Utvrđeno je da je svaki hemijski element koji se nalazi u prirodi mješavina izotopa (dakle, oni imaju frakcionu atomsku masu). Da bismo razumjeli kako se izotopi razlikuju jedni od drugih, potrebno je detaljno razmotriti strukturu atoma. Atom formira jezgro i oblak elektrona. Na masu atoma utiču elektroni koji se kreću zapanjujućom brzinom kroz orbitale u elektronskom oblaku, neutroni i protoni koji čine jezgro.

Šta su izotopi

Izotopi je vrsta atoma hemijskog elementa. U svakom atomu uvijek postoji jednak broj elektrona i protona. Budući da imaju suprotna naboja (elektroni su negativni, a protoni pozitivni), atom je uvijek neutralan (ova elementarna čestica ne nosi naboj, jednaka je nuli). Kada se elektron izgubi ili uhvati, atom gubi neutralnost, postajući ili negativan ili pozitivan ion.
Neutroni nemaju naboj, ali njihov broj u atomskom jezgru istog elementa može varirati. Ovo ni na koji način ne utiče na neutralnost atoma, ali utiče na njegovu masu i svojstva. Na primjer, bilo koji izotop atoma vodika sadrži jedan elektron i jedan proton. Ali broj neutrona je drugačiji. Procijum ima samo 1 neutron, deuterijum 2 neutrona, a tricijum 3 neutrona. Ova tri izotopa značajno se razlikuju jedan od drugog po svojstvima.

Poređenje izotopa

Po čemu se izotopi razlikuju? Imaju različit broj neutrona, različite mase i različita svojstva. Izotopi imaju identičnu strukturu elektronskih ljuski. To znači da su prilično slični po hemijskim svojstvima. Stoga im je dato jedno mjesto u periodnom sistemu.
U prirodi su pronađeni stabilni i radioaktivni (nestabilni) izotopi. Jezgra atoma radioaktivnih izotopa mogu se spontano transformirati u druge jezgre. Tokom procesa radioaktivnog raspadanja, emituju različite čestice.
Većina elemenata ima preko dvadesetak radioaktivnih izotopa. Osim toga, radioaktivni izotopi se umjetno sintetiziraju za apsolutno sve elemente. U prirodnoj mješavini izotopa njihov sadržaj neznatno varira.
Postojanje izotopa omogućilo je razumijevanje zašto, u nekim slučajevima, elementi s nižom atomskom masom imaju veći atomski broj od elemenata sa većom atomskom masom. Na primjer, u paru argon-kalijum, argon uključuje teške izotope, a kalij sadrži lake izotope. Stoga je masa argona veća od mase kalijuma.

ImGist je utvrdio da su razlike između izotopa sljedeće:

Imaju različit broj neutrona.
Izotopi imaju različite atomske mase.
Vrijednost mase atoma jona utiče na njihovu ukupnu energiju i svojstva.

Vjerovatno ne postoji osoba na zemlji koja nije čula za izotope. Ali ne znaju svi šta je to. Izraz "radioaktivni izotopi" zvuči posebno zastrašujuće. Ovi čudni hemijski elementi užasavaju čovječanstvo, ali zapravo nisu toliko strašni kao što se na prvi pogled čini.

Definicija

Da bismo razumjeli pojam radioaktivnih elemenata, potrebno je prvo reći da su izotopi uzorci istog kemijskog elementa, ali različite mase. Šta to znači? Pitanja će nestati ako se prvo sjetimo strukture atoma. Sastoji se od elektrona, protona i neutrona. Broj prve dvije elementarne čestice u jezgru atoma je uvijek konstantan, dok se neutroni, koji imaju svoju masu, mogu pojaviti u istoj tvari u različitim količinama. Ova okolnost dovodi do pojave raznih hemijskih elemenata sa različitim fizičkim svojstvima.

Sada možemo dati naučnu definiciju konceptu koji se proučava. Dakle, izotopi su kolektivni skup hemijskih elemenata koji su sličnih svojstava, ali imaju različite mase i fizička svojstva. Prema modernijoj terminologiji, nazivaju se galaksijom nukleotida hemijskog elementa.

