IZOTOPY(grécky, isos rovnaké, identické + miesto topos) - odrody jedného chemického prvku, ktoré zaberajú rovnaké miesto v periodickom systéme Mendelejevových prvkov, to znamená, že majú rovnaký jadrový náboj, ale líšia sa atómovými hmotnosťami. Pri zmienke o I. nezabudnite uviesť, ktorý izotop ktorej chemikálie. prvkom, ktorým je. Termín "izotop" sa niekedy používa v širšom zmysle - na označenie atómov rôznych prvkov. Na označenie ktoréhokoľvek z atómov, bez ohľadu na ich príslušnosť ku konkrétnemu prvku, sa však bežne používa výraz "nuklid".

I. príslušnosť k určitému prvku a hlavnému chem. vlastnosti sú určené jeho poradovým číslom Z alebo počtom protónov obsiahnutých v jadre (resp. rovnakým počtom elektrónov v obale atómu), a jeho jadrovo-fyzikálnym. vlastnosti sú určené súčtom a pomerom počtu protónov a neutrónov v ňom zahrnutých. Každé jadro sa skladá zo Z protónov a N neutrónov a celkový počet týchto častíc, čiže nukleónov, je hmotnostné číslo A = Z + N, ktoré určuje hmotnosť jadra. Rovná sa hodnote hmotnosti daného nuklidu zaokrúhlenej na najbližšie celé číslo. Akýkoľvek nuklid je teda určený hodnotami Z a N, hoci niektoré rádioaktívne nuklidy s rovnakým Z a N môžu byť v rôznych stavoch jadrovej energie a líšia sa svojou jadrovou fyzikou. vlastnosti; takéto nuklidy sa nazývajú izoméry. Nuklidy s rovnakým počtom protónov sa nazývajú izotopy.

A sú označené symbolom príslušnej chemikálie. prvok s indexom A umiestneným vľavo hore - hmotnostné číslo; niekedy sa vľavo dole uvádza aj počet protónov (Z). Napríklad rádioaktívny I. fosfor s hmotnostnými číslami 32 a 33 označuje: 32P a 33P alebo 32P a 33P. Pri označení I. bez uvedenia symbolu prvku sa za označením prvku uvádza číslo hmotnosti, napr. fosfor-32, fosfor-33.

I. rôzne prvky môžu mať rovnaké hmotnostné číslo. Atómy s rôznym počtom protónov Z a neutrónov N, ale s rovnakým hmotnostným číslom A, sa nazývajú izobary (napr. 14 32 Si, 15 32 P, 16 32 S, 17 32 Cl-izobary).

Názov „izotop“ navrhli Angličania. vedci Soddy (F. Soddy). Existencia I. bola prvýkrát objavená v roku 1906 pri štúdiu rádioaktívneho rozpadu ťažkých prírodných rádioaktívnych prvkov; v roku 1913 sa našli aj v nerádioaktívnom prvku neón a následne sa pomocou hmotnostnej spektrometrie určilo izotopové zloženie všetkých prvkov periodickej sústavy. V roku 1934 I. Joliot-Curie a F. Joliot-Curie ako prví získali umelo rádioaktívne žiarenie dusíka, kremíka a fosforu a následne pomocou rôznych jadrových reakcií na neutrónoch, nabitých časticiach a vysokoenergetických fotónoch rádioaktívne žiarenia všetkých známych prvkov a syntetizovaných rádioaktívnych I. 13 superťažkých - transuránových prvkov (so Z≥ 93). Je známych 280 stabilných, charakterizovaných stabilitou a viac ako 1 500 rádioaktívnych, t. j. nestabilných, I., ktoré podliehajú rádioaktívnym premenám tak či onak. Trvanie existencie rádioaktívneho I. je charakterizované polčasom rozpadu (pozri) - časový úsek T 1/2, počas ktorého sa počet rádioaktívnych jadier zníži na polovicu.

V prírodnej zmesi I. chem. rôzne I. prvky sú obsiahnuté v rôznych množstvách. Percento A. v tejto chemikálii. prvok sa nazýva ich relatívna abundancia. Napríklad prírodný kyslík obsahuje tri stabilné kyslíky: 16O (99,759 %), 17O (0,037 %) a 18O (0,204 %). Mnoho chem. prvky majú iba jeden stabilný I. (9 Be, 19 F, 23 Na, 31 P, 89 Y, 127 I atď.), a niektoré (Tc, Pm, Lu a všetky prvky so Z väčším ako 82) nemajú každý stabilný I.

Izotopové zloženie prírodných prvkov na našej planéte (a v rámci slnečnej sústavy) je v zásade konštantné, avšak v množstve atómov ľahkých prvkov dochádza k miernym výkyvom. Vysvetľuje sa to tým, že rozdiely v hmotnostiach ich I. sú pomerne veľké, a preto sa izotopové zloženie týchto prvkov mení pod vplyvom rôznych prírodných procesov, v dôsledku izotopových účinkov (t.j. rozdielov vo vlastnostiach chemických látok, ktoré obsahujú tieto izotopy). Izotopové zloženie množstva biologicky dôležitých prvkov (H, C, N, O, S) je teda spojené najmä s prítomnosťou biosféry a vitálnou aktivitou rastlinných a živočíšnych organizmov.

Rozdiel v zložení a štruktúre atómových jadier I. tej istej chemikálie. prvok (rôzny počet neutrónov) určuje rozdiel medzi ich jadrovým a fyzikálnym. vlastnosti, najmä skutočnosť, že niektoré jeho I. môžu byť stabilné, zatiaľ čo iné môžu byť rádioaktívne.

rádioaktívne premeny. Sú známe nasledujúce typy rádioaktívnych premien.

Alfa rozpad je spontánna premena jadier, sprevádzaná emisiou alfa častíc, t.j. dvoch protónov a dvoch neutrónov, tvoriacich jadro hélia 2 4 He. V dôsledku toho sa náboj Z pôvodného jadra zníži o 2 a celkový počet nuklidov alebo hmotnostné číslo sa zníži o 4 jednotky, napríklad:

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

V tomto prípade je kinetická energia emitovanej alfa častice určená hmotnosťou počiatočného a konečného jadra (berúc do úvahy hmotnosť samotnej častice alfa) a ich energetickým stavom. Ak sa konečné jadro vytvorí v excitovanom stave, potom sa kinetická energia častice alfa o niečo zníži, a ak sa excitované jadro rozpadne, energia častice alfa sa zodpovedajúcim spôsobom zvýši (v tomto prípade tzv. alfa častice na veľké vzdialenosti tvoria sa častice). Energetické spektrum alfa častíc je diskrétne a leží v rozsahu 4-9 MeV pre asi 200 I. ťažkých prvkov a 2-4,5 MeV pre takmer 20 alfa rádioaktívnych I. prvkov vzácnych zemín.

Beta rozpad je spontánna premena jadier, pri ktorej sa náboj Z pôvodného jadra zmení o jednu, pričom hmotnostné číslo A zostáva rovnaké. beta rozpad je vzájomná premena protónov (p) a neutrónov (n), ktoré tvoria jadro, sprevádzaná emisiou alebo absorpciou elektrónov (e -) alebo pozitrónov (e +), ako aj neutrín (v) a antineutrín (v -). Existujú tri typy rozpadu beta:

1) elektronický beta rozpad n -> p + e - + v -, sprevádzaný zvýšením náboja Z o 1 jednotku, s premenou jedného z neutrónov jadra napríklad na protón.

2) pozitrónový beta rozpad p -> n + e + + v sprevádzaný poklesom náboja Z o 1 jednotku, s premenou jedného z protónov jadra napr. na neutrón.

3) elektronický záchyt p + e - -> n + v so súčasnou premenou jedného z protónov jadra na neutrón, ako v prípade rozpadu s emisiou pozitrónu, sprevádzaný tiež poklesom náboja o 1 jednotka napr.

