ایزوتوپ و آلوتروپ چیست؟

همه مواد از ذرات بسیار ریز و غیر قابل رویتی به نام اتم تشکیل شده اند. درمرکز هر اتم هسته‌ای وجود دارد که الکترون‌ها در مدار‌های مختلف به دور آن در حال چرخش هستند.

کد خبر: ۱۰۰۲۸۶۷

تاریخ: ۲۵ شهريور ۱۳۹۹ - ۱۶:۳۰

به گزارش «تابناک»، هر هسته هم از پروتون و نوترون تشکیل شده است. تعداد پروتون‌های موجود در هسته تمامی اتم‌های یک عنصر یکسان است. تعداد نوترون‌های هسته می‌تواند بدون ایجاد تغیییر شیمیایی در عنصر متفاوت باشد.

به تعداد پروتون‌ها در اتم می‌گویند. مجموع تعداد پروتون‌ها و نوترون‌های هسته یک اتم (که به آن‌ها نوکلئون یا ذره سازنده هسته نیز گفته می‌شود) می‌گویند که از لحاظ عددی بسیار نزدیک به است. الکترون‌ها خواص شیمیایی یک عنصر را تعیین می‌کنند. در صورتی که خواص فیزیکی هر عنصر به عدد جرمی آن بستگی دارد. (البته باید این نکته را متذکر شوم که اگر تعداد پروتون افزایش یا کاهش پیدا کند عنصر به عنصری دیگر تبدیل شده و خواص آن چه فیزیکی و چه شیمیایی به کلی عوض می‌شود و این چیزی است که کیمیاگران به دنبال آن بودند یعنی تبدیل فلزات دیگر به فلز طلا که اکنون در این زمان می‌توان با هزینه‌های زیاد این کار را کرد، اما باید بدانید که هزینه این کار از خود طلا بیشتر است.

اتم‌های یک عنصر را که عدد اتمی یکسان و عدد جرمی متفاوت دارند یعنی در تعداد نوترون‌ها اختلاف دارند ایزوتوپ‌های آن عنصر می‌نامند. برای مثال هیدروژن سه ایزوتوپ دارد:پروتیم ـ دوتریم و تریتیم و پروتیم فقط یک پروتون دارد. دوتریم یا آب سنگین دارای یک پروتون و یک نوترون است و تریتیم یک پروتون و دو نوترون دارد. تریتیم به طور طبیعی یافت نمی‌شود و آن را به صورت مصنوعی تهیه می‌کنند. نماد‌های این سه ایزوتوپ به ترتیب از اول به آخر ۱۱H                      D ۱، ۲                                               T ۳۱. هستند.

ایزوتوپ‌های یک عنصر خواص شیمیایی یکسانی دارند. اما خواص فیزیکی آن‌ها متفاوت است. تقریبا تمام عناصر موجود در طبیعت مخلوطی از چند ایزوتوپند. مانند اکسیژت و ید که هر دو دو ایزوتوپ دارند. اورانیوم نیز دارای ایزوتوپ‌هایی به نام اورانیوم ۲۳۵ و اورانیوم ۲۳۸ است. برخی از عناصر دارای ایزوتوپ‌هایی هستند که از خود اشعه‌های نامرئی رادیو اکتیو ساطع می‌کنند. این ایزوتوپ‌ها پس از تشعشات رادیو اکتیوی به ایزوتوپ‌های دیگر تبدیل می‌شوند. دانشمندان با استفاده از وسیله‌ای به نام طیف نگار جرمی یا طیف سنج جرمی می‌توانند ایزوتوپ‌های یک عنصر را از هم جدا کنند. وسیله دیگری هم به نام شتابگر ذرات وجود دارد که باعث پرتوزایی ایزوتوپ‌ها می‌شود.

ایزوتوپ‌های پرتوزا بسیار مفید هستند. ایزوتوپ‌هایی مانند کبالت ۶۰ و رادیوم در توقف رشد سلول‌های سرطانی موثر هستند. دانشمندان طی فرآیندی موسوم به تعیین عمر با پرتوزایی به وسیله ایزوتوپ‌های پرتوزا عمر گیاهان و جانوران مرده را تعیین می‌کنند. از ایزوتوپ‌های ید هم برای درمان بیماری گواتر استفاده می‌شود. از ایزوتوپ‌های مصنوعی در بررسی واکنش‌های شیمیایی نیز استفاده می‌شود. به شاخه‌ای از پزشکی که با استفاده از ایزوتوپ‌های پرتوزا به تشخیص و درمان بیماری‌ها می‌پردازند پزشکی هسته‌ای می‌گویند.

آلوتروپ چیست؟

به شکل‌های مختلف یک عنصر در طبیعت آلوتروپ می‌گویند. این نام اولین بار توسط برزلیوس به کار گرفته شد.

آلوتروپ‌های مختلف یک عنصر از دو جهت می‌توانند با یکدیگر متفاوت باشند:

۱-پیوند‌های شیمیایی: مثلآ اکسیژن و ازن و یا گرافیت و الماس

در الماس، هر اتم کربن در یک شبکه چهاروجهی به چهار اتم کربن دیگر متصل است. در گرافیت، هر اتم در یک شبکه شش‌وجهی صفحه‌ای، به سه اتم دیگر پیوند دارند.

۲-ساختار کریستالی: مثلآ آهن آلفا و آهن گاما

دگرشکلی به ساختار پیوند شیمیایی بین اتم‌های یک عنصر مرتبط بوده و نباید با حالت‌های فیزیکی مواد اشتباه گرفته شود. مثلاً بخار آب، آب و یخ دگرشکل بشمار نمی‌آیند، زیرا در اثر تغییر پیوند‌های فیزیکی بین مولکول‌های آب ایجاد می‌شوند، نه به سبب تغییر در پیوند‌های شیمیایی درون مولکول آب.

آلوتروپ‌ها صورت‌های مختلف یک عنصر هستند. مثلا الماس و گرافیت آلوتروپ‌های کربن هستند گرچه به ظاهر کاملا متفاوت از هم می‌باشند. تنها فرق آن‌ها در نوع قرار گیری اتم‌ها کنار هم می‌باشد. در الماس هر اتم کربن به چهار اتم دیگر در شبکه متصل شده و این شبکه به صورت یک بلور بسیار سخت و شفاف است. ولی در گرافیت هر اتم به جهارتای دیگر متصل است. ساختار کلی این ماده به صورت ورقه‌هایی از شبکه‌های اتمی می‌باشد که بوسیله‌ی قوای ضعیف واندوالس به هم متصل شده اند. همچنین در سال ۱۹۹۰ "ریچارد باکمینستر فولر" مهندس آمریکایی٬ توانست آلوتروپی دیگر از کربن کشف کند که از ۶۰ اتم کربن تشکیل شده و مانند یک توپ فوتبال است. این آلوتروپ به "باکی بال" یا "C ۶۰" معروف است. فقط تفاوت مولکولی است که این کربن‌ها را تا این حد متفاوت کرده است.

منبع: راه دانش