Il a été établi que chaque élément chimique trouvé dans la nature est un mélange d’isotopes (ils ont donc des masses atomiques fractionnaires). Pour comprendre en quoi les isotopes diffèrent les uns des autres, il est nécessaire d’examiner en détail la structure de l’atome. Un atome forme un noyau et un nuage d'électrons. La masse d'un atome est influencée par les électrons se déplaçant à des vitesses étonnantes à travers les orbitales du nuage électronique, les neutrons et les protons qui composent le noyau.

Que sont les isotopes

Isotopes est un type d’atome d’un élément chimique. Il y a toujours un nombre égal d’électrons et de protons dans un atome. Puisqu'ils ont des charges opposées (les électrons sont négatifs et les protons sont positifs), l'atome est toujours neutre (cette particule élémentaire ne porte pas de charge, elle est nulle). Lorsqu’un électron est perdu ou capturé, un atome perd sa neutralité et devient un ion négatif ou positif.
Les neutrons n'ont pas de charge, mais leur nombre dans le noyau atomique d'un même élément peut varier. Cela n’affecte en rien la neutralité de l’atome, mais cela affecte sa masse et ses propriétés. Par exemple, tout isotope d’un atome d’hydrogène possède un électron et un proton. Mais le nombre de neutrons est différent. Le protium n’a qu’un seul neutron, le deutérium en a 2 et le tritium en a 3. Ces trois isotopes diffèrent sensiblement par leurs propriétés.

Comparaison des isotopes

En quoi les isotopes sont-ils différents ? Ils ont différents nombres de neutrons, différentes masses et différentes propriétés. Les isotopes ont des structures de couches électroniques identiques. Cela signifie qu’ils sont assez similaires en termes de propriétés chimiques. Par conséquent, ils occupent une place dans le tableau périodique.
Des isotopes stables et radioactifs (instables) ont été trouvés dans la nature. Les noyaux des atomes d'isotopes radioactifs sont capables de se transformer spontanément en d'autres noyaux. Au cours du processus de désintégration radioactive, ils émettent diverses particules.
La plupart des éléments contiennent plus de deux douzaines d’isotopes radioactifs. De plus, des isotopes radioactifs sont synthétisés artificiellement pour absolument tous les éléments. Dans un mélange naturel d'isotopes, leur teneur varie légèrement.
L'existence d'isotopes a permis de comprendre pourquoi, dans certains cas, les éléments de masse atomique inférieure ont un numéro atomique plus élevé que les éléments de masse atomique plus élevée. Par exemple, dans la paire argon-potassium, l'argon comprend des isotopes lourds et le potassium contient des isotopes légers. La masse de l’argon est donc supérieure à celle du potassium.

ImGist a déterminé que les différences entre les isotopes sont les suivantes :

Ils ont un nombre différent de neutrons.
Les isotopes ont des masses atomiques différentes.
La valeur de la masse des atomes d’ions affecte leur énergie totale et leurs propriétés.

Il n’y a probablement personne sur terre qui n’ait pas entendu parler des isotopes. Mais tout le monde ne sait pas ce que c'est. L’expression « isotopes radioactifs » semble particulièrement effrayante. Ces étranges éléments chimiques terrifient l’humanité, mais en réalité ils ne sont pas aussi effrayants qu’il y paraît à première vue.

Définition

Pour comprendre la notion d’éléments radioactifs, il faut d’abord dire que les isotopes sont des échantillons du même élément chimique, mais de masses différentes. Qu'est-ce que ça veut dire? Les questions disparaîtront si l’on se souvient d’abord de la structure de l’atome. Il est constitué d'électrons, de protons et de neutrons. Le nombre des deux premières particules élémentaires dans le noyau d’un atome est toujours constant, tandis que les neutrons, qui ont leur propre masse, peuvent se trouver dans la même substance en quantités différentes. Cette circonstance donne naissance à une variété d’éléments chimiques ayant des propriétés physiques différentes.

Nous pouvons désormais donner une définition scientifique au concept étudié. Ainsi, les isotopes sont un ensemble collectif d’éléments chimiques dont les propriétés sont similaires, mais qui ont des masses et des propriétés physiques différentes. Selon une terminologie plus moderne, on les appelle une galaxie de nucléotides d'un élément chimique.

Un peu d'histoire

Au début du siècle dernier, les scientifiques ont découvert que le même composé chimique, dans des conditions différentes, pouvait avoir des masses de noyaux électroniques différentes. D’un point de vue purement théorique, de tels éléments pourraient être considérés comme nouveaux et pourraient commencer à remplir les cellules vides du tableau périodique de D. Mendeleïev. Mais il ne contient que neuf cellules libres et les scientifiques ont découvert des dizaines de nouveaux éléments. De plus, des calculs mathématiques ont montré que les composés découverts ne peuvent pas être considérés comme inconnus, car leurs propriétés chimiques correspondaient pleinement aux caractéristiques de ceux existants.

