Her izotop, bir atomdaki nötron ve protonların toplam birleşik sayısı olan kütle numarasına göre adlandırılır.
Atomlar "maddenin yapı taşları" dır . Kütlesi olan ve yer kaplayan (hacme sahip olarak) her şey bu ufacık minik birimlerden oluşur. Bu, soluduğunuz hava, içtiğiniz su ve vücudunuzun kendisi için geçerlidir.
İzotoplar, atomların incelenmesinde hayati bir kavramdır. Kimyagerler, fizikçiler ve jeologlar dünyamızı anlamlandırmak için bunları kullanırlar. Ancak izotopların ne olduğunu - ya da neden bu kadar önemli olduklarını - açıklamadan önce bir adım geri atıp atomlara bir bütün olarak bakmamız gerekecek.
Atom Dünyamız
Muhtemelen bildiğiniz gibi, atomların üç ana bileşeni vardır - bunlardan ikisi çekirdekte bulunur. Atomun merkezinde bulunan çekirdek, sıkıca paketlenmiş bir parçacık kümesidir. Bu parçacıklardan bazıları, pozitif elektrik yükleri olan protonlardır.
Zıt suçlamaların etkilediği iyi belgelenmiştir. Bu arada, benzer şekilde yüklü bedenler de birbirlerini itme eğilimindedir. İşte bir soru: İki veya daha fazla proton - pozitif yükleriyle birlikte - aynı çekirdekte nasıl bir arada var olabilir? Birbirlerini uzaklaştırmaları gerekmez mi?
Nötronların devreye girdiği yer burasıdır. Nötronlar, çekirdeği protonlarla paylaşan atom altı parçacıklardır . Ancak nötronların elektrik yükü yoktur. Adlarına göre nötronlar nötrdür, ne pozitif ne de negatif yüklüdür. Bu önemli bir özellik. Nötronlar, nötrlükleri sayesinde protonların birbirlerini çekirdekten dışarı çıkarmasını engelleyebilir.
"İlköğretim, Sevgili Watson'ım"
Çekirdeğin etrafında dönen elektronlar, negatif yüklü ultra hafif parçacıklardır. Elektronlar kimyasal bağlanmayı kolaylaştırır ve hareketleri elektrik denen küçük bir şey üretebilir . Protonlar daha az önemli değil. Birincisi, bilim insanlarının unsurları birbirinden ayırmasına yardımcı oluyorlar.
Periyodik tablonun çoğu versiyonunda , her karenin sağ üst köşesinde küçük bir sayı olduğunu fark etmişsinizdir . Bu rakam atom numarası olarak bilinir. Okuyucuya, belirli bir elementin atom çekirdeğinde kaç proton olduğunu söyler. Örneğin, oksijenin atom numarası sekizdir. Evrendeki her oksijen atomunun tam olarak sekiz protonlu bir çekirdeği vardır; ne fazla ne az.
Parçacıkların bu çok özel düzenlemesi olmadan oksijen oksijen olmazdı. Her elementin atom numarası - oksijen dahil - tamamen benzersizdir. Ve bu tanımlayıcı bir özellik. Başka hiçbir elementin çekirdek başına sekiz protonu yoktur. Protonları sayarak bir atomu tanımlayabilirsiniz. Tıpkı oksijen atomlarının her zaman sekiz protona sahip olacağı gibi, nitrojen atomları da her zaman yedi protona sahiptir. Bu kadar basit.
Nötronlar buna uymaz. Bir oksijen atomundaki çekirdeğin (bizim belirlediğimiz gibi) sekiz protonu barındırması garanti edilir. Bununla birlikte, dört ila 20 nötron da içerebilir . İzotoplar, farklı sayıda nötron içeren aynı kimyasal elementin varyantlarıdır.
Şimdi, her izotop, bir atomdaki nötron ve protonların toplam birleşik sayısı olan kütle numarasına göre adlandırılır. Örneğin, daha iyi bilinen oksijen izotoplarından biri oksijen-18 (O-18) olarak adlandırılır. Standart sekiz proton artı 10 nötron var.
Ergo, O-18'in kütle sayısı - tahmin etmişsinizdir - 18'dir. İlgili bir izotop, oksijen-17 (O-17), çekirdekte bir daha az nötron içerir.
Kararsız Hissetmek
Bazı kombinasyonlar diğerlerinden daha güçlüdür. Bilim adamları, O-17 ve O-18'i kararlı izotoplar olarak sınıflandırıyor. Kararlı bir izotopta, protonlar ve nötronlar tarafından uygulanan kuvvetler birbirini bir arada tutar ve çekirdeği kalıcı olarak sağlam tutar.
