ISOTOPS(Kreikka, isos yhtä suuri, identtinen + topos paikka) - yhden kemiallisen alkuaineen lajikkeet, jotka ovat saman paikan Mendelejevin alkuaineiden jaksollisessa järjestelmässä, eli joilla on sama ydinvaraus, mutta eroavat atomimassasta. Muista mainita I.:n mainitsemisen yhteydessä minkä kemikaalin isotooppi. elementti hän on. Termiä "isotooppi" käytetään joskus laajemmassa merkityksessä - kuvaamaan eri alkuaineiden atomeja. Kuitenkin minkä tahansa atomin osoittamiseksi, riippumatta sen kuulumisesta tiettyyn alkuaineeseen, on tavallista käyttää termiä "nuklidi".

I.:n kuuluminen tiettyyn alkuaineeseen ja pääkemiaan. Ominaisuudet määräytyvät sen sarjanumeron Z tai ytimen sisältämien protonien lukumäärän (vastaavasti ja saman määrän elektroneja atomin kuoressa) ja sen ydinfysikaalisen perusteella. Ominaisuudet määräytyvät sen sisältämien protonien ja neutronien lukumäärän kokonaismäärän ja suhteen mukaan. Jokainen ydin koostuu Z protonista ja N neutronista, ja näiden hiukkasten eli nukleonien kokonaismäärä on massaluku A = Z + N, joka määrää ytimen massan. Se on yhtä suuri kuin annetun nuklidin massan arvo pyöristettynä lähimpään kokonaislukuun. Mikä tahansa nuklidi määräytyy siis Z:n ja N:n arvojen perusteella, vaikka jotkut radioaktiiviset nuklidit, joilla on sama Z ja N, voivat olla eri ydinenergiatiloissa ja eroavat ydinfysikaalisesti. ominaisuudet; tällaisia ​​nuklideja kutsutaan isomeereiksi. Nuklideja, joissa on sama määrä protoneja, kutsutaan isotoopeiksi.

Ja. on merkitty vastaavan kemikaalin symbolilla. elementti, jonka indeksi A sijaitsee ylävasemmalla - massaluku; joskus vasemmassa alakulmassa on myös protonien lukumäärä (Z). Esimerkiksi radioaktiivinen I. fosfori massaluvuilla 32 ja 33 tarkoittavat: 32 P ja 33 P tai 32 P ja 33 P, vastaavasti. Kun merkitään I. ilman elementin symbolia, massanumero annetaan esim. elementin nimen jälkeen. fosfori-32, fosfori-33.

I. eri elementeillä voi olla sama massaluku. Atomeja, joissa on eri määrä protoneja Z ja neutroneja N, mutta joilla on sama massaluku A, kutsutaan isobaariksi (esim. 14 32 Si, 15 32 P, 16 32 S, 17 32 Cl-isobaari).

Englantilaiset ehdottivat nimeä "isotooppi". tiedemiehet Soddy (F. Soddy). I.:n olemassaolo havaittiin ensimmäisen kerran vuonna 1906 tutkittaessa raskaiden luonnollisten radioaktiivisten alkuaineiden radioaktiivista hajoamista; vuonna 1913 niitä löydettiin myös ei-radioaktiivisesta elementistä neonista, ja sitten massaspektrometrialla määritettiin jaksollisen järjestelmän kaikkien elementtien isotooppinen koostumus. Vuonna 1934 I. Joliot-Curie ja F. Joliot-Curie saivat ensimmäisinä keinotekoisesti radioaktiivista typen, piin ja fosforin säteilyä ja myöhemmin käyttämällä erilaisia ​​ydinreaktioita neutroneissa, varautuneissa hiukkasissa ja suurienergisissa fotoneissa. kaikkien tunnettujen alkuaineiden säteily ja syntetisoitu radioaktiivinen I. 13 superraskasta - transuraanialkuainetta (jossa Z≥ 93). Tunnetaan 280 stabiilia, jolle on tunnusomaista stabiilisuus, ja yli 1 500 radioaktiivista, eli epästabiilia, I.:tä, jotka läpikäyvät radioaktiivisia muutoksia tavalla tai toisella. Radioaktiivisen I:n olemassaolon kestolle on ominaista puoliintumisaika (katso) - ajanjakso T 1/2, jonka aikana radioaktiivisten ytimien määrä puolittuu.

Luonnollisessa seoksessa I. chem. eri I.-elementtejä sisältyy eri määriä. Prosenttiosuus ja tässä kemikaalissa. elementtiä kutsutaan niiden suhteelliseksi runsaudeksi. Joten esimerkiksi luonnollinen happi sisältää kolme stabiilia happea: 16O (99,759 %), 17O (0,037 %) ja 18O (0,204 %). Monet chem. elementeillä on vain yksi stabiili I. (9 Be, 19 F, 23 Na, 31 P, 89 Y, 127 I jne.), ja joillakin (Tc, Pm, Lu ja kaikilla elementeillä, joiden Z on suurempi kuin 82) ei ole joku vakaa I.

Luonnollisten alkuaineiden isotooppinen koostumus planeetallamme (ja aurinkokunnassa) on periaatteessa vakio, mutta valoelementtien atomien määrässä on pieniä vaihteluita. Tämä selittyy sillä, että niiden massojen erot ovat suhteellisen suuria, ja siksi näiden alkuaineiden isotooppinen koostumus muuttuu erilaisten luonnollisten prosessien vaikutuksesta isotooppivaikutusten (eli kemiallisten aineiden ominaisuuksien erojen) seurauksena. sisältävät näitä isotooppeja). Siten useiden biologisesti tärkeiden alkuaineiden (H, C, N, O, S) isotooppikoostumus liittyy erityisesti biosfäärin läsnäoloon ja kasvi- ja eläinorganismien elintärkeään toimintaan.

Ero saman kemikaalin atomiytimien koostumuksessa ja rakenteessa I.. alkuaine (eri määrä neutroneja) määrittää eron niiden ydin- ja fysikaalisten välillä. ominaisuudet, erityisesti se, että jotkut sen I.:stä voivat olla stabiileja, kun taas toiset voivat olla radioaktiivisia.

radioaktiiviset muunnokset. Seuraavat radioaktiivisten muutosten tyypit tunnetaan.

Alfahajoaminen on ytimien spontaani muutos, johon liittyy alfahiukkasten eli kahden protonin ja kahden neutronin emissio, jotka muodostavat heliumytimen 2 4 He. Tämän seurauksena alkuperäisen ytimen varaus Z pienenee 2:lla ja nuklidien kokonaismäärä tai massaluku pienenee 4 yksiköllä, esimerkiksi:

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

Tässä tapauksessa emittoidun alfahiukkasen kineettinen energia määräytyy alku- ja loppuytimen massojen (ottaen huomioon itse alfahiukkasen massa) ja niiden energiatilan mukaan. Jos lopullinen ydin muodostuu viritetyssä tilassa, alfahiukkasen liike-energia pienenee jonkin verran ja jos viritetty ydin hajoaa, niin alfahiukkasen energia kasvaa vastaavasti (tässä tapauksessa ns. pitkän kantaman muodostuu alfahiukkasia). Alfahiukkasten energiaspektri on diskreetti ja on välillä 4-9 MeV noin 200 I. raskaille alkuaineille ja 2-4,5 MeV lähes 20 alfa-radioaktiivisille I. harvinaisten maametallien alkuaineille.

Beetahajoaminen on ytimien spontaani muunnos, jossa alkuperäisen ytimen varaus Z muuttuu yhdellä, kun taas massaluku A pysyy samana. beetahajoaminen on ytimen muodostavien protonien (p) ja neutronien (n) keskinäistä konversiota, johon liittyy elektronien (e -) tai positronien (e +) sekä neutriinojen (v) ja antineutriinojen () emissio tai absorptio v -). Beta-hajoamista on kolmea tyyppiä:

1) elektroninen beeta-hajoaminen n -> p + e - + v -, johon liittyy varauksen Z lisääntyminen 1 yksiköllä, esimerkiksi yhden ytimen neutronin muuttuessa protoniksi.

2) positroni beeta-hajoaminen p -> n + e + + v, johon liittyy varauksen Z väheneminen 1 yksiköllä, esimerkiksi yhden ytimen protonin muuttuessa neutroniksi.

3) elektroninen sieppaus p + e - -> n + v, jolloin yksi ytimen protoneista muuttuu samanaikaisesti neutroniksi, kuten hajoamisen tapauksessa positronin emission kanssa, johon liittyy myös varauksen lasku 1 yksikkö esim.

Tässä tapauksessa elektronin sieppaus tapahtuu yhdestä atomin elektronikuoresta, useimmiten ydintä lähinnä olevasta K-kuoresta (K-kaappaus).

