ISOTOPS(Yunani, isos sama, identik + tempat topos) - varietas satu elemen kimia yang menempati tempat yang sama dalam sistem periodik elemen Mendeleev, yaitu, memiliki muatan nuklir yang sama, tetapi berbeda dalam massa atom. Saat menyebutkan I., pastikan untuk menunjukkan isotop mana dari bahan kimia mana. elemen dia. Istilah "isotop" kadang-kadang digunakan dalam arti yang lebih luas - untuk menggambarkan atom dari berbagai unsur. Namun, untuk menunjuk salah satu atom, terlepas dari milik elemen tertentu, biasanya menggunakan istilah "nuklida".

I. milik elemen tertentu dan kimia utama. properti ditentukan oleh nomor seri Z atau jumlah proton yang terkandung dalam nukleus (masing-masing, dan jumlah elektron yang sama dalam kulit atom), dan fisik nuklirnya. sifat ditentukan oleh totalitas dan rasio jumlah proton dan neutron yang termasuk di dalamnya. Setiap inti terdiri dari Z proton dan N neutron, dan jumlah total partikel ini, atau nukleon, adalah nomor massa A = Z + N, yang menentukan massa inti. Ini sama dengan nilai massa nuklida yang diberikan dibulatkan ke bilangan bulat terdekat. Setiap nuklida, dengan demikian, ditentukan oleh nilai Z dan N, meskipun beberapa nuklida radioaktif dengan Z dan N yang sama dapat berada dalam keadaan energi nuklir yang berbeda dan berbeda dalam fisik nuklirnya. properti; nuklida seperti itu disebut isomer. Nuklida dengan jumlah proton yang sama disebut isotop.

Dan ditunjuk oleh simbol bahan kimia yang sesuai. elemen dengan indeks A terletak di kiri atas - nomor massa; terkadang jumlah proton (Z) juga diberikan di kiri bawah. Misalnya, radioaktif I. fosfor dengan nomor massa 32 dan 33 menunjukkan: 32 P dan 33 P atau 32 P dan 33 P, masing-masing. Ketika menunjuk I. tanpa menunjukkan lambang unsur, misalnya, nomor massa diberikan setelah penunjukan unsur. fosfor-32, fosfor-33.

I. unsur yang berbeda dapat memiliki nomor massa yang sama. Atom-atom dengan jumlah proton Z dan neutron N yang berbeda, tetapi dengan nomor massa A yang sama, disebut isobar (mis. 14 32 Si, 15 32 P, 16 32 S, 17 32 Cl-isobar).

Nama "isotop" diusulkan oleh orang Inggris. ilmuwan Soddy (F. Soddy). Keberadaan I. pertama kali ditemukan pada tahun 1906 saat mempelajari peluruhan radioaktif dari unsur-unsur radioaktif alam yang berat; pada tahun 1913, mereka juga ditemukan di neon elemen non-radioaktif, dan kemudian, menggunakan spektrometri massa, komposisi isotop semua elemen sistem periodik ditentukan. Pada tahun 1934, I. Joliot-Curie dan F. Joliot-Curie adalah orang pertama yang memperoleh radiasi radioaktif artifisial dari nitrogen, silikon, dan fosfor, dan selanjutnya, menggunakan berbagai reaksi nuklir pada neutron, partikel bermuatan, dan foton energi tinggi, radioaktif radiasi dari semua elemen yang diketahui dan radioaktif I. 13 superberat yang disintesis - elemen transuranium (dengan Z≥ 93). Ada 280 dikenal stabil, ditandai dengan stabilitas, dan lebih dari 1.500 radioaktif, yaitu, tidak stabil, I., yang mengalami transformasi radioaktif pada satu tingkat atau lainnya. Durasi keberadaan radioaktif I. ditandai dengan waktu paruh (lihat) - periode waktu T 1/2, di mana jumlah inti radioaktif menjadi setengahnya.

Dalam campuran alami I. chem. berbeda I. unsur-unsur yang terkandung dalam jumlah yang berbeda. Persentase Dan dalam bahan kimia ini. elemen disebut kelimpahan relatif mereka. Jadi, misalnya, oksigen alami mengandung tiga oksigen stabil: 16O (99,759%), 17O (0,037%), dan 18O (0,204%). Banyak kimia. elemen hanya memiliki satu stabil I. (9 Be, 19 F, 23 Na, 31 P, 89 Y, 127 I, dll.), dan beberapa (Tc, Pm, Lu dan semua elemen dengan Z lebih besar dari 82) tidak memiliki salah satu stabil I.

Komposisi isotop unsur-unsur alam di planet kita (dan di dalam tata surya) pada dasarnya konstan, tetapi ada sedikit fluktuasi dalam kelimpahan atom unsur ringan. Ini dijelaskan oleh fakta bahwa perbedaan massanya relatif besar, dan oleh karena itu komposisi isotop unsur-unsur ini berubah di bawah pengaruh berbagai proses alami, sebagai akibat dari efek isotop (yaitu, perbedaan sifat zat kimia yang mengandung isotop ini). Dengan demikian, komposisi isotop dari sejumlah elemen penting secara biologis (H, C, N, O, S) dikaitkan, khususnya, dengan keberadaan biosfer dan aktivitas vital organisme tumbuhan dan hewan.

Perbedaan komposisi dan struktur inti atom I. dari bahan kimia yang sama. elemen (jumlah neutron yang berbeda) menentukan perbedaan antara inti dan fisiknya. sifat, khususnya, fakta bahwa beberapa I.nya dapat stabil, sementara yang lain dapat radioaktif.

transformasi radioaktif. Jenis-jenis transformasi radioaktif berikut diketahui.

Peluruhan alfa adalah transformasi spontan inti, disertai dengan emisi partikel alfa, yaitu, dua proton dan dua neutron, membentuk inti helium 2 4 He. Akibatnya, muatan Z dari inti asli berkurang 2, dan jumlah total nuklida atau nomor massa berkurang 4 satuan, misalnya:

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

Dalam hal ini, energi kinetik partikel alfa yang dipancarkan ditentukan oleh massa inti awal dan akhir (dengan mempertimbangkan massa partikel alfa itu sendiri) dan keadaan energinya. Jika inti akhir terbentuk dalam keadaan tereksitasi, maka energi kinetik partikel alfa sedikit berkurang, dan jika inti tereksitasi meluruh, maka energi partikel alfa meningkat (dalam hal ini, yang disebut jarak jauh partikel alfa terbentuk). Spektrum energi partikel alfa bersifat diskrit dan terletak pada kisaran 4-9 MeV untuk sekitar 200 I. unsur berat dan 2-4,5 MeV untuk hampir 20 unsur radioaktif alfa I. unsur tanah jarang.

Peluruhan beta adalah transformasi spontan inti, di mana muatan Z inti asli berubah satu, sedangkan nomor massa A tetap sama. peluruhan beta adalah interkonversi proton (p) dan neutron (n) yang membentuk nukleus, disertai dengan emisi atau penyerapan elektron (e -) atau positron (e +), serta neutrino (v) dan antineutrino (v -). Ada tiga jenis peluruhan beta:

1) peluruhan beta elektronik n -> p + e - + v - , disertai dengan peningkatan muatan Z sebesar 1 unit, dengan transformasi salah satu neutron inti menjadi proton, misalnya.

2) peluruhan beta positron p -> n + e + + v , disertai dengan penurunan muatan Z sebesar 1 satuan, dengan transformasi salah satu proton inti menjadi neutron, misalnya.

3) penangkapan elektronik p + e - -> n + v dengan transformasi simultan dari salah satu proton inti menjadi neutron, seperti dalam kasus peluruhan dengan emisi positron, juga disertai dengan penurunan muatan oleh 1 unit, misalnya.

Dalam hal ini, penangkapan elektron terjadi dari salah satu kulit elektron atom, paling sering dari kulit K yang paling dekat dengan nukleus (penangkapan K).

