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化学里的同位素是什么意思?

具有相同质子数,不同中子数的同一元素的不同核素互为同位素(Isotope)。

例如:氕、氘和氚,它们原子核中都有1个质子,但是它们的原子核中却分别有0个中子、1个中子及2个中子,所以它们互为同位素。其中,氕的相对原子质量为1.007947,氘的相对原子质量为2.274246,氚的相对原子质量为3.023548,氘几乎比氕重一倍,而氚则几乎比氕重二倍。

同位素具有相同原子序数的同一化学元素的两种或多种原子之一,在元素周期表上占有同一位置,化学性质几乎相同(氕、氘和氚的性质有些微差异),但原子质量或质量数不同,从而其质谱性质、放射性转变和物理性质(例如在气态下的扩散本领)有所差异。同位素的表示是在该元素符号的左上角注明质量数(例如碳14,一般用14C来表示)。
在自然界中天然存在的同位素称为天然同位素,人工合成的同位素称为人造同位素。如果该同位素是有放射性的话,会被称为放射性同位素。每一种元素都有放射性同位素。有些放射性同位素是自然界中存在的,有些则是用核粒子,如质子、a粒子或中子轰击稳定的核而人为产生的。

基本性质

同位素是具有相同原子序数的同一化学元素的两种或多种原子之一,在元素周期表上占有同一位置,化学行为几乎相同,但原子量或质量数不同,从而其质谱行为、放射性转变和物理性质(例如在气态下的扩散本领)有所差异。同位素的表示是在该元素符号的左上角注明质量数(质子数 中子数),左下角注明质子数。 例如碳14,一般用14C而不用C-14。

自然界中许多元素都有同位素。同位素有的是天然存在的,有的是人工制造的,有的有放射性,有的没有放射性。
同一元素的同位素虽然质量数不同,但他们的化学性质基本相同(如:化学反应和离子的形成),物理性质有差异[主要表现在质量上(如:熔点和沸点)]。自然界中,各种同位素的原子个数百分比一定。
同位素是指具有相同核电荷但不同原子质量的原子(核素)。在19世纪末先发现了放射性同位素,随后又发现了天然存在的稳定同位素,并测定了同位素的丰度。大多数天然元素都存在几种稳定的同位素。同种元素的各种同位素质量不同,但化学性质几乎相同。
自19世纪末发现了放射性以后,到20世纪初,人们发现的放射性元素已有30多种,而且证明,有些放射性元素虽然放射性显著不同,但化学性质却完全一样。

相信只要学过化学的人听过同位素这个词,那么同位素究竟是什么呢?同位素顾名思义是位置相同元素,我们知道在元素周期表中每一个位置都只存在一个元素,怎么会有位置相同的元素呢?



下面我们一起来了解一下同位素。

同位素指的是具有相同质子数,不同中子数的同一元素的不同核素互称为同位素。那么什么是质子数和中子数呢?质子数就是元素所含的质子的数量,质子数等于原子序数等于核外电子中子数就是元素所含的中子的数量一般有如下规律:相对原子质量等于质子数和中子数的和相对而言质子数和相对原子质量比较容易求得,中子数可以通过前俩者算的,例如位于元素周期表中第6位的碳元素,我们知道任何一种元素的相对原子质量基本上都确定了,例如碳元素的相对原子质量为12,而质子数与原子序数相等为6,所以中子数位6。而同位素是具有相同质子数、不同中子数的同一元素的核素,例如碳12、13、14,这三种元素的质子数都为6,而中子数不同,分别为6、78正因为它们的质子数都相同,所以原子序数都相同,在同一位置。



同位素家族中还有很多重量级同位素,比如U235和U238互为同位素,Pu239,Pu241互为同位素,这几天我们U235虽然与U238互为同位素,虽然化学性质相同但是同位素的物理性质相差较大。U235属于易裂变元素,是核电站使用核燃料的主要有效燃料,民用U235富集度在5%以下,此外U235是一种战略核材料,可以用来制作原子弹,由于有一个不太安分的邻居,这几天核试验频繁出现在报道中,U238属于可裂变材料,必须能量高于1.1兆电子伏的中子轰击才可以发生裂变,而且裂变截面较小。

关于1gU235裂变可以放出多少能量以及具体的计算过程,详见往期回答!

