Primjeri izotopa u hemiji. Primjena izotopa. Izračunavanje atomskog broja izotopa

Izotopi, posebno radioaktivni izotopi, imaju brojne namjene. U tabeli 1.13 daje odabrane primjere nekih industrijskih primjena izotopa. Svaka tehnika pomenuta u ovoj tabeli koristi se iu drugim industrijama. Na primjer, tehnika za određivanje curenja supstance korišćenjem radioizotopa koristi se: u proizvodnji pića - za određivanje curenja iz rezervoara i cevovoda; u izgradnji inženjerskih objekata-Za

Tabela 1.13. Neke upotrebe radioizotopa

Mužjak muhe cece sterilisan slabim izvorom radioaktivnog zračenja označen je za kasniju detekciju (Burkina Faso). Ovaj postupak je dio eksperimenta koji se provodi radi proučavanja muhe cece i uspostavljanja efikasnih mjera kontrole kako bi se spriječila rasprostranjena pojava tripanosomijaze (bolesti spavanja). Muha cece prenosi ovu bolest i inficira ljude, domaće životinje i divlju stoku. Mučnina spavanja je izuzetno česta u dijelovima Afrike.

utvrđivanje curenja iz podzemnih vodovodnih cjevovoda; u energetskoj industriji - za utvrđivanje curenja iz izmjenjivača topline u elektranama; u naftnoj industriji - za utvrđivanje curenja iz podzemnih naftovoda; u službi za kontrolu otpadnih voda i kanalizacije - za utvrđivanje curenja iz glavne kanalizacije.

Izotopi se takođe široko koriste u naučnim istraživanjima. Posebno se koriste za određivanje mehanizama hemijskih reakcija. Kao primjer, ističemo upotrebu vode označene stabilnim izotopom kisika 18O za proučavanje hidrolize estera poput etil acetata (vidi također odjeljak 19.3). Koristeći masenu spektrometriju za detekciju izotopa 18O, utvrđeno je da se tokom hidrolize atom kisika iz molekule vode prenosi u octenu kiselinu, a ne u etanol.

Radioizotopi se široko koriste kao obilježeni atomi u biološkim istraživanjima. Za praćenje metaboličkih puteva * u živim sistemima koriste se radioizotopi ugljen-14, tricijum, fosfor-32 i sumpor-35. Na primjer, unos fosfora u biljke iz tla tretiranog gnojivima može se pratiti korištenjem gnojiva koja sadrže primjesu fosfora-32.

Terapija zračenjem. Jonizujuće zračenje može uništiti živo tkivo. Maligna tumorska tkiva su osjetljivija na zračenje od zdravih tkiva. Ovo omogućava liječenje raka uz pomoć y-zraka koje emituje izvor, koji koristi radioaktivni izotop kobalt-60. Zračenje se usmjerava na područje pacijentovog tijela zahvaćeno tumorom; Tretman traje nekoliko minuta i ponavlja se svakodnevno tokom 2-6 sedmica. Tokom sesije svi ostali dijelovi tijela pacijenta moraju biti pažljivo prekriveni materijalom nepropusnim za zračenje kako bi se spriječilo uništavanje zdravog tkiva.

Određivanje starosti uzoraka pomoću radiokarbona. Mali dio ugljičnog dioksida koji se nalazi u atmosferi sadrži radioaktivni izotop "bC. Biljke apsorbuju ovaj izotop tokom fotosinteze. Stoga tkiva svih

* Metabolizam je zbir svih hemijskih reakcija koje se odvijaju u ćelijama živih organizama. Kao rezultat metaboličkih reakcija, hranjive tvari se pretvaraju u korisnu energiju ili u ćelijske komponente. Metaboličke reakcije se obično odvijaju u nekoliko jednostavnih koraka – faza. Slijed svih faza metaboličke reakcije naziva se metabolički put (mehanizam).

Radioizotopi se koriste za praćenje mehanizama taloženja sedimenata u estuarijima, lukama i dokovima.

Korištenje radioizotopa za dobivanje fotografske slike komore za sagorijevanje mlaznog motora u postrojenju za testiranje bez oštećenja na londonskom aerodromu Heathrow. (Posteri glase: Radijacija. Klonite se.) Radioizotopi se široko koriste u industriji za testiranje bez oštećenja.

Živa tkiva imaju stalan nivo radioaktivnosti jer se njeno smanjenje usled radioaktivnog raspada kompenzuje stalnim snabdevanjem radiokarbonom iz atmosfere. Međutim, čim dođe do smrti biljke ili životinje, dotok radiokarbona u njena tkiva prestaje. To dovodi do postepenog smanjenja nivoa radioaktivnosti u mrtvom tkivu.

Radiokarbonsko datiranje otkrilo je da su uzorci drvenog uglja iz Stounhendža stari oko 4.000 godina.

Radiokarbonsku metodu geohronologije razvio je 1946. godine U.F. Libby, koja je za to dobila Nobelovu nagradu za hemiju 1960. Ovu metodu danas naširoko koriste arheolozi, antropolozi i geolozi do uzorka starih do 35.000 godina. Preciznost ove metode je oko 300 godina. Najbolji rezultati se postižu pri određivanju starosti vune, sjemena, ljuske i kostiju. Da bi se odredila starost uzorka, aktivnost p-zračenja (broj raspada u minuti) se mjeri na 1 g ugljika koji se nalazi u njemu. Ovo vam omogućava da odredite starost uzorka koristeći krivu radioaktivnog raspada za izotop 14C.

Koliko su stari Zemlja i Mjesec?

