Isotopo

Wikipedia(e)tik
Hona jo: nabigazioa, Bilatu
Hidrogenoaren isotopo nagusien diagrama

Isotopo bat nukleoan neutroi kopuru jakina duen elementu kimiko baten barietatea da. Elementu kimiko beraren atomo guztiek protoi kopuru bera dute ez ordea neutroi kopuru berbera, hori dela eta elementu beraren isotopo ezberdinek protoi kopuru bera izango dute eta neutroi kopuruak ezberdintzen ditu. Orohar isotopo bat bereizteko bere nukleoi kopuru edo masa zenbakia eskeintzen da, hau da nukleoan dituen protoi eta neutroien kopurua.

Edo laburturik isotopoak deritze protoi kopuru berbera eta neutroi kopuru desberdina duten atomoei.

Adibidez alboko irudian hidrogenoaren hiru isotopo nagusien diagramak ageri dira; hiru atomoak hidrogeno atomoak dira, baina bakoitza isotopo ezberdin bat da (irudian P=protoi; N=Neutroi; e=elektroi).

Elementu beraren isotopoek propietate kimiko berberak dituzte eta inguruko atomo eta molekulekin berdin erreazkionatuko dute. Desberdintasun bakarra masan dute.

Etimologia[aldatu | aldatu iturburu kodea]

Isotopo hitza iso "berdina, berbera" eta topos "toki, leku" erro grekoetatik dator eta Margaret Todd doktoresa eskoziarrak Frederick Soddy kimikari ingelesari proposatu zion atomo ezberdinei tabla periodikoko leku bera zegokiela esaten ari zirela.

Isotopoen zeinuak[aldatu | aldatu iturburu kodea]

Isotopo bakoitza zeinu batez bereiz liteke, eta zeinuak bi zati ditu:

  • nukleoi kopurua
  • elementu kimikoaren zeinua

Adibidez demagun 2 neutroi dituen hidrogeno atomo baten zeinua idatzi nahi dugula. Hidrogenoaren zenbaki atomiko (protoi kopurua) 1 da eta 2 neutroi baditu orduan gure isotopoak 1+2 = 3 nukleoi izanen ditu, beraz eskuartean darabilgun isotopoaren zeinua 3 zenbakiak eta hidrogenoari dagokion H zeinuek osatuko dute ondoren adierazten den bezala:

Hidrogenoa >>> H \,

2 neutroi + 1 protoi = 3 nukleoi \,

 ^3H\,

Hidrogenoaren isotopo konkretu honi tritio izena dagokio, hala ere isotopoek eskuarki ez dute izen propiorik izaten (ikusi isotopo izenei buruzko kapitulua), normalean zenbaki eta elementuaren izenaz aipatzen dira, adibidez 4He IV-Helio edo Helio "lau" esaten zaio gehienetan, eta IUPAC kimikaren normalizaziorako elkarteak Helio-4 bezalako izenpetzea gomendatzen du.

Elementuen masa atomikoa eta masa molekularra[aldatu | aldatu iturburu kodea]

Elementu baten masa atomikoa eta masa molekularra elementu baten edo molekula baten masa adierazten duen magnitudeak dira, eta masa atomiko unitatetan kalkulatzen dira. Elementu gehienek isotopo natural anitz izaten dutenez masa atomikoa kalkulatzeko isotopo bakoitzaren anitztasuna kontutan duen media egiten da ondorengo formularen bidez.

M = \frac{M(1)*%anitztasuna+M(2)*%anitztasuna+...M(n)*%anitztasuna}{100}
  • M(1),M(2)...M(n)\, = n isotopo ezberdinen masa.
  • %anitztasuna\, = dagokion elementuaren anitztasuna ehunekotan.

Molekulekin antzeko zerbait egiten da hots, molekula isotopologo ezberdinen anitztasuna kontutan hartuz media kalkulatu.

Isotopoen berezitasunak eta heuren aplikazioak[aldatu | aldatu iturburu kodea]

Elementu kimiko beraren isotopoek orohar kimikoki portaera berdintsua izaten dute azken finean elektrikoki berdinak baitira ekilibrio elektrikoan protoi eta elektroi kopuru bera baitute.

