ISOTOPEN(Griechisch, isos gleich, identisch + Topos-Platz) - Sorten eines chemischen Elements, die im Periodensystem der Mendelejew-Elemente denselben Platz einnehmen, dh dieselbe Kernladung haben, sich aber in den Atommassen unterscheiden. Geben Sie bei der Erwähnung von I. unbedingt an, welches Isotop welcher Chemikalie vorliegt. Element ist er. Der Begriff "Isotop" wird manchmal in einem weiteren Sinne verwendet - um die Atome verschiedener Elemente zu beschreiben. Um jedoch eines der Atome zu bezeichnen, unabhängig davon, ob es zu einem bestimmten Element gehört, ist es üblich, den Begriff "Nuklid" zu verwenden.

I. gehört zu einem bestimmten Element und die wichtigsten chem. Eigenschaften werden durch seine Seriennummer Z oder die Anzahl der im Kern enthaltenen Protonen (bzw. die gleiche Anzahl von Elektronen in der Hülle eines Atoms) und seine kernphysikalischen Eigenschaften bestimmt. Eigenschaften werden durch die Gesamtheit und das Verhältnis der Anzahl der darin enthaltenen Protonen und Neutronen bestimmt. Jeder Kern besteht aus Z Protonen und N Neutronen, und die Gesamtzahl dieser Teilchen oder Nukleonen ist die Massenzahl A = Z + N, die die Masse des Kerns bestimmt. Sie ist gleich dem Wert der Masse des gegebenen Nuklids, gerundet auf die nächste ganze Zahl. Jedes Nuklid wird somit durch die Werte von Z und N bestimmt, obwohl einige radioaktive Nuklide mit demselben Z und N in unterschiedlichen Kernenergiezuständen sein können und sich in ihrer Kernphysik unterscheiden. Eigenschaften; solche Nuklide werden Isomere genannt. Nuklide mit gleicher Protonenzahl nennt man Isotope.

und sind mit dem Symbol der entsprechenden Chemikalie gekennzeichnet. Element mit dem Index A oben links - Massennummer; manchmal ist unten links auch die Anzahl der Protonen (Z) angegeben. Zum Beispiel bedeutet radioaktiver I. Phosphor mit den Massenzahlen 32 und 33: 32 P und 33 P bzw. 32 P und 33 P. Bei der Bezeichnung I. ohne Angabe des Elementsymbols wird z. B. die Massenzahl nach der Elementbezeichnung angegeben. Phosphor-32, Phosphor-33.

I. verschiedene Elemente können die gleiche Massenzahl haben. Atome mit unterschiedlicher Zahl an Protonen Z und Neutronen N, aber gleicher Massenzahl A, nennt man Isobaren (z. B. 14 32 Si, 15 32 P, 16 32 S, 17 32 Cl-Isobaren).

Der Name "Isotop" wurde von den Engländern vorgeschlagen. Wissenschaftler Soddy (F. Soddy). Die Existenz von I. wurde erstmals 1906 beim Studium des radioaktiven Zerfalls schwerer natürlicher radioaktiver Elemente entdeckt; 1913 wurden sie auch in dem nicht-radioaktiven Element Neon gefunden und anschließend mittels Massenspektrometrie die Isotopenzusammensetzung aller Elemente des Periodensystems bestimmt. 1934 waren I. Joliot-Curie und F. Joliot-Curie die ersten, die künstlich radioaktive Strahlung von Stickstoff, Silizium und Phosphor erhielten und anschließend unter Verwendung verschiedener Kernreaktionen an Neutronen, geladenen Teilchen und hochenergetischen Photonen radioaktiv wurden Strahlung aller bekannten Elemente und synthetisierte radioaktive I. 13 superschwere - Transurane (mit Z≥ 93). Es gibt 280 bekannte stabile, durch Stabilität gekennzeichnete, und mehr als 1.500 radioaktive, d. h. instabile, I., die radioaktiven Umwandlungen mit der einen oder anderen Geschwindigkeit unterliegen. Die Existenzdauer von radioaktivem I. ist durch eine Halbwertszeit (siehe) gekennzeichnet - eine Zeitspanne T 1/2, in der sich die Anzahl radioaktiver Kerne halbiert.

In einer natürlichen Mischung I. chem. verschiedene I. Elemente sind in unterschiedlichen Mengen enthalten. Prozentualer Anteil in dieser Chemikalie. Element wird als ihre relative Häufigkeit bezeichnet. So enthält beispielsweise natürlicher Sauerstoff drei stabile Sauerstoffatome: 16O (99,759 %), 17O (0,037 %) und 18O (0,204 %). Viele chem. Elemente haben nur ein stabiles I. (9 Be, 19 F, 23 Na, 31 P, 89 Y, 127 I usw.), und einige (Tc, Pm, Lu und alle Elemente mit Z größer als 82) haben kein stabiles I irgendein stabiles I.

Die Isotopenzusammensetzung natürlicher Elemente auf unserem Planeten (und innerhalb des Sonnensystems) ist im Wesentlichen konstant, aber es gibt kleine Schwankungen in der Häufigkeit von Atomen leichter Elemente. Dies erklärt sich dadurch, dass die Unterschiede in ihren Massen relativ groß sind und sich daher die Isotopenzusammensetzung dieser Elemente unter dem Einfluss verschiedener natürlicher Prozesse infolge von Isotopeneffekten (d.h. Unterschieden in den Eigenschaften chemischer Substanzen, die diese Isotope enthalten). So wird insbesondere die Isotopenzusammensetzung einer Reihe biologisch wichtiger Elemente (H, C, N, O, S) mit dem Vorhandensein der Biosphäre und der Lebenstätigkeit pflanzlicher und tierischer Organismen in Verbindung gebracht.

Der Unterschied in der Zusammensetzung und Struktur von Atomkernen I. der gleichen Chemikalie. Element (eine andere Anzahl von Neutronen) bestimmt den Unterschied zwischen ihrer nuklearen und physikalischen. Eigenschaften, insbesondere die Tatsache, dass einige seiner I. stabil sein können, während andere radioaktiv sein können.

radioaktive Transformationen. Die folgenden Typen radioaktiver Umwandlungen sind bekannt.

Der Alpha-Zerfall ist eine spontane Kernumwandlung, begleitet von der Emission von Alpha-Teilchen, d. h. zwei Protonen und zwei Neutronen, die einen Heliumkern 2 4 He bilden. Dadurch verringert sich die Ladung Z des ursprünglichen Kerns um 2 und die Gesamtzahl der Nuklide oder Massenzahl um 4 Einheiten, zum Beispiel:

88 226 Ra -> 86 222 Ra + 2 4 He

In diesem Fall wird die kinetische Energie des emittierten Alpha-Teilchens durch die Massen der Anfangs- und Endkerne (unter Berücksichtigung der Masse des Alpha-Teilchens selbst) und deren Energiezustand bestimmt. Bildet sich der Endkern in einem angeregten Zustand, so nimmt die kinetische Energie des Alpha-Teilchens etwas ab, und zerfällt der angeregte Kern, so steigt die Energie des Alpha-Teilchens entsprechend an (in diesem Fall die sogenannte langreichweitige Alphateilchen entstehen). Das Energiespektrum von Alphateilchen ist diskret und liegt im Bereich von 4–9 MeV für etwa 200 I. schwere Elemente und 2–4,5 MeV für fast 20 alpharadioaktive I. Seltenerdelemente.

Beta-Zerfall ist eine spontane Umwandlung von Kernen, bei der sich die Ladung Z des ursprünglichen Kerns um eins ändert, während die Massenzahl A gleich bleibt. Beta-Zerfall ist die gegenseitige Umwandlung von Protonen (p) und Neutronen (n), aus denen der Kern besteht, begleitet von der Emission oder Absorption von Elektronen (e -) oder Positronen (e +) sowie Neutrinos (v) und Antineutrinos ( v-). Es gibt drei Arten von Beta-Zerfall:

1) elektronischer Beta-Zerfall n -> p + e - + v - , begleitet von einer Erhöhung der Ladung Z um 1 Einheit, beispielsweise mit der Umwandlung eines der Neutronen des Kerns in ein Proton.

2) Positronen-Beta-Zerfall p -> n + e + + v , begleitet von einer Abnahme der Ladung Z um 1 Einheit, beispielsweise mit der Umwandlung eines der Protonen des Kerns in ein Neutron.

3) elektronischer Einfang p + e - -> n + v bei gleichzeitiger Umwandlung eines der Protonen des Kerns in ein Neutron, wie beim Zerfall mit der Emission eines Positrons, ebenfalls begleitet von einer Ladungsabnahme durch 1 Einheit zum Beispiel.

