ไอโซโทปคืออะไร?

ไอโซโทปเป็นแนวคิดที่สำคัญในการศึกษาอะตอม นักเคมีนักฟิสิกส์และนักธรณีวิทยาใช้สิ่งเหล่านี้เพื่อทำความเข้าใจโลกของเรา แต่ก่อนที่เราจะอธิบายได้ว่าไอโซโทปคืออะไร - หรือทำไมจึงสำคัญเราต้องย้อนกลับไปดูอะตอมโดยรวม

โลกปรมาณูของเรา

อย่างที่คุณทราบกันดีว่าอะตอมมีองค์ประกอบหลัก 3 ส่วนซึ่งสององค์ประกอบนี้อาศัยอยู่ในนิวเคลียส นิวเคลียสเป็นกลุ่มอนุภาคที่รวมกันแน่น อนุภาคเหล่านี้บางส่วนเป็นโปรตอนซึ่งมีประจุไฟฟ้าเป็นบวก

มีการบันทึกไว้อย่างดีว่าการเรียกเก็บเงินตรงข้ามดึงดูด ในขณะเดียวกันร่างกายที่ถูกตั้งข้อหาในทำนองเดียวกันมักจะขับไล่ซึ่งกันและกัน ต่อไปนี้เป็นคำถาม: โปรตอนสองตัวหรือมากกว่าที่มีประจุบวกอยู่ร่วมกันในนิวเคลียสเดียวกันได้อย่างไร? พวกเขาไม่ควรผลักกันออกไป?

นั่นคือที่มาของนิวตรอนนิวตรอนเป็นอนุภาคย่อยของอะตอมที่ใช้นิวเคลียสร่วมกับโปรตอน แต่นิวตรอนไม่มีประจุไฟฟ้า ตามชื่อของมันนิวตรอนเป็นกลางไม่มีประจุบวกหรือลบ เป็นคุณลักษณะที่สำคัญ โดยอาศัยความเป็นกลางนิวตรอนสามารถหยุดโปรตอนไม่ให้ขับซึ่งกันและกันออกจากนิวเคลียสได้

"ประถมวัตสันที่รักของฉัน"

การโคจรรอบนิวเคลียสคืออิเล็กตรอนอนุภาคแสงพิเศษที่มีประจุลบ อิเล็กตรอนช่วยในการสร้างพันธะเคมีและการเคลื่อนไหวของพวกมันสามารถผลิตสิ่งเล็ก ๆ ที่เรียกว่าไฟฟ้าได้ โปรตอนมีความสำคัญไม่น้อย ประการหนึ่งคือช่วยให้นักวิทยาศาสตร์แยกองค์ประกอบต่างๆออกจากกันได้

คุณอาจสังเกตเห็นว่าในตารางธาตุส่วนใหญ่แต่ละตารางจะมีตัวเลขเล็ก ๆ น้อย ๆ พิมพ์อยู่ที่มุมขวาบน ตัวเลขนั้นเรียกว่าเลขอะตอม จะบอกผู้อ่านว่ามีโปรตอนอยู่ในนิวเคลียสของธาตุใดบ้าง ตัวอย่างเช่นเลขอะตอมของออกซิเจนคือแปด ออกซิเจนทุกอะตอมในจักรวาลมีนิวเคลียสที่มีโปรตอนแปดตัว ไม่มากไม่น้อย.

หากไม่มีการจัดเรียงอนุภาคที่เฉพาะเจาะจงมากออกซิเจนก็จะไม่เป็นออกซิเจน เลขอะตอมของธาตุแต่ละตัว - รวมทั้งออกซิเจนด้วย - มีความแตกต่างกันโดยสิ้นเชิง และเป็นลักษณะที่กำหนด ไม่มีองค์ประกอบอื่นใดที่มีโปรตอนแปดตัวต่อนิวเคลียส คุณสามารถระบุอะตอมได้ด้วยการนับโปรตอน เช่นเดียวกับอะตอมของออกซิเจนจะมีโปรตอนแปดตัวเสมออะตอมของไนโตรเจนจะมาพร้อมกับเจ็ดอย่างสม่ำเสมอ ง่ายๆแค่นั้นเอง