Beeta-miinus-hajoaminen on tyypillistä runsaasti neutroneja sisältäville ytimille, joissa neutronien määrä on suurempi kuin stabiileissa ytimissä, ja beeta-plus-hajoaminen ja vastaavasti elektronien sieppaus neutronivajaisille ytimille, joissa neutronien lukumäärä on vähemmän kuin stabiileissa ytimissä tai ns beeta-stabiili, ytimet. Hajoamisenergia jakautuu beetahiukkasen ja neutriinon välillä, joten beeta-spektri ei ole diskreetti, kuten alfa-hiukkasten, vaan jatkuva ja sisältää beetahiukkasia, joiden energiat ovat lähellä nollaa tiettyyn kunkin radioaktiivisen hiukkasen Emax-ominaisuuteen. Beeta-radioaktiivista säteilyä löytyy jaksollisen järjestelmän kaikista elementeistä.

Spontaani fissio on raskaiden ytimien spontaani hajoaminen kahdeksi (joskus 3-4) fragmentiksi, jotka ovat jaksollisen järjestelmän keskielementtien ytimiä (ilmiön löysivät vuonna 1940 Neuvostoliiton tutkijat G. N. Flerov ja K. A. Petrzhak).

Gammasäteily - fotonisäteilyä, jolla on erillinen energiaspektri, tapahtuu ydinmuutosten, atomiytimien energiatilan muutosten tai hiukkasten tuhoutumisen aikana. Gamma-kvanttien emissio liittyy radioaktiiviseen transformaatioon, kun uusi ydin muodostuu virittyneessä energiatilassa. Tällaisten ytimien eliniän määrää ydinfysiikka. Erityisesti emo- ja tytärytimien ominaisuudet lisääntyvät gamma-siirtymien energian pienentyessä ja voivat saavuttaa suhteellisen suuria arvoja metastabiilin viritystilan tapauksissa. Erilaisten P:iden lähettämän gammasäteilyn energia vaihtelee kymmenistä keV useisiin MeV.

Ydinvoiman vakaus. Beetahajoamisen aikana tapahtuu protonien ja neutronien keskinäisiä muunnoksia, kunnes saavutetaan energeettisesti edullisin p:n ja n:n suhde, joka vastaa ytimen stabiilia tilaa. Kaikki nuklidit on jaettu beetahajoamisen suhteen beetaradioaktiivisiin ja beetastabiileihin ytimiin. Beeta-stabiili tarkoittaa joko stabiileja tai alfa-radioaktiivisia nuklideja, joille beetan hajoaminen on energeettisesti mahdotonta. Kaikki beeta-resistentit I. in chem. alkuaineet, joiden atomiluku on Z aina 83 asti, ovat stabiileja (muutamia poikkeuksia lukuun ottamatta), kun taas raskailla alkuaineilla ei ole stabiilia I.:tä ja kaikki niiden beetastabiilit I. ovat alfa-radioaktiivisia.

Radioaktiivisen muunnoksen aikana vapautuu energiaa, joka vastaa alku- ja loppuytimen massojen suhdetta, emittoituneen säteilyn massaa ja energiaa. Mahdollisuus p-hajoamiseen ilman massaluvun A muutosta riippuu vastaavien isobaarien massojen suhteesta. Isobaarit, joiden massa on suurempi beetahajoamisen seurauksena, muuttuvat isobaariksi, joiden massa on pienempi; mitä pienempi isobaarimassa on, sitä lähempänä P-stabiilia tilaa se on. Käänteinen prosessi ei voi edetä energian säilymislain nojalla. Joten esimerkiksi edellä mainittujen isobaarien muunnokset etenevät seuraaviin suuntiin, jolloin muodostuu stabiili rikki-32-isotooppi:

Beetahajoamiselle vastustuskykyisten nuklidien ytimet sisältävät vähintään yhden neutronin jokaista protonia kohden (poikkeukset ovat 1 1 H ja 2 3 He), ja atomiluvun kasvaessa N/Z-suhde kasvaa ja saavuttaa uraanin arvon 1,6.

N-luvun kasvaessa tämän alkuaineen ydin muuttuu epävakaaksi elektronisen beeta-miinus-hajoamisen suhteen (muunnoksen kanssa n->p), joten neutroneilla rikastetut ytimet ovat beeta-aktiivisia. Vastaavasti neutronivajaiset ytimet ovat epävakaita positroni-beeta+-hajoamiselle tai elektronien sieppaamiselle (p->n-transformaatiolla), kun taas raskaissa ytimissä havaitaan myös alfahajoamista ja spontaania fissiota.

Tallien erottaminen ja keinotekoisesti radioaktiivisten isotooppien tuotanto. I:n erottaminen on tämän kemikaalin I:n luonnollisen seoksen rikastamista. I.:n yksittäisten aineosien avulla ja puhtaan I:n eristäminen tästä seoksesta. Kaikki erotusmenetelmät perustuvat isotooppivaikutuksiin eli fysikaalisiin ja kemiallisiin eroihin. eri Ja. ja niitä sisältävän kemikaalin ominaisuudet. yhdisteet (kemiallisten sidosten lujuus, tiheys, viskositeetti, lämpökapasiteetti, sulamislämpötila, haihtuminen, diffuusionopeus jne.). Jakotavat perustuvat myös käyttäytymiseroihin And. ja niitä sisältäviin yhteyksiin fiz.-kemiassa. prosessit. Käytännössä käytettyjä ovat elektrolyysi, sentrifugointi, kaasu- ja lämpödiffuusio, diffuusio höyryvirrassa, rektifikaatio, kemikaali. ja isotooppivaihdot, sähkömagneettinen erotus, lasererotus jne. Jos yksittäinen prosessi antaa alhaisen vaikutuksen, ts. pienen erotuskertoimen I, se toistetaan monta kertaa, kunnes saavutetaan riittävä rikastusaste. I. Kevyiden alkuaineiden erottaminen on tehokkainta niiden isotooppien massojen suurista suhteellisista eroista johtuen. Esimerkiksi "raskasta vettä" eli vettä, joka on rikastettu raskaalla I. vedyllä - deuteriumilla, jonka massa on kaksi kertaa suurempi, saadaan teollisessa mittakaavassa elektrolyysilaitoksissa; Deuteriumin uuttaminen matalan lämpötilan tislauksella on myös erittäin tehokasta. I. uraanin erotus (ydinpolttoaineen saamiseksi - 235 U) suoritetaan kaasudiffuusiolaitoksissa. Sähkömagneettisilla erotuslaitoksilla saadaan laaja valikoima rikastettuja stabiileja I.:itä. Joissakin tapauksissa käytetään radioaktiivisen säteilyn seoksen erotusta ja rikastamista, esimerkiksi korkean ominaisaktiivisuuden ja radionuklidipuhtauden omaavan rauta-55:n radioaktiivisen säteilyn saamiseksi.

Keinotekoisesti radioaktiivista säteilyä syntyy ydinreaktioiden seurauksena – nuklidien vuorovaikutuksessa keskenään ja ydinhiukkasten tai fotonien kanssa, mikä johtaa muiden nuklidien ja hiukkasten muodostumiseen. Ydinreaktiota kutsutaan tavanomaisesti seuraavasti: ensin merkitään alkuperäisen isotoopin symboli ja sitten tämän ydinreaktion tuloksena muodostuneen isotoopin symboli. Suluissa niiden välissä ilmoitetaan ensin vaikuttava hiukkanen tai säteilykvantti ja sen jälkeen emittoitunut hiukkanen tai säteilykvantti (katso taulukko, sarake 2).

Ydinreaktioiden toteutumisen todennäköisyys on kvantitatiivisesti karakterisoitu reaktion ns. tehollisella poikkileikkauksella (tai poikkileikkauksella), jota merkitään kreikkalaisella kirjaimella o ja ilmaistaan ​​barneina (10 -24 cm 2). Keinotekoisesti radioaktiivisten nuklidien saamiseksi käytetään ydinreaktoreita (katso Ydinreaktorit) ja varattuja hiukkaskiihdyttimiä (katso). Monet biologiassa ja lääketieteessä käytetyt radionuklidit saadaan ydinreaktorissa säteilysieppauksen ydinreaktioilla, eli sieppaamalla neutronin ydin lähettämällä gamma-kvanttia (n, gamma), jolloin muodostuu säteilyn isotooppi. sama elementti, jonka massayksikkö on suurempi kuin alkuperäinen, esimerkiksi. 23 Na (n, y) 24 Na, 31 P(n, y) 32 P; reaktion (n, γ) mukaan, jota seuraa syntyneen radionuklidin hajoaminen ja esimerkiksi "tytär" muodostuminen. 130 Te (n, y) 131 Te -> 131 I; reaktioihin, joissa on emission varautuneita hiukkasia (n, p), (n, 2n), (n, α); esim. 14 N (n, p) 14 C; sekundaarisilla reaktioilla esimerkiksi tritonien (t, p) ja (t, n) kanssa. 7 Li (n, a) 3H ja sitten 16O (t, n) 18F; esimerkiksi fissioreaktion U (n, f) mukaan. 90 Sr, 133 Xe jne. (katso Ydinreaktiot).