Après de longues discussions, il a été décidé d'appeler ces éléments isotopes et de les placer dans la même boîte que ceux dont les noyaux contiennent le même nombre d'électrons. Les scientifiques ont pu déterminer que les isotopes ne sont que quelques variations d’éléments chimiques. Cependant, les causes de leur apparition et leur espérance de vie sont étudiées depuis près d'un siècle. Même au début du XXIe siècle, il est impossible de dire que l’humanité sait absolument tout sur les isotopes.

Variations persistantes et instables

Chaque élément chimique possède plusieurs isotopes. Étant donné que leurs noyaux contiennent des neutrons libres, ils n’entrent pas toujours en liaisons stables avec le reste de l’atome. Après un certain temps, les particules libres quittent le noyau, ce qui modifie sa masse et ses propriétés physiques. De cette manière, d’autres isotopes se forment, ce qui conduit finalement à la formation d’une substance contenant un nombre égal de protons, de neutrons et d’électrons.

Les substances qui se désintègrent très rapidement sont appelées isotopes radioactifs. Ils libèrent un grand nombre de neutrons dans l'espace, formant de puissants rayonnements gamma ionisants, connus pour leur fort pouvoir pénétrant, qui affectent négativement les organismes vivants.

Les isotopes plus stables ne sont pas radioactifs, car le nombre de neutrons libres qu'ils libèrent n'est pas capable de générer un rayonnement et d'affecter de manière significative d'autres atomes.

Il y a très longtemps, les scientifiques ont établi un schéma important : chaque élément chimique possède ses propres isotopes, persistants ou radioactifs. Il est intéressant de noter que beaucoup d’entre eux ont été obtenus en laboratoire et que leur présence sous forme naturelle est faible et n’est pas toujours détectée par les instruments.

Répartition dans la nature

Dans des conditions naturelles, on trouve le plus souvent des substances dont la masse isotopique est directement déterminée par son numéro ordinal dans le tableau de D. Mendeleïev. Par exemple, l'hydrogène, désigné par le symbole H, a un numéro atomique de 1 et sa masse est égale à un. Ses isotopes, 2H et 3H, sont extrêmement rares dans la nature.

Même le corps humain possède des isotopes radioactifs. Ils pénètrent par l'alimentation sous forme d'isotopes de carbone, qui, à leur tour, sont absorbés par les plantes à partir du sol ou de l'air et deviennent partie intégrante de la matière organique au cours du processus de photosynthèse. Par conséquent, les humains, les animaux et les plantes émettent un certain rayonnement de fond. Seulement, il est si faible qu’il n’interfère pas avec le fonctionnement et la croissance normaux.

Les sources qui contribuent à la formation d'isotopes sont les couches internes du noyau terrestre et le rayonnement spatial.

Comme vous le savez, la température d’une planète dépend en grande partie de son noyau chaud. Mais ce n'est que très récemment qu'il est devenu clair que la source de cette chaleur est une réaction thermonucléaire complexe à laquelle participent des isotopes radioactifs.

Désintégration isotopique

Étant donné que les isotopes sont des formations instables, on peut supposer qu'avec le temps, ils se désintègrent toujours en noyaux d'éléments chimiques plus permanents. Cette affirmation est vraie car les scientifiques n’ont pas été en mesure de détecter d’énormes quantités d’isotopes radioactifs dans la nature. Et la plupart de ceux qui ont été extraits en laboratoire ont duré de quelques minutes à plusieurs jours, puis ont été reconvertis en éléments chimiques ordinaires.

Mais il existe également dans la nature des isotopes qui s’avèrent très résistants à la désintégration. Ils peuvent exister pendant des milliards d'années. De tels éléments se sont formés à cette époque lointaine, lorsque la terre était encore en formation et qu'il n'y avait même pas de croûte solide à sa surface.

Les isotopes radioactifs se désintègrent et se reforment très rapidement. Par conséquent, afin de faciliter l’évaluation de la stabilité de l’isotope, les scientifiques ont décidé de considérer la catégorie de sa demi-vie.

Demi-vie

Il se peut que tous les lecteurs ne sachent pas immédiatement ce que signifie ce concept. Définissons-le. La demi-vie d'un isotope est le temps pendant lequel la moitié conventionnelle de la substance absorbée cessera d'exister.

