Bir elementin izotopları aynıdır. Atomun maddenin bölünemez en küçük parçacıkları olduğu fikri

Aynı ama farklı olan belirli bir öğe. Aynı sayı ve çeşitlilikte çekirdeklere sahiptirler. sayısı, elektron kabuklarının aynı yapısına sahiptir ve periyodiklikte aynı yeri kaplar. kimyasal sistem elementler. "İzotoplar" terimi, 1910 yılında F. Soddy tarafından fiziksel özelliklerinde farklılık gösteren, kimyasal olarak ayırt edilemeyen çeşitleri belirtmek için önerildi. (öncelikle radyoaktif) Azizler. Kararlı izotoplar ilk olarak 1913 yılında J. Thomson tarafından kendi geliştirdiği sözde kullanılarak keşfedildi. parabol yöntemi - modern olanın prototipi. . Ne'nin ağırlıkça en az 2 çeşidi olduğunu buldu. 20 ve 22. kısımlar. İzotopların adları ve sembolleri genellikle karşılık gelen kimyasalların adları ve sembolleridir. elementler; sembolün sol üst köşesine gelin. Örneğin, doğal olanı belirtmek için izotoplar 35 Cl ve 37 Cl notasyonunu kullanır; bazen öğe sol altta da gösterilir, yani. 35 17 Cl ve 37 17 Cl yazın. Yalnızca en hafif element olan hidrojenin ağırlıkça izotopları. 1, 2 ve 3 numaralı parçalar özeldir. adlar ve semboller: sırasıyla (1 1 H), (D veya 2 1 H) ve (T veya 3 1 H). Kütlelerdeki büyük fark nedeniyle, bu izotopların davranışları önemli ölçüde farklılık gösterir (bkz.). Kararlı izotoplar tüm çift ve çoğu tek elementte meydana gelir.[ 83. Elementlerin kararlı izotop sayıları çift sayı olabilir. 10'a eşittir (örneğin y); Tek sayılı elementlerin ikiden fazla kararlı izotopu yoktur. Yaklaşık olarak biliniyor. 116 doğal ve yapay olarak elde edilen elementin 280 kararlı ve 2000'den fazla radyoaktif izotopu. Her element için doğadaki bireysel izotopların içeriği. karışım genellikle ihmal edilebilecek küçük dalgalanmalara maruz kalır. Daha fazlası demek. meteorlar vb. için izotopik bileşimde dalgalanmalar gözlemlenir. gök cisimleri. İzotopik bileşimin sabitliği, doğadaki izotopların bolluğu dikkate alınarak bulunan, belirli bir elementin kütlesinin ortalama değeri olan Dünya'da bulunan elementlerin sabitliğine yol açar. Hafif elementlerin izotopik bileşimindeki dalgalanmalar, kural olarak, ayrışma sırasında izotopik bileşimdeki değişikliklerle ilişkilidir. doğada meydana gelen süreçler (vb.). Ağır element Pb için, farklı numunelerin izotopik bileşimindeki farklılıklar, farklı faktörlerle açıklanmaktadır. içerik ve diğer kaynaklar ve - doğanın ataları. . Belirli bir elementin izotoplarının özelliklerindeki farklılıklara denir. . Önemli pratik Görev doğadan elde etmektir. bireysel izotopların karışımları -

İZOTOPLAR(Yunanca, izos eşit, özdeş + topos yeri) - aynı yeri kaplayan bir kimyasal elementin çeşitleri periyodik tablo Mendeleev'in elementleri, yani aynı nükleer yüke sahip, ancak atom kütleleri farklı. I.'den bahsederken kimyasalın hangi izotopunu belirttiğinizden emin olun. o eleman. "İzotop" terimi bazen daha geniş anlamda, çeşitli elementlerin atomlarını tanımlamak için kullanılır. Bununla birlikte, belirli bir elemente ait olup olmadığına bakılmaksızın herhangi bir atomu belirtmek için "nüklid" terimini kullanmak gelenekseldir.

I. belirli bir elemente ait ve temel kimyasallardır. özellikleri atom numarası Z veya çekirdekte bulunan proton sayısı (sırasıyla atom kabuğundaki aynı sayıda elektron) ve nükleer fiziği ile belirlenir. özellikleri, içerdiği proton ve nötron sayısının toplamı ve oranı ile belirlenir. Her çekirdek Z proton ve N nötrondan oluşur ve bu parçacıkların veya nükleonların toplam sayısı, çekirdeğin kütlesini belirleyen A = Z + N kütle numarasıdır. Belirli bir çekirdeğin tam sayıya yuvarlanmış kütle değerine eşittir. Bu nedenle herhangi bir nüklid, Z ve N değerlerine göre belirlenir, ancak aynı Z ve N'ye sahip bazı radyoaktif nüklidler farklı nükleer enerji durumlarında olabilir ve nükleer fizikleri farklı olabilir. özellikler; bu tür nüklidlere izomerler denir. Aynı sayıda protona sahip olan nüklitlere izotop denir.

I. ilgili kimyasalın sembolü ile gösterilir. Sol üstte A indeksli eleman - kütle numarası; bazen proton sayısı (Z) sol altta da verilir. Örneğin kütle numarası 32 ve 33 olan radyoaktif fosfor sırasıyla 32 P ve 33 P veya 32 P ve 33 P olarak adlandırılır. I. elementin sembolü belirtilmeden belirtilirken, örneğin elementin tanımından sonra kütle numarası verilir. fosfor-32, fosfor-33.

I. farklı elementler aynı kütle numarasına sahip olabilir. Farklı sayıda proton Z ve nötron N'ye sahip, ancak aynı kütle numarası A'ya sahip atomlara izobarlar denir (örneğin, 14 32 Si, 15 32 P, 16 32 S, 17 32 Cl izobarları).

"İzotop" adı İngilizler tarafından önerildi. bilim adamı Soddy (F. Soddy). Demirin varlığı ilk olarak 1906'da, doğal olarak ağır radyoaktif elementlerin radyoaktif bozunumunun incelenmesi sırasında keşfedildi; 1913'te radyoaktif olmayan neon elementinde de keşfedildiler ve ardından kütle spektrometresi kullanılarak periyodik sistemin tüm elementlerinin izotopik bileşimi belirlendi. 1934 yılında, I. Joliot-Curie ve F. Joliot-Curie ilk olarak nitrojen, silikon ve fosforun yapay radyoaktif iyonlaştırıcılarını elde ettiler ve daha sonra nötronlar, yüklü parçacıklar ve yüksek enerjili fotonlar üzerinde çeşitli nükleer reaksiyonlar kullanarak tüm radyoaktif iyonlaştırıcıları elde ettiler. türleri elde edildi, bilinen elementler ve radyoaktif 13 süper ağır - uranyum ötesi elementler (Z ≥ 93 ile) sentezlendi. Kararlılıkla karakterize edilen 280 bilinen kararlı ve şu veya bu oranda radyoaktif dönüşümlere uğrayan 1.500'den fazla radyoaktif, yani kararsız I. vardır. Radyoaktif radyasyonun varoluş süresi, bir yarı ömür (bkz.) ile karakterize edilir - radyoaktif çekirdek sayısının yarıya indirildiği bir T 1/2 süresi.

Doğal bir karışımda I. kimyasal. Farklı elementler farklı miktarlarda bulunur. Belirli bir kimyasaldaki i yüzdesi. elemente göreceli bolluk denir. Örneğin doğal oksijen üç kararlı oksijen içerir: 16O (%99,759), 17O (%0,037) ve 18O (%0,204). Birçok kimya. elementlerin yalnızca bir kararlı I'i vardır. (9 Be, 19 F, 23 Na, 31 P, 89 Y, 127 I, vb.) ve bazılarının (Tc, Pm, Lu ve Z'si 82'den büyük tüm elementler) bunlardan hiçbirine sahip değildir istikrarlı İ.

