为什么一种元素的所有同位素都具有相似的化学性质？
物质的基本构成单位是原子和分子。许多类型的物质的存在是由于包含它们的各种原子。到 1900 年，原子不再被视为一个简单、不可分割的单位。然而，它确实包含至少一个亚原子粒子，即电子。 JJ Thomson 是发现它的人。 E Goldstein 在 1886 年发现了电子的存在。电子通常用字母 e -表示，而质子用字母 p +表示。
The number of protons that a chemical element has in its nucleus is called its atomic number. For example- The atomic number of Hydrogen is 1. The total number of protons and neutrons in an atom is called its mass number. For example- the mass number of Carbon is 12 (6 protons and 6 neutrons.)
什么是同位素？
同位素是一种元素的变体，它具有相同数量的质子，但原子的中子数量不同，因此同位素具有不同的质量。具有奇数原子序数的元素，如氢、锂、钠或氮，有一个或两个稳定同位素。具有偶数原子序数的元素，如硫或氧，更有可能具有至少 3 种稳定同位素。这里的例外是碳、氦和铍。
同位素的性质：
- 化学性质：化学性质几乎相同，因为不同的同位素表现出几乎相同的化学行为。
- 物理性质：质量、熔点或沸点、密度和凝固点等物理性质是不同的，取决于每种同位素的质量。
- 同位素要么是稳定的，要么是放射性的。
- 放射性同位素称为放射性同位素或放射性核素。
- 不发生放射性衰变的同位素称为稳定同位素或稳定核素。
氢和碳的同位素
氢具有三种稳定的同位素，分别称为氚、氘和氚。它们三个都具有相同数量的质子，但具有不同数量的中子。氘有一个中子，氚有两个。氕的中子为零，氘有一个，氚有两个。
碳具有三种同位素，即碳 12（稳定同位素）、碳 13 和碳 14（放射性同位素） ，其中 12、13 和 14 是同位素的原子质量。
同位素和核素
核素是原子核中具有特定数量的质子和中子的原子种类。例如具有 6 个质子和 7 个中子的碳 13。在核素概念中，核质量优先于化学性质。在同位素概念中，化学同位素优先于核同位素。即使对于最轻的元素，它通常也只有很小的影响，尽管在某些情况下它可能很重要。
元素的所有同位素具有相同的化学性质
一种元素的所有同位素具有相同的化学性质，因为它们具有与该元素的原子相同数量的电子，但它们具有不同数量的中子。不同数量的中子会影响质量数。质量数决定物理性质，而原子序数决定化学性质。因此，同位素具有相似的化学性质但不同的物理性质。
放射性同位素、放射性核素和放射性核素都是用来描述放射性同位素的术语。每种化学元素至少存在一种放射性同位素。例如，氢具有质量数为 1、2 和 3 的三种同位素，其中氚是放射性的，另外两种是稳定的。已知元素的放射性同位素大约有 1,000 种，其中 50 种是天然存在的，其余的则是人工产生的，作为核过程的直接产物或这些产物的放射性后代。物质的半衰期是其放射性下降到其原始值一半所需的时间。
同位素的应用
- 医学领域： Cobalt-60 是一种在医学上用于减缓癌症进展的辐射源。其他放射性同位素在代谢研究和诊断中用作示踪剂。在呼气测试中，使用碳 14 来检测导致溃疡的细菌幽门螺杆菌。
- 工业：工业中使用放射性同位素来测量金属或塑料片材的厚度，穿透被调查物质的辐射强度表明了精确的厚度。它们也可以用作小型电源。航天器中的钚 238 就是一个例子。
示例问题
问题1：定义质量数和原子序数。
回答：
The number of protons that a chemical element has in its nucleus is called its atomic number. For example- The atomic number of Hydrogen is 1. The total number of protons and neutrons in an atom is called its mass number. For example- the mass number of Carbon is 12 (6 protons and 6 neutrons.)
问题 2：什么是同位素和等压线？
回答：
Isotope is a variant of an element where the variant will have equal number of protons but would differ in the number of neutrons of the atom. Isobars are atoms that have same number of nucleons. Isobars of different chemical elements have different atomic number but have the same mass number.
问题3：氢和碳的同位素是什么？
回答：
Hydrogen has three stable isotopes called protium, deuterium, and tritium. All three of them have same number of protons but a different number of neutrons. Deuterium has one neutron and tritium has two. Protium has zero neutrons while deuterium has one and tritium has two.
Carbon has three isotopes namely Carbon-12 (stable isotope), Carbon-13, and Carbon-14 (radioactive isotope) where 12, 13, and 14 are the isotopes’ atomic masses.
问题4：同位素的化学和物理性质是什么？
回答：
The chemical properties of isotopes of a given element are almost identical as different isotopes show almost identical chemical behaviors. Physical properties of an isotopes like mass, melting or boiling point, density, and freezing point are different and depends on the mass of each isotope.
问题 5：为什么一个元素的所有同位素都具有相同的化学性质？
回答：
All the Isotopes of an element have identical chemical properties. The reason for this is because isotopes of an element have the same number of electrons as an atom of that element but they have different number of neutrons which affects the mass number. Mass number determines the physical properties while atomic number determines the chemical properties. Therefore, isotopes have similar chemical properties but different physical properties.