In diesem Fall erfolgt der Einfang eines Elektrons von einer der Elektronenschalen des Atoms, meistens von der K-Schale, die dem Kern am nächsten ist (K-Einfang).

Der Beta-Minus-Zerfall ist typisch für neutronenreiche Kerne, in denen die Anzahl der Neutronen größer ist als in stabilen Kernen, und der Beta-Plus-Zerfall und dementsprechend der Elektroneneinfang für neutronenarme Kerne, in denen die Anzahl der Neutronen größer ist weniger als in stabilen Kernen, oder so genannt Beta-stabil, Kerne. Die Zerfallsenergie wird zwischen einem Beta-Teilchen und einem Neutrino verteilt, und daher ist das Beta-Spektrum nicht diskret wie das von Alpha-Teilchen, sondern kontinuierlich und enthält Beta-Teilchen mit Energien von nahe Null bis zu einem bestimmten Emax, das für jedes radioaktive Teilchen charakteristisch ist. Beta-radioaktive Strahlung findet sich in allen Elementen des Periodensystems.

Die spontane Spaltung ist der spontane Zerfall schwerer Kerne in zwei (manchmal 3-4) Fragmente, die die Kerne der mittleren Elemente des Periodensystems sind (das Phänomen wurde 1940 von den sowjetischen Wissenschaftlern G. N. Flerov und K. A. Petrzhak entdeckt).

Gammastrahlung - Photonenstrahlung mit einem diskreten Energiespektrum, tritt bei Kernumwandlungen, Änderungen des Energiezustands von Atomkernen oder bei der Teilchenvernichtung auf. Die Emission von Gammaquanten begleitet die radioaktive Umwandlung, wenn ein neuer Kern in einem angeregten Energiezustand gebildet wird. Die Lebensdauer solcher Kerne wird durch die Kernphysik bestimmt. Insbesondere die Eigenschaften der Mutter- und Tochterkerne nehmen mit abnehmender Energie von Gamma-Übergängen zu und können für Fälle eines metastabilen angeregten Zustands relativ große Werte erreichen. Die Energie der von verschiedenen P. emittierten Gammastrahlung reicht von einigen zehn keV bis zu mehreren MeV.

Nukleare Stabilität. Beim Beta-Zerfall finden gegenseitige Umwandlungen von Protonen und Neutronen statt, bis das energetisch günstigste Verhältnis von p und n erreicht ist, das dem stabilen Zustand des Kerns entspricht. Alle Nuklide werden in Bezug auf den Beta-Zerfall in beta-radioaktive und beta-stabile Kerne eingeteilt. Beta-stabil bezieht sich entweder auf stabile oder alpha-radioaktive Nuklide, für die ein Beta-Zerfall energetisch unmöglich ist. Alle beta-resistenten I. in chem. Elemente mit Ordnungszahlen Z bis 83 sind stabil (mit wenigen Ausnahmen), während schwere Elemente kein stabiles I. haben und alle ihre beta-stabilen I. alpha-radioaktiv sind.

Bei der radioaktiven Umwandlung wird Energie freigesetzt, die dem Verhältnis der Massen der Anfangs- und Endkerne, der Masse und der Energie der emittierten Strahlung entspricht. Die Möglichkeit des Auftretens eines p-Zerfalls ohne Änderung der Massenzahl A hängt vom Verhältnis der Massen der entsprechenden Isobaren ab. Isobaren mit größerer Masse werden infolge des Beta-Zerfalls zu Isobaren mit kleinerer Masse; je kleiner die Isobarenmasse, desto näher am P-stabilen Zustand. Der umgekehrte Vorgang kann aufgrund des Energieerhaltungssatzes nicht ablaufen. So verlaufen beispielsweise für die oben genannten Isobaren Umwandlungen in die folgenden Richtungen mit der Bildung eines stabilen Isotops von Schwefel-32:

Die Kerne der beta-zerfallsresistenten Nuklide enthalten mindestens ein Neutron für jedes Proton (Ausnahmen sind 1 1 H und 2 3 He), und mit zunehmender Ordnungszahl steigt das N/Z-Verhältnis und erreicht für Uran einen Wert von 1,6.

Mit zunehmender Zahl N wird der Kern dieses Elements instabil gegenüber dem elektronischen Beta-Minus-Zerfall (mit der Transformation n->p), daher sind neutronenangereicherte Kerne beta-aktiv. Dementsprechend sind Kerne mit Neutronenmangel instabil gegenüber Positronen-Beta+-Zerfall oder Elektroneneinfang (mit p->n-Transformation), während Alpha-Zerfall und spontane Spaltung auch in schweren Kernen beobachtet werden.

Trennung stabiler und Herstellung künstlich radioaktiver Isotope. Die Abtrennung von I. ist die Anreicherung der natürlichen Mischung von I. dieser Chemikalie. Element durch einzelne Bestandteile von I. und Isolierung von reinem I. aus dieser Mischung. Alle Trennverfahren basieren auf Isotopeneffekten, also auf physikalischen und chemischen Unterschieden. Eigenschaften verschiedener And. und der Chemikalie, die sie enthält. Verbindungen (Stärke chemischer Bindungen, Dichte, Viskosität, Wärmekapazität, Schmelztemperatur, Verdunstung, Diffusionsgeschwindigkeit usw.). Auf Unterscheidungen im Verhalten und den sie enthaltenden Verbindungen in fiz.-chem. Prozesse. Praktisch verwendet werden Elektrolyse, Zentrifugation, Gas- und Thermodiffusion, Diffusion in einem Dampfstrom, Rektifikation, Chemikalie. und Isotopenaustausch, elektromagnetische Trennung, Lasertrennung usw. Wenn ein einzelnes Verfahren eine geringe Wirkung ergibt, d. h. einen kleinen Trennfaktor I., wird es viele Male wiederholt, bis ein ausreichender Anreicherungsgrad erreicht ist. I. Die Trennung leichter Elemente ist aufgrund der großen relativen Unterschiede in den Massen ihrer Isotope am effektivsten. Beispielsweise wird in Elektrolyseanlagen im industriellen Maßstab „schweres Wasser“, also mit schwerem I. Wasserstoff - Deuterium angereichertes Wasser gewonnen, dessen Masse doppelt so groß ist; Auch die Extraktion von Deuterium durch Niedertemperaturdestillation ist hocheffizient. Die Trennung von I. Uran (zur Gewinnung von Kernbrennstoff - 235 U) wird in Gasdiffusionsanlagen durchgeführt. Auf elektromagnetischen Trennanlagen wird ein breites Spektrum an angereichertem stabilem I. gewonnen. In einigen Fällen wird die Trennung und Anreicherung eines Gemisches radioaktiver Strahlung verwendet, um beispielsweise radioaktive Strahlung von Eisen-55 mit hoher spezifischer Aktivität und Radionuklidreinheit zu erhalten.

Künstlich radioaktive Strahlungen entstehen durch Kernreaktionen – die Wechselwirkungen von Nukliden untereinander und mit Kernteilchen oder Photonen, die zur Bildung anderer Nuklide und Teilchen führen. Eine Kernreaktion wird herkömmlicherweise wie folgt bezeichnet: Zuerst wird das Symbol des anfänglichen Isotops angegeben und dann das Symbol des Isotops, das als Ergebnis dieser Kernreaktion gebildet wird. In Klammern dazwischen wird zuerst das einwirkende Teilchen oder Strahlungsquant und dann das emittierte Teilchen oder Strahlungsquant angegeben (siehe Tabelle, Spalte 2).

Die Wahrscheinlichkeit der Durchführung von Kernreaktionen wird quantitativ durch den sogenannten Wirkungsquerschnitt (oder Wirkungsquerschnitt) der Reaktion charakterisiert, der mit dem griechischen Buchstaben o bezeichnet und in Scheunen (10 -24 cm 2) ausgedrückt wird. Um künstlich radioaktive Nuklide zu erhalten, werden Kernreaktoren (siehe. Kernreaktoren) und Beschleuniger für geladene Teilchen (siehe) verwendet. Viele in Biologie und Medizin verwendete Radionuklide werden in einem Kernreaktor durch Kernreaktionen des Strahlungseinfangs gewonnen, d. h. Einfangen eines Neutrons durch den Kern unter Emission eines Gamma-Quants (n, Gamma), was zur Bildung eines Isotops der gleiches Element mit einer Massenzahl von Einheiten größer als das Original, zum Beispiel. 23 Na (n, γ) 24 Na, 31 P (n, γ) 32 P; entsprechend der Reaktion (n, γ) gefolgt von dem Zerfall des resultierenden Radionuklids und der Bildung einer "Tochter" zum Beispiel. 130 Te (n, γ) 131 Te -> 131 I; für Reaktionen unter Emission geladener Teilchen (n, p), (n, 2n), (n, α); B. 14 N (n, p) 14 C; B. durch Nebenreaktionen mit Tritonen (t, p) und (t, n). 7 Li (n, α) 3 H und dann 16 O (t, n) 18 F; beispielsweise nach der Spaltreaktion U (n, f). 90 Sr, 133 Xe usw. (siehe Kernreaktionen).