Mnoge stijene na Zemlji i Mjesecu sadrže radioizotope s poluraspadom od 10-9 -10-10 godina. Mjerenjem i poređenjem relativne zastupljenosti ovih radioizotopa sa relativnom zastupljenošću njihovih produkata raspadanja u uzorcima takvih stijena, može se odrediti njihova starost. Tri najvažnije metode geohronologije zasnivaju se na određivanju relativne zastupljenosti K izotopa (poluživot 1,4-109 godina). "Rb (vrijeme poluraspada 6 1O10 godina) i 2I29U (vrijeme poluraspada 4,50-109 godina).

Metoda datiranja kalijuma i argona. Minerali poput liskuna i nekih feldspatova sadrže male količine radioizotopa kalija-40. Raspada se podvrgavanjem hvatanju elektrona i pretvaranjem u argon-40:

Starost uzorka se utvrđuje na osnovu proračuna koji koriste podatke o relativnom sadržaju kalijuma-40 u uzorku u poređenju sa argonom-40.

Metoda datiranja rubidijuma i stroncijuma. Neke od najstarijih stijena na Zemlji, poput granita sa zapadne obale Grenlanda, sadrže rubidijum. Otprilike trećina svih atoma rubidijuma je radioaktivni rubidijum-87. Ovaj radioizotop se raspada u stabilni izotop stroncijum-87. Proračuni zasnovani na korištenju podataka o relativnom sadržaju izotopa rubidijuma i stroncijuma u uzorcima omogućavaju određivanje starosti takvih stijena.

Metoda datiranja urana i olova. Izotopi uranijuma se raspadaju u izotope olova. Starost minerala kao što je apatit, koji sadrže nečistoće uranijuma, može se odrediti poređenjem sadržaja određenih izotopa uranijuma i olova u njihovim uzorcima.

Sve tri opisane metode korištene su za datiranje kopnenih stijena. Dobijeni podaci pokazuju da je starost Zemlje 4,6-109 godina. Ove metode su također korištene za određivanje starosti lunarnih stijena donijetih na Zemlju iz svemirskih misija. Starost ovih pasmina kreće se od 3,2 do 4,2 *10 9 godina.

nuklearna fisija i nuklearna fuzija

Već smo spomenuli da su eksperimentalne vrijednosti masa izotopa manje od vrijednosti izračunatih kao zbir masa svih elementarnih čestica uključenih u jezgro. Razlika između izračunate i eksperimentalne atomske mase naziva se defekt mase. Defekt mase odgovara energiji potrebnoj da se savladaju odbojne sile između čestica istog naboja u atomskom jezgru i vežu ih u jedno jezgro; iz tog razloga se zove energija vezivanja. Energija vezivanja može se izračunati preko defekta mase koristeći Einsteinovu jednačinu

gdje je E energija, m je masa i c je brzina svjetlosti.

Energija vezivanja se obično izražava u megaelektronvoltima (1 MeV = 106 eV) po subnuklearnoj čestici (nukleonu). Elektron volt je energija koju čestica s jediničnim elementarnim nabojem (jednakom apsolutnom vrijednošću naboju elektrona) dobije ili izgubi kada se kreće između tačaka s razlikom električnog potencijala od 1 V (1 MeV = 9,6 * 10 10 J /mol).

Na primjer, energija vezivanja po nukleonu u jezgri helijuma je približno 7 MeV, au jezgri klora-35 je 8,5 MeV.

Što je veća energija vezivanja po nukleonu, to je veća stabilnost jezgra. Na sl. Slika 1.33 prikazuje zavisnost energije veze od masenog broja elemenata. Treba napomenuti da su najstabilniji elementi masenog broja blizu 60. Ovi elementi uključuju 56Fe, 59Co, 59Ni i 64Cu. Elementi sa manjim masenim brojevima mogu, barem sa teorijske tačke gledišta, povećati svoju stabilnost kao rezultat povećanja njihovog masenog broja. U praksi, međutim, čini se da je moguće povećati masene brojeve samo najlakših elemenata, kao što je vodonik. (Helijum ima anomalno visoku stabilnost; energija vezivanja nukleona u jezgri helijuma ne odgovara krivulji prikazanoj na slici 1.33.) Maseni broj takvih elemenata raste u procesu koji se naziva nuklearna fuzija (vidi dole).

Proučavajući fenomen radioaktivnosti, naučnici u prvoj deceniji 20. veka. otkrio veliki broj radioaktivnih supstanci - oko 40. Bilo ih je znatno više nego što je bilo slobodnih mjesta u periodnom sistemu elemenata između bizmuta i uranijuma. Priroda ovih supstanci je kontroverzna. Neki istraživači su ih smatrali nezavisnim hemijskim elementima, ali se u ovom slučaju pokazalo da je pitanje njihovog smještaja u periodnom sistemu nerešivo. Drugi su im generalno uskraćivali pravo da se nazivaju elementima u klasičnom smislu. Godine 1902. engleski fizičar D. Martin nazvao je takve supstance radioelementima. Kako su proučavani, postalo je jasno da neki radioelementi imaju potpuno ista hemijska svojstva, ali se razlikuju po atomskim masama. Ova okolnost je bila u suprotnosti sa osnovnim odredbama periodičnog zakona. Engleski naučnik F. Sodi je razrešio kontradikciju. On je 1913. godine hemijski slične radioelemente nazvao izotopima (od grčkih reči koje znače „isto” i „mesto”), odnosno zauzimaju isto mesto u periodnom sistemu. Pokazalo se da su radioelementi izotopi prirodnih radioaktivnih elemenata. Svi su spojeni u tri radioaktivne porodice, čiji su preci izotopi torija i uranijuma.

Izotopi kiseonika. Izobare kalija i argona (izobare su atomi različitih elemenata s istim masenim brojem).

Broj stabilnih izotopa za parne i neparne elemente.