Gezegenimizde (ve güneş sistemi boyunca) doğal olarak oluşan elementlerin izotopik bileşimi büyük ölçüde sabittir, ancak hafif element atomlarının bolluğunda küçük farklılıklar vardır. Bu, elementlerinin kütlelerindeki farklılıkların nispeten büyük olması ve bu nedenle bu elementlerin izotopik bileşiminin, izotop etkilerinin (yani özelliklerindeki farklılıklar) bir sonucu olarak çeşitli doğal süreçlerin etkisi altında değişmesiyle açıklanmaktadır. bu izotopları içeren kimyasal maddeler). Böylece, bir dizi biyolojik maddenin izotopik bileşimi önemli unsurlar(H, C, N, O, S) özellikle biyosferin varlığı ve bitki ve hayvan organizmalarının hayati aktivitesi ile ilişkilidir.

Aynı kimyasalın atom çekirdeğinin bileşimi ve yapısındaki farklılıklar. element (farklı sayıda nötron) nükleer fiziklerindeki farklılığı belirler. özellikleri, özellikle bazılarının kararlı olabilmesi, diğerlerinin ise radyoaktif olabilmesidir.

Radyoaktif dönüşümler. Aşağıdaki radyoaktif dönüşüm türleri bilinmektedir.

Alfa bozunması, alfa parçacıklarının emisyonu ile birlikte çekirdeklerin kendiliğinden dönüşümüdür, yani. helyum çekirdeği 2 4 He'yi oluşturan iki proton ve iki nötron. Sonuç olarak, orijinal çekirdeğin Z yükü 2 birim azalır ve toplam çekirdek sayısı veya kütle sayısı 4 birim azalır, örneğin:

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

Bu durumda, kaçan alfa parçacığının kinetik enerjisi, ilk ve son çekirdeklerin kütleleri (alfa parçacığının kendisinin kütlesi dikkate alınarak) ve bunların enerji durumları tarafından belirlenir. Son çekirdek uyarılmış bir durumda oluşursa, alfa parçacığının kinetik enerjisi bir miktar azalır ve eğer uyarılmış çekirdek bozunursa, alfa parçacığının enerjisi buna göre artar (bu durumda uzun menzilli alfa denir) parçacıklar oluşur). Alfa parçacıklarının enerji spektrumu ayrıktır ve yaklaşık 200 I. ağır element için 4-9 MeV ve neredeyse 20 alfa radyoaktif I. nadir toprak elementi için 2-4.5 MeV aralığında yer alır.

Beta bozunması, orijinal çekirdeğin Z yükünün bir değiştiği, ancak A kütle numarasının aynı kaldığı, çekirdeklerin kendiliğinden dönüşümüdür. beta bozunması, çekirdekte bulunan protonların (p) ve nötronların (n), elektronların (e -) veya pozitronların (e +) yanı sıra nötrinoların (v) ve antinötrinoların (v) emisyonu veya emilimi ile birlikte birbirine dönüşmesidir. -). Üç tür beta bozunması vardır:

1) elektronik beta bozunması n -> p + e - + v - , örneğin çekirdeğin nötronlarından birinin bir protona dönüşmesiyle Z yükünde 1 birim artışla birlikte.

2) pozitron beta bozunması p -> n + e + + v, örneğin çekirdeğin protonlarından birinin bir nötrona dönüşmesiyle Z yükünde 1 birim azalma eşlik eder.

3) elektron yakalama p + e - -> n + v, çekirdeğin protonlarından birinin bir nötrona eşzamanlı dönüşümü ile, pozitron emisyonu ile bozunma durumunda olduğu gibi, aynı zamanda yükte 1 birimlik bir azalmanın da eşlik ettiği, Örneğin.

Bu durumda, elektron yakalama, atomun elektron kabuklarından birinden, çoğunlukla çekirdeğe en yakın K kabuğundan (K-yakalama) meydana gelir.

Beta-eksi bozunum, nötron sayısının kararlı çekirdeklerden daha fazla olduğu nötron bakımından zengin çekirdeklerin karakteristiğidir ve beta-artı bozunma ve buna göre elektron yakalama, nötron sayısının nötron eksikliği olan çekirdeklerin karakteristiğidir. kararlı çekirdeklerden daha azdır veya sözde beta-kararlı çekirdekler. Bozunma enerjisi beta parçacığı ile nötrino arasında dağıtılır ve bu nedenle beta spektrumu, alfa parçacıklarınınki gibi ayrık değildir, ancak süreklidir ve her radyoaktifin özelliği olan sıfıra yakın belirli bir Emax'a kadar enerjilere sahip beta parçacıkları içerir. Beta-radyoaktif iyonlar periyodik tablonun tüm elementlerinde bulunur.

Kendiliğinden fisyon, ağır çekirdeklerin periyodik tablonun orta elementlerinin çekirdeklerini temsil eden iki (bazen 3-4) parçaya kendiliğinden bozunmasıdır (bu fenomen 1940 yılında Sovyet bilim adamları G. N. Flerov ve K. A. Petrzhak tarafından keşfedilmiştir).

Gama radyasyonu - foton radyasyonu ayrık bir enerji spektrumuna sahip, nükleer dönüşümler sırasında, atom çekirdeğinin enerji durumunda bir değişiklik veya parçacıkların yok edilmesi sırasında meydana gelir. Uyarılmış enerji durumunda yeni bir çekirdeğin oluştuğu durumlarda, gama ışınlarının emisyonu radyoaktif dönüşüme eşlik eder. Bu tür çekirdeklerin ömrü nükleer fizik tarafından belirlenir. Özellikle anne ve kız çekirdeklerin özellikleri, gama geçişlerinin enerjisinin azalmasıyla artar ve yarı kararlı uyarılmış durum durumları için nispeten büyük değerlere ulaşabilir. Farklı lazerler tarafından yayılan gama radyasyonunun enerjisi onlarca keV'den birkaç MeV'ye kadar değişir.

Çekirdeklerin kararlılığı. Beta bozunması sırasında, çekirdeğin kararlı durumuna karşılık gelen, enerji açısından en uygun p ve n oranı elde edilene kadar protonların ve nötronların karşılıklı dönüşümleri meydana gelir. Tüm nüklidler beta bozunmasına göre beta radyoaktif ve beta kararlı çekirdeklere bölünür. Beta-kararlı, beta bozunmasının enerji açısından imkansız olduğu kararlı veya alfa radyoaktif nüklidleri ifade eder. Kimyadaki tüm beta dirençli I. Z'den 83'e kadar atom numarasına sahip elementler kararlıdır (birkaç istisna dışında), ancak ağır elementlerin kararlı izomeri yoktur ve beta-kararlı i.s.'lerinin tümü alfa radyoaktiftir.

Radyoaktif dönüşüm sırasında, ilk ve son çekirdeklerin kütlelerinin oranına, yayılan radyasyonun kütlesine ve enerjisine karşılık gelen enerji açığa çıkar. A kütle numarasını değiştirmeden p bozunmasının meydana gelme olasılığı, karşılık gelen izobarların kütlelerinin oranına bağlıdır. Daha yüksek kütleli izobarlar, beta bozunması sonucu daha düşük kütleli izobarlara dönüşür; Ayrıca izobarın kütlesi ne kadar küçükse P-kararlı durumuna o kadar yakındır. Enerjinin korunumu kanunu nedeniyle bunun tersi bir süreç gerçekleşemez. Dolayısıyla, örneğin yukarıda bahsedilen izobarlar için dönüşümler, kararlı kükürt-32 izotopunun oluşumuyla aşağıdaki yönlerde ilerler:

Beta bozunmasına dirençli nüklitlerin çekirdekleri, her proton için en az bir nötron içerir (1 1 H ve 2 3 He hariç) ve atom numarası arttıkça N/Z oranı artar ve 1,6 değerine ulaşır. uranyum.

N sayısı arttıkça, belirli bir elementin çekirdeği elektron beta-eksi bozunumuna göre kararsız hale gelir (n->p dönüşümüyle), dolayısıyla nötronla zenginleştirilmiş çekirdekler beta-aktiftir. Buna göre, nötron eksikliği olan çekirdekler, pozitron beta+ bozunumuna veya elektron yakalamaya (p->n dönüşümüyle) karşı kararsızdır ve ağır çekirdeklerde alfa bozunması ve kendiliğinden fisyon da gözlenir.