Einige Radionuklide können in einem Kernreaktor entweder gar nicht gewonnen werden oder ihre Herstellung ist für medizinische Zwecke unvernünftig. Gemäß der Reaktion (n, γ) ist es in den meisten Fällen unmöglich, Isotope ohne Träger zu erhalten; Einige Reaktionen haben einen zu kleinen Wirkungsquerschnitt a, und die bestrahlten Targets haben einen niedrigen relativen Gehalt des anfänglichen Isotops in der natürlichen Mischung, was zu niedrigen Reaktionsausbeuten und unzureichender spezifischer Aktivität der Präparate führt. Daher werden viele wichtige Radionuklide in der Klinik verwendet B. Radiodiagnostika, mit ausreichender spezifischer Aktivität unter Verwendung isotopenangereicherter Targets erhalten werden. Um beispielsweise Calcium-47 zu erhalten, wird ein mit Calcium-46 von 0,003 bis 10–20 % angereichertes Target bestrahlt, um Eisen-59 zu erhalten, wird ein Target mit von 0,31 bis 80 % angereichertem Eisen-58 bestrahlt, um Quecksilber zu erhalten. 197 - Target mit Quecksilber-196 angereichert von 0,15 auf 40 % usw.

Im Reaktor Arr. erhalten Radionuklide mit einem Überschuss an Neutronen, die mit Beta-Mirus_Strahlung zerfallen. Neutronenarme Radionuklide, die bei Kernreaktionen an geladenen Teilchen (p, d, alpha) und Photonen entstehen und unter Emission von Positronen oder durch Einfangen von Elektronen zerfallen, werden in den meisten Fällen an Zyklotronen, Linearbeschleunigern von Protonen und Elektronen ( im letzteren Fall wird Bremsstrahlung verwendet) bei Energien beschleunigter Teilchen in der Größenordnung von zehn und hundert MeV. Also hol dir Honig. Radionuklide durch Reaktionen: 51 V (ð, n) 51 Cr, 67 Zn (ð, n) 67 Ga, 109 Ag (α, 2n) 111 In, 44 Ca (γ, p) 43 K, 68 Zn (γ, p ) 67 Cu usw. Ein wichtiger Vorteil dieser Methode zur Gewinnung von Radionukliden besteht darin, dass sie in der Regel eine andere Chemikalie aufweisen. Natur als das Material des bestrahlten Targets ohne Träger von diesem isoliert werden kann. Auf diese Weise können Sie die erforderlichen Radiofarmen empfangen. Medikamente mit hoher spezifischer Aktivität und Radionuklidreinheit.

Um viele kurzlebige Radionuklide direkt in klinischen Einrichtungen, den sog. Isotopengeneratoren, die ein langlebiges Mutter-Radionuklid enthalten, bei dessen Zerfall beispielsweise das gewünschte kurzlebige Tochter-Radionuklid entsteht. 99m Tc, 87m Sr, 113m In, 132 I. Letzteres kann während der Lebensdauer des Mutternuklids wiederholt aus dem Generator extrahiert werden (siehe Generatoren für radioaktive Isotope).

Anwendung von Isotopen in Biologie und Medizin. Radioaktive und stabile Strahlungen sind in der wissenschaftlichen Forschung weit verbreitet. Als Markierung werden sie zur Herstellung von Isotopenindikatoren verwendet (siehe Markierte Verbindungen) - Substanzen und Verbindungen, die eine von der natürlichen abweichende Isotopenzusammensetzung aufweisen. Die Methode der Isotopenindikatoren wird verwendet, um die Verteilung, Wege und Art der Bewegung markierter Substanzen in verschiedenen Medien und Systemen zu untersuchen, ihre quantitative Analyse durchzuführen und die Struktur von Chemikalien zu untersuchen. Verbindungen und biologisch aktive Substanzen, die Mechanismen verschiedener dynamischer Prozesse, einschließlich ihres Metabolismus im Körper von Pflanzen, Tieren und Menschen (siehe Radioisotopenstudie). Mit Hilfe der Methode der Isotopenindikatoren führen Sie Forschungen in der Biochemie durch (Studium des Metabolismus, der Struktur und des Mechanismus der Biosynthese von Proteinen, nukleinischem to - t, Fetten und Kohlenhydraten im lebenden Organismus, biochemischen Fließgeschwindigkeiten, Reaktionen usw. ); in der Physiologie (Migration von Ionen und verschiedenen Substanzen, Absorptionsprozesse aus dem Magen-Darm-Trakt von Fetten und Kohlenhydraten, Ausscheidung, Kreislauf, Verhalten und Rolle von Mikroelementen usw.); in Pharmakologie und Toxikologie (Untersuchung des Verhaltens von Arzneimitteln und toxischen Substanzen, ihrer Aufnahme, Art und Geschwindigkeit der Akkumulation, Verteilung, Ausscheidung, Wirkungsmechanismus usw.); in Mikrobiologie, Immunologie, Virologie (das Studium der Biochemie von Mikroorganismen, der Mechanismen enzymatischer und immunochemischer Reaktionen, der Wechselwirkung von Viren und Zellen, der Wirkungsmechanismen von Antibiotika usw.); in Hygiene und Ökologie (Studium der Kontamination mit Schadstoffen und Dekontamination von Industrie und Umwelt, der ökologischen Kette verschiedener Substanzen, ihrer Migration usw.). Und. gelten auch in anderen medizinisch-biol. Forschung (zur Untersuchung der Pathogenese verschiedener Krankheiten, Untersuchung früher Stoffwechselveränderungen usw.).

Im Honig. In der Praxis werden Radionuklide zur Diagnose und Behandlung verschiedener Krankheiten sowie zur Strahlensterilisation von Honig eingesetzt. Materialien, Produkte und Medikamente. Kliniken wenden mehr als 130 strahlendiagnostische und 20 strahlentherapeutische Techniken mit offenen Radiopharmaka an. Präparate (RFP) und umschlossene Isotopenstrahlenquellen. Dazu St. 60 Radionuklide, ca. 30 davon sind am weitesten verbreitet (Tabelle). Radiodiagnostische Präparate ermöglichen es, Informationen über die Funktionen und den anatomischen Zustand von Organen und Systemen des menschlichen Körpers zu erhalten. Im Mittelpunkt der Radioisotopendiagnostik (siehe) steht die Möglichkeit, das biologische Verhalten der durch Radionuklide markierten Chemikalie zu verfolgen. Substanzen und Verbindungen in einem lebenden Organismus, ohne seine Integrität zu verletzen und Funktionen zu verändern. Die Einführung des gewünschten Radioisotops des entsprechenden Elements in die Struktur der Chemikalie. Verbindungen, praktisch ohne seine Eigenschaften zu verändern, ermöglicht es, sein Verhalten in einem lebenden Organismus durch externen Nachweis von Strahlung zu überwachen, was einer der sehr wichtigen Vorteile der Methode der Radioisotopendiagnostik ist.

Dynamische Indikatoren des Verhaltens der markierten Verbindung ermöglichen die Bewertung der Funktion, des Zustands des untersuchten Organs oder Systems. Also, je nach Verdünnungsgrad des Radiopharmakons mit 24 Na, 42 K, 51 Cr, 52 Fe, 131 I usw. in flüssigen Medien, das Volumen des zirkulierenden Blutes, der Erythrozyten, der Austausch von Albumin, Eisen, Wasseraustausch von Elektrolyten usw. bestimmt werden und die Ausscheidung von Radiopharmaka in Organen, Körpersystemen oder in der Läsion, ist es möglich, den Zustand der zentralen und peripheren Hämodynamik zu beurteilen, die Funktion von Leber, Nieren, Lunge zu bestimmen, den Jodstoffwechsel zu untersuchen, usw. Radiopharmazeutika mit Radioisotopen von Jod und Technetium ermöglichen die Untersuchung aller Funktionen der Schilddrüse. Mit Hilfe von 99m Tc, 113m In, 123 I, 131 I, 133 Xe können Sie eine umfassende Untersuchung der Lunge durchführen - um die Verteilung des Blutflusses, den Belüftungszustand der Lunge und der Bronchien zu untersuchen. Radiopharmaka mit 43 K, 86 Rb, 99m Tc, 67 Ga, 131 I, 113m In, 197 Hg etc. ermöglichen die Bestimmung des Blutflusses und der Blutversorgung von Gehirn, Herz, Leber, Nieren und anderen Organen. Radioaktive kolloidale Lösungen und einige jodorganische Präparate ermöglichen die Beurteilung des Zustands von Polygonzellen und Hepatozyten (Kupffer-Zellen) und der antitoxischen Funktion der Leber. Mit Hilfe des Radioisotopenscannings werden eine anatomische und topografische Untersuchung und die Bestimmung des Vorhandenseins, der Größe, Form und Position von volumetrischen Läsionen der Leber, der Nieren, des Knochenmarks, der Schilddrüse, der Nebenschilddrüse und der Speicheldrüsen, der Lunge und der Lymphknoten durchgeführt ; Radionuklide 18 F, 67 Ga, 85 Sr, 87 M Sr, 99 M Tc ermöglichen die Untersuchung von Erkrankungen des Skeletts etc.