Masa eta masa espektrometria[aldatu | aldatu iturburu kodea]

Isotopoen arteko alde nabarmenena euren masan datza neutroi kopuru ezberdina dutelako, propietate masiko ezberdinak dituzte eta horrek inertzi eta azeleraziopean portaera ezberdinak egozten dizkie. Masa ezberdintasun hori are nabarmenagoa da zenbaki atomiko txikia duten elementuetan nukleo oso handiak dituzten elementuetan ez baita alde handirik neutroi bat gehiago ala gutxiago izan, nukleo txikidun atomoetan alde handia dago ordea, hidrogenoan adibidez deuterio (2H) nukleoaren masa protio (1H) nukleoaren masaren bikoitza da gutxi gora behera.

{{(A\ isotopoaren\ nukleoi\ kopurua)-(B\ isotopoaren\ nukleoi\ kopurua)}\over{elementuaren\ batez besteko\ nukleoi\ kopurua}}\times 100=k\,


geroz\ eta\ k\ handiagoa\ -->\ isotopoen\ arteko\ alde\ handiagoa\,

geroz\ eta\ k\ txikiagoa\ -->\ isotopoen\ arteko\ alde\ txikiagoa\,

Elementu beraren isotopo bi hartu eta elektroi kopuru bera kentzen badiegu bien karga elektrikoa berdina izango da ez ordea euren masa, bi ioi isotopiko horiek eremu magnetiko batean jaurtitzen baditugu, biak abiadura berdinean, kurbatura ezberdineko ibilbidea jarraituko dute masa handiena duenak kurba zabalagoa jarraituko duelarik (kurbatura erradio handiagoa) masa txikiena duenak kontrakoa egiten duen bitartean (kurba itxiagoa), ikus diagrama:

Isotopo.gif

Aurrekoa zenbait masa espektroskopioren funtsa dugu. Kargadun partikulek Lorentzen indar deritzaion indar bat jasaten dute eremu elektromagnetikoetan zehar igitzen direnean, indar hau (eremu elektriko ezean) eremu magnetikoaren norantza eta abiadurarekiko perpendikularra da. Newtonen bigarren legeak dioenez objektu batek jasaten duen indarra eta azelerazioa bata bestearen proportzionalak dira proportzionaltasun konstantea objektuaren masa delarik. Aurreko legeak hurrengo ekuazio matematikoetan adieraz daitezke:

OHARRA: Agatxoa gainean daramaten magnitudeak magnitude bektorialak dira, agatxorik gabeko magnitudeak ordea magnitude eskalar edo bektoreen modulua dira (gehiago jakiteko ikusi bektoreen artikulua).

\vec{F_L} = q (\vec{E} + \vec{v} \times \vec{B}) \, Lorentzen indarra

\vec{F} = m \vec{\gamma}\, Newtonen 2. legea

Non:

Esan bezala eremu elektriko ezean Lorentzen indarra sinpleagoa izanen da eta beste indarrik jasaten ez duen partikula bat badugu ondorengoa idatz genezake:

\vec{F_L} = q (\vec{v} \times \vec{B}) =  m \vec{\gamma}\,

Inongo marruskadurarik gabe (abiadura konstantea izango da)partikula bat bere abiadurarekiko perpendikularra den eremu magnetiko konstante batean sartzen bada ibilbide zirkularra jarraitzen du. Zirkulu batean abiadura konstantez biraka dabilen objektuak azelerazio zentrifugoa du soilik:

\vec{\gamma} = {{\vec{v} . \vec{v}} \over {R}}\vec{u_r} = {v^2 \over R}\vec{u_r}\,

Abiadura eta eremu magnetikoa perpendikularrak direnez:

\vec{F_L} = q (\vec{v} \times \vec{B}) =  qvB \vec{u_r}\,

Aurreko ekuazioen bitartez ibilbidearen erradioa lor genezake:

qvB \vec{u_r} = m{v^2 \over R}\vec{u_r}\,


R ={ mv \over qB}\,

Azken ekuaziotik jada aipatu den propietatea lortzen da, beste magnitude guztiak konstante mantentzen badira masa handiena duten partikulek erradio handiagoa duten zirkunferentziak osatuko dituzte eta txikienek erradio txikiagokoak (m↑ orduan R↑ eta m↓ orduan R↓).

