文章出处：https://iupac.org/100/stories/why-isotopes-matter/
发表日期：2018.09.19
翻译日期：2019.04.13
译者：幻华；翻译水平有限，请谅解并欢迎提出建议或意见。
PETER MAHAFFY, BRIAN MARTIN, AND ROB MACDONALD, PROFESSORS, ASHLEY ELGERSMA, SHAWN RITTER, RACHEL HISLOP-HOOK, MCKENZIE OLIVER, TYLER DEBOON, MARC-OLIVIER LAJEUNEUSE, AND ASHLEY RITTER, STUDENT RESEARCHERS, THE KING’S CENTRE FOR VISUALIZATION IN SCIENCE TYLER COPLEN, RESTON STABLE ISOTOPES LABORATORY DIRECTOR, LAUREN TARBOX, JACQUELINE BENEFIELD, US GEOLOGICAL SURVEY NORMAN HOLDEN, BROOKHAVEN NATIONAL LABORATORY

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1. 简介（Introduction）

为了更好地了解气候变化，我们如何知道一百万年前我们星球的温度是多少？ 欧洲最古老的木乃伊冰人Wheretzi是在哪里生活过的？ 什么证据为兴奋剂机构提供了标准来确定运动员样本中的睾丸激素是否为合成？我们如何获得软组织肿瘤的3D图像？ 通过更深入地了解元素的同位素，可以揭示所有这些问题的答案。IUPAC元素和同位素周期表（IPTEI）（ IUPAC Periodic Table of the Elements and Isotopes (IPTEI)），交互式IPTEI（interactive IPTEI）和“Isotopes Matter”（ “Isotopes Matter” educational resources）支持教育资源（通过IUPAC Projects 2014-024-1-200（2014-024-1-200）和2007-038-3-200（2007-038-3-200）创建）旨在通过教育个人了解同位素科学的重要性等问题以及更多问题，为这些提供答案

2. 当你听到同位素这个词时，你怎么看？（What do you think of when you hear the word isotope?）

也许会想到“危险”，“放射性”，“污染”或“原子弹”等词语？ 或者你认为“必要”，“拯救生命”或“有益”？十年前，无机化学分部(第二分部)和化学教育委员会(CCE)建立了一个国际化学联合会联合项目，以提供教育外联，挑战学生、教师和公众对稳定同位素和放射性同位素在日常生活中的重要性的思考。该项目的结果是IUPAC元素和同位素周期表（IPTEI），这是一个新的周期表，不仅显示了118个元素的传统信息，还显示了它们的许多同位素和应用。 强调了这些同位素在以下科学领域的用途：

• 生物学
• 地球和行星科学
• 法医学和人类学
• 地质年代学（包括材料的同位素测年）
• 工业
• 医学
• 放射性同位素的来源

随着同位素科学领域的更多研究的开展，有关同位素知识的应用领域肯定会扩大和扩大。 然而，许多关于同位素的常见误解仍然存在于科学和教育界以及公众中。 IPTEI及其相关资源的目的是解决这些误解，并教育使用同位素的许多益处和应用。

3. IPTEI与过去的IUPAC周期表有何不同？（How is the IPTEI different from IUPAC periodic tables of the past?）

当您第一次查看元素和同位素的IUPAC周期表时，您可能会注意到元素图块的颜色编码与化学教科书中或挂在教室墙上的大多数周期表中的颜色方案不匹配。 相反，每个元素图块的粉红色，蓝色，黄色和白色背景代表元素的稳定同位素数量及其相对丰度的变化。 每个元素的原子量也根据元素的颜色不同地表示。

四种元素背景颜色

白色背景，例如镭，说明了没有标准原子量的元素，因为它的所有同位素都是放射性的，并且没有同位素出现具有特征同位素丰度。

蓝色背景，例如金，用于展示具有用于确定其标准原子量的单一同位素的元素，其显示为具有IUPAC评估的不确定性的单个数字。

黄色背景，例如钡，代表具有两种或更多种同位素的元素，用于确定其标准原子量。它们的标准原子质量也作为单个数字给出，IUPAC评估不确定性，因为它们的变化范围要么尚未确定，要么太小而不需要上限和下限。

粉末背景，例如硫，用于具有两种或更多种同位素的元素，所述同位素用于确定其标准原子量;同位素丰度和原子量在正常材料中有所不同，这些变化是众所周知的，标准原子量在方括号内给出了下限和上限，[]。当样品的原点未知时，常规原子量，用于科学和工业中的必要计算，以白色显示。

