Изотоп

Изотоп гэдэг нь ямар нэгэн химийн элементийн атом массаараа ялгаатай төрлүүдийг хэлнэ. Уг атом массын ялгаа нь тухайн элементийн цөм дэх нейтроны тооны ялгаанаас үүснэ. Өөрөөр хэлбэл, изотоп гэдэг нь цөм дэх протоны тоогоороо ижил боловч нейтроны тоогоороо ялгаатай тухайн химийн элементийн төрлүүд (атомууд) юм. Изотопийг ³He, ¹²C, ¹³C, ¹³¹I бас ²³⁸U гэж тэмдэглэнэ.

Шотландын эрдэмтэн Маргарет Тод анх изотоп ("нэг дор" гэсэн утгатай Грек үг) гэдэг нэр томъёог хэрэглэхийг, 1921 онд цацраг идэвхит бодисын судалгаагаар Химийн салбарт Нобелийн шагнал хүртсэн Фредрик Содд санал болгосон байна.

Изотопуудын шинж чанарын ялгаа

Ямар нэгэн атомын изотопуудын электрон ба протоны тоо тэнцүү байхаас гадна электрон байгуулалт нь мөн ижил тул, ерөнхий тохиолдолд, изотопуудын химийн шинж чанар нь ойролцоо байна. Гэвч элементүүдийн шинж чанарт электроны байгуулалтаас гадна кинетик эффект чухал үүрэгтэй. Нэг химийн элементийн изотопуудын шинж чанарын ялгаа нь энэхүү кинетик эффектээр тодорхойлогдоно. Өөрөөр хэлбэл, нэг химийн элементийн изотопууд нь өөр хоорондоо массын ялгаатай бөгөөд хөнгөн изотопи нь хүнд изотопоосоо илүү их химийн идэвхитэй, амархан урвалд орно.

Энэхүү массын ялгаа нь устөрөгч-1 (проти - ¹H) ба устөрөгч-2 (дейтери - ²H) 2 дээр маш сайн илрэнэ. Хүнд изотoпиудын хувьд энэ ялгаа бага болно.

Тогтвортой изотоп

Тогтвортой изотоп гэдэг нь задардаггүй (цацраг идэвхит бус буюу тогтвортой) буюу хагас задралын хугацаа нь маш урт изотопуудыг хэлнэ. Атомын цөм дахь нейтроны тооны ялгаанаас үүдсэн массын ялгаа нь изотопуудын шинж чанарын өөрчлөлтийг тодорхойлно. Массын ялгаанаас хамааран, химийн урвалын үр дүнд, нэг фазаас нөгөө фаз руу хүнд, хөнгөн изотопийн ялгаралт явагдана. Устөрөгчийн изотопиудын (¹H нь зөвхөн 1 протонтой, ²H нь 1 протон, 1 нейтронтой) хувьд энэхүү массын ялгаа 100% хүрэх тул маш их хэмжээний изотопийн ялгаралт явагдана.

Эртний цаг уур, экологи, биологи, ботаникийн судалгаанд түгээмэл хэрэглэгддэг тогтвортой изотопууд нь хүчилтөрөгч, нүүрстөрөгч, азот, устөрөгч ба хүхрийн изотопууд юм.

Изотопийн ялгаралт

Изотопийн ялгаралт явагдах үндсэн 3 төрлийн механизм байна:

• тэнцвэрт ялгаралт (equilibrium fractionation)
• кинетик ялгаралт
• массаас хамаарахгүй ялгаралт

Тогтворгүй изотоп

Атомын цөм нь цацраг идэвхит задралын (энергийн алдагдал) үр дүнд нэг атомын цөмөөс нөгөө атомын цөмрүү шилжиж (хувирч) байвал үүнийг тогтворгүй изотоп буюу цацраг идэвхит изотоп гэж нэрлэнэ. Жишээлбэл: Нүүрстөрөгч-14-гэсэн изотоп нь азот-14-гэсэн изотопруу хувирна(бета задрал). Атомын төвшинд уг задралыг яг тодорхойлох боломжгүй боловч, ойролцоогоор задрах хурдыг (зэргийг) тооцох боломжтой юм.

Цацраг идэвхит задралын зэрэг

Тогтворгүй изотопийн задралын зэргийг тодорхойлоход хэрэглэгддэг гол үзүүлэлт нь хагас задралын хугацаа болон задралын тогтмол (decay constant) юм. Тодорхой тооны цацраг идэвхит цөмүүдийн тэн хагас нь задрах хугацааг хагас задралын хугацаа гэнэ. Хагас задралын хугацаа 10¹⁹ жилээс (²⁰⁹Bi) 10^-23 секунд хүртэл хэлбэлзэнэ.

Хагас задралын хугацаа, задралын тогтмол 2 нь доорхи хамааралтай байна.

$t_{1/2}={\frac {\ln 2}{\lambda }}=\tau \ln 2$

Бусад холбоотой сэдвүүд

• Атом
• Химийн элемент

Гадаад холбоос

• International Atomic Energy Agency
• Atomic weights of all isotopes
• Atomgewichte, Zerfallsenergien und Halbwertszeiten aller Isotope
• Chart of the Nuclides produced by the Knolls Atomic Power Laboratory
• Exploring the Table of the Isotopes at the LBNL
• Current isotope research and information