איזוטופ

אִיזוֹטוֹפּ של יסוד כימי הוא אטום בעל אותו מספר אטומי אך בעל מסה שונה, כלומר מספר הנייטרונים שונה מהרגיל. לאיזוטופים יש אותן התכונות הכימיות שיש ליסוד.

כיום מוכרים למדע מעל 1000 איזוטופים שונים המשויכים ל-118 היסודות בטבלה המחזורית.

מקורה של המלה איזוטופ, ביוונית: Ισος (איסוֹס) = שווה, Τοπος (טוֹפּוֹס) = מקום, ופירושה "אותו מקום", מקור השם נעוץ בעובדה שאיזוטופים נמצאים באותו מקום בטבלה המחזורית של היסודות.

רקע

כל היסודות בנויים מאטומים. האטום בנוי, באופן כללי, מגרעין, המורכב מפרוטונים ונייטרונים הבונים את הגרעין, ומאלקטרונים הסובבים סביב הגרעין. התכונה האטומית המבדילה בין חומר אחד למשנהו, היא מספר הפרוטונים שבגרעין. מספר זה - הקרוי מספר אטומי של היסוד, והמייצג גם את מספר האלקטרונים של יסוד זה - קובע את תכונותיו הכימיות של החומר, וממנו נובעים צבעו, מרקמו, ותכונותיו המכניות.

מספר הנייטרונים שבגרעין, לעומת זאת, יכול להשתנות מבלי לשנות את תכונותיו הכימיות של החומר. פעמים רבות מספרם של הנייטרונים שווה למספר הפרוטונים (בפרט ביסודות הקלים), אך הדבר אינו מחויב. מספר הפרוטונים והנייטרונים גם יחד קובע את המשקל האטומי - הנקרא גם מסה אטומית - של האטום. מסת האלקטרונים קטן פי כ-1836 ממסת הפרוטון או הנייטרון ולכן זניח.

הצורה הנפוצה של החומר בטבע היא "הצורה הטבעית" שלו, אך לעיתים קרובות ניתן למצוא אטומים של החומר עם מספר שונה של נייטרונים מן הצורה הטבעית. צורה פחות נפוצה זו של החומר נקראת איזוטופ.

בצורתו הטבעית של גרעין המימן, למשל, יש פרוטון אחד, ללא נייטרון. בנוסף, קיימים אטומים של מימן להם יש נייטרון בגרעין, בנוסף לפרוטון - זהו איזוטופ של מימן הקרוי דאוטריום. בריאקציות גרעיניות נוצר איזוטופ נוסף של מימן הקרוי טריטיום, ולו שני נייטרונים בגרעין.

בניגוד לדוגמה זו, שבה לכל איזוטופ יש שם, מרבית האיזוטופים אינם קרויים בשם, אלא קרויים בשם הבנוי משם היסוד ומספר הפרוטונים והנייטרונים שבגרעינו. אורניום-238, למשל הוא איזוטופ של אורניום שבגרעינו ישנם 238 פרוטונים ונייטרונים. בכתיב הכימי מסומן האיזוטופ בסמל היסוד, שלפניו רשום, בספרות עיליות, מספר הפרוטונים והנייטרונים. 238U, למשל, הוא אורניום-238.

קיומם של איזוטופים שונים לאותו יסוד גורם לכך שהמשקל האטומי, כפי שהוא מופיע בטבלה המחזורית של היסודות, אינו מייצג משקל אטומי של איזוטופ מסוים, אלא את המשקל האטומי המשוקלל, בהתאם לתפוצתם של האיזוטופים בטבע.

אף שלמספר הנייטרונים בגרעין אין השפעה על התכונות הכימיות של היסוד, יש לו השפעה רבה על היציבות של הגרעין - חלק מהאיזוטופים הם איזוטופים רדיואקטיביים. לניקל, למשל, יש 5 איזוטופים יציבים (הגרעין שלהם אינו מתפרק מעצמו), איזוטופ אחד (59Ni) שזמן מחצית החיים שלו הוא יותר מ-10,000 שנה, איזוטופ אחד (63Ni) שזמן מחצית חייו נמדד בשנים רבות ו-3 איזוטופים (56Ni, 57Ni ו-66Ni) שזמן מחצית חייהם הוא פחות מעשרה ימים.

שימושי האיזוטופים

בין אטומים זהים של אותו יסוד אי אפשר להבדיל בתהליכים כימיים, אך ניתן להבדיל בין איזוטופים שונים בתהליכים פיזיקליים (בעיקר על פי משקלם). יצירת תרכובת מאיזוטופ מסוים מאפשרת מעקב אחר ההתנהגות של האטומים המרכיבים תרכובת זו בתערובת שבה נמצאים אטומים אלה גם בתרכובות אחרות. דוגמה: בחקר התנהגותו של הפנול (C6H5OH) במים, משתמשים במים כבדים (D2O), כלומר מים שהמימן בהם הוא האיזוטופ דאוטריום. בצורה זו ניתן להבחין בין המימן שבפנול ובין המימן שבמים, ולגלות שהפנול המומס במים מחליף אטומי מימן עם המים.