Joitakin radionuklideja ei joko voida saada lainkaan ydinreaktorissa tai niiden tuotanto on lääketieteellisiin tarkoituksiin järjetöntä. Reaktion (n, γ) mukaan isotooppeja on useimmissa tapauksissa mahdotonta saada ilman kantajaa; Joillakin reaktioilla on liian pieni poikkileikkaus a ja säteilytetyillä kohteilla on alhainen suhteellinen alkuperäisen isotoopin pitoisuus luonnollisessa seoksessa, mikä johtaa alhaisiin reaktio saantoihin ja valmisteiden riittämättömään spesifiseen aktiivisuuteen. Siksi monia tärkeitä radionuklideja käytetään kliinisissä radiodiagnostiikka, saadaan riittävällä spesifisellä aktiivisuudella käyttämällä isotooppisesti rikastettuja kohteita. Esimerkiksi kalsium-47:n saamiseksi säteilytetään kohdetta, joka on rikastettu kalsium-46:lla 0,003-10-20 %; rauta-59:n saamiseksi kohdetta, jossa on 0,31-80 % rikastettua rauta-58:aa, säteilytetään elohopean saamiseksi. 197 - kohde elohopea-196:lla rikastettuna 0,15 %:sta 40 %:iin jne.

Reaktorissa arr. vastaanottaa radionuklideja, joissa on ylimäärä neutroneja, jotka hajoavat beeta-mirus_säteilyllä. Neutronivajaisia ​​radionuklideja, jotka muodostuvat ydinreaktioissa varautuneiden hiukkasten (p, d, alfa) ja fotonien kanssa ja hajoavat positroneja emittoimalla tai vangitsemalla elektroneja, saadaan useimmissa tapauksissa syklotroneista, protonien ja elektronien lineaarisista kiihdyttimistä ( jälkimmäisessä tapauksessa käytetään bremsstrahlungia) kiihdytettyjen hiukkasten energioissa, jotka ovat suuruusluokkaa kymmeniä ja satoja MeV. Hae siis hunajaa. radionuklidit reaktioiden mukaan: 51 V (р, n) 51 Cr, 67 Zn (р, n) 67 Ga, 109 Ag (α, 2n) 111 In, 44 Ca (γ, p) 43 K, 68 Zn (γ, p) ) 67 Cu jne. Tämän radionuklidien saantimenetelmän tärkeä etu on, että niissä on yleensä erilainen kemikaali. luonto kuin säteilytetyn kohteen materiaali voidaan eristää jälkimmäisestä ilman kantajaa. Näin voit vastaanottaa tarvittavat radiofarmit. lääkkeet, joilla on korkea spesifinen aktiivisuus ja radionuklidipuhtaus.

Monien lyhytikäisten radionuklidien saamiseksi suoraan kliinisistä laitoksista, ns. isotooppigeneraattorit, jotka sisältävät pitkäikäisen lähtöradionuklidin, jonka hajoamisen aikana muodostuu esimerkiksi haluttu lyhytikäinen tytärradionuklidi. 99m Tc, 87m Sr, 113m In, 132 I. Jälkimmäistä voidaan toistuvasti erottaa generaattorista kantanuklidin eliniän aikana (katso Radioaktiiviset isotooppigeneraattorit).

Isotooppien käyttö biologiassa ja lääketieteessä. Radioaktiivisia ja stabiileja säteilyjä käytetään laajasti tieteellisessä tutkimuksessa. Merkintänä niitä käytetään isotooppi-indikaattoreiden valmistukseen (katso Merkityt yhdisteet) - aineet ja yhdisteet, joiden isotooppikoostumus poikkeaa luonnollisesta. Isotooppi-indikaattoreiden menetelmällä tutkitaan leimattujen aineiden jakautumista, liikkumistapoja ja luonnetta erilaisissa väliaineissa ja järjestelmissä, suoritetaan niiden kvantitatiivinen analyysi, tutkitaan kemikaalin rakennetta. yhdisteet ja biologisesti aktiiviset aineet, erilaisten dynaamisten prosessien mekanismit, mukaan lukien niiden aineenvaihdunta kasvien, eläinten ja ihmisten kehossa (ks. Radioisotooppitutkimus). Isotooppi-indikaattoreiden menetelmän avulla suoritat biokemiallisia tutkimuksia (tutkimukset aineenvaihdunnasta, proteiinien, nukleiinihappojen, rasvojen ja hiilihydraattien biosynteesin mekanismista elävässä organismissa, virtausnopeuden biokemiallinen, reaktiot jne. ); fysiologiassa (ionien ja erilaisten aineiden kulkeutuminen, rasvojen ja hiilihydraattien imeytymisprosessit ruoansulatuskanavasta, erittyminen, verenkierto, mikroelementtien käyttäytyminen ja rooli jne.); farmakologiassa ja toksikologiassa (lääkkeiden ja myrkyllisten aineiden käyttäytymisen, niiden imeytymisen, kertymistapojen ja nopeuden, jakautumisen, erittymisen, vaikutusmekanismin jne. tutkiminen); mikrobiologiassa, immunologiassa, virologiassa (mikro-organismien biokemian, entsymaattisten ja immunokemiallisten reaktioiden mekanismien, virusten ja solujen vuorovaikutuksen, antibioottien vaikutusmekanismien jne. tutkiminen); hygieniassa ja ekologiassa (haitallisten aineiden saastumisen tutkimus sekä teollisuuden ja ympäristön puhdistaminen, eri aineiden ekologinen ketju, niiden kulkeutuminen jne.). Ja soveltaa myös muihin lääketieteellisiin biol. tutkimus (erilaisten sairauksien patogeneesin tutkiminen, aineenvaihdunnan varhaisten muutosten tutkimus jne.).

Hunajassa. Käytännössä radionuklideja käytetään erilaisten sairauksien diagnosointiin ja hoitoon sekä hunajan säteilysterilointiin. materiaaleja, tuotteita ja lääkkeitä. Klinikat käyttävät yli 130 radiodiagnostista ja 20 radioterapeuttista tekniikkaa, joissa käytetään avoimia radiofarmaseuttisia aineita. valmisteet (RFP) ja suljetut säteilyn isotooppilähteet. Tätä tarkoitusta varten St. 60 radionuklidia, n. Niistä 30 on yleisimpiä (taulukko). Radiodiagnostisten valmisteiden avulla voidaan saada tietoa ihmiskehon elinten ja järjestelmien toiminnasta ja anatomisesta tilasta. Radioisotooppidiagnostiikan ytimessä (katso) on mahdollisuus seurata biolia, radionuklidien leimaaman kemikaalin käyttäytymistä. aineet ja yhdisteet elävässä organismissa vahingoittamatta sen eheyttä ja muuttamatta toimintoja. Vastaavan alkuaineen halutun radioisotoopin tuominen kemikaalin rakenteeseen. yhdisteet, käytännössä muuttamatta sen ominaisuuksia, mahdollistavat sen käyttäytymisen seurannan elävässä organismissa ulkoisen säteilysäteilyn havaitsemisen avulla, mikä on yksi radioisotooppidiagnostiikan menetelmän erittäin tärkeistä eduista.

Leimatun yhdisteen käyttäytymisen dynaamiset indikaattorit mahdollistavat tutkittavan elimen tai järjestelmän toiminnan, tilan arvioinnin. Joten radiofarmaseuttisen aineen laimennusasteen mukaan 24 Na:lla, 42 K:lla, 51 Cr:lla, 52 Fe:llä, 131 I:lla jne. nestemäisessä väliaineessa kiertävän veren tilavuus, punasolut, albumiinin, raudan ja veden vaihto määritetään elektrolyyttien jne. ja radiofarmaseuttisten aineiden erittyminen elimiin, kehon järjestelmiin tai vaurioon, voidaan arvioida keskus- ja perifeerisen hemodynamiikan tilaa, määrittää maksan, munuaisten, keuhkojen toiminta, tutkia jodiaineenvaihduntaa, jne. Radiofarmaseuttiset valmisteet, joissa on jodin ja teknetiumin radioisotooppeja, antavat sinun tutkia kaikkia kilpirauhasen toimintoja. 99m Tc, 113m In, 123 I, 131 I, 133 Xe avulla voit suorittaa kattavan keuhkojen tutkimuksen - tutkia verenkierron jakautumista, keuhkojen ja keuhkoputkien ilmanvaihtotilaa. Radiofarmaseuttiset valmisteet, joissa on 43 K, 86 Rb, 99m Tc, 67 Ga, 131 I, 113m In, 197 Hg jne. mahdollistavat aivojen, sydämen, maksan, munuaisten ja muiden elinten verenkierron ja verenkierron määrittämisen. Radioaktiiviset kolloidiset liuokset ja eräät jodi-orgaaniset valmisteet mahdollistavat monikulmiosolujen ja hepatosyyttien (Kupffer-solut) tilan ja maksan antitoksisen toiminnan arvioinnin. Radioisotooppiskannauksen avulla suoritetaan anatominen ja topografinen tutkimus ja määritetään maksan, munuaisten, luuytimen, kilpirauhasen, lisäkilpirauhasen ja sylkirauhasten, keuhkojen, imusolmukkeiden tilavuus, koko, muoto ja sijainti. ; Radionuklidit 18 F, 67 Ga, 85 Sr, 87M Sr, 99M Tc mahdollistavat luuston sairauksien jne.