Kararlıların ayrılması ve yapay radyoaktif izotopların üretimi. i.'nin ayrılması, belirli bir kimyasalın i.'nin doğal karışımının zenginleştirilmesidir. elementin bileşimindeki tek tek bileşenler ve bu karışımdan saf bileşiklerin izolasyonu. Tüm ayırma yöntemleri izotop etkilerine, yani fiziksel-kimyasal farklılıklara dayanmaktadır. farklı i.'lerin özellikleri ve bunları içeren kimyasallar. bileşikler (kimyasal bağların gücü, yoğunluk, viskozite, ısı kapasitesi, erime noktası, buharlaşma, difüzyon hızı vb.). Ayırma yöntemleri, i.'nin ve bunları içeren bileşiklerin fiziksel kimyadaki davranışlarındaki farklılıklara dayanmaktadır. süreçler. Elektroliz, santrifüjleme, gaz ve termal difüzyon, buhar akışında difüzyon, rektifikasyon, kimyasal pratikte kullanılır. ve izotop değişimleri, elektromanyetik ayırma, lazer ayırma vb. Tek bir işlem düşük bir etki, yani düşük bir I. ayırma katsayısı üretirse, yeterli derecede zenginleştirme elde edilene kadar birçok kez tekrarlanır. Hafif elementlerin ayrılması, izotoplarının kütlelerindeki büyük bağıl farklılıklar nedeniyle en verimli şekilde gerçekleşir. Örneğin “ağır su”, yani kütlesi iki kat daha büyük olan ağır hidrojen-döteryumla zenginleştirilmiş su. endüstriyel ölçekli elektroliz tesislerinde elde edilen; Döteryumun düşük sıcaklıkta damıtma yoluyla izolasyonu da oldukça etkilidir. Uranyumun ayrılması (nükleer yakıt elde etmek için - 235 U) gazlı difüzyon tesislerinde gerçekleştirilir. Geniş aralık Elektromanyetik ayırma tesislerinde zenginleştirilmiş stabil iyot elde edilir. Bazı durumlarda, örneğin yüksek spesifik aktiviteye ve radyonüklid saflığına sahip radyoaktif demir-55 elde etmek için bir radyoaktif demir karışımının ayrılması ve zenginleştirilmesi kullanılır.

Yapay olarak radyoaktif radyasyon, nükleer reaksiyonların bir sonucu olarak elde edilir - nüklidlerin birbirleriyle ve nükleer parçacıklar veya fotonlarla etkileşimi, bunun sonucunda diğer nüklidlerin ve parçacıkların oluşumu meydana gelir. Bir nükleer reaksiyon geleneksel olarak şu şekilde tanımlanır: önce ilk izotopun sembolü gösterilir, ardından bu nükleer reaksiyonun sonucu oluşan sembol gösterilir. Aralarındaki parantez içinde, önce etkileyen parçacık, ardından yayılan parçacık veya radyasyon kuantumu gösterilir (bkz. tablo, sütun 2).

Nükleer reaksiyonların meydana gelme olasılığı, reaksiyonun etkili kesiti (veya kesiti) olarak adlandırılan, niceliksel olarak karakterize edilir. Yunan harfi o ve ahırlarda ifade edilir (10 -24 cm2). Yapay olarak radyoaktif nüklidler, nükleer reaktörler (bkz. Nükleer reaktörler) ve yüklü parçacık hızlandırıcılar (bkz.) üretmek. Biyoloji ve tıpta kullanılan birçok radyonüklit, nükleer radyasyon yakalama reaksiyonları yoluyla bir nükleer reaktörde üretilir, yani bir nötronun bir çekirdek tarafından bir gama kuantumu (n, gama) emisyonu ile yakalanması ve bunun sonucunda bir izotop oluşumu ile sonuçlanır. örneğin aynı elementin kütle numarası orijinalinden daha büyük. 23 Na (n, y) 24 Na, 31 P(n, y) 32 P; örneğin, ortaya çıkan radyonüklidin müteakip bozunması ve bir "kız" oluşumu ile reaksiyon (n, γ) yoluyla. 130 Te (n, γ) 131 Te -> 131 I; yüklü parçacıkların (n, p), (n, 2n), (n, α) salınmasıyla reaksiyonlarla; örneğin 14N(n,p)14C; örneğin tritonlar (t, p) ve (t, n) ile ikincil reaksiyonlarla. 7 Li (n, a) 3H ve ardından 16O (t, n) 18 F; örneğin fisyon reaksiyonu U (n, f) ile. 90 Sr, 133 Xe, vb. (bkz. Nükleer reaksiyonlar).

Bazı radyonüklidler nükleer reaktörlerde ya hiç üretilemez ya da üretimleri mantık dışıdır. tıbbi amaçlar. Çoğu durumda (n, γ) reaksiyonu, taşıyıcı olmadan izotoplar üretemez; Bazı reaksiyonların kesit değeri çok küçüktür ve ışınlanmış hedefler, doğal karışımdaki başlangıç ​​izotopunun göreceli olarak düşük içeriğine sahiptir, bu da düşük reaksiyon verimine ve ilaçların yetersiz spesifik aktivitesine yol açar. Bu nedenle klinikte birçok önemli radyonüklit kullanılmaktadır. radyodiagnostikler, izotopla zenginleştirilmiş hedefler kullanılarak yeterli spesifik aktiviteyle elde edilir. Örneğin kalsiyum-47 elde etmek için kalsiyum-46 açısından %0,003 ila %10-20 arasında zenginleştirilmiş bir hedef ışınlanır, demir-59 elde etmek için %0,31 ila %80 arasında zenginleştirilmiş demir-58 içeren bir hedef ışınlanır ve cıva elde edilir. -197 - %0,15'ten %40'a kadar zenginleştirilmiş cıva-196 içeren hedef, vb.

Reaktörde Ch. varış. beta radyasyonu ile bozunarak fazla miktarda nötron içeren radyonüklidler elde edilir. Yüklü parçacıklar (p, d, alfa) ve fotonlar üzerindeki nükleer reaksiyonlarda oluşan ve pozitron emisyonu veya elektronların yakalanması yoluyla bozunan nötron eksikliği olan radyonüklidler çoğu durumda protonların doğrusal hızlandırıcıları olan siklotronlarda üretilir ve onlarca ve yüzlerce MeV düzeyinde hızlandırılmış parçacıkların enerjilerinde elektronlar (ikinci durumda bremsstrahlung kullanılır). Balı bu şekilde elde ediyorlar. radyonüklitleri reaksiyonlarla hedefler: 51 V (p, n) 51 Cr, 67 Zn (p, n) 67 Ga, 109 Ag (α, 2n) 111 In, 44 Ca (γ, p) 43 K, 68 Zn (γ, p) 67 Cu, vb. Radyonüklit elde etmeye yönelik bu yöntemin önemli bir avantajı, kural olarak farklı bir kimyasala sahip olmalarıdır. Işınlanmış hedefin malzemesinin doğası gereği, bir taşıyıcı olmadan ikincisinden izole edilebilir. Bu, gerekli radyofarmasötikleri elde etmenizi sağlar. spesifik aktivitesi ve radyonüklid saflığı yüksek ilaçlar.

Pek çok kısa ömürlü radyonüklitlerin doğrudan klinik kurumlarda elde edilmesi sözde. Uzun ömürlü bir ana radyonüklidi içeren izotop jeneratörleri; bunun bozunması, örneğin arzu edilen kısa ömürlü yavru radyonüklidi üretir. 99m Tc, 87m Sr, 113m In, 132 I. İkincisi, ana nüklidin ömrü boyunca jeneratörden tekrar tekrar salınabilir (bkz. Radyoaktif izotop jeneratörleri).

