什么是同位素(同位素的概念并举例)

2021-06-20 01:32:30 环球信息网  

什么是同位素(同位素的概念并举例)

原子是“物质的基础”。任何具有质量并占据空间的东西都是由这些微小单元组成。这与呼吸的空气,饮用的水和我们身体本身息息相关。

什么是同位素?同位素的关键是中子变异

同位素是原子研究中的重要概念。化学家,物理学家和地质学家使用它们来理解我们的世界。 但是在我们解释什么是同位素或它们为什么如此重要之前,我们需要退后一步,并从整体上看待原子。

原子世界

您可能知道,原子有三个主要成分,其中两个位于原子核中。原子核位于原子的中心,是一个紧密堆积的粒子簇。其中一些粒子是质子,它们具有正电荷。

什么是同位素?同位素的关键是中子变异

有充分文件证明,带相反电荷的物质会相互吸引。同时,带相同电荷的物体倾向于相互排斥。所以这是一个问题:两个或多个带有正电荷的质子如何在同一个原子核中共存? 它们不应该互相排斥吗?。

这时候中子出现了。中子是亚原子粒子,与质子共享核。但是中子没有电荷。正如其名,中子是中性的,既不带正电荷,也不带负电荷。这是一个重要属性。由于其中性,中子可以阻止质子将另一个质子从原子核中挤出来。

什么是同位素?同位素的关键是中子变异

围绕原子核运行的是电子,具有负电荷的超轻粒子。电子促进化学结合,它们的运动可以产生一种叫做电的小东西。质子同样重要,首先,它们帮助科学家区分这些元素。

同位素

您可能已经注意到,在大多数版本周期表中,每个方块的右上角都印有一个小数字。该数字称为原子序数。它告诉读者给定元素的原子核中有多少质子。例如,氧的原子序数是8。宇宙中每个氧原子都有一个原子核,不多不少,只有八个质子。

什么是同位素?同位素的关键是中子变异

没有这种非常具体的粒子排列,氧原子就不会是氧原子。每个元素的原子序数都是独一无二的。这是一个决定性的特征,没有其他元素每个原子核有八个质子。通过计算质子,你可以识别一个原子。正如氧原子总是有八个质子一样,氮原子也总是带有七个质子,就这么简单

中子不跟风。氧原子中的原子核只有八个质子(正如我们已经确定的那样)。然而,它也可能包含4到20个中子。同位素是同一化学元素的变体,具有不同数量的中子。

什么是同位素?同位素的关键是中子变异

现在,每个同位素都是根据其质量数命名的,即一个原子中中子和质子的总数量。例如,一大家都知道的氧同位素叫做氧-18(O-18),它有标准的8个质子加10个中子。

因此,氧-18(O-18)的质量数是18,您猜对了。一种相关的同位素氧-17(O-17),原子核中的中子少一个。

不稳定

一些原子组合比其他组合更强大。科学家将O-17和O-18归类为稳定同位素。在稳定的同位素中,质子和中子施加的力相互保持在一起,永久保持原子核完好无损。

什么是同位素?同位素的关键是中子变异

另一方面,放射性同位素中的核是不稳定的,并且会随着时间的流逝而衰减。长远来看,这些同位素的质子与中子之比根本不可持续。没有东西愿意留在这种不稳定的困境中。因此,放射性同位素将脱落某些亚原子粒子(并释放能量),直到它们自身转化为稳定的同位素为止。

氧-18稳定,但氧-19(O-19)不稳定。后者将不可避免地快速崩溃!在创建后的26.88秒内,可以确保O-19的样本会因衰变而损失一半的原子。

这意味着氧-19的半衰期为26.88秒。半衰期是指同位素样品的50%衰减所需的时间。记住这个概念;我们将在下文中将其与古生物学联系起来。

什么是同位素?同位素的关键是中子变异

但是,在我们谈论古化石科学之前,有一个很重要的问题需要提出来。与氧不同,某些元素根本没有任何稳定的同位素。如铀,在自然界中,这种重金属存在三种同位素,它们都具有放射性,原子核处于恒定的衰变状态。最终,大块铀将变成完全不同的元素。

不要为实时观看过渡而烦恼,这个过程进展得非常非常缓慢。

获取时间

铀-238(U-238)是元素中最常见的同位素,其半衰期约为45亿年!它将逐渐变为稳定的铅-206(Pb-206)。同样,铀235(U-235)(具有7.04亿年的半衰期)会过渡到另一种稳定同位素铅-207(Pb-207)。

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对于地质学家来说,这确实是有用的信息。假设有人发现一块岩石,其锆石晶体包含U-235和Pb-207的混合物。这两个原子的比例可以帮助科学家确定岩石的年龄。

方法如下:假设铅原子远远超过其铀对应原子。在这种情况下,您寻找到这一块岩石就很古老。毕竟,铀有充裕的时间开始将自身转化为铅。另一方面,如果事实正好相反,而铀原子更常见,那么岩石必须处于较年轻的一侧。

什么是同位素?同位素的关键是中子变异

我刚刚描述的技术称为辐射测年法。这就是使用有据可查的不稳定同位素的衰减率,来估算岩石样品和地质构造年龄的行为。古生物学家利用这一方法,来确定自某种化石沉积以来已经过去了多少时间。

您无需成为史前文明爱好者也可以欣赏同位素。医生使用一些放射性元素来监测血液流动,研究骨骼生长,甚至对抗癌症。放射性同位素也已用于土质检测。

中子变异性,看似抽象,却影响着从癌症治疗到更深层奥秘的所有事物。科学真棒。

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