Ubrzo je postalo jasno da i drugi stabilni hemijski elementi imaju izotope. Glavne zasluge za njihovo otkriće pripadaju engleskom fizičaru F. Astonu. Otkrio je stabilne izotope mnogih elemenata.

Sa moderne točke gledišta, izotopi su vrste atoma kemijskog elementa: imaju različite atomske mase, ali isti nuklearni naboj.

Njihova jezgra stoga sadrže isti broj protona, ali različit broj neutrona. Na primjer, prirodni izotopi kisika sa Z = 8 sadrže 8, 9 i 10 neutrona u svojim jezgrama. Zbir broja protona i neutrona u jezgru izotopa naziva se maseni broj A. Prema tome, maseni brojevi navedenih izotopa kiseonika su 16, 17 i 18. Danas je prihvaćena sljedeća oznaka za izotope: vrijednost Z je data ispod lijevo od simbola elementa, vrijednost A je data gore lijevo. Na primjer: 16 8 O, 17 8 O, 18 8 O.

Od otkrića fenomena umjetne radioaktivnosti, približno 1800 umjetnih radioaktivnih izotopa proizvedeno je pomoću nuklearnih reakcija za elemente sa Z od 1 do 110. Velika većina umjetnih radioizotopa ima vrlo kratko vrijeme poluraspada, mjereno u sekundama i dijelovima sekunde ; samo nekoliko njih ima relativno dug životni vijek (na primjer, 10 Be - 2,7 10 6 godina, 26 Al - 8 10 5 godina, itd.).

Stabilni elementi su u prirodi predstavljeni sa oko 280 izotopa. Međutim, pokazalo se da su neki od njih slabo radioaktivni, s ogromnim poluraspadom (na primjer, 40 K, 87 Rb, 138 La, l47 Sm, 176 Lu, 187 Re). Životni vijek ovih izotopa je toliko dug da se mogu smatrati stabilnim.

Još uvijek postoje mnogi izazovi u svijetu stabilnih izotopa. Stoga je nejasno zašto njihov broj toliko varira među različitim elementima. U priroda samo jedna vrsta atoma. To su takozvani pojedinačni elementi. Zanimljivo je da svi oni (osim Be) imaju neparne vrijednosti Z. Generalno, za neparne elemente broj stabilnih izotopa ne prelazi dva. Nasuprot tome, neki parni Z elementi se sastoje od velikog broja izotopa (na primjer, Xe ima 9, Sn ima 10 stabilnih izotopa).

Skup stabilnih izotopa datog elementa naziva se galaksija. Njihov sadržaj u galaksiji često jako varira. Zanimljivo je napomenuti da je najveći sadržaj izotopa sa masenim brojevima koji su višekratni od četiri (12 C, 16 O, 20 Ca, itd.), iako postoje izuzeci od ovog pravila.

Otkriće stabilnih izotopa omogućilo je da se riješi dugogodišnja misterija atomskih masa - njihovo odstupanje od cijelih brojeva, objašnjeno različitim procentima stabilnih izotopa elemenata u galaksiji.

U nuklearnoj fizici poznat je koncept "izobara". Izobare su izotopi različitih elemenata (tj. sa različitim Z vrijednostima) koji imaju iste masene brojeve. Proučavanje izobara doprinijelo je uspostavljanju mnogih važnih obrazaca u ponašanju i svojstvima atomskih jezgara. Jedan od ovih obrazaca izražen je pravilom koje su formulirali sovjetski hemičar S. A. Shchukarev i njemački fizičar I. Mattauch. Kaže: ako se dvije izobare razlikuju u Z vrijednostima za 1, onda će jedna od njih sigurno biti radioaktivna. Klasičan primjer para izobara je 40 18 Ar - 40 19 K. U njemu je izotop kalija radioaktivan. Shchukarev-Mattauchovo pravilo je omogućilo da se objasni zašto nema stabilnih izotopa u elementima tehnecijum (Z = 43) i prometijum (Z = 61). Budući da imaju neparne Z vrijednosti, za njih se ne može očekivati ​​više od dva stabilna izotopa. Ali pokazalo se da su izobare tehnecija i prometija, odnosno izotopi molibdena (Z = 42) i rutenija (Z = 44), neodima (Z = 60) i samarija (Z = 62), predstavljeni u prirodi stabilnim varijeteti atoma u širokom rasponu masenih brojeva. Dakle, zakoni fizike zabranjuju postojanje stabilnih izotopa tehnecijuma i prometija. Zbog toga ti elementi zapravo ne postoje u prirodi i morali su se sintetizirati umjetno.

Naučnici već dugo pokušavaju razviti periodični sistem izotopa. Naravno, zasniva se na drugačijim principima od osnove periodnog sistema elemenata. Ali ti pokušaji još nisu doveli do zadovoljavajućih rezultata. Istina, fizičari su dokazali da je redoslijed punjenja protonskih i neutronskih ljuski u atomskim jezgrama, u principu, sličan konstrukciji elektronskih ljuski i podljuska u atomima (vidi Atom).

Elektronske ljuske izotopa datog elementa konstruirane su na potpuno isti način. Stoga su njihova kemijska i fizička svojstva gotovo identična. Samo izotopi vodonika (procijum i deuterijum) i njihova jedinjenja pokazuju primetne razlike u svojstvima. Na primjer, teška voda (D 2 O) smrzava se na +3,8, ključa na 101,4 ° C, ima gustoću od 1,1059 g/cm 3 i ne podržava život životinja i biljnih organizama. Prilikom elektrolize vode u vodonik i kiseonik, razlažu se pretežno molekuli H 2 0, dok molekuli teške vode ostaju u elektrolizeru.

