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化学における同位体の例。同位体の応用。同位体の原子番号の計算

同位体、特に放射性同位体にはさまざまな用途があります。テーブル内 1.13 は、同位体の産業用途のいくつかの選択された例を提供します。この表に記載されている各技術は他の業界でも使用されています。例えば、放射性同位元素を使用して物質の漏洩を判定する技術は、飲料の製造において、貯蔵タンクやパイプラインからの漏洩を判定するために使用されます。工学構造物の建設において-のために

表1.13 放射性同位元素のいくつかの用途

弱い放射性放射線源で不妊化された雄のツェツェバエには、後の検出のためにマークが付けられる（ブルキナファソ）。この手順は、ツェツェバエを研究し、トリパノソーマ症（睡眠病）の蔓延を防ぐための効果的な防除措置を確立するために行われた実験の一部です。ツェツェバエはこの病気を媒介し、人、家畜、野生家畜に感染します。睡眠病はアフリカの一部の地域で非常に一般的です。

地下水道パイプラインからの漏れを特定する。エネルギー産業 - 発電所の熱交換器からの漏れを特定します。石油産業 - 地下の石油パイプラインからの漏れを特定するため。廃水および下水管理サービス - 本下水道からの漏れを特定します。

同位体は科学研究でも広く使用されています。特に、化学反応のメカニズムを決定するために使用されます。例として、酢酸エチルなどのエステルの加水分解を研究するために、安定した酸素同位体 18O で標識された水を使用することを指摘します (セクション 19.3 も参照)。質量分析法を使用して 18O 同位体を検出したところ、加水分解中に水分子の酸素原子がエタノールではなく酢酸に移動することが判明しました。

放射性同位体は、生物学の研究において標識原子として広く使用されています。生体システムの代謝経路 * を追跡するには、放射性同位体炭素 14、トリチウム、リン 32、硫黄 35 が使用されます。たとえば、肥料で処理された土壌からの植物によるリンの取り込みは、リン 32 の混合物を含む肥料を使用して監視できます。

放射線治療. 電離放射線は生体組織を破壊する可能性があります。悪性腫瘍組織は、健康な組織よりも放射線に対して感受性が高くなります。これにより、放射性同位体コバルト60を使用する線源から放出されるγ線を利用してがんを治療することが可能になります。放射線は、腫瘍の影響を受けた患者の体の領域に向けられます。治療セッションは数分間続き、2～6週間毎日繰り返されます。セッション中は、健康な組織の破壊を防ぐために、患者の体の他のすべての部分を放射線不透過性の材料で慎重に覆う必要があります。

放射性炭素を使用してサンプルの年代を決定します。大気中の二酸化炭素のごく一部には放射性同位体「bC」が含まれています。植物は光合成中にこの同位体を吸収します。したがって、すべての組織は

* 代謝は、生物の細胞内で起こるすべての化学反応の全体です。代謝反応の結果、栄養素は有用なエネルギーまたは細胞成分に変換されます。。代謝反応は通常、いくつかの単純なステップ、つまり段階で発生します。代謝反応のすべての段階の順序は、代謝経路 (メカニズム) と呼ばれます。

放射性同位元素は、河口、港、ドックにおける堆積物の堆積メカニズムを監視するために使用されます。

ロンドン・ヒースロー空港の無損傷試験施設で放射性同位体を使用してジェットエンジンの燃焼室の写真画像を取得。 (ポスターには「放射線。近づかないでください」と書かれていました。) 放射性同位元素は、無害な検査のために産業界で広く使用されています。

生きた組織は、放射性崩壊による放射能の減少が大気からの放射性炭素の一定の供給によって補われるため、放射能レベルが一定になっています。しかし、植物や動物が死ぬとすぐに、その組織への放射性炭素の流れは止まります。これにより、死んだ組織の放射能レベルが徐々に低下します。

放射性炭素年代測定により、ストーンヘンジの木炭サンプルは約 4,000 年前のものであることが明らかになりました。

地質年代学の放射性炭素法は、1946 年に U.F. によって開発されました。この方法は現在、考古学者、人類学者、地質学者によって広く使用されており、サンプルの年代を最大 35,000 年まで測定しています。この方法の精度は約 300 年です。羊毛、種子、貝殻、骨の年齢を測定するときに最良の結果が得られます。サンプルの年齢を決定するには、サンプルに含まれる炭素 1 g あたりの p 線放射活動 (1 分あたりの崩壊数) を測定します。これにより、14C 同位体の放射性減衰曲線を使用してサンプルの年齢を決定できます。

地球と月は何歳ですか?