元素周期表中的每个元素的槽也都有一个饼图，它可以作为元素同位素组成的直观表示。饼图在视觉上强化了并非所有元素的原子都是相同的。

4. 我将在交互式IPTEI上找到哪些信息？（What information will I find on the interactive IPTEI?）

【视频链接】

除了包含IPTEI打印版本中包含的所有信息外，在线交互式IPTEI还允许用户与每个元素及其同位素的其他信息进行交互。 用户可以单击任何元素以查看包含放大饼图的交互式信息卡。 点击每个同位素显示其百分比丰度和原子质量。 这些卡还包含通过其他应用的元素摘要更详细的元素的链接以及该元素的所有稳定和放射性同位素的图表。 平均而言，放射性同位素大约是稳定同位素的十倍，并且由于它们的放射性寿命，大多数放射性同位素不包括在计算的原子量中。

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在交互式卡片的背面是与所选元素的同位素应用相关的有趣的现实示例或事实。 这些例子说明了同位素科学的广泛应用，并鼓励用户考虑同位素的其他可能应用。

5. 交互式IPTEI是如何创建的？（How were the print and interactive IPTEI created?）

【视频链接】

该项目以同位素丰度和原子量重点委员会（CIAAW，Commission on Isotopic Abundances and Atomic Weights (CIAAW)）所做的工作为基础，于2007年开始实施一项项目提案，为教育界创建一个周期表。 该周期表将强调同位素的存在以及它们的同位素数量及其相对丰度如何决定原子量。 另一个目标是强调同位素在化学和许多其他科学中的多样化应用。 创建了原始IUPAC元素和同位素周期表的印刷版本（print version），以及每种同位素的支持材料。

六年后，第二个联合项目创建了一个互动电子版的IPTEI和一套称为“Isotopes Matter”的支持性教育材料。 周期表的交互式版本和同位素物质资源由国王科学可视化中心（KCVS）与IUPAC科学家和教育工作者共同开发。

国王科学可视化中心（KCVS，The King’s Centre for Visualization in Science）是加拿大埃德蒙顿国王大学的跨学科研究中心。 自2005年KCVS成立以来，跨学科的本科生团队发挥了关键作用，与中心主任合作创建互动学习资源，每年都有来自100多个国家的数十万学生，教育工作者和公众看到和理解到科学更好。

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如果您想查看有关IPTEI开发的个人帐户，请单击此处。

6. 原子量是自然常数吗？（Are atomic weights constants of nature?）

考虑一下：水由三个原子，一个氧原子和两个氢原子组成。 大多数时候，这些原子是氧-16同位素和两个氢-1。 然而，一些水分子将含有氧-18或氘（氢-2）原子，导致稍重的水分子。 这些较重的水分子不易蒸发，当它们发生时，它们是第一个凝结的。 因此，随着温度降低，沉淀中较重水分子与轻水分子的比例将减少。

如果你要提取和测量从低温形成的沉淀中获得的水分子中氧原子的原子量，那么你得到的值比水样在较高温度下沉淀的值要小。 获得原子量的两个不同值只能意味着一件事：它不是自然界的常数。

您可能已经注意到IPTEI上的粉红色元素的原子量没有一个数字，而是方括号中的原子重量间隔。 这是因为对于具有两种或更多种稳定同位素的任何元素，总是有可能稳定同位素的相对量可能在自然界中发现的不同样品之间不同。

因为质谱法使用电场和磁场来测量离子化分子样品中分子的电荷质量比，所以较重的同位素将与较轻的同位素分离，并且检测器可以确定每种同位素的质量及其相对丰度。

交互式同位素物质资源套件包括质谱法和功能课程和小程序等方法的演示，提供有关原子量性质的应用和证据的演示。

【视频链接】

参考文献

1. King’s Centre for Visualization in Science, “Isotopes Matter” educational resources including the Interactive Electronic Periodic Table of the Elements and Isotopes - https://www.isotopesmatter.com

引用格式

Mahaffy, P., Martin, B., Macdonald, R., Elgersma, A., Ritter, S., Hislop-Hook, R., Oliver, M., deBoon, T., Lajeuneuse, M.-O., Ritter, A., Coplen, T., Tarbox, L., Benefield, J., and Holden, N. (19 Sep 2018) "Why Isotopes Matter!" IUPAC 100 Stories. Retrieved from https://iupac.org/100/stories/why-isotopes-matter/. (Accessed: day month year)