Odvajanje izotopa drugih elemenata je izuzetno težak zadatak. Međutim, u mnogim slučajevima, potrebni su izotopi pojedinačnih elemenata sa značajno izmijenjenim obiljem u odnosu na prirodno obilje. Na primjer, pri rješavanju problema atomske energije postalo je potrebno razdvojiti izotope 235 U i 238 U. U tu svrhu prvo je korištena metoda masene spektrometrije, uz pomoć koje su dobijeni prvi kilogrami uranijuma-235. u SAD 1944. Međutim, ova metoda se pokazala preskupom i zamijenjena je metodom difuzije plina, koja je koristila UF 6. Sada postoji nekoliko metoda za odvajanje izotopa, ali su sve prilično složene i skupe. Pa ipak, problem “podjele nerazdvojivog” se uspješno rješava.

Pojavila se nova naučna disciplina - hemija izotopa. Proučava ponašanje različitih izotopa hemijskih elemenata u hemijskim reakcijama i procesima razmene izotopa. Kao rezultat ovih procesa, izotopi datog elementa se redistribuiraju između supstanci koje reaguju. Evo najjednostavnijeg primjera: H 2 0 + HD = HD0 + H 2 (molekul vode mijenja atom protijuma za atom deuterija). Razvija se i geohemija izotopa. Ona proučava varijacije u izotopskom sastavu različitih elemenata u zemljinoj kori.

Najviše se koriste takozvani označeni atomi - umjetni radioaktivni izotopi stabilnih elemenata ili stabilni izotopi. Uz pomoć izotopskih indikatora - označenih atoma - proučavaju puteve kretanja elemenata u neživoj i živoj prirodi, prirodu distribucije tvari i elemenata u raznim objektima. Izotopi se koriste u nuklearnoj tehnologiji: kao materijali za izgradnju nuklearnih reaktora; kao nuklearno gorivo (izotopi torija, uranijuma, plutonijuma); u termonuklearnoj fuziji (deuterijum, 6 Li, 3 He). Radioaktivni izotopi se također široko koriste kao izvori zračenja.

Izotopi

IZOTOPES-s; pl.(jedinični izotop, -a; m.). [iz grčkog isos - jednako i topos - mjesto] Specijalista. Sorte istog hemijskog elementa, koje se razlikuju po masi atoma. Radioaktivni izotopi. Izotopi uranijuma.

◁ Izotop, oh, oh. I. indikator.

Istorija istraživanja
Prvi eksperimentalni podaci o postojanju izotopa dobijeni su 1906-1910. prilikom proučavanja svojstava radioaktivnih transformacija atoma teških elemenata. Godine 1906-07. Otkriveno je da proizvod radioaktivnog raspada uranijuma, jonijuma i produkt radioaktivnog raspada torija, radiotorij, imaju ista hemijska svojstva kao torij, ali se razlikuju od potonjeg po atomskoj masi i karakteristikama radioaktivnog raspada. Štaviše: sva tri elementa imaju isti optički i rendgenski spektar. Na prijedlog engleskog naučnika F. Soddyja (cm. SODDIE Frederick), takve supstance su se počele nazivati ​​izotopi.
Nakon što su otkriveni izotopi u teškim radioaktivnim elementima, počela je potraga za izotopima u stabilnim elementima. Nezavisna potvrda postojanja stabilnih izotopa hemijskih elemenata dobijena je u eksperimentima J. J. Thomsona (cm. THOMSON Joseph John) i F. Aston (cm. ASTON Francis William). Thomson je otkrio stabilne izotope neona 1913. Aston, koji je sproveo istraživanje koristeći instrument koji je dizajnirao pod nazivom maseni spektrograf (ili maseni spektrometar), koristeći metodu masene spektrometrije (cm. MASE SPEKTROMETRIJA), dokazao je da mnogi drugi stabilni hemijski elementi imaju izotope. Godine 1919. dobio je dokaze o postojanju dva izotopa 20 Ne i 22 Ne, čija je relativna zastupljenost (abundancija) u prirodi otprilike 91% i 9%. Nakon toga je otkriven izotop 21 Ne sa obiljem od 0,26%, izotopa hlora, žive i niza drugih elemenata.
Maseni spektrometar malo drugačijeg dizajna kreirao je iste godine A. J. Dempster (cm. DEMPSTER Arthur Jeffrey). Kao rezultat naknadne upotrebe i poboljšanja masenih spektrometara, trudom mnogih istraživača sastavljena je skoro potpuna tabela izotopskih sastava. Godine 1932. otkriven je neutron - čestica bez naboja, s masom bliskom masi jezgra atoma vodika - protona i stvoren je protonsko-neutronski model jezgra. Kao rezultat toga, nauka je uspostavila konačnu definiciju pojma izotopa: izotopi su tvari čije se atomske jezgre sastoje od istog broja protona i razlikuju se samo po broju neutrona u jezgri. Oko 1940. godine izvršena je izotopska analiza za sve tada poznate hemijske elemente.
Tokom proučavanja radioaktivnosti otkriveno je oko 40 prirodnih radioaktivnih supstanci. Grupirani su u radioaktivne porodice, čiji su preci izotopi torijuma i uranijuma. Prirodni uključuju sve stabilne varijante atoma (ima ih oko 280) i sve prirodno radioaktivne koji su dio radioaktivnih porodica (ima ih 46). Svi ostali izotopi nastaju kao rezultat nuklearnih reakcija.
Prvi put 1934. I. Curie (cm. JOLIO-CURIE Irene) i F. Joliot-Curie (cm. JOLIO-CURIE Frederic) umjetno dobiveni radioaktivni izotopi dušika (13 N), silicija (28 Si) i fosfora (30 P), kojih nema u prirodi. Ovim eksperimentima su pokazali mogućnost sinteze novih radioaktivnih nuklida. Među trenutno poznatim umjetnim radioizotopima, više od 150 pripada transuranskim elementima (cm. TRANSURAN ELEMENTI), koji se ne nalazi na Zemlji. Teoretski, pretpostavlja se da broj varijanti izotopa sposobnih za postojanje može doseći oko 6000.

enciklopedijski rječnik. 2009 .

