ОБЩИЕ ПОНЯТИЯ ОБ ИЗОТОПАХ
Атом состоит из положительно заряженного ядра и отрицательно заряженных электронов. Ядро по объему занимает примерно 10~12 общего объема атома, но в нем сосредоточена почти вся масса атома. Ядро атома построено из элементарных частиц. В настоящее время выделено более 120 различных типов элементарных частиц, истинный характер и значение которых частично еще не ясны. Некоторые сведения об основных элементарных частицах приведены в табл. 10.
Т а б л и ц а 10 Некоторыеэлементарные частицы ыатерпи (по К. Ранкама)
Частица | Символ | Масса (в еденицах массы электрона) | Масса (в еденицах физической шкалы атомных весов) | Масса, г | Стабильно- сть | Электрический заряд | Продукты распада |
Электрон | е-1 | 0.000549 | 9,10 ×10-28 | Стабилен | — | — | |
Позитрон | е+1 | 0,000549 | 9,10 ×10-28 | » | + | — | |
Протон | H1 (p) | 1,00758 | 1,67 ×10-24 | » | + | — | |
Нейтрон | n1 | 1,00894 | 1,67 ×10-24 | Не стаби- | Протон и | ||
лен | электрон | ||||||
Нейтрино | h | ~0 (?) | ~0 (?) | Стабилен | — | ||
Фотон | hng | » | — |
§ 2. Общие понятия об изотопах
Основные частицы, которые составляют ядро и определяют его свойства, — это протоны и нейтроны. Заряд протона равен по величине и противоположен по знаку заряду электрона. Масса протона близка к массе ядра атома водорода. Число протонов в ядре называется атомным номером (%}. В каждом атоме числу протонов в ядре (положительным зарядам) соответствует такое же количество электронов (отрицательных зарядов) в сфере атома. В таблице Д. И. Менделеева атомный номер соответствует порядковому номеру элементов.
Нейтрон электрически нейтрален, масса его несколько больше массы протона. Число нейтронов в ядре (ТУ) называется нейтрон-н ы м ч и с л о м. Полное число протонов и нейтронов в ядре называется массовым числом (А). Таким образом, А = 7, + + N. Как правило (с единственным исключением для Н1), в ядре атома на каждый протон приходится не менее одного нейтрона.
Таблица11 Сведения об изотопах некоторыхэлементов (по К. Ранкама,1956)
Z | Элемент | Символ | N | А | Относительная распространенность в атомных процентах |
Водород ....... | Н | 99,9844 | |||
Дейтерий ....... | D | 0.0156 | |||
Тритий ........ | T | - | |||
Гелий ...... .. | Не | 1×3× 10-4 99,9999 | |||
Углерод ....... | С | 98,892 1,108 - | |||
Азот ......... | N | 99,635 0.365 | |||
Кислород ...... | 99,756 0,0374 0,2039 | ||||
Неон .... ..... | Ne | 90,92 0,257 8,82 | |||
Сера ......... | S | 95,1 0,74 4,2 0,016 | |||
Ксенон . . ...... | Хе | 0,096 0,090 1,919 26,44 4,08 21,18 26,89 10-44 8.87 |
Гл. III. Элементы, входящие в состав нефтей и природных газов
Атомы элемента (занимающего в периодической таблице одно и то же место), имеющие одинаковое количество протонов (2),'но разное количество нейтронов (Лг), называются изотопами. Иначе говоря, изотопы — это атомы с одинаковым количеством положительных зарядов (протонов) в ядре, но с разными массовыми •числами.
Изотопы делятся на стабильные и нестабильные. Нестабильными {или радиоактивными) называются такие изотопы, которые самопроизвольно распадаются (т. е. изменяют свое массовое число) с образованием нового атома (или атомов) с другим числом протонов (2). Этот процесс называется радиоактивным превращением элементов. Данные по некоторым элементам и их изотопам приведены в табл. 11.
В природе наблюдаются определенные закономерности в распределении элементов и их изотопов, связанные с устойчивостью строения ядер атомов.
Основа теории этого вопроса была разработана академиками В. И. Вернадским, А. Е. Ферсманом и норвежским ученым В. М. Гольдшмидтом. В специальных курсах «Геохимии» подробно рассматриваются законы распространения изотопов в земной коре.
Для измерения масс изотопов в их смесях применяются различные методы. Наиболее совершенный и распространенный метод изотопного анализа — масс-спектрометрический метод.