Malo istorije

Početkom prošlog veka naučnici su otkrili da isto hemijsko jedinjenje pod različitim uslovima može imati različite mase jezgara elektrona. Sa čisto teorijske tačke gledišta, takvi elementi bi se mogli smatrati novim i mogli bi početi da popunjavaju prazne ćelije u periodnom sistemu D. Mendeljejeva. Ali u njemu ima samo devet slobodnih ćelija, a naučnici su otkrili desetine novih elemenata. Osim toga, matematički proračuni su pokazali da se otkrivena jedinjenja ne mogu smatrati prethodno nepoznatima, jer su njihova hemijska svojstva u potpunosti odgovarala karakteristikama postojećih.

Nakon dugih rasprava, odlučeno je da se ovi elementi nazovu izotopima i smjeste u istu kutiju kao i oni čija jezgra sadrže isti broj elektrona. Naučnici su uspjeli utvrditi da su izotopi samo neke varijacije hemijskih elemenata. Međutim, uzroci njihovog nastanka i očekivani životni vek proučavani su skoro jedan vek. Čak i na početku 21. veka nemoguće je reći da čovečanstvo zna apsolutno sve o izotopima.

Uporne i nestabilne varijacije

Svaki hemijski element ima nekoliko izotopa. Zbog činjenice da u njihovim jezgrima postoje slobodni neutroni, oni ne ulaze uvijek u stabilne veze s ostatkom atoma. Nakon nekog vremena, slobodne čestice napuštaju jezgro, što mijenja njegovu masu i fizička svojstva. Na taj način nastaju drugi izotopi, što u konačnici dovodi do stvaranja tvari s jednakim brojem protona, neutrona i elektrona.

One tvari koje se vrlo brzo raspadaju nazivaju se radioaktivnim izotopima. Oni oslobađaju veliki broj neutrona u svemir, formirajući snažno jonizujuće gama zračenje, poznato po jakoj prodornoj moći, koje negativno utiče na žive organizme.

Stabilniji izotopi nisu radioaktivni, jer broj slobodnih neutrona koji oni oslobađaju nije sposoban generirati zračenje i značajno utjecati na druge atome.

Davno, naučnici su ustanovili jedan važan obrazac: svaki hemijski element ima svoje izotope, postojane ili radioaktivne. Zanimljivo je da su mnogi od njih dobijeni u laboratorijskim uslovima, a njihovo prisustvo u prirodnom obliku je malo i ne detektuje se uvek instrumentima.

Rasprostranjenost u prirodi

U prirodnim uslovima najčešće se nalaze supstance čija je masa izotopa direktno određena njenim rednim brojem u tabeli D. Mendeljejeva. Na primjer, vodonik, označen simbolom H, ima atomski broj 1, a njegova masa je jednaka jedan. Njegovi izotopi, 2H i 3H, izuzetno su rijetki u prirodi.

Čak i ljudsko tijelo ima neke radioaktivne izotope. Oni ulaze kroz hranu u obliku izotopa ugljika, koje biljke apsorbiraju iz tla ili zraka i postaju dio organske tvari tokom procesa fotosinteze. Stoga ljudi, životinje i biljke emituju određeno pozadinsko zračenje. Samo što je toliko niska da ne ometa normalno funkcioniranje i rast.

Izvori koji doprinose stvaranju izotopa su unutrašnji slojevi Zemljinog jezgra i zračenje iz svemira.

Kao što znate, temperatura na planeti u velikoj mjeri zavisi od njenog vrućeg jezgra. Ali tek nedavno je postalo jasno da je izvor ove topline složena termonuklearna reakcija u kojoj učestvuju radioaktivni izotopi.

Isotopic Decay

Budući da su izotopi nestabilne formacije, može se pretpostaviti da se tokom vremena uvijek raspadaju na trajnija jezgra kemijskih elemenata. Ova izjava je tačna jer naučnici nisu uspjeli otkriti ogromne količine radioaktivnih izotopa u prirodi. A većina onih koje su ekstrahovane u laboratorijama trajale su od nekoliko minuta do nekoliko dana, a zatim se ponovo pretvorile u obične hemijske elemente.

Ali u prirodi postoje i izotopi za koje se ispostavilo da su vrlo otporni na raspadanje. Mogu postojati milijardama godina. Takvi elementi su nastali u tim dalekim vremenima, kada se zemlja još formirala, a na njenoj površini nije bilo čak ni čvrste kore.

Radioaktivni izotopi se vrlo brzo raspadaju i ponovo formiraju. Stoga, kako bi se olakšala procjena stabilnosti izotopa, naučnici su odlučili razmotriti kategoriju njegovog poluživota.