V tomto prípade k záchytu elektrónu dochádza z jedného z elektrónových obalov atómu, najčastejšie z K-obalu najbližšie k jadru (K-záchyt).

Beta-mínus rozpad je typický pre jadrá bohaté na neutróny, v ktorých je počet neutrónov väčší ako v stabilných jadrách, a beta-plus rozpad, a teda záchyt elektrónov, pre jadrá s deficitom neutrónov, v ktorých je počet neutrónov menej ako v stabilných jadrách, alebo tzv beta-stabilné, jadrá. Energia rozpadu je rozdelená medzi beta časticu a neutríno, a preto beta spektrum nie je diskrétne ako u alfa častíc, ale spojité a obsahuje beta častice s energiami od nuly do určitého Emax, charakteristické pre každé rádioaktívne žiarenie. Beta-rádioaktívne žiarenie sa nachádza vo všetkých prvkoch periodického systému.

Spontánne štiepenie je samovoľný rozpad ťažkých jadier na dva (niekedy 3-4) fragmenty, ktoré sú jadrami stredných prvkov periodického systému (úkaz objavili v roku 1940 sovietski vedci G. N. Flerov a K. A. Petržak).

Gama žiarenie - fotónové žiarenie s diskrétnym energetickým spektrom, vzniká pri jadrových premenách, zmenách energetického stavu jadier atómov, alebo pri anihilácii častíc. Emisia gama kvanta sprevádza rádioaktívnu transformáciu, keď sa v excitovanom energetickom stave vytvorí nové jadro. Životnosť takýchto jadier určuje jadrová fyzika. vlastnosti najmä rodičovského a dcérskeho jadra sa zvyšujú s klesajúcou energiou gama prechodov a môžu dosahovať relatívne veľké hodnoty pre prípady metastabilného excitovaného stavu. Energia gama žiarenia emitovaného rôznymi P. sa pohybuje od desiatok keV až po niekoľko MeV.

Jadrová stabilita. Pri beta rozpade dochádza k vzájomným premenám protónov a neutrónov, kým sa nedosiahne energeticky najpriaznivejší pomer p a n, ktorý zodpovedá stabilnému stavu jadra. Všetky nuklidy sa v súvislosti s beta rozpadom delia na beta-rádioaktívne a beta-stabilné jadrá. Beta-stabilný označuje buď stabilné alebo alfa-rádioaktívne nuklidy, pre ktoré je beta rozpad energeticky nemožný. Všetky beta-rezistentné I. v chem. prvky s atómovými číslami Z do 83 sú stabilné (až na pár výnimiek), kým ťažké prvky stabilné I. nemajú a všetky ich beta-stabilné I. sú alfa-rádioaktívne.

Pri rádioaktívnej premene sa uvoľňuje energia zodpovedajúca pomeru hmotnosti počiatočného a konečného jadra, hmotnosti a energie emitovaného žiarenia. Možnosť, že p-rozpad nastane bez zmeny hmotnostného čísla A, závisí od pomeru hmotností zodpovedajúcich izobár. Izobary s väčšou hmotnosťou sa v dôsledku beta rozpadu menia na izobary s menšou hmotnosťou; čím je izobarová hmotnosť menšia, tým je bližšie k P-stabilnému stavu. Opačný proces na základe zákona zachovania energie nemôže pokračovať. Takže napríklad pre vyššie uvedené izobary prebiehajú transformácie v nasledujúcich smeroch s tvorbou stabilného izotopu síry-32:

Jadrá nuklidov odolné voči beta rozpadu obsahujú aspoň jeden neutrón na protón (výnimkou sú 1 1 H a 2 3 He) a so zvyšujúcim sa atómovým číslom sa pomer N/Z zvyšuje a u uránu dosahuje hodnotu 1,6.

S nárastom počtu N sa jadro tohto prvku stáva nestabilným vzhľadom na elektronický beta-mínus rozpad (s transformáciou n->p), preto sú jadrá obohatené neutrónmi beta-aktívne. V súlade s tým sú jadrá s deficitom neutrónov nestabilné voči rozpadu pozitrónu beta+ alebo zachytávaniu elektrónov (s transformáciou p->n), zatiaľ čo v ťažkých jadrách sa pozoruje aj rozpad alfa a spontánne štiepenie.

Separácia stabilných a produkcia umelo rádioaktívnych izotopov. Separácia I. je obohatením prírodnej zmesi I. tejto chemikálie. prvku jednotlivými zložkami I. a izoláciou čistého I. z tejto zmesi. Všetky separačné metódy sú založené na izotopových efektoch, t.j. na rozdieloch vo fyzikálnych a chemických vlastnostiach. vlastnosti rôznych A. a chemikálie, ktorá ich obsahuje. zlúčeniny (pevnosť chemických väzieb, hustota, viskozita, tepelná kapacita, teplota topenia, vyparovanie, rýchlosť difúzie a pod.). Spôsoby delenia sú tiež založené na rozdieloch v správaní A a spojeniach, ktoré ich obsahujú vo fiz.-chem. procesy. Prakticky používané sú elektrolýza, odstreďovanie, plynová a tepelná difúzia, difúzia v prúde pary, rektifikačná, chemická. a izotopové výmeny, elektromagnetická separácia, laserová separácia atď. Ak jediný proces poskytuje nízky účinok, t. j. malý separačný faktor I., opakuje sa mnohokrát, kým sa nedosiahne dostatočný stupeň obohatenia. I. separácia ľahkých prvkov je najúčinnejšia vzhľadom na veľké relatívne rozdiely v hmotnostiach ich izotopov. Napríklad "ťažká voda", teda voda obohatená ťažkým I. vodíkom - deutérium, ktorej hmotnosť je dvakrát väčšia, sa získava v priemyselnom meradle v elektrolýzach; Vysoko účinná je aj extrakcia deutéria nízkoteplotnou destiláciou. Separácia I. uránu (na získanie jadrového paliva - 235 U) sa vykonáva v závodoch na difúziu plynu. Široká škála obohatených stabilných I. sa získava na elektromagnetických separačných zariadeniach. V niektorých prípadoch sa separácia a obohacovanie zmesi rádioaktívneho žiarenia používa napríklad na získanie rádioaktívneho žiarenia železa-55 s vysokou špecifickou aktivitou a rádionuklidovou čistotou.

Umelé rádioaktívne žiarenie sa získava v dôsledku jadrových reakcií - interakcií nuklidov medzi sebou navzájom a s jadrovými časticami alebo fotónmi, ktoré vedú k tvorbe ďalších nuklidov a častíc. Jadrová reakcia sa bežne označuje takto: najprv je označený symbol počiatočného izotopu a potom symbol izotopu vytvoreného v dôsledku tejto jadrovej reakcie. V zátvorkách medzi nimi je najprv uvedená pôsobiaca častica alebo kvantum žiarenia, potom nasleduje emitovaná častica alebo kvantum žiarenia (pozri tabuľku, stĺpec 2).

Pravdepodobnosť výskytu jadrových reakcií je kvantitatívne charakterizovaná takzvaným efektívnym prierezom (alebo prierezom) reakcie, ktorý sa označuje gréckym písmenom o a vyjadruje sa v barnoch (10 -24 cm 2 ). Na získanie umelo rádioaktívnych nuklidov sa používajú jadrové reaktory (pozri. Jadrové reaktory) a urýchľovače nabitých častíc (pozri). Mnohé rádionuklidy používané v biológii a medicíne sa získavajú v jadrovom reaktore jadrovými reakciami radiačného záchytu, t.j. záchytom jadra neutrónu s emisiou gama kvanta (n, gama), čo vedie k vytvoreniu izotopu rovnaký prvok s hmotnostným číslom jednotky väčším ako pôvodný, napr. 23Na (n, y) 24 Na, 31 P (n, y) 32 P; podľa reakcie (n, γ) nasleduje rozpad vzniknutého rádionuklidu a vznik „dcéry“ napr. 130Te (n, y)131Te ->131I; pre reakcie s emisiou nabitých častíc (n, p), (n, 2n), (n, α); napríklad14N (n, p) 14C; sekundárnymi reakciami s tritónmi (t, p) a (t, n), napr. 7Li (n, a)3H a potom 160 (t, n)18F; podľa štiepnej reakcie U (n, f) napr. 90 Sr, 133 Xe atď. (pozri Jadrové reakcie).