Bibrazio modoak eta espektrometria infragorria[aldatu | aldatu iturburu kodea]

Espektroskopio infragorriak fotoiak xurgatzen diren frekuentziak aurkitu eta espektroa marrazten du, molekula bakoitzak bere espektroa du gizakiok hatz-markak ditugun bezala

Formula berdina duten bi molekulek elementu kimiko beraren isotopo ezberdinak izan ditzakete (molekula batek isotopo mota bat eta besteak bestea), molekula hauek isotopologoak direla esan ohi da. Isotopologoak diren bi molekula baditugu heuren portaera ez da guztiz berdina izango elementu beraren bi isotoporen artean gertatzen den bezala. Bi molekulen neutroi kopuruaren arteko aldearen eta molekulak batezbeste duen nukleoi kopuruaren arteko proportzioaren araberakoak izango dira ezberdintasunak atomo hutsekin gertatzen zen antzera:


{{A\ molekula\ nukleoiak-B\ molekula\ nukleoiak}\over{molekularen\ batez besteko\ nukleoiak}}\times 100=k\,

geroz\ eta\ k\ handiagoa\ -->\ molekulen\ arteko\ alde\ handiagoa\,

geroz\ eta\ k\ txikiagoa\ -->\ molekulen\ arteko\ alde\ txikiagoa\,

Atmosferaren infragorri absortzio espektroa, atmosferaren osagaiak bereizten direlarik

Molekula baten bibrazio modoak bere egitura atomiko eta masaren araberakoak dira. Molekularen bibrazio modoek molekularen fotoi absortzioan zerikusia dute beraz molekula isotopologoek masa ezberdina dutenez bibrazio modo ezberdinak izango dituzte, energia desberdinetara jasoko dituzte fotoiak eta honen ondorioz molekula isotopologoek argi infragorriarekiko portaera optiko ezberdina izango dute. Argi infragorria (ikusgarria den argiarena baino uhin luzera handiagoa duten errainu elektromagnetikoak) era ezberdinean xurgatzen dute beraz isotopo ezberdinek; fenomeno honek espektrometria infragorriaren bidez isotopoak bereiztea ahalbidetzen du. Espektrometria infragorrian molekulak frekuentzia ezberdineko argi infragorriarekin argiztatzen dira eta frekuentzia aldatu ahala fotoien absorzioa neurtzen da, horrela molekularen absortzio espektro bat lortzen da non frekuentzia eta energia absorzioa erlazionatzen diren. Isotopo ezberdinek marka ezberdinak eragiten dituzte espektroan honen bidez molekula isotopologo ezberdinak bereiz daitezkelarik (baita molekula ezberdinak). Espektrometria infragorria burutzen duen ekipamenduari espektrometro infragorri deritzaio.

Indar nuklearrak eta datazio sistemak[aldatu | aldatu iturburu kodea]

Isotopoak kimiko eta elektrikoki oso antzekoak diren arren sekulako aldea dago heuren portaera nuklearrean. Indar nuklear bortitz delakoak (ikusi naturako funtsezko indarrei buruzko artikulua) mantentzen ditu bat eginik protoi eta neutroiak atomoen nukleoan garrantzi handia du indar honek protoiak bata bestearengandik urbil mantentzerakoan indar elektromagnetikoa dela eta zeinu bereko karga dutenez bata bestearengandik aldentzeko joera baitute. Neutroiek ez dute karga elektrikorik eta protoien artean tarteak egotea ahalbidetzen dute. Esan bezala indar nuklear bortitzak mantentzen ditu protoi eta neutroiak batera horretarako partikulak bata bestearengandik oso gertu egon behar dute, nolabait esan liteke neutroiak indar nuklear bortitzaren bidez pegamento lanak egiten ditu protoiak eutsiz eta nukleoa egonkor bilakatuz. Hori dela eta nukleo batean protoi bat baino gehiago egon dadin neutroi bat edo gehiago beharko dira eta protoi kopuruak gora egin ahala neutroi kopuruak ere hazi egin beharko du nukleo egonkor bat izan nahi badugu behintzat.

Atapuerkako hezurdurak datatzeko karbono-14 sistema erabili zen besteak beste

Protoi eta neutroi konbinazio jakin batzuk soilik izango dira egonkorrak asko eta asko ezegonkorrak diren artean beraz protoi kopuruak elementuaren araberakoa den lez isotopo baten neutroi kopurua (isotopo bera definitzen duena) atomoaren egonkortasunak mugatzen du. Orohar elementuek bizpairu isotopo egonkor izan ditzakete eta beste bizpahiru isotopo ezegonkor. Isotopo ezegonkorretan nukleoko ekilibrioak ez du luzaro irauten eta zenbait perturbazio medio desegin egingo da konfigurazio egonkorragoak osatuz, azken fenomeno honi desintegrazio nuklear deritzaio erradiaktibitatean garrantzi handia duena.