Poluživot

Svim čitaocima možda neće odmah biti jasno šta se podrazumijeva pod ovim konceptom. Hajde da to definišemo. Poluživot izotopa je vrijeme tokom kojeg će uobičajena polovina uzete supstance prestati da postoji.

To ne znači da će ostatak veze biti uništen za isto vrijeme. U odnosu na ovu polovinu, potrebno je razmotriti još jednu kategoriju - vremenski period tokom kojeg će nestati njen drugi dio, odnosno četvrtina prvobitne količine supstance. I ovo razmatranje se nastavlja do beskonačnosti. Može se pretpostaviti da je jednostavno nemoguće izračunati vrijeme potpune dezintegracije početne količine tvari, jer je ovaj proces praktički beskonačan.

Međutim, naučnici, poznavajući vrijeme poluraspada, mogu odrediti koliko je tvari postojalo na početku. Ovi podaci se uspješno koriste u srodnim naukama.

U savremenom naučnom svijetu koncept potpunog propadanja praktički se ne koristi. Za svaki izotop uobičajeno je naznačiti njegov poluživot, koji varira od nekoliko sekundi do mnogo milijardi godina. Što je kraći poluživot, to više zračenja dolazi iz supstance i veća je njena radioaktivnost.

Obogaćivanje fosila

U nekim granama nauke i tehnologije upotreba relativno velikih količina radioaktivnih supstanci smatra se obaveznom. Međutim, u prirodnim uvjetima postoji vrlo malo takvih spojeva.

Poznato je da su izotopi neuobičajene varijante hemijskih elemenata. Njihov broj se mjeri u nekoliko posto najotpornije sorte. Zbog toga naučnici treba da veštački obogate fosilne materijale.

Tokom godina istraživanja, saznali smo da je raspad izotopa praćen lančanom reakcijom. Oslobođeni neutroni jedne supstance počinju da utiču na drugu. Kao rezultat toga, teška jezgra se raspadaju na lakša i dobijaju se novi hemijski elementi.

Ova pojava se naziva lančana reakcija, kao rezultat koje se mogu dobiti stabilniji, ali manje uobičajeni izotopi, koji se kasnije koriste u nacionalnoj ekonomiji.

Primena energije raspada

Naučnici su takođe otkrili da se prilikom raspada radioaktivnog izotopa oslobađa ogromna količina slobodne energije. Njegova količina se obično mjeri Kirijevom jedinicom, koja je jednaka vremenu fisije 1 g radona-222 u 1 sekundi. Što je ovaj pokazatelj veći, oslobađa se više energije.

To je postao razlog za razvoj načina korištenja besplatne energije. Tako su nastali nuklearni reaktori u koje se stavlja radioaktivni izotop. Većina energije koju oslobađa prikuplja se i pretvara u električnu energiju. Na osnovu ovih reaktora stvaraju se nuklearne elektrane koje daju najjeftiniju struju. Manje verzije takvih reaktora ugrađuju se na samohodne mehanizme. S obzirom na opasnost od nezgoda, kao takva vozila najčešće se koriste podmornice. U slučaju kvara reaktora, broj žrtava na podmornici će biti lakše minimizirati.

Još jedna vrlo zastrašujuća upotreba energije poluraspada su atomske bombe. Tokom Drugog svetskog rata testirani su na ljudima u japanskim gradovima Hirošima i Nagasaki. Posljedice su bile veoma tužne. Stoga u svijetu postoji dogovor o neupotrebi ovog opasnog oružja. Istovremeno, velike države sa fokusom na militarizaciju i danas nastavljaju istraživanja u ovoj oblasti. Osim toga, mnogi od njih, tajno od svjetske zajednice, proizvode atomske bombe, koje su hiljadama puta opasnije od onih koje se koriste u Japanu.

Izotopi u medicini

U miroljubive svrhe, naučili su da koriste raspad radioaktivnih izotopa u medicini. Usmjeravanjem zračenja na zahvaćeno područje tijela moguće je zaustaviti tok bolesti ili pomoći pacijentu da se potpuno oporavi.

Ali češće se za dijagnostiku koriste radioaktivni izotopi. Stvar je u tome što se njihovo kretanje i priroda klastera najlakše određuju zračenjem koje proizvode. Tako se u ljudski organizam unosi određena neopasna količina radioaktivne supstance, a doktori instrumentima posmatraju kako i gde ona dospeva.