Niektoré rádionuklidy sa v jadrovom reaktore buď vôbec nedajú získať, alebo je ich výroba na medicínske účely iracionálna. Podľa reakcie (n, γ) vo väčšine prípadov nie je možné získať izotopy bez nosiča; niektoré reakcie majú príliš malý prierez a a ožiarené terče majú nízky relatívny obsah východiskového izotopu v prírodnej zmesi, čo vedie k nízkym výťažkom reakcie a nedostatočnej špecifickej aktivite prípravkov. Preto sa mnoho dôležitých rádionuklidov používa v klinickej praxi rádiodiagnostiky, sa získavajú s dostatočnou špecifickou aktivitou pomocou izotopovo obohatených cieľov. Napríklad na získanie vápnika-47 sa ožiari cieľ obohatený o vápnik-46 od 0,003 do 10-20 %; na ​​získanie železa-59 sa ožiari terč železom-58 obohatený od 0,31 do 80 %, aby sa získala ortuť- 197 - terč s ortuťou-196 obohatenou z 0,15 na 40% atď.

V reaktore arr. prijímajú rádionuklidy s nadbytkom neutrónov, rozpadajúce sa beta-mirus_žiarením. Neutrónovo deficitné rádionuklidy, ktoré vznikajú pri jadrových reakciách na nabitých časticiach (p, d, alfa) a fotónoch a rozpadajú sa emisiou pozitrónov alebo zachytávaním elektrónov, sa vo väčšine prípadov získavajú na cyklotrónoch, lineárnych urýchľovačoch protónov a elektrónov ( v druhom prípade sa používa brzdné žiarenie) pri energiách zrýchlených častíc rádovo v desiatkach a stovkách MeV. Tak si choďte po med. rádionuklidy reakciami: 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 atď. Dôležitou výhodou tohto spôsobu získavania rádionuklidov je, že majú spravidla inú chemikáliu. materiál ožarovaného cieľa môže byť izolovaný od druhého bez nosiča. To vám umožní prijímať potrebné rádiofarmy. liečivá s vysokou špecifickou aktivitou a rádionuklidovou čistotou.

Na získanie mnohých rádionuklidov s krátkou životnosťou priamo v klinických ústavoch, tzv. izotopové generátory obsahujúce materský rádionuklid s dlhou životnosťou, pri ktorého rozpade vzniká napríklad želaný dcérsky rádionuklid s krátkou životnosťou. 99m Tc, 87m Sr, 113 m In, 132 I. Ten možno opakovane extrahovať z generátora počas životnosti materského nuklidu (pozri Generátory rádioaktívnych izotopov).

Aplikácia izotopov v biológii a medicíne. Rádioaktívne a stabilné žiarenie sa široko používa vo vedeckom výskume. Ako etiketa sa používajú na prípravu izotopových indikátorov (pozri Označené zlúčeniny) - látok a zlúčenín, ktoré majú izotopové zloženie odlišné od prírodného. Metóda izotopových indikátorov sa používa na štúdium distribúcie, spôsobov a charakteru pohybu značených látok v rôznych médiách a systémoch, na vykonávanie ich kvantitatívnej analýzy, na štúdium štruktúry chemikálií. zlúčeniny a biologicky aktívne látky, mechanizmy rôznych dynamických procesov vrátane ich metabolizmu v organizme rastlín, živočíchov a človeka (pozri Rádioizotopová štúdia). Pomocou metódy izotopových indikátorov uskutočňovať výskumy v biochémii (štúdium metabolizmu, štruktúry a mechanizmu biosyntézy bielkovín, nukleínových k - t, tukov a uhľohydrátov v živom organizme, biochemických prietokov, reakcií atď. ); vo fyziológii (migrácia iónov a rôznych látok, procesy vstrebávania tukov a sacharidov z gastrointestinálneho traktu, vylučovanie, cirkulácia, správanie a úloha mikroelementov atď.); vo farmakológii a toxikológii (náuka o správaní liečiv a toxických látok, ich vstrebávaní, spôsoboch a rýchlosti akumulácie, distribúcie, vylučovania, mechanizmu účinku a pod.); v mikrobiológii, imunológii, virológii (náuka o biochémii mikroorganizmov, mechanizmoch enzymatických a imunochemických reakcií, interakcii vírusov a buniek, mechanizmoch účinku antibiotík atď.); v hygiene a ekológii (náuka o kontaminácii škodlivými látkami a dekontaminácii priemyslu a životného prostredia, ekologický reťazec rôznych látok, ich migrácia a pod.). A.aplikovať aj v iných medico-biol. výskum (na štúdium patogenézy rôznych chorôb, štúdium skorých zmien metabolizmu atď.).

V mede. V praxi sa rádionuklidy používajú na diagnostiku a liečbu rôznych chorôb, ako aj na radiačnú sterilizáciu medu. materiály, výrobky a lieky. Kliniky využívajú viac ako 130 rádiodiagnostických a 20 rádioterapeutických techník s použitím otvorených rádiofarmák. prípravky (RFP) a uzavreté izotopové zdroje žiarenia. Za týmto účelom sv. 60 rádionuklidov, cca. 30 z nich je najrozšírenejších (tabuľka). Rádiodiagnostické prípravky umožňujú získať informácie o funkciách a anatomickom stave orgánov a systémov ľudského tela. Základom rádioizotopovej diagnostiky (pozri) je možnosť sledovať biol, správanie chemikálie označenej rádionuklidmi. látok a zlúčenín v živom organizme bez narušenia jeho celistvosti a zmeny funkcií. Zavedenie požadovaného rádioizotopu zodpovedajúceho prvku do štruktúry chemikálie. Použitie zlúčeniny prakticky bez zmeny jej vlastností umožňuje sledovať jej správanie v živom organizme externou detekciou radiačného žiarenia, čo je jedna z veľmi dôležitých výhod metódy rádioizotopovej diagnostiky.

Dynamické ukazovatele správania značenej zlúčeniny umožňujú vyhodnotiť funkciu, stav skúmaného orgánu alebo systému. Takže podľa stupňa zriedenia rádiofarmaka 24 Na, 42 K, 51 Cr, 52 Fe, 131 I atď. v tekutom médiu objem cirkulujúcej krvi, erytrocytov, výmena albumínu, železa, výmena vody elektrolytov a pod., a vylučovanie rádiofarmák v orgánoch, telesných systémoch alebo v lézii, je možné posúdiť stav centrálnej a periférnej hemodynamiky, určiť funkciu pečene, obličiek, pľúc, študovať metabolizmus jódu, Rádiofarmaká s rádioizotopmi jódu a technécia umožňujú študovať všetky funkcie štítnej žľazy. Pomocou 99m Tc, 113m In, 123 I, 131 I, 133 Xe môžete vykonať komplexnú štúdiu pľúc - študovať distribúciu prietoku krvi, stav ventilácie pľúc a priedušiek. Rádiofarmaká s 43 K, 86 Rb, 99m Tc, 67 Ga, 131 I, 113 m In, 197 Hg atď. umožňujú určiť prietok krvi a prekrvenie mozgu, srdca, pečene, obličiek a iných orgánov. Rádioaktívne koloidné roztoky a niektoré jódovo-organické prípravky umožňujú posúdiť stav polygonálnych buniek a hepatocytov (Kupfferove bunky) a antitoxickú funkciu pečene. Pomocou rádioizotopového skenovania sa vykonáva anatomická a topografická štúdia a určuje sa prítomnosť, veľkosť, tvar a poloha objemových lézií pečene, obličiek, kostnej drene, štítnej žľazy, prištítnych teliesok a slinných žliaz, pľúc, lymfy, uzlín ; rádionuklidy 18 F, 67 Ga, 85 Sr, 87M Sr, 99M Tc umožňujú vyšetrenie chorôb kostry a pod.