In der UdSSR wurden Strahlenschutznormen für Patienten entwickelt und in Kraft gesetzt, die radioaktive Substanzen zu diagnostischen Zwecken verwenden, die diese Verfahren in Bezug auf zulässige Expositionsniveaus streng regulieren. Aus diesem Grund sowie der rationellen Auswahl von Methoden und Geräten für verschiedene Arten von Untersuchungen und der Verwendung von möglichst kurzlebigen Radionukliden mit günstigen Strahlungseigenschaften in Bezug auf die Effizienz ihrer Registrierung bei minimaler Strahlenbelastung in Radiopharmaka , die Strahlenbelastung des Körpers des Patienten während der Radioisotopendiagnostik ist viel geringer als die Dosen, die bei rentgenol, Inspektionen erhalten werden, und überschreitet in den meisten Fällen Hundertstel und Zehntel einer Freude nicht.

In den 70er Jahren. 20. Jahrhundert Radioisotopenpräparate werden zunehmend für In-vitro-Studien verwendet, hauptsächlich für Immunchem. Analyse. Radioimmunchem. Methoden basieren auf hochspezifischen Immunchemikalien. Reaktionen Antigen - ein Antikörper, als Ergebnis wird ein stabiler Komplex aus einem Antikörper geschnitten und ein Antigen gebildet. Nach Abtrennung des entstandenen Komplexes von nicht umgesetzten Antikörpern oder Antigenen erfolgt eine quantitative Bestimmung durch Messung ihrer Radioaktivität. Die Verwendung von mit Radioisotopen markierten Antigenen oder Antikörpern, z. 125 I, erhöht die Empfindlichkeit von immunochem. Tests zehn- und hundertfach. Mit diesen Tests ist es möglich, den Gehalt an Hormonen, Antikörpern, Antigenen, Enzymen, Enzymen, Vitaminen und anderen biologisch aktiven Substanzen im Körper in Konzentrationen bis zu 0,1 mg/ml zu bestimmen. Dabei kann man nicht nur verschiedene Patolen, Zustände, sondern auch die sehr kleinen Veränderungen, die die Anfangsstadien der Erkrankung widerspiegeln, bestimmen. Beispielsweise werden diese Techniken erfolgreich zur frühen In-vitro-Diagnose von Diabetes mellitus, infektiöser Hepatitis, Kohlenhydratstoffwechselstörungen, einigen allergischen und einer Reihe anderer Krankheiten eingesetzt. Solche Radioisotopentests sind nicht nur empfindlicher, einfacher, sondern ermöglichen auch Massenforschung und sind absolut sicher für Patienten (siehe Radioisotopendiagnostik).

Mit hinlegen. der Zweck von Radiopharmaka und Radionuklid-Strahlenquellen werden von Ch angewendet. Arr. in der Onkologie, sowie bei der Behandlung von entzündlichen Erkrankungen, Ekzemen etc. (siehe Strahlentherapie). Für diese Zwecke werden sowohl offene Radiopharmaka, die in den Körper, in Gewebe, seröse Hohlräume, Gelenkhöhlen, intravenös, intraarteriell und in das Lymphsystem injiziert werden, als auch geschlossene Strahlenquellen für die externe, intrakavitäre und interstitielle Therapie verwendet. Mit Hilfe der entsprechenden Radiopharmaka kann Ch. Arr. Kolloide und Suspensionen, die 32 P, 90 Y, 131 I, 198 Au und andere Radionuklide enthalten, behandeln Erkrankungen des hämatopoetischen Systems und verschiedene Tumore, die lokal auf Patolen wirken, konzentrieren. Bei Kontaktbestrahlung (Dermatol und ophthalmische Beta-Applikatoren) werden 32 P, 90 Sr, 90 Y, 147 Pm, 204 Tl in Fern-Gamma-Therapiegeräten verwendet - Quellen von 60 Co oder 137 Cs mit hoher Aktivität (Hunderte und Tausende von Kurien). Für die interstitielle und intrakavitäre Bestrahlung werden Nadeln, Granulat, Draht und andere spezielle Arten von umschlossenen Quellen mit 60 Co, 137 Cs, 182 Ta, 192 Ir, 198 Au verwendet (siehe Radioaktive Medikamente).

Radioaktive Nuklide werden auch zum Sterilisieren von Materialien und medizinischen Produkten verwendet. Rezepte und Medikamente. Die praktische Anwendung der Strahlungssterilisation ist seit den 50er Jahren möglich geworden, als starke Quellen ionisierender Strahlung auftauchten.Im Vergleich zu herkömmlichen Sterilisationsmethoden (siehe) hat die Strahlungsmethode eine Reihe von Vorteilen. Da es bei der üblichen sterilisierenden Strahlungsdosis (2-3 Mrad) zu keiner signifikanten Erhöhung der Temperatur des bestrahlten Objekts kommt, wird die Strahlungssterilisation von thermolabilen Objekten, einschließlich biologischer Stoffe, Präparate und Produkte aus einigen Arten von Kunststoffen, möglich. Die Strahlungseinwirkung auf die bestrahlte Probe erfolgt gleichzeitig in ihrem gesamten Volumen und die Sterilisation erfolgt mit hoher Zuverlässigkeit. Gleichzeitig werden Farbindikatoren der empfangenen Dosis zur Kontrolle verwendet, die auf der Oberfläche der Verpackung des sterilisierten Objekts angebracht sind. Schatz. Produkte und Mittel werden am Ende der Technologie sterilisiert. Zyklus bereits in fertiger Form und in hermetischer Verpackung, auch aus Polymermaterialien, wodurch die Notwendigkeit entfällt, streng aseptische Produktionsbedingungen zu schaffen, und die Sterilität nach der Freigabe der Produkte durch das Unternehmen garantiert wird. Strahlensterilisation ist besonders effektiv für Honig. Einwegprodukte (Spritzen, Nadeln, Katheter, Handschuhe, Nahtmaterial und Verbände, Blutentnahme- und Transfusionssysteme, biologische Produkte, chirurgische Instrumente usw.), nicht injizierbare Arzneimittel, Tabletten und Salben. Bei der Strahlensterilisation medizinischer Lösungen sollte die Möglichkeit ihrer Strahlenzersetzung berücksichtigt werden, was zu einer Änderung der Zusammensetzung und der Eigenschaften führt (siehe Sterilisation, Kälte).

Toxikologie radioaktiver Isotope - ein Zweig der Toxikologie, der die Wirkung von inkorporierten radioaktiven Stoffen auf lebende Organismen untersucht. Seine Hauptaufgaben sind: die Feststellung der zulässigen Standes des Inhalts und der Aufnahme der Radionuklide in den menschlichen Körper mit der Luft, dem Wasser und den Lebensmitteln, sowie die Stufe der Sicherheit RV eingeleitet in den Organismus beim Keil, die radiodiagnostischen Forschungen; Klärung der Besonderheiten der Schädigung durch Radionuklide in Abhängigkeit von Art ihrer Verteilung, Energie und Art der Strahlung, Halbwertszeit, Dosis, Aufnahmewege und -rhythmus und Suche nach wirksamen Mitteln zur Schadensvermeidung.

Der Einfluss von Radionukliden auf den menschlichen Körper, die in Industrie, Wissenschaft und Honig weit verbreitet sind, wird am gründlichsten untersucht. Forschung sowie aus der Spaltung von Kernbrennstoffen.

Die Toxikologie radioaktiver Isotope ist organisch mit der Strahlenbiologie (siehe), der Strahlenhygiene (siehe) und der medizinischen Radiologie (siehe) verbunden.

Radioaktive Substanzen können in einen menschlichen Körper durch Atmungswege geraten, gingen. - kish. Trakt, Haut, Wundoberflächen und mit Injektionen - durch Blutgefäße, Muskelgewebe, Gelenkoberflächen. Die Art der Verteilung von Radionukliden im Körper hängt von der Hauptchemikalie ab. Eigenschaften des Elements, die Form der verabreichten Verbindung, der Eintrittsweg und Fiziol, der Zustand des Körpers.

