ISOTOPS(greacă, isos egal, identic + loc topos) - soiuri ale unui element chimic care ocupă același loc în sistemul periodic al elementelor lui Mendeleev, adică având aceeași sarcină nucleară, dar care diferă în mase atomice. La mențiunea lui I., asigurați-vă că indicați care izotop din care substanță chimică. elementul el este. Termenul „izotop” este uneori folosit într-un sens mai larg - pentru a descrie atomii diferitelor elemente. Cu toate acestea, pentru a desemna oricare dintre atomi, indiferent de apartenența acestuia la un anumit element, se obișnuiește să se folosească termenul „nuclid”.

I. aparține unui anumit element și chimiei principale. proprietățile sunt determinate de numărul său de serie Z sau de numărul de protoni conținuti în nucleu (respectiv, și același număr de electroni în învelișul unui atom) și de nucleul-fizic. proprietățile sunt determinate de totalitatea și raportul dintre numărul de protoni și neutroni incluși în acesta. Fiecare nucleu este format din Z protoni și N neutroni, iar numărul total al acestor particule, sau nucleoni, este numărul de masă A = Z + N, care determină masa nucleului. Este egală cu valoarea masei nuclidului dat rotunjită la cel mai apropiat număr întreg. Orice nuclid, astfel, este determinat de valorile lui Z și N, deși unii nuclizi radioactivi cu același Z și N pot fi în stări diferite de energie nucleară și diferă în fizica lor nucleară. proprietăți; astfel de nuclizi se numesc izomeri. Nuclizii cu același număr de protoni se numesc izotopi.

Și. sunt desemnate prin simbolul substanței chimice corespunzătoare. element cu indicele A situat în stânga sus - număr de masă; uneori numărul de protoni (Z) este dat și în stânga jos. De exemplu, radioactiv I. fosfor cu numerele de masă 32 și 33 denotă: 32 P și 33 P sau 32 P și, respectiv, 33 P. La desemnarea I. fără a indica simbolul elementului, numărul de masă este dat după desemnarea elementului, de exemplu. fosfor-32, fosfor-33.

I. elemente diferite pot avea acelaşi număr de masă. Atomii cu numere diferite de protoni Z și neutroni N, dar cu același număr de masă A, se numesc izobare (ex. 14 32 Si, 15 32 P, 16 32 S, 17 32 Cl-izobare).

Denumirea „izotop” a fost propusă de englezi. oamenii de știință Soddy (F. Soddy). Existența lui I. a fost descoperită pentru prima dată în 1906 în timp ce studia dezintegrarea radioactivă a elementelor radioactive naturale grele; în 1913, au fost găsite și în elementul neradioactiv neon, iar apoi, folosind spectrometria de masă, a fost determinată compoziția izotopică a tuturor elementelor sistemului periodic. În 1934, I. Joliot-Curie și F. Joliot-Curie au fost primii care au obținut radiații artificiale radioactive de azot, siliciu și fosfor, iar ulterior, folosind diferite reacții nucleare pe neutroni, particule încărcate și fotoni de înaltă energie, radioactiv radiația tuturor elementelor cunoscute și radioactive sintetizate I. 13 elemente supergrele - transuraniu (cu Z≥ 93). Sunt cunoscute 280 stabile, caracterizate prin stabilitate, și mai mult de 1.500 radioactive, adică instabile, I., care suferă transformări radioactive într-o rată sau alta. Durata existenței I. radioactiv este caracterizată printr-un timp de înjumătățire (vezi) - o perioadă de timp T 1/2, în care numărul de nuclee radioactive este înjumătățit.

Într-un amestec natural I. chem. diferite I. elemente sunt cuprinse în cantităţi diferite. Procentul Şi. în această substanţă chimică. elementul se numește abundența lor relativă. Deci, de exemplu, oxigenul natural conține trei oxigeni stabili: 16O (99,759%), 17O (0,037%) și 18O (0,204%). Mulți chimi. elementele au un singur I stabil. (9 Be, 19 F, 23 Na, 31 P, 89 Y, 127 I etc.), iar unele (Tc, Pm, Lu și toate elementele cu Z mai mare de 82) nu au oricare eu stabil.

Compoziția izotopică a elementelor naturale de pe planeta noastră (și în cadrul sistemului solar) este practic constantă, dar există ușoare fluctuații în abundența atomilor de elemente ușoare. Acest lucru se explică prin faptul că diferențele în masele I. lor sunt relativ mari și, prin urmare, compoziția izotopică a acestor elemente se modifică sub influența diferitelor procese naturale, ca urmare a efectelor izotopice (adică, diferențe de proprietăți). a substanţelor chimice care conţin aceşti izotopi). Astfel, compoziția izotopică a unui număr de elemente importante din punct de vedere biologic (H, C, N, O, S) este asociată, în special, cu prezența biosferei și cu activitatea vitală a organismelor vegetale și animale.

Diferența de compoziție și structură a nucleelor ​​atomice I. din aceeași substanță chimică. elementul (un număr diferit de neutroni) determină diferența dintre nuclear și fizic. proprietăți, în special, faptul că unele dintre I. sale pot fi stabile, în timp ce altele pot fi radioactive.

transformări radioactive. Sunt cunoscute următoarele tipuri de transformări radioactive.

Dezintegrarea alfa este o transformare spontană a nucleelor, însoțită de emisia de particule alfa, adică doi protoni și doi neutroni care formează un nucleu de heliu 2 4 He. Ca rezultat, sarcina Z a nucleului original este redusă cu 2, iar numărul total de nuclizi sau numărul de masă este redus cu 4 unități, de exemplu:

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

În acest caz, energia cinetică a particulei alfa emise este determinată de masele nucleelor ​​inițiale și finale (ținând cont de masa particulei alfa însăși) și de starea lor energetică. Dacă nucleul final se formează într-o stare excitată, atunci energia cinetică a particulei alfa scade oarecum, iar dacă nucleul excitat se descompune, atunci energia particulei alfa crește în mod corespunzător (în acest caz, așa-numita alfa cu rază lungă). se formează particule). Spectrul energetic al particulelor alfa este discret și se află în intervalul 4-9 MeV pentru aproximativ 200 I. elemente grele și 2-4,5 MeV pentru aproape 20 alfa radioactive I. elemente de pământuri rare.

Dezintegrarea beta este o transformare spontană a nucleelor, în care sarcina Z a nucleului original se modifică cu unu, în timp ce numărul de masă A rămâne același. dezintegrarea beta este interconversia protonilor (p) și neutronilor (n) care alcătuiesc nucleul, însoțită de emisia sau absorbția de electroni (e -) sau pozitroni (e +), precum și neutrini (v) și antineutrini ( v -). Există trei tipuri de decădere beta:

1) dezintegrarea beta electronică n -> p + e - + v - , însoțită de o creștere a sarcinii Z cu 1 unitate, cu transformarea unuia dintre neutronii nucleului într-un proton, de exemplu.

2) dezintegrarea beta a pozitronilor p -> n + e + + v , însoțită de o scădere a sarcinii Z cu 1 unitate, cu transformarea unuia dintre protonii nucleului într-un neutron, de exemplu.

3) captarea electronică p + e - -> n + v cu transformarea simultană a unuia dintre protonii nucleului într-un neutron, ca și în cazul dezintegrarii cu emisia unui pozitron, însoțită și de o scădere a sarcinii cu 1 unitate, de exemplu.

În acest caz, captarea unui electron are loc dintr-unul dintre învelișurile de electroni ale atomului, cel mai adesea din capacul K cel mai apropiat de nucleu (K-capture).