İzotopların biyoloji ve tıpta uygulanması. Radyoaktif ve kararlı I. yaygın olarak kullanılmaktadır. bilimsel araştırma. İzotopik göstergelerin (bkz. Etiketli bileşikler) hazırlanmasında bir etiket olarak kullanılırlar - doğal olanlardan farklı bir izotopik bileşime sahip maddeler ve bileşikler. İzotopik göstergeler yöntemi kullanılarak, etiketli maddelerin çeşitli ortam ve sistemlerdeki dağılımı, yolları ve hareketinin doğası incelenir, niceliksel analizleri yapılır, kimyasalların yapısı incelenir. bileşikler ve biyolojik olarak aktif maddeler, bitki, hayvan ve insan vücudundaki metabolizmaları da dahil olmak üzere çeşitli dinamik süreçlerin mekanizmaları (bkz. Radyoizotop araştırması). İzotop göstergeleri yöntemini kullanarak biyokimyada araştırma yapılır (metabolizmanın incelenmesi, canlı bir organizmada proteinlerin, nükleik asitlerin, yağların ve karbonhidratların biyosentezinin yapısı ve mekanizması, biyokimyasal reaksiyonların hızı vb.); fizyolojide (iyonların ve çeşitli maddelerin göçü, yağların ve karbonhidratların gastrointestinal kanaldan emilim süreçleri, atılım, kan dolaşımı, mikro elementlerin davranışı ve rolü, vb.); Farmakoloji ve toksikolojide (davranış araştırması ilaçlar ve toksik maddeler, bunların emilimi, birikme yolları ve oranları, dağılım, atılım, etki mekanizması vb.); mikrobiyoloji, immünoloji, viroloji (mikroorganizmaların biyokimyasının incelenmesi, enzimatik ve immünokimyasal mekanizmalar, reaksiyonlar, virüs ve hücrelerin etkileşimleri, antibiyotiklerin etki mekanizmaları vb.); Hijyen ve ekolojide (zararlı maddelerle kirliliğin incelenmesi ve üretimin dekontaminasyonu ve çevre, çeşitli maddelerin ekolojik zinciri, bunların göçü vb.). I. aynı zamanda diğer tıbbi biyollerde de kullanılır. araştırma (patogenezi incelemek için) çeşitli hastalıklar, erken metabolik değişikliklere ilişkin çalışmalar vb.).

balda Uygulamada radyonüklidler, çeşitli hastalıkların teşhis ve tedavisinin yanı sıra balın radyasyonla sterilizasyonunda da kullanılmaktadır. malzemeler, ürünler ve ilaçlar. Kliniklerde açık radyofarmasötiklerin kullanıldığı 130'dan fazla radyodiagnostik ve 20 radyoterapötik teknik kullanılmaktadır. ilaçlar (RP) ve kapalı izotop radyasyon kaynakları. Bu amaçlar için St. 60 radyonüklit, yakl. Bunlardan 30'u en yaygın olanıdır (tablo). Radyodiagnostik ilaçlar, insan vücudundaki organ ve sistemlerin işlevleri ve anatomik durumu hakkında bilgi edinmenizi sağlar. Radyoizotop teşhisinin temeli (bkz.), radyonüklidlerle etiketlenmiş kimyasalların davranışı olan biyolü izleme yeteneğidir. canlı bir organizmadaki madde ve bileşiklerin bütünlüğünü bozmadan ve işlevlerini değiştirmeden. Karşılık gelen elementin istenen radyoizotopunun bir kimyasalın yapısına dahil edilmesi. bileşikler, pratik olarak özelliklerini değiştirmeden, yöntemin en önemli avantajlarından biri olan radyasyon radyasyonunun harici tespiti yoluyla canlı bir organizmadaki davranışını izlemenize olanak tanır. radyoizotop teşhisi.

Etiketli bir bileşiğin davranışının dinamik göstergeleri, incelenen organ veya sistemin işlevini ve durumunu değerlendirmeyi mümkün kılar. Böylece radyofarmasötiklerin sıvı ortamda 24 Na, 42 K, 51 Cr, 52 Fe, 131 I vb. ile seyreltilme derecesine göre dolaşımdaki kan hacmi, eritrositler, albümin, demir değişimi, elektrolitlerin su değişimi, vb. belirlenir Radyofarmasötiklerin organlarda, vücut sistemlerinde veya lezyonda birikmesi, hareketi ve uzaklaştırılması göstergelerine göre, merkezi ve periferik hemodinamiğin durumunu değerlendirebilir, karaciğer, böbrekler, akciğerlerin fonksiyonunu belirleyebilir, iyot çalışabilirsiniz. metabolizma vb. İyot ve teknetyum radyoizotoplarına sahip radyofarmasötikler, tüm fonksiyonları incelemenizi sağlar tiroid bezi. 99m Tc, 113m In, 123 I, 131 I, 133 Xe'yi kullanarak akciğerler üzerinde kapsamlı bir çalışma yapabilirsiniz - kan akışının dağılımını, akciğerlerin ve bronşların havalandırma durumunu inceleyin. 43 K, 86 Rb, 99m Tc, 67 Ga, 131 I, 113m In, 197 Hg vb. içeren radyofarmasötikler, beyne, kalbe, karaciğere, böbreklere ve diğer organlara kan akışını ve kan akışını belirlemeyi mümkün kılar. Radyoaktif kolloidal çözeltiler ve bazı organoiyodin preparatları, poligonal hücrelerin ve hepatositlerin (Kupffer hücreleri) durumunu ve karaciğerin antitoksik fonksiyonunu değerlendirmeyi mümkün kılar. Radyoizotop taraması kullanılarak anatomik ve topografik çalışma ve karaciğer, böbreklerde yer kaplayan lezyonların varlığının, boyutunun, şeklinin ve konumunun belirlenmesi, kemik iliği, tiroid, paratiroid ve tükürük bezleri, akciğerler, lenf düğümleri; radyonüklidler 18 F, 67 Ga, 85 Sr, 87M Sr, 99M Tc iskelet hastalıklarının vb. incelenmesini mümkün kılar.

SSCB'de, radyoaktif maddelerin teşhis amacıyla kullanılması durumunda hastalar için radyasyon güvenliği standartları geliştirilmiş ve uygulamaya konulmuştur; bu standartlar, bu prosedürleri sıkı bir şekilde düzenlemektedir. izin verilen seviyelerışınlama. Bunun yanı sıra rasyonel yöntem ve ekipman seçimi sayesinde farklı şekiller Mümkünse, radyoizotop sırasında hastanın vücudundaki radyasyon yükleri, minimum radyasyona maruz kalma ile kayıtlarının etkinliği açısından olumlu radyasyon özelliklerine sahip kısa ömürlü radyonüklitlerin radyofarmasötiklerde incelenmesi ve kullanılması teşhis prosedürleri ah, rentgenol muayeneleri sırasında alınan dozlardan çok daha düşüktür ve çoğu durumda rad'ın yüzde birini ve onda birini aşmaz.

70'lerde 20. yüzyıl Radyoizotop preparatları, başta immünokimyasal çalışmalar olmak üzere in vitro çalışmalarda giderek daha fazla kullanılmaktadır. analiz. Radyoimmunohim. yöntemler oldukça spesifik immünokimyasallara dayanmaktadır. antijen-antikor reaksiyonları, bunun sonucunda stabil bir antikor ve antijen kompleksi oluşur. Ortaya çıkan kompleksin reaksiyona girmemiş antikorlardan veya antijenlerden ayrılmasından sonra, bunların radyoaktivitesinin ölçülmesiyle miktar tayini gerçekleştirilir. Radyoizotoplarla etiketlenmiş antijenlerin veya antikorların kullanımı, ör. 125 I, immünokimyasalların duyarlılığını artırır. onlarca, yüzlerce kez test edilir. Bu testleri kullanarak vücuttaki hormonların, antikorların, antijenlerin, enzimlerin, enzimlerin, vitaminlerin ve diğer biyolojik olarak aktif maddelerin içeriğini 0,1 mg/ml'ye kadar konsantrasyonlarda belirleyebilirsiniz. Bu sayede sadece çeşitli patolojileri, durumları değil, aynı zamanda bunları yansıtan çok küçük değişiklikleri de belirlemek mümkündür. Ilk aşamalar hastalıklar. Örneğin, bu teknikler başarıyla kullanılmaktadır. erken tanı laboratuvar ortamında şeker hastalığı, bulaşıcı hepatit, karbonhidrat metabolizması bozuklukları, bazı alerjik ve diğer bazı hastalıklar. Bu tür radyoizotop testleri yalnızca daha hassas ve daha basit olmakla kalmaz, aynı zamanda toplu araştırmalara olanak tanır ve hastalar için tamamen güvenlidir (bkz. Radyoizotop teşhisi).