Na taj način dijagnosticiraju funkcioniranje mozga, prirodu kancerogenih tumora, te posebnosti rada endokrinih i egzokrinih žlijezda.

Primjena u arheologiji

Poznato je da živi organizmi uvijek sadrže radioaktivni ugljik-14, čiji je poluživot 5570 godina. Osim toga, naučnici znaju koliko je ovog elementa sadržano u tijelu do trenutka smrti. To znači da sva posječena stabla emituju istu količinu zračenja. Vremenom se intenzitet zračenja smanjuje.

To pomaže arheolozima da utvrde koliko je davno umrlo drvo od kojeg je sagrađena kuhinja ili bilo koji drugi brod, a time i vrijeme same izgradnje. Ova metoda istraživanja naziva se analiza radioaktivnog ugljika. Zahvaljujući tome, naučnicima je lakše utvrditi hronologiju istorijskih događaja.

Utvrđeno je da je svaki hemijski element koji se nalazi u prirodi mješavina izotopa (dakle, oni imaju frakcionu atomsku masu). Da bismo razumjeli kako se izotopi razlikuju jedni od drugih, potrebno je detaljno razmotriti strukturu atoma. Atom formira jezgro i oblak elektrona. Na masu atoma utiču elektroni koji se kreću zapanjujućom brzinom kroz orbitale u elektronskom oblaku, neutroni i protoni koji čine jezgro.

Definicija

Izotopi je vrsta atoma hemijskog elementa. U svakom atomu uvijek postoji jednak broj elektrona i protona. Budući da imaju suprotna naboja (elektroni su negativni, a protoni pozitivni), atom je uvijek neutralan (ova elementarna čestica ne nosi naboj, jednaka je nuli). Kada se elektron izgubi ili uhvati, atom gubi neutralnost, postajući ili negativan ili pozitivan ion.

Neutroni nemaju naboj, ali njihov broj u atomskom jezgru istog elementa može varirati. Ovo ni na koji način ne utiče na neutralnost atoma, ali utiče na njegovu masu i svojstva. Na primjer, bilo koji izotop atoma vodika sadrži jedan elektron i jedan proton. Ali broj neutrona je drugačiji. Procijum ima samo 1 neutron, deuterijum 2 neutrona, a tricijum 3 neutrona. Ova tri izotopa značajno se razlikuju jedan od drugog po svojstvima.

Poređenje

Imaju različit broj neutrona, različite mase i različita svojstva. Izotopi imaju identičnu strukturu elektronskih ljuski. To znači da su prilično slični po hemijskim svojstvima. Stoga im je dato jedno mjesto u periodnom sistemu.

U prirodi su pronađeni stabilni i radioaktivni (nestabilni) izotopi. Jezgra atoma radioaktivnih izotopa mogu se spontano transformirati u druge jezgre. Tokom procesa radioaktivnog raspadanja, emituju različite čestice.

Većina elemenata ima preko dvadesetak radioaktivnih izotopa. Osim toga, radioaktivni izotopi se umjetno sintetiziraju za apsolutno sve elemente. U prirodnoj mješavini izotopa njihov sadržaj neznatno varira.

Postojanje izotopa omogućilo je razumijevanje zašto, u nekim slučajevima, elementi s nižom atomskom masom imaju veći atomski broj od elemenata sa većom atomskom masom. Na primjer, u paru argon-kalijum, argon uključuje teške izotope, a kalij sadrži lake izotope. Stoga je masa argona veća od mase kalijuma.

Zaključci web stranica

1. Imaju različit broj neutrona.
2. Izotopi imaju različite atomske mase.
3. Vrijednost mase atoma jona utiče na njihovu ukupnu energiju i svojstva.

Sadržaj članka

IZOTOPES– varijeteti istog hemijskog elementa koji su slični po svojim fizičko-hemijskim svojstvima, ali imaju različite atomske mase. Naziv "izotopi" predložio je 1912. godine engleski radiohemičar Frederick Soddy, koji ga je formirao od dvije grčke riječi: isos - identičan i topos - mjesto. Izotopi zauzimaju isto mjesto u ćeliji Mendeljejevljevog periodnog sistema elemenata.