Dezintegrarea beta-minus este tipică pentru nucleele bogate în neutroni, în care numărul de neutroni este mai mare decât în ​​nucleele stabile, iar dezintegrarea beta-plus și, în consecință, captarea de electroni, pentru nucleele cu deficit de neutroni, în care numărul de neutroni este mai puțin decât în ​​nucleele stabile, sau așa numite beta-stabili, nuclee. Energia de dezintegrare este distribuită între o particulă beta și un neutrin și, prin urmare, spectrul beta nu este discret, ca cel al particulelor alfa, ci continuu și conține particule beta cu energii de la aproape de zero până la un anumit Emax, caracteristic fiecărei radiații radioactive. Radiațiile beta-radioactive se găsesc în toate elementele sistemului periodic.

Fisiunea spontană este dezintegrarea spontană a nucleelor ​​grele în două (uneori 3-4) fragmente, care sunt nucleele elementelor mijlocii ale sistemului periodic (fenomenul a fost descoperit în 1940 de oamenii de știință sovietici G. N. Flerov și K. A. Petrzhak).

Radiația gamma - radiația fotonică cu un spectru energetic discret, are loc în timpul transformărilor nucleare, modificări ale stării energetice a nucleelor ​​atomice sau în timpul anihilării particulelor. Emisia de cuante gamma însoțește transformarea radioactivă atunci când se formează un nou nucleu într-o stare de energie excitată. Durata de viață a unor astfel de nuclee este determinată de fizica nucleară. proprietățile nucleelor ​​părinte și fiice, în special, cresc odată cu scăderea energiei tranzițiilor gamma și pot atinge valori relativ mari pentru cazurile unei stări excitate metastabile. Energia radiațiilor gamma emisă de diferiți P. variază de la zeci de keV la câțiva MeV.

Stabilitatea nucleară. În timpul dezintegrarii beta, au loc transformări reciproce ale protonilor și neutronilor până când se atinge raportul cel mai favorabil energetic dintre p și n, care corespunde stării stabile a nucleului. Toți nuclizii sunt împărțiți în raport cu degradarea beta în nuclei beta-radioactiv și beta-stabili. Beta-stabil se referă la nuclizi stabili sau alfa-radioactivi pentru care degradarea beta este imposibilă din punct de vedere energetic. Toate beta-rezistente I. în chimie. elementele cu numere atomice Z până la 83 sunt stabile (cu câteva excepții), în timp ce elementele grele nu au I. stabil, iar toate I. lor beta-stabile sunt alfa-radioactive.

În timpul transformării radioactive, se eliberează energie, corespunzătoare raportului dintre masele nucleelor ​​inițiale și finale, masa și energia radiației emise. Posibilitatea dezintegrarii p fără modificarea numărului de masă A depinde de raportul maselor izobarelor corespunzătoare. Izobarele cu o masă mai mare ca urmare a dezintegrarii beta se transformă în izobare cu o masă mai mică; cu cât masa izobară este mai mică, cu atât este mai aproape de starea P-stabilă. Procesul invers, în virtutea legii conservării energiei, nu poate continua. Deci, de exemplu, pentru izobarele menționate mai sus, transformările au loc în următoarele direcții cu formarea unui izotop stabil de sulf-32:

Nucleele nuclizilor rezistenți la descompunerea beta conțin cel puțin un neutron pe proton (excepțiile sunt 1 1 H și 2 3 He), iar pe măsură ce numărul atomic crește, raportul N/Z crește și ajunge la o valoare de 1,6 pentru uraniu.

Odată cu creșterea numărului N, nucleul acestui element devine instabil în raport cu dezintegrarea electronică beta-minus (cu transformarea n->p), prin urmare nucleele îmbogățite cu neutroni sunt beta-active. În consecință, nucleele cu deficit de neutroni sunt instabile la dezintegrarea pozitronului beta+ sau captarea electronilor (cu transformare p->n), în timp ce dezintegrarea alfa și fisiunea spontană sunt de asemenea observate în nucleele grele.

Separarea stabilului și producerea de izotopi radioactivi artificial. Separarea I. este îmbogățirea amestecului natural de I. a acestei substanțe chimice. element prin constituenți individuali ai I. și izolarea I. pur din acest amestec. Toate metodele de separare se bazează pe efectele izotopice, adică pe diferențele fizice și chimice. proprietăţi ale diferitelor And. şi substanţa chimică care le conţine. compuși (tăria legăturilor chimice, densitatea, vâscozitatea, capacitatea termică, temperatura de topire, evaporarea, viteza de difuzie etc.). Modalităţile de împărţire se bazează şi pe distincţii de comportament Şi. iar conexiunile care le conţin în fiz.-chim. proceselor. Practic se folosesc electroliza, centrifugarea, difuzia gazoasa si termica, difuzia in curent de vapori, rectificarea, chimica. și schimburi de izotopi, separare electromagnetică, separare cu laser etc. Dacă un singur proces dă un efect scăzut, adică un mic factor de separare I., se repetă de multe ori până se obține un grad suficient de îmbogățire. I. separarea elementelor ușoare este cea mai eficientă datorită diferențelor relative mari în masele izotopilor lor. De exemplu, „apa grea”, adică apa îmbogățită cu I. hidrogen greu - deuteriu, a cărei masă este de două ori mai mare, se obține la scară industrială în instalațiile de electroliză; Extracția deuteriului prin distilare la temperatură joasă este, de asemenea, foarte eficientă. Separarea I. uraniului (pentru a obține combustibil nuclear - 235 U) se realizează la instalațiile de difuzie a gazelor. Pe instalaţiile de separare electromagnetică se obţine o gamă largă de I. stabil îmbogăţit. În unele cazuri, separarea și îmbogățirea unui amestec de radiații radioactive este utilizată, de exemplu, pentru a obține radiații radioactive de fier-55 cu activitate specifică ridicată și puritate radionuclidă.

Radiațiile radioactive artificial sunt obținute ca rezultat al reacțiilor nucleare - interacțiunile nuclizilor între ei și cu particulele nucleare sau fotonii, care au ca rezultat formarea altor nuclizi și particule. O reacție nucleară este desemnată în mod convențional după cum urmează: mai întâi, este indicat simbolul izotopului inițial și apoi simbolul izotopului format ca urmare a acestei reacții nucleare. Între paranteze dintre ele, particula care acționează sau cuantumul de radiație este indicat mai întâi, urmat de particula emisă sau cuanmul de radiație (vezi Tabelul, coloana 2).

Probabilitatea implementării reacțiilor nucleare este caracterizată cantitativ de așa-numita secțiune transversală efectivă (sau secțiune transversală) a reacției, notată cu litera grecească o și exprimată în hambare (10 -24 cm 2). Pentru a obține nuclizi radioactivi artificial, se folosesc reactoare nucleare (vezi. Reactoarele nucleare) și acceleratoare de particule încărcate (vezi). Mulți radionuclizi utilizați în biologie și medicină sunt obținuți într-un reactor nuclear prin reacții nucleare de captare radiativă, adică captarea de către nucleul unui neutron cu emisia unui quantum gamma (n, gamma), având ca rezultat formarea unui izotop al același element cu un număr de masă mai mare decât originalul, de exemplu. 23 Na (n, y) 24 Na, 31 P(n, y) 32 P; în funcție de reacția (n, γ) urmată de dezintegrarea radionuclidului rezultat și formarea unei „fiice”, de exemplu. 130 Te (n, γ) 131 Te -> 131 I; pentru reacții cu emisie de particule încărcate (n, p), (n, 2n), (n, α); de exemplu 14N (n, p) 14C; prin reacții secundare cu tritoni (t, p) și (t, n), de exemplu. 7 Li (n, a) 3 H și apoi 16O (t, n) 18 F; conform reacției de fisiune U (n, f), de exemplu. 90 Sr, 133 Xe etc. (vezi Reacții nucleare).

