ایزوتوپ ها

بیازمایی­ های عزیز سلام!!

میخوایم بریم سراغ ایزوتوپ‌ها و بیشتر راجبشون یاد بگیریم.

تو علوم هشتم با مفاهیم عدد جرمی و عدد اتمی آشنا شدید؛ یادتون که میاد ان­شالله؟!?

برا محکم‌کاری یه دور دیگه مرورشون می‌کنیم:

اول: عدد جرمی که با نماد A نشون داده میشه ?? تعداد کل پروتون ها + نوترون‌ها.

دوم: عدد اتمی هم که با Z نشونش میدیم ?? تعداد پروتون ها.

تو علوم هفتم هم خوندید که عنصر ماده‌ای هست که از یک نوع اتم ساخته شده؛ حالا به نظر خود شما آیا لزوماً هر 100 تا اتم یک عنصر عیناً کپی هم دیگن و اصلاً امکان داشتن تفاوت بینشون وجود نداره؟?

خب اگه بخوایم منطقی نگاه کنیم تقریباً هیچ‌چیز در طبیعت صفر و صدی نیست پس اینجا هم نمی­‌تونیم با یک تصمیم قطعی بگیم که تک‌تک اتم‌های یه عنصر کپی پیست هم دیگن!

بررسی شیمی‌دان‌ها هم دقیقاً همین نتیجه رو نشون داد و اونها با بررسی یه نمونه عنصر متوجه شدن بعضی از اتم‌ها از لحاظ جرمی که دارن متفاوت از بقیه‌ان (اونا در واقع با طیف‌سنجی متوجه این قضیه شدن، که خودتون می­ تونید راجع بهش تحقیق کنید!)

⚠️نانو نکته: توجه داشته باشید ما این نکته رو که یک عنصر از اتم‌های یکسان تشکیل شده رو نقض نکردیم فقط تکمیل ترش کردیم و گفتیم که ممکنه با وجود یکسان بودن نوع اتم‌ها، جرم همه شون یکسان نباشه.

حالا یه مثال: فرض کنید یه نمونه منیزیم داریم، این نمونه ما یک عنصر به حساب میاد پس کلش از اتم‌های منیزیم تشکیل شده امااا آیا همه اتم‌های منیزیم هم جِرمَن؟ خیر! ما توی این نمونه می ­تونیم اتم منیزیمی پیدا کنیم که عدد جرمیش 24 ـه و در کنار اون اتمی باشه که عدد جرمیش 25 یا حتی 26 ـه?.

دانشمندا برای بیان این موضوع که همه اتم‌های این نمونه عین هم نیستند چیکار کردن؟ اومدن روشون اسم گذاشتن و مثلاً برای توصیف نمونه بالایی گفتن که این نمونه مخلوطی از 3 ایزوتوپ یا به قول کتاب‌درسی هم مکانه!

?به وقت کتاب‌درسی❗️

ایزوتوپ‌های یك عنصر دارای Zیکسان اما Aمتفاوت هستند، به دیگر سخن ایزوتوپ‌ها، اتم‌های یك عنصرند كه در شمار نوترون‌ها با یکدیگر تفاوت دارند.

⚠️نانو نکته: اسم دیگه ایزوتوپ چی بود؟ هم‌مکان پس توجه کنید که این اتم‌ها توی جدول تناوبی یه جا میشینن و خونه‌شون یکیه؛ علمی‌تر بخوایم بررسی کنیم چی میگیم؟ جدول تناوبی بر حسب عدد اتمی، اتم­هارو میچینه؛ اینجا هم تعداد پروتون ایزوتوپ‌ها با هم برابره، پس چی میشه؟ خونه شون تو جدول یکسان میشه!

?به وقت کتاب‌درسی❗️

از آنجا كه خواص شیمیایی اتم‌های هر عنصر به عدد اتمی (Z) آن وابسته است؛ اتم‌های منیزیم همگی خواص شیمیایی یکسانی دارند و در جدول دوره‌ای عنصرها تنها یك مکان را اشغال می‌کنند؛ این در حالی است كه همین ایزوتوپ‌ها در خواص فیزیکی وابسته به جرم، مانند چگالی با یکدیگر تفاوت دارند.

?بیشتر بدانید: چرا زیر خواص فیزیکی وابسته به جرم خط کشیدم؟ مهمه که توجه داشته باشید همه خواص فیزیکی این ایزوتوپ‌ها متفاوت از همدیگه نیست و چون که اینا فقط از لحاظ جرم اتمی با هم فرق دارن در نتیجه تفاوت خواص فیزیکی شون هم فقط مال وابسته به جرم هاست! مثلاً بعضی از خواص فیزیکی غیروابسته به جرم، مثل رنگ تو همه شون یکسانه!

توجه: به نظر شما پایداری همه ایزوتوپ‌ها تو یه نمونه با هم یکسانه؟ البته که نه و به خاطر همینه که تعداد (یا به عبارت علمی‌تر درصد فراوانی) ایزوتوپ‌های مختلف با هم متفاوته.

⚠️نانو نکته: درصد فراوانی درواقع معیاری از پایداری بین ایزوتوپ‌های پایدار هستش که هرچی این درصد برای یه ایزتوپ بالاتر باشه یعنی پایدارتره.

جمع بندی:

?بیشتر بدانید: برای نام‌گذاری ایزوتوپ‌ها باید اول، اسم اون رو به فارسی بنویسید، یه خط تیره بذارید و بعد عدد جرمیش رو بنویسید. مثلاً به ¹H میگیم هیدروژن-1 ولی ²H میشه هیدروژن-2 یا باکلاس ترش که میشه دوتریم :)

نحوه کار با شبیه‌ساز

برای شروع کلیک کنید.