Atom bilo kojeg kemijskog elementa sastoji se od pozitivno nabijenog jezgra i oblaka negativno nabijenih elektrona koji ga okružuju. Položaj hemijskog elementa u periodnom sistemu Mendeljejeva (njegov serijski broj) je određen nabojem jezgra njegovih atoma. Izotopi se stoga nazivaju varijante istog kemijskog elementa, čiji atomi imaju isti nuklearni naboj (i, stoga, praktički iste elektronske ljuske), ali se razlikuju u vrijednostima nuklearne mase. Prema figurativnom izrazu F. Soddyja, atomi izotopa su isti „spolja“, ali različiti „iznutra“.

Neutron je otkriven 1932 – čestica koja nema naboj, sa masom bliskom masi jezgra atoma vodika - protona , i stvorio proton-neutronski model jezgra. Kao rezultat u nauci je uspostavljena konačna moderna definicija pojma izotopa: izotopi su tvari čija se atomska jezgra sastoje od istog broja protona i razlikuju se samo po broju neutrona u jezgru . Svaki izotop se obično označava skupom simbola, gdje je X simbol kemijskog elementa, Z je naboj atomskog jezgra (broj protona), A je maseni broj izotopa (ukupan broj nukleona - protoni i neutroni u jezgru, A = Z + N). Pošto se čini da je naboj jezgra jedinstveno povezan sa simbolom hemijskog elementa, jednostavno se oznaka A X često koristi za skraćenicu.

Od svih nama poznatih izotopa, samo izotopi vodonika imaju svoja imena. Dakle, izotopi 2 H i 3 H nazivaju se deuterijum i tricijum i označeni su kao D i T, respektivno (izotop 1 H se ponekad naziva protijum).

Javlja se u prirodi kao stabilni izotopi , i nestabilne - radioaktivne, čija jezgra atoma su podložna spontanoj transformaciji u druga jezgra uz emisiju različitih čestica (ili procesa tzv. radioaktivnog raspada). Sada je poznato oko 270 stabilnih izotopa, a stabilni izotopi se nalaze samo u elementima sa atomskim brojem Z J 83. Broj nestabilnih izotopa prelazi 2000, velika većina njih je dobivena umjetno kao rezultat raznih nuklearnih reakcija. Broj radioaktivnih izotopa mnogih elemenata je vrlo velik i može premašiti dva tuceta. Broj stabilnih izotopa je znatno manji. Neki hemijski elementi se sastoje od samo jednog stabilnog izotopa (berilij, fluor, natrijum, aluminijum, fosfor, mangan, zlato i niz drugih elemenata). Najveći broj stabilnih izotopa - 10 - pronađen je u kalaju, u željezu, na primjer, ima 4, a u živi - 7.

Otkriće izotopa, istorijska pozadina.

Godine 1808. engleski naučnik prirodnjak John Dalton prvi je uveo definiciju hemijskog elementa kao supstance koja se sastoji od atoma istog tipa. 1869. hemičar D.I. Mendeljejev otkrio je periodični zakon hemijskih elemenata. Jedna od poteškoća u potkrepljivanju koncepta elementa kao supstance koja zauzima određeno mjesto u ćeliji periodnog sistema bile su eksperimentalno uočene necijelobrojne atomske težine elemenata. Godine 1866. engleski fizičar i hemičar Sir William Crookes iznio je hipotezu da je svaki prirodni hemijski element određena mješavina tvari koje su identične po svojim svojstvima, ali imaju različite atomske mase, ali u to vrijeme takva pretpostavka još nije postojala. eksperimentalna potvrda i stoga nije dugo zapažena.

Važan korak ka otkriću izotopa bilo je otkriće fenomena radioaktivnosti i hipoteza radioaktivnog raspada koju su formulirali Ernst Rutherford i Frederick Soddy: radioaktivnost nije ništa drugo do raspad atoma na nabijenu česticu i atom drugog elementa. , drugačiji po svojim hemijskim svojstvima od originalnog. Kao rezultat toga, nastala je ideja o radioaktivnim serijama ili radioaktivnim porodicama , na čijem početku se nalazi prvi roditeljski element, koji je radioaktivan, a na kraju - posljednji stabilni element. Analiza lanaca transformacija pokazala je da se tokom svog toka isti radioaktivni elementi, koji se razlikuju samo po atomskim masama, mogu pojaviti u jednoj ćeliji periodnog sistema. U stvari, to je značilo uvođenje koncepta izotopa.