地球や月の多くの岩石には、半減期が 10-9 ～ 10-10 年程度の放射性同位体が含まれています。これらの放射性同位体の相対存在量を、そのような岩石のサンプル中の崩壊生成物の相対存在量と測定して比較することによって、その年代を決定することができます。地質年代学の 3 つの最も重要な方法は、K 同位体 (半減期 1.4 ～ 109 年) の相対存在量の決定に基づいています。「Rb (半減期 6 1010 年) および 2I29U (半減期 4.50-109 年)。

カリウムとアルゴンの年代測定法。雲母や一部の長石などの鉱物には、少量の放射性同位体カリウム 40 が含まれています。電子捕獲を受けてアルゴン 40 に変化することで崩壊します。

サンプルの年齢は、アルゴン 40 と比較したサンプル中のカリウム 40 の相対含有量に関するデータを使用した計算に基づいて決定されます。

ルビジウムとストロンチウムの年代測定法。グリーンランド西海岸の花崗岩など、地球上で最も古い岩石の一部にはルビジウムが含まれています。全ルビジウム原子の約 3 分の 1 は放射性ルビジウム 87 です。この放射性同位体は安定同位体ストロンチウム 87 に崩壊します。サンプル中のルビジウムおよびストロンチウム同位体の相対含有量に関するデータの使用に基づく計算により、そのような岩石の年代を決定することが可能になります。

ウランと鉛の年代測定法。ウランの同位体は崩壊して鉛の同位体になります。ウラン不純物を含むアパタイトなどの鉱物の年齢は、サンプル中のウランと鉛の特定の同位体の含有量を比較することによって決定できます。

ここで説明した 3 つの方法はすべて、地上の岩石の年代測定に使用されています。結果として得られたデータは、地球の年齢が 4.6 ～ 109 歳であることを示しています。これらの方法は、宇宙ミッションによって地球にもたらされた月の石の年代を決定するためにも使用されました。これらの品種の年齢は 3.2 ～ 4.2 *10 9 歳の範囲です。

核分裂と核融合

同位体の質量の実験値は、原子核に含まれるすべての素粒子の質量の合計として計算された値よりも小さいことが判明したことはすでに述べました。計算された原子質量と実験的な原子質量の差は質量欠陥と呼ばれます。質量欠損は、原子核内の同じ電荷の粒子間の反発力に打ち勝ち、それらを単一の核に結合するのに必要なエネルギーに相当します。このため、それは結合エネルギーと呼ばれます。結合エネルギーは、アインシュタイン方程式を使用して質量欠陥を通じて計算できます。

ここで、E はエネルギー、m は質量、c は光の速度です。

結合エネルギーは通常、核亜粒子 (核子) あたりのメガ電子ボルト (1 MeV = 106 eV) で表されます。電子ボルトは、単位素電荷 (電子の電荷と絶対値が等しい) を持つ粒子が、電位差 1 V (1 MeV = 9.6 * 10 10 J) の点間を移動するときに獲得または損失するエネルギーです。 /モル）。

たとえば、ヘリウム原子核の核子あたりの結合エネルギーは約 7 MeV で、塩素 35 原子核では 8.5 MeV です。

核子あたりの結合エネルギーが高いほど、核の安定性は高くなります。図では、図 1.33 は、元素の質量数に対する結合エネルギーの依存性を示しています。質量数が 60 に近い元素 (56Fe、59Co、59Ni、64Cu など) が最も安定であることに注意してください。質量数が低い元素は、少なくとも理論的な観点からは、質量数が増加する結果として安定性が向上する可能性があります。しかし、実際には、水素などの最も軽い元素のみの質量数を増やすことが可能であるようです。 (ヘリウムは異常に高い安定性を持っています。ヘリウム原子核内の核子の結合エネルギーは、図 1.33 に示されている曲線には当てはまりません。)そのような元素の質量数は、核融合と呼ばれるプロセスで増加します (以下を参照)。

20世紀の最初の10年間、科学者たちは放射能の現象を研究していました。約40種類の多数の放射性物質が発見されました。ビスマスとウランの間の元素周期表の空いている場所よりもはるかに多くの放射性物質がありました。これらの物質の性質については議論の余地があります。一部の研究者はそれらを独立した化学元素であると考えていましたが、この場合、周期表におけるそれらの配置の問題は解決できないことが判明しました。他の人たちは一般に、古典的な意味での要素と呼ばれる権利を否定しました。 1902 年、イギリスの物理学者 D. マーティンは、そのような物質を放射性元素と呼びました。研究の結果、いくつかの放射性元素はまったく同じ化学的性質を持っているが、原子量が異なることが明らかになりました。この状況は周期法の基本規定に矛盾するものであった。イギリスの科学者 F. ソディがこの矛盾を解決しました。 1913年、彼は化学的に類似した放射性元素を同位体（「同じ」と「場所」を意味するギリシャ語から）と呼びました。つまり、それらは周期表で同じ位置を占めています。放射性元素は天然放射性元素の同位体であることが判明した。それらはすべて 3 つの放射性物質に分類され、その祖先はトリウムとウランの同位体です。