Unii radionuclizi fie nu pot fi obținuți deloc într-un reactor nuclear, fie producția lor este irațională în scopuri medicale. Conform reacției (n, γ), în majoritatea cazurilor este imposibil să se obțină izotopi fără purtător; unele reacții au o secțiune transversală prea mică a, iar țintele iradiate au un conținut relativ scăzut de izotop inițial în amestecul natural, ceea ce duce la randamente reduse de reacție și activitate specifică insuficientă a preparatelor. Prin urmare, mulți radionuclizi importanți sunt utilizați în clinică radiodiagnostic, sunt obținute cu activitate specifică suficientă folosind ținte îmbogățite izotopic. De exemplu, pentru a obține calciu-47, o țintă îmbogățită în calciu-46 de la 0,003 la 10-20% este iradiată; pentru a obține fier-59, o țintă cu fier-58 îmbogățit de la 0,31 la 80% este iradiată pentru a obține mercur- 197 - țintă cu mercur-196 îmbogățit de la 0,15 la 40% etc.

În reactor arr. primesc radionuclizi cu un exces de neutroni, care se descompun cu radiații_beta-mirus. Radionuclizii cu deficit de neutroni, care se formează în reacții nucleare pe particule încărcate (p, d, alfa) și fotoni și se descompun cu emisia de pozitroni sau prin captarea electronilor, în majoritatea cazurilor se obțin la ciclotroni, acceleratori liniari de protoni și electroni ( în ultimul caz, se folosește bremsstrahlung) la energii ale particulelor accelerate de ordinul zecilor și sutelor de MeV. Așa că du-te la miere. radionuclizi prin reacții: 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 etc. Un avantaj important al acestei metode de obţinere a radionuclizilor este că aceştia, având, de regulă, o substanţă chimică diferită. natura decât materialul țintei iradiate poate fi izolat de acesta din urmă fără un purtător. Acest lucru vă permite să primiți radiofarm-urile necesare. medicamente cu activitate specifică ridicată și puritate radionuclidă.

Pentru a obține mulți radionuclizi de scurtă durată direct în instituțiile clinice, așa-numitele. generatoare de izotopi care conțin un radionuclid părinte cu viață lungă, în timpul dezintegrarii căruia se formează, de exemplu, radionuclidul fiu cu viață scurtă dorit. 99m Tc, 87m Sr, 113m In, 132 I. Acesta din urmă poate fi extras în mod repetat din generator pe durata de viață a nuclidului părinte (vezi Generatoare de izotopi radioactivi).

Aplicarea izotopilor în biologie și medicină. Radiațiile radioactive și stabile sunt utilizate pe scară largă în cercetarea științifică. Ca etichetă, se folosesc pentru prepararea indicatorilor izotopici (vezi Compuși etichetați) - substanțe și compuși care au o compoziție izotopică diferită de cea naturală. Metoda indicatorilor izotopici este utilizată pentru a studia distribuția, modurile și natura mișcării substanțelor etichetate în diverse medii și sisteme, pentru a efectua analiza lor cantitativă, pentru a studia structura substanțelor chimice. compuși și substanțe biologic active, mecanismele diferitelor procese dinamice, inclusiv metabolismul lor în organismul plantelor, animalelor și oamenilor (vezi Studiul radioizotopilor). Prin intermediul unei metode a indicatorilor izotopi se efectuează cercetări în biochimie (studiul metabolismului, al structurii și al mecanismului de biosinteză a proteinelor, nucleinic to - t, grăsimi și carbohidrați într-un organism viu, debitul biochimic, reacții etc. ); în fiziologie (migrarea ionilor și a diferitelor substanțe, procesele de absorbție din tractul gastrointestinal a grăsimilor și glucidelor, excreția, circulația, comportamentul și rolul microelementelor etc.); în farmacologie și toxicologie (studiul comportamentului medicamentelor și al substanțelor toxice, absorbția acestora, modalitățile și viteza de acumulare, distribuție, excreție, mecanism de acțiune etc.); în microbiologie, imunologie, virologie (studiul biochimiei microorganismelor, mecanismele reacțiilor enzimatice și imunochimice, interacțiunea virusurilor și celulelor, mecanismele de acțiune a antibioticelor etc.); în igienă și ecologie (studiul contaminării cu substanțe nocive și decontaminarea industriilor și a mediului, lanțul ecologic al diferitelor substanțe, migrarea acestora etc.). Si. aplica si in alte medico-biol. cercetare (pentru a studia patogeneza diferitelor boli, studiul modificărilor timpurii ale metabolismului etc.).

În miere. În practică, radionuclizii sunt utilizați pentru diagnosticarea și tratarea diferitelor boli, precum și pentru sterilizarea cu radiații a mierii. materiale, produse și medicamente. Clinicile folosesc mai mult de 130 de tehnici de radiodiagnostic și 20 de tehnici radioterapeutice care utilizează produse radiofarmaceutice deschise. preparate (RFP) și surse izotopice de radiații sigilate. În acest scop, Sf. 60 radionuclizi, aprox. 30 dintre ele sunt cele mai răspândite (tabel). Preparatele de radiodiagnostic fac posibilă obținerea de informații despre funcțiile și starea anatomică a organelor și sistemelor corpului uman. În centrul diagnosticului cu radioizotopi (vezi) este capacitatea de a urmări biol, comportamentul radionuclizilor marcați chimic. substanțe și compuși dintr-un organism viu fără a-i încălca integritatea și a schimba funcțiile. Introducerea radioizotopului dorit al elementului corespunzător în structura substanței chimice. Utilizarea unui compus, practic fără a-i modifica proprietățile, face posibilă monitorizarea comportamentului acestuia într-un organism viu prin detectarea externă a radiațiilor de radiație, care este unul dintre avantajele foarte importante ale metodei de diagnosticare a radioizotopilor.

Indicatorii dinamici ai comportamentului compusului marcat fac posibilă evaluarea funcției, a stării organului sau a sistemului studiat. Deci, în funcție de gradul de diluție a radiofarmaceuticului cu 24 Na, 42 K, 51 Cr, 52 Fe, 131 I etc. în medii lichide, volumul de sânge circulant, eritrocite, schimbul de albumină, fier, schimbul de apă se determină electroliți etc. și excreția de radiofarmaceutice în organe, sisteme corporale sau în leziune, este posibilă evaluarea stării hemodinamicii centrale și periferice, determinarea funcției ficatului, rinichilor, plămânilor, studierea metabolismului iodului, etc.Radiofarmaceutice cu radioizotopi de iod și tehnețiu fac posibilă studierea tuturor funcțiilor glandei tiroide. Cu ajutorul 99m Tc, 113m In, 123 I, 131 I, 133 Xe, puteți efectua un studiu cuprinzător al plămânilor - pentru a studia distribuția fluxului sanguin, starea de ventilație a plămânilor și a bronhiilor. Produsele radiofarmaceutice cu 43 K, 86 Rb, 99m Tc, 67 Ga, 131 I, 113m In, 197 Hg etc. fac posibilă determinarea fluxului de sânge și a aportului de sânge către creier, inimă, ficat, rinichi și alte organe. Soluțiile coloidale radioactive și unele preparate iod-organice fac posibilă evaluarea stării celulelor poligonale și a hepatocitelor (celule Kupffer) și a funcției antitoxice a ficatului. Cu ajutorul scanării radioizotopice, se efectuează un studiu anatomic și topografic și determinarea prezenței, mărimii, formei și poziției leziunilor volumetrice ale ficatului, rinichilor, măduvei osoase, tiroidei, glandelor paratiroide și salivare, plămânilor, ganglionilor limfatici. ; radionuclizii 18 F, 67 Ga, 85 Sr, 87M Sr, 99M Tc fac posibilă investigarea bolilor scheletului etc.