Lucy deritzan australopitekus afarensis gizakiaren arbaso zaharrenetarikoaren hezurdura datatzeko karbono-14 sistema erabili zen

Orohar nukleo txikiak oso egonkorrak dira zenbaki atomikoa hazi ahala egonkortasuna galtzen delarik. 3He atomoek 1:2 protoi neutroi proportzioa duten artean 238U atomoek 3:2 baino handiago den proportzioa behar dute nolabaiteko egonkortasuna lortzearren.

Isotopo ezegonkorrak desegiten direnean beste elementu egonkorragoetan bihurtzen dira prozesu honek karbono-14 eta beste datazio sistema erradiometriko askoren funtsa delarik (argoi-argoi, potasio-argoi, uranio-torio...). Karbono-14 datazio sisteman karbonodun materia zati bat hartzen da (materia organikoak karbonoa duenez oso aproposa da metodo hau aztarna biologikoak datatzeko) eta karbono-14 isotopo ezegonkor eta karbono-12 isotopo egonkorraren arteko proportzioa neurtzen da. Jakin badakigu karbono-14ak 5730±40 urteko batez besteko biziraupena duela eta hildako materiak ez duela bere karbono-14a berritzen horrek 5730 urtero hildako materiak duen karbono-14 erdia beta desintegrazio bidez desegiten dela esan nahi du Nitrogeno-14 arrunta bihurtzen delarik:

\mathrm{~^{14}_{6}C}\rightarrow\mathrm{~^{14}_{7}N}+ e^- + \bar{\nu}_e

Beraz aztarna batek duen karbono-14 proportzioa jakinda eta materia biziak duen proportzioa ezaguna denez materia zati horrek hilda daraman denbora kalkulatu liteke ±30 urteko prezisioaz duela 60.000 urterarte. Karbono-14 metodoak garrantzi handia du arkeologia eta antropologian.

Elementuak eta heuren isotopoak[aldatu | aldatu iturburu kodea]

Isotopo taulak erabiltzen dira isotopoak klasifikatzeko, taula horiek oso handiak dira eta bertan jarri beharrean ondorengo bi loturen bidez ikus daitezke:

Isotopoak naturan[aldatu | aldatu iturburu kodea]

Elementu gehienek naturan aurki litezkeen zenbait isotopo dituzte. Isotopo jakin baten aniztasuna isotopoak desintegratzeko duen joerarekin du erlazioa batik bat. Biziraupen laburra duten isotopoak azkar asko desegiten dira biziraupen handia dutenak berriz milaka urte pasa ditzakete desegin gabe. Bizi laburreko isotopoak ordea ez dute zertan lurretik desagertu behar, bertan aurkitzen badira nolabait kontinuoki eratzen direlako da beste isotopoen desintegraziotik batik bat edota espaziotik eguzki haizearen bidez edota meteoritoen bidez iristen direlako. Orohar elementuei buruzko informazio tauletan elementu horren isotopoen batezbesteko anitztasunari buruzko datuak agertu ohi dira datu hauek elementuaren masa atomikoa kalkulatzeko erabiltzen direlarik.

Hidrogeno, helio eta beste zenbait elementu arinen (litio, berilio eta boroa) isotopoak unibertsoaren sorkuntzan eratu zirela esan ohi da beste elementu guztiak izar eta supernobetako nukleosintesi prozesuetatik datozela ametitzen delarik. Big bang-a ezgeroztik sortu diren elementuak unibertsoan zehar barreiatu dira ente astronomiko oro sortuz, gure eguzki sistema besteak beste. Eguzki sistemaren lehen garaitan isotopoak masaren arabera barreiatu ziren planeta bakoitzak isotopo distribuzio ezberdina duelarik. Planeta bakoitzak elementuen distribuzio propioa duenez beste planetetatik datozen meteoritoak ze planetatik datozen identifikatu daiteke.

Ikus, gainera[aldatu | aldatu iturburu kodea]

Commonsen badira fitxategi gehiago, gai hau dutenak: Isotopo Aldatu lotura Wikidatan