پاسخ باهم بیندیشیم صفحه 6 شیمی دهم

پاسخ و توضیح تمرین با هم ببینیم صفحه 6 شیمی دهم این تمرین به صورت مفصل به بررسی **ایزوتوپ‌های عنصر هیدروژن** می‌پردازد. ایزوتوپ‌ها اتم‌هایی از یک عنصر هستند که **تعداد پروتون‌های** یکسان اما **تعداد نوترون‌های** متفاوتی دارند. --- ## الف) شباهت‌ها و تفاوت‌های ایزوتوپ‌ها * **شباهت‌ها:** * همه‌ی آن‌ها **هیدروژن** هستند، پس **عدد اتمی** ($Z$) و **تعداد پروتون‌ها** ($1$) در همه‌ی آن‌ها **یکسان** است. به همین دلیل، **خواص شیمیایی** مشابهی دارند. * **تفاوت‌ها:** * **عدد جرمی** ($A$) و **تعداد نوترون‌ها** در آن‌ها متفاوت است (از $0$ نوترون در $\mathbf{^1H}$ تا $6$ نوترون در $\mathbf{^7H}$). * **پایداری** آن‌ها متفاوت است (از پایدار تا بسیار ناپایدار). * **نیم‌عمر** و **درصد فراوانی در طبیعت** آن‌ها متفاوت است. --- ## ب) ایزوتوپ‌های نمونه‌ی طبیعی و ایزوتوپ‌های پایدار * **نمونه‌ی طبیعی:** یک نمونه‌ی طبیعی از هیدروژن مخلوطی از $\mathbf{^1H}$ (پروتیوم) و $\mathbf{^2H}$ (دوتریوم) است. (ایزوتوپ $\mathbf{^3H}$ (تریتیوم) به دلیل ناپایدار بودن، در طبیعت به مقدار بسیار ناچیز یافت می‌شود). * **ایزوتوپ‌های پایدار:** $\mathbf{^1H}$ (پروتیوم) و $\mathbf{^2H}$ (دوتریوم) **پایدار** هستند (نیم‌عمر نامشخص، به این معنی که تجزیه نمی‌شوند). --- ## پ) مفهوم نیم‌عمر و ناپایدارترین ایزوتوپ * **نیم‌عمر:** **نیم‌عمر**، مدت زمانی است که طول می‌کشد تا **نصف** اتم‌های پرتوزا (ناپایدار) یک نمونه تجزیه و به اتم‌های پایدارتر تبدیل شوند. هرچه نیم‌عمر **کوتاه‌تر** باشد، آن ایزوتوپ **ناپایدارتر** و سرعت تجزیه‌ی آن **بیشتر** است. * **ناپایدارترین ایزوتوپ:** با مقایسه‌ی ستون نیم‌عمر (به ثانیه)، کوتاه‌ترین نیم‌عمر مربوط به $\mathbf{^7H}$ است ($2.3 \times 10^{-23} \text{ ثانیه}$). بنابراین $\mathbf{^7H}$ **ناپایدارترین** ایزوتوپ هیدروژن است. --- ## ت) هسته‌ی پرتوزای هیدروژن **پاسخ:** انتظار داریم $\mathbf{^3H}$ (تریتیوم) پرتوزا باشد. **چرا؟** ایزوتوپ‌های $\mathbf{^1H}$ و $\mathbf{^2H}$ پایدارند. از بین ایزوتوپ‌های ناپایدار، $\mathbf{^3H}$ **تنها ایزوتوپی** است که در مقیاس زمانی طولانی (نیم‌عمر $12.32$ سال) در طبیعت وجود دارد و به دلیل همین ناپایداری، پرتوزا و منبع انرژی است. ایزوتوپ‌های $\mathbf{^4H}$ تا $\mathbf{^7H}$ نیم‌عمر بسیار کوتاهی دارند و به صورت مصنوعی و لحظه‌ای در آزمایشگاه‌ها تولید می‌شوند. --- ## ث) ایزوتوپ‌هایی با نسبت $\mathbf{\frac{n}{p} \geq 1.5}$ شمار پروتون‌ها ($p$) در همه‌ی ایزوتوپ‌های هیدروژن $\mathbf{1}$ است. $\mathbf{\frac{n}{p} \geq 1.5}$ به معنی $athbf{n \geq 1.5}$ است. چون نوترون‌ها باید عددی صحیح باشند، یعنی **تعداد نوترون باید $2$ یا بیشتر باشد.** * $\mathbf{^3H}: n = 2$. نسبت $\frac{n}{p} = \frac{2}{1} = 2$. ($athbf{\geq 1.5}$) * $\mathbf{^4H}: n = 3$. نسبت $\frac{n}{p} = \frac{3}{1} = 3$. ($athbf{\geq 1.5}$) * $\mathbf{^5H}: n = 4$. نسبت $\frac{n}{p} = \frac{4}{1} = 4$. ($athbf{\geq 1.5}$) * $\mathbf{^6H}: n = 5$. نسبت $\frac{n}{p} = \frac{5}{1} = 5$. ($athbf{\geq 1.5}$) * $\mathbf{^7H}: n = 6$. نسبت $\frac{n}{p} = \frac{6}{1} = 6$. ($athbf{\geq 1.5}$) **نتیجه:** **پنج** ایزوتوپ ($athbf{^3H}$، $athbf{^4H}$، $athbf{^5H}$، $athbf{^6H}$ و $athbf{^7H}$) این ویژگی را دارند و همانطور که در جدول مشاهده می‌شود، همه‌ی آن‌ها (به جز $\mathbf{^1H}$ و $\mathbf{^2H}$) ناپایدارند. --- ## ج) رادیوایزوتوپ‌های هیدروژن **پاسخ:** $\mathbf{5}$ ایزوتوپ ($^3H$, $^4H$, $^5H$, $^6H$, $^7H$) **توضیح:** **رادیوایزوتوپ** به ایزوتوپ‌هایی گفته می‌شود که **ناپایدار** و **پرتوزا** باشند (از خود پرتو گسیل می‌کنند). از بین ایزوتوپ‌های هیدروژن، تنها $\mathbf{^1H}$ و $\mathbf{^2H}$ پایدار هستند. بنابراین **پنج** ایزوتوپ دیگر $(\mathbf{^3H}$ تا $athbf{^7H})$ ناپایدار و پرتوزا (رادیوایزوتوپ) هستند. --- ## چ) مفهوم درصد فراوانی در طبیعت **درصد فراوانی** هر ایزوتوپ در طبیعت، نشان دهنده‌ی **نسبت تعداد اتم‌های** آن ایزوتوپ به **کل تعداد اتم‌های** آن عنصر در یک نمونه‌ی طبیعی است. * این مقدار نمایانگر **پایداری** ایزوتوپ در طول تاریخ زمین و کیهان است. ایزوتوپ‌هایی که درصد فراوانی بالاتری دارند (مانند $\mathbf{^1H}$ با $99.9885\%$)، **پایدارترین** و **فراوان‌ترین** اشکال آن عنصر در جهان هستند. * ایزوتوپ‌هایی با درصد فراوانی ناچیز (مانند $\mathbf{^3H}$) یا فراوانی صفر (ایزوتوپ‌های ساختگی)، نشان‌دهنده‌ی **ناپایداری** و طول عمر کوتاه‌تر آن‌ها هستند.