原子是“物质基础”。任何有质量和占据空间的东西都是由这些微小的单元组成的。这与呼吸空气无关,我们喝的水与我们的身体本身密切相关。同位素是原子研究中的一个重要概念。化学家,物理学家和地质学家用它们来了解
原子是“物质基础”。任何有质量和占据空间的东西都是由这些微小的单元组成的。这与呼吸空气无关,我们喝的水与我们的身体本身密切相关。
同位素是原子研究中的一个重要概念。化学家,物理学家和地质学家用它们来了解我们的世界。 但是在我们解释同位素是什么或者为什么它们如此重要之前,我们需要退后一步,把原子看作一个整体。
原子世界
你可能知道,原子有三个主要成分,其中两个位于细胞核内。原子核位于原子的中心,是紧密堆积的粒子群。一些粒子是质子,它们带正电荷。
有据可查,电荷相反的物质会互相吸引。同时,电荷相同的物体往往互相排斥。所以这是个问题:两个或更多带正电的质子如何在同一个原子核中共存? 它们不应该是互相排斥的吗?。
这时,中子出现了。中子是亚原子粒子,与质子共享原子核。但是中子没有电荷。顾名思义,中子是中性的,都不带正电荷,不带负电荷。这是一个重要的属性。因为它的中立性,中子可以阻止质子将另一个质子挤出原子核。
原子核周围是电子,带负电荷的超轻粒子。促进电子和化学结合,它们的运动可以产生一种叫做电的小东西。质子同样重要,首先,它们帮助科学家区分这些元素。
同位素
你可能已经注意到了,在大多数版本周期表中,每个方块的右上角印着一个小数字。这个数叫做原子序数。它告诉读者给定元素的原子核中有多少质子。例如,氧的原子序数是8。宇宙中的每个氧原子都有一个原子核,不多也不少于,只有八个质子。
没有这种非常特殊的粒子排列,氧不会是氧原子。每个元素的原子序数都是独一无二的。这是一个决定性的特征,没有其他元素。每个原子核有八个质子。通过计算质子,你可以识别一个原子。就像氧原子总是有八个质子一样,氮总是携带七个质子,就这么简单
中子不会跟随。氧的原子核中只有八个质子(正如我们所决定的)。然而,它还可能包含4到20个中子。同位素是同一种化学元素的变体,有不同数量的中子。
现在,每种同位素都以其质量数命名,即一个原子中中子和质子的总数。例如,一种众所周知的氧同位素叫做氧-18(O-18),它有一个标准8质子加10个中子。
因此,氧-18(O-18)的质量数是18,你猜对了。一种相关的同位素氧-17(O-17),原子核少了一个中子。
不稳定
一些原子组合比其他的更强大。科学家会O-17和O-18归类为稳定同位素。在稳定同位素中,质子和中子施加的力使它们保持在一起,永远保持原子核的完整。
另一方面,放射性同位素中的原子核是不稳定的,并且会随着时间的推移而衰减。终究,这些同位素中质子和中子的比例根本不可持续。没有什么愿意停留在这种不稳定的困境中。因此,放射性同位素会释放出一些亚原子粒子(并释放能量),直到它们转化成稳定的同位素。
氧-18稳定,但氧-19(O-19)不稳定。后者必然会迅速崩溃!创作后26.88秒内,可以确保O-19由于衰变,样品将失去一半的原子。
这意味着氧气-19半衰期是26.88秒。半衰期是指同位素样品50%衰减所需的时间。记住这个概念;下面我们就把它和古生物学联系起来。
但是,在我们谈论古代化石科学之前,有一个非常重要的问题需要提出来。不像氧气,有些元素根本没有稳定同位素。如铀,事实上,这种重金属以三种同位素存在,它们都有放射性,原子核处于持续衰变状态。最终,大量的铀会变成一种完全不同的元素。
不用担心实时观看过渡,这个过程进展非常非常缓慢。
获得时间
铀-238(U-238)它是元素中最常见的同位素,它的半衰期大约是45亿年!它会逐渐成为稳定的铅-206(Pb-206)。同样,铀235(U-235)(具有7.04十亿年的半衰期)会转变成另一种稳定的同位素,铅-207(Pb-207)。
对地质学家来说,这是非常有用的信息。假设有人发现了一块石头,它的锆石晶体含有U-235和Pb-207的混合物。这两种原子的比率可以帮助科学家确定岩石的年龄。
该方法如下:假设铅原子远远超过它的铀对应原子。在这种情况下,当你发现这块石头时,它已经很古老了。毕竟,铀有足够的时间开始转化为铅。另一方面,如果相反的情况成立,铀原子更常见,那么岩石一定在年轻的一边。
我刚才描述的技术被称为放射性年代测定法。这是有据可查的不稳定同位素的衰变率,估计岩石样本和地质结构的年龄。古生物学家使用这种方法,来确定自从一些化石沉积以来已经过去了多长时间。
享受同位素并不需要成为史前文明的爱好者。医生使用一些放射性元素来监测血流,研究骨骼生长,甚至对抗癌症。放射性同位素也被用于土壤测试。
中子可变性,看似抽象,但它影响了从癌症治疗到更深层奥秘的一切。科学是伟大的。
相关文章
本站已关闭游客评论,请登录或者注册后再评论吧~