酸素の同位体。カリウムとアルゴンの等圧線（等圧線は、同じ質量数を持つ異なる元素の原子です）。

偶数元素と奇数元素の安定同位体の数。

他の安定した化学元素にも同位体があることがすぐに明らかになりました。この発見の主な功績はイギリスの物理学者 F. アストンにあります。彼は多くの元素の安定同位体を発見しました。

現代の観点から見ると、同位体は化学元素の原子の一種であり、原子量は異なりますが、核電荷は同じです。

したがって、それらの原子核には同じ数の陽子が含まれていますが、異なる数の中性子が含まれています。たとえば、Z = 8 の酸素の天然同位体は、核内にそれぞれ 8、9、10 個の中性子を含みます。同位体の原子核内の陽子と中性子の数の合計は質量数 A と呼ばれます。したがって、示されている酸素同位体の質量数は 16、17、および 18 になります。現在、同位体の次の指定が受け入れられています。値 Z は元素記号の左下に、値 A は左上に表示されます (例: 16 8 O、17 8 O、18 8 O)。

人工放射能現象の発見以来、Z が 1 から 110 までの元素の核反応を利用して、約 1,800 個の人工放射性同位体が製造されてきました。人工放射性同位体の大部分は、半減期が非常に短く、数秒または数秒で測定されます。 ; 比較的長い平均寿命を持つものはほんのわずかです（たとえば、10 Be - 2.7 10 6 年、26 Al - 8 10 5 年など）。

安定した元素は自然界では約 280 個の同位体で表されます。しかし、それらの中には、半減期が非常に長い、弱い放射性物質であることが判明しました (例: 40 K、87 Rb、138 La、147 Sm、176 Lu、187 Re)。これらの同位体の寿命は非常に長いため、安定していると考えられます。

安定同位体の世界にはまだ多くの課題があります。したがって、異なる元素間でその数がなぜこれほど大きく異なるのかは不明です。約25%の安定元素（Be、F、Na、Al、P、Sc、Mn、Co、As、Y、Nb、Rh、I、Cs、Pt、Tb、Ho、Tu、Ta、Au）が存在します。自然界では原子は 1 種類だけです。これらはいわゆる単一要素です。興味深いのは、それらすべて (Be を除く) の Z 値が奇数であることです。一般に、奇数元素の場合、安定同位体の数は 2 を超えません。対照的に、一部の偶数 Z 元素は多数の同位体で構成されています (たとえば、Xe には 9 個、Sn には 10 個の安定同位体があります)。

特定の元素の安定同位体のセットは銀河と呼ばれます。銀河内のそれらの内容は、しばしば大きく変動します。興味深いのは、この規則には例外もありますが、質量数が 4 の倍数の同位体 (12 C、16 O、20 Ca など) が最も多く含まれていることです。

安定同位体の発見により、原子質量の長年の謎、つまり原子質量の整数からの逸脱が、銀河内の元素の安定同位体のパーセンテージの違いによって説明されるという解明が可能になった。

核物理学では「等圧線」の概念が知られています。同重体は、同じ質量数を持つ異なる元素の同位体 (つまり、Z 値が異なる) です。等圧線の研究は、原子核の挙動と特性における多くの重要なパターンの確立に貢献しました。これらのパターンの 1 つは、ソ連の化学者 S. A. シュチュカレフとドイツの物理学者 I. マタウフによって定式化された規則によって表現されます。それは、2 つの等圧線の Z 値が 1 異なる場合、そのうちの 1 つは間違いなく放射性であるということです。同重体のペアの典型的な例は 40 18 Ar - 40 19 K です。この中で、カリウム同位体は放射性です。 Shchukarev-Mattauch 則により、元素テクネチウム (Z = 43) とプロメチウム (Z = 61) に安定同位体が存在しない理由を説明することができました。それらの Z 値は奇数であるため、2 つを超える安定同位体は期待できません。しかし、テクネチウムとプロメチウムの同重体、それぞれモリブデン (Z = 42) とルテニウム (Z = 44)、ネオジム (Z = 60) とサマリウム (Z = 62) の同位体は、自然界では安定な幅広い質量数のさまざまな原子。したがって、物理法則により、テクネチウムとプロメチウムの安定同位体の存在は禁止されています。このため、これらの元素は自然界には実際には存在せず、人工的に合成する必要がありました。

科学者たちは長い間、同位体の周期系を開発しようと試みてきました。もちろん、それは元素周期表の基礎とは異なる原理に基づいています。しかし、これらの試みはまだ満足のいく結果をもたらしていません。確かに、物理学者は、原子核内に陽子殻と中性子殻を充填する手順は、原理的には原子内の電子殻とサブシェルの構築に似ていることを証明しました (「原子」を参照)。

特定の元素の同位体の電子殻は、まったく同じ方法で構築されます。したがって、それらの化学的および物理的特性はほぼ同一です。水素同位体 (プロチウムと重水素) とその化合物のみが、特性に顕著な違いを示します。たとえば、重水（D 2 O）は+3.8で凍結し、101.4℃で沸騰し、密度は1.1059 g/cm 3 であり、動植物の生命を支えません。水の水素と酸素への電気分解中に、主に H 2 O 分子が分解されますが、重水分子は電解槽内に残ります。

