Изотоптар және изомерлер
Әртүрлі атомдар арасында айырмашылықтар бар. Сондай-ақ, бірдей элементтердің ішінде вариациялар бар. Изотоптар бір элемент ішіндегі айырмашылықтарға мысалдар болып табылады.
Молекулярлық формуласы бірдей молекула немесе ион байланыс реттеріне, зарядтардың таралу айырмашылықтарына, кеңістікте орналасу тәсіліне және т.б. байланысты әртүрлі жолдармен болуы мүмкін; олар изомерлер ретінде белгілі.
Изотоптар
Бір элементтің атомдары әртүрлі болуы мүмкін. Бір элементтің бұл әртүрлі атомдары изотоптар деп аталады. Олар бір-бірінен нейтрондардың әртүрлі санымен ерекшеленеді. Нейтрон саны әртүрлі болғандықтан, олардың массалық саны да әртүрлі. Алайда бір элементтің изотоптарында протондар мен нейтрондардың саны бірдей. Әртүрлі изотоптар әртүрлі мөлшерде болады және бұл салыстырмалы молшылық деп аталатын пайыздық мән ретінде беріледі. Мысалы, сутектің протий, дейтерий және тритий сияқты үш изотопы бар. Олардың нейтрондар саны мен салыстырмалы көптігі келесідей.
1H – нейтрондар жоқ, салыстырмалы молшылық 99,985%
2H- бір нейтрон, салыстырмалы молшылық 0,015%
3H- екі нейтрон, салыстырмалы молшылық 0%
Ядро ұстай алатын нейтрондар саны элементтен элементке қарай әр түрлі болады. Бұл изотоптардың ішінде тек кейбіреулері тұрақты. Мысалы, оттегінің үш тұрақты изотопы, ал қалайының он тұрақты изотопы бар. Көп жағдайда қарапайым элементтердің нейтрон саны протон санымен бірдей, бірақ ауыр элементтерде протондарға қарағанда нейтрондар көп болады. Нейтрондар саны ядролардың тұрақтылығын теңестіру үшін маңызды. Ядролар тым ауыр болса, олар тұрақсыз болады, демек, бұл изотоптар радиоактивті болады. Мысалы, 238 U сәуле шығарады және әлдеқайда кішірек ядроларға дейін ыдырайды. Массалары әртүрлі болғандықтан изотоптар әртүрлі қасиеттерге ие болуы мүмкін. Мысалы, олардың спиндері әртүрлі болуы мүмкін, сондықтан олардың ЯМР спектрлері әртүрлі. Дегенмен, олардың электрон саны ұқсас химиялық әрекетті тудырады.
Изотоптар туралы ақпарат алу үшін масс-спектрометрді пайдалануға болады. Ол элементте бар изотоптардың санын, олардың салыстырмалы көптігін және массасын береді.
Изомерлер
Изомерлер - бірдей молекулалық формуласы бар әртүрлі қосылыстар. Изомерлердің әртүрлі түрлері бар. Изомерлерді негізінен конституциялық изомерлер және стерео изомерлер деп екі топқа бөлуге болады. Конституциялық изомерлер - атомдардың байланысы молекулаларында ерекшеленетін изомерлер. Бутан - конституциялық изомерияны көрсететін ең қарапайым алкан. Бутанның екі конституциялық изомері бар, бутанның өзі және изобутен.
Стерео-изомерлерде атомдар конституциялық изомерлерден айырмашылығы, бір реттілікпен қосылады. Стереоизомерлер атомдарының кеңістікте орналасуымен ғана ерекшеленеді. Стереоизомерлер энантиомерлер және диастереомерлер екі түрлі болуы мүмкін. Диастереомерлер - молекулалары бір-бірінің айна бейнесі емес стереоизомерлер. 1, 2-дихлорэтеннің цис транс изомерлері диастереомерлер болып табылады. Энантиомерлер - молекулалары бір-бірінің айнадағы бейнелері болатын стереоизомерлер. Энантиомерлер тек хиральды молекулалармен кездеседі. Хиральды молекула оның айнадағы кескінімен бірдей емес деп анықталады. Демек, хиральды молекула мен оның айнадағы бейнесі бір-бірінің энантиомерлері болып табылады. Мысалы, 2-бутанол молекуласы хиральды, ал ол және оның айнадағы кескіндері энантиомерлер.
Изотоптар мен изомерлердің айырмашылығы неде?
• Изотоптар - бір элементтің әртүрлі атомдары. Изомерлер – молекулалық формулалары бірдей әртүрлі қосылыстар.
• Изотоптар бір-бірінен нейтрондардың санына байланысты ерекшеленеді, ал изомерлер бір-бірінен атомдардың орналасуына байланысты ерекшеленеді.
• Бір элементтің изотоптары бірдей химиялық әрекетке ие, бірақ физикалық қасиеттері әртүрлі болуы мүмкін. Химиялық формуласы бірдей изомерлердің химиялық және физикалық қасиеттерінде айырмашылықтар болады (кейбір изомерлерден басқа).