Lech'le. Radyofarmasötikler ve radyonüklid radyasyon kaynakları amacıyla, Ch. varış. onkolojide ve tedavide inflamatuar hastalıklar, egzama vb. (bkz. Radyasyon tedavisi). Bu amaçlar için, hem vücuda, dokulara, seröz boşluklara, eklem boşluklarına, intravenöz, intraarteriyel olarak ve lenf sistemine verilen açık radyofarmasötikler hem de dış, intrakaviter ve interstisyel tedavi için kapalı radyasyon kaynakları kullanılır. Uygun radyofarmasötiklerin yardımıyla, ch. varış. 32 P, 90 Y, 131 I, 198 Au ve diğer radyonüklitleri içeren kolloidler ve süspansiyonlar, hematopoetik sistem hastalıklarını ve odak noktası olan patol üzerinde lokal olarak etki eden çeşitli tümörleri tedavi eder. Temas ışınlaması için (dermatol ve oftalmik beta aplikatörleri) 32 P, 90 Sr, 90 Y, 147 Pm, 204 Tl, uzaktan gama tedavi cihazlarında kullanılır - 60 Co veya 137 Cs yüksek aktiviteli kaynaklar (yüzlerce ve binlerce küri) . Boşluklar arası ve boşluk içi ışınlama için iğneler, granüller, teller ve 60 Co, 137 Cs, 182 Ta, 192 Ir, 198 Au'lu diğer özel tipte kapalı kaynaklar kullanılır (bkz. Radyoaktif ilaçlar).

Radyoaktif nüklidler aynı zamanda malzemeleri ve tıbbi ürünleri sterilize etmek için de kullanılır. randevular ve ilaçlar. Radyasyon sterilizasyonunun pratik kullanımı, güçlü iyonlaştırıcı radyasyon kaynaklarının ortaya çıktığı 50'li yıllardan beri mümkün olmuştur. geleneksel yöntemler sterilizasyon (bkz.) radyasyon yönteminin bir takım avantajları vardır. Her zamanki sterilize edici radyasyon dozu (2-3 Mrad) ile ışınlanmış nesnenin sıcaklığında önemli bir artış olmadığından, biyol, ilaçlar ve belirli plastik türlerinden yapılan ürünler dahil olmak üzere ısıya dayanıklı nesnelerin radyasyonla sterilizasyonu mümkün hale gelir. Radyasyonun ışınlanmış numune üzerindeki etkisi, tüm hacmi boyunca aynı anda meydana gelir ve sterilizasyon, yüksek derece güvenilirlik. Bu durumda, kontrol için, alınan dozun renk göstergeleri, sterilize edilmiş nesnenin ambalajının yüzeyine yerleştirilir. Bal. ürün ve ürünler teknoloji sonunda sterilize edilmektedir. polimer malzemelerden yapılmış olanlar da dahil olmak üzere, zaten bitmiş formda ve hermetik ambalajda olan döngü, kesinlikle aseptik üretim koşulları yaratma ihtiyacını ortadan kaldırır ve ürünlerin işletme tarafından üretilmesinden sonra sterilliği garanti eder. Radyasyonla sterilizasyon özellikle bal için etkilidir. tek kullanımlık ürünler (şırıngalar, iğneler, kateterler, eldivenler, dikiş ve pansuman malzemeleri, kan alma ve transfüzyon sistemleri, biyolojik ürünler, cerrahi aletler vb.), enjekte edilemeyen ilaçlar, tabletler ve merhemler. Tıbbi çözeltilerin radyasyonla sterilizasyonu sırasında, bileşim ve özelliklerde bir değişikliğe yol açacak şekilde radyasyonun ayrışma olasılığı dikkate alınmalıdır (bkz. Sterilizasyon, soğuk).

Radyoaktif izotopların toksikolojisi, radyoaktif maddelerin canlı organizmalar üzerindeki etkisini inceleyen toksikolojinin bir dalıdır. Ana hedefleri şunlardır: kabul edilebilir düzeyde içerik ve radyonüklidlerin hava, su ve gıda ile insan vücuduna alımının yanı sıra kamalar, radyodiagnostik çalışmalar sırasında vücuda verilen radyoaktif maddelerin zararsızlık derecesinin belirlenmesi; dağılımlarının niteliğine, enerjisine ve radyasyon türüne, yarı ömrüne, dozuna, giriş yollarına ve ritmine ve araştırma ritmine bağlı olarak radyonüklidlerin neden olduğu hasarın özelliklerinin açıklığa kavuşturulması Etkili araçlar hasarı önlemek için.

Endüstride, araştırmada ve tıpta yaygın olarak kullanılan radyonüklitlerin insan vücudu üzerindeki etkisi en derinlemesine incelenmektedir. araştırmaların yanı sıra nükleer yakıtın bölünmesi sonucu oluşanlar.

Radyoaktif izotopların toksikolojisi organik olarak radyobiyoloji (bkz.), Radyasyon hijyeni (bkz.) ve tıbbi radyoloji (bkz.) ile bağlantılıdır.

Radyoaktif maddeler insan vücuduna şu yollarla girebilir: Hava yolları, sarı kish. sistem, deri, yara yüzeyleri ve enjeksiyonlarla - aracılığıyla kan damarları, kas dokusu, eklem yüzeyleri. Radyonüklitlerin vücuttaki dağılımının doğası temel kimyasallara bağlıdır. elementin özellikleri, uygulanan bileşiğin formu, giriş yolu ve fizyolojisi, vücudun durumu.

Bireysel radyonüklidlerin dağılımı ve eliminasyon yollarında oldukça önemli farklılıklar keşfedilmiştir. Çözünür bileşikler Ca, Sr, Ba, Ra, Y, Zr seçici olarak kemik dokusu; La, Ce, Pr, Pu, Am, Cm, Cf, Np - karaciğer ve kemik dokusunda; K, Cs, Rb - içinde kas dokusu; Nb, Ru, Te, Po nispeten eşit bir şekilde dağılır, ancak dalak, kemik iliği, adrenal bezler ve lenf düğümlerinin retiküloendotelyal dokusunda birikme eğiliminde olurlar; Ben ve At - tiroid bezinde.

Mendeleev'in periyodik sisteminin belirli bir grubuna ait elementlerin vücuttaki dağılımının pek çok ortak noktası vardır. Birinci ana grubun elemanları (Li, Na, K, Rb, Cs) bağırsaktan tamamen emilir, organlara nispeten eşit bir şekilde dağılır ve esas olarak idrarla atılır. İkinci ana grubun elemanları (Ca, Sr, Ba, Ra) bağırsaklardan iyi emilir, seçici olarak iskelette biriktirilir ve biraz daha büyük miktarlarda dışkıyla atılır. Üçüncü ana ve dördüncünün unsurları yan gruplar Hafif lantanitler, aktinititler ve transuranyum elementleri dahil olmak üzere pratik olarak bağırsaktan emilmezler, kural olarak seçici olarak karaciğerde ve daha az ölçüde iskelette biriktirilir ve esas olarak dışkıyla atılır. Periyodik tablonun beşinci ve altıncı ana gruplarının elementleri, Po hariç, bağırsaktan nispeten iyi emilir ve nispeten küçük miktarlarda bulunmaları nedeniyle ilk gün neredeyse yalnızca idrarla atılır. organlarda.

Radyonüklidlerin birikmesi Akciğer dokusu inhalasyon sırasındaki inhalasyon, inhale edilen parçacıkların boyutuna ve bunların çözünürlüğüne bağlıdır. Aerosoller ne kadar büyükse, nazofarinkste tutulan oranı da o kadar büyük ve akciğerlere nüfuz eden oranı da o kadar az olur. Az çözünen bileşikler akciğerleri yavaşça terk eder. Bu tür radyonüklitlerin yüksek konsantrasyonu genellikle akciğer köklerinin lenf düğümlerinde bulunur. Trityum oksit ve alkali ve alkali toprak elementlerinin çözünebilir bileşikleri akciğerlerde çok hızlı bir şekilde emilir. Pu, Am, Ce, Cm ve diğer ağır metaller yavaş yavaş akciğerlere emilir.

Radyasyon güvenliği standartları (NSR), işi mesleki tehlikelerle bağlantılı olan kişilerin vücudundaki radyonüklitlerin alımını ve içeriğini düzenler ve bireyler Nüfusun yanı sıra bir bütün olarak nüfustan, atmosferik hava ve sudaki, yiyeceklerdeki izin verilen radyonüklid konsantrasyonları. Bu standartlar, dört grup kritik organ ve doku için belirlenen maksimum izin verilen radyasyon dozları (MAD) değerlerine dayanmaktadır (bkz. Kritik organ, İzin verilen maksimum dozlar).