他の元素の同位体を分離することは非常に困難な作業です。ただし、多くの場合、自然存在量と比較して存在量が大幅に変化した個々の元素の同位体が必要となります。たとえば、原子エネルギーの問題を解決する場合、同位体 235 U と 238 U を分離する必要がありました。この目的のために、最初に質量分析法が使用され、その助けを借りて最初の 1 キログラムのウラン 235 が得られました。 1944年にアメリカで。しかし、この方法はコストが高すぎることが判明し、UF 6 を使用するガス拡散法に置き換えられました。現在、同位体を分離する方法はいくつかありますが、どれも非常に複雑で高価です。それでも、「分かちがたいものを分断する」という問題はうまく解決されつつある。

新しい科学分野、同位体化学が登場しました。彼女は、化学反応や同位体交換プロセスにおける化学元素のさまざまな同位体の挙動を研究しています。これらのプロセスの結果、特定の元素の同位体は反応する物質間で再分配されます。最も単純な例は次のとおりです: H 2 0 + HD = HD0 + H 2 (水分子がプロチウム原子を重水素原子に交換します)。同位体の地球化学も発展しています。彼女は、地殻内のさまざまな元素の同位体組成の変化を研究しています。

最も広く使用されているのは、いわゆる標識原子、つまり安定元素の人工放射性同位体または安定同位体です。同位体指標（標識された原子）の助けを借りて、彼らは無生物および生きた自然界における元素の移動経路、さまざまな物体における物質および元素の分布の性質を研究します。同位体は、原子炉の建設のための材料として、原子力技術で使用されます。核燃料（トリウム、ウラン、プルトニウムの同位体）として。熱核融合 (重水素、6 Li、3 He)。放射性同位体も放射線源として広く使用されています。

同位体

同位体-s; お願いします。(単位同位体、-a; m。)。 [ギリシャ語からアイソス - 等しいおよびトポス - 場所] スペシャリスト。同じ化学元素でも原子の質量が異なるさまざまな種類。 放射性同位体。 ウランの同位体。

◁ 同位体、ああ、ああ。 I. インジケーター。

同位体

研究の歴史
同位体の存在に関する最初の実験データは 1906 年から 1910 年に得られました。重元素の原子の放射性変換の特性を研究するとき。 1906年から1907年にかけて。ウランの放射性崩壊生成物であるイオニウムと、トリウムの放射性崩壊生成物である放射性トリウムは、トリウムと同じ化学的性質を有するが、原子量および放射性崩壊特性において後者とは異なることが発見された。さらに、3 つの要素はすべて同じ光学スペクトルと X 線スペクトルを持っています。英国の科学者F.ソディの提案により (cm。ソディ・フレデリック)、そのような物質は同位体と呼ばれるようになりました。
重放射性元素中に同位体が発見された後、安定元素中の同位体の探索が始まりました。化学元素の安定同位体の存在の独立した確認は、J. J. Thomson の実験で得られました。 (cm。トムソン・ジョセフ・ジョン）とF.アストン (cm。アストン・フランシス・ウィリアム）。トムソンは 1913 年にネオンの安定同位体を発見しました。アストンは、質量分析法を使用して、自身が設計した質量分析器 (または質量分析計) と呼ばれる機器を使用して研究を行いました。 (cm。質量分析法)、他の多くの安定した化学元素が同位体を持っていることを証明しました。 1919 年に、彼は 20 Ne と 22 Ne という 2 つの同位体が存在する証拠を入手しました。自然界におけるその相対存在量 (存在量) は約 91% と 9% です。その後、塩素、水銀、その他多くの元素の同位体である同位体 21 Ne が 0.26% の量で発見されました。
わずかに異なる設計の質量分析計が同じ年に A.J. デンプスターによって作成されました (cm。デンプスターアーサー・ジェフリー)。その後の質量分析計の使用と改良の結果、多くの研究者の努力により、ほぼ完全な同位体組成表が編集されました。 1932 年に、中性子 (電荷を持たず、水素原子の原子核の質量に近い質量を持つ粒子) である陽子が発見され、原子核の陽子 - 中性子モデルが作成されました。その結果、科学は同位体概念の最終的な定義を確立しました。同位体とは、原子核が同じ数の陽子で構成され、原子核内の中性子の数だけが異なる物質です。 1940 年頃、当時知られていたすべての化学元素の同位体分析が行われました。
放射能の研究中に、約 40 種類の天然放射性物質が発見されました。それらは放射性物質のグループに分類され、その祖先はトリウムとウランの同位体です。天然のものには、すべての安定な種類の原子 (約 280 個あります) と、放射性族の一部であるすべての天然放射性原子 (それらは 46 個あります) が含まれます。他のすべての同位体は核反応の結果として得られます。
1934年に初めてI.キュリー (cm。ジョリオ・キュリー・アイリーン)と F. ジョリオ＝キュリー (cm。ジョリオ・キュリー・フレデリック)自然界には存在しない窒素（13 N）、ケイ素（28 Si）、リン（30 P）の放射性同位体を人工的に得たもの。これらの実験により、彼らは新しい放射性核種を合成できる可能性を実証しました。現在知られている人工放射性同位体のうち、150 以上が超ウラン元素に属します (cm。トランスラン要素)、地球上では見つかりません。理論的には、存在可能な同位体の種類は約6000種類に達すると考えられています。

百科事典. 2009 .