Peluruhan beta-minus adalah tipikal untuk inti yang kaya neutron, di mana jumlah neutron lebih besar daripada di inti stabil, dan peluruhan beta-plus dan, dengan demikian, penangkapan elektron, untuk inti yang kekurangan neutron, di mana jumlah neutron adalah kurang dari di inti stabil, atau disebut beta-stabil, inti. Energi peluruhan didistribusikan antara partikel beta dan neutrino, dan oleh karena itu spektrum beta tidak diskrit, seperti partikel alfa, tetapi kontinu dan mengandung partikel beta dengan energi dari mendekati nol hingga karakteristik Emax tertentu dari setiap partikel radioaktif. Radiasi beta-radioaktif ditemukan di semua elemen sistem periodik.

Fisi spontan adalah peluruhan spontan inti berat menjadi dua (kadang-kadang 3-4) fragmen, yang merupakan inti dari elemen tengah sistem periodik (fenomena ini ditemukan pada tahun 1940 oleh ilmuwan Soviet G. N. Flerov dan K. A. Petrzhak).

Radiasi gamma - radiasi foton dengan spektrum energi diskrit, terjadi selama transformasi nuklir, perubahan keadaan energi inti atom, atau selama pemusnahan partikel. Emisi kuanta gamma menyertai transformasi radioaktif ketika inti baru terbentuk dalam keadaan energi tereksitasi. Masa hidup inti semacam itu ditentukan oleh fisika nuklir. sifat inti induk dan anak, khususnya, meningkat dengan penurunan energi transisi gamma dan dapat mencapai nilai yang relatif besar untuk kasus keadaan tereksitasi metastabil. Energi radiasi gamma yang dipancarkan oleh P. yang berbeda berkisar dari puluhan keV hingga beberapa MeV.

Stabilitas nuklir. Selama peluruhan beta, transformasi timbal balik proton dan neutron terjadi sampai rasio p dan n yang paling menguntungkan tercapai, yang sesuai dengan keadaan inti yang stabil. Semua nuklida dibagi dalam kaitannya dengan peluruhan beta menjadi inti beta-radioaktif dan beta-stabil. Beta-stabil mengacu pada nuklida stabil atau alfa-radioaktif yang peluruhan beta tidak mungkin dilakukan secara energetik. Semua I. tahan beta dalam kimia. unsur dengan nomor atom Z hingga 83 adalah stabil (dengan beberapa pengecualian), sedangkan unsur berat tidak memiliki I. stabil, dan semua I. beta-stabilnya bersifat alfa-radioaktif.

Selama transformasi radioaktif, energi dilepaskan, sesuai dengan rasio massa inti awal dan akhir, massa dan energi radiasi yang dipancarkan. Kemungkinan peluruhan p terjadi tanpa mengubah nomor massa A tergantung pada rasio massa isobar yang sesuai. Isobar dengan massa yang lebih besar sebagai hasil peluruhan beta berubah menjadi isobar dengan massa yang lebih kecil; semakin kecil massa isobar, semakin dekat ke keadaan P-stabil. Proses sebaliknya, berdasarkan hukum kekekalan energi, tidak dapat dilanjutkan. Jadi, misalnya, untuk isobar yang disebutkan di atas, transformasi berlanjut ke arah berikut dengan pembentukan isotop stabil belerang-32:

Inti nuklida yang resisten terhadap peluruhan beta mengandung setidaknya satu neutron per proton (pengecualian adalah 1 1 H dan 2 3 He), dan seiring dengan meningkatnya nomor atom, rasio N/Z meningkat dan mencapai nilai 1,6 untuk uranium.

Dengan peningkatan jumlah N, inti elemen ini menjadi tidak stabil sehubungan dengan peluruhan beta-minus elektronik (dengan transformasi n->p), oleh karena itu inti yang diperkaya neutron adalah beta-aktif. Dengan demikian, inti yang kekurangan neutron tidak stabil terhadap peluruhan positron beta+ atau penangkapan elektron (dengan transformasi p->n), sementara peluruhan alfa dan fisi spontan juga diamati pada inti berat.

Pemisahan stabil dan produksi isotop radioaktif artifisial. Pemisahan I. adalah pengayaan campuran alami I. bahan kimia ini. unsur oleh konstituen individu I. dan isolasi I. murni dari campuran ini. Semua metode pemisahan didasarkan pada efek isotop, yaitu pada perbedaan fisik dan kimia. sifat-sifat And yang berbeda dan bahan kimia yang mengandungnya. senyawa (kekuatan ikatan kimia, densitas, viskositas, kapasitas panas, suhu leleh, penguapan, laju difusi, dll.). Cara pembagian juga didasarkan pada perbedaan dalam perilaku Dan dan hubungan yang mengandung mereka dalam fiz-chem. proses. Praktis digunakan adalah elektrolisis, sentrifugasi, gas dan difusi termal, difusi dalam aliran uap, rektifikasi, kimia. dan pertukaran isotop, pemisahan elektromagnetik, pemisahan laser, dll. Jika satu proses memberikan efek yang rendah, yaitu, faktor pemisahan kecil I., proses ini diulang berkali-kali sampai tingkat pengayaan yang memadai diperoleh. I. Pemisahan unsur-unsur ringan paling efektif karena perbedaan relatif yang besar dalam massa isotopnya. Misalnya, "air berat", yaitu, air yang diperkaya dengan I. hidrogen - deuterium berat, yang massanya dua kali lebih besar, diperoleh pada skala industri di pabrik elektrolisis; Ekstraksi deuterium dengan distilasi suhu rendah juga sangat efisien. Pemisahan I. uranium (untuk mendapatkan bahan bakar nuklir - 235 U) dilakukan di pabrik difusi gas. Berbagai macam I. stabil yang diperkaya diperoleh pada instalasi pemisahan elektromagnetik. Dalam beberapa kasus, pemisahan dan pengayaan campuran radiasi radioaktif digunakan, misalnya, untuk mendapatkan radiasi radioaktif besi-55 dengan aktivitas spesifik tinggi dan kemurnian radionuklida.

Radiasi radioaktif artifisial diperoleh sebagai hasil dari reaksi nuklir—interaksi nuklida satu sama lain dan dengan partikel nuklir atau foton, yang menghasilkan pembentukan nuklida dan partikel lain. Reaksi nuklir secara konvensional dilambangkan sebagai berikut: pertama, simbol isotop awal ditunjukkan, dan kemudian simbol isotop yang terbentuk sebagai hasil dari reaksi nuklir ini. Dalam tanda kurung di antara mereka, partikel yang bekerja atau kuantum radiasi ditunjukkan terlebih dahulu, diikuti oleh partikel yang dipancarkan atau kuantum radiasi (lihat Tabel, kolom 2).

Probabilitas reaksi nuklir yang terjadi secara kuantitatif dicirikan oleh apa yang disebut penampang efektif (atau penampang melintang) reaksi, dilambangkan dengan huruf Yunani o dan dinyatakan dalam lumbung (10 -24 cm 2). Untuk mendapatkan nuklida radioaktif artifisial, reaktor nuklir digunakan (lihat Reaktor nuklir) dan akselerator partikel bermuatan (lihat). Banyak radionuklida yang digunakan dalam biologi dan kedokteran diperoleh dalam reaktor nuklir melalui reaksi nuklir penangkapan radiasi, yaitu penangkapan oleh inti neutron dengan emisi kuantum gamma (n, gamma), menghasilkan pembentukan isotop dari elemen yang sama dengan nomor massa satuan lebih besar dari aslinya, misalnya. 23 Na (n, ) 24 Na, 31 P(n, ) 32 P; menurut reaksi (n, ) diikuti oleh peluruhan radionuklida yang dihasilkan dan pembentukan "anak perempuan", misalnya. 130 Te (n, ) 131 Te -> 131 I; untuk reaksi dengan emisi partikel bermuatan (n, p), (n, 2n), (n, ); misalnya 14 N (n, p) 14 C; oleh reaksi sekunder dengan triton (t, p) dan (t, n), misalnya. 7 Li (n, ) 3 H dan kemudian 16O (t, n) 18 F; menurut reaksi fisi U (n, f), misalnya. 90 Sr, 133 Xe, dll. (lihat Reaksi nuklir).