Mesleki tehlike koşullarında çalışan kişiler için tüm vücudun, yumurtalıkların ve kırmızı kemik iliğinin, kas ve yağ dokusunun, karaciğerin, böbreklerin, dalak ve bezlerin maksimum ışınlanması için kabul edilen değer 5 rem/yıldır. traktus, akciğerler, göz mercekleri - 15 rem/yıl, kemik dokusu, tiroid bezi ve deri -30 rem/yıl, eller, ön kollar, ayak bilekleri ve ayaklar -75 rem/yıl.

Nüfustaki bireylere yönelik standartların, mesleki tehlike koşullarında çalışan kişilere göre 10 kat daha düşük olması tavsiye edilir. Tüm popülasyonun ışınlanması, 30 yılda 5 rem'i geçmemesi gereken, genetik olarak önemli bir dozla düzenlenir. Bu doza balın sebep olabileceği olası radyasyon dozları dahil değildir. prosedürler ve doğal arka plan radyasyonu.

Personel için solunum sistemi yoluyla izin verilen yıllık maksimum çözünür ve çözünmeyen bileşik alımının değeri (μCi/yıl), popülasyondaki bireyler için solunum ve sindirim sistemi yoluyla yıllık radyonüklid alımının sınırı, izin verilen ortalama yıllık konsantrasyonlar ( Nüfustaki bireyler için atmosferik hava ve sudaki radyonüklidlerin AAC'si (küriler/ k) ve ayrıca personel için izin verilen maksimum alım seviyesine (μCi) karşılık gelen kritik bir organdaki radyonüklidlerin içeriği standartlarda verilmiştir.

Vücuda giren izin verilen radyonüklid seviyelerini hesaplarken, radyonüklitlerin bireysel organ ve dokulardaki genellikle eşit olmayan dağılımı da dikkate alınır. Yüksek lokal dozların oluşmasına yol açan radyonüklidlerin eşit olmayan dağılımı, alfa yayıcıların yüksek toksisitesinin temelini oluşturur; bu, geri kazanım süreçlerinin yokluğu ve bu tür radyasyonun neden olduğu hasarın neredeyse tamamen toplanmasıyla büyük ölçüde kolaylaştırılır.

Tanımlar: β- - beta radyasyonu; β+ - pozitron radyasyonu; n - nötron; p - proton; d - döteron; t - triton; α - alfa parçacığı; E.Z. - elektron yakalama yoluyla bozunma; γ - gama radyasyonu (kural olarak, γ spektrumunun yalnızca ana çizgileri verilmiştir); I.P. - izomerik geçiş; U (n, f) - uranyum fisyon reaksiyonu. Belirtilen izotop, fisyon ürünlerinin bir karışımından izole edilmiştir; 90 Sr-> 90 Y - bir izotop oluşturucunun kullanılması da dahil olmak üzere ana izotopun (90 Sr) bozunmasının bir sonucu olarak bir yavru izotopun (90 Y) üretimi.

Kaynakça: Ivanov I.I. ve diğerleri Tıp ve biyolojide radyoaktif izotoplar, M., 1955; Kam e n M. Biyolojide radyoaktif izleyiciler, çev. English'ten, M., 1948, bibliogr.; Levin V.I. Radyoaktif izotopların elde edilmesi, M., 1972; Radyasyon Güvenliği Standartları (NRB-69), M., 1972; Bir reaktörde hazırlama ve kısa ömürlü izotopların kullanımı, çev. ile., ed. V.V. Bochkareva ve B.V. Kurchatova, M., 1965; İzotopların üretimi, ed. V.V. Bochkareva, M., 1973; Selinov I.P. Atomik çekirdekler ve nükleer dönüşümler, cilt 1, M.-L., 1951, kaynakça; Tumanyan M.A. ve K ve u-shansky D.A. Radyasyon sterilizasyonu, M., 1974, bibliogr.; Fateeva M. N. Radyoizotop teşhisi üzerine denemeler, M., 1960, bibliogr.; Hevesi G. Radyoaktif izleyiciler, çev. English'ten, M., 1950, bibliogr.; Tıpta radyoizotoplarla dinamik çalışmalar 1974, Proc, symp., v. 1-2, Viyana, IAEA, 1975; L e d e g e g Ch. M., Hollander J.M.a. Pe g 1 man a n I. İzotop tabloları, N. Y., 1967; Silver S. Klinik tıpta radyoaktif izotoplar, New Engl. J. Med., v. 272, s. 569, 1965, bibliyografya.

V. V. Bochkarev; Yu.I. Moskalev (güncel), tablonun derleyicisi. V.V. Bochkarev.

20. yüzyılın ilk on yılında radyoaktivite olgusunu inceleyen bilim adamları. açıldı çok sayıda radyoaktif maddeler - yaklaşık 40. Bizmut ve uranyum arasındaki aralıktaki elementlerin periyodik tablosunda boş yerlerden çok daha fazlası vardı. Bu maddelerin doğası tartışmalıdır. Bazı araştırmacılar bunların bağımsız kimyasal elementler olduğunu düşünüyorlardı, ancak bu durumda bunların periyodik tabloya yerleştirilmesi sorununun çözümsüz olduğu ortaya çıktı. Diğerleri genellikle onların klasik anlamda element olarak adlandırılma hakkını reddetti. 1902'de İngiliz fizikçi D. Martin bu tür maddelere radyoelementler adını verdi. Bunlar incelendikçe, bazı radyoelementlerin tamamen aynı kimyasal özelliklere sahip olduğu ancak atom kütlelerinin farklı olduğu ortaya çıktı. Bu durum temel hükümlere aykırıydı periyodik yasa. İngiliz bilim adamı F. Soddy bu çelişkiyi çözdü. 1913'te kimyasal olarak benzer radyoelementleri izotoplar olarak adlandırdı ( Yunanca kelimeler, "aynı" ve "yer" anlamına gelir), yani periyodik tabloda aynı yeri işgal eder. Radyoelementlerin doğal radyoaktif elementlerin izotopları olduğu ortaya çıktı. Hepsi, ataları toryum ve uranyum izotopları olan üç radyoaktif ailede birleştirilmiştir.

Oksijen izotopları. Potasyum ve argonun izobarları (izobarlar, aynı kütle numarasına sahip farklı elementlerin atomlarıdır).

Çift ve tek elementler için kararlı izotopların sayısı.

Ahırın geri kalanının da olduğu çok geçmeden anlaşıldı. kimyasal elementlerİzotoplar da var. Keşiflerinin ana kredisi İngiliz fizikçi F. Aston'a aittir. Birçok elementin kararlı izotoplarını keşfetti.

Modern bakış açısına göre izotoplar, bir kimyasal elementin atom çeşitleridir: farklı atom kütlelerine sahiptirler ancak aynı nükleer yüke sahiptirler.

Dolayısıyla çekirdekleri aynı sayıda proton, ancak farklı sayıda nötron içerir. Örneğin Z = 8 olan oksijenin doğal izotopları çekirdeklerinde sırasıyla 8, 9 ve 10 nötron içerir. Bir izotopun çekirdeğindeki proton ve nötron sayılarının toplamına kütle numarası A denir. Sonuç olarak, belirtilen oksijen izotoplarının kütle numaraları 16, 17 ve 18'dir. Günümüzde izotoplar için aşağıdaki tanımlama kabul edilmektedir: Eleman sembolünün solunda aşağıda Z değeri, sol üst kısmında A değeri verilmiştir.Örneğin: 16 8 O, 17 8 O, 18 8 O.

Yapay radyoaktivite olgusunun keşfinden bu yana, Z'si 1'den 110'a kadar olan elementler için nükleer reaksiyonlar kullanılarak yaklaşık 1.800 yapay radyoaktif izotop üretildi. Yapay radyoizotopların büyük çoğunluğunun, saniyeler ve saniyelerin kesirleri cinsinden ölçülen çok kısa yarı ömürleri vardır. ; yalnızca birkaçının nispeten uzun yaşam beklentisi vardır (örneğin, 10 Be - 2,7 10 6 yıl, 26 Al - 8 10 5 yıl, vb.).