门捷列夫提出的元素周期表是根据元素的相对质量来排列的,不同相对质量的元素意味着物理和化学性质不同。1910年,英国的索迪指出,可能存在一些相对质量接近但不完全相同,且物理化学性质又相同的元素,这些元素在元素周期表中处在同一个位置,称之为“同位素”。第一个发现存在同位素的元素是氖,由英国物理学家汤姆逊在1912年所发现。后来,人们认识到原子内部实际上由原子核和核外电子组成,原子核又由带正电的质子和不带电的中子构成,质子数目等于核外电子总数,所以原子整体呈电中性。实际上,确定元素周期表位置主要依据原子核中质子数目,而原子核中的中子数目的不同则形成了各种同位素。

探测同位素可以用质谱仪:让带电粒子(电离后的原子,即离子)在磁场中运动,就会发生偏转,如果测定了粒子的电荷,就可以推算粒子的质量。英国的阿斯顿先后利用质谱仪在71种元素之中找到了202种同位素。1931年初,伯奇和门泽尔从理论上预言了氢同位素的存在。同年,美国的尤里利用朋友赠送的液氢开始了寻找氢同位素之旅。设想,如果氢同位素存在,它的原子核将含有一个以上中子,即要比不含中子的氢元素重一些。只要非常缓慢地蒸发液态氢,剩下的就是比氢略中的液态氢同位素。1932年,尤里通过非常精细的实验,并采用新的光谱分析方法,发现了几种不同于氢的光谱线,这几条谱线和理论预言的氢同位素相符,从而揭示了氢同位素——重氢的存在。这个氢的同位素含有一个质子和一个中子,相对质量数为2,又称“氘”,区别于只有一个质子的氢元素“氕”。后来科学家又发现质量数为3的氢同位素,称为“氚”。随着科学的进步,人们发现了氢更多的同位素,到目前为止,已发现的元素有110多种,其中绝大部分都具有同位素,而且大部分同位素具有放射性,会不断衰变成原子序数更小的元素,未必能够稳定存在。1934年,尤里因为氢同位素的发现获得了诺贝尔化学奖。

首先说一下,同位素不仅仅是化学里的概念,而是一个在各门科学中都普遍使用的概念,因为,它涉及到物质的本质。

了解同位素之前,先要知道元素的概念。

两个原子,只要它们的质子数相同,就会被列为同一种元素,在元素周期表中占据同一个位置,质子的数目就是它们的元素序号。

(图片来自网络)

但是,稍微观察一下就能注意到,这只是质子数相等,但是中子数却不一定相等,怎么办呢?

由于一种原子的化学性质,主要就与质子相关,跟中子的数目有一定关系,但是却非常小。比如,我们都知道,氢和氧可以组成水,通常情况下,氢原子就是只有一个质子,没有中子,但是,也有一种氢原子,不仅有一个质子,还有一个中子,它也可以和氧一起组成水,大多数性质都接近,而且也能参与正常水参与的各种化学反应,在工业上,这种水叫“重水”。

那么,要区分这两种不同的氢原子,就只有提出“同位素”这个概念了。不管是有一个中子还是没有中子,上述两种氢都是一号元素,它们占据着同一个位置,但它们属于两种同位素,就是这么简单。

目前,所有已知的这些元素,大多数都能找到好几种同位素,特别像氙元素,可以找到多达30种同位素。而且除了同位素,还存在一类虽然质子数和中子数都相同,但激发能量却不同的同质异能素。

同位素这个概念,在化学上应用的时候,很容易和另外一个概念“同素异形体”混淆。尽管这两个概念都是说的同一种元素的两种形态,但同位素是微观层面的,涉及到原子核内部的区别,而同素异形体却是宏观的,是同一种元素按照不同方式搭建起来结构,比如石墨和金刚石就属于同素异形体。

具有相同质子数,但是中子数不同的同种元素的不同核素互为同位素。

为什么叫同位素呢,这个位就是指的在元素周期表中的位置,也就是这些核素占有元素周期表的同一个位置,所以被称为同位素,比如碳12和碳14就互为同位素,铀235和铀238也互为同位素,这个数字就是代表这这个核素的相对原子质量

化学中对元素的定义是

原子核质子数相同就是同一种元素。

原子核由质子和中子构成。

如果两种原子 质子数一样,中子数不一样,这两种原子就是同位素。

比如 氕氘氚

氕就是普通氢原子

氕 质子数 1 中子 0

氘 质子数 1 中子 1

氚 质子数 1 中子2

0

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