در این شبیه‌ساز یه دستگاه آشکار مشاهده می‌کنید که تعداد ایزوتوپ‌های مختلف کربن رو در یه نمونه طبیعی یا سفارشی (به اختیار خودتون) نمایش میده.

توجه: کربن دو نوع ایزوتوپ داره ?? ¹²C و ¹³C

اگر در سمت چپ گزینه طبیعی رو بزنید و بعد تعداد اتم‌های کل مورد نظرتون رو انتخاب کنید، شبیه‌ساز این مخلوط رو براتون وارد آشکار ساز می‌کنه.

حالا تفاوت این گزینه طبیعی و سفارشی چیه؟

خوندیم که درصد فراوانی ایزوتوپ‌های مختلف با هم متفاوته پس وقتی گزینه طبیعی رو انتخاب کنید، شبیه‌ساز این موضوع رو در نظر میگیره و ایزوتوپ‌ها رو برحسب اینکه در واقعیت چه درصدی از نمونه‌ها رو تشکیل میده وارد آشکار ساز میکنه!

بعد از اینکه تعداد کل اتم­هاتون رو مشخص کردید (مثلاً گزینه 100) با کلیک روی "آزادسازی" اتم‌ها همه شون وارد آشکارساز میشن و شبیه‌ساز بر این اساس براتون نمودار رسم میکنه که با انتخاب هر کدوم از گزینه‌های سمت راست، می­تونید موارد مربوطه رو مشاهده کنید.

⚠️نکته محاسباتی❗️

ص 15 کتاب‌درسی دهم مفهوم جرم اتمی میانگین رو آورده که دقیقاً تو این شبیه‌ساز هم به اسم میانگین وزنی میبینیدش!

اصلاً جرم اتمی میانگین چی هست؟

یه تعریف رسمی میگه: جرم اتمی میانگین (Average Atomic Mass)، میانگین جرم اتمی ایزوتوپ‌های پایدار یک عنصر است که اندازه آن به درصد فراوانی ایزوتوپ بستگی دارد و واحد آن (amu) است.

به جدول تناوبی دقت بکنید، خونه­‌ای که کربن توش نشسته رو ببینید! ما که قبلاً می­گفتیم جرم اتمی کربن 12 ـه، پس چرا اینجا نوشته 12.01؟!?

دقیقاً اینجاست که نیاز داریم به مفهوم جرم اتمی میانگین؛ چرا؟ طبق چیزایی که قبلاً خوندیم آیا جرم تموم ایزوتوپ‌های یه اتم یکسانه؟ نه، خب حالا پس جرم کدومو من ملاک قرار بدم و تو جدول تناوبی بنویسمش؟ به خاطر همینه که دانشمندا اومدن جرم اتمی رو به‌صورت میانگینی از جرم اتمی همه ایزوتوپ‌های اون عنصر گزارش می‌کنن که به جرم اتمی میانگین معروفه!

خب چجوری به دستش بیاریم؟؟

برای به‌دست آوردن جرم اتمی میانگین، از درصد فراوانی و جرم اتمی ایزوتوپ‌های اون عنصر استفاده می‌کنن و با این رابطه محاسبه‌­اش می­کنن:

$f_{1}M_{1} + f_{2}M_{2} + ......+ f_{n}M_{n}$ = جرم اتمی میانگین

f: درصد فراوانی طبیعی ایزوتوپ

M: جرم اتمی ایزوتوپ

شبیه‌ساز ما این محاسبه رو براتون انجام میده و حتی وقتی که خودتون یه نمونه سفارشی بسازید، جرم اتمی میانگین نمونه شما رو هم براتون حساب میکنه و با فعال کردن تیک "میانگین وزنی" در سمت راست یا "میانگین جرم اتمی" در سمت چپ عدد رو برحسب amu بهتون گزارش میده.

توجه: شبیه‌ساز فقط ایزوتوپ‌های کربن رو پوشش نمیده? بلکه می­تونید با انواع نمونه‌ها از منیزیم و کربن گرفته تاااا کلر و آهن و مس و... کار کنید.

❗️ حالا یه قابلیت جذاب دیگه شبیه‌ساز اینه که وقتی براتون نمودار رو رسم کرد می‌­تونید با کلیک روی هر کدوم از نوارها نمای اتمی ایزوتوپ مربوطه رو به همراه تمام ویژگی­‌هاش مشاهده کنید (مثل جرم اتمی، درصد فراوانی، تعداد نوترون و پروتون و نماد شیمیایی و نمای کلی اتم).

⁉️سوالات:

1. ایزوتوپ­های ²⁴Mg و ²⁵Mg در جدول تناوبی عناصر به ترتیب چه مکان­‌هایی را اشغال می‌­کنند؟

2. درست یا نادرست بودن جملات زیر را مشخص کنید:

1. الف) ایزوتوپ‌­های یک عنصر خواص شیمیایی یکسان و خواص فیزیکی متفاوتی دارند.
2. ب) درصد فروانی یک ایزوتوپ برابر است با نسبت فراوانی ایزوتوپ مورد نظر به فراوانی سایر ایزوتوپ­‌ها.
3. ج) اغلب در نمونه طبیعی از عنصری معین، اتم­های سازنده، جرم یکسانی ندارند.

3. عنصر A دارای سه ایزوتوپ ⁸⁸A,⁸⁶A,⁸⁴A است. اگر درصد فراوانی سبک‌ترین ایزوتوپ آن 20٪ و جرم اتمی میانگین A برابر 86/4 باشد، درصد فراوانی دو ایزوتوپ دیگر به‌ترتیب از راست به چپ کدام است؟ 

1. 1) 20 – 60               2) 40 – 40
2. 3) 50 – 30               4) 60 – 20