同位体分離
等温過程

他の辞書で「同位体」が何であるかを確認してください。

同位体 現代の百科事典

同位体- (iso... およびギリシャ語のトポスの場所から) 原子核 (核種) の中性子の数が異なるが、同じ数の陽子を含むため、周期表で同じ位置を占める化学元素の種類化学物質の... 図解百科事典

同位体- (iso... およびギリシャ語のトポスの位置から) 原子核の中性子の数は異なりますが、同じ数の陽子を含むため、元素の周期表で同じ位置を占める化学元素の種類。区別する... ... 大百科事典

同位体- 同位体、化学物質。元素は周期表の同じセルに位置し、したがって同じ原子番号または序数を持ちます。この場合、一般的にイオンは同じ原子量を持つべきではありません。様々な… … 偉大な医学百科事典

同位体- この化学物質の品種。原子核の質量が異なる元素。原子核 Z の同一の電荷を持っていますが、中性子の数が異なるため、電子は同じ電子殻構造、つまり非常に近い化学構造を持っています。 St. Va、そして同じものを占めています... ... 物理百科事典

同位体- 同じ化学物質の原子。原子核に含まれる陽子数は同じだが、中性子の数が異なる元素。異なる原子量を持っていますが、同じ化学物質を持っています。性質は異なりますが、物理的性質が異なります。プロパティ、特に... 微生物学辞典

同位体- 化学原子質量数は異なるが、原子核の電荷は同じであるため、メンデレーエフの周期表で同じ位置を占める元素。同じ化学物質の異なる同位体の原子。要素の数が違います…… 地質百科事典

同位体- 同位体は、同じ原子番号を持つが異なる原子質量を持つ核種です (たとえば、ウラン 235 とウラン 238)。原子力エネルギー用語。ローゼナーゴアトム・コンツェルン、2010 ... 原子力用語

同位体- (iso... およびギリシャ語のトポスの場所から) 同じ原子番号を持つが、原子質量が異なる元素。生態学にとって重要なほとんどの放射性同位体のエネルギーは 0.1 ～ 5 MeV です (放射性同位体のエネルギーが高いほど、... 生態辞典

同位体- 原子番号は同じだが原子量が異なる核種 (たとえば、ウラン 235 とウラン 238)。トピック原子力エネルギー全般 EN 同位体 ... 技術翻訳者向けガイド

同位体- 特定の化学物質の原子の種類。原子核に含まれる陽子数は同じだが中性子の数が異なる元素。 I. 原子殻には異なる原子 (参照) と同じ数の電子があり、これがそれらの非常に近い物理的性質を決定します。化学…… ポリテクニック大百科事典

同位体は、異なる原子量を持つ化学元素の一種です。あらゆる化学元素の異なる同位体は、原子核内の陽子の数と原子の殻上の電子の数が同じであり、同じ原子番号を持ち、特定の化学元素の特徴として、D.I. メンデレーエフの表の特定の場所を占めます。

同位体間の原子量の違いは、それらの原子核に含まれる中性子の数が異なるという事実によって説明されます。

放射性同位体- D.I. メンデレーエフの周期系の任意の元素の同位体。不安定な原子核を持ち、放射線を伴う放射性崩壊によって安定状態になります（参照）。原子番号が 82 を超える元素の場合、すべての同位体は放射性であり、アルファまたはベータ崩壊によって崩壊します。これらは、通常自然界に存在する、いわゆる天然放射性同位体です。これらの元素の崩壊中に形成される原子は、原子番号が 82 を超える場合、今度は放射性崩壊を起こし、その生成物も放射性になる可能性があります。それは連続した鎖、いわゆる放射性同位体のファミリーであることが判明しました。

既知の天然放射性物質族が 3 つあり、これらは系列族の最初の要素とアクチノウラン (またはアクチニウム) にちなんで呼ばれます。ウラン族には (参照) と (参照) が含まれます。各系列の最後の元素は、崩壊の結果としてシリアル番号 82 の安定同位体の 1 つに変化します。これらの族に加えて、シリアル番号 82 未満の元素の特定の天然放射性同位体が知られています。これらはカリウム 40 とカリウム 40 です。他の何人か。このうち、カリウム 40 はあらゆる生物に存在するため重要です。

