Fizică nucleară
Nucleu  · Nucleoni (p, n)  · Materie nucleară  · Forță nucleară  · Structură nucleară  · Reacție nucleară
Modele nucleare Picătura de lichid · Păturile nucleare · Interacțiunii bosonilor · Ab initio
Clasificarea nuclizilor Izotopi – Z egal Izobari – A egal Izotoni – N egal Izodiaferi – (N − Z) egal      Izomeri – egal pentru toate cele menționate anterior Nuclee oglindă – Z ↔ N Stabili · Număr magic · Par/impar · Halo
Stabilitate nucleară Energie de legătură · raport n/p · Linia izotopilor stabili · Insula de stabilitate · Valea de stabilitate
Dezintegrare radioactivă α · β (2β, β+) · Captură K/L  · Tranziție izomeră (γ · Conversie internă) · Fisiune spontană · cluster · Emisie de neutroni · Emisie de protoni Energie de dezintegrare · t1⁄2 · Serie de dezintegrare · Produs de dezintegrare · Nuclid radiogen
Fisiune nucleară Fisiune spontană · Produs de fisiune · Fotofisune
Procese de captură Captură electronică · Captură neutronică (Procese s · Procese r) · Captură protonică (Procese p · Procese Rp)
Procese de energie ridicată Spalație · Fotodezintegrare
Nucleosinteză și astrofizică nucleară Fuziune nucleară Procese: Nucleosinteză stelară · Big Bang · Nucleosinteză în supernova Nuclizi: Nuclid primordial · Nuclid cosmogen · Element sintetic
High energy nuclear physics Quark–gluon plasma  · RHIC  · LHC
Oameni de știință Alvarez · Becquerel · Bethe · A.Bohr · N.Bohr · Chadwick · Cockcroft · Ir.Curie · Fr.Curie · Pi.Curie · Skłodowska-Curie · Davisson · Fermi · Hahn · Jensen · Lawrence · Mayer · Meitner · Oliphant · Oppenheimer · Proca · Purcell · Rabi · Rutherford · Soddy · Strassmann · Szilárd · Teller · Thomson · Walton · Wigner
v d m

Izotopii sunt specii nucleare cu același număr atomic Z dar cu număr de masa A diferit (adică aceleași proprietăți chimice dar proprietăți fizice diferite). Cuvântul "izotop" provine din grecescul isos (acelaș) și topos (loc). Toți izotopii unui element chimic au în învelișul electronic același număr de electroni, iar nucleele lor au același număr de protoni; ceea ce este diferit reprezintă numărul de neutroni.

În nomenclatura științifică, izotopii unui element se scriu prin adăugarea unei cratime între numele elementului și numărul său de masă, astfel: heliu-3, carbon-12, carbon-14, oxigen-18, uraniu-238, iar prescurtat se notează folosind simbolul elementului și numărul de masă în partea stângă sus: ³He, ¹²C, ¹⁴C, ¹⁸O, ²³⁸U.

Descoperire |

Fizicianul de origine britanică,Joseph Thomson, a demonstrat în
1912 existența unor izotopi stabili care, la trecerea completă a
neonului are loc o descărcare într-un tub și o ricoșare a ionilor de neon în apropierea mijloacelor câmpurilor magnetice și electrice;aceasta arată că elementul stabil de neon există în mai multe forme.
Thomson găsește doi izotopi de neon, unul cu masa de 20 și celălalt cu
masa de 22. Următoarele experimente arată că întâmplarea naturală a
neonului conține 90% din izotopul de neon cu masa de 20, 9,73% din
izotopul cu masa de 22, și 0,27% din izotopul cu masa de 21.
Cercetările despre izotopi au fost continuate de mulți oameni de
știință, mai ales de către fizicianul englez, Francis William Aston;
în munca lor au descoperit și au studiat izotopi care sunt accelerați
de dezvoltarea spectografică a masei.

Este bine cunoscut că majoritatea elementelor în stare naturală sunt
compuse dintr-un amestec de doi sau mai mulți izotopi. Printre
excepții se găsește și beriliu (Be), aluminiul (Al), fosforul (P), și
sodiu (Na). Greutatea atomică chimică a unui element este greutatea
medie a unei greutăți atomice, sau masei atomice, a izotopilor. De
exemplu, greutatea atomică a clorului este 35.457, și este compusă din
clor-35 și clor-37, primul se găsește cu abundență de 76% și cel de-al
doilea cu 24%. Toți izotopii elementelor cu numărul atomic mai mare de
83, după bismut (Bi), în sistemul periodic sunt radioactivi, și puțini
din izotopii gazoși, similari potasiului-40 (K) sunt radioactivi.
Aproximativ 280 de izotopi stabili găsiți (neradioactivi) sunt
cunoscuți.

Izotopii radioactivi artificiali, cunoscuți de asemenea ca
radioizotopi, au fost produși pentru prima dată în 1933 de fizicienii
francezi Marie și Pierre Joliot-Curie. Radioizotopii sunt produși
pentru bombardarea naturală găsită a atomilor cu particulele nucleare,
de asemenea ca neutronii, electronii, protonii, și particulele alfa,
folosind particule acceleratorii.