În URSS, au fost elaborate și puse în aplicare standarde de siguranță împotriva radiațiilor pentru pacienții care utilizează substanțe radioactive în scopuri de diagnostic, care reglementează strict aceste proceduri în ceea ce privește nivelurile de expunere admisibile. Datorită acestui fapt, precum și alegerea rațională a metodelor și echipamentelor pentru diferite tipuri de examinări și utilizarea în radiofarmaceutică, dacă este posibil, a radionuclizilor de scurtă durată care au caracteristici de radiație favorabile în ceea ce privește eficiența înregistrării lor cu expunere minimă la radiații. , expunerea la radiații la corpul pacientului în timpul procedurilor de diagnosticare cu radioizotopi este mult mai mică decât dozele primite la rentgenol, inspecții și, în majoritatea cazurilor, nu depășesc sutimi și zecimi de bucurie.

În anii 70. Secolului 20 Preparatele cu radioizotopi au devenit mai larg utilizate pentru studii in vitro, în principal pentru imunochimie. analiză. Radioimunochimie. metodele se bazează pe imunochimice foarte specifice. antigen de reacție - un anticorp, ca rezultat o reducere a complexului stabil dintr-un anticorp și se formează un antigen. După separarea complexului rezultat de anticorpii sau antigenii nereacționați, se efectuează o determinare cantitativă prin măsurarea radioactivității acestora. Utilizarea de antigene sau anticorpi marcați cu radioizotopi, de ex. 125 I, crește sensibilitatea imunochimiei. teste de zeci și sute de ori. Cu ajutorul acestor teste, este posibil să se determine conținutul de hormoni, anticorpi, antigeni, enzime, enzime, vitamine și alte substanțe biologic active din organism la concentrații de până la 0,1 mg/ml. Astfel, este posibil să se definească nu numai diferite patologii, stări, ci și modificări foarte mici care reflectă stadiile inițiale ale bolii. De exemplu, aceste tehnici sunt utilizate cu succes pentru diagnosticarea precoce in vitro a diabetului zaharat, a hepatitei infecțioase, a tulburărilor de metabolism al carbohidraților, a unor boli alergice și a unui număr de alte boli. Astfel de teste cu radioizotopi nu numai că sunt mai sensibile, mai simple, dar permit și cercetarea în masă și sunt complet sigure pentru pacienți (vezi Diagnosticarea radioizotopilor).

Cu să se întindă. scopul radiofarmaceuticilor și surselor de radiații radionuclizice sunt aplicate de Ch. arr. în oncologie, precum și în tratamentul bolilor inflamatorii, eczemelor etc. (vezi Radioterapia). În aceste scopuri, se folosesc atât radiofarmaceutice deschise injectate în organism, în țesuturi, cavități seroase, cavități articulare, intravenos, intraarterial și în sistemul limfatic, cât și surse închise de radiații pentru terapie externă, intracavitară și interstițială. Cu ajutorul radiofarmaceuticelor adecvate, Ch. arr. coloizii și suspensiile care conțin 32 P, 90 Y, 131 I, 198 Au și alți radionuclizi tratează boli ale sistemului hematopoietic și diverse tumori, acționând local pe patol, focus. Pentru iradierea de contact (dermatol, și aplicatoare oftalmice beta), se folosesc 32 P, 90 Sr, 90 Y, 147 Pm, 204 Tl, în aparatele de terapie gamma la distanță - surse de 60 Co sau 137 Cs de mare activitate (sute și mii de curie) . Pentru iradierea interstițială și intracavitară se folosesc ace, granule, sârmă și alte tipuri speciale de surse sigilate cu 60 Co, 137 Cs, 182 Ta, 192 Ir, 198 Au (vezi Medicamente radioactive).

Nuclizii radioactivi sunt utilizați și pentru sterilizarea materialelor, a produselor medicale. rețete și medicamente. Aplicarea practică a sterilizării cu radiații a devenit posibilă încă din anii 50, când au apărut surse puternice de radiații ionizante.În comparație cu metodele tradiționale de sterilizare (vezi), metoda cu radiații are o serie de avantaje. Deoarece la doza obișnuită de sterilizare de radiații (2-3 Mrad) nu există o creștere semnificativă a temperaturii obiectului iradiat, sterilizarea prin radiație a obiectelor termolabile, inclusiv biol, preparate și produse din unele tipuri de materiale plastice, devine posibilă. Efectul radiațiilor asupra probei iradiate are loc simultan în întregul său volum, iar sterilizarea se realizează cu un grad ridicat de fiabilitate. În același timp, pentru control se folosesc indicatori de culoare ai dozei primite, plasați pe suprafața ambalajului obiectului sterilizat. Miere. produsele și mijloacele sunt sterilizate la sfârșitul tehnologiei. ciclu deja în formă finită și în ambalaj ermetic, inclusiv din materiale polimerice, ceea ce elimină necesitatea creării unor condiții de producție strict aseptice și garantează sterilitatea după eliberarea produselor de către întreprindere. Sterilizarea prin radiații este eficientă în special pentru miere. produse de unică folosință (seringi, ace, catetere, mănuși, suturi și pansamente, sisteme de recoltare și transfuzie de sânge, produse biologice, instrumente chirurgicale etc.), medicamente neinjectabile, tablete și unguente. În timpul sterilizării prin radiații a soluțiilor medicamentoase, ar trebui să se țină cont de posibilitatea descompunerii lor prin radiații, ceea ce duce la o modificare a compoziției și proprietăților (vezi Sterilizare, rece).

Toxicologia izotopilor radioactivi - o ramură a toxicologiei care studiază efectul substanțelor radioactive încorporate asupra organismelor vii. Sarcinile sale principale sunt: ​​stabilirea nivelurilor admisibile de întreținere și recepție a radionuclizilor într-un organism uman cu aer, apă și alimente, precum și gradul de siguranță al RV introdus într-un organism într-o pană, cercetări de radiodiagnostic; clarificarea specificului daunelor de către radionuclizi în funcție de natura distribuției acestora, energie și tip de radiație, timp de înjumătățire, doză, căi și ritm de aport și căutarea mijloacelor eficiente de prevenire a deteriorării.

Influența radionuclizilor asupra organismului uman, utilizat pe scară largă în industrie, științific și miere, este studiată cel mai profund. cercetare, precum și rezultat din fisiunea combustibilului nuclear.

Toxicologia izotopilor radioactivi este legată organic de radiobiologia (vezi), igiena radiațiilor (vezi) și radiologia medicală (vezi).

Substanțele radioactive pot pătrunde în corpul uman prin căi respiratorii, a spus. tract, piele, suprafețe ale rănilor și cu injecții - prin vasele de sânge, țesutul muscular, suprafețele articulare. Natura distribuției radionuclizilor în organism depinde de substanța chimică principală. proprietățile elementului, forma compusului administrat, calea de intrare și fiziol, starea organismului.