V ZSSR boli vyvinuté a uvedené do platnosti štandardy radiačnej bezpečnosti pre pacientov používajúcich rádioaktívne látky na diagnostické účely, ktoré prísne regulujú tieto postupy z hľadiska prípustných úrovní ožiarenia. Vzhľadom na to, ako aj racionálny výber metód a zariadení na rôzne typy vyšetrení a použitie v rádiofarmakách pokiaľ možno rádionuklidov s krátkou životnosťou, ktoré majú priaznivé radiačné charakteristiky z hľadiska účinnosti ich registrácie pri minimálnej radiačnej záťaži , radiačná záťaž na telo pacienta počas rádioizotopových diagnostických postupov je oveľa nižšia ako dávky.dostávané pri rentgenole, inšpekciách a vo väčšine prípadov nepresahujú stotiny a desatiny rádu.

V 70. rokoch. 20. storočie rádioizotopové prípravky sa začali viac používať na in vitro štúdie, hlavne na imunochem. analýza. Radioimmunochem. metódy sú založené na vysoko špecifických imunochemických. reakcie antigén - protilátka, výsledkom je odštiepenie stabilného komplexu z protilátky a vzniká antigén. Po oddelení výsledného komplexu od nezreagovaných protilátok alebo antigénov sa uskutoční kvantitatívne stanovenie meraním ich rádioaktivity. Použitie antigénov alebo protilátok značených rádioizotopmi, napr. 125 I, zvyšuje citlivosť imunochem. testuje desiatky a stovky krát. Pomocou týchto testov je možné stanoviť obsah hormónov, protilátok, antigénov, enzýmov, enzýmov, vitamínov a iných biologicky aktívnych látok v organizme v koncentráciách do 0,1 mg/ml. Takto je možné definovať nielen rôzne patoly, stavy, ale aj veľmi malé zmeny odrážajúce počiatočné štádiá ochorenia. Tieto techniky sa napríklad úspešne používajú na včasnú in vitro diagnostiku diabetes mellitus, infekčnej hepatitídy, porúch metabolizmu sacharidov, niektorých alergických a mnohých ďalších ochorení. Takéto rádioizotopové testy sú nielen citlivejšie, jednoduchšie, ale umožňujú aj masový výskum a sú pre pacientov úplne bezpečné (pozri Rádioizotopová diagnostika).

S ležať. účel rádiofarmák a rádionuklidových zdrojov žiarenia aplikuje Ch. arr. v onkológii, ako aj pri liečbe zápalových ochorení, ekzémov a pod. (pozri Radiačná terapia). Na tieto účely sa používajú ako otvorené rádiofarmaká vstrekované do tela, do tkanív, seróznych dutín, kĺbových dutín, intravenózne, intraarteriálne a do lymfatického systému, ako aj uzavreté zdroje žiarenia na vonkajšiu, intrakavitárnu a intersticiálnu terapiu. Pomocou príslušných rádiofarmák sa Ch. arr. koloidy a suspenzie s obsahom 32 P, 90 Y, 131 I, 198 Au a iné rádionuklidy liečia choroby krvotvorného systému a rôzne nádory, lokálne pôsobiace na patol, ohnisko. Pri kontaktnom ožiarení (dermatol, očné beta aplikátory) sa používajú 32 P, 90 Sr, 90 Y, 147 Pm, 204 Tl, v diaľkových gama terapeutických prístrojoch - zdroje 60 Co alebo 137 Cs vysokej aktivity (stovky a tisíce curies) . Na intersticiálne a intrakavitárne ožarovanie sa používajú ihly, granule, drôty a iné špeciálne typy uzavretých žiaričov s 60 Co, 137 Cs, 182 Ta, 192 Ir, 198 Au (pozri Rádioaktívne lieky).

Rádioaktívne nuklidy sa používajú aj na sterilizáciu materiálov, medicínskych produktov. recepty a lieky. Praktické využitie radiačnej sterilizácie je možné od 50. rokov 20. storočia, kedy sa objavili výkonné zdroje ionizujúceho žiarenia.V porovnaní s tradičnými metódami sterilizácie (pozri) má radiačná metóda množstvo výhod. Keďže pri bežnej sterilizačnej dávke žiarenia (2-3 Mrad) nedochádza k výraznému zvýšeniu teploty ožarovaného predmetu, je možná radiačná sterilizácia termolabilných predmetov vrátane biol, prípravkov a výrobkov z niektorých druhov plastov. Účinok žiarenia na ožarovanú vzorku nastáva súčasne v celom jej objeme a sterilizácia prebieha s vysokou spoľahlivosťou. Na kontrolu zároveň slúžia farebné indikátory prijatej dávky, umiestnené na povrchu obalu sterilizovaného predmetu. Med. produkty a prostriedky sa sterilizujú na konci technol. cyklus už v hotovej forme a v hermetických obaloch, vrátane obalov vyrobených z polymérnych materiálov, čo eliminuje potrebu vytvárať prísne aseptické výrobné podmienky a zaručuje sterilitu po uvoľnení produktov podnikom. Radiačná sterilizácia je obzvlášť účinná pre med. jednorazové výrobky (injekčné striekačky, ihly, katétre, rukavice, stehy a obväzy, systémy na odber krvi a transfúzie, biologické výrobky, chirurgické nástroje atď.), neinjekčné lieky, tablety a masti. Pri radiačnej sterilizácii liečivých roztokov treba brať do úvahy možnosť ich radiačného rozkladu, čo vedie k zmene zloženia a vlastností (pozri Sterilizácia, chlad).

Toxikológia rádioaktívnych izotopov - odbor toxikológie, ktorý študuje vplyv zabudovaných rádioaktívnych látok na živé organizmy. Jeho hlavnými úlohami sú: stanovenie prípustných úrovní udržiavania a príjmu rádionuklidov v ľudskom tele vzduchom, vodou a potravinami, ako aj stupeň bezpečnosti RV vstupujúcich do organizmu klinom, rádiodiagnostické výskumy; objasnenie špecifík poškodenia rádionuklidmi v závislosti od charakteru ich distribúcie, energie a druhu žiarenia, polčasu rozpadu, dávky, ciest a rytmu príjmu a hľadanie účinných prostriedkov na predchádzanie škodám.

Najhlbšie sa skúma vplyv rádionuklidov na ľudské telo, ktoré sa široko používajú v priemysle, vede a mede. výskumu, ako aj vyplývajúce zo štiepenia jadrového paliva.

Toxikológia rádioaktívnych izotopov je organicky spojená s rádiobiológiou (pozri), radiačnou hygienou (pozri) a lekárskou rádiológiou (pozri).

Rádioaktívne látky sa môžu dostať do ľudského tela dýchacími cestami. traktu, kože, povrchov rán a pomocou injekcií - cez krvné cievy, svalové tkanivo, kĺbové povrchy. Povaha distribúcie rádionuklidov v tele závisí od hlavnej chemikálie. vlastnosti prvku, forma podávanej zlúčeniny, cesta vstupu a fiziolu, stav organizmu.

Pomerne výrazné rozdiely boli zistené v distribúcii a cestách vylučovania jednotlivých rádionuklidov. Rozpustné zlúčeniny Ca, Sr, Ba, Ra, Y, Zr sa selektívne akumulujú v kostnom tkanive; La, Ce, Pr, Pu, Am, Cm, Cf, Np - v pečeni a kostnom tkanive; K, Cs, Rb - v svalovom tkanive; Nb, Ru, Te, Po sú distribuované relatívne rovnomerne, hoci majú tendenciu sa hromadiť v retikuloendoteliálnom tkanive sleziny, kostnej drene, nadobličiek a lymfatických uzlín; I a At - v štítnej žľaze.