すべての化学元素の放射性同位体は人工的に入手できます。これらは人工的に作られた放射性同位体です。それらを入手するにはいくつかの方法があります。周期表の中間の位置を占めるナトリウム、ヨウ素、臭素などの元素の放射性同位体は、ウラン原子核の分裂生成物です。原子炉内で得られるこのような生成物の混合物 (参照) から、それらは放射化学的およびその他の方法を使用して分離されます。ほとんどすべての元素の放射性同位体は、粒子加速器 (qv) で特定の安定原子に陽子または重陽子を衝突させることによって取得できます。

同じ元素の安定同位体から放射性同位体を生成する一般的な方法は、原子炉内で安定同位体に中性子を照射することです。この方法は、いわゆる放射線捕獲反応に基づいています。物質に中性子が照射されると、中性子は電荷を持たず、原子核に自由に近づき、いわば「くっつき」、同じ元素で中性子が 1 個追加された新しい原子核を形成します。この場合、一定量のエネルギーが形で放出されます (参照)。これが、このプロセスが放射線捕捉と呼ばれる理由です。中性子が過剰な原子核は不安定であるため、生成される同位体は放射性になります。まれな例外を除き、あらゆる元素の放射性同位体はこの方法で取得できます。

同位体が崩壊すると、放射性同位体も形成されることがあります。たとえば、ストロンチウム 90 はストロンチウム -90 に、バリウム 140 はランタン 140 に、などになります。

自然界では未知の、通し番号が 92 を超える超ウラン元素 (ネプツニウム、アメリシウム、キュリウムなど) は、すべての同位体が放射性であり、人工的に取得されました。そのうちの 1 つは、別の放射性ファミリー、ネプツニウムファミリーを生み出します。

原子炉や加速器の運転中に、これらの施設や周囲の機器の材料や部品の中で放射性同位体が形成されます。この「誘導活動」は、施設の稼働が停止した後も多かれ少なかれ長期間持続し、望ましくない放射線源となります。誘導活動は、事故や原子爆発などで中性子にさらされた生体でも発生します。

放射性同位体の活性は、キュリー（「」を参照）またはその派生単位であるミリキュリーおよびマイクロキュリーの単位で測定されます。

放射性同位体の量は、通常の放射能測定方法 (線量測定、電離放射線を参照) を使用して、その放射線によって検出および測定されます。これらの方法により、マイクロキュリーの 100 分の 1 および 1000 分の 1 のオーダーで放射能を測定することが可能になります。これは、10 億分の 1 ミリグラム未満の同位体の重量に相当します。このことから、任意の元素の放射性同位体がその安定原子にわずかに混入するだけで、この元素を簡単に検出できることが明らかです。したがって、その原子はラベル付き原子になります。彼らの痕跡は放射線だ。

化学的および物理化学的特性の点では、放射性同位体は天然元素とほとんど変わりません。いかなる物質にそれらを混合しても、生体内のその挙動は変わりません。

さまざまな化合物の安定同位体をこのような標識原子で置き換えることができます。後者の特性は結果として変化せず、体内に導入された場合、通常の標識されていない物質と同様に動作します。しかし、放射線のおかげで、血液、組織、細胞などにおけるそれらの存在を検出するのは簡単です。したがって、これらの物質中の放射性同位体は、体内に導入された物質の分布と運命の指標または指標として機能します。それが彼らが「放射性トレーサー」と呼ばれる理由です。さまざまな放射性同位体で標識された多くの無機および有機化合物が、さまざまな実験研究 (参照) のために合成されています。

多くの放射性同位体 (ヨウ素 131、リン 32、リン 198 など) が放射線療法に使用されます (参照)。

人工放射性同位体 (コバルト 60、セシウム 137 など、ガンマ線放射体) は、以前は医療および技術目的の放射線源 (参照) として使用されていたラジウムに完全に取って代わりました。要素名に関する記事も参照してください。

古代の哲学者でさえ、物質は原子から構成されると示唆しました。しかし、科学者たちは、宇宙の「構成要素」自体が小さな粒子で構成されていることに気づき始めたのは、19 世紀から 20 世紀の変わり目になってからです。これを証明する実験は、かつて科学に真の革命をもたらしました。ある化学元素を別の化学元素から区別するのは、その構成部分の量的比率です。それぞれの場所はシリアル番号に従って割り当てられます。ただし、質量や特性の違いにもかかわらず、表内の同じセルを占めるさまざまな原子が存在します。なぜそうなるのか、そして化学における同位体とは何かについては、さらに詳しく説明します。

原子とその粒子

E. ラザフォードは、アルファ粒子の衝突を通じて物質の構造を研究し、原子の主空間が空隙で満たされていることを 1910 年に証明しました。そして中心にのみコアがあります。負の電子はその周りを軌道で移動し、この系の殻を構成します。このようにして、物質の「構成要素」の惑星モデルが作成されました。