הבדל נוסף אפשרי הוא בתהודה מגנטית גרעינית, אם לאיזוטופ מסוים (כמו 31P, 1H וכו') יש 1/2+ ניתן לראותו במכשיר NMR, או לפחות את האחוז היחסי שלו מתוך היסוד.

לייצורה של פצצת אטום דרושים איזוטופים מסוימים. הפעולה הקרויה "העשרת אורניום" היא בידודו של האיזוטופ הנדיר, 235U, הנחוץ לייצור הפצצה, מתוך האורניום המצוי בטבע שבו האיזוטופ הנפוץ הוא 238U. זהו אתגר טכנולוגי לא פשוט, עקב ההבדלים הפעוטים שבין האיזוטופים.

האיזוטופים 235U ו-239Pu נוחים לביקוע גרעיני, ולפיכך הם משמשים כדלק לכורים גרעיניים וכחומר בקיע בפצצות גרעיניות.

לאיזוטופים הרדיואקטיביים של יסודות רבים (הנקראים רדיו-איזוטופים) יש שימושים במדע ובביולוגיה (לרבות המחקר הרפואי) כסַמָּנִים. אין כל הבדל כימי ממשי בין איזוטופ רדיואקטיבי ואחר של אותו היסוד, אבל יש ביניהם הבדל פיזיקלי, המתבטא בכך שהאיזוטופ הרדיואקטיבי פולט קרינה עם התבקעותו, ואת זו אפשר לקלוט ולמדוד בגלאים מתאימים. בדרך זו אפשר להתחקות אחר התהליכים העוברים על חומר כלשהו בגוף האדם, למשל. לדוגמה, היסוד יוד ממלא תפקיד חשוב בגוף, ובייחוד בפעולתה של בלוטת התריס. בעזרת האיזוטופים הרדיואקטיביים שלו, למשל 135I, אפשר להתחקות אחר מהלך היוד בגוף ולעמוד על סיבותיהן של הפרעות לפעולתה של בלוטה זו.

שימוש אחר לאיזוטופים רדיואקטיביים הוא הפקת חשמל לפי העיקרון התרמו-חשמלי: האנרגיה הנפלטת בהתפרקות מומרת במישרין לזרם חשמלי. התקנים מסוג זה משמשים במקומות שיש בהם צורך בזרם, אך קשה או בלתי-אפשרי לתחזק את מקור הזרם באופן שוטף; לדוגמה, בגשושות חלל או בקוצבי לב.

זמן מחצית החיים של יסודות 83 עד 118

כל היסודות בעלי מספר אטומי מעל 82 (עופרת) הינם בלתי-יציבים וזמן מחצית החיים באופן כללי יורד עם עליית המספר האטומי, החל מהיסוד היציב למדי אורניום (מספר 92) ועד היסוד הכבד ביותר 118. זמן מחצית החיים גדל בתחום היסודות 103 עד 105, יורד ביסוד 106 ועולה שוב קלות ביסודות 110 עד 114, מה שמרמז על התכנות אי של יציבות.

בטבלה מוצג זמן מחצית החיים של האיזוטופ היציב ביותר של היסוד בטווח.

מספר אטומישם היסודהאיזוטופ היציב ביתרמחצית חיים
83 ביסמוט209Bi2 × 1019 שנים
84 פולוניום209Po130 שנים
85 אסטטין210At8 שעות
86 רדון222Rn3.824 ימים
87 פרנציום223Fr22.0 דקות
88 רדיום226Ra1600 שנים
89 אקטיניום227Ac21.77 שנים
90 תוריום232Th1.41 × 1010 שנים
91 פרוטקטיניום231Pa32800 שנים
92 אורניום238U4.47 × 109 שנים
93 נפטוניום237Np2.14 × 106 שנים
94 פלוטוניום244Pu8.0 × 107 שנים
95 אמריציום243Am7400 שנים
96 קוריום247Cm1.6 × 107 שנים
97 ברקליום247Bk1000 שנים
98 קליפורניום251Cf900 שנים
99 איינשטייניום252Es470 ימים
100 פרמיום257Fm100.5 ימים
101 מנדלביום258Md51.5 ימים
102 נובליום259No58 דקות
103 לורנציום266Lr~11 שעות
104 רתרפורדיום267Rf~1.3 שעות
105 דובניום268Db1.3 ימים
106 סיבורגיום269Sg~3.1 דקות
107 בוהריום270Bh3.8 דקות
108 האסיום277mHs~130 שניות
109 מייטנריום278Mt7.6 שניות
110 דרמשטטיום281mDs~3.7 דקות
111 רנטגניום282Rg2.1 דקות
112 קופרניקיום285mCn~8.9 דקות
113 ניהוניום286Nh19.6 שניות
114 פלרוביום289mFl~1.1 דקות
115 מוסקוביום289Mc220 מילי-שניות
116 ליברמוריום293Lv61 מילי-שניות
117 טנסין294Ts78 מילי-שניות
118 אוגאנסון294Og890 מיקרו-שניות

ראו גם

קישורים חיצוניים

הערך באדיבות ויקיפדיה העברית, קרדיט,
רישיון cc-by-sa 3.0
This article is issued from Hamichlol. The text is licensed under Creative Commons - Attribution - Sharealike. Additional terms may apply for the media files.