S-au constatat diferențe destul de semnificative în distribuția și căile de excreție ale radionuclizilor individuali. Compușii solubili Ca, Sr, Ba, Ra, Y, Zr se acumulează selectiv în țesutul osos; La, Ce, Pr, Pu, Am, Cm, Cf, Np - în ficat și țesutul osos; K, Cs, Rb - în țesutul muscular; Nb, Ru, Te, Po sunt distribuite relativ uniform, deși tind să se acumuleze în țesutul reticuloendotelial al splinei, măduvei osoase, glandelor suprarenale și ganglionilor limfatici; I și At - în glanda tiroidă.

Distribuția în corpul elementelor aparținând unui anumit grup al sistemului periodic al lui Mendeleev are multe în comun. Elementele primului grup principal (Li, Na, K, Rb, Cs) sunt complet absorbite din intestin, distribuite relativ uniform în toate organele și excretate în principal prin urină. Elementele celui de-al doilea grup principal (Ca, Sr, Ba, Ra) sunt bine absorbite din intestine, sunt depuse selectiv în schelet și sunt excretate în cantități oarecum mari cu fecale. Elementele celei de-a treia grupe principale și a patra laterale, inclusiv lantanide ușoare, actinide și elemente transuraniu, practic nu sunt absorbite din intestin, de regulă, ele sunt depuse selectiv în ficat și, într-o măsură mai mică, în schelet și sunt excretate în principal cu fecale. Elementele din a cincea și a șasea grupă principală ale sistemului periodic, cu excepția Po, sunt relativ bine absorbite din intestine și sunt excretate aproape exclusiv prin urină în prima zi, datorită cărora se găsesc în organe în cantități relativ mici. .

Depunerea radionuclizilor în țesutul pulmonar în timpul inhalării depinde de dimensiunea particulelor inhalate și de solubilitatea acestora. Cu cât aerosolii sunt mai mari, cu atât proporția lor este reținută în nazofaringe și mai mic pătrunde în plămâni. Compușii ușori, slab solubili, pleacă încet. Concentrația mare de astfel de radionuclizi se găsește adesea în limf, nodurile rădăcinilor plămânilor. Foarte rapid absorbit în plămâni oxidul de tritiu, compuși solubili ai elementelor alcaline și alcalino-pământoase. Pu, Am, Ce, Cm și alte metale grele sunt absorbite lent în plămâni.

Standardele de siguranță împotriva radiațiilor (RSR) reglementează aportul și conținutul de radionuclizi în organismul persoanelor a căror activitate este asociată cu riscuri profesionale, precum și al persoanelor din populație, precum și al populației în ansamblu, concentrațiile admisibile de radionuclizi în aerul atmosferic. și apă, produse alimentare. Aceste norme se bazează pe valorile dozelor maxime admisibile (MPD) de expunere stabilite pentru patru grupe de organe și țesuturi critice (vezi organ critic, doze maxime admise).

Pentru persoanele care lucrează în condiții de risc profesional, valoarea acceptată a SDA pentru iradierea întregului corp, gonadelor și măduvei osoase roșii este de 5 rem/an, țesut muscular și adipos, ficat, rinichi, splina, zhel.-kish. tract, plamani, cristalin - 15 rem/an, tesut osos, glanda tiroida si piele - 30 rem/an, maini, antebrate, glezne si picioare - 75 rem/an.

Normele pentru persoanele din populație sunt recomandate de 10 ori mai mici decât pentru persoanele care lucrează în condiții de risc profesional. Iradierea întregii populații este reglementată de o doză semnificativă genetic, care nu trebuie să depășească 5 rem în 30 de ani. Această doză nu include doze posibile de radiații datorate mierii. proceduri și radiații naturale de fond.

Valoarea aportului maxim anual admisibil de compuși solubili și insolubili (µCi/an) prin organele respiratorii pentru personal, limita aportului anual de radionuclizi prin organele respiratorii și digestive pentru indivizii din populație, concentrațiile medii anuale admise. (MAC) de radionuclizi din aerul și apa atmosferică (curie/k) pentru indivizii din populație, precum și conținutul de radionuclizi dintr-un organ critic corespunzător nivelului maxim admisibil de admisie (mCi) pentru personal, sunt date în reguli.

Atunci când se calculează nivelurile admisibile de aport de radionuclizi în organism, se ia în considerare și natura neuniformă a distribuției radionuclizilor în organele și țesuturile individuale. Distribuția neuniformă a radionuclizilor, ducând la crearea unor doze locale mari, stă la baza toxicității ridicate a emițătorilor alfa, care este în mare măsură facilitată de absența proceselor de recuperare și de însumarea aproape completă a daunelor cauzate de acest tip de radiații.

Denumiri: β- - radiație beta; β+ - radiație de pozitroni; n - neutron; p - proton; d - deuteron; t - triton; α - particulă alfa; E.Z. - dezintegrare prin captarea electronilor; γ - radiația gamma (de regulă, sunt date numai liniile principale ale spectrului γ); I. P. - tranziție izomerică; U (n, f) - reacție de fisiune a uraniului. Izotopul specificat este izolat dintr-un amestec de produse de fisiune; 90 Sr-> 90 Y - obținerea unui izotop fiu (90 Y) ca urmare a dezintegrarii izotopului părinte (90 Sr), inclusiv utilizarea unui generator de izotopi.

Bibliografie: Ivanov I. I. și colab. Izotopii radioactivi în medicină și biologie, M., 1955; Kamen M. Trasori radioactivi în biologie, trad. din engleză, M., 1948, bibliografie; Levin V. I. Obţinerea izotopilor radioactivi, M., 1972; Standarde de radioprotecție (NRB-69), M., 1972; Obținerea în reactor și utilizarea izotopilor de scurtă durată, trans. din in., ed. V. V. Bochkareva și B. V. Kurchatov, Moscova, 1965. Producția de izotopi, ed. V. V. Bochkareva, Moscova, 1973. Selinov I. P. Nuclei atomici și transformări nucleare, t. 1, M.-L., 1951, bibliogr.; Tumanyan M. A. și Kaushansky D. A. Radiation sterilization, M., 1974, bibliogr.; Fateeva M. N. Eseuri despre diagnosticarea radioizotopilor, M., 1960, bibliogr.; Heveshi G. Trasoare radioactive, trad. din engleză, M., 1950, bibliografie; Studii dinamice cu radioizotopi în medicină 1974, Proc, symp., v. 1-2, Viena, AIEA, 1975; L e d e g e g Ch. M., Hollander J. M. a. P e g 1 m și n I. Tables of izotopes, N. Y., 1967; Silver S. Izotopi radioactivi în medicina clinică, New Engl. J. Med., v. 272, p. 569, 1965, bibliogr.

V. V. Bochkarev; Yu. I. Moskalev (toks.), Compilator al tabelului. V.V. Bochkarev.

Repetați principalele prevederi ale temei „Concepte de bază ale chimiei” și rezolvați sarcinile propuse. Folosiți ##6-17.

Dispoziții de bază

1. Substanţă(simplu și complex) este orice combinație de atomi și molecule care se află într-o anumită stare de agregare.

Se numește transformarea substanțelor, însoțită de o modificare a compoziției și (sau) structurii lor reacții chimice .

2. Unităţi structurale substante:

· Atom- cea mai mică particulă neutră din punct de vedere electric a unui element chimic și a unei substanțe simple, care are toate proprietățile sale chimice și este în plus indivizibilă fizic și chimic.

· Moleculă- cea mai mică particulă neutră electric a unei substanțe care are toate proprietățile sale chimice, indivizibilă fizic, dar divizibilă chimic.