同位体とは何ですか? 化学の授業で原子核も複雑な構造をしていることを思い出してください。正の陽子と電荷を持たない中性子で構成されています。前者の数は、化学元素の定性的特性を決定します。陽子の数によって物質が互いに区別され、原子核に特定の電荷が与えられます。そしてこれに基づいて、周期表のシリアル番号が割り当てられます。しかし、同じ化学元素の中の中性子の数によって、それらは同位体に区別されます。したがって、この概念の化学における定義は次のように与えられます。これらは原子核の組成が異なり、電荷と原子番号は同じですが、中性子の数の違いにより質量数が異なる原子の種類です。

指定

生徒は、9 年生で化学と同位体を学習しながら、一般に受け入れられている規則について学びます。文字 Z は原子核の電荷を示します。この数字は陽子の数と一致するため、陽子の指標となります。これらの元素と N でマークされた中性子の合計は A - 質量数です。 1 つの物質の同位体のファミリーは通常、その化学元素の記号によって指定され、周期表ではその中の陽子の数と一致するシリアル番号が割り当てられます。表示されたアイコンに付けられた左上付き文字は質量数に対応します。たとえば、238 U です。元素 (この場合はシリアル番号 92 が付けられたウラン) の電荷は、以下の同様の指数で示されます。

これらのデータがわかれば、特定の同位体の中の中性子の数を簡単に計算できます。これは、質量数からシリアル番号を引いたものに等しくなります: 238 - 92 = 146。中性子の数はこれより少ない可能性がありますが、この化学元素がウランでなくなるわけではありません。他の単純な物質では、陽子と中性子の数がほぼ同じであることがほとんどであることに注意してください。このような情報は、化学における同位体とは何かを理解するのに役立ちます。

核子

特定の元素に個性を与えるのは陽子の数であり、中性子の数は元素にまったく影響を与えません。しかし、原子量はこれら 2 つの特定の元素で構成されており、それらの合計を表す一般名「核子」が付いています。ただし、この指標は、原子の負に帯電した殻を形成するものには依存しません。なぜ？あとは比較するだけです。

原子内の陽子の質量の割合は大きく、約 1 a になります。 e.m. または 1.672 621 898(21) 10 -27 kg。中性子はこの粒子の性能 (1.674 927 471(21) · 10 -27 kg) に近いです。しかし、電子の質量は数千分の1であり、重要ではないと考えられ、考慮されません。そのため、化学における元素の上付き文字がわかれば、同位体原子核の組成を知るのは難しくありません。

水素の同位体

一部の元素の同位体は自然界でよく知られており、広く普及しているため、独自の名前が付けられています。この最も顕著かつ単純な例は水素です。天然では最も一般的な形であるプロチウムとして存在します。この元素の質量数は 1 で、原子核は 1 つの陽子で構成されています。

それでは、化学における水素同位体とは何でしょうか? 知られているように、この物質の原子は周期表の最初の番号を持ち、したがって自然の電荷数は 1 になりますが、原子核の中の中性子の数は異なります。重水素は重水素であり、陽子に加えて、その核内に別の粒子、つまり中性子を持っています。その結果、この物質はプロチウムとは異なり、独自の重量、融点、沸点を持つ独自の物理的特性を示します。

トリチウム

トリチウムはすべての中で最も複雑です。これが超重水素です。化学における同位体の定義によれば、その電荷数は 1 ですが、質量数は 3 です。原子核内に 1 つの陽子に加えて 2 つの中性子があるため、しばしばトリトンと呼ばれます。 3つの要素からなる。 1934 年にラザフォード、オリファント、ハーテックによって発見されたこの元素の名前は、その発見前から提案されていました。

これは放射性の性質を示す不安定な物質です。その核はベータ粒子と反電子ニュートリノに分裂する能力を持っています。この物質の崩壊エネルギーはそれほど高くなく、18.59 keV に達します。したがって、そのような放射線は人間にとってそれほど危険ではありません。普通の衣類と手術用手袋でそれを防ぐことができます。そして、食物から得られたこの放射性元素はすぐに体外に排出されます。

ウランの同位体

はるかに危険なのは、科学が現在知っているウランの種類は26種類です。したがって、化学における同位体について話すとき、この元素に触れないことは不可能です。ウランにはさまざまな種類がありますが、自然界に存在する同位体は 3 つだけです。これらには、234 U、235 U、238 U が含まれます。最初のものは、適切な特性を備えており、原子炉の燃料として積極的に使用されています。そして後者はプルトニウム 239 の生産に使用され、プルトニウム 239 自体が貴重な燃料としてかけがえのないものになります。

それぞれの放射性元素には独自の特徴があります。これは、物質が 1/2 の比率で分割される時間の長さです。つまり、この処理により、物質の残りの量が半分になる。この期間はウランにとって非常に大きな期間です。たとえば、同位体 234 の場合、それは 27 万年と推定されていますが、他の 2 つの指定された種類の場合、それははるかに重要です。ウラン 238 の半減期は記録的なもので、数十億年続きます。

