�зотопы

�зото'пы(от изо... и греч. tуpos - место), разновидности одного химического элемента, занимающие одно место в периодической системе элементов Менделеева, но отличающиеся массами атомов. Химические свойства атомов, т. е. принадлежность атома к тому или иному химическому элементу, зависят от числа электронов и их расположения в электронной оболочке атома (см. Атом ). Место химического элемента в периодической системе элементов определяется его порядковым номером Z, равным числу электронов в оболочке атома или, что то же самое, числу протонов , содержащихся в атомном ядре. Кроме протонов, в ядро атома входят нейтроны , масса каждого из которых приблизительно равна массе протона. Количество нейтронов Nв ядре атома с данным Zможет быть различным, но в определённых пределах. Например, в ядре атома гелия ( Z= 2) может содержаться 1, 2, 4 или 6 нейтронов. Полное число протонов Zи нейтронов Nв ядре (называется общим термином нуклоны) определяет массу ядра и по существу массу всего атома. Это число А= Z+ Nназывается массовым числом атома. От соотношения чисел протонов и нейтронов в ядре зависят стабильность или нестабильность ядра, тип распада радиоактивного ядра, спин , магнитный дипольный момент, электрический квадрупольный момент ядра и некоторые другие его свойства (см. Ядро атомное ). Таким образом, атомы с одинаковым Z, но с различным числом нейтронов Nобладают идентичными химическими свойствами, но имеют различные массы и различные ядерные свойства. Эти разновидности атомов также называются �. Для обозначения любых разновидностей атомов, независимо от их принадлежности к одному элементу, применяют термин нуклиды.

В  Массовое число Р�. приводится сверху слева РѕС‚ химического символа элемента. Например, Р�. гелия обозначаются: ³He, ⁴He, ⁶He, ⁸He. Более развёрнутые обозначения: 12РќРµ ³, 22He ⁴, ⁴ ₂РќРµ ⁶, ⁶ ₂He ⁸, РіРґРµ нижний индекс указывает число протонов Z, верхний левый индекс - число нейтронов N,Р° верхний правый - массовое число. РџСЂРё обозначении Р�. без применения символа элемента массовое число Адаётся после наименования элемента: гелий-3, гелий-4 Рё С‚. Рї.

В  Массы атомов Рњ, выраженные РІ атомных единицах массы , лишь немного отличаются РѕС‚ целых чисел. Поэтому разность Рњ - Авсегда правильная РґСЂРѕР±СЊ, РїРѕ абсолютной величине меньше ¹/ ₂, Рё таким образом массовое число Аесть ближайшее Рє массе атома Мцелое число. Знание массы атома определяет полную энергию EСЃРІСЏР·Рё всех нуклонов РІ СЏРґСЂРµ. Эта энергия выражается соотношением E= D Mc ², РіРґРµ СЃ- скорость света РІ вакууме, D Рњ- разность между суммарной массой всех входящих РІ СЏРґСЂРѕ нуклонов РІ СЃРІРѕР±РѕРґРЅРѕРј состоянии Рё массой СЏРґСЂР°, которая равна массе нейтрального атома без массы всех электронов.

  Первое доказательство того, что вещества, имеющие одинаковое химическое поведение, могут иметь различные физические свойства, было получено при исследовании радиоактивных превращений атомов тяжёлых элементов. В 1906-07 выяснилось, что продукт радиоактивного распада урана - ионий и продукт радиоактивного распада тория - радиоторий имеют те же химические свойства, что и торий, однако отличаются от последнего атомной массой и характеристиками радиоактивного распада. Более того, как было обнаружено позднее, все три элемента имеют одинаковые оптические и рентгеновские спектры. Такие вещества, идентичные по химическим свойствам, но различные по массе атомов и некоторым физическим свойствам, по предложению английского учёного Ф. Содди , стали называть �.

В  После того как Р�. были обнаружены Сѓ тяжёлых радиоактивных элементов, начались РїРѕРёСЃРєРё Р�. Сѓ стабильных элементов. Р’ 1913 английский физик Дж. РўРѕРјСЃРѕРЅ обнаружил Р�. Сѓ неона. Разработанный РёРј метод парабол позволял определить отношение массы РёРѕРЅР° Рє его заряду РїРѕ отклонению РІ параллельно направленных электрическом Рё магнитном полях тонкого пучка положительных РёРѕРЅРѕРІ, получаемых РІ высоковольтном электрическом разряде (СЃРј. Масс-спектрометры ). Наряду СЃ атомами ²⁰Ne РўРѕРјСЃРѕРЅ наблюдал небольшую примесь более тяжёлых атомов. Однако убедительных доказательств того, что вторая компонента более тяжёлых атомов является Р�. неона, получено РЅРµ было. Лишь СЃ помощью первого масс-спектрографа, построенного РІ 1919 английским физиком Р¤. Астоном , были получены надёжные доказательства существования РґРІСѓС… Р�. ²⁰Ne Рё ²²Ne, относительное содержание (распространённость) которых РІ РїСЂРёСЂРѕРґРµ составляет приблизительно 91% Рё 9% . Р’ дальнейшем был обнаружен изотоп ²¹Ne СЃ распространённостью 0,26%, Р�. хлора, ртути Рё СЂСЏРґР° РґСЂСѓРіРёС… элементов. Примерно Рє 1940 изотопный анализ был осуществлен для всех существующих РЅР° Земле элементов. Р’ результате этого были выявлены Рё идентифицированы практически РІСЃРµ стабильные Рё долгоживущие радиоактивные Р�. природных элементов.