Diğer taraftan, " radyoizotoplar " olarak da adlandırılan radyoaktif izotoplardaki çekirdekler kararsızdır ve zamanla bozunacaktır. Bu şeyler, uzun vadede temelde sürdürülemez olan bir proton-nötron oranına sahiptir. Kimse bu çıkmazda kalmak istemez. Bu nedenle, radyoaktif izotoplar olacaktır döken bunlar, Nice kendilerini dönüştürülen kadar kesin bir atomdan küçük partikülleri (ve serbest bırakma enerjisi), kararlı izotoplar.
O-18 stabildir, ancak oksijen-19 (O-19) stabil değildir. İkincisi kaçınılmaz olarak parçalanacaktır - hızlı! Yaratılışından sonraki 26.88 saniye içinde, bir O-19 örneğinin, atomlarının yarısını çürümenin tahribatına kaptırması garanti edilir.
Bu, O-19'un 26.88 saniyelik yarılanma ömrüne sahip olduğu anlamına gelir. Yarı ömür, bir izotop örneğinin yüzde 50'sinin bozunması için geçen süredir . Bu kavramı hatırlayın; sonraki bölümde onu paleontolojiye bağlayacağız.
Ancak fosil biliminden bahsetmeden önce, yapılması gereken önemli bir nokta var. Oksijenden farklı olarak, bazı elementlerin herhangi bir kararlı izotopu yoktur. Uranyum düşünün. Doğal dünyada, bu ağır metalin üç izotopu vardır ve hepsi radyoaktiftir , atomik çekirdekler sabit bir bozulma halindedir. Sonunda, bir uranyum parçası tamamen farklı bir elemente dönüşecektir.
Geçişi gerçek zamanlı olarak izlemeye çalışma zahmetine girmeyin. Süreç çok çok yavaş ilerliyor.
Tarihleri Alma (Ve Sağlıklı Kalma)
Elementin en yaygın izotopu olan Uranyum-238 (U-238), yaklaşık 4,5 milyar yıllık bir yarı ömre sahiptir ! Yavaş yavaş, kararlı olan kurşun-206 (Pb-206) haline gelecektir. Benzer şekilde, uranyum-235 (U-235) - 704 milyon yıllık yarı ömrü ile - başka bir kararlı izotop olan kurşun-207'ye (Pb-207) geçiş yapar.
Jeologlar için bu gerçekten yararlı bir bilgidir. Diyelim ki, zirkon kristalleri U-235 ve Pb-207 karışımı içeren bir kaya parçası bulmuş . Bu iki atomun oranı, bilim adamlarının kayanın yaşını belirlemesine yardımcı olabilir.
İşte nasıl: Diyelim ki kurşun atomları sayıca uranyum muadillerinden çok daha fazla . Bu durumda, oldukça eski bir kayaya baktığınızı bilirsiniz. Ne de olsa uranyumun kendisini kurşuna dönüştürmeye başlamak için bolca zamanı vardı. Öte yandan, aksi doğruysa - ve uranyum atomları daha yaygınsa - o zaman kayanın daha genç tarafta olması gerekir.
Az önce tarif ettiğimiz tekniğe radyometrik tarihleme denir . Bu , kaya örneklerinin ve jeolojik oluşumların yaşını tahmin etmek için kararsız izotopların iyi belgelenmiş bozunma oranlarını kullanma eylemidir . Paleontologlar, belirli bir fosilin birikmesinden bu yana ne kadar zaman geçtiğini belirlemek için bu stratejiden yararlanırlar. (Numuneyi doğrudan tarihlendirmek her zaman mümkün olmasa da .)
İzotopları takdir etmek için tarih öncesi meraklısı olmanıza gerek yok. Tıp pratisyenleri , kan akışını izlemek, kemik büyümesini incelemek ve hatta kanserle savaşmak için bazı radyoaktif türleri kullanır. Çiftçilere toprak kalitesi hakkında fikir vermek için radyoizotoplar da kullanılmıştır .
İşte orada var. Nötronların değişkenliği kadar soyut görünen bir şey, kanser tedavisinden derin zamanın gizemlerine kadar her şeyi etkiliyor. Bilim harika.
ŞİMDİ BU EĞLENCE
Spor ve bilimin yolları sandığınızdan daha sık kesişir. New Mexico'nun en büyük şehri, 2003 yılında yeni bir ikinci lig beyzbol takımına ulaştı. Adı? Albuquerque İzotopları. "The Simpsons" ın 12. Sezon bölümüne atıfta bulunarak, takımın alışılmadık adı hoş bir yan etki yarattı: Gerekirse, basketbol sahası çalışanları meraklı hayranlara düzenli olarak kimya dersleri veriyor.