Kararlı elementler doğada yaklaşık 280 izotopla temsil edilir. Ancak bunların bir kısmı sonuçlandı zayıf derece radyoaktif, çok büyük yarı ömürlere sahip (örneğin, 40 K, 87 Rb, 138 La, l47 Sm, 176 Lu, 187 Re). Bu izotopların ömrü o kadar uzundur ki kararlı kabul edilebilirler.

Kararlı izotoplar dünyasında hala birçok zorluk var. Bu nedenle, sayılarının farklı unsurlar arasında neden bu kadar büyük ölçüde değiştiği açık değildir. Kararlı elementlerin (Be, F, Na, Al, P, Sc, Mn, Co, As, Y, Nb, Rh, I, Cs, Pt, Tb, Ho, Tu, Ta, Au) yaklaşık %25'i mevcuttur. Doğada tek tür atom vardır. Bunlar sözde tekil unsurlardır. İlginçtir ki (Be hariç) hepsinin tek Z değerleri vardır.Genel olarak tek elementler için kararlı izotop sayısı ikiyi geçmez. Tam tersi, çift Z harfine sahip bazı elemanlar aşağıdakilerden oluşur: çok sayıda izotoplar (örneğin, Xe'nin 9, Sn - 10 kararlı izotopu vardır).

Belirli bir elementin kararlı izotopları kümesine galaksi denir. Galaksideki içerikleri sıklıkla büyük ölçüde dalgalanır. Bu kuralın istisnaları olmasına rağmen, en yüksek içeriğin kütle numaraları dördün katları olan izotoplardan (12 C, 16 O, 20 Ca, vb.) oluşması ilginçtir.

Kararlı izotopların keşfi, atom kütlelerinin uzun süredir devam eden gizemini çözmeyi mümkün kıldı; galaksideki elementlerin kararlı izotoplarının farklı yüzdeleriyle açıklanan tam sayılardan sapmaları.

Nükleer fizikte “izobar” kavramı bilinmektedir. İzobarlar çeşitli elementlerin izotoplarıdır (örn. Farklı anlamlar Z) aynı kütle numaralarına sahip. İzobarların incelenmesi, atom çekirdeğinin davranışı ve özelliklerinde birçok önemli modelin oluşturulmasına katkıda bulunmuştur. Bu modellerden biri, Sovyet kimyager S. A. Shchukarev ve Alman fizikçi I. Mattauch tarafından formüle edilen kuralla ifade edilmektedir. Diyor ki: Eğer iki izobar Z değerlerinde 1 farklılık gösterirse, bunlardan biri kesinlikle radyoaktif olacaktır. Bir çift izobarın klasik bir örneği 40 18 Ar - 40 19 K'dır. İçinde potasyum izotopu radyoaktiftir. Shchukarev-Mattauch kuralı, teknesyum (Z = 43) ve prometyum (Z = 61) elementlerinde neden kararlı izotopların bulunmadığını açıklamayı mümkün kıldı. Tek Z değerlerine sahip oldukları için ikiden fazla kararlı izotop beklenemez. Ancak teknesyum ve prometyum izobarlarının, sırasıyla molibden (Z = 42) ve rutenyum (Z = 44), neodim (Z = 60) ve samaryum (Z = 62) izotoplarının doğada kararlı olarak temsil edildiği ortaya çıktı. geniş bir kütle numarası aralığındaki atom çeşitleri. Bu nedenle, fiziksel yasalar teknetyum ve prometyumun kararlı izotoplarının varlığını yasaklar. Bu nedenle bu elementler aslında doğada bulunmuyor ve yapay olarak sentezlenmek zorunda kalıyordu.

Bilim adamları uzun zamandır periyodik bir izotop sistemi geliştirmeye çalışıyorlar. Elbette elementlerin periyodik tablosunun temelinden farklı ilkelere dayanmaktadır. Ancak bu girişimler henüz tatmin edici sonuçlara yol açmadı. Doğru, fizikçiler atom çekirdeğindeki proton ve nötron kabuklarını doldurma sırasının prensipte atomlardaki elektron kabuklarının ve alt kabuklarının yapımına benzer olduğunu kanıtladılar (bkz. Atom).

Belirli bir elementin izotoplarının elektron kabukları tamamen aynı şekilde yapılmıştır. Bu nedenle bunların kimyasal ve fiziki ozellikleri. Yalnızca hidrojen izotopları (protium ve döteryum) ve bunların bileşikleri, özelliklerde gözle görülür farklılıklar gösterir. Örneğin ağır su (D 2 O) +3,8'de donar, 101,4 °C'de kaynar, yoğunluğu 1,1059 g/cm3 olup hayvan ve bitki organizmalarının yaşamını desteklemez. Suyun hidrojen ve oksijene elektrolizi sırasında ağırlıklı olarak H 2 0 molekülleri ayrışır, ağır su molekülleri ise elektrolizörde kalır.

Diğer elementlerin izotoplarını ayırmak son derece zor bir iştir. Bununla birlikte, birçok durumda, doğal bolluğa kıyasla önemli ölçüde değişen bolluklara sahip bireysel elementlerin izotopları gereklidir. Örneğin atom enerjisi problemini çözerken 235 U ve 238 U izotoplarını ayırmak gerekli hale geldi. Bu amaçla ilk olarak kütle spektrometri yöntemi kullanıldı ve bunun yardımıyla ilk kilogram uranyum-235 elde edildi. 1944'te ABD'de. Ancak bu yöntemin çok pahalı olduğu ortaya çıktı ve yerini UF 6'nın kullanıldığı gaz difüzyon yöntemi aldı. Artık izotopları ayırmak için çeşitli yöntemler var, ancak bunların hepsi oldukça karmaşık ve pahalı. Yine de "ayrılmaz olanı bölme" sorunu başarıyla çözülüyor.

Yeni bir bilimsel disiplin ortaya çıktı: izotop kimyası. Kimyasal reaksiyonlarda ve izotop değişim süreçlerinde kimyasal elementlerin çeşitli izotoplarının davranışlarını inceliyor. Bu işlemlerin bir sonucu olarak, belirli bir elementin izotopları reaksiyona giren maddeler arasında yeniden dağıtılır. Burada en basit örnek: H 2 0 + HD = HD0 + H 2 (bir su molekülü, bir protium atomunu bir döteryum atomuyla değiştirir). İzotopların jeokimyası da gelişiyor. Yerkabuğundaki farklı elementlerin izotopik bileşimindeki varyasyonları inceliyor.

En yaygın olarak kullanılanlar, etiketli atomlar olarak adlandırılan, kararlı elementlerin veya kararlı izotopların yapay radyoaktif izotoplarıdır. İzotopik göstergelerin - etiketli atomların yardımıyla - cansız ve canlı doğadaki elementlerin hareket yollarını, maddelerin ve elementlerin çeşitli nesnelerdeki dağılımının doğasını incelerler. İzotoplar nükleer teknolojide kullanılmaktadır: nükleer reaktörlerin inşasında malzeme olarak; nükleer yakıt olarak (toryum, uranyum, plütonyum izotopları); termonükleer füzyonda (döteryum, 6 Li, 3 He). Radyoaktif izotoplar da radyasyon kaynağı olarak yaygın şekilde kullanılmaktadır.

“Kimyanın temel kavramları” konusunun ana noktalarını tekrarlayın ve önerilen problemleri çözün. 6-17 numaralarını kullanın.

Temel hükümler

1. Madde(basit ve karmaşık), belirli bir toplanma durumunda bulunan herhangi bir atom ve molekül topluluğudur.

Bileşimlerindeki ve (veya) yapılarındaki değişikliklerin eşlik ettiği maddelerin dönüşümlerine denir. kimyasal reaksiyonlar .

2. Yapısal birimler maddeler:

· Atom– bir kimyasal elementin veya basit bir maddenin tüm özelliklerine sahip, elektriksel açıdan nötr en küçük parçacığı kimyasal özellikler ve ayrıca fiziksel ve kimyasal olarak bölünemez.

· Molekül- Bir maddenin tüm kimyasal özelliklerine sahip, fiziksel olarak bölünmez, ancak kimyasal olarak bölünebilen en küçük elektriksel olarak nötr parçacığı.