Beberapa radionuklida tidak dapat diperoleh dalam reaktor nuklir sama sekali, atau produksinya tidak rasional untuk tujuan medis. Menurut reaksi (n, ), dalam banyak kasus tidak mungkin mendapatkan isotop tanpa pembawa; beberapa reaksi memiliki penampang a yang terlalu kecil, dan target yang diiradiasi memiliki kandungan relatif rendah dari isotop awal dalam campuran alami, yang menyebabkan hasil reaksi yang rendah dan aktivitas spesifik yang tidak memadai dari sediaan. Oleh karena itu, banyak radionuklida penting yang digunakan dalam radiodiagnostik, diperoleh dengan aktivitas spesifik yang cukup menggunakan target yang diperkaya secara isotop. Misalnya, untuk mendapatkan kalsium-47, target yang diperkaya kalsium-46 dari 0,003 hingga 10-20% diiradiasi; untuk mendapatkan besi-59, target dengan besi-58 yang diperkaya dari 0,31 hingga 80% diiradiasi untuk mendapatkan merkuri- 197 - target dengan merkuri-196 yang diperkaya dari 0,15 hingga 40%, dll.

Di dalam reaktor arr. menerima radionuklida dengan kelebihan neutron, meluruh dengan beta-mirus_radiation. Radionuklida kekurangan neutron, yang terbentuk dalam reaksi nuklir pada partikel bermuatan (p, d, alfa) dan foton dan meluruh dengan emisi positron atau dengan menangkap elektron, dalam banyak kasus diperoleh di siklotron, akselerator linier proton dan elektron ( dalam kasus terakhir, bremsstrahlung digunakan) pada energi partikel yang dipercepat dari urutan puluhan dan ratusan MeV. Jadi dapatkan untuk madu. radionuklida melalui reaksi: 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, dll. Keuntungan penting dari metode ini untuk memperoleh radionuklida adalah bahwa mereka, biasanya, memiliki bahan kimia yang berbeda. alam dari bahan target iradiasi dapat diisolasi dari yang terakhir tanpa pembawa. Ini memungkinkan Anda untuk menerima radiofarm yang diperlukan. obat dengan aktivitas spesifik tinggi dan kemurnian radionuklida.

Untuk mendapatkan banyak radionuklida berumur pendek langsung di institusi klinis, yang disebut. generator isotop yang mengandung radionuklida induk berumur panjang, selama peluruhan dimana radionuklida anak berumur pendek yang diinginkan terbentuk, misalnya. 99m Tc, 87m Sr, 113m In, 132 I. Yang terakhir dapat diekstraksi berulang kali dari generator selama masa hidup nuklida induk (lihat Generator Isotop Radioaktif).

Penerapan isotop dalam biologi dan kedokteran. Radiasi radioaktif dan stabil banyak digunakan dalam penelitian ilmiah. Sebagai label, mereka digunakan untuk persiapan indikator isotop (lihat Senyawa berlabel) - zat dan senyawa yang memiliki komposisi isotop berbeda dari yang alami. Metode indikator isotop digunakan untuk mempelajari distribusi, cara dan sifat pergerakan zat berlabel di berbagai media dan sistem, melakukan analisis kuantitatifnya, mempelajari struktur kimianya. senyawa dan zat aktif biologis, mekanisme berbagai proses dinamis, termasuk metabolisme mereka dalam tubuh tumbuhan, hewan dan manusia (lihat studi Radioisotop). Melalui metode indikator isotop melakukan penelitian di bidang biokimia (studi tentang metabolisme, struktur dan mekanisme biosintesis protein, nukleinat, lemak dan karbohidrat dalam organisme hidup, laju aliran biokimia, reaksi, dll. ); dalam fisiologi (migrasi ion dan berbagai zat, proses penyerapan lemak dan karbohidrat dari saluran pencernaan, ekskresi, sirkulasi, perilaku dan peran elemen mikro, dll.); dalam farmakologi dan toksikologi (studi tentang perilaku obat dan zat beracun, penyerapannya, cara dan kecepatan akumulasi, distribusi, ekskresi, mekanisme aksi, dll.); dalam mikrobiologi, imunologi, virologi (studi tentang biokimia mikroorganisme, mekanisme reaksi enzimatik dan imunokimia, interaksi virus dan sel, mekanisme aksi antibiotik, dll.); dalam kebersihan dan ekologi (studi tentang kontaminasi dengan zat berbahaya dan dekontaminasi industri dan lingkungan, rantai ekologi berbagai zat, migrasi mereka, dll.). Dan berlaku juga di medico-biol lainnya. penelitian (untuk mempelajari patogenesis berbagai penyakit, studi tentang perubahan awal metabolisme, dll.).

Dalam madu. Dalam praktiknya, radionuklida digunakan untuk mendiagnosis dan mengobati berbagai penyakit, serta untuk sterilisasi radiasi madu. bahan, produk dan obat-obatan. Klinik menggunakan lebih dari 130 radiodiagnostik dan 20 teknik radioterapi menggunakan radiofarmasi terbuka. preparat (RFP) dan sumber radiasi isotop tertutup. Untuk tujuan ini, St. 60 radionuklida, kira-kira. 30 di antaranya adalah yang paling luas (tabel). Persiapan radiodiagnostik memungkinkan untuk memperoleh informasi tentang fungsi dan keadaan anatomi organ dan sistem tubuh manusia. Di jantung diagnostik radioisotop (lihat) kemungkinan untuk mengikuti biol, perilaku kimia yang ditandai oleh radionuklida terletak. zat dan senyawa dalam organisme hidup tanpa melanggar keutuhan dan perubahan fungsinya. Pengenalan radioisotop yang diinginkan dari elemen yang sesuai ke dalam struktur kimia. Penggunaan senyawa, praktis tanpa mengubah sifat-sifatnya, memungkinkan untuk memantau perilakunya dalam organisme hidup dengan deteksi eksternal radiasi radiasi, yang merupakan salah satu keuntungan yang sangat penting dari metode diagnostik radioisotop.

Indikator dinamis dari perilaku senyawa berlabel memungkinkan untuk mengevaluasi fungsi, keadaan organ atau sistem yang diteliti. Jadi, menurut derajat pengenceran radiofarmaka dengan 24 Na, 42 K, 51 Cr, 52 Fe, 131 I, dll dalam media cair, volume darah yang bersirkulasi, eritrosit, pertukaran albumin, besi, pertukaran air elektrolit, dll. ditentukan. dan ekskresi radiofarmasi di organ, sistem tubuh atau di lesi, dimungkinkan untuk menilai keadaan hemodinamik pusat dan perifer, menentukan fungsi hati, ginjal, paru-paru, mempelajari metabolisme yodium, dll. Radiofarmasi dengan radioisotop yodium dan teknesium memungkinkan Anda mempelajari semua fungsi kelenjar tiroid. Dengan bantuan 99m Tc, 113m In, 123 I, 131 I, 133 Xe, Anda dapat melakukan studi komprehensif tentang paru-paru - untuk mempelajari distribusi aliran darah, keadaan ventilasi paru-paru dan bronkus. Radiofarmaka dengan 43 K, 86 Rb, 99m Tc, 67 Ga, 131 I, 113m In, 197 Hg, dll memungkinkan untuk menentukan aliran darah dan suplai darah ke otak, jantung, hati, ginjal dan organ lainnya. Solusi koloid radioaktif dan beberapa persiapan yodium-organik memungkinkan untuk menilai keadaan sel poligonal dan hepatosit (sel Kupffer) dan fungsi antitoksik hati. Dengan bantuan pemindaian radioisotop, studi anatomi dan topografi serta penentuan keberadaan, ukuran, bentuk dan posisi lesi volumetrik hati, ginjal, sumsum tulang, tiroid, paratiroid dan kelenjar ludah, paru-paru, kelenjar getah bening, dilakukan ; radionuklida 18 F, 67 Ga, 85 Sr, 87M Sr, 99M Tc memungkinkan untuk menyelidiki penyakit kerangka, dll.

