เรียนรู้

ไอโซโทป

คำตอบหลัก. แนวคิดนี้เชื่อมสิ่งที่สังเกตและวัดได้เข้ากับกลไกที่อธิบายผล เริ่มจากนิยาม แล้วดูว่าปริมาณใดเปลี่ยนและเงื่อนไขใดควบคุมผลลัพธ์

กลไกทำงานอย่างไร?

แนวคิดนี้เชื่อมสิ่งที่สังเกตและวัดได้เข้ากับกลไกที่อธิบายผล เริ่มจากนิยาม แล้วดูว่าปริมาณใดเปลี่ยนและเงื่อนไขใดควบคุมผลลัพธ์

ไอโซโทปZ = const. ; N ≠ const.

ความสัมพันธ์หลัก

สมการด้านบนสรุปความสัมพันธ์สำคัญ ก่อนแทนค่าตัวเลขควรระบุความหมายของสัญลักษณ์และหน่วยทุกตัว เพื่อไม่ให้การคำนวณที่ถูกต้องนำไปสู่ความหมายทางฟิสิกส์ที่ผิด

คิดจากตัวอย่าง

ในโจทย์จริง ให้แยกค่าที่ทราบ ค่าที่ต้องหา และหน่วยออกจากกัน หลังคำนวณควรตรวจเครื่องหมาย ลำดับขนาด และความสมเหตุสมผลของผลลัพธ์

Z = const. ; N ≠ const.

ในโจทย์จริง ให้แยกค่าที่ทราบ ค่าที่ต้องหา และหน่วยออกจากกัน หลังคำนวณควรตรวจเครื่องหมาย ลำดับขนาด และความสมเหตุสมผลของผลลัพธ์

ข้อจำกัดและข้อควรระวัง

แบบจำลองและสมการเป็นการทำให้ความจริงง่ายขึ้น จึงต้องตรวจเงื่อนไขการใช้และสมมติฐานเสมอ เมื่อเงื่อนไขเปลี่ยน สูตรเดิมอาจไม่เหมาะสม

ตรวจสอบอย่างรวดเร็ว

① สมการด้านบนสรุปความสัมพันธ์สำคัญ ก่อนแทนค่าตัวเลขควรระบุความหมายของสัญลักษณ์และหน่วยทุกตัว เพื่อไม่ให้การคำนวณที่ถูกต้องนำไปสู่ความหมายทางฟิสิกส์ที่ผิด

② แบบจำลองและสมการเป็นการทำให้ความจริงง่ายขึ้น จึงต้องตรวจเงื่อนไขการใช้และสมมติฐานเสมอ เมื่อเงื่อนไขเปลี่ยน สูตรเดิมอาจไม่เหมาะสม

ไอโซโทปมี Z เท่ากันแต่มีจำนวนนิวตรอนต่างกัน

ไอโซโทปของธาตุเดียวกันมีเลขอะตอมเท่ากัน จึงมีจำนวนโปรตอนเท่ากัน แต่มีจำนวนนิวตรอนและเลขมวล A ต่างกัน ตัวอย่างเช่น ¹⁴C มี 6 โปรตอนและ 8 นิวตรอน การเปลี่ยนนิวตรอนไม่ทำให้คาร์บอนกลายเป็นธาตุอื่น ธาตุจะเปลี่ยนก็ต่อเมื่อจำนวนโปรตอนเปลี่ยน

มวลอะตอมในตารางธาตุโดยทั่วไปไม่ใช่เลขมวลของไอโซโทปตัวใดตัวหนึ่ง แต่เป็นค่าเฉลี่ยถ่วงน้ำหนักของมวลไอโซโทปตามองค์ประกอบไอโซโทปที่กำหนดหรือเป็นตัวแทน นั่นเป็นเหตุให้คลอรีนมีมวลอะตอมประมาณ 35.45 u ไม่ใช่ 35 หรือ 37 เพราะคลอรีนธรรมชาติประกอบด้วย ³⁵Cl และ ³⁷Cl เป็นหลักในสัดส่วนไม่เท่ากัน

ไอโซโทปอาจเสถียรหรือกัมมันตรังสี เสถียรภาพนิวเคลียร์ขึ้นกับสมดุลของปฏิสัมพันธ์ภายในนิวเคลียส ไม่สามารถตัดสินจากอิเล็กตรอนเวเลนซ์เพียงอย่างเดียว การสลายกัมมันตรังสีเป็นกระบวนการนิวเคลียร์เชิงสถิติ ส่วนปฏิกิริยาเคมีทั่วไปเพียงจัดเรียงอิเล็กตรอนใหม่และไม่เปลี่ยนจำนวนโปรตอนหรือนิวตรอน

เพราะไอโซโทปของอะตอมเป็นกลางมีโครงสร้างอิเล็กตรอนเกือบเหมือนกัน เคมีของมันจึงคล้ายกันมาก แต่ความต่างของมวลอาจเปลี่ยนความถี่การสั่นและอัตราปฏิกิริยาบางชนิดได้ ผลไอโซโทปนี้ทำให้ไอโซโทปมีประโยชน์เป็นตัวติดตามในเคมี ชีววิทยา และธรณีวิทยา

N = A − Z¹²C : 6p+6n ¹⁴C : 6p+8n
จำนวนนิวตรอนหาได้จาก A−Z ส่วนมวลอะตอมคือค่าเฉลี่ยถ่วงน้ำหนัก ไม่จำเป็นต้องเป็นจำนวนเต็ม

แบบฝึกหัดพร้อมเฉลย

¹⁴C มีนิวตรอนกี่ตัว?

เฉลย: คาร์บอนมี Z=6 ดังนั้น N=14−6=8 นิวตรอน

ทำไมมวลอะตอมของคลอรีนไม่ใช่ 35 หรือ 37?

เฉลย: เพราะเป็นค่าเฉลี่ยถ่วงน้ำหนักของมวลไอโซโทปธรรมชาติและความอุดมสมบูรณ์ของแต่ละไอโซโทป

ไอโซโทปต่างจากไอออนอย่างไร?

เฉลย: ไอโซโทปต่างกันที่จำนวนนิวตรอน ส่วนไอออนต่างกันที่จำนวนอิเล็กตรอน โดยจำนวนโปรตอนยังเท่าเดิม