Separarea amestecurilor de izotopi |

Fundamente |

Separarea izotopică se bazează pe diferențele proprietǎților fizico-chimice ale izotopilor aceluiași element (efectul izotopic). Efectul izotopic poate consta în diferențe ale punctului de fierbere sau de înghet, presiunii de vapori la o anumitǎ temperaturǎ, cǎldurii de vaporizare, vâscozității, tensiunii superficiale sau spectrelor optice de emisie [1].

Separarea izotopilor de hidrogen, deuteriul (hidrogen-2) și hidrogenul obișnuit
(hidrogen-1), primul separat în cantități apreciabile, este atribuită chimistului american Harold Urey, care a
descoperit deuteriul în 1932.

Înainte de 1940 multe metode au fost folosite la separarea unor mici
cantități de izotopi necesare pentru cercetări. Unele din cele mai
reușite au fost metoda centrifugă și separarea electromagnetică.
Fiecare din aceste metode depind de o mică diferență de greutate a
izotopilor de separat, și cel mai eficace sunt
izotopii de hidrogen, unde diferențele de masă între două substanțe se
ridică la 100%; în contrast, diferența în masă între izotopii de
carbon-12 și -13 sau între izotopii de neon -20 și neon-22 ajunge doar
la 10%, și între izotopii de uraniu-235 și uraniu-238 doar la puțin
peste 1%.

Acest factor de la 10 la 1 sau de la 100 la 1 face separarea mai
îndepărtată de 10 sau de 100 de ori mai greu. În toate procesele,
excluzând pe cel electromagnetic, separarea izotopilor include o serie
de etape de procesare. Rezultatul final al unei singure etape este
separarea materialului original în două fracțiuni, una care conține un
procentaj puțin mai mare pentru izotopul mai greu decât amestecul
original și celălalt conține puțin mai mult decât izotopul mai ușor.

Pentru a obține o concentrație apreciabilă, sau mai îmbogățită, în
izotopul dorit, este necesară separarea ulterioară a fracțiunii
îmbogățite. Acest proces este efectuat printr-un număr mare de etape. Îmbogățirea cu fracțiuni de la
o etapă devine un material brut pentru următoarea etapă, și fracțiunea
epuizată, care conține un considerabil procentaj al izotopului dorit,
este amestecat cu un material brut pentru etapa precedentă. Chiar și
materialul epuizat de etapa originală este stripat de etapa
suplimentară când materialul brut (de exemplu, uraniul) este rar.

De asemenea o revărsare este extrem de flexibilă și elementul poate
fi schimbat de la o etapă a separării. De exemplu, la
separarea uraniului, o mare cantitate a materialului trebuie
manipulată de la început, unde uraniul dorit-235 este amestecat de
aproximativ 140 de ori cu uraniu-238; la sfârșitul
procesului, uraniu-235 este aproape pur și volumul materialului este
mult mai mic.

Metode de separare |

• Difuzie gazoasă


• Termodifuziune


• Centrifugare


• Electroliză


• Reacții chimice de schimb izotopic


• Metoda electromagnetică


• Separarea izotopica cu laser
  

Exemple de izotopi ai atomului de hidrogen |

• izotopul cu niciun neutron se numește Protiu (stabil)(H)


• izotopul cu 1 neutron se numește Deuteriu (stabil)(D)


• izotopul cu 2 neutroni se numește Tritiu (radioactiv)(T)

Aplicații |

• Îmbogățirea uraniului pentru utilizare în reactoarele nucleare.


• Obținerea apei grele.


• Izotopii pot servi diferitor scopuri prin marcare izotopică.


• Industrie

Hidrogenul este un combustibil bun pentru rachete si sudură.
Arde în aer producând cantități mari de energie și apa pura nepoluantă.
Hidrogenul a fost testat drept combustibil pentru autovehicule.
Problema ridicată în acest scop a fost depozitarea.
Hidrogenul în stare gazoasă ocupa prea mult spatiu pentru a putea fi folosit, iar hidrogenul lichid trebuie depozitat în containere izolate la -253 grade Celsius.

• Agricultură

Îngrășămintele etichetate cu izotopi radioactivi precum fosfor-32 sau izotopi stabili precum azot-15 ajuta la determinarea cantitatii de îngrășământ absorbită.

• Medicină

Izotopii radioactivi pot fi injectați in pacient, iar energia emisă este captata pe o peliculă. Imaginea rezultată este folosita la diagnosticare.

Bibliografie |

• 
  Marius Sabin Peculea, Apa grea: procese industriale de separare, Scrisul Romanesc, 1984,


• 
  I.G. Murgulescu Introducere în chimia fizică, vol.I,1 Atomi.Molecule.Legătura chimică, Editura Academiei RSR, București, 1976


• I.G. Murgulescu, J. Păun Introducere în chimia fizică vol I,3 Nucleul atomic. Reacții nucleare. Particule elementare Editura Academiei RSR, București 1982


• Gh. Văsaru Izotopii stabili Editura Tehnică, București 1968