同位素
具有相同质子数,不同中子数(或不同质量数)同一元素的不同核素互为同位素。这里的原子是广义的概念,指微观粒子。例如氢有三种同位素, H氕、 D氘(
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,但原子质量或质量数不同,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,例如碳14,一般用14C而不用C14。自然界中与多元素都有同位素。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,物理性质有差异(主要表现在质量上)。自然界中,各种同位素的原子个数百分比一定。
1910年英国化学家F.索迪提出了一个假说,化学元素存在着相对原子质量和放射性不同而其他物理化学性质相同的变种,这些变种应处于周期表的同一位置上,称做同位素。不久,就从不同放射性元素得到一种铅的相对原子质量是206.08,另一种则是208。1
1932年提出原子核的中子一质子理论以后,才进一步弄清,同位素就是一种元素存在着质子数相同而中子数不同的几种原子。由于质子数相同,所以它们的核电荷和核外电子数都是相同的(质子数=核电荷数=核外电子数),并具有相同电子层结构。因此,同位素的化学性质是相同的,但由于它们的中子数不同,这就造成了各原子质量会有所不同,涉及原子核的某些物理性质(如放射性等),也有所不同。一般来说,质子数为偶数的元素,可有较多的稳定同位素,而且通常不少于3个,而质子数为奇数的元素,一般只有一个稳定核素,其稳定同位素从不会多于两个,这是由核子的结合能所决定的。
同位素的发现,使人们对原子结构的认识更深一步。这不仅使元素概念有了新的含义,而且使相对原子质量的基准也发生了重大的变革,再一次证明了决定元素化学性质的是质子数(核电荷数),而不是原子质量数。提出原子核的中子一质子理论以后,才进一步弄清,同位素就是一种元素存在着质子数相同而中子数不同的几种原子。由于质子数相同,所以它们的核电荷和核外电子数都是相同的(质子数=核电荷数=核外电子数),并具有相同电子层结构。因此,同位素的化学性质是相同的,但由于它们的中子数不同,这就造成了各原子质量会有所不同,涉及原子核的某些物理性质(如放射性等),也有所不同。一般来说,质子数为偶数的元素,可有较多的稳定同位素,而且通常不少于3个,而质子数为奇数的元素,一般只有一个稳定核素,其稳定同位素从不会多于两个,这是由核子的结合能所决定的。
同位素和其他核技术的开发应用:和平利用核能的重要
中国同位素能生产的品种越来越多,包括放射性药物、各种放射源、氢-3、碳-l4等标记化合物、放化制剂、放射免疫分析用的各种试剂盒和稳定同位素及其标记化合物等。同位素的生产单位中中国原子能科学研究院同位素的生产量,就占全国的总量的80%以上。中国同位素在国内的用户,由过去主要依靠进口,逐步转为大部分由国内生产自给。随着同位素生产的发展,进一步促进了同位素和其他核技术在许多部门的应用,并取得了明显的经济效益和社会效益。
农业方面,采用辐射方法或辐射和其他方法相结合,培育出
医学方面,全国有上千家医疗单位,在临床上已建立了百多项同位素治疗方法,包括体外照射治疗和体内药物照射治疗。同位素在免疫学、分子生物学、遗传工程研究和发展基础核医学中,也发挥了重要作用。
定义
由于质量或自旋等核性质的不同而造成同一元素的同位素原子(或分子)之间物理和化学性质有差异的现象。同位素效应是同位素分析和同位素分离的基础。它在化学结构基本不变的情况下引起物理、化学常数的改变,因此能更深入地揭示物质微观结构与性质之间的关系。
历史发展
对于氘、重水等重要的轻元素同位素及其化合物的宏
光谱同位素效应
同位素核质量的不同使原子或分子的能级发生变化,引起原子光谱或分子光谱的谱线位移。核自旋的不同,引起光谱精细结构的变化。如果分子中某些元素一部分被不同的同位素取代,从而破坏了分子的对称性,则能引起谱线分裂,并在红外光谱和并合散射光谱的振动结构中出现新的谱线和谱带。早期研究中曾通过分子光谱和原子光谱发现新的同位素和进行同位素分析。后来光谱同位素效应主要用于研究分子的微观结构。
热力学同位素效应
同位素质量的相对差别越大,所引起的物理和化学性质上的差别也越大。对于轻元素同位素化合物的各种热力学性质已作过足够精密的测定。热力学同位素效应研究中最重要的,是同位素交换反应平衡常数的研究,已在实验和理论方面进行了大量工作。蒸气压同位素效应也很重要,已可半定量地进行理论计算。热力学同位素效应是轻元素同位素分离的理论基础,也是稳定同位素化学的主要研究内容。
动力学同位素效应
在化学反应过程中,反应物因同位素取代而改变了能态,从而引起化学反应速率的差异。1933年G.N.路易斯等用电解水的方法获得接近纯的重水,证实同位素取代对化学反应速率确有影响。大多数元素的动力学同位素效应很小,但对于汗和氘,动力学同位素效应较大,它们
生物学同位素效应
1933~1934年,路易斯首先试验了烟草种子在重水中的发芽情况,发现随着重水浓度增高,发芽速度迅速降低;后来又发现,蝌蚪、金鱼在浓重水中迅速死亡。大麦粒在发芽时优先吸收轻水,剩液中富集了重水;锂被酵母吸收后,也可以富集锂6。以上均表明发生了同位素的生物学分离。 在生物学同位素效应中,以氘的效应最为显著。一般认为,在重水中生化反应速率减慢,对于大的机体,重水的作用往往是局部的,从而破坏了整体的代谢机能,导致病态以至死亡
1、详细同位素表
2、http://www.foodbk.com/index.php?title=%E5%90%8C%E4%BD%8D%E7%B4%A0%E6%95%88%E5%BA%94&
3、郭正谊编著《稳定同位素化学》(无机化学丛书,第17卷),科学出版社,北京,1984。
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