Номер 2, страница 163 - гдз по физике 11 класс учебник Закирова, Аширов

2. Что такое изотопы? В чем их различие?

2. Что такое изотопы? В чем их различие?

Изотопы — это разновидности атомов одного и того же химического элемента. Они имеют одинаковое количество протонов в ядре, но различаются количеством нейтронов. Само слово «изотоп» происходит от древнегреческих слов, означающих «равный по месту», поскольку все изотопы одного элемента занимают одну и ту же клетку в Периодической системе химических элементов Д.И. Менделеева.

Ключевое сходство и различие изотопов заключаются в следующем:

Сходство:
• Одинаковое число протонов. Все изотопы одного элемента имеют одинаковое зарядовое число ($\text{Z}$), то есть количество протонов в ядре. Именно это число определяет принадлежность атома к конкретному химическому элементу.
• Идентичные химические свойства. В нейтральном атоме число электронов на орбиталях равно числу протонов в ядре. Так как у изотопов одинаковое количество протонов, то у них и одинаковое количество электронов, а также идентичное строение электронных оболочек. Поскольку химические свойства определяются именно строением электронной оболочки, изотопы одного элемента ведут себя в химических реакциях практически одинаково.

Различие:
• Разное число нейтронов. Главное, что отличает изотопы друг от друга, — это количество нейтронов ($\text{N}$) в их ядрах.
• Разное массовое число. Как следствие разного числа нейтронов, изотопы имеют разное массовое число ($\text{A}$), которое является суммой числа протонов и нейтронов ($A = Z + N$). Поэтому изотопы отличаются друг от друга по массе.
• Различия в физических свойствах. Разница в массе атомов приводит к небольшим различиям в их физических свойствах, таким как плотность, температура кипения и плавления, скорость диффузии. Эти явления называются изотопными эффектами.
• Разная стабильность ядра. Соотношение нейтронов и протонов в ядре влияет на его стабильность. Некоторые изотопы (например, углерод-12) являются стабильными, в то время как другие (например, углерод-14) — радиоактивными, то есть их ядра нестабильны и подвержены самопроизвольному распаду.

Пример: Изотопы водорода
Самый известный пример — это три изотопа водорода:
• Протий ($_{1}^{1}H$) — ядро состоит из одного протона ($Z=1, N=0, A=1$). Это самый распространенный изотоп водорода (>99.98%).
• Дейтерий ($_{1}^{2}H$, или $\text{D}$) — ядро содержит один протон и один нейтрон ($Z=1, N=1, A=2$). Его называют «тяжелым водородом».
• Тритий ($_{1}^{3}H$, или $\text{T}$) — ядро состоит из одного протона и двух нейтронов ($Z=1, N=2, A=3$). Тритий радиоактивен.

Несмотря на разный состав ядра и, как следствие, разную массу, все три разновидности являются атомами водорода, поскольку в их ядре содержится один протон.

Ответ: Изотопы — это атомы, относящиеся к одному и тому же химическому элементу (т.е. имеющие одинаковое число протонов в ядре), но обладающие разной массой из-за различного числа нейтронов в ядре. Их основное различие заключается в количестве нейтронов, что приводит к разной массе и может влиять на стабильность ядра (радиоактивность), в то время как их химические свойства практически идентичны.