Es wurden ganz erhebliche Unterschiede in der Verteilung und den Ausscheidungswegen einzelner Radionuklide festgestellt. Lösliche Verbindungen Ca, Sr, Ba, Ra, Y, Zr reichern sich selektiv im Knochengewebe an; La, Ce, Pr, Pu, Am, Cm, Cf, Np - im Leber- und Knochengewebe; K, Cs, Rb - im Muskelgewebe; Nb, Ru, Te, Po sind relativ gleichmäßig verteilt, obwohl sie dazu neigen, sich im retikuloendothelialen Gewebe der Milz, des Knochenmarks, der Nebennieren und der Lymphknoten anzureichern; I und At - in der Schilddrüse.

Die Verteilung im Körper von Elementen, die zu einer bestimmten Gruppe des Periodensystems von Mendeleev gehören, hat viel gemeinsam. Elemente der ersten Hauptgruppe (Li, Na, K, Rb, Cs) werden vollständig aus dem Darm resorbiert, relativ gleichmäßig in den Organen verteilt und hauptsächlich mit dem Urin ausgeschieden. Elemente der zweiten Hauptgruppe (Ca, Sr, Ba, Ra) werden gut aus dem Darm resorbiert, selektiv im Skelett abgelagert und in größeren Mengen mit dem Kot ausgeschieden. Elemente der dritten Haupt- und vierten Nebengruppe, darunter leichte Lanthanide, Actinide und Transurane, werden aus dem Darm praktisch nicht resorbiert, sie werden in der Regel selektiv in der Leber und in geringerem Maße im Skelett abgelagert und werden hauptsächlich mit Kot ausgeschieden. Elemente der fünften und sechsten Hauptgruppe des Periodensystems, mit Ausnahme von Po, werden relativ gut aus dem Darm aufgenommen und am ersten Tag fast ausschließlich mit dem Urin ausgeschieden, wodurch sie in relativ geringen Mengen in Organen gefunden werden .

Die Ablagerung von Radionukliden im Lungengewebe während der Inhalation hängt von der Größe der eingeatmeten Partikel und ihrer Löslichkeit ab. Je größer die Aerosole sind, desto größer wird ihr Anteil im Nasopharynx zurückgehalten und desto kleiner dringt in die Lunge ein. Leichte, schwerlösliche Verbindungen verlassen langsam. Eine hohe Konzentration solcher Radionuklide findet sich oft in den Lymphknoten, den Wurzelknoten der Lunge. Sehr schnell resorbiert in der Lunge Tritiumoxid, lösliche Verbindungen von Alkali- und Erdalkalielementen. Pu, Am, Ce, Cm und andere Schwermetalle werden langsam in die Lunge aufgenommen.

Strahlenschutznormen (RSR) regeln die Aufnahme und den Gehalt von Radionukliden im Körper von Personen, deren Arbeit mit Berufsrisiken verbunden ist, und Einzelpersonen aus der Bevölkerung sowie der Bevölkerung insgesamt, die zulässigen Konzentrationen von Radionukliden in der atmosphärischen Luft und Wasser, Nahrungsmittel. Diese Normen basieren auf den Werten der maximal zulässigen Expositionsdosen (MPD), die für vier Gruppen kritischer Organe und Gewebe festgelegt wurden (siehe Kritisches Organ, maximal zulässige Dosen).

Für Personen, die unter Arbeitsbedingungen arbeiten, beträgt der akzeptierte Wert der SDA für die Bestrahlung des ganzen Körpers, der Keimdrüsen und des roten Knochenmarks 5 rem / Jahr, Muskel- und Fettgewebe, Leber, Nieren, Milz, zhel.-kish. Trakt, Lunge, Augenlinse - 15 Rem / Jahr, Knochengewebe, Schilddrüse und Haut - 30 Rem / Jahr, Hände, Unterarme, Knöchel und Füße - 75 Rem / Jahr.

Die Normen für Einzelpersonen aus der Bevölkerung werden zehnmal niedriger empfohlen als für Personen, die unter Bedingungen berufsbedingter Gefahren arbeiten. Die Bestrahlung der gesamten Bevölkerung wird durch eine genetisch signifikante Dosis reguliert, die 5 Rem in 30 Jahren nicht überschreiten sollte. Diese Dosis beinhaltet keine möglichen Strahlendosen durch Honig. Verfahren und natürliche Hintergrundstrahlung.

Der Wert der jährlich maximal zulässigen Aufnahme löslicher und unlöslicher Verbindungen (µCi/Jahr) durch die Atmungsorgane für das Personal, die Grenze der jährlichen Aufnahme von Radionukliden durch die Atmungs- und Verdauungsorgane für Einzelpersonen aus der Bevölkerung, die durchschnittliche jährlich zulässige Konzentration (MAC) von Radionukliden in der atmosphärischen Luft und im Wasser (Curie/k) für Einzelpersonen aus der Bevölkerung sowie der Gehalt an Radionukliden in einem kritischen Organ, der der maximal zulässigen Aufnahmemenge (mCi) für Personal entspricht, sind in der angegeben Vorschriften.

Bei der Berechnung der zulässigen Aufnahmemengen von Radionukliden in den Körper wird auch die oft auftretende ungleichmäßige Verteilung von Radionukliden in einzelnen Organen und Geweben berücksichtigt. Die ungleichmäßige Verteilung von Radionukliden, die zur Bildung hoher Ortsdosen führt, liegt der hohen Toxizität von Alphastrahlern zugrunde, die wesentlich durch das Fehlen von Erholungsprozessen und die fast vollständige Aufsummierung der durch diese Art von Strahlung verursachten Schäden ermöglicht wird.

Bezeichnungen: β- - Betastrahlung; β+ - Positronenstrahlung; n - Neutron; p - Proton; d - Deuteron; t - Triton; α - Alphateilchen; EZ - Zerfall durch Elektroneneinfang; γ - Gammastrahlung (in der Regel sind nur die Hauptlinien des γ-Spektrums angegeben); I. P. - isomerer Übergang; U (n, f) - Uranspaltungsreaktion. Das angegebene Isotop wird aus einem Gemisch von Spaltprodukten isoliert; 90 Sr-> 90 Y - Gewinnung eines Tochterisotops (90 Y) als Ergebnis des Zerfalls des Ausgangsisotops (90 Sr), einschließlich der Verwendung eines Isotopengenerators.

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V. V. Bochkarev; Yu I. Moskalev (toks.), Compiler der Tabelle. V. V. Bochkarev.

Wiederholen Sie die Hauptbestimmungen des Themas „Grundlagen der Chemie“ und lösen Sie die vorgeschlagenen Aufgaben. Verwenden Sie ##6-17.

Grundlegende Bestimmungen

1. Substanz(einfach und komplex) ist jede Kombination von Atomen und Molekülen, die sich in einem bestimmten Aggregatzustand befindet.

Die Umwandlung von Stoffen, begleitet von einer Änderung ihrer Zusammensetzung und (oder) Struktur, wird als bezeichnet chemische Reaktionen .

2. Strukturelle Einheiten Substanzen:

· Atom- das kleinste elektrisch neutrale Teilchen eines chemischen Elements und ein einfacher Stoff, der alle seine chemischen Eigenschaften besitzt und darüber hinaus physikalisch und chemisch unteilbar ist.

· Molekül- das kleinste elektrisch neutrale Teilchen eines Stoffes, der alle seine chemischen Eigenschaften hat, physikalisch unteilbar, aber chemisch teilbar.

3. Chemisches Element Eine Atomart mit einer bestimmten Kernladung.

4. Verbindung Atom :

Partikel	Wie bestimmen?	Aufladen		Gewicht
		Kl	herkömmliche Einheiten		um
Elektron	Ordinal Nummer (N)	1.6 ∙ 10 -19		9.10 ∙ 10 -28	0.00055
Proton	Ordinal Nummer (N)	1.6 ∙ 10 -19		1.67 ∙ 10 -24	1.00728
Neutron	Ar-N			1.67 ∙ 10 -24	1.00866

5. Verbindung Atomkern :

Der Atomkern besteht aus Elementarteilchen ( Nukleonen) –

Protonen(1 1 p) und Neutronen(10n).

· Da Fast die gesamte Masse eines Atoms ist im Kern konzentriert m p ≈ m n≈ 1 amu, dann gerundeter WertEin reines chemischen Elements ist gleich der Gesamtzahl der Nukleonen im Atomkern.

7. Isotope- eine Vielzahl von Atomen desselben chemischen Elements, die sich nur in ihrer Masse voneinander unterscheiden.

Bezeichnung der Isotope: Links neben dem Symbol des Elements geben Sie die Massennummer (oben) und die Seriennummer des Elements (unten) an.

Warum haben Isotope unterschiedliche Massen?