• odvajanje izotopa
• izotermni proces

Pogledajte šta su "izotopi" u drugim rječnicima:

IZOTOPES Moderna enciklopedija

Izotopi- (od iso... i grčkog topos mjesto), varijante kemijskih elemenata u kojima se jezgra atoma (nuklida) razlikuju po broju neutrona, ali sadrže isti broj protona i stoga zauzimaju isto mjesto u periodnom sistemu hemikalija... Ilustrovani enciklopedijski rječnik

IZOTOPES- (od iso... i grčki topos mjesto) varijeteti hemijskih elemenata u kojima se atomska jezgra razlikuju po broju neutrona, ali sadrže isti broj protona i stoga zauzimaju isto mjesto u periodnom sistemu elemenata. Razlikovati ... ... Veliki enciklopedijski rječnik

IZOTOPES- IZTOPI, hemijski. elementi koji se nalaze u istoj ćeliji periodnog sistema i stoga imaju isti atomski broj ili redni broj. U ovom slučaju, joni ne bi trebali, općenito govoreći, imati istu atomsku težinu. Razne… … Velika medicinska enciklopedija

IZOTOPES- vrste ove hemikalije. elemenata koji se razlikuju po masi svojih jezgara. Posjedujući identične naboje jezgara Z, ali se razlikuju po broju neutrona, elektroni imaju istu strukturu elektronskih omotača, odnosno vrlo blisku kemijsku. St. Va, i zauzimaju istu stvar...... Fizička enciklopedija

izotopi- atomi iste hemikalije. element čija jezgra sadrže isti broj protona, ali različit broj neutrona; imaju različite atomske mase, imaju istu hemikaliju. svojstva, ali se razlikuju po svojim fizičkim svojstvima. nekretnine, posebno... Mikrobiološki rječnik

IZOTOPES- hemijski atomi elementi koji imaju različite masene brojeve, ali imaju isti naboj atomskih jezgara i stoga zauzimaju isto mjesto u periodnom sistemu Mendeljejeva. Atomi različitih izotopa iste hemikalije. elementi se razlikuju po broju...... Geološka enciklopedija

Izotopi- Izotopi su nuklidi koji imaju isti atomski broj, ali različite atomske mase (na primjer, uranijum 235 i uranijum 238). Termini nuklearne energije. Koncern Rosenergoatom, 2010 ... Termini nuklearne energije

IZOTOPES- (od iso... i grčkog topos mjesto), elementi sa istim atomskim brojem, ali različite atomske mase. Većina radioaktivnih izotopa važnih za ekologiju ima energije od 0,1 do 5 MeV (što je energija radioaktivnih izotopa veća, to je više ... Ekološki rječnik

izotopi- Nuklidi koji imaju isti atomski broj, ali različite atomske mase (na primjer, uranijum 235 i uranijum 238). Teme nuklearne energije općenito EN izotopi ... Vodič za tehnički prevodilac

IZOTOPES- varijeteti atoma date hemikalije. element čija jezgra sadrže isti broj protona, ali različit broj neutrona. I. imaju različite atomske (vidi) i isti broj elektrona u atomskoj ljusci, što određuje njihovu vrlo blisku fizičku. hem...... Velika politehnička enciklopedija

Izotopi su vrste bilo kojeg kemijskog elementa koji imaju različite atomske težine. Različiti izotopi bilo kojeg kemijskog elementa imaju isti broj protona u jezgru i isti broj elektrona na ljusci atoma, imaju isti atomski broj i zauzimaju određena mjesta u tabeli D.I. Mendeljejeva, karakteristična za dati kemijski element.

Razlika u atomskoj težini između izotopa objašnjava se činjenicom da jezgra njihovih atoma sadrže različit broj neutrona.

Radioaktivni izotopi- izotopi bilo kojeg elementa periodnog sistema D. I. Mendeljejeva, koji imaju nestabilna jezgra i prelaze u stabilno stanje putem radioaktivnog raspada, praćenog zračenjem (vidi). Za elemente s atomskim brojevima većim od 82, svi izotopi su radioaktivni i raspadaju se alfa ili beta raspadom. To su takozvani prirodni radioaktivni izotopi, koji se obično nalaze u prirodi. Atomi nastali raspadom ovih elemenata, ako imaju atomski broj veći od 82, zauzvrat prolaze kroz radioaktivni raspad, čiji proizvodi također mogu biti radioaktivni. Ispostavilo se da je to sekvencijalni lanac, ili takozvana porodica radioaktivnih izotopa.

Postoje tri poznate prirodne radioaktivne porodice, nazvane po prvom elementu porodice serije, i aktinouranijum (ili aktinijum). Porodica uranijuma uključuje (vidi) i (vidi). Poslednji element svake serije transformiše se kao rezultat raspadanja u jedan od stabilnih izotopa sa serijskim brojem 82. Pored ovih familija, poznati su i određeni prirodni radioaktivni izotopi elemenata sa serijskim brojevima manjim od 82. To su kalijum-40 i neke druge. Od njih je važan kalijum-40, jer se nalazi u svakom živom organizmu.