В  Р’ 1934 Р�. РљСЋСЂРё Рё Р¤. Жолио получили искусственным путём радиоактивные Р�. азота ( ¹³N), кремния ( ²⁸Si) Рё фосфора ( ³⁰P), отсутствующие РІ РїСЂРёСЂРѕРґРµ. Этими экспериментами РѕРЅРё продемонстрировали возможность синтеза новых радиоактивных нуклидов. Р’ последующие РіРѕРґС‹ СЃ помощью ядерных реакций РїРѕРґ действием нейтронов Рё ускоренных заряженных частиц было синтезировано большое число радиоактивных Р�. известных элементов, Р° также получено около 20 новых элементов. Р�звестно 276 стабильных Р�., принадлежащих 81 РїСЂРёСЂРѕРґРЅРѕРјСѓ элементу, Рё около 1500 радиоактивных Р�. 105 природных Рё синтезированных элементов.

В  Анализ соотношений между числами нейтронов Рё протонов для различных Р�. РѕРґРЅРѕРіРѕ Рё того же элемента показывает, что СЏРґСЂР° стабильных Р�. Рё радиоактивных Р�., устойчивых РїРѕ отношению Рє бета-распаду, содержат РЅР° каждый протон РЅРµ менее РѕРґРЅРѕРіРѕ нейтрона. Р�сключение РёР· этого правила составляют лишь РґРІР° нуклида - ¹H Рё ³He. РџРѕ мере перехода РєРѕ РІСЃС‘ более тяжёлым ядрам отношение числа нейтронов Рє числу протонов РІ СЏРґСЂРµ растет Рё достигает 1,6 для урана Рё трансурановых элементов .

  Элементы с нечётным Zимеют не более двух стабильных �. Как правило, число нейтронов Nв таких ядрах чётное, и, следовательно, массовое число А -нечётное. Большинство элементов с чётным Zимеет несколько стабильных �., из которых не более двух с нечётным А.Наибольшее число �. (10) имеет олово, 9 �. - у ксенона, 8 - у кадмия и теллура. Многие элементы имеют 7 �.

  Такие широкие вариации в числе стабильных �. у различных элементов обусловлены сложной зависимостью энергии связи ядра от числа протонов и нейтронов в ядре. По мере изменения числа нейтронов Nв ядре с данным числом протонов Zэнергия связи ядра и его устойчивость по отношению к различным типам распада меняются. При добавлении нейтронов ядро становится неустойчивым по отношению к испусканию электрона с превращением одного нейтрона в ядре в протон (см. Ядро атомное ). Поэтому нейтронообогащённые �. всех элементов b ^--активны (см. Бета-распад ). Наоборот, при обеднении нейтронами ядро получает возможность или захватить электрон из оболочки атома, или испустить позитрон . При этом один протон превращается в нейтрон и оптимальное соотношение между числом протонов и нейтронов в ядре восстанавливается. Нейтронообеднённые �. всех элементов испытывают или электронный захват или позитронный распад. У тяжёлых ядер наблюдаются также альфа-распад и самопроизвольное (спонтанное) деление ядер. Получение нейтроноизбыточных �. элементов возможно несколькими способами. Один из них - реакция захвата нейтронов ядрами стабильных �. Другой - деление тяжёлых ядер под действием нейтронов или заряженных частиц, в результате которого из одного тяжёлого ядра с большим относительным содержанием нейтронов образуются два нейтронообогащённых ядра. Нейтронообогащённые �. лёгких элементов эффективно образуются в реакциях многонуклонного обмена при взаимодействии ускоренных тяжёлых ионов с веществом. Синтез нейтроно-дефицитных �. осуществляется в ядерных реакциях под действием ускоренных заряженных лёгких частиц или тяжёлых ионов.

