Изотопы

ИЗОТОПЫ (от изо... и греческий τόπος - место), разновидности атомов одного и того же химического элемента, атомные ядра которых имеют одинаковое число протонов (Z) и различное число нейтронов (N). Изотопами  называют также ядра таких атомов. Изотопы  - нуклиды одного элемента, они занимают одно и то же место в периодической системе химических элементов (отсюда название).

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

Для обозначения изотопов используются индексы, сопровождающие химический символ элемента. Массовое число А (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 энергетических уровней, способность вступать в те или иные ядерные реакции и др.) изотопы, как правило, имеют мало общего между собой. В подавляющем большинстве случаев вещества, различающиеся только изотопным составом, обладают одинаковыми химическими и почти одинаковыми физическими свойствами, так как на структуру электронной оболочки атома влияет практически только заряд ядра. Поэтому выделение какого-либо изотопа из природной смеси - сложная задача, для решения которой используются небольшие различия в скоростях испарения, диффузии и другие методы (смотри Изотопов разделение). Исключением являются изотопы лёгких химических элементов. Изотопы  водорода ¹Н, ²Н, ³Н столь сильно отличаются по массе, что физические и даже химические свойства водорода разного изотопного состава различны.

Условно различают стабильные и нестабильные (радиоактивные) изотопы. Стабильными называют изотопы, время жизни которых много больше возраста Земли. Число стабильных изотопов у химических элементов с чётным Z может достигать 10 (например, у Sn). Элементы с нечётным Z имеют не более двух стабильных изотопов. Для всех химических элементов искусственно получены радиоактивные изотопы (смотри Радионуклиды).

Содержание отдельных изотопов в их естественной смеси несколько отличается для образцов, взятых из разных мест земной коры. Для лёгких химических элементов это связано, как правило, с изменением изотопного состава при испарении, растворении, диффузии и др. Для Pb вариации изотопного состава объясняются различным содержанием в разных источниках (рудах, минералах и др.) родоначальников радиоактивных рядов (смотри Радиоактивность).

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

Лит.: Селинов И. П. Изотопы. М., 1970. Т. 1-3; Учение о радиоактивности. История и современность. М., 1973; Изотопы: свойства, получение, применение / Под редакцией В. Ю. Баранова. М., 2005. Т. 1-2.