Radioaktivni izotopi svih kemijskih elemenata mogu se dobiti umjetnim putem. To su vještački radioaktivni izotopi. Postoji nekoliko načina da ih dobijete. Radioaktivni izotopi elemenata kao što su , jod, brom i drugi, koji zauzimaju srednja mjesta u periodnom sistemu, produkti su fisije jezgra uranijuma. Iz mješavine takvih proizvoda dobivenih u nuklearnom reaktoru (vidi), izoliraju se radiokemijskim i drugim metodama. Radioaktivni izotopi gotovo svih elemenata mogu se dobiti u akceleratoru čestica (qv) bombardiranjem određenih stabilnih atoma protonima ili deuteronima.

Uobičajena metoda proizvodnje radioaktivnih izotopa iz stabilnih izotopa istog elementa je njihovo zračenje neutronima u nuklearnom reaktoru. Metoda se zasniva na takozvanoj reakciji hvatanja zračenja. Ako je tvar ozračena neutronima, potonji, bez naboja, mogu se slobodno približiti jezgri atoma i, takoreći, "zalijepiti" se za njega, formirajući novo jezgro istog elementa, ali s jednim dodatnim neutronom. U ovom slučaju se oslobađa određena količina energije u obliku (vidi), zbog čega se proces naziva hvatanjem zračenja. Jezgra s viškom neutrona su nestabilna, pa je tako nastali izotop radioaktivan. Uz rijetke izuzetke, radioaktivni izotopi bilo kojeg elementa mogu se dobiti na ovaj način.

Kada se izotop raspadne, može nastati izotop koji je također radioaktivan. Na primjer, stroncij-90 se pretvara u -90, barij-140 u lantan-140, itd.

Umjetno su dobiveni transuranski elementi nepoznati u prirodi sa serijskim brojem većim od 92 (neptunijum, americij, kurij itd.), čiji su svi izotopi radioaktivni. Jedan od njih stvara još jednu radioaktivnu porodicu - porodicu neptunijuma.

Tokom rada reaktora i akceleratora u materijalima i dijelovima ovih instalacija i okolne opreme nastaju radioaktivni izotopi. Ova "indukovana aktivnost", koja traje manje-više dugo nakon prestanka rada instalacija, predstavlja nepoželjan izvor zračenja. Indukovana aktivnost se također javlja u živom organizmu izloženom neutronima, na primjer tokom nesreće ili atomske eksplozije.

Aktivnost radioaktivnih izotopa mjeri se u jedinicama kirija (vidi "") ili njegovih derivata - milicurie i microcurie.

Količina radioaktivnih izotopa se detektuje i meri njihovim zračenjem, korišćenjem uobičajene metode merenja radioaktivnosti (vidi Dozimetrija, jonizujuće zračenje). Ove metode omogućavaju mjerenje aktivnosti reda stotih i hiljaditih dijelova mikrokurija, što odgovara težinskoj količini izotopa manjoj od milijardnog dijela miligrama. Iz ovoga je jasno da beznačajna primjesa radioaktivnih izotopa bilo kojeg elementa njegovim stabilnim atomima omogućava lako detekciju ovog elementa. Njegovi atomi tako postaju označeni atomi. Njihova oznaka je radijacija.

U pogledu hemijskih i fizičko-hemijskih svojstava, radioaktivni izotopi se praktično ne razlikuju od prirodnih elemenata; njihova primjesa bilo kojoj tvari ne mijenja njeno ponašanje u živom organizmu.

Moguće je zamijeniti stabilne izotope u različitim kemijskim jedinjenjima sa takvim označenim atomima. Svojstva potonjih se zbog toga neće promijeniti, a ako se unesu u tijelo, ponašat će se kao obične, neobilježene supstance. Međutim, zahvaljujući zračenju, lako je otkriti njihovo prisustvo u krvi, tkivima, ćelijama itd. Radioaktivni izotopi u ovim supstancama tako služe kao indikatori, odnosno indikatori distribucije i sudbine supstanci koje se unose u organizam. Zato se zovu "radioaktivni tragači". Mnoga neorganska i organska jedinjenja označena različitim radioaktivnim izotopima su sintetizovana za (vidi) i za različite eksperimentalne studije.

Mnogi radioaktivni izotopi (jod-131, fosfor-32, -198, itd.) se koriste za terapiju zračenjem (vidi).

Vještački radioaktivni izotopi (kobalt-60, cezijum-137 i neki drugi, koji su gama emiteri) u potpunosti su zamenili radijum, koji se ranije koristio kao izvor zračenja (vidi) u medicinske i tehničke svrhe. Pogledajte i članke o imenima elemenata.

Čak su i drevni filozofi sugerirali da je materija izgrađena od atoma. Međutim, naučnici su tek na prelazu iz 19. u 20. vek počeli da shvataju da se sami „građevinski blokovi“ univerzuma sastoje od sićušnih čestica. Eksperimenti koji su to dokazali proizveli su u jednom trenutku pravu revoluciju u nauci. To je kvantitativni omjer njegovih sastavnih dijelova koji razlikuje jedan kemijski element od drugog. Svakom od njih je dodijeljeno svoje mjesto prema serijskom broju. Ali postoje različite vrste atoma koji zauzimaju iste ćelije u tabeli, uprkos razlikama u masi i svojstvima. Zašto je to tako i koji su izotopi u hemiji, biće reči dalje.

Atom i njegove čestice

Proučavajući strukturu materije bombardovanjem alfa česticama, E. Rutherford je 1910. godine dokazao da je glavni prostor atoma ispunjen prazninom. I samo u centru je jezgro. Negativni elektroni se kreću oko njega po orbitalama, čineći ljusku ovog sistema. Tako je stvoren planetarni model "građevnih blokova" materije.