3. Element chimic Un tip de atom cu o anumită sarcină nucleară.

4. Compus atom :

Particulă	Cum să determine?	Încărca		Greutate
		cl	unități convenționale		a.u.m.
Electron	Ordinal Număr (N)	1.6 ∙ 10 -19		9.10 ∙ 10 -28	0.00055
Proton	Ordinal număr (N)	1.6 ∙ 10 -19		1.67 ∙ 10 -24	1.00728
Neutroni	Ar-N			1.67 ∙ 10 -24	1.00866

5. Compus nucleul atomic :

Nucleul este format din particule elementare ( nucleonii) –

protoni(1 1 p ) și neutroni(10n).

· Pentru că Aproape toată masa unui atom este concentrată în nucleu m p ≈ m n≈ 1 amu, apoi valoare rotunjităA ra unui element chimic este egal cu numărul total de nucleoni din nucleu.

7. izotopi- o varietate de atomi ai aceluiasi element chimic, diferiti unul de altul doar prin masa lor.

· Desemnarea izotopilor: în stânga simbolului elementului indicați numărul de masă (sus) și numărul de serie al elementului (jos)

De ce izotopii au mase diferite?

Sarcină: Determinarea compoziției atomice a izotopilor de clor: 35 17Clși 37 17Cl?

Izotopii au mase diferite din cauza numărului diferit de neutroni din nucleele lor.

8. În natură, elementele chimice există ca amestecuri de izotopi.

Compoziția izotopică a aceluiași element chimic se exprimă în termeni de fracții atomice(ω la.), care indică ce parte este numărul de atomi ai unui izotop dat din numărul total de atomi ai tuturor izotopilor unui element dat, luat ca unu sau 100%.

De exemplu:

ω la (35 17 CI) = 0,754

ω la (37 17 CI) = 0,246

9. Tabelul periodic prezintă valorile medii ale maselor atomice relative ale elementelor chimice, ținând cont de compoziția izotopică a acestora. Prin urmare, A r indicate în tabel sunt fracționale.

A rmier= ω la.(1) ∙ Ar (1) + … + ω la.(n ) ∙ Ar ( n )

De exemplu:

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

10. Sarcina de rezolvat:

Numarul 1. Determinați masa atomică relativă a borului dacă se știe că fracția molară a izotopului 10 B este de 19,6%, iar izotopul 11 ​​B este de 80,4%.

11. Masele atomilor si moleculelor sunt foarte mici. În prezent, în fizică și chimie a fost adoptat un sistem unificat de măsurare.

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

Masele absolute ale unor atomi:

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- arată de câte ori un atom dat este mai greu decât 1/12 dintr-un atom de 12 C. Domnul∙ 1,66 ∙ 10 -27 kg

13. Numărul de atomi și molecule din probele obișnuite de substanțe este foarte mare, prin urmare, atunci când se caracterizează cantitatea unei substanțe, se folosește o unitate de măsură -cârtiță .

· Aluniță (ν)- o unitate a cantității unei substanțe care conține tot atâtea particule (molecule, atomi, ioni, electroni) câte atomi sunt în 12 g dintr-un izotop 12 C

Masa a 1 atom 12 C este de 12 amu, deci numărul de atomi din 12 g de izotop 12 C este egal cu:

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

· Cantitate fizica N / A numit constant Avogadro (numărul lui Avogadro) și are dimensiunea [ N A ] = mol -1 .

14. Formule de bază:

M = Domnul = ρ ∙ Vm(ρ – densitate; V m – volum la n.c.)

Sarcini pentru soluție independentă

Numarul 1. Calculați numărul de atomi de azot din 100 g de carbonat de amoniu care conține 10% impurități neazotate.

nr 2. În condiții normale, 12 litri dintr-un amestec gazos format din amoniac și dioxid de carbon au o masă de 18 g. Câți litri din fiecare dintre gaze conține amestecul?

Numărul 3. Sub acțiunea unui exces de acid clorhidric pe 8,24 g de amestec de oxid de mangan (IV) cu un oxid MO 2 necunoscut care nu reacţionează cu acidul clorhidric, 1,344 l gaz la n.o. Într-un alt experiment, s-a descoperit că raportul molar al oxidului de mangan (IV) la oxidul necunoscut este 3:1. Setați formula pentru oxidul necunoscut și calculați fracția de masă a acestuia în amestec.

S-a stabilit că fiecare element chimic găsit în natură este un amestec de izotopi (deci au mase atomice fracționate). Pentru a înțelege cum diferă izotopii unul de altul, este necesar să se ia în considerare în detaliu structura atomului. Un atom formează un nucleu și un nor de electroni. Masa unui atom este influențată de electronii care se deplasează cu o viteză uluitoare pe orbitele din norul de electroni, neutronii și protonii care formează nucleul.

Ce sunt izotopii

izotopi Un tip de atom al unui element chimic. Există întotdeauna un număr egal de electroni și protoni în orice atom. Deoarece au sarcini opuse (electronii sunt negativi, iar protonii sunt pozitivi), atomul este întotdeauna neutru (această particulă elementară nu poartă sarcină, este egală cu zero). Când un electron este pierdut sau capturat, atomul își pierde neutralitatea, devenind fie un ion negativ, fie un ion pozitiv.
Neutronii nu au sarcină, dar numărul lor în nucleul atomic al aceluiași element poate fi diferit. Acest lucru nu afectează neutralitatea atomului, dar îi afectează masa și proprietățile. De exemplu, fiecare izotop al unui atom de hidrogen are câte un electron și câte un proton. Și numărul de neutroni este diferit. Protiul are doar 1 neutron, deuteriul are 2 neutroni, iar tritiul are 3 neutroni. Acești trei izotopi diferă semnificativ unul de altul în proprietăți.

Comparația izotopilor

Cum diferă izotopii? Au un număr diferit de neutroni, mase diferite și proprietăți diferite. Izotopii au o structură identică a învelișurilor de electroni. Aceasta înseamnă că sunt destul de asemănătoare ca proprietăți chimice. Prin urmare, li se atribuie un loc în sistemul periodic.
În natură au fost găsiți izotopi stabili și radioactivi (instabili). Nucleele atomilor izotopilor radioactivi sunt capabile să se transforme spontan în alte nuclee. În procesul de dezintegrare radioactivă, ei emit diverse particule.
Majoritatea elementelor au peste două duzini de izotopi radioactivi. În plus, izotopii radioactivi sunt sintetizați artificial pentru absolut toate elementele. Într-un amestec natural de izotopi, conținutul acestora fluctuează ușor.
Existența izotopilor a făcut posibil să se înțeleagă de ce, în unele cazuri, elementele cu o masă atomică mai mică au un număr de serie mai mare decât elementele cu o masă atomică mai mare. De exemplu, într-o pereche argon-potasiu, argonul include izotopi grei, iar potasiul include izotopi ușori. Prin urmare, masa argonului este mai mare decât cea a potasiului.

ImGist a determinat că diferența dintre izotopi unul față de celălalt este următoarea:

Au un număr diferit de neutroni.
Izotopii au mase diferite de atomi.
Valoarea masei atomilor de ioni afectează energia și proprietățile lor totale.

La studierea proprietăților elementelor radioactive, s-a constatat că în același element chimic se pot găsi atomi cu mase nucleare diferite. În același timp, au aceeași încărcătură nucleară, adică acestea nu sunt impurități ale unor substanțe terțe, ci aceeași substanță.

Ce sunt izotopii și de ce există

În sistemul periodic al lui Mendeleev, atât un element dat, cât și atomii unei substanțe cu o masă diferită a nucleului ocupă o celulă. Pe baza celor de mai sus, astfel de soiuri din aceeași substanță au primit denumirea de „izotopi” (din grecescul isos - același și topos - loc). Asa de, izotopi- acestea sunt soiuri ale unui element chimic dat, care diferă prin masa nucleelor ​​atomice.

