Изотопы против изомеров
Существуют различия между различными атомами. Кроме того, в одних и тех же элементах есть вариации. Изотопы являются примерами различий внутри одного элемента.
Молекула или ион, имеющие одну и ту же молекулярную формулу, могут существовать по-разному в зависимости от порядка связывания, различий в распределении заряда, того, как они располагаются в пространстве и т. д.; они известны как изомеры.
Изотопы
Атомы одного и того же элемента могут быть разными. Эти разные атомы одного и того же элемента называются изотопами. Они отличаются друг от друга тем, что имеют разное количество нейтронов. Так как число нейтронов разное, то и массовое их число разное. Однако изотопы одного и того же элемента имеют одинаковое количество протонов и нейтронов. Различные изотопы присутствуют в различных количествах, и это дается в виде процентного значения, называемого относительным содержанием. Например, водород имеет три изотопа: протий, дейтерий и тритий. Их число нейтронов и относительное содержание следующие.
1H – нейтронов нет, относительное содержание 99,985%
2H- один нейтрон, относительное содержание 0,015%
3H- два нейтрона, относительное содержание 0%
Количество нейтронов, которое может содержать ядро, различается от элемента к элементу. Среди этих изотопов только некоторые стабильны. Например, кислород имеет три стабильных изотопа, а олово - десять стабильных изотопа. В большинстве случаев простые элементы имеют то же число нейтронов, что и протоны, но в тяжелых элементах нейтронов больше, чем протонов. Количество нейтронов важно для баланса стабильности ядер. Когда ядра слишком тяжелые, они становятся нестабильными и, следовательно, эти изотопы становятся радиоактивными. Например, 238 U испускает излучение и распадается на гораздо более мелкие ядра. Изотопы могут иметь разные свойства из-за разной массы. Например, они могут иметь разные спины, поэтому их спектры ЯМР различаются. Однако их число электронов одинаково, что приводит к сходному химическому поведению.
Масс-спектрометр можно использовать для получения информации об изотопах. Он дает количество изотопов, которыми обладает элемент, их относительное содержание и массы.
Изомеры
Изомеры – это разные соединения с одинаковой молекулярной формулой. Существуют различные типы изомеров. Изомеры можно в основном разделить на две группы: конституциональные изомеры и стереоизомеры. Конституциональные изомеры - это изомеры, в которых связь атомов различается в молекулах. Бутан - простейший алкан, демонстрирующий конституционную изомерию. У бутана есть два структурных изомера: сам бутан и изобутен.
В стереоизомерах атомы соединены в той же последовательности, в отличие от конституциональных изомеров. Стереоизомеры различаются только расположением атомов в пространстве. Стереоизомеры могут быть двух типов: энантиомеры и диастереомеры. Диастереомеры – это стереоизомеры, молекулы которых не являются зеркальным отображением друг друга. Цис-транс-изомеры 1,2-дихлорэтилена представляют собой диастереомеры. Энантиомеры представляют собой стереоизомеры, молекулы которых являются несовместимыми зеркальными отображениями друг друга. Энантиомеры встречаются только с хиральными молекулами. Хиральная молекула определяется как молекула, не идентичная своему зеркальному отображению. Следовательно, хиральная молекула и ее зеркальное отображение являются энантиомерами друг друга. Например, молекула 2-бутанола хиральна, а она и ее зеркальные отражения являются энантиомерами.
В чем разница между изотопами и изомерами?
• Изотопы – это разные атомы одного и того же элемента. Изомеры - это разные соединения с одинаковой молекулярной формулой.
• Изотопы отличаются друг от друга количеством нейтронов, тогда как изомеры отличаются друг от друга расположением атомов.
• Изотопы одного элемента имеют одинаковое химическое поведение, но физические свойства могут различаться. Изомеры с одинаковой химической формулой имеют различия как в химических, так и в физических свойствах (за исключением некоторых изомеров).