  Все стабильные �. на Земле возникли в результате ядерных процессов, протекавших в отдалённые времена, и их распространённость зависит от свойств ядер и от первоначальных условий, в которых происходили эти процессы. �зотопный состав природных элементов на Земле, как правило, постоянен. Это объясняется тем, что он не подвергается значительным изменениям в химических и физических процессах, протекающих на Земле. Однако небольшие колебания в относительной распространённости �. всё же наблюдаются для лёгких элементов, у которых различие в массах атомов �. относительно велико. Эти колебания обусловлены изменением изотопного состава элементов (фракционированием �.), происходящим в результате диффузии, изменения агрегатного состояния вещества, при некоторых химических реакциях и других процессах, непрерывно протекающих в атмосфере и земной коре (см. �зотопов разделение , �зотопные методы в геологии, �зотопный обмен ). �зменение изотопного состава элементов, интенсивно мигрирующих в биосфере (Н, С, N, О, S), связано и с деятельностью живых организмов.

  Для нуклидов, образующихся в результате радиоактивного распада, например для �. свинца, различное содержание �. в разных образцах обусловлено разным первоначальным содержанием их родоначальников (U или Th) и разным геологическим возрастом образцов (см. Геохронология , Масс-спектроскопия , Радиоактивность ) .

 Единство образования тел Солнечной системы позволяет думать, что изотопный состав элементов земных образцов характерен для всей Солнечной системы РІ целом (РїСЂРё наличии известных колебаний). Метеоры Рё глубокие слои земной РєРѕСЂС‹ показывают примерно одинаковое отношение ¹⁶O/ ¹⁸O. Астрофизические исследования обнаруживают отклонения изотопного состава элементов, составляющих звёздное вещество Рё межзвёздную среду, РѕС‚ земного. Например, для углеродных R-звёзд отношение ¹²C/ ¹³C изменяется РѕС‚ 4-5 РґРѕ земного значения.

  Возможность примешивать к природным химическим элементам их радиоактивные �. позволяет следить за различными химическими и физическими процессами, в которых участвует данный элемент, с помощью детекторов радиоактивных излучений. Этот метод получил широкое применение в биологии, химии, медицине, а также в технике. �ногда примешивают стабильные �., присутствие которых обнаруживают в дальнейшем масс-спектральными методами (см. �зотопные индикаторы ).

  Важной проблемой является выделение отдельных �. из их природной или искусственно полученной смеси или обогащение этой смеси каким-либо �.

  Лит.:Астон Ф. В., Масс-спектры и изотопы, пер. с англ., М., 1948; Кравцов В. А., Массы атомов и энергии связи ядер, М., 1965; Lederer С. М., Hollander J. М., Periman I., Table of isotopes, 6 ed., N. Y. - [a. o.], 1967.

  Н. �. Тарантин.

�зотропия

�зотропи'я,изотропность (от изо... и греч. trуpos - поворот, направление), одинаковость физических свойств среды по всем направлениям (в противоположность анизотропии ). Все газы, жидкости и твёрдые тела в аморфном состоянии изотропны по всем физическим свойствам. У кристаллов большинство физических свойств анизотропно. Однако чем выше симметрия кристалла , тем более изотропны его свойства. Так, у высокосимметричных кристаллов (алмаз, германий, каменная соль) упругость, прочность, электрооптические свойства анизотропны, но показатель преломления света, электропроводность, коэффициент теплового расширения и т. д. - изотропны (в менее симметричных кристаллах эти свойства также анизотропны; см. Кристаллофизика , Кристаллы ).

  Однородные поликристаллы обычно изотропны в отношении всех свойств, если рассматривать их свойства в объёме, значительно большем, чем величина зерна.

  М. П. Шаскольская.

�зотропный излучатель

�зотро'пный излуча'тель,воображаемая антенна , излучающая во все направления электромагнитную энергию одинаковой интенсивности. �. и. обладает круговой диаграммой направленности в любой плоскости (см. Направленности антенны диаграмма ). В антенной технике �. и. принимается в качестве эталона при сравнительной оценке направленных свойств различных антенн, в частности при определении их коэффициента направленного действия (см. Направленного действия коэффициент ). Созданию антенн, близких по своим направленным свойствам к �. и., уделяется большое внимание. В частности, они необходимы для использования на искусственных спутниках Земли, не стабилизированных в пространстве. Такие антенны позволяют обеспечить устойчивую связь со спутником при изменении его положения в пространстве.

�зофазы

�зофа'зысолнечного затмения (от изо... и фаза ), изолинии одинаковых значений наибольшей фазы затмения. �. используются при подготовке наблюдений солнечных затмений.

�зофены

�зофе'ны(от изо... и греч. phбino - являю, показываю), изолинии одновременного наступления какого-либо фенологического явления, например зацветания растений (в этом случае их называют изоантами ). См. также Фенология .

�зоферменты

�зоферме'нты,изоэнзимы, изозимы, разные структурные формы ферментов , обладающие каталитической активностью одного типа; встречаются у организмов одного вида (или в одной ткани).