Neuvostoliitossa on kehitetty ja otettu käyttöön radioaktiivisia aineita diagnostisiin tarkoituksiin käyttäville potilaille säteilyturvallisuusstandardeja, jotka säätelevät tiukasti näitä menettelyjä sallittujen altistustasojen suhteen. Tästä sekä erityyppisten tutkimusten menetelmien ja laitteiden järkevästä valinnasta sekä mahdollisuuksien mukaan lyhytikäisten radionuklidien käytöstä radiofarmaseuttisissa valmisteissa, joilla on suotuisat säteilyominaisuudet rekisteröinnin tehokkuuden kannalta minimaalisella säteilyaltistuksella. , säteilyaltistus potilaan kehoon radioisotooppidiagnostisten toimenpiteiden aikana on paljon pienempi kuin annokset.saanut röntgenolilla, tarkastuksissa, eivätkä useimmissa tapauksissa ylitä sadasosia ja kymmenesosia ilosta.

70-luvulla. 20. vuosisata radioisotooppivalmisteita on käytetty laajemmin in vitro -tutkimuksissa, pääasiassa immunokemiassa. analyysi. Radioimmunochem. menetelmät perustuvat erittäin spesifisiin immunokemiallisiin. reaktiot antigeeni - vasta-aine, jonka seurauksena stabiili kompleksi katkeaa vasta-aineesta ja muodostuu antigeeni. Kun syntynyt kompleksi on erotettu reagoimattomista vasta-aineista tai antigeeneistä, suoritetaan kvantitatiivinen määritys mittaamalla niiden radioaktiivisuus. Radioisotoopeilla leimattujen antigeenien tai vasta-aineiden käyttö, esim. 125 I, lisää immunokemian herkkyyttä. testaa kymmeniä ja satoja kertoja. Näillä testeillä voidaan määrittää hormonien, vasta-aineiden, antigeenien, entsyymien, entsyymien, vitamiinien ja muiden biologisesti aktiivisten aineiden pitoisuudet kehossa 0,1 mg/ml asti. Siten on mahdollista määritellä ei vain erilaisia ​​patolia, tiloja, vaan myös hyvin pieniä muutoksia, jotka heijastavat sairauden alkuvaiheita. Näitä tekniikoita käytetään esimerkiksi menestyksekkäästi diabeteksen, tarttuvan hepatiitin, hiilihydraattiaineenvaihduntahäiriöiden, joidenkin allergisten ja useiden muiden sairauksien varhaisessa in vitro -diagnoosissa. Tällaiset radioisotooppitestit eivät ole vain herkempiä, yksinkertaisempia, vaan mahdollistavat myös massatutkimuksen ja ovat täysin turvallisia potilaille (katso Radioisotooppidiagnostiikka).

Kanssa makuulle. radiofarmaseuttisten valmisteiden ja radionuklidien säteilylähteiden tarkoitusta soveltaa Ch. arr. onkologiassa sekä tulehdussairauksien, ekseeman jne. hoidossa (katso Sädehoito). Näihin tarkoituksiin käytetään sekä avoimia radiofarmaseuttisia lääkkeitä, jotka injektoidaan kehoon, kudoksiin, seroosionteloihin, nivelonteloihin, suonensisäisesti, intraarteriaalisesti ja imusolmukejärjestelmään, sekä suljettuja säteilylähteitä ulkoiseen, intrakavitaariseen ja interstitiaaliseen hoitoon. Sopivien radiofarmaseuttisten aineiden avulla Ch. arr. kolloidit ja suspensiot, jotka sisältävät 32 P, 90 Y, 131 I, 198 Au ja muita radionuklideja, hoitavat hematopoieettisen järjestelmän sairauksia ja erilaisia ​​kasvaimia, vaikuttaen paikallisesti patoliin. Kosketussäteilytyksessä (dermatol ja oftalmiset beeta-applikaattorit) käytetään 32 P, 90 Sr, 90 Y, 147 Pm, 204 Tl, kauko-gammaterapeuttisissa laitteissa - 60 Co:n tai 137 Cs:n korkean aktiivisuuden lähteitä (satoja ja tuhansia) curiesista). Interstitiaaliseen ja intrakavitaariseen säteilytykseen käytetään neuloja, rakeita, lankoja ja muita erityistyyppejä suljettuja lähteitä, joissa on 60 Co, 137 Cs, 182 Ta, 192 Ir, 198 Au (katso Radioaktiiviset lääkkeet).

Radioaktiivisia nuklideja käytetään myös materiaalien, lääketieteellisten tuotteiden sterilointiin. reseptit ja lääkkeet. Säteilysteriloinnin käytännön soveltaminen on tullut mahdolliseksi 1950-luvulta lähtien, jolloin voimakkaat ionisoivan säteilyn lähteet ilmestyivät.Perinteisiin sterilointimenetelmiin (ks.) verrattuna säteilymenetelmällä on useita etuja. Koska tavanomaisella steriloivalla säteilyannoksella (2-3 Mrad) ei säteilytetyn kohteen lämpötilassa ole merkittävää nousua, tulee termolabiilien esineiden säteilysterilointi mahdolliseksi, mukaan lukien biol, valmisteet ja tuotteet tietyistä muovityypeistä. Säteilyn vaikutus säteilytettyyn näytteeseen tapahtuu samanaikaisesti sen koko tilavuudessa ja sterilointi suoritetaan erittäin luotettavasti. Samaan aikaan kontrollina käytetään vastaanotetun annoksen väriindikaattoreita, jotka asetetaan steriloidun esineen pakkauksen pinnalle. Hunaja. tuotteet ja keinot steriloidaan tekniikan lopussa. kierto jo valmiissa muodossa ja hermeettisessä pakkauksessa, mukaan lukien polymeerimateriaaleista, mikä eliminoi tarpeen luoda tiukasti aseptiset tuotantoolosuhteet ja takaa steriiliyden sen jälkeen, kun yritys on luovuttanut tuotteet. Säteilysterilointi on erityisen tehokas hunajalle. kertakäyttötuotteet (ruiskut, neulat, katetrit, käsineet, ompeleet ja sidokset, verenkeräys- ja verensiirtojärjestelmät, biologiset tuotteet, kirurgiset instrumentit jne.), ei-injektoitavat lääkkeet, tabletit ja voiteet. Lääkeliuosten säteilysteriloinnin aikana tulee ottaa huomioon niiden säteilyn hajoaminen, mikä johtaa koostumuksen ja ominaisuuksien muutokseen (katso Sterilointi, kylmä).

Radioaktiivisten isotooppien toksikologia - toksikologian haara, joka tutkii sisällytettyjen radioaktiivisten aineiden vaikutusta eläviin organismeihin. Sen päätehtävät ovat: ihmiskehoon ilman, veden ja elintarvikkeiden sisältämien radionuklidien ylläpito- ja vastaanottotasojen sekä kiilan kautta organismiin joutuneen RV:n vaarattomuusasteen määrittäminen, radiodiagnostiset tutkimukset; radionuklidien aiheuttamien vaurioiden erityispiirteiden selvittäminen niiden jakautumisen luonteesta, energiasta ja säteilyn tyypistä, puoliintumisajasta, annoksesta, vastaanottoreiteistä ja -rytmistä riippuen sekä tehokkaiden keinojen etsiminen vaurioiden ehkäisemiseksi.

Teollisuudessa, tieteessä ja hunajassa laajalti käytettyjen radionuklidien vaikutusta ihmiskehoon tutkitaan syvällisimmin. tutkimuksessa sekä ydinpolttoaineen fissiosta syntyneistä.

Radioaktiivisten isotooppien toksikologia liittyy orgaanisesti radiobiologiaan (ks.), säteilyhygieniaan (ks.) ja lääketieteelliseen radiologiaan (ks.).

Radioaktiiviset aineet voivat päästä ihmiskehoon hengitysteiden kautta, meni - kish. traktiin, ihoon, haavapintoihin ja injektioilla - verisuonten, lihaskudoksen, nivelpintojen kautta. Radionuklidien jakautumisen luonne kehossa riippuu pääkemikaalista. alkuaineen ominaisuudet, annettavan yhdisteen muoto, sisääntuloreitti ja fysioli, organismin tila.