Šta su izotopi? Zapamtite iz vašeg kursa hemije da jezgro takođe ima složenu strukturu. Sastoji se od pozitivnih protona i neutrona koji nemaju naboj. Broj prvih određuje kvalitativne karakteristike hemijskog elementa. To je broj protona koji razlikuje tvari jedne od drugih, dajući njihovim jezgrima određeni naboj. I na osnovu toga im se dodjeljuje serijski broj u periodnom sistemu. Ali broj neutrona u istom hemijskom elementu ih razlikuje u izotope. Definicija ovog koncepta u hemiji se stoga može dati na sljedeći način. To su varijante atoma koji se razlikuju po sastavu jezgra, imaju isti naboj i atomske brojeve, ali imaju različite masene brojeve zbog razlika u broju neutrona.

Oznake

Tokom učenja hemije u 9. razredu i izotopa, učenici će upoznati prihvaćene konvencije. Slovo Z označava naboj jezgra. Ova brojka se poklapa sa brojem protona i stoga je njihov indikator. Zbir ovih elemenata sa neutronima označenim sa N je A - maseni broj. Porodica izotopa jedne supstance obično se označava simbolom tog hemijskog elementa, kojem je u periodnom sistemu dodeljen serijski broj koji se poklapa sa brojem protona u njemu. Lijevi superskript dodan na označenu ikonu odgovara masenom broju. Na primjer, 238 U. Naboj elementa (u ovom slučaju, uranijuma, označenog serijskim brojem 92) označen je sličnim indeksom ispod.

Poznavajući ove podatke, lako možete izračunati broj neutrona u datom izotopu. On je jednak masenom broju minus serijski broj: 238 - 92 = 146. Broj neutrona bi mogao biti manji, ali to ne bi učinilo da ovaj hemijski element prestane da ostane uranijum. Treba napomenuti da je najčešće u drugim, jednostavnijim supstancama broj protona i neutrona približno isti. Takve informacije pomažu razumjeti šta je izotop u hemiji.

Nukleoni

Broj protona daje određenom elementu njegovu individualnost, a broj neutrona ni na koji način ne utiče na njega. Ali atomska masa se sastoji od ova dva određena elementa, koji imaju zajednički naziv "nukleoni", što predstavlja njihov zbir. Međutim, ovaj pokazatelj ne ovisi o onima koji formiraju negativno nabijenu ljusku atoma. Zašto? Sve što treba da uradite je da uporedite.

Udio mase protona u atomu je velik i iznosi otprilike 1 a. e.m. ili 1.672 621 898(21) 10 -27 kg. Neutron je blizu performansi ove čestice (1.674 927 471(21)·10 -27 kg). Ali masa elektrona je hiljadama puta manja, smatra se beznačajnom i ne uzima se u obzir. Zato, znajući superskript elementa u hemiji, sastav jezgra izotopa nije teško otkriti.

Izotopi vodonika

Izotopi nekih elemenata toliko su poznati i rasprostranjeni u prirodi da su dobili svoja imena. Najupečatljiviji i najjednostavniji primjer ovoga je vodonik. Prirodno se nalazi u svom najčešćem obliku, protijumu. Ovaj element ima maseni broj 1, a njegovo jezgro se sastoji od jednog protona.

Dakle, šta su izotopi vodonika u hemiji? Kao što je poznato, atomi ove supstance imaju prvi broj u periodnom sistemu i, shodno tome, u prirodi su obdareni brojem naboja od 1. Ali broj neutrona u jezgru atoma je drugačiji. Deuterijum, kao teški vodonik, osim protona, ima još jednu česticu u svom jezgru, odnosno neutron. Kao rezultat toga, ova tvar pokazuje vlastita fizička svojstva, za razliku od protijuma, koja ima vlastitu težinu, tačke topljenja i ključanja.

Tritium

Tricijum je najkompleksniji od svih. Ovo je superteški vodonik. Prema definiciji izotopa u hemiji, ima naboj 1, ali maseni broj 3. Često se naziva triton jer pored jednog protona u svom jezgru ima dva neutrona, odnosno sastoji se od od tri elementa. Naziv ovog elementa, koji su 1934. otkrili Rutherford, Oliphant i Harteck, predložen je i prije njegovog otkrića.

Ovo je nestabilna supstanca koja pokazuje radioaktivna svojstva. Njegova jezgra ima sposobnost da se podijeli na beta česticu i elektronski antineutrino. Energija raspada ove supstance nije velika i iznosi 18,59 keV. Stoga takvo zračenje nije previše opasno za ljude. Obična odjeća i hirurške rukavice mogu zaštititi od toga. I ovaj radioaktivni element dobiven hranom brzo se eliminira iz tijela.

Izotopi uranijuma

Mnogo opasnije su razne vrste uranijuma, kojih nauka trenutno poznaje 26. Stoga, kada se govori o tome šta su izotopi u hemiji, nemoguće je ne spomenuti ovaj element. Uprkos raznolikosti vrsta uranijuma, u prirodi se javljaju samo tri izotopa. To uključuje 234 U, 235 U, 238 U. Prvi od njih, koji ima odgovarajuća svojstva, aktivno se koristi kao gorivo u nuklearnim reaktorima. A potonji je za proizvodnju plutonijuma-239, koji je sam po sebi nezamjenjiv kao vrijedno gorivo.

Svaki od radioaktivnih elemenata karakterizira svoj vlastiti. Ovo je vrijeme tokom kojeg se supstanca dijeli u omjeru od ½. Odnosno, kao rezultat ovog procesa, količina preostalog dijela tvari se prepolovi. Ovaj vremenski period je ogroman za uranijum. Na primjer, za izotop-234 procjenjuje se na 270 hiljada godina, ali za druge dvije navedene varijante mnogo je značajnije. Uranijum-238 ima rekordno vreme poluraspada, koje traje milijardama godina.