Di Uni Soviet, standar keselamatan radiasi telah dikembangkan dan diberlakukan untuk pasien yang menggunakan zat radioaktif untuk tujuan diagnostik, yang secara ketat mengatur prosedur ini dalam hal tingkat paparan yang diizinkan. Karena itu, serta pilihan rasional metode dan peralatan untuk berbagai jenis pemeriksaan dan penggunaan radiofarmasi, jika memungkinkan, radionuklida berumur pendek yang memiliki karakteristik radiasi yang menguntungkan dalam hal efisiensi pendaftarannya dengan paparan radiasi minimal. , paparan radiasi ke tubuh pasien selama prosedur diagnostik radioisotop jauh lebih rendah daripada dosis yang diterima di rentgenol, inspeksi, dan dalam kebanyakan kasus tidak melebihi seperseratus dan persepuluh senang.

Pada tahun 70-an. abad ke-20 preparat radioisotop telah menjadi lebih banyak digunakan untuk studi in vitro, terutama untuk imunokimia. analisis. Radioimunokimia. metode didasarkan pada imunokimia yang sangat spesifik. reaksi antigen - antibodi, sebagai akibat dari pemotongan kompleks stabil dari antibodi dan antigen terbentuk. Setelah memisahkan kompleks yang dihasilkan dari antibodi atau antigen yang tidak bereaksi, penentuan kuantitatif dilakukan dengan mengukur radioaktivitasnya. Penggunaan antigen atau antibodi berlabel radioisotop, mis. 125 I, meningkatkan sensitivitas imunokimia. tes puluhan dan ratusan kali. Dengan menggunakan tes ini, dimungkinkan untuk menentukan kandungan hormon, antibodi, antigen, enzim, enzim, vitamin, dan zat aktif biologis lainnya dalam tubuh pada konsentrasi hingga 0,1 mg/ml. Dengan demikian dimungkinkan untuk mendefinisikan tidak hanya berbagai patol, negara bagian, tetapi juga perubahan yang sangat kecil yang mencerminkan tahap awal suatu penyakit. Misalnya, teknik ini berhasil digunakan untuk diagnosis awal in vitro diabetes mellitus, hepatitis menular, gangguan metabolisme karbohidrat, beberapa alergi dan sejumlah penyakit lainnya. Tes radioisotop tersebut tidak hanya lebih sensitif, sederhana, tetapi juga memungkinkan untuk penelitian massal dan benar-benar aman untuk pasien (lihat Diagnostik Radioisotop).

Dengan berbaring. tujuan radiofarmasi dan sumber radiasi radionuklida diterapkan oleh Ch. arr. dalam onkologi, serta dalam pengobatan penyakit inflamasi, eksim, dll. (lihat Terapi radiasi). Untuk tujuan ini, baik radiofarmasi terbuka yang disuntikkan ke dalam tubuh, ke dalam jaringan, rongga serosa, rongga sendi, secara intravena, intraarterial dan ke dalam sistem limfatik, serta sumber radiasi tertutup untuk terapi eksternal, intracavitary, dan interstitial digunakan. Dengan bantuan radiofarmasi yang sesuai, Ch. arr. koloid dan suspensi yang mengandung 32 P, 90 Y, 131 I, 198 Au dan radionuklida lainnya mengobati penyakit pada sistem hematopoietik dan berbagai tumor, bekerja secara lokal pada patol, fokus. Untuk iradiasi kontak (dermatol, dan aplikator beta mata), 32 P, 90 Sr, 90 Y, 147 Pm, 204 Tl digunakan, dalam perangkat terapi gamma jarak jauh - sumber 60 Co atau 137 Cs aktivitas tinggi (ratusan dan ribuan kari). Untuk iradiasi interstitial dan intracavitary, jarum, butiran, kawat dan jenis khusus lainnya dari sumber tertutup dengan 60 Co, 137 Cs, 182 Ta, 192 Ir, 198 Au digunakan (lihat Obat radioaktif).

Nuklida radioaktif juga digunakan untuk mensterilkan bahan, produk medis. resep dan obat-obatan. Penerapan praktis sterilisasi radiasi telah dimungkinkan sejak tahun 50-an, ketika sumber radiasi pengion yang kuat muncul.Dibandingkan dengan metode sterilisasi tradisional (lihat), metode radiasi memiliki sejumlah keunggulan. Karena pada dosis radiasi sterilisasi biasa (2-3 Mrad) tidak ada peningkatan suhu benda yang diiradiasi secara signifikan, sterilisasi radiasi benda termolabil, termasuk biol, preparat dan produk dari beberapa jenis plastik, menjadi mungkin. Efek radiasi pada sampel yang diiradiasi terjadi secara bersamaan di seluruh volumenya, dan sterilisasi dilakukan dengan tingkat keandalan yang tinggi. Pada saat yang sama, indikator warna dari dosis yang diterima digunakan untuk kontrol, ditempatkan pada permukaan paket objek yang disterilkan. Madu. produk dan sarana disterilkan pada akhir technol. siklus sudah dalam bentuk jadi dan dalam kemasan kedap udara, termasuk dari bahan polimer, yang menghilangkan kebutuhan untuk menciptakan kondisi produksi yang benar-benar aseptik dan menjamin sterilitas setelah pelepasan produk oleh perusahaan. Sterilisasi radiasi sangat efektif untuk madu. produk sekali pakai (jarum suntik, jarum, kateter, sarung tangan, jahitan dan pembalut, sistem pengumpulan dan transfusi darah, produk biologis, instrumen bedah, dll.), obat-obatan non-suntik, tablet dan salep. Selama sterilisasi radiasi larutan obat, seseorang harus memperhitungkan kemungkinan dekomposisi radiasinya, yang menyebabkan perubahan komposisi dan sifat (lihat Sterilisasi, dingin).

Toksikologi isotop radioaktif - cabang toksikologi yang mempelajari efek zat radioaktif yang dimasukkan pada organisme hidup. Tugas utamanya adalah: menetapkan tingkat pemeliharaan dan penerimaan radionuklida yang dapat diterima dalam tubuh manusia dengan udara, air, dan bahan makanan, serta tingkat keamanan RV yang dimasukkan ke dalam organisme secara bersamaan, penelitian radiodiagnostik; klarifikasi spesifik kerusakan oleh radionuklida tergantung pada sifat distribusinya, energi dan jenis radiasi, waktu paruh, dosis, rute dan ritme asupan dan pencarian cara efektif untuk mencegah kerusakan.

Pengaruh radionuklida pada tubuh manusia, banyak digunakan dalam industri, ilmiah dan madu, dipelajari paling dalam. penelitian, serta yang dihasilkan dari fisi bahan bakar nuklir.

Toksikologi isotop radioaktif secara organik terhubung dengan radiobiologi (lihat), kebersihan radiasi (lihat) dan radiologi medis (lihat).

Zat radioaktif bisa masuk ke dalam tubuh manusia melalui saluran pernapasan, lanjut. saluran, kulit, permukaan luka, dan dengan suntikan - melalui pembuluh darah, jaringan otot, permukaan artikular. Sifat distribusi radionuklida di dalam tubuh tergantung pada bahan kimia utamanya. sifat unsur, bentuk senyawa yang diberikan, rute masuk dan fiziol, keadaan organisme.

Perbedaan yang cukup signifikan ditemukan pada distribusi dan rute ekskresi masing-masing radionuklida. Senyawa terlarut Ca, Sr, Ba, Ra, Y, Zr secara selektif terakumulasi dalam jaringan tulang; La, Ce, Pr, Pu, Am, Cm, Cf, Np - di hati dan jaringan tulang; K, Cs, Rb - dalam jaringan otot; Nb, Ru, Te, Po didistribusikan secara relatif merata, meskipun cenderung menumpuk di jaringan retikuloendotelial limpa, sumsum tulang, kelenjar adrenal dan kelenjar getah bening; I dan At - di kelenjar tiroid.