Rozloženie prvkov patriacich do určitej skupiny periodického systému Mendelejeva v tele má veľa spoločného. Prvky prvej hlavnej skupiny (Li, Na, K, Rb, Cs) sú úplne absorbované z čreva, relatívne rovnomerne rozložené v orgánoch a vylučované hlavne močom. Prvky druhej hlavnej skupiny (Ca, Sr, Ba, Ra) sa dobre vstrebávajú z čriev, selektívne sa ukladajú v kostre a vo veľkom množstve sa vylučujú stolicou. Prvky tretej hlavnej a štvrtej vedľajšej skupiny, vrátane ľahkých lantanoidov, aktinidov a transuránových prvkov, sa z čreva prakticky neabsorbujú, spravidla sa selektívne ukladajú v pečeni a v menšej miere aj v kostre a sa vylučujú hlavne výkalmi. Prvky piatej a šiestej hlavnej skupiny periodického systému, s výnimkou Po, sa relatívne dobre vstrebávajú z čreva a vylučujú sa takmer výlučne močom počas prvého dňa, vďaka čomu sa v orgánoch nachádzajú v relatívne malom množstve. .

Ukladanie rádionuklidov v pľúcnom tkanive pri inhalácii závisí od veľkosti inhalovaných častíc a ich rozpustnosti. Čím väčšie sú aerosóly, tým väčší je ich podiel zadržaný v nosohltane a menší preniká do pľúc. Ľahké, zle rozpustné zlúčeniny pomaly odchádzajú. Vysoká koncentrácia takýchto rádionuklidov sa často nachádza v limf, uzlinách koreňov pľúc. Veľmi rýchlo sa vstrebáva v pľúcach oxid trícia, rozpustné zlúčeniny alkalických prvkov a prvkov alkalických zemín. Pu, Am, Ce, Cm a ďalšie ťažké kovy sa pomaly vstrebávajú do pľúc.

Normy radiačnej bezpečnosti (RSR) upravujú príjem a obsah rádionuklidov v organizme osôb, ktorých práca je spojená s pracovným nebezpečenstvom, jednotlivcov z obyvateľstva, ako aj obyvateľstva ako celku, prípustné koncentrácie rádionuklidov v atmosférickom ovzduší. a voda, jedlo. Tieto normy sú založené na hodnotách maximálnych prípustných dávok (MPD) expozície stanovených pre štyri skupiny kritických orgánov a tkanív (pozri Kritický orgán, Maximálne prípustné dávky).

Pre osoby pracujúce v podmienkach pracovného nebezpečenstva je akceptovaná hodnota SDA pre ožiarenie celého tela, pohlavných žliaz a červenej kostnej drene 5 rem / rok, svalové a tukové tkanivo, pečeň, obličky, slezina, zhel.-kish. trakt, pľúca, očná šošovka - 15 rem / rok, kostné tkanivo, štítna žľaza a koža - 30 rem / rok, ruky, predlaktia, členky a nohy - 75 rem / rok.

Normy pre jednotlivcov z populácie sa odporúčajú 10-krát nižšie ako pre osoby pracujúce v podmienkach pracovného ohrozenia. Ožiarenie celej populácie je regulované geneticky významnou dávkou, ktorá by za 30 rokov nemala presiahnuť 5 rem. Táto dávka nezahŕňa možné dávky žiarenia spôsobené medom. postupy a prirodzené žiarenie pozadia.

Hodnota ročného maximálneho povoleného príjmu rozpustných a nerozpustných zlúčenín (μCi/rok) dýchacími orgánmi pre personál, limit ročného príjmu rádionuklidov dýchacími a tráviacimi orgánmi pre jednotlivcov z populácie, priemerné ročné prípustné koncentrácie (MAC) rádionuklidov v atmosférickom vzduchu a vode (curie / k) pre jednotlivcov z populácie, ako aj obsah rádionuklidov v kritickom orgáne zodpovedajúci maximálnej prípustnej úrovni príjmu (mCi) pre personál, sú uvedené v predpisov.

Pri výpočte prípustných úrovní príjmu rádionuklidov do organizmu sa zohľadňuje aj často sa vyskytujúca nerovnomernosť rozloženia rádionuklidov v jednotlivých orgánoch a tkanivách. Nerovnomerná distribúcia rádionuklidov, ktorá vedie k vytváraniu vysokých lokálnych dávok, je základom vysokej toxicity žiaričov alfa, ktorá je do značnej miery podporovaná absenciou procesov obnovy a takmer úplným súhrnom škôd spôsobených týmto typom žiarenia.

Označenia: β- - beta žiarenie; β+ - pozitrónové žiarenie; n - neutrón; p - protón; d - deuterón; t - tritón; a - častica alfa; E.Z. - rozpad elektrónovým záchytom; γ - gama žiarenie (spravidla sú uvedené iba hlavné čiary spektra γ); I.P. - izomérny prechod; U (n, f) - štiepna reakcia uránu. Špecifikovaný izotop sa izoluje zo zmesi štiepnych produktov; 90 Sr-> 90 Y - získanie dcérskeho izotopu (90 Y) v dôsledku rozpadu materského izotopu (90 Sr), vrátane použitia generátora izotopov.

Bibliografia: Ivanov I. I. a kol., Rádioaktívne izotopy v medicíne a biológii, M., 1955; Kamen M. Rádioaktívne indikátory v biológii, prekl. z angličtiny, M., 1948, bibliografia; Levin V. I. Získanie rádioaktívnych izotopov, M., 1972; Normy radiačnej bezpečnosti (NRB-69), M., 1972; Získavanie v reaktore a využitie izotopov s krátkou životnosťou, trans. z in., vyd. V. V. Bochkareva a B. V. Kurčatov, Moskva, 1965. Výroba izotopov, ed. V. V. Bochkareva, Moskva, 1973. Selinov I. P. Atómové jadrá a jadrové premeny, t. 1, M.-L., 1951, bibliogr.; Tumanyan M. A. a Kaushansky D. A. Radiačná sterilizácia, M., 1974, bibliografia; Fateeva M. N. Eseje o rádioizotopovej diagnostike, M., 1960, bibliogr.; Heveshi G. Rádioaktívne indikátory, trans. z angličtiny, M., 1950, bibliografia; Dynamické štúdie s rádioizotopmi v medicíne 1974, Proc, symp., v. 1-2, Viedeň, MAAE, 1975; P r í klad Ch. M., Hollander J. M. a. P eg 1 ma n I. Tables of isotopes, N. Y., 1967; Silver S. Rádioaktívne izotopy v klinickej medicíne, New Engl. J. Med., v. 272, s. 569, 1965, bibliogr.

V. V. Bochkarev; Yu. I. Moskalev (toks.), zostavovateľ tabuľky. V.V. Bochkarev.

Zopakujte si hlavné ustanovenia témy „Základné pojmy chémie“ a vyriešte navrhnuté úlohy. Použite ##6-17.

Základné ustanovenia

1. Látka(jednoduché a zložité) je akákoľvek kombinácia atómov a molekúl, ktorá je v určitom stave agregácie.

Transformácia látok, sprevádzaná zmenou ich zloženia a (alebo) štruktúry, sa nazýva chemické reakcie .

2. Štrukturálne jednotky látok:

· Atom- najmenšia elektricky neutrálna častica chemického prvku a jednoduchej látky, ktorá má všetky svoje chemické vlastnosti a je ďalej fyzikálne a chemicky nedeliteľná.

· Molekula- najmenšia elektricky neutrálna častica látky, ktorá má všetky svoje chemické vlastnosti, fyzikálne nedeliteľná, ale deliteľná chemicky.