Nezavisna potvrda postojanja stabilnih izotopa hemijskih elemenata tada je dobijena u eksperimentima J. J. Thomsona i Astona 1912–1920 sa snopovima pozitivno nabijenih čestica (ili tzv. ) koji izlazi iz cijevi za pražnjenje.

Godine 1919. Aston je dizajnirao instrument nazvan maseni spektrograf. (ili maseni spektrometar) . Izvor jona je i dalje koristio cijev za pražnjenje, ali je Aston pronašao način na koji je uzastopno skretanje snopa čestica u električnim i magnetskim poljima dovelo do fokusiranja čestica s istim omjerom naboja i mase (bez obzira na njihovu brzinu) na istu tačku na ekranu. Uz Aston, maseni spektrometar nešto drugačijeg dizajna je iste godine kreirao američki Dempster. Kao rezultat naknadne upotrebe i poboljšanja masenih spektrometara trudom mnogih istraživača, do 1935. godine sastavljena je gotovo potpuna tabela izotopskog sastava svih kemijskih elemenata poznatih u to vrijeme.

Metode za odvajanje izotopa.

Za proučavanje svojstava izotopa, a posebno za njihovu upotrebu u naučne i primijenjene svrhe, potrebno ih je nabaviti u manje ili više uočljivim količinama. U konvencionalnim masenim spektrometrima postiže se gotovo potpuno odvajanje izotopa, ali je njihova količina zanemarljivo mala. Stoga su napori naučnika i inženjera bili usmjereni na traženje drugih mogućih metoda za odvajanje izotopa. Prije svega, savladane su fizičko-hemijske metode razdvajanja, zasnovane na razlikama u takvim svojstvima izotopa istog elementa kao što su brzine isparavanja, konstante ravnoteže, brzine kemijskih reakcija itd. Najefikasnije među njima bile su metode ispravljanja i izmjene izotopa, koje se široko koriste u industrijskoj proizvodnji izotopa lakih elemenata: vodonika, litijuma, bora, ugljika, kisika i dušika.

Drugu grupu metoda čine takozvane molekularno kinetičke metode: difuzija gasa, termička difuzija, difuzija mase (difuzija u parnom toku), centrifugiranje. Metode difuzije gasa, zasnovane na različitim brzinama difuzije izotopskih komponenti u visoko dispergovanim poroznim medijima, korišćene su tokom Drugog svetskog rata za organizovanje industrijske proizvodnje separacije izotopa uranijuma u Sjedinjenim Državama u okviru tzv. Manhattan projekta za stvaranje atomska bomba. Da bi se dobile potrebne količine uranijuma obogaćenog do 90% lakim izotopom 235 U, glavnom "zapaljivom" komponentom atomske bombe, izgrađena su postrojenja koja su zauzimala površinu od oko četiri hiljade hektara. Više od 2 milijarde dolara izdvojeno je za stvaranje atomskog centra sa postrojenjima za proizvodnju obogaćenog uranijuma. izgrađen u SSSR-u. Poslednjih godina ova metoda je ustupila mesto efikasnijoj i jeftinijoj metodi centrifugiranja. U ovoj metodi, efekat odvajanja mješavine izotopa postiže se zbog različitog djelovanja centrifugalnih sila na komponente mješavine izotopa koje ispunjavaju rotor centrifuge, koji je tankozidni cilindar ograničen na vrhu i dnu, koji se okreće za vrlo velike brzine u vakuumskoj komori. Stotine hiljada centrifuga povezanih u kaskade, od kojih rotor svake čini više od hiljadu okretaja u sekundi, trenutno se koriste u modernim postrojenjima za separaciju kako u Rusiji tako iu drugim razvijenim zemljama svijeta. Centrifuge se ne koriste samo za proizvodnju obogaćenog uranijuma potrebnog za pogon nuklearnih reaktora nuklearnih elektrana, već i za proizvodnju izotopa od tridesetak kemijskih elemenata u srednjem dijelu periodnog sistema. Elektromagnetne separacijske jedinice sa snažnim izvorima jona također se koriste za odvajanje različitih izotopa posljednjih godina, metode laserskog odvajanja su također postale široko rasprostranjene.

Primjena izotopa.