นิวตรอนไม่เป็นไปตามความเหมาะสม นิวเคลียสในอะตอมออกซิเจนได้รับการรับรองว่ามีโปรตอนแปดตัว (ตามที่เราได้กำหนดไว้) แต่ก็ยังอาจจะมีที่ใดก็ได้จากสี่ถึง 20 นิวตรอน ไอโซโทปเป็นตัวแปรขององค์ประกอบทางเคมีชนิดเดียวกันที่มีจำนวนนิวตรอนต่างกัน

ตอนนี้แต่ละไอโซโทปได้รับการตั้งชื่อตามจำนวนมวลซึ่งเป็นจำนวนนิวตรอนและโปรตอนรวมกันในอะตอม ตัวอย่างเช่นไอโซโทปของออกซิเจนที่รู้จักกันดีชนิดหนึ่งเรียกว่าออกซิเจน -18 (O-18) มันมีโปรตอนแปดมาตรฐานบวกนิวตรอน 10 ตัว

Ergo จำนวนมวลของ O-18 คือ - คุณเดาได้ - 18. ไอโซโทปที่เกี่ยวข้องคือออกซิเจน -17 (O-17) มีนิวตรอนน้อยกว่าหนึ่งตัวในนิวเคลียส

รู้สึกไม่มั่นคง

ชุดค่าผสมบางอย่างแข็งแกร่งกว่าชุดอื่น ๆ นักวิทยาศาสตร์จัดให้ O-17 และ O-18 เป็นไอโซโทปที่เสถียร ในไอโซโทปที่เสถียรแรงที่กระทำโดยโปรตอนและนิวตรอนจะจับกันทำให้นิวเคลียสไม่เสียหายอย่างถาวร

ในทางกลับกันนิวเคลียสในไอโซโทปกัมมันตภาพรังสีเรียกอีกอย่างว่า " ไอโซโทปกัมมันตภาพรังสี " ไม่เสถียรและจะสลายตัวไปตามกาลเวลา สิ่งเหล่านี้มีอัตราส่วนโปรตอนต่อนิวตรอนซึ่งโดยพื้นฐานแล้วไม่ยั่งยืนในระยะยาว ไม่มีใครอยากอยู่ในสถานการณ์นั้น ดังนั้นไอโซโทปกัมมันตภาพรังสีจะหลั่งอนุภาคย่อยของอะตอม (และปลดปล่อยพลังงาน) ออกมาจนกว่าพวกมันจะเปลี่ยนตัวเองเป็นไอโซโทปที่ดีและเสถียร

O-18 เสถียร แต่ออกซิเจน -19 (O-19) ไม่ใช่ หลังย่อมพัง - เร็ว! ภายใน26.88 วินาทีของการสร้างตัวอย่าง O-19 รับประกันว่าจะสูญเสียครึ่งหนึ่งของอะตอมไปสู่ความหายนะของการสลายตัว

นั่นหมายความว่า O-19 มีครึ่งชีวิต 26.88 วินาที ครึ่งชีวิตคือระยะเวลาที่ใช้ 50 เปอร์เซ็นต์ของตัวอย่างไอโซโทปในการสลายตัว จำแนวคิดนี้ไว้ เราจะเชื่อมต่อกับซากดึกดำบรรพ์ในหัวข้อถัดไป

แต่ก่อนที่เราจะพูดถึงวิทยาศาสตร์ฟอสซิลมีประเด็นสำคัญที่ต้องทำ ซึ่งแตกต่างจากออกซิเจนองค์ประกอบบางอย่างไม่ได้มีไอโซโทปมั่นคงใด ๆ พิจารณายูเรเนียม ในโลกธรรมชาติมีไอโซโทปของโลหะหนักนี้อยู่สามไอโซโทปและเป็นกัมมันตภาพรังสีทั้งหมดโดยนิวเคลียสของอะตอมอยู่ในสภาพคงที่ของการสลายตัว ในที่สุดยูเรเนียมก้อนหนึ่งจะกลายเป็นองค์ประกอบที่แตกต่างกันโดยสิ้นเชิง

อย่ากังวลกับการพยายามดูการเปลี่ยนแปลงแบบเรียลไทม์ กระบวนการคลี่คลายช้ามาก

การออกเดท (และการมีสุขภาพที่ดี)