3. Chemický prvok Typ atómu s určitým jadrovým nábojom.

4. Zlúčenina atóm :

Častice	Ako určiť?	Nabite		Hmotnosť
		cl	konvenčné jednotky		a.u.m.
Electron	Radový číslo (N)	1.6 ∙ 10 -19		9.10 ∙ 10 -28	0.00055
Proton	Radový číslo (N)	1.6 ∙ 10 -19		1.67 ∙ 10 -24	1.00728
Neutrón	Ar-N			1.67 ∙ 10 -24	1.00866

5. Zlúčenina atómové jadro :

Jadro pozostáva z elementárnych častíc ( nukleóny) –

protóny(1 1 p ) a neutróny(10n).

· Pretože Takmer všetka hmotnosť atómu je sústredená v jadre m p ≈ m n≈ 1 amu, potom zaokrúhlená hodnotaA rchemického prvku sa rovná celkovému počtu nukleónov v jadre.

7. izotopy- množstvo atómov toho istého chemického prvku, líšiace sa od seba iba svojou hmotnosťou.

· Označenie izotopov: naľavo od symbolu prvku uveďte číslo hmotnosti (hore) a sériové číslo prvku (dole)

Prečo majú izotopy rôzne hmotnosti?

Úloha: Určte atómové zloženie izotopov chlóru: 35 17Cla 37 17Cl?

Izotopy majú rôznu hmotnosť v dôsledku rôzneho počtu neutrónov v ich jadrách.

8. V prírode chemické prvky existujú ako zmesi izotopov.

Izotopové zloženie toho istého chemického prvku je vyjadrené v termínoch atómové frakcie(ω at.), ktoré označujú, aká časť je počet atómov daného izotopu z celkového počtu atómov všetkých izotopov daného prvku, braný ako jeden alebo 100 %.

Napríklad:

ω pri (35 17 Cl) = 0,754

ω pri (37 17 Cl) = 0,246

9. Periodická tabuľka zobrazuje priemerné hodnoty relatívnych atómových hmotností chemických prvkov, berúc do úvahy ich izotopové zloženie. Preto A r uvedené v tabuľke sú zlomkové.

A rSt= ω v. (1) ∙ Ar (1) + … + ω o.(n ) ∙ Ar ( n )

Napríklad:

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

10. Úloha na vyriešenie:

č. 1. Určte relatívnu atómovú hmotnosť bóru, ak je známe, že molárny podiel izotopu 10B je 19,6 % a izotopu 11B je 80,4 %.

11. Hmotnosti atómov a molekúl sú veľmi malé. V súčasnosti je vo fyzike a chémii prijatý jednotný systém merania.

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

Absolútne hmotnosti niektorých atómov:

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- ukazuje, koľkokrát je daný atóm ťažší ako 1/12 atómu 12 C. Pán∙ 1,66 ∙ 10 -27 kg

13. Počet atómov a molekúl v bežných vzorkách látok je veľmi veľký, preto sa pri charakterizácii množstva látky používa merná jednotka -Krtko .

· krtko (ν)- jednotka množstva látky, ktorá obsahuje toľko častíc (molekúl, atómov, iónov, elektrónov), koľko je atómov v 12 g izotopu 12 C

Hmotnosť 1 atóm 12 C je 12 amu, teda počet atómov v 12 g izotopu 12 C rovná sa:

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

· Fyzikálne množstvo N A volal konštantný Avogadro (Avogadrove číslo) a má rozmer [ N A ] = mol -1 .

14. Základné vzorce:

M = Pán = ρ ∙ Vm(ρ – hustota; V m – objem pri n.c.)

Úlohy na samostatné riešenie

č. 1. Vypočítajte počet atómov dusíka v 100 g uhličitanu amónneho obsahujúceho 10 % nedusíkových nečistôt.

č. 2. Za normálnych podmienok má 12 litrov plynnej zmesi pozostávajúcej z amoniaku a oxidu uhličitého hmotnosť 18 g. Koľko litrov každého z plynov zmes obsahuje?

číslo 3. Pôsobením nadbytku kyseliny chlorovodíkovej na 8,24 g zmesi oxidu mangánu (IV) s neznámym oxidom MO 2, ktorý nereaguje s kyselinou chlorovodíkovou, 1,344 l plynu pri n.o. V inom experimente sa zistilo, že molárny pomer oxidu mangánu (IV) k neznámemu oxidu je 3:1. Nastavte vzorec pre neznámy oxid a vypočítajte jeho hmotnostný podiel v zmesi.

Zistilo sa, že každý chemický prvok nachádzajúci sa v prírode je zmesou izotopov (preto majú zlomkové atómové hmotnosti). Aby sme pochopili, ako sa izotopy navzájom líšia, je potrebné podrobne zvážiť štruktúru atómu. Atóm tvorí jadro a elektrónový oblak. Hmotnosť atómu je ovplyvnená elektrónmi pohybujúcimi sa ohromujúcou rýchlosťou na obežných dráhach v elektrónovom oblaku, neutrónmi a protónmi, ktoré tvoria jadro.

Čo sú izotopy

izotopy Typ atómu chemického prvku. V každom atóme je vždy rovnaký počet elektrónov a protónov. Keďže majú opačné náboje (elektróny sú záporné a protóny kladné), atóm je vždy neutrálny (táto elementárna častica nenesie náboj, rovná sa nule). Keď sa elektrón stratí alebo zachytí, atóm stratí svoju neutralitu a stane sa negatívnym alebo pozitívnym iónom.
Neutróny nemajú náboj, ale ich počet v atómovom jadre toho istého prvku môže byť rôzny. To neovplyvňuje neutralitu atómu, ale ovplyvňuje jeho hmotnosť a vlastnosti. Napríklad každý izotop atómu vodíka má každý jeden elektrón a jeden protón. A počet neutrónov je iný. Protium má iba 1 neutrón, deutérium má 2 neutróny a trícium má 3 neutróny. Tieto tri izotopy sa navzájom výrazne líšia vlastnosťami.

Porovnanie izotopov

Ako sa izotopy líšia? Majú rôzny počet neutrónov, rôznu hmotnosť a iné vlastnosti. Izotopy majú identickú štruktúru elektrónových obalov. To znamená, že majú veľmi podobné chemické vlastnosti. Preto majú priradené jedno miesto v periodickom systéme.
V prírode sa našli stabilné a rádioaktívne (nestabilné) izotopy. Jadrá atómov rádioaktívnych izotopov sú schopné spontánne sa transformovať na iné jadrá. V procese rádioaktívneho rozpadu vyžarujú rôzne častice.
Väčšina prvkov má viac ako dva tucty rádioaktívnych izotopov. Okrem toho sú rádioaktívne izotopy umelo syntetizované pre absolútne všetky prvky. V prirodzenej zmesi izotopov ich obsah mierne kolíše.
Existencia izotopov umožnila pochopiť, prečo v niektorých prípadoch majú prvky s nižšou atómovou hmotnosťou vyššie poradové číslo ako prvky s väčšou atómovou hmotnosťou. Napríklad v páre argón-draslík argón zahŕňa ťažké izotopy a draslík zahŕňa ľahké izotopy. Preto je hmotnosť argónu väčšia ako hmotnosť draslíka.

ImGist zistil, že rozdiel medzi izotopmi od seba je nasledujúci:

Majú rôzny počet neutrónov.
Izotopy majú rôznu hmotnosť atómov.
Hodnota hmotnosti atómov iónov ovplyvňuje ich celkovú energiu a vlastnosti.

Pri štúdiu vlastností rádioaktívnych prvkov sa zistilo, že v tom istom chemickom prvku možno nájsť atómy s rôznymi jadrovými hmotnosťami. Zároveň majú rovnaký jadrový náboj, to znamená, že nejde o nečistoty látok tretích strán, ale o rovnakú látku.