Različiti izotopi hemijskih elemenata imaju široku primenu u naučnim istraživanjima, u raznim oblastima industrije i poljoprivrede, u nuklearnoj energiji, savremenoj biologiji i medicini, u studijama životne sredine i drugim oblastima. Naučna istraživanja (na primjer, hemijska analiza) obično zahtijevaju male količine rijetkih izotopa različitih elemenata, izračunate u gramima, pa čak i miligramima godišnje. Istovremeno, za brojne izotope koji se široko koriste u nuklearnoj energiji, medicini i drugim industrijama, potreba za njihovom proizvodnjom može iznositi više kilograma, pa čak i tona. Tako je, zbog upotrebe teške vode D 2 O u nuklearnim reaktorima, njegova globalna proizvodnja početkom 1990-ih godina prošlog stoljeća iznosila oko 5000 tona godišnje. Izotop vodika deuterijum, koji je deo teške vode, čija je koncentracija u prirodnoj mešavini vodonika samo 0,015%, zajedno sa tricijumom, u budućnosti će, prema naučnicima, postati glavna komponenta energenata termonuklearnih energija. reaktori koji rade na bazi reakcija nuklearne fuzije. U ovom slučaju, potreba za proizvodnjom izotopa vodika bit će ogromna.

U naučnim istraživanjima, stabilni i radioaktivni izotopi se široko koriste kao izotopski indikatori (oznake) u proučavanju širokog spektra procesa koji se dešavaju u prirodi.

U poljoprivredi se izotopi („obilježeni“ atomi) koriste, na primjer, za proučavanje procesa fotosinteze, probavljivosti gnojiva i za utvrđivanje efikasnosti korištenja dušika, fosfora, kalija, elemenata u tragovima i drugih tvari.

Izotopske tehnologije se široko koriste u medicini. Tako se u SAD-u, prema statistikama, dnevno obavi više od 36 hiljada medicinskih procedura i oko 100 miliona laboratorijskih testova pomoću izotopa. Najčešći zahvati uključuju kompjuterizovanu tomografiju. Izotop ugljika C13, obogaćen do 99% (prirodni sadržaj oko 1%), aktivno se koristi u takozvanoj “dijagnostičkoj kontroli disanja”. Suština testa je vrlo jednostavna. Obogaćeni izotop se unosi u hranu pacijenta i nakon sudjelovanja u metaboličkom procesu u različitim organima tijela, oslobađa se u obliku ugljičnog dioksida CO 2 koji pacijent izdahne, a koji se sakuplja i analizira spektrometrom. Razlike u stopama procesa povezanih s oslobađanjem različitih količina ugljičnog dioksida, označenog izotopom C 13, omogućavaju procjenu stanja različitih organa pacijenta. U SAD-u se broj pacijenata koji će se podvrgnuti ovom testu procijeniti na 5 miliona godišnje. Sada se metode laserskog odvajanja koriste za proizvodnju visoko obogaćenog C13 izotopa u industrijskim razmjerima.

Vladimir Ždanov

Izotopi

IZOTOPES-s; pl.(jedinični izotop, -a; m.). [iz grčkog isos - jednako i topos - mjesto] Specijalista. Sorte istog hemijskog elementa, koje se razlikuju po masi atoma. Radioaktivni izotopi. Izotopi uranijuma.

◁ Izotop, oh, oh. I. indikator.