Yksittäisten radionuklidien jakautumisessa ja erittymisreiteissä havaittiin varsin merkittäviä eroja. Liukoiset yhdisteet Ca, Sr, Ba, Ra, Y, Zr kertyvät selektiivisesti luukudokseen; La, Ce, Pr, Pu, Am, Cm, Cf, Np - maksassa ja luukudoksessa; K, Cs, Rb - lihaskudoksessa; Nb, Ru, Te, Po jakautuvat suhteellisen tasaisesti, vaikka niillä on taipumus kerääntyä pernan, luuytimen, lisämunuaisten ja imusolmukkeiden retikuloendoteliaaliseen kudokseen; I ja At - kilpirauhasessa.

Mendelejevin jaksollisen järjestelmän tiettyyn ryhmään kuuluvien elementtien jakautumisella rungossa on paljon yhteistä. Ensimmäisen pääryhmän elementit (Li, Na, K, Rb, Cs) imeytyvät kokonaan suolistosta, jakautuvat suhteellisen tasaisesti eri puolille elimiä ja erittyvät pääasiassa virtsaan. Toisen pääryhmän elementit (Ca, Sr, Ba, Ra) imeytyvät hyvin suolistosta, kertyvät selektiivisesti luurankoon ja erittyvät melko suuria määriä ulosteen mukana. Kolmannen pää- ja neljännen sivuryhmän elementit, mukaan lukien kevyet lantanidit, aktinidit ja transuraanialkuaineet, eivät käytännössä imeydy suolistosta, yleensä ne kertyvät valikoivasti maksaan ja vähäisemmässä määrin luurankoon, ja erittyvät pääasiassa ulosteen mukana. Periodisen järjestelmän viidennen ja kuudennen pääryhmän elementit, lukuun ottamatta Po:ta, imeytyvät suhteellisen hyvin suolistosta ja erittyvät melkein yksinomaan virtsaan ensimmäisen päivän aikana, minkä vuoksi niitä löytyy elimistä suhteellisen pieninä määrinä. .

Radionuklidien kerääntyminen keuhkokudokseen sisäänhengityksen aikana riippuu sisäänhengitettävien hiukkasten koosta ja niiden liukoisuudesta. Mitä suurempia aerosoleja on, sitä suurempi osa niistä jää nenänieluun ja sitä pienempi tunkeutuu keuhkoihin. Kevyet, huonosti liukenevat yhdisteet poistuvat hitaasti. Tällaisten radionuklidien korkeita pitoisuuksia löytyy usein keuhkojen juurten imusolmukkeista. Imeytyy erittäin nopeasti keuhkoihin tritiumoksidi, liukoiset alkali- ja maa-alkaliyhdisteet. Pu, Am, Ce, Cm ja muut raskasmetallit imeytyvät hitaasti keuhkoihin.

Säteilyturvallisuusstandardit (RSR) säätelevät radionuklidien saantia ja pitoisuutta henkilöiden, joiden työhön liittyy työperäisiä vaaroja, sekä väestöstä sekä koko väestöstä peräisin olevien henkilöiden elimistöön radionuklidien sallittuja pitoisuuksia ilmakehän ilmassa. ja vesi, elintarvikkeet. Nämä normit perustuvat altistuksen enimmäisannosten (MPD) arvoihin, jotka on määritetty neljälle kriittisten elinten ja kudosten ryhmälle (katso kriittinen elin, suurimmat sallitut annokset).

Ammattivaarallisissa olosuhteissa työskenteleville henkilöille SDA:n hyväksytty arvo koko kehon, sukurauhasten ja punaisen luuytimen säteilytykselle on 5 rem / vuosi, lihas- ja rasvakudos, maksa, munuaiset, perna, zhel.-kish. kanavat, keuhkot, silmälinssi - 15 rem / vuosi, luukudos, kilpirauhanen ja iho - 30 rem / vuosi, kädet, käsivarret, nilkat ja jalat - 75 rem / vuosi.

Väestön yksilöiden normeja suositellaan 10 kertaa alhaisemmiksi kuin työvaarallisissa olosuhteissa työskenteleville. Koko väestön säteilytystä säätelee geneettisesti merkittävä annos, joka ei saa ylittää 5 rem 30 vuodessa. Tämä annos ei sisällä hunajasta johtuvia mahdollisia säteilyannoksia. menettelyt ja luonnollinen taustasäteily.

Henkilöstön hengityselinten kautta liukenevien ja liukenemattomien yhdisteiden suurimman sallitun vuotuisen saannin arvo (µCi/vuosi), hengitys- ja ruoansulatuselinten kautta radionuklidien vuosisaannin raja väestön yksilöille, keskimääräiset vuosittaiset sallitut pitoisuudet. Ilmakehän ja veden radionuklidien MAC-arvot (curie / k) väestön yksilöille sekä radionuklidien pitoisuus kriittisessä elimessä, joka vastaa henkilöstön suurinta sallittua saantia (mCi) määräyksiä.

Kun lasketaan radionuklidien saannin sallittuja tasoja elimistöön, otetaan huomioon myös radionuklidien usein esiintyvä epätasainen jakautuminen yksittäisiin elimiin ja kudoksiin. Radionuklidien epätasainen jakautuminen, joka johtaa korkeiden paikallisten annosten syntymiseen, on taustalla alfasäteilijöiden korkealle myrkyllisyydelle, jota suurelta osin helpottaa palautumisprosessien puuttuminen ja tämäntyyppisen säteilyn aiheuttamien vahinkojen lähes täydellinen summa.

Nimitykset: β- - beetasäteily; p+ - positronisäteily; n - neutroni; p - protoni; d - deuteroni; t - tritoni; a - alfa-partikkeli; E.Z. - hajoaminen elektronien sieppauksella; γ - gammasäteily (yleensä vain γ-spektrin päälinjat annetaan); I.P. - isomeerinen siirtymä; U (n, f) - uraanin fissioreaktio. Määritelty isotooppi on eristetty fissiotuotteiden seoksesta; 90 Sr-> 90 Y - tytär-isotoopin (90 Y) saaminen lähtöisotoopin (90 Sr) hajoamisen seurauksena, mukaan lukien isotooppigeneraattorin käyttö.

Bibliografia: Ivanov I. I. et ai. Radioaktiiviset isotoopit lääketieteessä ja biologiassa, M., 1955; Kamen M. Radioaktiiviset merkkiaineet biologiassa, käänn. englannista, M., 1948, bibliografia; Levin V. I. Radioaktiivisten isotooppien saaminen, M., 1972; Säteilyturvallisuusstandardit (NRB-69), M., 1972; Lyhytikäisten isotooppien saaminen reaktorissa ja käyttö, trans. alkaen in., toim. V. V. Bochkareva ja B. V. Kurchatov, Moskova, 1965. Isotope Production, toim. V. V. Bochkareva, Moskova, 1973. Selinov I. P. Atomiytimet ja ydinmuunnokset, t. 1, M.-L., 1951, bibliogr.; Tumanyan M. A. ja Kaushansky D. A. Radiation sterilisation, M., 1974, bibliogr.; Fateeva M. N. Essays on radioisotoop diagnostics, M., 1960, bibliogr.; Heveshi G. Radioaktiiviset merkkiaineet, käänn. englannista, M., 1950, bibliografia; Dynaamiset tutkimukset radioisotoopeilla lääketieteessä 1974, Proc, symp., v. 1-2, Wien, IAEA, 1975; L e d e g e g Ch. M., Hollander J. M. a. P e g 1 m ja n I. Isotooppitaulukot, N. Y., 1967; Silver S. Radioaktiiviset isotoopit kliinisessä lääketieteessä, New Engl. J. Med., v. 272, s. 569, 1965, bibliogr.

V. V. Bochkarev; Yu. I. Moskalev (toks.), taulukon laatija. V. V. Bochkarev.

Toista aiheen "Kemian peruskäsitteet" pääkohdat ja ratkaise ehdotetut tehtävät. Käytä ##6-17.

Avainkohdat

1. Aine(yksinkertainen ja monimutkainen) on mikä tahansa atomien ja molekyylien yhdistelmä, joka on tietyssä aggregaatiotilassa.

Aineiden muutosta, johon liittyy muutos niiden koostumuksessa ja (tai) rakenteessa, kutsutaan kemialliset reaktiot .

2. Rakenneyksiköt aineet:

· Atomi- kemiallisen alkuaineen ja yksinkertaisen aineen pienin sähköisesti neutraali hiukkanen, jolla on kaikki kemialliset ominaisuudet ja joka on edelleen fysikaalisesti ja kemiallisesti jakamaton.

· Molekyyli- aineen pienin sähköisesti neutraali hiukkanen, jolla on kaikki sen kemialliset ominaisuudet, fysikaalisesti jakamaton, mutta kemiallisesti jakautuva.