Čo sú izotopy a prečo existujú

V Mendelejevovej periodickej sústave zaberá jeden prvok aj atómy látky s inou hmotnosťou jadra v jednej bunke. Na základe vyššie uvedeného dostali takéto odrody tej istej látky názov "izotopy" (z gréckeho isos - to isté a topos - miesto). takže, izotopy- sú to odrody daného chemického prvku, ktoré sa líšia hmotnosťou atómových jadier.

Podľa prijatého neutrónu rotónový model jadra Existenciu izotopov bolo možné vysvetliť takto: jadrá niektorých atómov látky obsahujú rôzny počet neutrónov, ale rovnaký počet protónov. V skutočnosti je jadrový náboj izotopov jedného prvku rovnaký, a preto je počet protónov v jadre rovnaký. Jadrá sa líšia hmotnosťou, respektíve obsahujú rôzny počet neutrónov.

Stabilné a nestabilné izotopy

Izotopy sú stabilné alebo nestabilné. K dnešnému dňu je známych asi 270 stabilných izotopov a viac ako 2000 nestabilných. stabilné izotopy- Ide o odrody chemických prvkov, ktoré môžu nezávisle existovať po dlhú dobu.

Väčšina z nestabilné izotopy bola získaná umelo. Nestabilné izotopy sú rádioaktívne, ich jadrá podliehajú procesu rádioaktívneho rozpadu, to znamená spontánnej premene na iné jadrá sprevádzanej emisiou častíc a / alebo žiarenia. Takmer všetky rádioaktívne umelé izotopy majú veľmi krátke polčasy, merané v sekundách a dokonca zlomkoch sekúnd.

Koľko izotopov môže obsahovať jadro

Jadro nemôže obsahovať ľubovoľný počet neutrónov. V súlade s tým je počet izotopov obmedzený. Aj v počte protónov prvkov, počet stabilných izotopov môže dosiahnuť desať. Napríklad cín má 10 izotopov, xenón má 9, ortuť má 7 atď.

Tie prvky počet protónov je nepárny, môže mať iba dva stabilné izotopy. Niektoré prvky majú iba jeden stabilný izotop. Ide o látky ako zlato, hliník, fosfor, sodík, mangán a iné. Takéto variácie v počte stabilných izotopov pre rôzne prvky sú spojené s komplexnou závislosťou počtu protónov a neutrónov od väzbovej energie jadra.

Takmer všetky látky v prírode existujú ako zmes izotopov. Počet izotopov v zložení látky závisí od typu látky, atómovej hmotnosti a počtu stabilných izotopov daného chemického prvku.

Dokonca aj starovekí filozofi tvrdili, že hmota je postavená z atómov. Skutočnosť, že samotné „tehly“ vesmíru pozostávajú z najmenších častíc, však vedci začali hádať až na prelome 19. a 20. storočia. Experimenty, ktoré to dokazovali, urobili vo svojej dobe skutočnú revolúciu vo vede. Je to kvantitatívny pomer jednotlivých zložiek, ktorý odlišuje jeden chemický prvok od druhého. Každý z nich má svoje miesto podľa sériového čísla. Existujú však rôzne druhy atómov, ktoré zaberajú rovnaké bunky v tabuľke, napriek rozdielom v hmotnosti a vlastnostiach. Prečo je to tak a aké izotopy sú v chémii, si povieme neskôr.

Atóm a jeho častice

Skúmaním štruktúry hmoty bombardovaním alfa časticami E. Rutherford v roku 1910 dokázal, že hlavný priestor atómu je vyplnený prázdnotou. A len v strede je jadro. Negatívne elektróny sa pohybujú po obežných dráhach okolo neho a tvoria plášť tohto systému. Takto vznikol planetárny model „tehál“ hmoty.

Čo sú izotopy? Pamätajte si z kurzu chémie, že jadro má tiež zložitú štruktúru. Pozostáva z kladných protónov a nenabitých neutrónov. Číslo prvého určuje kvalitatívne charakteristiky chemického prvku. Je to počet protónov, ktorý odlišuje látky od seba a dodáva ich jadrám určitý náboj. A na základe toho im je pridelené poradové číslo v periodickej tabuľke. Ale počet neutrónov v tom istom chemickom prvku ich rozlišuje na izotopy. Definícia tohto pojmu v chémii môže byť preto uvedená nasledovne. Ide o odrody atómov, ktoré sa líšia zložením jadra, majú rovnaký náboj a poradové čísla, ale majú rôzne hmotnostné čísla v dôsledku rozdielov v počte neutrónov.

Notový zápis

Štúdiom chémie v 9. ročníku a izotopov sa študenti dozvedia o prijatých konvenciách. Písmeno Z označuje náboj jadra. Tento údaj sa zhoduje s počtom protónov, a preto je ich indikátorom. Súčet týchto prvkov s neutrónmi, označených znakom N, je A - hmotnostné číslo. Rodina izotopov jednej látky je spravidla označená ikonou tohto chemického prvku, ktorý je v periodickej tabuľke vybavený poradovým číslom, ktoré sa zhoduje s počtom protónov v ňom. Ľavý horný index pridaný k zadanej ikone zodpovedá hromadnému číslu. Napríklad 238 U. Náboj prvku (v tomto prípade uránu, označeného poradovým číslom 92) je označený podobným indexom nižšie.

Po znalosti týchto údajov je možné ľahko vypočítať počet neutrónov v danom izotope. Rovná sa hmotnostnému číslu mínus sériové číslo: 238 - 92 \u003d 146. Počet neutrónov by mohol byť menší, z toho by tento chemický prvok neprestal byť urán. Treba si uvedomiť, že najčastejšie v iných, jednoduchších látkach je počet protónov a neutrónov približne rovnaký. Takéto informácie pomáhajú pochopiť, čo je izotop v chémii.

Nukleóny

Práve počet protónov dáva určitému prvku individualitu a počet neutrónov ho nijako neovplyvňuje. Ale atómová hmotnosť sa skladá z týchto dvoch uvedených prvkov, ktoré majú spoločný názov "nukleóny", čo predstavuje ich súčet. Tento indikátor však nezávisí od tých, ktoré tvoria záporne nabitý obal atómu. prečo? Stojí za to len porovnávať.

Hmotnostný zlomok protónu v atóme je veľký a je približne 1 AU. u m alebo 1,672 621 898 (21) 10 -27 kg. Neutrón je blízky parametrom tejto častice (1,674 927 471(21) 10 -27 kg). Ale hmotnosť elektrónu je tisíckrát menšia, považuje sa za zanedbateľnú a neberie sa do úvahy. Preto, keď poznáme horný index prvku v chémii, nie je ťažké zistiť zloženie jadra izotopov.

Izotopy vodíka

Izotopy určitých prvkov sú v prírode tak dobre známe a bežné, že dostali svoje vlastné mená. Najjasnejším a najjednoduchším príkladom je vodík. V prírodných podmienkach sa vyskytuje vo svojej najbežnejšej forme protium. Tento prvok má hmotnostné číslo 1 a jeho jadro pozostáva z jedného protónu.

Čo sú teda izotopy vodíka v chémii? Ako viete, atómy tejto látky majú prvé číslo v periodickej tabuľke, a preto sú v prírode vybavené nábojovým číslom 1. Počet neutrónov v jadre atómu je však pre nich odlišný. Deutérium, ktoré je ťažkým vodíkom, má okrem protónu v jadre ešte jednu časticu, teda neutrón. Výsledkom je, že táto látka vykazuje svoje vlastné fyzikálne vlastnosti, na rozdiel od protium, má vlastnú hmotnosť, teplotu topenia a teplotu varu.

Trícium

Trícium je najkomplexnejšie zo všetkých. Toto je superťažký vodík. V súlade s definíciou izotopov v chémii má nábojové číslo 1, ale hmotnostné číslo 3. Často sa nazýva tritón, pretože okrem jedného protónu má v jadre dva neutróny, tj. skladá sa z troch prvkov. Názov tohto prvku, ktorý objavili v roku 1934 Rutherford, Oliphant a Harteck, bol navrhnutý ešte pred jeho objavením.

