ИЗОТО́ПЫ

ИЗОТО́ПЫ (от изо... и греч. τόπος – ме­сто), раз­но­вид­но­сти ато­мов од­но­го и то­го же хи­мич. эле­мен­та, атом­ные яд­ра ко­то­рых име­ют оди­на­ко­вое чис­ло про­то­нов $(Z)$ и разл. чис­ло ней­тро­нов $(N)$. И. на­зы­ва­ют так­же яд­ра та­ких ато­мов. И. – нук­ли­ды од­но­го эле­мен­та, они за­ни­ма­ют од­но и то же ме­сто в пе­рио­дич. сис­те­ме хи­мич. эле­мен­тов (от­сю­да назв.).

В 1886 У. Крукс, изу­чая ред­ко­зе­мель­ные эле­мен­ты, впер­вые вы­ска­зал идею о том, что один и тот же хи­мич. эле­мент мо­жет со­сто­ять из не­сколь­ких раз­но­вид­но­стей ато­мов, имею­щих разл. атом­ные мас­сы. Экс­пе­рим. дан­ные о су­ще­ст­во­вании И. бы­ли по­лу­че­ны в 1906–10 при изу­че­нии свойств ра­дио­ак­тив­ных эле­мен­тов. Тер­мин «И.» пред­ло­жен Ф. Сод­ди в 1910. Дж. Дж. Том­сон (см. Том­сон) в 1911 до­ка­зал су­ще­ст­во­ва­ние И. в экс­пе­ри­мен­тах с ка­тод­ны­ми лу­ча­ми.

Для обо­зна­че­ния И. ис­поль­зу­ют­ся ин­дек­сы, со­про­во­ж­даю­щие хи­мич. сим­вол эле­мен­та. Мас­со­вое чис­ло $A$ (сум­мар­ное ко­ли­че­ст­во про­то­нов и ней­тро­нов в яд­ре) обо­зна­ча­ет­ся ле­вым верх­ним ин­дек­сом, ино­гда ука­зы­ва­ет­ся так­же за­ря­до­вое чис­ло (чис­ло про­то­нов) $Z$ – ле­вым ниж­ним ин­дек­сом.

По сво­им ядер­ным свой­ст­вам (спектр энер­ге­тич. уров­ней, спо­соб­ность всту­пать в те или иные ядер­ные ре­ак­ции и др.) И., как пра­ви­ло, име­ют ма­ло об­ще­го ме­ж­ду со­бой. В по­дав­ляю­щем боль­шин­стве слу­ча­ев ве­ще­ст­ва, раз­ли­чаю­щие­ся толь­ко изо­топ­ным со­ста­вом, об­ла­да­ют оди­на­ко­вы­ми хи­ми­че­ски­ми и поч­ти оди­на­ко­вы­ми фи­зич. свой­ст­ва­ми, т. к. на струк­ту­ру элек­трон­ной обо­лоч­ки ато­ма влия­ет прак­ти­че­ски толь­ко за­ряд яд­ра. По­это­му вы­де­ле­ние к.-л. И. из при­род­ной сме­си – слож­ная за­да­ча, для ре­шения ко­то­рой ис­поль­зу­ют­ся не­боль­шие раз­ли­чия в ско­ро­стях ис­па­ре­ния, диф­фу­зии и др. ме­то­ды (см. Изо­то­пов раз­де­ле­ние). Ис­клю­че­ни­ем яв­ля­ют­ся И. лёг­ких хи­мич. эле­мен­тов. И. во­до­ро­да $\ce{^1H,\, ^2H,\, ^3H}$ столь силь­но от­ли­ча­ют­ся по мас­се, что фи­зич. и да­же хи­мич. свой­ст­ва во­до­ро­да раз­но­го изо­топ­но­го со­ста­ва раз­лич­ны.

Ус­лов­но раз­ли­ча­ют ста­биль­ные и не­ста­биль­ные (ра­дио­ак­тив­ные) И. Ста­биль­ны­ми на­зы­ва­ют И., вре­мя жиз­ни ко­то­рых мно­го боль­ше воз­рас­та Зем­ли. Чис­ло ста­биль­ных И. у хи­мич. эле­мен­тов с чёт­ным $Z$ мо­жет дос­ти­гать 10 (напр., у $\ce{Sn}$). Эле­мен­ты с не­чёт­ным $Z$ име­ют не бо­лее двух ста­биль­ных И. Для всех хи­мич. эле­мен­тов ис­кус­ст­вен­но по­лу­че­ны ра­дио­ак­тив­ные И. (см. Ра­дио­нук­ли­ды).

Со­дер­жа­ние отд. И. в их ес­те­ст­вен­ной сме­си нес­коль­ко от­ли­ча­ет­ся для об­раз­цов, взя­тых из раз­ных мест зем­ной ко­ры. Для лёг­ких хи­мич. эле­мен­тов это свя­за­но, как пра­ви­ло, с из­ме­не­ни­ем изо­топ­но­го со­ста­ва при ис­па­ре­нии, рас­тво­ре­нии, диф­фу­зии и др. Для $\ce{Pb}$ ва­риа­ции изо­топ­но­го со­ста­ва объ­яс­ня­ют­ся разл. со­дер­жа­ни­ем в раз­ных ис­точ­ни­ках (ру­дах, ми­не­ра­лах и др.) ро­до­на­чаль­ни­ков ра­дио­ак­тив­ных ря­дов (см. Ра­дио­ак­тив­ность).

И. при­ме­ня­ют­ся в экс­пе­рим. фи­зи­ке, хи­мии, био­ло­гии, ядер­ной энер­ге­ти­ке, ме­ди­ци­не, эко­ло­гии, ма­те­риа­ло­ве­де­нии, тех­ни­ке. Про­из­вод­ст­во и тор­гов­ля И. об­ра­зу­ют зна­чи­мый и рас­ту­щий сег­мент ми­ро­вой эко­но­ми­ки.