3. Kemiallinen alkuaine Atomin tyyppi, jolla on tietty ydinvaraus.

4. Yhdiste atomi :

Hiukkanen	Kuinka määrittää?	Lataa		Paino
		Cl	perinteiset yksiköt		a.u.m.
Elektroni	Tavallinen Määrä (N)	1.6 ∙ 10 -19		9.10 ∙ 10 -28	0.00055
Protoni	Tavallinen määrä (N)	1.6 ∙ 10 -19		1.67 ∙ 10 -24	1.00728
Neutron	Ar-N			1.67 ∙ 10 -24	1.00866

5. Yhdiste atomiydin :

Ydin koostuu alkuainehiukkasista ( nukleonit) –

protonit(1 1 p ) ja neutroneja(10n).

· Koska Lähes kaikki atomin massa on keskittynyt ytimeen m p ≈ m n≈ 1 amu, sitten pyöristetty arvoA rkemiallisen alkuaineen määrä on yhtä suuri kuin ytimessä olevien nukleonien kokonaismäärä.

7. isotoopit- useita saman kemiallisen alkuaineen atomeja, jotka eroavat toisistaan ​​vain massaltaan.

· Isotooppien nimitys: elementin symbolin vasemmalle puolelle merkitään massanumero (ylhäällä) ja sarjanumero (alhaalla)

Miksi isotoopeilla on erilaiset massat?

Tehtävä: Selvitä kloori-isotooppien atomikoostumus: 35 17Clja 37 17Cl?

Isotoopeilla on erilaiset massat, koska niiden ytimissä on erilainen määrä neutroneja.

8. Luonnossa kemialliset alkuaineet esiintyvät isotooppien seoksina.

Saman kemiallisen alkuaineen isotooppinen koostumus ilmaistaan atomifraktiot(ω at.), jotka osoittavat, mikä osa on tietyn isotoopin atomien lukumäärä tietyn alkuaineen kaikkien isotooppien atomien kokonaismäärästä, otettuna yhdeksi tai 100%.

Esimerkiksi:

ω at (35 17 Cl) = 0,754

ω at (37 17 Cl) = 0,246

9. Jaksotaulukko näyttää kemiallisten alkuaineiden suhteellisten atomimassojen keskiarvot ottaen huomioon niiden isotooppinen koostumus. Siksi taulukossa esitetyt A r ovat murtolukuja.

A rke= ω klo.(1) ∙ Ar (1) + … + ω klo.(n ) ∙ Ar ( n )

Esimerkiksi:

A rke(Cl) \u003d 0,754 ∙ 35 + 0,246 ∙ 37 \u003d 35,453

10. Ratkaistava tehtävä:

Nro 1. Määritä boorin suhteellinen atomimassa, jos tiedetään, että 10B-isotoopin mooliosuus on 19,6 % ja 11B-isotoopin mooliosuus on 80,4 %.

11. Atomien ja molekyylien massat ovat hyvin pieniä. Tällä hetkellä fysiikassa ja kemiassa on otettu käyttöön yhtenäinen mittausjärjestelmä.

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

Joidenkin atomien absoluuttiset massat:

m( C) \u003d 1,99268 ∙ 10 -23 g

m( H) \u003d 1,67375 ∙ 10 -24 g

m( O) \u003d 2,656812 ∙ 10 -23 g

A r- näyttää kuinka monta kertaa tietty atomi on raskaampi kuin 1/12 12 C-atomista. Herra∙ 1,66 ∙ 10 -27 kg

13. Atomien ja molekyylien määrä tavallisissa ainenäytteissä on erittäin suuri, joten aineen määrää karakterisoitaessa käytetään mittayksikköä -mooli .

· Myyrä (ν)- aineen määrän yksikkö, joka sisältää yhtä monta hiukkasta (molekyylejä, atomeja, ioneja, elektroneja) kuin on atomeja 12 g:ssa isotooppia 12 C

1 atomin massa 12 C on 12 amu, joten atomien lukumäärä 12 grammassa isotooppia 12 C vastaa:

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

· Fyysinen määrä N A nimeltään jatkuva Avogadro (Avogadron luku) ja sen mitat ovat [ N A ] = mol -1 .

14. Peruskaavat:

M = Herra = ρ ∙ Vm(ρ – tiheys; V m – tilavuus n.c.:ssä)

Tehtävät itsenäiseen ratkaisuun

Nro 1. Laske typpiatomien lukumäärä 100 g:ssa ammoniumkarbonaattia, joka sisältää 10 % typen ulkopuolisia epäpuhtauksia.

Nro 2. Normaaliolosuhteissa 12 litran ammoniakista ja hiilidioksidista koostuvaa kaasuseosta massa on 18 g. Kuinka monta litraa kutakin kaasua seos sisältää?

Nro 3. Ylimääräisen suolahapon vaikutuksesta 8,24 g:aan mangaanioksidiseosta (IV) tuntemattomalla oksidilla MO 2, joka ei reagoi suolahapon kanssa, 1,344 l kaasua n.o. Toisessa kokeessa havaittiin, että mangaanioksidin moolisuhde (IV) tuntemattomaan oksidiin on 3:1. Aseta kaava tuntemattomalle oksidille ja laske sen massaosuus seoksesta.

On osoitettu, että jokainen luonnossa esiintyvä kemiallinen alkuaine on isotooppien seos (siis niiden atomimassat ovat murto-osia). Ymmärtääkseen, kuinka isotoopit eroavat toisistaan, on tarpeen tarkastella yksityiskohtaisesti atomin rakennetta. Atomi muodostaa ytimen ja elektronipilven. Atomin massaan vaikuttavat elektronit, jotka liikkuvat hämmästyttävällä nopeudella elektronipilven kiertoradalla, ytimen muodostavat neutronit ja protonit.

Mitä isotoopit ovat

isotoopit Kemiallisen alkuaineen atomityyppi. Jokaisessa atomissa on aina yhtä paljon elektroneja ja protoneja. Koska niillä on vastakkaiset varaukset (elektronit ovat negatiivisia ja protonit positiivisia), atomi on aina neutraali (tämä alkuainehiukkanen ei kanna varausta, se on yhtä suuri kuin nolla). Kun elektroni katoaa tai vangitaan, atomi menettää neutraaliuutensa ja muuttuu joko negatiiviseksi tai positiiviseksi ioniksi.
Neutroneilla ei ole varausta, mutta niiden lukumäärä saman alkuaineen atomiytimessä voi olla erilainen. Tämä ei vaikuta atomin neutraalisuuteen, mutta vaikuttaa sen massaan ja ominaisuuksiin. Esimerkiksi jokaisessa vetyatomin isotoopissa on yksi elektroni ja yksi protoni. Ja neutronien määrä on erilainen. Protiumissa on vain yksi neutroni, deuteriumissa on 2 neutronia ja tritiumissa 3 neutronia. Nämä kolme isotooppia eroavat toisistaan ​​huomattavasti ominaisuuksiltaan.

Isotooppien vertailu

Miten isotoopit eroavat toisistaan? Niillä on eri määrä neutroneja, eri massat ja erilaiset ominaisuudet. Isotoopeilla on identtinen elektronikuoren rakenne. Tämä tarkoittaa, että ne ovat melko samanlaisia ​​​​kemiallisilta ominaisuuksiltaan. Siksi heille määrätään yksi paikka jaksollisessa järjestelmässä.
Luonnosta on löydetty stabiileja ja radioaktiivisia (epästabiileja) isotooppeja. Radioaktiivisten isotooppien atomien ytimet voivat muuttua spontaanisti toisiksi ytimiksi. Radioaktiivisen hajoamisen aikana ne lähettävät erilaisia ​​hiukkasia.
Useimmissa alkuaineissa on yli kaksi tusinaa radioaktiivista isotooppia. Lisäksi radioaktiiviset isotoopit syntetisoidaan keinotekoisesti ehdottoman kaikille alkuaineille. Isotooppien luonnollisessa seoksessa niiden pitoisuus vaihtelee hieman.
Isotooppien olemassaolo teki mahdolliseksi ymmärtää, miksi joissain tapauksissa pienemmän atomimassan omaavilla alkuaineilla on suurempi sarjanumero kuin suuremmilla atomimassaisilla elementeillä. Esimerkiksi argon-kalium-parissa argon sisältää raskaita isotooppeja ja kalium kevyitä isotooppeja. Siksi argonin massa on suurempi kuin kaliumin.

ImGist päätti, että isotooppien ero toisistaan ​​on seuraava:

Niissä on eri määrä neutroneja.
Isotoopeilla on eri atomimassat.
Ionien atomimassan arvo vaikuttaa niiden kokonaisenergiaan ja ominaisuuksiin.

Radioaktiivisten alkuaineiden ominaisuuksia tutkittaessa havaittiin, että samasta kemiallisesta alkuaineesta löytyy atomeja, joilla on eri ydinmassat. Samaan aikaan niillä on sama ydinvaraus, eli nämä eivät ole kolmansien osapuolten aineiden epäpuhtauksia, vaan sama aine.

