同位体とは

同位体とは

同位体は、同じ数の陽子を持つが異なる数の中性子を持つ同じ元素の原子です。 それらの原子番号は同じですが、それらの質量数は異なります。 質量数は常にAで表され、Zは元素の原子番号を表します。 原子番号は、原子核内の陽子の数を表し、周期表の元素の位置を特定するために使用されます。 原子の質量数は、その核内の中性子の数です。 元素の同位体は、それらの原子質量の変動のために異なる物理的性質を有する。 この違いのために、そのような同位体は異なる密度、ならびに融点および沸点を有する。 しかしながら、元素の同位体は常に非常に類似した化学的性質を有する。 化学反応には電子だけが使用され、中性子や陽子は使用されないため、類似性が生じます。

同位体の歴史

放射化学者Fredrick Soddyは、放射性鎖の崩壊を含む研究を行った後、1913年に同位体の存在を最初に示唆しました。 彼の実験の間、Soddyは鉛とウランの間に存在する40の異なる種に気づいたが、それでも周期表は11原子しか収容できなかった。 これらの元素のいくつかを分離するために実施された化学テストが失敗した後、彼は複数の原子タイプが周期表の同じ位置を共有できることを示唆し、それらを同位体と命名した。

同位体の例

塩素には、塩素-35と塩素-37の2つの主要同位体が含まれています。 この結論に達するために、科学者たちは塩素物質中にこれらの同位体のそれぞれの割合が全体的に存在することを発見しました、そしてそれが比率が量の違いを表すのに使われる理由です。 これらの比率は、相対パーセンテージと相対原子量を計算するときに役立ちます。 同位体の他の例には、炭素(炭素-12および炭素-14同位体)、酸素(酸素-16および酸素-18)、およびリン(リン-31が主要同位体であるが、特定量のリン-32も存在する)が含まれる。 これらの化合物の同位体は安定していると見なされ、それらのほとんどは2つの同位体しか持っていません。 ただし、同位体を1つだけ持つ元素はいくつかあります。これらには、フッ素、ベリリウム、ヒ素、イットリウム、金、アルミニウム、ヨウ素、マンガン、ナトリウム、ニオブなどがあります。

同位体の精製

同位体が適用される主な分野は3つあります。 1つ目は同位体の分離です。 分離は、必要に応じて原子の特性の最大化を促進する。 重水素や酸素などの軽元素の分離には、ガス拡散法の応用があります。 ウランやプルトニウムなどの重元素の分離は質量分析によって行われます。

同位体の応用

同位体の最初の用途は、炭素年代測定における考古学者によるその使用です。 同位体には、安定同位体と放射性同位体の2種類があります。 安定同位体は陽子と中性子の等しい組み合わせを含み、それ自体は崩壊を受けない。 一方、放射性同位元素は不安定な原子核を持っているので崩壊する。 放射性崩壊は炭素元素のように5、730年もかかるかもしれません。 考古学者は、この同位体成分を使って、考古学の発掘調査で見つかった物体の年齢を判断します。