Istorija istraživanja
Prvi eksperimentalni podaci o postojanju izotopa dobijeni su 1906-1910. prilikom proučavanja svojstava radioaktivnih transformacija atoma teških elemenata. Godine 1906-07. Otkriveno je da proizvod radioaktivnog raspada uranijuma, jonijuma i produkt radioaktivnog raspada torija, radiotorij, imaju ista hemijska svojstva kao torij, ali se razlikuju od potonjeg po atomskoj masi i karakteristikama radioaktivnog raspada. Štaviše: sva tri elementa imaju isti optički i rendgenski spektar. Na prijedlog engleskog naučnika F. Soddyja (cm. SODDY Frederick), takve supstance su se počele nazivati ​​izotopi.
Nakon što su otkriveni izotopi u teškim radioaktivnim elementima, počela je potraga za izotopima u stabilnim elementima. Nezavisna potvrda postojanja stabilnih izotopa hemijskih elemenata dobijena je u eksperimentima J. J. Thomsona (cm. THOMSON Joseph John) i F. Aston (cm. ASTON Francis William). Thomson je otkrio stabilne izotope neona 1913. Aston, koji je sproveo istraživanje koristeći instrument koji je dizajnirao pod nazivom maseni spektrograf (ili maseni spektrometar), koristeći metodu masene spektrometrije (cm. MASE SPEKTROMETRIJA), dokazao je da mnogi drugi stabilni hemijski elementi imaju izotope. Godine 1919. dobio je dokaze o postojanju dva izotopa 20 Ne i 22 Ne, čija je relativna zastupljenost (abundancija) u prirodi otprilike 91% i 9%. Nakon toga je otkriven izotop 21 Ne sa obiljem od 0,26%, izotopa hlora, žive i niza drugih elemenata.
Maseni spektrometar malo drugačijeg dizajna kreirao je iste godine A. J. Dempster (cm. DEMPSTER Arthur Jeffrey). Kao rezultat naknadne upotrebe i poboljšanja masenih spektrometara, trudom mnogih istraživača sastavljena je skoro potpuna tabela izotopskih sastava. Godine 1932. otkriven je neutron - čestica bez naboja, s masom bliskom masi jezgra atoma vodika - protona i stvoren je protonsko-neutronski model jezgra. Kao rezultat toga, nauka je uspostavila konačnu definiciju pojma izotopa: izotopi su tvari čije se atomske jezgre sastoje od istog broja protona i razlikuju se samo po broju neutrona u jezgri. Oko 1940. godine izvršena je izotopska analiza za sve tada poznate hemijske elemente.
Tokom proučavanja radioaktivnosti otkriveno je oko 40 prirodnih radioaktivnih supstanci. Grupirani su u radioaktivne porodice, čiji su preci izotopi torijuma i uranijuma. Prirodni uključuju sve stabilne varijante atoma (ima ih oko 280) i sve prirodno radioaktivne koji su dio radioaktivnih porodica (ima ih 46). Svi ostali izotopi nastaju kao rezultat nuklearnih reakcija.
Prvi put 1934. I. Curie (cm. JOLIO-CURIE Irene) i F. Joliot-Curie (cm. JOLIO-CURIE Frederic) umjetno dobiveni radioaktivni izotopi dušika (13 N), silicija (28 Si) i fosfora (30 P), kojih nema u prirodi. Ovim eksperimentima su pokazali mogućnost sinteze novih radioaktivnih nuklida. Među trenutno poznatim umjetnim radioizotopima, više od 150 pripada transuranskim elementima (cm. TRANSURAN ELEMENTI), koji se ne nalazi na Zemlji. Teoretski, pretpostavlja se da broj varijeteta izotopa sposobnih za postojanje može doseći oko 6000.

enciklopedijski rječnik. 2009 .

Pogledajte šta su "izotopi" u drugim rječnicima:

Moderna enciklopedija

Izotopi- (od iso... i grčkog topos mjesto), varijante kemijskih elemenata u kojima se jezgra atoma (nuklida) razlikuju po broju neutrona, ali sadrže isti broj protona i stoga zauzimaju isto mjesto u periodnom sistemu hemikalija... Ilustrovani enciklopedijski rječnik

- (od iso... i grčki topos mjesto) varijeteti hemijskih elemenata u kojima se atomska jezgra razlikuju po broju neutrona, ali sadrže isti broj protona i stoga zauzimaju isto mjesto u periodnom sistemu elemenata. Razlikovati ... ... Veliki enciklopedijski rječnik

IZOTOPES- IZTOPI, hemijski. elementi koji se nalaze u istoj ćeliji periodnog sistema i stoga imaju isti atomski broj ili redni broj. U ovom slučaju, joni ne bi trebali, općenito govoreći, imati istu atomsku težinu. Razno… … Velika medicinska enciklopedija

Sorte ove hemikalije. elemenata koji se razlikuju po masi svojih jezgara. Posjedujući identične naboje jezgara Z, ali se razlikuju po broju neutrona, elektroni imaju istu strukturu elektronskih omotača, odnosno vrlo blisku kemijsku. St. Va, i zauzimaju istu stvar...... Fizička enciklopedija

Atomi iste hemikalije. element čija jezgra sadrže isti broj protona, ali različit broj neutrona; imaju različite atomske mase, imaju istu hemikaliju. svojstva, ali se razlikuju po svojim fizičkim. nekretnine, posebno... Mikrobiološki rječnik

Atoms chem. elementi koji imaju različite masene brojeve, ali imaju isti naboj atomskih jezgara i stoga zauzimaju isto mjesto u periodnom sistemu Mendeljejeva. Atomi različitih izotopa iste hemikalije. elementi se razlikuju po broju...... Geološka enciklopedija