Mitä isotoopit ovat ja miksi niitä on olemassa

Mendelejevin jaksollisessa järjestelmässä sekä tietty alkuaine että aineen atomit, joilla on erilainen ydinmassa, vievät yhden solun. Yllä olevan perusteella saman aineen tällaisille lajikkeille annettiin nimi "isotoopit" (kreikan kielestä isos - sama ja topos - paikka). Niin, isotoopit- nämä ovat tietyn kemiallisen alkuaineen lajikkeita, jotka eroavat atomiytimien massasta.

Hyväksytyn neutronin mukaan ytimen roton-malli selitä isotooppien olemassaolo seuraavasti: joidenkin aineatomien ytimet sisältävät eri määrän neutroneja, mutta saman määrän protoneja. Itse asiassa yhden alkuaineen isotooppien ydinvaraus on sama, joten protonien lukumäärä ytimessä on sama. Ytimet eroavat massaltaan, vastaavasti, ne sisältävät eri määrän neutroneja.

Vakaat ja epästabiilit isotoopit

Isotoopit ovat joko stabiileja tai epästabiileja. Tähän mennessä tunnetaan noin 270 stabiilia ja yli 2000 epästabiilia isotooppia. vakaat isotoopit- Nämä ovat kemiallisten alkuaineiden lajikkeita, jotka voivat olla itsenäisesti olemassa pitkään.

Suurin osa epävakaat isotoopit saatu keinotekoisesti. Epästabiilit isotoopit ovat radioaktiivisia, niiden ytimet altistuvat radioaktiiviselle hajoamisprosessille, toisin sanoen spontaanille muuttumiselle toisiksi ytimiksi, johon liittyy hiukkasten ja / tai säteilyn päästöjä. Lähes kaikilla radioaktiivisilla keinotekoisilla isotoopeilla on hyvin lyhyet puoliintumisajat, mitattuna sekunneissa ja jopa sekuntien murto-osissa.

Kuinka monta isotooppia ydin voi sisältää

Ydin ei voi sisältää mielivaltaista määrää neutroneja. Tästä syystä isotooppien määrä on rajoitettu. Jopa protonien määrässä alkuaineista, stabiilien isotooppien määrä voi olla kymmenen. Esimerkiksi tinassa on 10 isotooppia, ksenonissa 9, elohopeassa 7 ja niin edelleen.

Ne elementit protonien määrä on pariton, voi olla vain kaksi stabiilia isotooppia. Joillakin alkuaineilla on vain yksi stabiili isotooppi. Nämä ovat aineita, kuten kulta, alumiini, fosfori, natrium, mangaani ja muut. Tällaiset vaihtelut stabiilien isotooppien lukumäärässä eri alkuaineille liittyvät protonien ja neutronien lukumäärän monimutkaiseen riippuvuuteen ytimen sitoutumisenergiasta.

Lähes kaikki luonnossa esiintyvät aineet esiintyvät isotooppien seoksena. Isotooppien lukumäärä aineen koostumuksessa riippuu aineen tyypistä, atomimassasta ja tietyn kemiallisen alkuaineen stabiilien isotooppien lukumäärästä.

Jopa muinaiset filosofit ehdottivat, että aine rakennetaan atomeista. Kuitenkin tosiasia, että maailmankaikkeuden "tiilet" koostuvat pienimmistä hiukkasista, tutkijat alkoivat arvata vasta 1800- ja 1900-luvun vaihteessa. Kokeet, jotka osoittavat tämän, tekivät todellisen vallankumouksen tieteessä aikanaan. Se on aineosien määrällinen suhde, joka erottaa kemiallisen alkuaineen toisesta. Jokaisella niistä on oma paikkansa sarjanumeron mukaan. Mutta on olemassa erilaisia ​​atomeja, jotka vievät samat solut taulukossa massan ja ominaisuuksien eroista huolimatta. Miksi näin on ja mitä isotooppeja kemiassa on, käsitellään myöhemmin.

Atomi ja sen hiukkaset

Tutkiessaan aineen rakennetta alfahiukkasilla pommittamalla E. Rutherford osoitti vuonna 1910, että atomin päätila on täynnä tyhjyyttä. Ja vain keskustassa on ydin. Negatiiviset elektronit liikkuvat kiertoradalla sen ympärillä muodostaen tämän järjestelmän kuoren. Näin luotiin planeettamalli aineen "tiilistä".

Mitä isotoopit ovat? Muista kemian kurssista, että ytimellä on myös monimutkainen rakenne. Se koostuu positiivisista protoneista ja varautumattomista neutroneista. Edellisen numero määrittää kemiallisen alkuaineen laadulliset ominaisuudet. Protonien lukumäärä erottaa aineet toisistaan ​​ja antaa niiden ytimille tietyn varauksen. Ja tämän perusteella niille määrätään sarjanumero jaksollisessa taulukossa. Mutta saman kemiallisen alkuaineen neutronien lukumäärä erottaa ne isotoopeiksi. Tämän käsitteen kemian määritelmä voidaan siksi antaa seuraavasti. Nämä ovat atomien lajikkeita, jotka eroavat ytimen koostumuksesta, joilla on sama varaus ja sarjanumerot, mutta niillä on erilaiset massaluvut neutronien lukumäärän erojen vuoksi.

Merkintä

Kemiaa 9. luokalla ja isotooppeja opiskellessaan opiskelijat oppivat hyväksytyistä käytännöistä. Kirjain Z merkitsee ytimen varausta. Tämä luku on sama kuin protonien lukumäärä ja on siksi niiden indikaattori. Näiden neutroneilla varustettujen alkuaineiden summa, jotka on merkitty merkillä N, on A - massaluku. Yhden aineen isotooppiperhe on yleensä osoitettu kyseisen kemiallisen alkuaineen kuvakkeella, joka jaksollisessa taulukossa on varustettu sarjanumerolla, joka on sama kuin siinä olevien protonien lukumäärä. Määritettyyn kuvakkeeseen lisätty vasen yläindeksi vastaa massanumeroa. Esimerkiksi 238 U. Alkuaineen (tässä tapauksessa uraanin, merkitty sarjanumerolla 92) varaus on osoitettu vastaavalla indeksillä alla.

Näiden tietojen avulla voidaan helposti laskea neutronien lukumäärä tietyssä isotoopissa. Se on yhtä suuri kuin massaluku miinus sarjanumero: 238 - 92 \u003d 146. Neutronien lukumäärä voisi olla pienempi, tästä lähtien tämä kemiallinen alkuaine ei lakkaa olemasta uraania. On huomattava, että useimmissa muissa, yksinkertaisemmissa aineissa protonien ja neutronien määrä on suunnilleen sama. Tällainen tieto auttaa ymmärtämään, mikä isotooppi on kemiassa.

Nukleonit

Protonien määrä antaa yksilöllisyyden tietylle alkuaineelle, eikä neutronien määrä vaikuta siihen millään tavalla. Mutta atomimassa koostuu näistä kahdesta ilmoitetusta alkuaineesta, joilla on yleinen nimi "nukleonit", jotka edustavat niiden summaa. Tämä indikaattori ei kuitenkaan riipu niistä, jotka muodostavat atomin negatiivisesti varautuneen kuoren. Miksi? Kannattaa vain verrata.

Protonin massaosa atomissa on suuri ja on noin 1 AU. u m tai 1 672 621 898 (21) 10 -27 kg. Neutroni on lähellä tämän hiukkasen parametreja (1.674 927 471(21) 10 -27 kg). Mutta elektronin massa on tuhansia kertoja pienempi, sitä pidetään merkityksettömänä eikä sitä oteta huomioon. Siksi isotooppien ytimen koostumusta ei ole vaikea saada selville, kun tiedetään kemian alkuaineen yläindeksi.

Vedyn isotoopit

Tiettyjen alkuaineiden isotoopit ovat niin tunnettuja ja yleisiä luonnossa, että ne ovat saaneet omat nimensä. Selkein ja yksinkertaisin esimerkki tästä on vety. Luonnollisissa olosuhteissa sitä esiintyy yleisimmässä protiumimuodossaan. Tämän alkuaineen massaluku on 1 ja sen ydin koostuu yhdestä protonista.

Mitä ovat vedyn isotoopit kemiassa? Kuten tiedätte, tämän aineen atomeilla on ensimmäinen numero jaksollisessa taulukossa, ja näin ollen niille on luonnossa annettu varausnumero 1. Mutta atomin ytimessä olevien neutronien lukumäärä on niille erilainen. Deuteriumilla, joka on raskas vety, on protonin lisäksi ytimessä yksi hiukkanen, eli neutroni. Tämän seurauksena tällä aineella on omat fysikaaliset ominaisuutensa, toisin kuin protiumilla, joilla on oma paino, sulamispiste ja kiehumispiste.

Tritium

Tritium on monimutkaisin kaikista. Tämä on superraskasta vetyä. Kemiassa isotooppien määritelmän mukaan sen varausluku on 1, mutta massaluku 3. Sitä kutsutaan usein tritoniksi, koska sen ytimessä on yhden protonin lisäksi kaksi neutronia, eli se koostuu kolmesta elementistä. Tämän elementin nimi, jonka Rutherford, Oliphant ja Harteck löysivät vuonna 1934, ehdotettiin jo ennen sen löytämistä.