Conform neutronului acceptat modelul roton al nucleului A fost posibil să explicăm existența izotopilor astfel: nucleele unor atomi ai unei substanțe conțin un număr diferit de neutroni, dar același număr de protoni. De fapt, sarcina nucleară a izotopilor unui element este aceeași, prin urmare, numărul de protoni din nucleu este același. Nucleii diferă ca masă, respectiv, conțin un număr diferit de neutroni.

Izotopi stabili și instabili

Izotopii sunt fie stabili, fie instabili. Până în prezent, sunt cunoscuți aproximativ 270 de izotopi stabili și peste 2000 de izotopi instabili. izotopi stabili- Acestea sunt soiuri de elemente chimice care pot exista independent pentru o lungă perioadă de timp.

Majoritatea izotopi instabili a fost obținută artificial. Izotopii instabili sunt radioactivi, nucleele lor sunt supuse procesului de dezintegrare radioactivă, adică transformarea spontană în alte nuclee, însoțită de emisia de particule și/sau radiații. Aproape toți izotopii artificiali radioactivi au timpi de înjumătățire foarte scurt, măsurați în secunde și chiar în fracțiuni de secunde.

Câți izotopi poate conține un nucleu

Nucleul nu poate conține un număr arbitrar de neutroni. În consecință, numărul de izotopi este limitat. Chiar și în numărul de protoni elemente, numărul de izotopi stabili poate ajunge la zece. De exemplu, staniul are 10 izotopi, xenonul are 9, mercurul are 7 și așa mai departe.

Acele elemente numărul de protoni este impar, poate avea doar doi izotopi stabili. Unele elemente au un singur izotop stabil. Acestea sunt substanțe precum aurul, aluminiul, fosforul, sodiul, manganul și altele. Astfel de variații ale numărului de izotopi stabili pentru diferite elemente sunt asociate cu o dependență complexă a numărului de protoni și neutroni de energia de legare a nucleului.

Aproape toate substanțele din natură există ca un amestec de izotopi. Numărul de izotopi din compoziția unei substanțe depinde de tipul de substanță, de masa atomică și de numărul de izotopi stabili ai unui element chimic dat.

Chiar și filozofii antici au sugerat că materia este construită din atomi. Cu toate acestea, faptul că „cărămizile” universului în sine constau din cele mai mici particule, oamenii de știință au început să ghicească abia la începutul secolelor XIX și XX. Experimentele care dovedesc acest lucru au făcut o adevărată revoluție în știință la vremea sa. Raportul cantitativ al părților constitutive este cel care distinge un element chimic de altul. Fiecare dintre ele are propriul loc în funcție de numărul de serie. Dar există varietăți de atomi care ocupă aceleași celule în tabel, în ciuda diferenței de masă și proprietăți. De ce este așa și ce izotopi sunt în chimie vor fi discutate mai târziu.

Atomul și particulele sale

Explorând structura materiei prin bombardarea cu particule alfa, E. Rutherford a dovedit în 1910 că spațiul principal al atomului este plin de gol. Și numai în centru se află miezul. Electronii negativi se mișcă pe orbite în jurul acestuia, formând învelișul acestui sistem. Așa a fost creat modelul planetar al „cărămizilor” materiei.

Ce sunt izotopii? Amintiți-vă de la un curs de chimie că nucleul are și o structură complexă. Este format din protoni pozitivi și neutroni neîncărcați. Numărul celor dintâi determină caracteristicile calitative ale elementului chimic. Este numărul de protoni care deosebește substanțele unele de altele, dotându-le nucleii cu o anumită sarcină. Și pe această bază, li se atribuie un număr de serie în tabelul periodic. Dar numărul de neutroni din același element chimic îi diferențiază în izotopi. Prin urmare, definiția în chimie a acestui concept poate fi dată după cum urmează. Acestea sunt soiuri de atomi care diferă în compoziția nucleului, au aceeași sarcină și numere de serie, dar au numere de masă diferite din cauza diferențelor de număr de neutroni.

Notaţie

Studiind chimia în clasa a 9-a și izotopii, elevii vor afla despre convențiile acceptate. Litera Z marchează sarcina nucleului. Această cifră coincide cu numărul de protoni și, prin urmare, este indicatorul lor. Suma acestor elemente cu neutroni, marcată cu semnul N, este A - numărul de masă. Familia de izotopi ai unei substanțe, de regulă, este indicată de pictograma acelui element chimic, care în tabelul periodic este înzestrat cu un număr de serie care coincide cu numărul de protoni din acesta. Superscriptul din stânga adăugat la pictograma specificată corespunde numărului de masă. De exemplu, 238 U. Sarcina unui element (în acest caz, uraniu, marcat cu numărul de serie 92) este indicată de un index similar de mai jos.

Cunoscând aceste date, se poate calcula cu ușurință numărul de neutroni dintr-un izotop dat. Este egal cu numărul de masă minus numărul de serie: 238 - 92 \u003d 146. Numărul de neutroni ar putea fi mai mic, de aici acest element chimic nu ar înceta să fie uraniu. Trebuie remarcat faptul că cel mai adesea în alte substanțe, mai simple, numărul de protoni și neutroni este aproximativ același. Astfel de informații ajută la înțelegerea ce este un izotop în chimie.

Nucleonii

Numărul de protoni este cel care conferă individualitate unui anumit element, iar numărul de neutroni nu îl afectează în niciun fel. Dar masa atomică este formată din aceste două elemente indicate, care poartă denumirea comună de „nucleoni”, reprezentând suma lor. Cu toate acestea, acest indicator nu depinde de cei care formează învelișul încărcat negativ al atomului. De ce? Merită doar comparat.

Fracția de masă a unui proton dintr-un atom este mare și este de aproximativ 1 UA. u m sau 1.672 621 898 (21) 10 -27 kg. Neutronul este aproape de parametrii acestei particule (1.674 927 471(21) 10 -27 kg). Dar masa unui electron este de mii de ori mai mică, este considerată neglijabilă și nu este luată în considerare. De aceea, cunoscând superscriptul unui element din chimie, nu este greu de aflat compoziția nucleului izotopilor.

Izotopi ai hidrogenului

Izotopii anumitor elemente sunt atât de bine cunoscuți și obișnuiți în natură încât și-au primit propriile nume. Cel mai clar și simplu exemplu în acest sens este hidrogenul. În condiții naturale, se găsește în cea mai comună formă de protium. Acest element are un număr de masă de 1, iar nucleul său este format dintr-un proton.

Deci, ce sunt izotopii de hidrogen în chimie? După cum știți, atomii acestei substanțe au primul număr din tabelul periodic și, în consecință, sunt înzestrați în natură cu un număr de sarcină de 1. Dar numărul de neutroni din nucleul unui atom este diferit pentru ei. Deuteriul, fiind hidrogen greu, pe lângă proton, mai are o particulă în nucleu, adică neutronul. Drept urmare, această substanță prezintă propriile sale proprietăți fizice, spre deosebire de protium, având propria greutate, punct de topire și punct de fierbere.

tritiu

Tritiul este cel mai complex dintre toate. Acesta este hidrogen supergreu. În conformitate cu definiția izotopilor din chimie, are un număr de sarcină de 1, dar un număr de masă de 3. Este adesea numit triton, deoarece, în plus față de un proton, are doi neutroni în nucleu, adică este format din trei elemente. Numele acestui element, descoperit în 1934 de Rutherford, Oliphant și Harteck, a fost propus chiar înainte de descoperirea lui.