核種

独自の厳密に定義された陽子と電子の数によって特徴付けられるすべての種類の原子が、少なくとも研究に十分な長期間存在できるほど安定しているわけではありません。比較的安定したものを核種と呼びます。この種の安定した地層は放射性崩壊を受けません。不安定なものは放射性核種と呼ばれ、さらに短寿命と長寿命に分けられます。同位体原子の構造についての 11 年生の化学の授業でご存知のように、オスミウムとプラチナには最も多くの放射性核種が含まれています。コバルトと金にはそれぞれ 1 つの安定核種があり、スズには最も多くの安定核種があります。

同位体の原子番号の計算

ここで、これまでに説明した情報を要約してみます。化学における同位体とは何かを理解したら、得た知識をどのように活用するかを考えてみましょう。これを具体的な例で見てみましょう。ある化学元素の質量数が 181 であることがわかっているとします。さらに、この物質の原子の殻には 73 個の電子が含まれています。周期表を使用して、特定の元素の名前と、原子核内の陽子と中性子の数を調べるにはどうすればよいでしょうか?

問題の解決を始めましょう。陽子の数に相当するシリアル番号を知ることで、物質の名前を知ることができます。原子内のプラスとマイナスの電荷の数は等しいので、それは 73 です。これはタンタルであることを意味します。また、核子の総数は 181 個であるため、この元素の陽子は 181 - 73 = 108 個と非常に単純です。

ガリウムの同位体

ガリウム元素の原子番号は 71 です。自然界では、この物質には 69 Ga と 71 Ga という 2 つの同位体があります。ガリウム種の割合を決定するにはどうすればよいですか?

化学における同位体に関する問題を解決するには、ほとんどの場合、周期表から得られる情報が必要になります。今回も同じようにする必要があります。示された情報源から平均原子量を決定してみましょう。これは 69.72 に相当します。 1 番目と 2 番目の同位体の量的比を x と y で指定すると、それらの合計が 1 に等しくなります。これは、これが方程式の形式で記述されることを意味します: x + y = 1。したがって、69x + 71y となります。 = 69.72。 y を x で表し、最初の式を 2 番目の式に代入すると、x = 0.64、y = 0.36 であることがわかります。これは、 69 Ga が自然界に 64% 存在し、71 Ga の割合が 34% であることを意味します。

同位体変換

同位体の放射性核分裂と他の元素への変換は、主に 3 つのタイプに分類されます。その最初のものはアルファ崩壊です。これは、ヘリウム原子の原子核を表す粒子の放出によって発生します。つまり、中性子と陽子のペアの組み合わせからなる地層です。後者の量は周期表における物質の原子の電荷数と数を決定するため、このプロセスの結果として、ある元素が別の元素に定性的に変換され、表内で元素が左にシフトします。 2つのセル。この場合、元素の質量数は 4 単位減少します。これは同位体原子の構造からわかります。

原子核がベータ粒子、つまり電子を失うと、その組成が変化します。中性子の 1 つが陽子に変わります。これは、実質的に重量を失うことなく、物質の定性的特性が再び変化し、要素が表内で 1 セル右に移動することを意味します。通常、このような変換は電磁ガンマ線に関連しています。

ラジウム同位体変換

同位体に関する上記の情報と 11 年生の化学の知識は、実際の問題を解決するのに役立ちます。たとえば、次のようなものです。崩壊中に 226 Ra は、質量数 206 の IV 族の化学元素に変わります。アルファ粒子とベータ粒子は何個失われるべきでしょうか?

周期表を使用して娘元素の質量と族の変化を考慮すると、分裂中に形成される同位体は電荷 82、質量数 206 の鉛であることが簡単に判断できます。この元素と元のラジウムの電荷数を考慮すると、その原子核は 5 つのアルファ粒子と 4 つのベータ粒子を失ったと仮定する必要があります。

放射性同位体の使用

放射性放射線が生物に与える害については誰もがよく知っています。しかし、放射性同位体の性質は人間にとって役立つ場合があります。これらは多くの業界で成功裏に使用されています。彼らの助けを借りて、エンジニアリングおよび建設構造物、地下パイプラインと石油パイプライン、貯蔵タンク、発電所の熱交換器の漏れを検出することが可能になります。

これらの特性は科学実験でも積極的に使用されています。たとえば、ツェツェバエは、人間、家畜、家畜に多くの重篤な病気を媒介します。これを防ぐために、これらの昆虫の雄は弱い放射線で不妊化されます。同位体は、これらの元素の原子を水や他の物質の標識に使用できるため、特定の化学反応のメカニズムを研究する場合にも不可欠です。

タグ付き同位体は生物学研究でもよく使用されます。たとえば、これはリンが土壌、栽培植物の成長、発育にどのような影響を与えるかを確立した方法です。同位体の特性は医学にもうまく利用されており、これにより癌性腫瘍やその他の重篤な疾患を治療したり、生物の年齢を測定したりすることが可能になりました。

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