Distribusi dalam tubuh unsur-unsur yang termasuk dalam kelompok tertentu dari sistem periodik Mendeleev memiliki banyak kesamaan. Unsur-unsur dari kelompok utama pertama (Li, Na, K, Rb, Cs) diserap sepenuhnya dari usus, didistribusikan secara relatif merata ke seluruh organ dan diekskresikan terutama melalui urin. Unsur-unsur dari kelompok utama kedua (Ca, Sr, Ba, Ra) diserap dengan baik dari usus, secara selektif disimpan dalam kerangka, dan diekskresikan dalam jumlah yang agak besar dengan tinja. Unsur-unsur dari kelompok samping utama ketiga dan keempat, termasuk lantanida ringan, aktinida dan elemen transuranium, praktis tidak diserap dari usus, sebagai aturan, mereka disimpan secara selektif di hati dan, pada tingkat lebih rendah, di kerangka, dan diekskresikan terutama dengan feses. Unsur-unsur dari kelompok utama kelima dan keenam dari sistem periodik, dengan pengecualian Po, relatif baik diserap dari usus dan diekskresikan hampir secara eksklusif dalam urin pada hari pertama, karena itu mereka ditemukan di organ dalam jumlah yang relatif kecil. .

Deposisi radionuklida di jaringan paru selama inhalasi tergantung pada ukuran partikel yang dihirup dan kelarutannya. Semakin besar aerosol, semakin besar proporsi mereka disimpan di nasofaring dan yang lebih kecil menembus ke dalam paru-paru. Senyawa yang ringan dan sulit larut perlahan-lahan pergi. Konsentrasi tinggi radionuklida tersebut sering ditemukan di limf, node akar paru-paru. Sangat cepat diserap di paru-paru tritium oksida, senyawa larut unsur alkali dan alkali tanah. Pu, Am, Ce, Cm dan logam berat lainnya secara perlahan diserap ke dalam paru-paru.

Standar keselamatan radiasi (Radiation Safety Standards/RSR) mengatur asupan dan kandungan radionuklida dalam tubuh orang yang pekerjaannya terkait dengan bahaya kerja, dan individu dari populasi, serta populasi secara keseluruhan, konsentrasi radionuklida yang diizinkan di udara atmosfer. dan air, produk makanan. Norma-norma ini didasarkan pada nilai dosis maksimum yang diizinkan (MPD) dari paparan yang ditetapkan untuk empat kelompok organ dan jaringan kritis (lihat Organ Kritis, Dosis Maksimum yang Diizinkan).

Untuk orang yang bekerja dalam kondisi bahaya kerja, nilai SDA yang diterima untuk iradiasi seluruh tubuh, gonad dan sumsum tulang merah adalah 5 rem / tahun, otot dan jaringan adiposa, hati, ginjal, limpa, zhel.-kish. saluran, paru-paru, lensa mata - 15 rem / tahun, jaringan tulang, kelenjar tiroid dan kulit - 30 rem / tahun, tangan, lengan bawah, pergelangan kaki dan kaki - 75 rem / tahun.

Norma untuk individu dari populasi direkomendasikan 10 kali lebih rendah daripada untuk orang yang bekerja dalam kondisi bahaya kerja. Iradiasi seluruh populasi diatur oleh dosis yang signifikan secara genetik, yang tidak boleh melebihi 5 rem dalam 30 tahun. Dosis ini tidak termasuk kemungkinan dosis radiasi akibat madu. prosedur dan radiasi latar alami.

Nilai asupan maksimum tahunan senyawa larut dan tidak larut (µCi/tahun) melalui organ pernapasan untuk personel, batas asupan tahunan radionuklida melalui organ pernapasan dan pencernaan untuk individu dari populasi, rata-rata konsentrasi tahunan yang diizinkan (MAC) radionuklida di atmosfer udara dan air (curie / k) untuk individu dari populasi, serta kandungan radionuklida dalam organ kritis yang sesuai dengan tingkat asupan maksimum yang diizinkan (mCi) untuk personel, diberikan dalam peraturan.

Ketika menghitung tingkat asupan radionuklida yang diizinkan ke dalam tubuh, sifat distribusi radionuklida yang sering terjadi di organ dan jaringan individu juga diperhitungkan. Distribusi radionuklida yang tidak merata, yang mengarah pada penciptaan dosis lokal yang tinggi, mendasari toksisitas tinggi pemancar alfa, yang sebagian besar difasilitasi oleh tidak adanya proses pemulihan dan penjumlahan hampir lengkap dari kerusakan yang disebabkan oleh jenis radiasi ini.

Sebutan: - - radiasi beta; + - radiasi positron; n - neutron; p - proton; d - deuteron; t - triton; - partikel alfa; E.Z. - peluruhan dengan penangkapan elektron; - radiasi gamma (sebagai aturan, hanya garis utama spektrum yang diberikan); I. P. - transisi isomer; U (n, f) - reaksi fisi uranium. Isotop yang ditentukan diisolasi dari campuran produk fisi; 90 Sr-> 90 Y - memperoleh isotop anak (90 Y) sebagai hasil peluruhan isotop induk (90 Sr), termasuk menggunakan generator isotop.

Bibliografi: Ivanov I. I. et al.Isotop radioaktif dalam kedokteran dan biologi, M., 1955; Kamen M. Pelacak radioaktif dalam biologi, trans. dari bahasa Inggris, M., 1948, bibliografi; Levin V. I. Memperoleh isotop radioaktif, M., 1972; Standar keamanan radiasi (NRB-69), M., 1972; Memperoleh dalam reaktor dan penggunaan isotop berumur pendek, trans. dari dalam., ed. V. V. Bochkareva dan B. V. Kurchatov. Moskow, 1965. Produksi Isotop, ed. V.V. Bochkareva.Moskow, 1973. Selinov I. P. Inti atom dan transformasi nuklir, t. 1, M.-L., 1951, bibliogr.; Tumanyan M. A. dan Kaushansky D. A. Sterilisasi radiasi, M., 1974, bibliogr.; Fateeva M. N. Esai tentang diagnostik radioisotop, M., 1960, bibliogr.; Heveshi G. Pelacak radioaktif, trans. dari bahasa Inggris, M., 1950, bibliografi; Studi dinamis dengan radioisotop dalam kedokteran 1974, Proc, symp., v. 1-2, Wina, IAEA, 1975; L e d e g e g Ch. M., Hollander J. M. a. P e g 1 m dan n I. Tabel isotop, N. Y., 1967; Silver S. Isotop radioaktif dalam kedokteran klinis, New Engl. J. Med., v. 272, hal. 569, 1965, daftar pustaka.

V.V. Bochkarev; Yu. I. Moskalev (toks.), Penyusun tabel. V.V. Bochkarev.

Ulangi ketentuan utama topik "Konsep dasar kimia" dan selesaikan tugas yang diusulkan. Gunakan ##6-17.

Poin-poin penting

1. Zat(sederhana dan kompleks) adalah setiap kombinasi atom dan molekul yang berada dalam keadaan agregasi tertentu.

Perubahan wujud zat yang disertai dengan perubahan komposisi dan (atau) strukturnya disebut reaksi kimia .

2. Unit struktural zat:

· Atom- partikel netral terkecil dari unsur kimia dan zat sederhana, yang memiliki semua sifat kimianya dan selanjutnya tidak dapat dibagi lagi secara fisik dan kimia.

· Molekul- partikel netral terkecil dari suatu zat yang memiliki semua sifat kimianya, secara fisik tidak dapat dibagi, tetapi dapat dibagi secara kimia.

3. unsur kimia Jenis atom dengan muatan inti tertentu.

4. Menggabungkan atom :

Partikel	Bagaimana menentukan?	Mengenakan biaya		Bobot
		Cl	satuan konvensional		pagi
Elektron	Urut Nomor (N)	1.6 ∙ 10 -19		9.10 ∙ 10 -28	0.00055
Proton	Urut nomor (N)	1.6 ∙ 10 -19		1.67 ∙ 10 -24	1.00728
neutron	Ar-N			1.67 ∙ 10 -24	1.00866

5. Menggabungkan inti atom :

Inti terdiri dari partikel elementer ( nukleon) –

proton(1 1 p ) dan neutron(10n).

· Karena Hampir semua massa atom terkonsentrasi di nukleus m p ≈ M N1 am, kemudian nilai bulatSebuah rsuatu unsur kimia sama dengan jumlah total nukleon dalam inti.