Aufgabe: Bestimme die atomare Zusammensetzung von Chlorisotopen: 35 17Klund 37 17Kl?

Isotope haben aufgrund der unterschiedlichen Anzahl von Neutronen in ihren Kernen unterschiedliche Massen.

8. In der Natur kommen chemische Elemente als Isotopengemische vor.

Die Isotopenzusammensetzung desselben chemischen Elements wird in Form von ausgedrückt Atombruchteile(ω bei.), die angeben, welcher Anteil die Anzahl der Atome eines gegebenen Isotops von der Gesamtzahl der Atome aller Isotope eines gegebenen Elements ist, angenommen als eins oder 100 %.

Zum Beispiel:

ω bei (35 17 Cl) = 0,754

ω bei (37 17 Cl) = 0,246

9. Das Periodensystem zeigt die Durchschnittswerte der relativen Atommassen chemischer Elemente unter Berücksichtigung ihrer Isotopenzusammensetzung. Daher sind die in der Tabelle angegebenen A r gebrochen.

Ein rHeiraten= ω um 1) ∙ Ar (1) + … + ω bei.(n ) ∙ Ar ( n )

Zum Beispiel:

Ein rHeiraten(Cl) \u003d 0,754 ∙ 35 + 0,246 ∙ 37 \u003d 35,453

10. Aufgabe zu lösen:

Nr. 1. Bestimmen Sie die relative Atommasse von Bor, wenn bekannt ist, dass der molare Anteil des 10-V-Isotops 19,6 % und des 11-V-Isotops 80,4 % beträgt.

11. Die Massen von Atomen und Molekülen sind sehr klein. Gegenwärtig wurde in Physik und Chemie ein einheitliches Messsystem eingeführt.

1 Amu =m(a.m.u.) = 1/12 m(12C) = 1.66057 ∙ 10 -27 kg \u003d 1,66057 ∙ 10 -24 g.

Absolute Massen einiger Atome:

m( C) \u003d 1,99268 ∙ 10 -23 g

m( H) \u003d 1,67375 ∙ 10 -24 g

m( Ö) \u003d 2,656812 ∙ 10 -23 g

Ein r- zeigt, wie oft ein bestimmtes Atom schwerer ist als 1/12 eines 12 C-Atoms. Herr∙ 1,66 ∙ 10 -27 kg

13. Die Anzahl der Atome und Moleküle in gewöhnlichen Stoffproben ist sehr groß, daher wird zur Charakterisierung der Stoffmenge eine Maßeinheit verwendet -Maulwurf .

· Maulwurf (ν)- eine Einheit der Stoffmenge, die so viele Teilchen (Moleküle, Atome, Ionen, Elektronen) enthält, wie Atome in 12 g eines Isotops vorhanden sind 12 C

Masse von 1 Atom 12 C ist 12 amu, also die Anzahl der Atome in 12 g des Isotops 12 C gleich:

N / A= 12 g / 12 ∙ 1,66057 ∙ 10 -24 g = 6,0221 ∙ 10 23

· Physikalische Größe N / A genannt konstant Avogadro (Avogadro-Zahl) und hat die Dimension [ N A ] = mol -1 .

14. Grundformeln:

M = Herr = ρ ∙ Vm(ρ – Dichte; V m – Volumen bei n.c.)

Aufgaben zur selbstständigen Lösung

Nr. 1. Berechnen Sie die Anzahl der Stickstoffatome in 100 g Ammoniumcarbonat, das 10 % Nicht-Stickstoff-Verunreinigungen enthält.

Nr. 2. 12 Liter eines Gasgemisches aus Ammoniak und Kohlendioxid haben unter Normalbedingungen eine Masse von 18 g. Wie viel Liter von jedem der Gase enthält das Gemisch?

Nummer 3. Unter Einwirkung eines Überschusses an Salzsäure auf 8,24 g einer Mischung aus Manganoxid (IV) mit einem unbekannten Oxid MO 2 , das nicht mit Salzsäure reagiert, 1,344 l Gas bei n.o. In einem anderen Experiment wurde festgestellt, dass das Molverhältnis von Manganoxid (IV) zum unbekannten Oxid ist 3:1. Stellen Sie die Formel für das unbekannte Oxid auf und berechnen Sie seinen Massenanteil in der Mischung.

Es wurde festgestellt, dass jedes in der Natur vorkommende chemische Element eine Mischung aus Isotopen ist (daher haben sie gebrochene Atommassen). Um zu verstehen, wie sich Isotope voneinander unterscheiden, ist es notwendig, die Struktur des Atoms im Detail zu betrachten. Ein Atom bildet einen Atomkern und eine Elektronenwolke. Die Masse eines Atoms wird von den Elektronen beeinflusst, die sich mit atemberaubender Geschwindigkeit in Umlaufbahnen in der Elektronenwolke bewegen, den Neutronen und Protonen, aus denen der Kern besteht.

Was sind Isotope

Isotope Eine Atomart eines chemischen Elements. In jedem Atom gibt es immer gleich viele Elektronen und Protonen. Da sie entgegengesetzte Ladungen haben (Elektronen sind negativ und Protonen sind positiv), ist das Atom immer neutral (dieses Elementarteilchen trägt keine Ladung, es ist gleich Null). Wenn ein Elektron verloren geht oder eingefangen wird, verliert das Atom seine Neutralität und wird entweder ein negatives oder ein positives Ion.
Neutronen haben keine Ladung, aber ihre Anzahl im Atomkern desselben Elements kann unterschiedlich sein. Dies hat keinen Einfluss auf die Neutralität des Atoms, aber es beeinflusst seine Masse und seine Eigenschaften. Beispielsweise hat jedes Isotop eines Wasserstoffatoms jeweils ein Elektron und ein Proton. Und die Anzahl der Neutronen ist unterschiedlich. Protium hat nur 1 Neutron, Deuterium hat 2 Neutronen und Tritium hat 3 Neutronen. Diese drei Isotope unterscheiden sich in ihren Eigenschaften deutlich voneinander.

Vergleich von Isotopen

Wie unterscheiden sich Isotope? Sie haben eine unterschiedliche Anzahl von Neutronen, unterschiedliche Massen und unterschiedliche Eigenschaften. Isotope haben eine identische Struktur von Elektronenhüllen. Das bedeutet, dass sie in ihren chemischen Eigenschaften ziemlich ähnlich sind. Daher wird ihnen im Periodensystem ein Platz zugewiesen.
Stabile und radioaktive (instabile) Isotope wurden in der Natur gefunden. Die Kerne von Atomen radioaktiver Isotope können sich spontan in andere Kerne umwandeln. Beim radioaktiven Zerfall setzen sie verschiedene Teilchen frei.
Die meisten Elemente haben über zwei Dutzend radioaktive Isotope. Darüber hinaus werden für absolut alle Elemente radioaktive Isotope künstlich synthetisiert. In einem natürlichen Isotopengemisch schwankt ihr Gehalt leicht.
Die Existenz von Isotopen machte es möglich zu verstehen, warum Elemente mit einer niedrigeren Atommasse in einigen Fällen eine höhere Seriennummer haben als Elemente mit einer größeren Atommasse. Beispielsweise enthält Argon in einem Argon-Kalium-Paar schwere Isotope und Kalium enthält leichte Isotope. Daher ist die Masse von Argon größer als die von Kalium.

ImGist stellte fest, dass der Unterschied zwischen Isotopen wie folgt ist:

Sie haben eine unterschiedliche Anzahl von Neutronen.
Isotope haben unterschiedliche Atommassen.
Der Wert der Masse von Atomen von Ionen beeinflusst ihre Gesamtenergie und Eigenschaften.

Bei der Untersuchung der Eigenschaften radioaktiver Elemente wurde festgestellt, dass Atome mit unterschiedlichen Kernmassen in demselben chemischen Element zu finden sind. Gleichzeitig haben sie die gleiche Kernladung, das heißt, es handelt sich nicht um Verunreinigungen von Fremdstoffen, sondern um denselben Stoff.

Was sind Isotope und warum existieren sie?

In Mendelejews Periodensystem besetzen sowohl ein bestimmtes Element als auch Atome einer Substanz mit unterschiedlicher Kernmasse eine Zelle. Auf der Grundlage des oben Gesagten erhielten solche Sorten derselben Substanz den Namen "Isotope" (aus dem Griechischen isos - derselbe und topos - Ort). So, Isotope- Dies sind Sorten eines bestimmten chemischen Elements, die sich in der Masse der Atomkerne unterscheiden.