Je to nestabilná látka s rádioaktívnymi vlastnosťami. Jeho jadro má schopnosť rozdeliť sa s uvoľnením beta častice a elektrónového antineutrína. Energia rozpadu tejto látky nie je príliš vysoká a dosahuje 18,59 keV. Preto takéto žiarenie nie je pre človeka príliš nebezpečné. Ochrániť pred ním môže obyčajný odev a chirurgické rukavice. A tento rádioaktívny prvok získaný s jedlom sa rýchlo vylučuje z tela.

Izotopy uránu

Oveľa nebezpečnejšie sú rôzne druhy uránu, ktorých dnes veda pozná 26. Preto, keď hovoríme o tom, aké izotopy sú v chémii, nemožno nespomenúť tento prvok. Napriek rôznorodosti typov uránu sa v prírode vyskytujú iba tri jeho izotopy. Patria sem 234 U, 235 U, 238 U. Prvý z nich, ktorý má vhodné vlastnosti, sa aktívne používa ako palivo v jadrových reaktoroch. A posledný - na výrobu plutónia-239, ktoré je samo o sebe nevyhnutné ako najcennejšie palivo.

Každý z rádioaktívnych prvkov je charakteristický svojím vlastným, čo je doba, počas ktorej sa látka rozdelí v pomere ½. To znamená, že v dôsledku tohto procesu sa množstvo konzervovanej časti látky zníži na polovicu. Toto obdobie pre urán je obrovské. Napríklad pre izotop-234 sa odhaduje na 270 tisícročí a pre ďalšie dve uvedené odrody je to oveľa významnejšie. Rekordný polčas rozpadu je polčas uránu-238, ktorý trvá miliardy rokov.

Nuklidy

Nie každý typ atómu, charakterizovaný vlastným a presne definovaným počtom protónov a elektrónov, je natoľko stabilný, že na jeho štúdium stačí aspoň nejaké dlhé obdobie. Tie, ktoré sú relatívne stabilné, sa nazývajú nuklidy. Stabilné útvary tohto druhu nepodliehajú rádioaktívnemu rozpadu. Nestabilné sa nazývajú rádionuklidy a zase sa delia na krátkodobé a dlhodobé. Ako je známe z 11. ročníka hodín chémie o štruktúre izotopových atómov, osmium a platina majú najväčší počet rádionuklidov. Kobalt a zlato majú každý jeden stabilný nuklid a cín má najväčší počet stabilných nuklidov.

Výpočet sériového čísla izotopu

Teraz sa pokúsme zhrnúť informácie opísané vyššie. Po pochopení toho, čo sú izotopy v chémii, je čas zistiť, ako môžete získané poznatky využiť. Pozrime sa na to na konkrétnom príklade. Predpokladajme, že je známe, že určitý chemický prvok má hmotnostné číslo 181. Zároveň obal atómu danej látky obsahuje 73 elektrónov. Ako možno pomocou periodickej tabuľky zistiť názov daného prvku, ako aj počet protónov a neutrónov v jeho jadre?

Začnime riešiť problém. Názov látky môžete určiť tak, že poznáte jej sériové číslo, ktoré zodpovedá počtu protónov. Keďže počet kladných a záporných nábojov v atóme je rovnaký, je to 73. Ide teda o tantal. Navyše, celkový počet nukleónov je celkovo 181, čo znamená, že protóny tohto prvku sú 181 - 73 = 108. Celkom jednoducho.

Izotopy gália

Prvok gálium v ​​má atómové číslo 71. V prírode má táto látka dva izotopy – 69 Ga a 71 Ga. Ako určiť percento odrôd gália?

Riešenie problémov o izotopoch v chémii je takmer vždy spojené s informáciami, ktoré možno získať z periodickej tabuľky. Tentoraz by ste mali urobiť to isté. Určme priemernú atómovú hmotnosť z uvedeného zdroja. Rovná sa 69,72. Označením pre x a y kvantitatívny pomer prvého a druhého izotopu vezmeme ich súčet rovný 1. Takže vo forme rovnice to bude napísané: x + y = 1. Z toho vyplýva, že 69x + 71y = 69,72. Vyjadrením y pomocou x a dosadením prvej rovnice do druhej dostaneme, že x = 0,64 a y = 0,36. To znamená, že 69 Ga je v prírode obsiahnutých 64% a percento 71Ga je 34%.

Izotopové premeny

Rádioaktívne štiepenie izotopov s ich premenou na iné prvky sa delí na tri hlavné typy. Prvým z nich je rozpad alfa. Vyskytuje sa pri emisii častice, ktorá je jadrom atómu hélia. To znamená, že táto formácia, pozostávajúca zo sady párov neutrónov a protónov. Keďže ich číslo určuje číslo náboja a počet atómov látky v periodickom systéme, v dôsledku tohto procesu dochádza ku kvalitatívnej transformácii jedného prvku na druhý a v tabuľke sa posúva doľava. dvoma bunkami. V tomto prípade sa hmotnostné číslo prvku zníži o 4 jednotky. Poznáme to zo štruktúry atómov izotopov.

Keď jadro atómu stratí beta časticu, ktorá je v podstate elektrónom, zmení sa jeho zloženie. Jeden z neutrónov sa premení na protón. To znamená, že kvalitatívne charakteristiky látky sa opäť zmenia a prvok sa v tabuľke posunie o jednu bunku doprava, prakticky bez straty hmotnosti. Typicky je takáto transformácia spojená s elektromagnetickým žiarením gama.

Konverzia izotopov rádia

Vyššie uvedené informácie a poznatky z chémie 11. ročníka o izotopoch opäť pomáhajú riešiť praktické problémy. Napríklad nasledovné: 226 Ra sa pri rozpade zmení na chemický prvok skupiny IV, ktorý má hmotnostné číslo 206. Koľko alfa a beta častíc by mal stratiť v tomto prípade?

Ak vezmeme do úvahy zmeny hmotnosti a skupiny dcérskeho prvku pomocou periodickej tabuľky, je ľahké určiť, že izotop vytvorený počas štiepenia bude olovo s nábojom 82 a hmotnostným číslom 206. nábojové číslo tohto prvku a pôvodné rádium, treba predpokladať, že jeho jadro stratilo päť alfa-častíc a štyri beta častice.

Použitie rádioaktívnych izotopov

Každý si je dobre vedomý toho, aké škody môže rádioaktívne žiarenie spôsobiť živým organizmom. Vlastnosti rádioaktívnych izotopov sú však pre človeka užitočné. Úspešne sa používajú v mnohých priemyselných odvetviach. S ich pomocou je možné odhaliť netesnosti inžinierskych a stavebných konštrukcií, podzemných potrubí a ropovodov, zásobníkov, výmenníkov tepla v elektrárňach.

Tieto vlastnosti sa aktívne využívajú aj vo vedeckých experimentoch. Napríklad mucha tse-tse je prenášačom mnohých závažných chorôb pre ľudí, hospodárske zvieratá a domáce zvieratá. Aby sa tomu zabránilo, samci tohto hmyzu sa sterilizujú pomocou slabého rádioaktívneho žiarenia. Izotopy sú nepostrádateľné aj pri štúdiu mechanizmov niektorých chemických reakcií, pretože atómy týchto prvkov môžu označovať vodu a iné látky.

V biologickom výskume sa často používajú aj značené izotopy. Týmto spôsobom sa napríklad zistilo, ako fosfor ovplyvňuje pôdu, rast a vývoj kultúrnych rastlín. Vlastnosti izotopov sa úspešne využívajú aj v medicíne, čo umožnilo liečiť rakovinové nádory a iné závažné ochorenia a určovať vek biologických organizmov.