7. isotop- berbagai atom dari unsur kimia yang sama, hanya berbeda satu sama lain dalam massanya.

· Penunjukan isotop: di sebelah kiri lambang unsur menunjukkan nomor massa (atas) dan nomor urut unsur (bawah)

Mengapa isotop memiliki massa yang berbeda?

Tugas: Menentukan komposisi atom isotop klorin: 35 17Cldan 37 17Cl?

Isotop memiliki massa yang berbeda karena jumlah neutron yang berbeda dalam intinya.

8. Di alam, unsur-unsur kimia ada sebagai campuran isotop.

Komposisi isotop dari unsur kimia yang sama dinyatakan dalam pecahan atom(ω di.), yang menunjukkan bagian mana yang merupakan jumlah atom dari suatu isotop tertentu dari jumlah total atom dari semua isotop suatu unsur tertentu, diambil sebagai satu atau 100%.

Sebagai contoh:

di (35 17 Cl) = 0,754

di (37 17 Cl) = 0,246

9. Tabel periodik menunjukkan nilai rata-rata massa atom relatif unsur-unsur kimia, dengan mempertimbangkan komposisi isotopnya. Oleh karena itu A r yang ditunjukkan dalam tabel adalah pecahan.

Sebuah rMenikahi= ω di.(1) ∙ Ar (1) + … + ω pada.(n ) ∙ Ar ( n )

Sebagai contoh:

Sebuah rMenikahi(Cl) \u003d 0,754 35 + 0,246 37 \u003d 35,453

10. Tugas untuk dipecahkan:

nomor 1. Tentukan massa atom relatif boron jika diketahui bahwa fraksi mol isotop 10 B adalah 19,6%, dan isotop 11 B adalah 80,4%.

11. Massa atom dan molekul sangat kecil. Saat ini, sistem pengukuran terpadu telah diadopsi dalam fisika dan kimia.

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

Massa mutlak beberapa atom:

m( C) \u003d 1.99268 10 -23 g

m( H) \u003d 1.67375 10 -24 g

m( HAI) \u003d 2.656812 10 -23 g

Sebuah r- menunjukkan berapa kali atom tertentu lebih berat dari 1/12 atom 12 C. Tn1,66 10 -27 kg

13. Jumlah atom dan molekul dalam sampel zat biasa sangat besar, oleh karena itu, ketika mengkarakterisasi jumlah suatu zat, unit pengukuran digunakan -tahi lalat .

· Tahi lalat (ν)- satuan jumlah zat yang mengandung partikel (molekul, atom, ion, elektron) sebanyak jumlah atom dalam 12 g isotop 12 C

Massa 1 atom 12 C adalah 12 sma, jadi jumlah atom dalam 12 g isotop 12 C sama dengan:

tidak ada= 12 g / 12 1.66057 10 -24 g = 6.0221 10 23

· Kuantitas fisik tidak ada ditelepon Avogadro konstan (Bilangan Avogadro) dan memiliki dimensi [ N A ] = mol -1 .

14. Rumus dasar:

M = Tn = ρ ∙ Vm(ρ – kepadatan; V m – volume pada n.c.)

Tugas untuk solusi independen

nomor 1. Hitung jumlah atom nitrogen dalam 100 g amonium karbonat yang mengandung 10% pengotor non-nitrogen.

2. Dalam keadaan normal, 12 liter campuran gas yang terdiri dari amonia dan karbon dioksida memiliki massa 18 g. Berapa liter masing-masing gas yang terkandung dalam campuran?

Nomor 3. Di bawah aksi kelebihan asam klorida pada 8,24 g campuran mangan oksida (IV) dengan oksida MO 2 yang tidak diketahui yang tidak bereaksi dengan asam klorida, 1,344 l gas pada n.o. Dalam percobaan lain, ditemukan bahwa rasio molar oksida mangan (IV) dengan oksida yang tidak diketahui adalah 3:1. Tetapkan rumus untuk oksida yang tidak diketahui dan hitung fraksi massanya dalam campuran.

Telah ditetapkan bahwa setiap unsur kimia yang ditemukan di alam adalah campuran isotop (karenanya mereka memiliki massa atom fraksional). Untuk memahami bagaimana isotop berbeda satu sama lain, perlu untuk mempertimbangkan secara rinci struktur atom. Sebuah atom membentuk nukleus dan awan elektron. Massa atom dipengaruhi oleh elektron yang bergerak dengan kecepatan yang mengejutkan dalam orbit di awan elektron, neutron dan proton yang membentuk nukleus.

Apa itu isotop?

isotop Jenis atom dari unsur kimia. Jumlah elektron dan proton selalu sama dalam setiap atom. Karena mereka memiliki muatan yang berlawanan (elektron negatif, dan proton positif), atom selalu netral (partikel elementer ini tidak membawa muatan, itu sama dengan nol). Ketika elektron hilang atau ditangkap, atom kehilangan netralitasnya, menjadi ion negatif atau positif.
Neutron tidak memiliki muatan, tetapi jumlahnya dalam inti atom dari unsur yang sama bisa berbeda. Ini tidak mempengaruhi netralitas atom, tetapi mempengaruhi massa dan sifat-sifatnya. Misalnya, setiap isotop atom hidrogen masing-masing memiliki satu elektron dan satu proton. Dan jumlah neutron berbeda. Protium hanya memiliki 1 neutron, deuterium memiliki 2 neutron, dan tritium memiliki 3 neutron. Ketiga isotop ini sangat berbeda satu sama lain dalam sifat.

Perbandingan isotop

Bagaimana perbedaan isotop? Mereka memiliki jumlah neutron yang berbeda, massa yang berbeda dan sifat yang berbeda. Isotop memiliki struktur kulit elektron yang identik. Ini berarti bahwa mereka sangat mirip dalam sifat kimia. Oleh karena itu, mereka ditugaskan satu tempat dalam sistem periodik.
Isotop yang stabil dan radioaktif (tidak stabil) telah ditemukan di alam. Inti atom isotop radioaktif dapat secara spontan berubah menjadi inti lain. Dalam proses peluruhan radioaktif, mereka memancarkan berbagai partikel.
Sebagian besar unsur memiliki lebih dari dua lusin isotop radioaktif. Selain itu, isotop radioaktif disintesis secara artifisial untuk semua elemen. Dalam campuran alami isotop, kandungannya sedikit berfluktuasi.
Keberadaan isotop memungkinkan untuk memahami mengapa, dalam beberapa kasus, unsur-unsur dengan massa atom yang lebih rendah memiliki nomor seri yang lebih tinggi daripada unsur-unsur dengan massa atom yang lebih besar. Misalnya, dalam pasangan argon-kalium, argon termasuk isotop berat, dan kalium termasuk isotop ringan. Oleh karena itu, massa argon lebih besar daripada kalium.

ImGist menentukan bahwa perbedaan antara isotop satu sama lain adalah sebagai berikut:

Mereka memiliki jumlah neutron yang berbeda.
Isotop memiliki massa atom yang berbeda.
Nilai massa atom ion mempengaruhi energi total dan sifat-sifatnya.

Ketika mempelajari sifat-sifat unsur radioaktif, ditemukan bahwa atom dengan massa inti yang berbeda dapat ditemukan dalam unsur kimia yang sama. Pada saat yang sama, mereka memiliki muatan inti yang sama, yaitu, ini bukan pengotor dari zat pihak ketiga, tetapi zat yang sama.

Apa itu isotop dan mengapa ada?

Dalam sistem periodik Mendeleev, baik unsur tertentu maupun atom suatu zat dengan massa inti yang berbeda menempati satu sel. Berdasarkan hal di atas, varietas seperti itu dari zat yang sama diberi nama "isotop" (dari bahasa Yunani isos - sama dan topos - tempat). Jadi, isotop- ini adalah varietas dari unsur kimia tertentu, berbeda dalam massa inti atom.

Menurut neutron yang diterima model inti roton Keberadaan isotop dapat dijelaskan sebagai berikut: inti beberapa atom suatu zat mengandung jumlah neutron yang berbeda, tetapi jumlah proton yang sama. Faktanya, muatan inti isotop satu elemen adalah sama, oleh karena itu, jumlah proton dalam nukleus adalah sama. Inti berbeda dalam massa, masing-masing, mengandung jumlah neutron yang berbeda.

