلول های قرمز خون را کند می کند. به این ترتیب می تواند در درمان بعضی بیماری های خونی موثر باشد.
• پلوتونیوم با عدد جرمی 238 در ساخت تنظیم کننده قلب (گام ساز Pacemaker) کاربرد دارد. در یک قلب سالم انقباض قلب با یک پالس الکتروشیمیایی شروع می شود. انقباض از گره سینوس (Sinus Node) نزدیک به قسمت فوقانی قلب شروع شده و به طرف پایین گسترش می یابد. در بعضی اشخاص به دلایل مختلف، قلب به طور همزمان با پالس گره سینوس نمی زند و به همین علت یک تنظیم کننده قلب یا گام ساز که در زیر پوست جاسازی می شود، قلب را تحریک می کند.
• عنصر طلا هم با عدد جرمی 198 به خاطر اینکه از خودش اشعه گاما ساطع می کند در درمان بعضی سرطان ها کاربرد دارد.

شما با چه ایزوتوپ های دیگری آشنایی دارید؟ از قلم نیاندازید که سوالات و نظرات خود را می توانید در بخش نظرات سایت خبرنگاران که در انتهای همین صفحه است با ما در میان بگذارید.

tafreh.ir: وبلاگ خبری، تحلیلی طفره

namasho.ir: وبلاگ فناوری، گردشگری و مسافرت نماشو

asiaro.ir: آسیا رو: سفر به آسیا، جنوب شرقی آسیا، آسای مرکزی و خاورمیانه