Nuklidi

Nije svaki tip atoma, karakteriziran vlastitim i strogo određenim brojem protona i elektrona, toliko stabilan da postoji barem dug period dovoljan za njegovo proučavanje. Oni koji su relativno stabilni nazivaju se nuklidi. Stabilne formacije ove vrste ne podliježu radioaktivnom raspadu. Nestabilni se nazivaju radionuklidi, a zauzvrat se također dijele na kratkotrajne i dugovječne. Kao što znate iz časova hemije u 11. razredu o strukturi atoma izotopa, osmijum i platina imaju najveći broj radionuklida. Kobalt i zlato imaju po jedan stabilan nuklid, a kalaj ima najveći broj stabilnih nuklida.

Izračunavanje atomskog broja izotopa

Sada ćemo pokušati sumirati ranije opisane informacije. Nakon što smo shvatili šta su izotopi u hemiji, vrijeme je da shvatimo kako iskoristiti stečeno znanje. Pogledajmo ovo na konkretnom primjeru. Pretpostavimo da je poznato da određeni hemijski element ima maseni broj 181. Štaviše, ljuska atoma ove supstance sadrži 73 elektrona. Kako možete koristiti periodni sistem da saznate ime datog elementa, kao i broj protona i neutrona u njegovom jezgru?

Počnimo rješavati problem. Možete odrediti naziv supstance znajući njen serijski broj, koji odgovara broju protona. Pošto je broj pozitivnih i negativnih naboja u atomu jednak, to je 73. To znači da je tantal. Štaviše, ukupan broj nukleona je 181, što znači da je protona ovog elementa 181 - 73 = 108. Sasvim jednostavno.

Izotopi galija

Element galijum ima atomski broj 71. U prirodi ova supstanca ima dva izotopa - 69 Ga i 71 Ga. Kako odrediti postotak vrsta galija?

Rješavanje problema o izotopima u hemiji gotovo uvijek uključuje informacije koje se mogu dobiti iz periodnog sistema. Ovog puta treba da uradite isto. Odredimo prosječnu atomsku masu iz navedenog izvora. To je jednako 69,72. Označavajući sa x i y kvantitativni omjer prvog i drugog izotopa, uzimamo njihov zbir jednak 1. To znači da će to biti zapisano u obliku jednačine: x + y = 1. Iz toga slijedi da je 69x + 71y = 69,72. Izražavajući y u terminima x i zamjenjujući prvu jednačinu drugom, nalazimo da je x = 0,64 i y = 0,36. To znači da se 69 Ga nalazi u prirodi 64%, a procenat 71 Ga je 34%.

Izotopske transformacije

Radioaktivna fisija izotopa s njihovom transformacijom u druge elemente dijeli se na tri glavna tipa. Prvi od njih je alfa raspad. Događa se emisijom čestice koja predstavlja jezgro atoma helijuma. To jest, ovo je formacija koja se sastoji od kombinacije parova neutrona i protona. Budući da količina potonjeg određuje broj naboja i broj atoma supstance u periodnom sistemu, kao rezultat ovog procesa dolazi do kvalitativne transformacije jednog elementa u drugi, a u tablici se pomiče ulijevo za dvije ćelije. U ovom slučaju, maseni broj elementa se smanjuje za 4 jedinice. To znamo iz strukture atoma izotopa.

Kada jezgro atoma izgubi beta česticu, u suštini elektron, njegov sastav se mijenja. Jedan od neutrona se pretvara u proton. To znači da se kvalitativne karakteristike tvari ponovo mijenjaju, a element se pomiče u tablici jednu ćeliju udesno, bez praktične gubitka težine. Obično je takva transformacija povezana s elektromagnetnim gama zračenjem.

Transformacija izotopa radijuma

Gore navedene informacije i znanja iz hemije 11. razreda o izotopima opet pomažu u rješavanju praktičnih problema. Na primjer, sljedeće: 226 Ra tokom raspadanja pretvara se u hemijski element grupe IV, sa masenim brojem 206. Koliko alfa i beta čestica treba da izgubi?

Uzimajući u obzir promjene u masi i grupi elementa kćeri, koristeći periodni sistem, lako je odrediti da će izotop koji nastaje prilikom cijepanja biti olovni sa nabojem od 82 i masenim brojem 206. A uzimajući u obzir Uzimajući u obzir broj naboja ovog elementa i originalni radij, treba pretpostaviti da je njegovo jezgro izgubilo pet alfa -čestica i četiri beta čestice.

Upotreba radioaktivnih izotopa

Svi su svjesni štete koju radioaktivno zračenje može nanijeti živim organizmima. Međutim, svojstva radioaktivnih izotopa mogu biti korisna za ljude. Uspješno se koriste u mnogim industrijama. Uz njihovu pomoć moguće je otkriti curenja u inženjerskim i građevinskim objektima, podzemnim cjevovodima i naftovodima, rezervoarima za skladištenje i izmjenjivačima topline u elektranama.

Ova svojstva se također aktivno koriste u naučnim eksperimentima. Na primjer, muva cece je prenosilac mnogih ozbiljnih bolesti za ljude, stoku i domaće životinje. Kako bi se to spriječilo, mužjaci ovih insekata steriliziraju se slabim radioaktivnim zračenjem. Izotopi su također nezamjenjivi u proučavanju mehanizama određenih kemijskih reakcija, jer se atomi ovih elemenata mogu koristiti za označavanje vode i drugih tvari.

Označeni izotopi se također često koriste u biološkim istraživanjima. Tako je, na primjer, utvrđeno kako fosfor utiče na tlo, rast i razvoj kultiviranih biljaka. Svojstva izotopa se uspješno koriste i u medicini, što je omogućilo liječenje kancerogenih tumora i drugih teških bolesti i određivanje starosti bioloških organizama.