Isotop stabil dan tidak stabil

Isotop bersifat stabil atau tidak stabil. Sampai saat ini, sekitar 270 isotop stabil dan lebih dari 2000 isotop tidak stabil telah diketahui. isotop stabil- Ini adalah jenis unsur kimia yang dapat berdiri sendiri untuk waktu yang lama.

Kebanyakan isotop tidak stabil diperoleh secara artifisial. Isotop yang tidak stabil bersifat radioaktif, intinya tunduk pada proses peluruhan radioaktif, yaitu, transformasi spontan menjadi inti lain, disertai dengan emisi partikel dan / atau radiasi. Hampir semua isotop radioaktif buatan memiliki waktu paruh yang sangat pendek, diukur dalam hitungan detik dan bahkan sepersekian detik.

Berapa banyak isotop yang dapat dikandung oleh inti?

Nukleus tidak dapat mengandung jumlah neutron yang berubah-ubah. Dengan demikian, jumlah isotop terbatas. Bahkan dalam jumlah proton unsur, jumlah isotop stabil bisa mencapai sepuluh. Misalnya timah memiliki 10 isotop, xenon memiliki 9, merkuri memiliki 7, dan seterusnya.

Elemen-elemen itu jumlah proton ganjil, hanya dapat memiliki dua isotop stabil. Beberapa unsur hanya memiliki satu isotop stabil. Ini adalah zat seperti emas, aluminium, fosfor, natrium, mangan dan lain-lain. Variasi seperti itu dalam jumlah isotop stabil untuk elemen yang berbeda dikaitkan dengan ketergantungan kompleks dari jumlah proton dan neutron pada energi ikat inti.

Hampir semua zat di alam ada sebagai campuran isotop. Jumlah isotop dalam komposisi suatu zat tergantung pada jenis zat, massa atom dan jumlah isotop stabil dari unsur kimia tertentu.

Bahkan para filsuf kuno menyarankan bahwa materi dibangun dari atom. Namun, fakta bahwa "batu bata" alam semesta itu sendiri terdiri dari partikel terkecil, para ilmuwan mulai menebak hanya pada pergantian abad ke-19 dan ke-20. Eksperimen yang membuktikan hal ini membuat revolusi nyata dalam sains pada masanya. Ini adalah rasio kuantitatif dari bagian-bagian penyusunnya yang membedakan satu unsur kimia dari unsur lainnya. Masing-masing memiliki tempat tersendiri sesuai dengan nomor urutnya. Tetapi ada jenis atom yang menempati sel yang sama dalam tabel, meskipun ada perbedaan massa dan sifat. Mengapa demikian dan apa isotop dalam kimia akan dibahas nanti.

Atom dan partikelnya

Menjelajahi struktur materi melalui pemboman dengan partikel alfa, E. Rutherford membuktikan pada tahun 1910 bahwa ruang utama atom diisi dengan kekosongan. Dan hanya di tengah adalah inti. Elektron negatif bergerak dalam orbit di sekitarnya, membentuk cangkang sistem ini. Ini adalah bagaimana model planet dari "batu bata" materi diciptakan.

Apa itu isotop? Ingat dari pelajaran kimia bahwa nukleus juga memiliki struktur yang kompleks. Ini terdiri dari proton positif dan neutron yang tidak bermuatan. Jumlah yang pertama menentukan karakteristik kualitatif unsur kimia. Ini adalah jumlah proton yang membedakan zat satu sama lain, memberi inti mereka dengan muatan tertentu. Dan atas dasar ini, mereka diberi nomor seri dalam tabel periodik. Tetapi jumlah neutron dalam unsur kimia yang sama membedakannya menjadi isotop. Oleh karena itu, definisi dalam kimia dari konsep ini dapat diberikan sebagai berikut. Ini adalah jenis atom yang berbeda dalam komposisi inti, memiliki muatan dan nomor seri yang sama, tetapi memiliki nomor massa yang berbeda karena perbedaan jumlah neutron.

Notasi

Mempelajari kimia di kelas 9 dan isotop, siswa akan belajar tentang konvensi yang diterima. Huruf Z menandai muatan inti. Angka ini bertepatan dengan jumlah proton dan karena itu merupakan indikatornya. Jumlah unsur-unsur ini dengan neutron, ditandai dengan tanda N, adalah A - nomor massa. Keluarga isotop dari satu zat, sebagai suatu peraturan, ditunjukkan oleh ikon unsur kimia itu, yang dalam tabel periodik diberkahi dengan nomor seri yang sesuai dengan jumlah proton di dalamnya. Superskrip kiri yang ditambahkan ke ikon yang ditentukan sesuai dengan nomor massa. Misalnya, 238 U. Muatan suatu unsur (dalam hal ini, uranium, ditandai dengan nomor seri 92) ditunjukkan oleh indeks serupa di bawah ini.

Mengetahui data ini, seseorang dapat dengan mudah menghitung jumlah neutron dalam isotop tertentu. Itu sama dengan nomor massa dikurangi nomor seri: 238 - 92 \u003d 146. Jumlah neutron bisa lebih sedikit, dari sini unsur kimia ini tidak akan berhenti menjadi uranium. Perlu dicatat bahwa paling sering zat lain yang lebih sederhana memiliki jumlah proton dan neutron yang kira-kira sama. Informasi tersebut membantu untuk memahami apa itu isotop dalam kimia.

Nukleon

Ini adalah jumlah proton yang memberikan individualitas pada elemen tertentu, dan jumlah neutron tidak memengaruhinya dengan cara apa pun. Tetapi massa atom terdiri dari dua elemen yang ditunjukkan ini, yang memiliki nama umum "nukleon", yang mewakili jumlah mereka. Namun, indikator ini tidak bergantung pada mereka yang membentuk kulit atom yang bermuatan negatif. Mengapa? Ini layak hanya membandingkan.

Fraksi massa proton dalam atom besar dan kira-kira 1 AU. u m atau 1,672 621 898 (21) 10 -27 kg. Neutron mendekati parameter partikel ini (1.674 927 471 (21) 10 -27 kg). Tetapi massa elektron ribuan kali lebih kecil, dianggap dapat diabaikan dan tidak diperhitungkan. Itulah sebabnya, mengetahui superskrip suatu unsur dalam kimia, tidaklah sulit untuk mengetahui komposisi inti isotop.

Isotop hidrogen

Isotop dari beberapa elemen sangat terkenal dan umum di alam sehingga mereka telah menerima nama mereka sendiri. Contoh paling jelas dan paling sederhana dari ini adalah hidrogen. Dalam kondisi alami, ia ditemukan dalam bentuk protium yang paling umum. Unsur ini memiliki nomor massa 1, dan intinya terdiri dari satu proton.

Jadi apa isotop hidrogen dalam kimia? Seperti yang Anda ketahui, atom-atom zat ini memiliki nomor pertama dalam tabel periodik dan, karenanya, diberkahi di alam dengan nomor muatan 1. Tetapi jumlah neutron dalam inti atom berbeda untuk mereka. Deuterium, sebagai hidrogen berat, selain proton memiliki satu partikel lagi di dalam nukleus, yaitu neutron. Akibatnya, zat ini menunjukkan sifat fisiknya sendiri, tidak seperti protium, memiliki berat, titik leleh, dan titik didihnya sendiri.

Tritium

Tritium adalah yang paling kompleks dari semuanya. Ini adalah hidrogen superberat. Sesuai dengan definisi isotop dalam kimia, ia memiliki nomor muatan 1, tetapi nomor massa 3. Ini sering disebut triton, karena selain satu proton, ia memiliki dua neutron di dalam nukleus, yaitu, itu terdiri dari tiga unsur. Nama elemen ini, ditemukan pada tahun 1934 oleh Rutherford, Oliphant dan Harteck, telah diusulkan bahkan sebelum penemuannya.

