איזוטופ
מתוך ויקיפדיה, האנציקלופדיה החופשית
איזוטופ של יסוד כימי הוא אטום בעל אותו מספר אטומי אך בעל משקל אטומי שונה. לאיזוטופים יש אותן התכונות הכימיות שיש ליסוד.
מקורה של המלה איזוטופ, ביוונית: Ισος = שווה, Τοπος = מקום, ופירושה "אותו מקום", מקור השם נעוץ בעובדה שאיזוטופים נמצאים באותו מקום בטבלה המחזורית של היסודות.
כל היסודות בנויים מאטומים. האטום בנוי, באופן כללי, מגרעין, המורכב מפרוטונים ונויטרונים הבונים את הגרעין, ומאלקטרונים הסובבים סביב הגרעין. התכונה האטומית המבדילה בין חומר אחד למשנהו, היא מספר הפרוטונים שבגרעין. מספר זה - הקרוי מספר אטומי של היסוד, והמייצג גם את מספר האלקטרונים של יסוד זה - קובע את תכונותיו הכימיות של החומר, וממנו נובעים צבעו, מרקמו, ותכונותיו המכניות.
מספר הנויטרונים שבגרעין, לעומת זאת, יכול להשתנות מבלי לשנות את תכונותיו הכימיות של החומר. פעמים רבות מספרם של הנויטרונים שווה למספר הפרוטונים (בפרט ביסודות הקלים), אך הדבר אינו מחויב. מספר הפרוטונים והנויטרונים גם יחד קובע את המשקל האטומי - הנקרא גם מסה אטומית - של האטום. משקל האלקטרונים קטן פי 1820 ממשקל הפרוטון או הנויטרון ולכן זניח.
הצורה הנפוצה של החומר בטבע היא "הצורה הטבעית" שלו, אך לעתים קרובות ניתן למצוא אטומים של החומר עם מספר שונה של נויטרונים מן הצורה הטבעית. צורה פחות נפוצה זו של החומר נקראת איזוטופ.
בצורה הטבעית של גרעין המימן, למשל, יש פרוטון אחד, ואין נויטרון. בנוסף קיימים אטומים של מימן להם יש נויטרון בגרעין, בנוסף לפרוטון - זהו איזוטופ של מימן הקרוי דאוטריום. בריאקציות גרעיניות נוצר איזוטופ נוסף של מימן הקרוי טריטיום, ולו שני נויטרונים בגרעין.
בניגוד לדוגמה זו, שבה לכל איזוטופ יש שם, מרבית האיזוטופים אינם קרויים בשם, אלא קרויים בשם הבנוי משם היסוד ומספר הפרוטונים והנויטרונים שבגרעינו. אורניום-238, למשל הוא איזוטופ של אורניום שבגרעינו יש 238 פרוטונים ונויטרונים. בכתיב הכימי מסומן האיזוטופ בסמל היסוד, שלפניו רשום, בספרות עיליות, מספר הפרוטונים והנויטרונים. 238U, למשל, הוא אורניום-238.
קיומם של איזוטופים שונים לאותו יסוד גורם לכך שהמשקל האטומי, כפי שהוא מופיע בטבלה המחזורית של היסודות, אינו מייצג משקל אטומי של איזוטופ מסוים, אלא את המשקל האטומי המשוקלל, בהתאם לתפוצתם של האיזוטופים בטבע.
אף שלמספר הנויטרונים בגרעין אין השפעה על התכונות הכימיות של היסוד, יש לו השפעה רבה על היציבות של הגרעין - חלק מהאיזוטופים הם איזוטופים רדיואקטיביים. לניקל, למשל, יש חמישה איזוטופים יציבים (הגרעין שלהם אינו מתפרק מעצמו), איזוטופ אחד (ניקל-59) שזמן מחצית החיים שלו הוא יותר מעשרת אלפים שנה, איזוטופ אחד (ניקל-63) שזמן מחצית החיים שלו נמדד בשנים רבות ושלושה איזוטופים (ניקל-56, ניקל-57 וניקל-66) שזמן מחצית החיים שלהם הוא פחות מעשרה ימים.
[עריכה] שימושי האיזוטופים
בין אטומים זהים של אותו יסוד אי אפשר להבדיל בתהליכים כימיים, אך ניתן להבדיל בין איזוטופים שונים בתהליכים פיזיקליים (בעיקר על פי משקלם). יצירת תרכובת מאיזוטופ מסוים מאפשרת מעקב אחר ההתנהגות של האטומים המרכיבים תרכובת זו בתערובת שבה נמצאים אטומים אלה גם בתרכובות אחרות. דוגמה: בחקר התנהגותו של הפנול (C6H5OH) במים, משתמשים במים כבדים (D2O), כלומר מים שהמימן בהם הוא האיזוטופ דאוטריום. בצורה זו ניתן להבחין בין המימן שבפנול ובין המימן שבמים, ולגלות שהפנול המומס במים מחליף אטומי מימן עם המים.
לייצורה של פצצת אטום דרושים איזוטופים מסוימים. הפעולה הקרויה "העשרת אורניום" היא בידודו של האיזוטופ הנדיר, אורניום-235, הנחוץ לייצור הפצצה, מתוך האורניום המצוי בטבע שבו האיזוטופ הנפוץ הוא אורניום-238. זהו אתגר טכנולוגי לא פשוט, עקב ההבדלים הפעוטים שבין האיזוטופים.
האיזוטופים 235U ו-239Pu נוחים לביקוע גרעיני, ולפיכך הם משמשים כדלק לכורים גרעיניים וכחומר בקיע בפצצות גרעיניות.
לאיזוטופים הרדיואקטיביים של יסודות רבים יש שימושים במדע ובביולוגיה (לרבות המחקר הרפואי) כסַמָּנִים. אין כל הבדל כימי ממשי בין איזוטופ רדיואקטיבי ואחר של אותו היסוד, אבל יש ביניהם הבדל פיזיקלי, המתבטא בכך שהאיזוטופ הרדיואקטיבי פולט קרינה עם התבקעותו, ואת זו אפשר לקלוט ולמדוד בגלאים מתאימים. בדרך זו אפשר להתחקות אחר התהליכים העוברים על חומר כלשהו בגוף האדם, למשל. לדוגמה, היסוד יוד ממלא תפקיד חשוב בגוף, ובייחוד בפעולתה של בלוטת התריס. בעזרת האיזוטופים הרדיואקטיביים שלו, למשל 135I, אפשר להתחקות אחר מהלך היוד בגוף ולעמוד על סיבותיהן של הפרעות לפעולתה של בלוטה זו.
שימוש אחר לאיזוטופים רדיואקטיביים הוא הפקת חשמל לפי העיקרון התרמו-חשמלי: האנרגיה הנפלטת בהתפרקות מומרת במישרין לזרם חשמלי. התקנים מסוג זה משמשים במקומות שיש בהם צורך בזרם, אך קשה או בלתי-אפשרי לתחזק את מקור הזרם באופן שוטף; לדוגמה, בגשושות חלל או בקוצבי לב.
[עריכה] ראו גם
[עריכה] קישורים חיצוניים
| מיזמי קרן ויקימדיה |
|---|
 ערך מילוני בוויקימילון: איזוטופ |