Foarte multa vreme s-a crezut ca materia este alcatuita din particule extrem de mici, indivizibile, numite atomi. Descoperirile din domeniul fizicii si chimiei, facute la sfarsitul secolului al XIX - lea si in secolul XX, ca : descarcarile electrice prin gaze rarefiate, emisiile de electroni din metale incandescente, radioactivitatea etc. au dus la concluzia ca : atomul este divizibil, el are o structura complexa.

Se stie din studiul chimiei din clasele anterioare ca atomul este alcatuit din particule materiale de dimensiuni foarte mici. Dintre acestea mentionam protonii, neutronii, mezonii, electronii. Toate particulele care alcatuiesc un atom se numesc particule elementare : protonul, neutronul si electronul sunt considerate particule fundamentale.

In tabelul 1.1 sunt trecute sarcina, masa si simbolul, nucleul; de aceea ei se mai numesc nucleoni.

Nucleul contine protoni cu sarcina electrica pozitiva si neutroni, neutri din punct de vedere electric; in ansamblu, nucleul are sarcina pozitiva.

Electronii se rotesc in jurul nucleului cu vizite foarte mari, formand invelisul electronic.

In atom, numarul electronilor din invelisul electronic este egal cu numarul protonilor din nucleu.

Numarul protonilor (sarcinilor pozitive) din nucleu se noteaza cu Z si se numeste numar atomic.

Specia de atomi cu acelasi numar atomic Z formeaza un element chimic

Din tabelul 1.1 se observa ca masa unui electron este foarte mica, aproape neglijabila, in comparatie cu masa unui proton sau a unui neutron. Cum protonii si neutronii, particule grele, se afla in nucleu, inseamna ca masa atomului este concentrata in nucleu.

Tabelul 1.1

Suma dintre numarul de protoni si numarul de neutroni din nucleu poarta numele de numar de masa; se noteaza cu A. avand in vedere ca masele electronilor sunt neglijabile si notand cu N numarul neutronilor din nucleu, numarul de masa al unui atom este dat de relatia :

A = Z+ N

Exista atomi care desi au acelasi numar atomic (Z) au numar de masa (A) diferit : ei se numesc izotopi (in greceste isos = acelasi; topos = loc). Izotopii ocupa acelasi loc in sistemul periodic, deoarece sunt atomi ai aceluiasi element.

Izotopii sunt specii de atomi cu acelasi numar atomic (acelasi numar de protoni) si cu numar de masa diferit (numar diferit de neutroni)

Un izotop se noteaza prescurtat prin simbolul elementului, in stanga lui fiind scrise : jos - numarul atomic; sus - numarul de masa. Izotopul elementului carbon, care are in nucleu 6 protoni si 6 neutroni, este notat : ¹² C. Uneori se indica numai numarul de masa : ¹² C.

Hidrogenul are trei izotopi; acestia sunt :

- hidrogenul usor (protiu) cu 1 proton in nucleu; are simbolul     H

1 proton

- hidrogenul greu (deuteriu) cu                     in nucleu; are simbolul H (D)

1 neutron

1 proton

- hidrogenul supragreu (tritiu) cu                 in nucleu; are simbolul H (T)

2 neutroni

Toti cei trei izotopi : hidrogenul, deuteriul si tritiul constituie acelasi element (hidrogenul), deoarece au aceeasi sarcina nucleara (+1) si un singur electron in invelisul electronic.

Primii doi izotopi ai hidrogenului (protiul si deuteriul) sunt stabili.

Multe elemente din natura sunt transformate din izotopi : putem spune ca majoritatea elementelor chimice sunt amestecuri, in anumite proportii, de izotopi. De exemplu, in cazul elementului carbon s-au identificat 7 izotopi. Izotopii unui element difera foarte putin prin proprietatile fizice si chimice; de aceea, separarea izotopilor unui element se realizeaza foarte greu, prin metode si cu aparate speciale.

Masa atomica. Se stie ca masa atomica relativa a oricarui element se exprima in raport cu a 12 -a parte din masa izotopului ¹² C (numita unitate carbon sau unitate de masa atomica, prescurtat u.m.).

Masa atomica a unui element este determinata de :

Masa atomica relativa a izotopilor;

Procentul in care se gasesc acesti izotopi in compozitia elementului.

Clorul are doi izotopi : ³⁵Cl si ³⁷Cl. Cei doi izotopi ai clorului cu numarul de masa 35 si 37 se gasesc in proportie de aproximativ 3 : 1 (75% si 25%); calculandu-se masa atomica relativa a clorului s-a gasit egala cu valoarea de 35,45. Se observa ca, in general, masa atomica a unui element are o valoare fractionara, spre deosebire de numarul de masa care este un numar intreg; masa atomica se noteaza cu A. Exemple :

Importanta izotopilor. Cunoasterea si studiul insusirilor izotopilor sunt de mare insemnatate practica, deoarece izotopii diferitelor elemente au multe si variate aplicatii in domenii importante ale activitatii umane : industrie, agricultura, medicina, arheologie, paleontologie etc.

Izotopii multor elemente au proprietati radioactive, adica se descompun transformandu-se in alte elemente, emitand in acelasi timp radiatii; acestia se numesc radioizotopi.

In centralele atomo-electrice, energia nucleara este transformata in energie electrica, relativ ieftina, utilizata in industrie, transporturi, in viata de zi cu zi. In reactoarele nucleare ale acestor centrale atomo-electrice se utilizeaza izotopul radioactiv al uraniului : ²³⁵U.

Energia ne poate folosi in diverse domenii : propulsarea unor nave maritime uriase, pentru desalinizarea apei de mare, pentru construirea unor mici baterii atomice cu care se pot actiona diverse dispozitive. In industrie, izotopii radioactivi mai pot fi utilizati pentru controlul uzurii si depistarii defectelor unor piese si instalatii metalice. De exemplu, cu ajutorul izotopului 60 al cobaltului (⁶⁰Co) se poate urmari nivelul fontei topite in furnal, iar prin adaugarea de radiosulf se determina continutul de sulf din fonta. Cu ajutorul unor izotopi ai carbonului, oxigenului, sulfului au fost studiate si lamurite mecanismele unor procese tehnologice chimice, ca : vulcanizarea cauciucului, prelucrarea petrolului, descompunerea grasimilor etc.

In medicina, izotopii radioactivi sunt utilizati in diagnosticarea si tratarea unor boli. Astfel, cu izotopul radioactiv al iodului se studiaza functionarea glandei tiroide, cu calciu radioactiv se examineaza stomacul si se depisteaza ulcerele. Depistarea si tratarea tumorilor canceroase reprezinta una dintre cele mai importante aplicatii ale izotopilor in medicina. Cu ajutorul izotopului radioactiv al ¹⁶C, geologii pot stabilii varsta rocilor, iar arheologii varsta obiectelor dezgropate care au apartinut unor civilizatii disparute.

In agricultura, izotopii isi gasesc aplicatii in tratarea semintelor, in studierea solului.

In paturile superioare ale atmosferei, datorita razelor cosmice se formeaza izotopul ¹⁴C. Plantele prin asimilarea dioxidului de carbon (CO₂) in procesul de fotosinteza fixeaza toti cei trei izotopi ai carbonului natural. Animalele erbivore se hranesc cu plante, cele carnivore mananca animale erbivore si in final in toate organismele vii se intalnesc cei trei izotopi ¹²C ¹³C ¹⁴C, in proportie constanta.

A

Notarea simbolica a izotopilor         X

Z