Se on epästabiili aine, jolla on radioaktiivisia ominaisuuksia. Sen ytimellä on kyky jakaa beetahiukkasen ja elektronin antineutrinon vapautuessa. Tämän aineen hajoamisenergia ei ole kovin korkea ja on 18,59 keV. Siksi tällainen säteily ei ole liian vaarallista ihmisille. Tavalliset vaatteet ja kirurgiset käsineet voivat suojata siltä. Ja tämä ruoan kanssa saatu radioaktiivinen elementti erittyy nopeasti kehosta.

Uraanin isotoopit

Paljon vaarallisempia ovat erilaiset uraanityypit, joita tiede tietää nykyään 26. Siksi kun puhutaan kemian isotoopeista, on mahdotonta olla mainitsematta tätä alkuainetta. Huolimatta uraanityypeistä vain kolme sen isotooppia esiintyy luonnossa. Näitä ovat 234 U, 235 U, 238 U. Niistä ensimmäistä, jolla on sopivat ominaisuudet, käytetään aktiivisesti polttoaineena ydinreaktoreissa. Ja jälkimmäinen - plutonium-239:n tuotantoon, joka puolestaan ​​​​on välttämätön arvokkaimpana polttoaineena.

Jokaiselle radioaktiiviselle alkuaineelle on ominaista omat ominaisuutensa, eli aika, jonka aikana aine jakautuu suhteessa ½. Eli tämän prosessin seurauksena aineen säilyneen osan määrä puolittuu. Tämä uraanin aika on valtava. Esimerkiksi isotoopin 234 osalta sen on arvioitu olevan 270 tuhatta vuotta, ja kahdelle muulle mainitulle lajikkeelle se on paljon merkittävämpi. Ennätyspuoliintumisaika on uraani-238, joka kestää miljardeja vuosia.

Nuklidit

Kaikki atomityypit, joille on ominaista oma ja tiukasti määritelty protonien ja elektronien määrä, eivät ole niin stabiileja, että niiden tutkimiseen riittää ainakin jokin pitkä aika. Niitä, jotka ovat suhteellisen stabiileja, kutsutaan nuklideiksi. Tällaisissa stabiileissa muodostelmissa ei tapahdu radioaktiivista hajoamista. Epävakaita kutsutaan radionuklideiksi, ja ne puolestaan ​​​​jaetaan myös lyhytikäisiin ja pitkäikäisiin. Kuten luokan 11 kemian tunneista isotooppiatomien rakenteesta tiedetään, osmiumissa ja platinassa on eniten radionuklideja. Koboltilla ja kullalla on kummallakin yksi stabiili nuklidi, ja tinalla on suurin määrä pysyviä nuklideja.

Isotoopin sarjanumeron laskeminen

Yritetään nyt tehdä yhteenveto aiemmin kuvatuista tiedoista. Kun olet ymmärtänyt, mitä isotoopit ovat kemiassa, on aika selvittää, kuinka voit hyödyntää saatua tietoa. Katsotaanpa tätä erityisellä esimerkillä. Oletetaan, että tiedetään, että tietyn kemiallisen alkuaineen massaluku on 181. Samaan aikaan tietyn aineen atomin kuoressa on 73 elektronia. Kuinka jaksollisen taulukon avulla voidaan selvittää tietyn alkuaineen nimi sekä protonien ja neutronien lukumäärä sen ytimessä?

Aloitetaan ongelman ratkaiseminen. Voit määrittää aineen nimen, kun tiedät sen sarjanumeron, joka vastaa protonien määrää. Koska atomin positiivisten ja negatiivisten varausten lukumäärä on yhtä suuri, se on 73. Tämä on siis tantaali. Lisäksi nukleonien kokonaismäärä on yhteensä 181, mikä tarkoittaa, että tämän alkuaineen protoneja on 181 - 73 = 108. Yksinkertaisesti.

Galliumin isotoopit

Alkuaineen galliumin atomiluku on 71. Luonnossa tällä aineella on kaksi isotooppia - 69 Ga ja 71 Ga. Kuinka määrittää galliumlajikkeiden prosenttiosuus?

Kemiassa isotooppien ongelmien ratkaiseminen liittyy lähes aina jaksollisesta taulukosta saataviin tietoihin. Tällä kertaa sinun pitäisi tehdä samoin. Määritetään keskimääräinen atomimassa ilmoitetusta lähteestä. Se on yhtä suuri kuin 69,72. Merkitsemällä x:lle ja y:lle ensimmäisen ja toisen isotoopin kvantitatiivista suhdetta, otamme niiden summan yhtä suureksi kuin 1. Joten yhtälön muodossa tämä kirjoitetaan: x + y = 1. Tästä seuraa, että 69x + 71y = 69,72. Ilmaisemalla y x:llä ja korvaamalla ensimmäisen yhtälön toisella saadaan, että x = 0,64 ja y = 0,36. Tämä tarkoittaa, että 69 Ga:sta luonnossa on 64 % ja 71 Ga:n prosenttiosuus on 34 %.

Isotooppimuunnokset

Isotooppien radioaktiivinen fissio niiden muuttuessa muiksi alkuaineiksi jaetaan kolmeen päätyyppiin. Ensimmäinen näistä on alfa-hajoaminen. Se tapahtuu, kun vapautuu hiukkanen, joka on heliumatomin ydin. Eli tämä muodostuminen, joka koostuu joukosta neutronien ja protonien pareja. Koska jälkimmäisen luku määrää aineen varausluvun ja atomien lukumäärän jaksollisessa järjestelmässä, tämän prosessin seurauksena yksi alkuaine muuttuu kvalitatiivisesti toiseksi, ja taulukossa se siirtyy vasemmalle. kahdella solulla. Tässä tapauksessa elementin massalukua pienennetään 4 yksiköllä. Tiedämme tämän isotooppien atomien rakenteesta.

Kun atomin ydin menettää beetahiukkasen, joka on olennaisesti elektroni, sen koostumus muuttuu. Yksi neutroneista muuttuu protoniksi. Tämä tarkoittaa, että aineen laadulliset ominaisuudet muuttuvat jälleen ja elementti siirtyy yhden solun oikealle taulukossa käytännössä massaa menettämättä. Tyypillisesti tällainen muunnos liittyy sähkömagneettiseen gammasäteilyyn.

Radiumisotoopin muuntaminen

Yllä oleva tieto ja tieto luokan 11 kemiasta isotoopeista auttavat jälleen ratkaisemaan käytännön ongelmia. Esimerkiksi seuraava: 226 Ra muuttuu hajoamisen aikana ryhmän IV kemialliseksi alkuaineeksi, jonka massaluku on 206. Kuinka monta alfa- ja beetahiukkasta sen pitäisi tässä tapauksessa menettää?

Kun otetaan huomioon tytärelementin massan ja ryhmän muutokset, jaksollisen taulukon avulla on helppo määrittää, että fission aikana muodostuva isotooppi on lyijyä, jonka varaus on 82 ja massaluku 206. Ja kun otetaan huomioon varausnumero Tämän alkuaineen ja alkuperäisen radiumin pitäisi olettaa, että sen ydin menetti viisi alfa-hiukkasta ja neljä beetahiukkasta.

Radioaktiivisten isotooppien käyttö

Kaikki ovat hyvin tietoisia vahingoista, joita radioaktiivinen säteily voi aiheuttaa eläville organismeille. Radioaktiivisten isotooppien ominaisuudet ovat kuitenkin hyödyllisiä ihmisille. Niitä käytetään menestyksekkäästi monilla teollisuudenaloilla. Niiden avulla on mahdollista havaita vuodot insinööri- ja rakennusrakenteissa, maanalaisissa putkissa ja öljyputkissa, varastosäiliöissä, voimalaitosten lämmönvaihtimissa.

Näitä ominaisuuksia käytetään aktiivisesti myös tieteellisissä kokeissa. Esimerkiksi tsetse-kärpäs kantaa monia vakavia sairauksia ihmisille, karjalle ja kotieläimille. Tämän estämiseksi näiden hyönteisten urokset steriloidaan heikon radioaktiivisen säteilyn avulla. Isotoopit ovat myös välttämättömiä joidenkin kemiallisten reaktioiden mekanismien tutkimuksessa, koska näiden alkuaineiden atomit voivat merkitä vettä ja muita aineita.

Biologisessa tutkimuksessa käytetään usein myös leimattuja isotooppeja. Esimerkiksi tällä tavalla selvitettiin, miten fosfori vaikuttaa maaperään, viljelykasvien kasvuun ja kehitykseen. Isotooppien ominaisuuksia käytetään menestyksekkäästi myös lääketieteessä, mikä mahdollisti syöpäkasvaimien ja muiden vakavien sairauksien hoidon sekä biologisten organismien iän määrittämisen.