ยูเรเนียม -238 (U-238) ซึ่งเป็นไอโซโทปที่พบมากที่สุดของธาตุมีครึ่งชีวิตประมาณ4.5 พันล้านปี ! ค่อยๆกลายเป็นตะกั่ว -206 (Pb-206) ซึ่งมีความเสถียร ในทำนองเดียวกันยูเรเนียม -235 (U-235) ซึ่งมีครึ่งชีวิต 704 ล้านปีจะเปลี่ยนเป็นตะกั่ว -207 (Pb-207) ซึ่งเป็นไอโซโทปที่เสถียรอีกชนิดหนึ่ง

สำหรับนักธรณีวิทยานี่เป็นข้อมูลที่มีประโยชน์มาก สมมติว่ามีคนพบแผ่นหินที่มีผลึกเพทายมีส่วนผสมของ U-235 และ Pb-207 อัตราส่วนของอะตอมทั้งสองนี้สามารถช่วยให้นักวิทยาศาสตร์กำหนดอายุของหินได้

นี่คือวิธี: สมมติว่าอะตอมของตะกั่วมีจำนวนมากกว่ายูเรเนียมของพวกมันอย่างมาก ในกรณีนี้คุณรู้ว่าคุณกำลังมองหาหินเก่า ๆ ท้ายที่สุดแล้วยูเรเนียมมีเวลาเหลือเฟือที่จะเริ่มเปลี่ยนตัวเองเป็นตะกั่ว ในทางกลับกันถ้าตรงกันข้าม - และอะตอมของยูเรเนียมเป็นเรื่องธรรมดามากกว่าหินจะต้องอยู่ในด้านที่อายุน้อยกว่า

เทคนิคที่เราได้อธิบายเพียงแค่เรียกว่าเดทดาวเทียมที่บันทึก นั่นคือการกระทำของการใช้อัตราการสลายตัวของไอโซโทปที่ไม่เสถียรที่มีการบันทึกไว้เป็นอย่างดีเพื่อประมาณอายุของตัวอย่างหินและการก่อตัวทางธรณีวิทยา นักบรรพชีวินวิทยาใช้กลยุทธ์นี้เพื่อกำหนดระยะเวลาที่ผ่านไปนับตั้งแต่ฟอสซิลชิ้นหนึ่งถูกฝากไว้ (แม้ว่าจะไม่สามารถลงวันที่ตัวอย่างโดยตรงได้เสมอไป)

คุณไม่จำเป็นต้องเป็นคนในยุคดึกดำบรรพ์เพื่อชื่นชมไอโซโทป แพทย์ใช้กัมมันตภาพรังสีบางชนิดเพื่อตรวจสอบการไหลเวียนของเลือดศึกษาการเจริญเติบโตของกระดูกและแม้กระทั่งการต่อสู้กับมะเร็ง ไอโซโทปรังสียังได้รับการใช้เพื่อให้เกษตรกรข้อมูลเชิงลึกในคุณภาพดิน

คุณมีมันแล้ว สิ่งที่ดูเหมือนนามธรรมเช่นเดียวกับความแปรปรวนของนิวตรอนส่งผลกระทบต่อทุกอย่างตั้งแต่การรักษามะเร็งไปจนถึงความลึกลับของเวลาที่ลึกซึ้ง วิทยาศาสตร์น่ากลัว

ตอนนี้สนุกมาก

กีฬาและวิทยาศาสตร์ข้ามเส้นทางบ่อยกว่าที่คุณคิด เมืองที่ใหญ่ที่สุดของนิวเม็กซิโกมีทีมเบสบอลไมเนอร์ลีกใหม่ในปี 2546 ชื่อ? ไอโซโทปของอัลบูเคอร์คี การอ้างอิงถึงซีซั่นที่ 12 ของ "The Simpsons" ชื่อที่ไม่ธรรมดาของทีมมีผลข้างเคียงที่น่าพึงพอใจ: โดยความจำเป็นพนักงานของ ballpark จะสอนวิชาเคมีให้กับแฟน ๆ ที่อยากรู้อยากเห็นเป็นประจำ