Este o substanță instabilă care prezintă proprietăți radioactive. Nucleul său are capacitatea de a se scinda odată cu eliberarea unei particule beta și a unui antineutrin electronic. Energia de descompunere a acestei substanțe nu este foarte mare și se ridică la 18,59 keV. Prin urmare, astfel de radiații nu sunt prea periculoase pentru oameni. Îmbrăcămintea obișnuită și mănușile chirurgicale pot proteja împotriva acesteia. Și acest element radioactiv obținut cu alimente este excretat rapid din organism.

Izotopi ai uraniului

Mult mai periculoase sunt diferitele tipuri de uraniu, dintre care 26 sunt cunoscute astăzi de știință.De aceea, atunci când vorbim despre ce sunt izotopii în chimie, este imposibil să nu menționăm acest element. În ciuda varietății de tipuri de uraniu, doar trei dintre izotopii săi apar în natură. Acestea includ 234 U, 235 U, 238 U. Primul dintre ele, având proprietăți adecvate, este utilizat în mod activ ca combustibil în reactoarele nucleare. Și acesta din urmă - pentru producția de plutoniu-239, care, la rândul său, este indispensabil ca combustibil cel mai valoros.

Fiecare dintre elementele radioactive se caracterizează prin propriile sale. Aceasta este durata de timp în care substanța se divide în raport de ½. Adică, ca rezultat al acestui proces, cantitatea din partea conservată a substanței este redusă la jumătate. Această perioadă de timp pentru uraniu este uriașă. De exemplu, pentru izotopul-234, este estimat la 270 de milenii, iar pentru celelalte două soiuri indicate, este mult mai semnificativ. Timpul de înjumătățire record este cel al uraniului-238, care durează miliarde de ani.

Nuclizi

Nu orice tip de atom, caracterizat de un număr propriu și strict definit de protoni și electroni, este atât de stabil încât să existe cel puțin o perioadă lungă suficientă pentru studiul său. Cele care sunt relativ stabile se numesc nuclizi. Formațiunile stabile de acest fel nu suferă dezintegrare radioactivă. Instabili sunt numiți radionuclizi și, la rândul lor, sunt, de asemenea, împărțiți în de scurtă durată și de lungă durată. După cum se știe din lecțiile de chimie de clasa a 11-a despre structura atomilor izotopici, osmiul și platina au cel mai mare număr de radionuclizi. Cobaltul și aurul au fiecare câte un nuclid stabil, iar staniul are cel mai mare număr de nuclizi stabili.

Calculul numărului de serie al izotopului

Acum să încercăm să rezumam informațiile descrise mai devreme. După ce ați înțeles ce sunt izotopii în chimie, este timpul să vă dați seama cum puteți utiliza cunoștințele acumulate. Să ne uităm la asta cu un exemplu specific. Să presupunem că se știe că un anumit element chimic are un număr de masă de 181. În același timp, învelișul unui atom al acestei substanțe conține 73 de electroni. Cum se poate afla, folosind tabelul periodic, numele unui element dat, precum și numărul de protoni și neutroni din nucleul său?

Să începem să rezolvăm problema. Puteți determina numele unei substanțe cunoscând numărul de serie al acesteia, care corespunde numărului de protoni. Deoarece numărul de sarcini pozitive și negative dintr-un atom este egal, acesta este 73. Deci, acesta este tantal. Mai mult, numărul total de nucleoni în total este de 181, ceea ce înseamnă că protonii acestui element sunt 181 - 73 = 108. Pur și simplu.

Izotopi de galiu

Elementul galiu în are un număr atomic de 71. În natură, această substanță are doi izotopi - 69 Ga și 71 Ga. Cum se determină procentul de soiuri de galiu?

Rezolvarea problemelor pe izotopi din chimie este aproape întotdeauna asociată cu informații care pot fi obținute din tabelul periodic. De data aceasta, ar trebui să faci același lucru. Să determinăm masa atomică medie din sursa specificată. Este egal cu 69,72. Notând pentru x și y raportul cantitativ al primului și celui de-al doilea izotop, luăm suma lor egală cu 1. Deci, sub forma unei ecuații, aceasta se va scrie: x + y = 1. Rezultă că 69x + 71y = 69,72. Exprimând y în termeni de x și substituind prima ecuație în a doua, obținem că x = 0,64 și y = 0,36. Aceasta înseamnă că 69 Ga este conținut în natură 64%, iar procentul de 71 Ga este de 34%.

Transformări izotopice

Fisiunea radioactivă a izotopilor cu transformarea lor în alte elemente este împărțită în trei tipuri principale. Prima dintre acestea este dezintegrarea alfa. Are loc cu emisia unei particule, care este nucleul unui atom de heliu. Adică această formațiune, constând dintr-un set de perechi de neutroni și protoni. Deoarece numărul acestuia din urmă determină numărul de sarcină și numărul unui atom al unei substanțe în sistemul periodic, ca urmare a acestui proces, are loc o transformare calitativă a unui element în altul, iar în tabel se deplasează la stânga de două celule. În acest caz, numărul de masă al elementului este redus cu 4 unități. Știm acest lucru din structura atomilor izotopilor.

Când nucleul unui atom pierde o particulă beta, care este în esență un electron, compoziția sa se schimbă. Unul dintre neutroni este transformat într-un proton. Aceasta înseamnă că caracteristicile calitative ale substanței se schimbă din nou, iar elementul este deplasat în tabel cu o celulă la dreapta, practic fără a pierde din masă. De obicei, o astfel de transformare este asociată cu radiația electromagnetică gamma.

Conversia izotopilor de radiu

Informațiile de mai sus și cunoștințele de la chimia de clasa a 11-a despre izotopi ajută din nou la rezolvarea problemelor practice. De exemplu, următoarele: 226 Ra în timpul dezintegrarii se transformă într-un element chimic din grupa IV, care are un număr de masă de 206. Câte particule alfa și beta ar trebui să piardă în acest caz?

Având în vedere modificările masei și grupului elementului fiu, folosind tabelul periodic, este ușor de determinat că izotopul format în timpul fisiunii va fi plumb cu o sarcină de 82 și un număr de masă de 206. Și având în vedere numărul de sarcină din acest element și radiul original, ar trebui să se presupune că nucleul său a pierdut cinci particule alfa și patru particule beta.

Utilizarea izotopilor radioactivi

Toată lumea este conștientă de răul pe care radiațiile radioactive le pot provoca organismelor vii. Cu toate acestea, proprietățile izotopilor radioactivi sunt utile pentru oameni. Sunt folosite cu succes în multe industrii. Cu ajutorul lor, este posibilă detectarea scurgerilor în structurile de inginerie și construcții, conducte subterane și conducte de petrol, rezervoare de stocare, schimbătoare de căldură la centralele electrice.

Aceste proprietăți sunt, de asemenea, utilizate în mod activ în experimentele științifice. De exemplu, musca tsetse este purtătoarea multor boli grave pentru oameni, animale și animale domestice. Pentru a preveni acest lucru, masculii acestor insecte sunt sterilizați cu ajutorul radiațiilor radioactive slabe. Izotopii sunt, de asemenea, indispensabili în studiul mecanismelor anumitor reacții chimice, deoarece atomii acestor elemente pot eticheta apa și alte substanțe.

În cercetarea biologică, se folosesc adesea și izotopi marcați. De exemplu, în acest fel s-a stabilit modul în care fosforul afectează solul, creșterea și dezvoltarea plantelor cultivate. Proprietățile izotopilor sunt, de asemenea, utilizate cu succes în medicină, ceea ce a făcut posibilă tratarea tumorilor canceroase și a altor boli grave și determinarea vârstei organismelor biologice.