Ini adalah zat yang tidak stabil yang menunjukkan sifat radioaktif. Nukleusnya memiliki kemampuan untuk membelah dengan pelepasan partikel beta dan antineutrino elektron. Energi peluruhan zat ini tidak terlalu tinggi yaitu sebesar 18,59 keV. Karena itu, radiasi semacam itu tidak terlalu berbahaya bagi manusia. Pakaian biasa dan sarung tangan bedah dapat melindunginya. Dan unsur radioaktif yang diperoleh dengan makanan ini dengan cepat dikeluarkan dari tubuh.

Isotop uranium

Yang jauh lebih berbahaya adalah berbagai jenis uranium, 26 di antaranya diketahui oleh sains saat ini.Oleh karena itu, ketika berbicara tentang isotop apa dalam kimia, tidak mungkin untuk tidak menyebutkan unsur ini. Terlepas dari berbagai jenis uranium, hanya tiga isotopnya yang terjadi di alam. Ini termasuk 234 U, 235 U, 238 U. Yang pertama, memiliki sifat yang sesuai, secara aktif digunakan sebagai bahan bakar dalam reaktor nuklir. Dan yang terakhir - untuk produksi plutonium-239, yang dengan sendirinya, pada gilirannya, sangat diperlukan sebagai bahan bakar yang paling berharga.

Masing-masing unsur radioaktif memiliki ciri khasnya sendiri, yaitu lamanya waktu di mana zat tersebut membelah dengan perbandingan . Artinya, sebagai hasil dari proses ini, jumlah bagian zat yang diawetkan menjadi setengahnya. Periode waktu untuk uranium ini sangat besar. Misalnya, untuk isotop-234, diperkirakan 270 milenium, dan untuk dua varietas terindikasi lainnya, itu jauh lebih signifikan. Rekor waktu paruh adalah uranium-238, berlangsung miliaran tahun.

Nuklida

Tidak setiap jenis atom, yang dicirikan oleh jumlah proton dan elektronnya sendiri dan ditentukan secara ketat, begitu stabil sehingga setidaknya ada periode yang cukup lama untuk mempelajarinya. Mereka yang relatif stabil disebut nuklida. Formasi stabil semacam ini tidak mengalami peluruhan radioaktif. Tidak stabil disebut radionuklida dan, pada gilirannya, juga dibagi menjadi berumur pendek dan berumur panjang. Seperti diketahui dari pelajaran kimia kelas 11 tentang struktur atom isotop, osmium dan platinum memiliki jumlah radionuklida paling banyak. Kobalt dan emas masing-masing memiliki satu nuklida stabil, dan timah memiliki jumlah nuklida stabil terbesar.

Perhitungan nomor seri isotop

Sekarang mari kita coba meringkas informasi yang dijelaskan sebelumnya. Setelah memahami apa itu isotop dalam kimia, inilah saatnya untuk mencari tahu bagaimana Anda dapat menggunakan pengetahuan yang diperoleh. Mari kita lihat ini dengan contoh spesifik. Misalkan diketahui bahwa suatu unsur kimia tertentu memiliki nomor massa 181. Pada saat yang sama, kulit atom zat ini mengandung 73 elektron. Bagaimana seseorang, dengan menggunakan tabel periodik, dapat mengetahui nama unsur tertentu, serta jumlah proton dan neutron dalam nukleusnya?

Mari kita mulai memecahkan masalah. Anda dapat menentukan nama suatu zat dengan mengetahui nomor serinya, yang sesuai dengan jumlah proton. Karena jumlah muatan positif dan negatif dalam sebuah atom sama, yaitu 73. Jadi, ini adalah tantalum. Selain itu, jumlah total nukleon adalah 181, yang berarti bahwa proton dari elemen ini adalah 181 - 73 = 108. Cukup sederhana.

Isotop galium

Unsur galium di memiliki nomor atom 71. Di alam, zat ini memiliki dua isotop - 69 Ga dan 71 Ga. Bagaimana cara menentukan persentase varietas galium?

Memecahkan masalah tentang isotop dalam kimia hampir selalu dikaitkan dengan informasi yang dapat diperoleh dari tabel periodik. Kali ini, Anda harus melakukan hal yang sama. Mari kita tentukan massa atom rata-rata dari sumber yang ditunjukkan. Itu sama dengan 69,72. Menyatakan untuk x dan y rasio kuantitatif isotop pertama dan kedua, kita mengambil jumlah mereka sama dengan 1. Jadi, dalam bentuk persamaan, ini akan ditulis: x + y = 1. Maka 69x + 71y = 69.72. Mengekspresikan y dalam x dan mensubstitusi persamaan pertama ke persamaan kedua, kita mendapatkan bahwa x = 0,64 dan y = 0,36. Artinya 69 Ga terkandung di alam 64%, dan persentase 71 Ga adalah 34%.

Transformasi isotop

Fisi radioaktif isotop dengan transformasinya menjadi elemen lain dibagi menjadi tiga jenis utama. Yang pertama adalah peluruhan alfa. Itu terjadi dengan emisi partikel, yang merupakan inti atom helium. Artinya, formasi ini, terdiri dari sekumpulan pasangan neutron dan proton. Karena jumlah yang terakhir menentukan jumlah muatan dan jumlah atom suatu zat dalam sistem periodik, sebagai hasil dari proses ini, transformasi kualitatif dari satu elemen ke elemen lain terjadi, dan dalam tabel itu bergeser ke kiri. oleh dua sel. Dalam hal ini, nomor massa elemen berkurang 4 satuan. Kita tahu ini dari struktur atom isotop.

Ketika inti atom kehilangan partikel beta, yang pada dasarnya adalah elektron, komposisinya berubah. Salah satu neutron berubah menjadi proton. Ini berarti bahwa karakteristik kualitatif zat berubah lagi, dan elemen dalam tabel digeser satu sel ke kanan, praktis tanpa kehilangan massa. Biasanya, transformasi semacam itu dikaitkan dengan radiasi gamma elektromagnetik.

Konversi isotop radium

Informasi dan pengetahuan di atas dari kimia kelas 11 tentang isotop sekali lagi membantu memecahkan masalah praktis. Sebagai contoh, berikut ini: 226 Ra selama peluruhan berubah menjadi unsur kimia golongan IV, yang memiliki nomor massa 206. Berapa banyak partikel alfa dan beta yang harus hilang dalam kasus ini?

Mengingat perubahan massa dan golongan unsur anak, menggunakan tabel periodik, mudah untuk menentukan bahwa isotop yang terbentuk selama fisi akan memimpin dengan muatan 82 dan nomor massa 206. Dan diberi nomor muatan elemen ini dan radium asli, harus diasumsikan bahwa intinya kehilangan lima partikel alfa dan empat partikel beta.

Penggunaan isotop radioaktif

Setiap orang sangat menyadari bahaya yang dapat ditimbulkan oleh radiasi radioaktif terhadap organisme hidup. Namun, sifat-sifat isotop radioaktif bermanfaat bagi manusia. Mereka berhasil digunakan di banyak industri. Dengan bantuan mereka, adalah mungkin untuk mendeteksi kebocoran dalam teknik dan struktur bangunan, pipa bawah tanah dan pipa minyak, tangki penyimpanan, penukar panas di pembangkit listrik.

Sifat-sifat ini juga aktif digunakan dalam eksperimen ilmiah. Misalnya, lalat tsetse adalah pembawa banyak penyakit serius bagi manusia, ternak, dan hewan peliharaan. Untuk mencegah hal ini, jantan serangga ini disterilkan dengan radiasi radioaktif lemah. Isotop juga sangat diperlukan dalam mempelajari mekanisme reaksi kimia tertentu, karena atom unsur ini dapat memberi label pada air dan zat lain.

Dalam penelitian biologi, isotop berlabel sering juga digunakan. Misalnya, dengan cara inilah ditetapkan bagaimana fosfor mempengaruhi tanah, pertumbuhan dan perkembangan tanaman budidaya. Sifat-sifat isotop juga berhasil digunakan dalam pengobatan, yang memungkinkan untuk mengobati tumor kanker dan penyakit serius lainnya, dan untuk menentukan usia organisme biologis.