Entsprechend dem akzeptierten Neutron Roton-Modell des Kerns Die Existenz von Isotopen konnte folgendermaßen erklärt werden: Die Kerne einiger Atome eines Stoffes enthalten eine unterschiedliche Anzahl von Neutronen, aber die gleiche Anzahl von Protonen. Tatsächlich ist die Kernladung der Isotope eines Elements gleich, daher ist die Anzahl der Protonen im Kern gleich. Kerne haben eine unterschiedliche Masse bzw. enthalten eine unterschiedliche Anzahl von Neutronen.

Stabile und instabile Isotope

Isotope sind entweder stabil oder instabil. Bis heute sind etwa 270 stabile Isotope und mehr als 2000 instabile bekannt. stabile Isotope- Dies sind verschiedene chemische Elemente, die lange Zeit unabhängig voneinander existieren können.

Großer Teil instabile Isotope wurde künstlich gewonnen. Instabile Isotope sind radioaktiv, ihre Kerne unterliegen dem Prozess des radioaktiven Zerfalls, dh der spontanen Umwandlung in andere Kerne, begleitet von der Emission von Partikeln und / oder Strahlung. Fast alle radioaktiven künstlichen Isotope haben sehr kurze Halbwertszeiten, gemessen in Sekunden und sogar Bruchteilen von Sekunden.

Wie viele Isotope kann ein Kern enthalten?

Der Atomkern kann nicht beliebig viele Neutronen enthalten. Dementsprechend ist die Zahl der Isotope begrenzt. Auch in der Anzahl der Protonen Elemente kann die Zahl der stabilen Isotope zehn erreichen. Zum Beispiel hat Zinn 10 Isotope, Xenon hat 9, Quecksilber hat 7 und so weiter.

Diese Elemente Die Anzahl der Protonen ist ungerade, kann nur zwei stabile Isotope haben. Einige Elemente haben nur ein stabiles Isotop. Dies sind Substanzen wie Gold, Aluminium, Phosphor, Natrium, Mangan und andere. Solche Variationen in der Anzahl stabiler Isotope für verschiedene Elemente sind mit einer komplexen Abhängigkeit der Anzahl von Protonen und Neutronen von der Bindungsenergie des Kerns verbunden.

Fast alle Substanzen in der Natur kommen als Isotopengemisch vor. Die Anzahl der Isotope in der Zusammensetzung einer Substanz hängt von der Art der Substanz, der Atommasse und der Anzahl stabiler Isotope eines bestimmten chemischen Elements ab.

Sogar alte Philosophen schlugen vor, dass Materie aus Atomen aufgebaut ist. Die Tatsache, dass die „Ziegelsteine“ des Universums selbst aus kleinsten Teilchen bestehen, begannen die Wissenschaftler jedoch erst um die Wende vom 19. zum 20. Jahrhundert zu erraten. Experimente, die dies bewiesen, machten zu ihrer Zeit eine echte Revolution in der Wissenschaft. Es ist das quantitative Verhältnis der Bestandteile, das ein chemisches Element von einem anderen unterscheidet. Jeder von ihnen hat seinen eigenen Platz gemäß der Seriennummer. Aber es gibt verschiedene Atome, die trotz der unterschiedlichen Masse und Eigenschaften die gleichen Zellen in der Tabelle besetzen. Warum das so ist und was Isotope in der Chemie sind, wird später diskutiert.

Atom und seine Teilchen

E. Rutherford bewies 1910 durch die Erforschung der Materiestruktur durch Beschuss mit Alpha-Teilchen, dass der Hauptraum des Atoms mit Leere gefüllt ist. Und nur in der Mitte ist der Kern. Negative Elektronen bewegen sich in Umlaufbahnen um ihn herum und bilden die Hülle dieses Systems. So entstand das Planetenmodell der „Bausteine“ der Materie.

Was sind Isotope? Erinnern Sie sich aus einem Chemiekurs daran, dass auch der Atomkern eine komplexe Struktur hat. Es besteht aus positiven Protonen und ungeladenen Neutronen. Die Anzahl der ersteren bestimmt die qualitativen Eigenschaften des chemischen Elements. Es ist die Anzahl der Protonen, die Substanzen voneinander unterscheidet und ihren Kernen eine bestimmte Ladung verleiht. Und auf dieser Grundlage erhalten sie im Periodensystem eine fortlaufende Nummer. Aber die Anzahl der Neutronen in demselben chemischen Element unterscheidet sie in Isotope. Die Definition in der Chemie dieses Konzepts kann daher wie folgt gegeben werden. Dies sind Sorten von Atomen, die sich in der Zusammensetzung des Kerns unterscheiden, die gleiche Ladung und Seriennummer haben, aber aufgrund der unterschiedlichen Anzahl von Neutronen unterschiedliche Massenzahlen haben.

Notation

Beim Studium der Chemie in der 9. Klasse und Isotope lernen die Schüler akzeptierte Konventionen kennen. Der Buchstabe Z kennzeichnet die Ladung des Kerns. Diese Zahl stimmt mit der Anzahl der Protonen überein und ist daher deren Indikator. Die Summe dieser Elemente mit Neutronen, gekennzeichnet mit dem Zeichen N, ist A - die Massenzahl. Die Familie der Isotope einer Substanz wird in der Regel durch das Symbol dieses chemischen Elements angezeigt, das im Periodensystem mit einer Seriennummer versehen ist, die mit der Anzahl der darin enthaltenen Protonen übereinstimmt. Der dem angegebenen Symbol hinzugefügte linke hochgestellte Index entspricht der Massennummer. Zum Beispiel 238 U. Die Ladung eines Elements (in diesem Fall Uran, gekennzeichnet mit der Seriennummer 92) wird unten durch einen ähnlichen Index angezeigt.

Wenn man diese Daten kennt, kann man leicht die Anzahl der Neutronen in einem gegebenen Isotop berechnen. Es ist gleich der Massenzahl minus der Seriennummer: 238 - 92 \u003d 146. Die Anzahl der Neutronen könnte geringer sein, daher würde dieses chemische Element nicht aufhören, Uran zu sein. Es sollte beachtet werden, dass andere, einfachere Substanzen meistens ungefähr die gleiche Anzahl von Protonen und Neutronen haben. Solche Informationen helfen zu verstehen, was ein Isotop in der Chemie ist.

Nukleonen

Es ist die Anzahl der Protonen, die einem bestimmten Element Individualität verleiht, und die Anzahl der Neutronen beeinflusst es in keiner Weise. Aber die Atommasse besteht aus diesen beiden angegebenen Elementen, die den gemeinsamen Namen "Nukleonen" haben, der ihre Summe darstellt. Dieser Indikator hängt jedoch nicht von denen ab, die die negativ geladene Hülle des Atoms bilden. Wieso den? Es lohnt sich einfach zu vergleichen.

Der Massenanteil eines Protons in einem Atom ist groß und beträgt etwa 1 AE. u m oder 1.672 621 898 (21) 10 -27 kg. Das Neutron liegt nahe an den Parametern dieses Teilchens (1,674 927 471(21) 10 -27 kg). Aber die Masse eines Elektrons ist tausendmal kleiner, sie wird als vernachlässigbar angesehen und nicht berücksichtigt. Aus diesem Grund ist es bei Kenntnis des hochgestellten Elements in der Chemie nicht schwierig, die Zusammensetzung des Isotopenkerns herauszufinden.

Isotope von Wasserstoff

Die Isotope bestimmter Elemente sind in der Natur so bekannt und verbreitet, dass sie eigene Namen erhalten haben. Das klarste und einfachste Beispiel dafür ist Wasserstoff. Unter natürlichen Bedingungen kommt es in seiner häufigsten Form als Protium vor. Dieses Element hat die Massenzahl 1 und sein Kern besteht aus einem Proton.

Was sind also Wasserstoffisotope in der Chemie? Wie Sie wissen, haben die Atome dieser Substanz die erste Nummer im Periodensystem und sind dementsprechend in der Natur mit der Ladungszahl 1 ausgestattet. Aber die Anzahl der Neutronen im Atomkern ist für sie unterschiedlich. Deuterium, das schwerer Wasserstoff ist, hat neben dem Proton noch ein weiteres Teilchen im Kern, nämlich das Neutron. Dadurch weist diese Substanz im Gegensatz zu Protium eigene physikalische Eigenschaften mit eigenem Gewicht, Schmelz- und Siedepunkt auf.

Tritium

Tritium ist das komplexeste von allen. Das ist superschwerer Wasserstoff. Gemäß der Definition der Isotope in der Chemie hat es die Ladungszahl 1, aber die Massenzahl 3. Es wird oft als Triton bezeichnet, weil es neben einem Proton zwei Neutronen im Kern hat, also es besteht aus drei Elementen. Der Name dieses 1934 von Rutherford, Oliphant und Harteck entdeckten Elements wurde bereits vor seiner Entdeckung vorgeschlagen.