3. Kimyasal element - Bu, belirli bir nükleer yüke sahip bir atom türüdür.

4. Birleştirmek atom :

5. Birleştirmek atom çekirdeği :

Çekirdek temel parçacıklar içerir ( nükleonlar) –

protonlar(1 1 p) ve nötronlar(10n).

· Çünkü Bir atomun kütlesinin neredeyse tamamı çekirdekte yoğunlaşmıştır ve m p ≈ m n≈ 1 saat, O yuvarlanmış değerArBir kimyasal elementin sayısı, çekirdekteki toplam nükleon sayısına eşittir.

7. İzotoplar- aynı kimyasal elementin birbirinden yalnızca kütleleri bakımından farklı olan çeşitli atomları.

· İzotopik gösterim: element sembolünün solunda elementin kütle numarasını (üstte) ve atom numarasını (altta) gösterir

· İzotopların kütleleri neden farklıdır?

Ödev: Klor izotoplarının atomik bileşimini belirleyin: 35 17Clve 37 17Cl?

· İzotoplar, çekirdeklerindeki nötron sayılarının farklı olması nedeniyle farklı kütlelere sahiptir.

8. Doğada kimyasal elementler izotop karışımları halinde bulunur.

Aynı kimyasal elementin izotopik bileşimi şu şekilde ifade edilir: atomik fraksiyonlar(ω de.), belirli bir izotopun atom sayısının, belirli bir elementin tüm izotoplarının toplam atom sayısının bir veya% 100 olarak alınan atom sayısından ne kadarını oluşturduğunu gösterir.

Örneğin:

ω (35 17)'de Cl) = 0,754

ω (37 17)'de Cl) = 0,246

9. Periyodik tablo, izotopik bileşimleri dikkate alınarak kimyasal elementlerin bağıl atom kütlelerinin ortalama değerlerini gösterir. Bu nedenle tabloda gösterilen Ar kesirlidir.

Arevlenmek= ω 1'de) ∙ Ar (1) + … + ω en.(N ) ∙ Ar ( N )

Örneğin:

Arevlenmek(Cl) = 0,754 ∙ 35 + 0,246 ∙ 37 = 35,453

10. Çözülecek problem:

1 numara. 10 B izotopunun molar fraksiyonunun %19,6 ve 11 B izotopunun %80,4 olduğu biliniyorsa borun bağıl atom kütlesini belirleyin.

11. Atom ve moleküllerin kütleleri çok küçüktür. Şu anda fizik ve kimyada birleşik bir ölçüm sistemi benimsenmiştir.

1 gün önce =M(a.u.m.) = 1/12 M(12C) = 1.66057 ∙ 10 -27 kg = 1,66057 ∙ 10 -24 gr.

Bazı atomların mutlak kütleleri:

M( C) =1,99268 ∙ 10 -23 gr

M( H) =1,67375 ∙ 10 -24 gr

M( Ö) =2,656812 ∙ 10 -23 g

Ar– belirli bir atomun 12 C atomunun 1/12'sinden kaç kat daha ağır olduğunu gösterir. Bay∙ 1,66 ∙ 10 -27 kg

13. Sıradan madde numunelerindeki atom ve molekül sayısı çok fazladır, bu nedenle bir maddenin miktarını karakterize ederken ölçü birimi kullanılır -köstebek .

· Mol (ν)– 12 g izotoptaki atom sayısıyla aynı sayıda parçacık (moleküller, atomlar, iyonlar, elektronlar) içeren bir maddenin miktar birimi 12 C

· 1 atomun kütlesi 12 C 12 amu'ya eşittir, yani 12 g izotoptaki atom sayısı 12 C eşittir:

Yok= 12 gr / 12 ∙ 1,66057 ∙ 10 -24 gr = 6,0221 ∙ 10 23

· Fiziksel miktar Yok isminde Avogadro sabiti (Avogadro sayısı) ve [NA] = mol -1 boyutuna sahiptir.

14. Temel formüller:

M = Bay = ρ ∙ VM(ρ – yoğunluk; V m – sıfır seviyedeki hacim)

Bağımsız olarak çözülmesi gereken sorunlar

1 numara. %10 nitrojen olmayan safsızlıklar içeren 100 g amonyum karbonattaki nitrojen atomlarının sayısını hesaplayın.

2 numara. Normal şartlarda amonyak ve karbondioksitten oluşan 12 litrelik bir gaz karışımının kütlesi 18 g'dır. Karışımın her bir gazdan kaç litresi vardır?

Numara 3. Aşırı hidroklorik asit maruz bırakıldığında, 8.24 g manganez oksit karışımı (IV) hidroklorik asitle reaksiyona girmeyen bilinmeyen oksit MO2 ile ortam koşullarında 1.344 litre gaz elde edildi. Başka bir deneyde manganez oksidin molar oranının (IV) bilinmeyen oksite oranı 3:1'dir. Bilinmeyen oksitin formülünü belirleyin ve karışımdaki kütle oranını hesaplayın.

Radyoaktif elementlerin özellikleri incelenirken aynı kimyasal elementin farklı nükleer kütlelere sahip atomlar içerebileceği keşfedildi. Aynı zamanda aynı nükleer yüke sahiptirler, yani bunlar yabancı maddelerin safsızlıkları değil, aynı maddedir.

İzotoplar nelerdir ve neden varlar?

Mendeleev'in periyodik tablosunda hem bu element hem de farklı nükleer kütlelere sahip bir maddenin atomları bir hücrede yer alır. Yukarıdakilere dayanarak, aynı maddenin bu tür çeşitlerine “izotoplar” adı verilmiştir (Yunanca izoslardan - özdeş ve topos - yerden). Bu yüzden, izotoplar- bunlar belirli bir kimyasal elementin atom çekirdeklerinin kütlesinde farklılık gösteren çeşitleridir.

Çekirdeğin kabul edilen nötron-proton modeline göre izotopların varlığını şu şekilde açıklamak mümkündü: Bir maddenin bazı atomlarının çekirdekleri farklı sayıda nötron, ancak aynı sayıda proton içerir. Aslında bir elementin izotoplarının nükleer yükü aynıdır, dolayısıyla çekirdekteki proton sayısı aynıdır. Çekirdeklerin kütleleri farklılık gösterir ve buna göre şunları içerirler: farklı miktarlar nötronlar.

Kararlı ve kararsız izotoplar

İzotoplar kararlı veya kararsız olabilir. Bugüne kadar yaklaşık 270 kararlı izotop ve 2000'den fazla kararsız izotop bilinmektedir. Kararlı izotoplar- Bunlar, uzun süre bağımsız olarak var olabilen kimyasal element çeşitleridir.

Çoğu kararsız izotoplar yapay olarak elde edilmiştir. Kararsız izotoplar radyoaktiftir, çekirdekleri radyoaktif bozunma sürecine, yani parçacıkların ve/veya radyasyonun yayılmasıyla birlikte diğer çekirdeklere kendiliğinden dönüşüme maruz kalır. Hemen hemen tüm radyoaktif yapay izotopların yarı ömürleri saniyeler hatta saniyelerin kesirleri ile ölçülen çok kısadır.

Bir çekirdek kaç tane izotop içerebilir?

Çekirdek keyfi sayıda nötron içeremez. Buna göre izotop sayısı sınırlıdır. Çift sayıda proton elementlerin kararlı izotoplarının sayısı ona ulaşabilir. Örneğin kalayın 10 izotopu, ksenonun 9 izotopu, cıvanın 7 izotopu vardır ve bu böyle devam eder.

Bu unsurlar proton sayısı tektir, yalnızca iki kararlı izotopa sahip olabilir. Bazı elementlerin yalnızca bir kararlı izotopu vardır. Bunlar altın, alüminyum, fosfor, sodyum, manganez ve diğerleri gibi maddelerdir. Farklı elementlerin kararlı izotoplarının sayısındaki bu tür değişiklikler, proton ve nötron sayısının çekirdeğin bağlanma enerjisine karmaşık bağımlılığı ile ilişkilidir.

Doğadaki hemen hemen tüm maddeler izotop karışımları halinde bulunur. Bir maddedeki izotop sayısı, maddenin türüne, atom kütlesine ve belirli bir kimyasal elementin kararlı izotop sayısına bağlıdır.