同位体・異性体

同様に、同じ元素の中にも違いがある。同位体は個々の元素の中の違いの例である。

同じ分子式の分子やイオンでも、結合の順番や電荷分布の違い、空間での並び方などによって、異なる形で存在することがあり、これを異性体という。

同位体

同じ元素の原子が異なることもある。このように、同じ元素の異なる原子を同位体と呼びます。中性子の数が違うので、互いに異なる。中性子の数が異なるため、質量数も異なる。ただし、同じ元素の同位体は、陽子と中性子の数が同じである。同位体によって存在する量が異なるため、相対的存在量と呼ばれるパーセンテージの数値が表示されます。例えば、水素には、プルトニウム、重水素、トリチウムの3つの同位体があります。その中性子数および相対量は以下の通りである。

99.985%の相対量で1H-中性子を含まない。

2H - 中性子で、相対的な存在量は0.015%です。

3H - 中性子2個、相対的存在比0

原子核が保持できる中性子の数は、元素によって異なる。これらの同位体のうち、安定なのは一部だけである。例えば、酸素には3つの安定同位体があり、スズには10の安定同位体があります。多くの場合、単純な元素は陽子と同じ数の中性子を持つが、重い元素では中性子の数が陽子の数より多くなる。中性子数は原子核の安定性のバランスをとるために重要である。原子核が重すぎると不安定になり、その結果、これらの同位体は放射性物質となる。例えば、238Uは放射線を出し、より小さな原子核に崩壊する。同位体は質量が異なるため、異なる性質を持つことがあります。例えば、スピンが異なるため、NMRスペクトルが異なる場合があります。しかし、電子数が似ているため、化学的挙動は似ている。

質量分析計は同位体の情報を得ることができ、元素の同位体番号、相対存在度、質量を知ることができる。

異性体

異性体は、同じ分子式で異なる化合物です。異性体にはさまざまな種類があります。異性体は、構成異性体と立体異性体の2つに大別されます。構成異性体は、分子内の原子結合が異なる異性体である。ブタンは最も単純な構成異性体のアルカンである。ブタンには、ブタンそのものとイソブテンの2つの構成異性体がある。

立体異性体では、異性体を構成する原子とは異なり、原子が同じ順序でつながっている。立体異性体は、空間における原子の配置によってのみ区別される。立体異性体には、エナンチオマーとジアステレオマーという2つのタイプがあります。1,2-ジクロロエチレンのcis-trans異性体はジアステレオ異性体である。エナンチオマーは、分子が互いに重ならない鏡像である立体異性体です。エナンチオマーはキラルな分子でのみ発生する。キラル分子とは、鏡像と同一でない分子と定義される。このように、キラル分子とその鏡像がエナンチオマーとなる。例えば、2-ブタノールは不斉分子であり、その鏡像がエナンチオマーとなる。