Es ist eine instabile Substanz mit radioaktiven Eigenschaften. Sein Kern hat die Fähigkeit, sich unter Freisetzung eines Betateilchens und eines Elektron-Antineutrinos zu spalten. Die Zerfallsenergie dieser Substanz ist nicht sehr hoch und beträgt 18,59 keV. Daher ist eine solche Strahlung für den Menschen nicht allzu gefährlich. Gewöhnliche Kleidung und OP-Handschuhe können davor schützen. Und dieses mit der Nahrung aufgenommene radioaktive Element wird schnell aus dem Körper ausgeschieden.

Isotope von Uran

Viel gefährlicher sind die verschiedenen Arten von Uran, von denen der Wissenschaft heute 26 bekannt sind, daher ist es unmöglich, dieses Element nicht zu erwähnen, wenn es darum geht, was Isotope in der Chemie sind. Trotz der Vielfalt an Uranarten kommen nur drei seiner Isotope in der Natur vor. Dazu gehören 234 U, 235 U, 238 U. Das erste von ihnen wird mit geeigneten Eigenschaften aktiv als Brennstoff in Kernreaktoren verwendet. Und letzteres - für die Produktion von Plutonium-239, das selbst wiederum als wertvollster Brennstoff unverzichtbar ist.

Jedes der radioaktiven Elemente hat seine eigene Charakteristik, nämlich die Zeitspanne, in der sich der Stoff im Verhältnis ½ aufspaltet. Das heißt, als Ergebnis dieses Prozesses wird die Menge des konservierten Teils der Substanz halbiert. Dieser Zeitraum für Uran ist enorm. Für das Isotop 234 wird es beispielsweise auf 270 Jahrtausende geschätzt, und für die anderen beiden angegebenen Sorten ist es viel bedeutender. Die Rekord-Halbwertszeit ist die von Uran-238, die Milliarden von Jahren dauert.

Nuklide

Nicht jede Atomsorte, die durch ihre eigene und streng definierte Anzahl von Protonen und Elektronen gekennzeichnet ist, ist so stabil, dass zumindest ein langer Zeitraum für ihre Untersuchung ausreicht. Diejenigen, die relativ stabil sind, werden Nuklide genannt. Stabile Formationen dieser Art unterliegen keinem radioaktiven Zerfall. Instabile werden als Radionuklide bezeichnet und wiederum in kurzlebige und langlebige unterteilt. Wie aus dem Chemieunterricht der 11. Klasse über den Aufbau von Isotopenatomen bekannt ist, weisen Osmium und Platin die meisten Radionuklide auf. Kobalt und Gold haben jeweils ein stabiles Nuklid, und Zinn hat die größte Anzahl stabiler Nuklide.

Berechnung der Seriennummer des Isotops

Versuchen wir nun, die zuvor beschriebenen Informationen zusammenzufassen. Nachdem Sie verstanden haben, was Isotope in der Chemie sind, ist es an der Zeit herauszufinden, wie Sie das gewonnene Wissen nutzen können. Betrachten wir dies anhand eines konkreten Beispiels. Angenommen, es ist bekannt, dass ein bestimmtes chemisches Element die Massenzahl 181 hat. Gleichzeitig enthält die Hülle eines Atoms dieser Substanz 73 Elektronen. Wie kann man mithilfe des Periodensystems den Namen eines bestimmten Elements sowie die Anzahl der Protonen und Neutronen in seinem Kern herausfinden?

Fangen wir an, das Problem zu lösen. Sie können den Namen einer Substanz bestimmen, indem Sie ihre Seriennummer kennen, die der Anzahl der Protonen entspricht. Da die Anzahl positiver und negativer Ladungen in einem Atom gleich ist, beträgt sie 73. Das ist also Tantal. Außerdem beträgt die Gesamtzahl der Nukleonen insgesamt 181, was bedeutet, dass die Protonen dieses Elements 181 - 73 = 108 sind. Ganz einfach.

Isotope von Gallium

Das Element Gallium in hat eine Ordnungszahl von 71. In der Natur hat diese Substanz zwei Isotope - 69 Ga und 71 Ga. Wie bestimmt man den Prozentsatz der Galliumsorten?

Das Lösen von Aufgaben zu Isotopen in der Chemie ist fast immer mit Informationen verbunden, die dem Periodensystem entnommen werden können. Dieses Mal sollten Sie dasselbe tun. Lassen Sie uns die durchschnittliche Atommasse aus der angegebenen Quelle bestimmen. Es ist gleich 69,72. Wenn wir für x und y das quantitative Verhältnis des ersten und zweiten Isotops bezeichnen, nehmen wir ihre Summe gleich 1. In Form einer Gleichung wird dies also geschrieben: x + y = 1. Daraus folgt, dass 69x + 71y = 69.72. Wenn wir y durch x ausdrücken und die erste Gleichung in die zweite einsetzen, erhalten wir x = 0,64 und y = 0,36. Das bedeutet, dass 69 Ga zu 64 % in der Natur enthalten ist und der Anteil von 71 Ga 34 % beträgt.

Isotopentransformationen

Die radioaktive Spaltung von Isotopen mit ihrer Umwandlung in andere Elemente wird in drei Haupttypen unterteilt. Der erste davon ist der Alpha-Zerfall. Es tritt mit der Emission eines Teilchens auf, das der Kern eines Heliumatoms ist. Das heißt, diese Formation, die aus einer Reihe von Neutronen- und Protonenpaaren besteht. Da die Zahl der letzteren die Ladungszahl und die Zahl eines Atoms einer Substanz im Periodensystem bestimmt, kommt es infolge dieses Prozesses zu einer qualitativen Umwandlung eines Elements in ein anderes, und es verschiebt sich in der Tabelle nach links durch zwei Zellen. In diesem Fall wird die Massenzahl des Elements um 4 Einheiten reduziert. Wir kennen dies aus der Atomstruktur von Isotopen.

Wenn der Kern eines Atoms ein Beta-Teilchen verliert, das im Wesentlichen ein Elektron ist, ändert sich seine Zusammensetzung. Eines der Neutronen wird in ein Proton umgewandelt. Damit ändern sich die qualitativen Eigenschaften des Stoffes erneut und das Element verschiebt sich praktisch ohne Masseverlust in der Tabelle um eine Zelle nach rechts. Typischerweise ist eine solche Transformation mit elektromagnetischer Gammastrahlung verbunden.

Umwandlung von Radiumisotopen

Die oben genannten Informationen und Kenntnisse aus Chemie der 11. Klasse über Isotope helfen wiederum, praktische Probleme zu lösen. Zum Beispiel Folgendes: 226 Ra verwandelt sich beim Zerfall in ein chemisches Element der Gruppe IV, das eine Massenzahl von 206 hat. Wie viele Alpha- und Betateilchen sollte es in diesem Fall verlieren?

Angesichts der Änderungen in der Masse und der Gruppe des Tochterelements lässt sich anhand des Periodensystems leicht bestimmen, dass das während der Spaltung gebildete Isotop Blei mit einer Ladung von 82 und einer Massenzahl von 206 sein wird. Und angesichts der Ladungszahl von diesem Element und dem ursprünglichen Radium ist anzunehmen, dass sein Kern fünf Alpha-Teilchen und vier Beta-Teilchen verloren hat.

Verwendung von radioaktiven Isotopen

Jeder ist sich der Schäden bewusst, die radioaktive Strahlung lebenden Organismen zufügen kann. Die Eigenschaften radioaktiver Isotope sind jedoch für den Menschen nützlich. Sie werden in vielen Branchen erfolgreich eingesetzt. Mit ihrer Hilfe ist es möglich, Lecks in Ingenieur- und Gebäudestrukturen, unterirdischen Rohrleitungen und Ölleitungen, Lagertanks, Wärmetauschern in Kraftwerken zu erkennen.

Diese Eigenschaften werden auch aktiv in wissenschaftlichen Experimenten genutzt. Beispielsweise ist die Tsetse-Fliege Überträger vieler schwerer Krankheiten für Menschen, Nutz- und Haustiere. Um dies zu verhindern, werden die Männchen dieser Insekten mittels schwacher radioaktiver Strahlung sterilisiert. Isotope sind auch für die Erforschung der Mechanismen bestimmter chemischer Reaktionen unverzichtbar, da die Atome dieser Elemente Wasser und andere Substanzen markieren können.

In der biologischen Forschung werden oft auch markierte Isotope verwendet. So wurde beispielsweise festgestellt, wie sich Phosphor auf den Boden, das Wachstum und die Entwicklung von Kulturpflanzen auswirkt. Die Eigenschaften von Isotopen werden auch erfolgreich in der Medizin genutzt, wodurch es möglich wurde, Krebstumore und andere schwere Krankheiten zu behandeln und das Alter biologischer Organismen zu bestimmen.