Cela ne signifie pas que le reste de la connexion sera détruit dans le même laps de temps. Par rapport à cette moitié, il est nécessaire de considérer une autre catégorie - la période de temps pendant laquelle sa deuxième partie, c'est-à-dire un quart de la quantité initiale de substance, disparaîtra. Et cette réflexion se poursuit à l’infini. On peut supposer qu'il est tout simplement impossible de calculer le temps nécessaire à la désintégration complète de la quantité initiale d'une substance, car ce processus est pratiquement sans fin.

Cependant, les scientifiques, connaissant la demi-vie, peuvent déterminer la quantité de substance qui existait au début. Ces données sont utilisées avec succès dans les sciences connexes.

Dans le monde scientifique moderne, le concept de désintégration complète n'est pratiquement pas utilisé. Pour chaque isotope, il est d'usage d'indiquer sa demi-vie, qui varie de quelques secondes à plusieurs milliards d'années. Plus la demi-vie est basse, plus la substance émet de rayonnement et plus sa radioactivité est élevée.

Valorisation des fossiles

Dans certaines branches de la science et de la technologie, l'utilisation de quantités relativement importantes de substances radioactives est considérée comme obligatoire. Cependant, dans des conditions naturelles, ces composés existent très peu.

On sait que les isotopes sont des variantes rares d’éléments chimiques. Leur nombre se mesure chez plusieurs pour cent de la variété la plus résistante. C’est pourquoi les scientifiques doivent enrichir artificiellement les matières fossiles.

Au fil des années de recherche, nous avons appris que la désintégration d'un isotope s'accompagne d'une réaction en chaîne. Les neutrons libérés par une substance commencent à en influencer une autre. En conséquence, les noyaux lourds se désintègrent en noyaux plus légers et de nouveaux éléments chimiques sont obtenus.

Ce phénomène est appelé réaction en chaîne, à la suite de laquelle des isotopes plus stables mais moins courants peuvent être obtenus, qui sont ensuite utilisés dans l'économie nationale.

Application de l'énergie de désintégration

Les scientifiques ont également découvert que lors de la désintégration d'un isotope radioactif, une énorme quantité d'énergie libre est libérée. Sa quantité est généralement mesurée par l'unité Curie, égale au temps de fission de 1 g de radon 222 en 1 seconde. Plus cet indicateur est élevé, plus l'énergie libérée est importante.

C’est la raison pour laquelle on a développé des moyens d’utiliser l’énergie gratuite. C'est ainsi qu'apparaissent les réacteurs atomiques, dans lesquels est placé un isotope radioactif. La majeure partie de l’énergie libérée est collectée et convertie en électricité. Sur la base de ces réacteurs, des centrales nucléaires sont créées qui fournissent l'électricité la moins chère. Des versions plus petites de ces réacteurs sont installées sur des mécanismes automoteurs. Compte tenu du risque d’accident, les sous-marins sont le plus souvent utilisés comme véhicules. En cas de panne de réacteur, le nombre de victimes à bord du sous-marin sera plus facile à minimiser.

Les bombes atomiques sont une autre utilisation très effrayante de l’énergie de demi-vie. Pendant la Seconde Guerre mondiale, ils ont été testés sur des humains dans les villes japonaises d'Hiroshima et de Nagasaki. Les conséquences ont été très tristes. Il existe donc un accord mondial sur la non-utilisation de ces armes dangereuses. Dans le même temps, les grands États axés sur la militarisation poursuivent aujourd’hui leurs recherches dans ce domaine. En outre, nombre d’entre eux fabriquent secrètement des bombes atomiques, qui sont des milliers de fois plus dangereuses que celles utilisées au Japon.

Les isotopes en médecine

À des fins pacifiques, ils ont appris à utiliser la désintégration des isotopes radioactifs en médecine. En dirigeant le rayonnement vers la zone affectée du corps, il est possible d'arrêter l'évolution de la maladie ou d'aider le patient à se rétablir complètement.

Mais le plus souvent, les isotopes radioactifs sont utilisés pour le diagnostic. Le fait est que leur mouvement et la nature de l'amas sont plus facilement déterminés par le rayonnement qu'ils produisent. Ainsi, une certaine quantité non dangereuse d'une substance radioactive est injectée dans le corps humain, et les médecins utilisent des instruments pour observer comment et où elle pénètre.

Ils diagnostiquent ainsi le fonctionnement du cerveau, la nature des tumeurs cancéreuses et les particularités du fonctionnement des glandes endocrines et exocrines.

Application en archéologie

On sait que les organismes vivants contiennent toujours du carbone 14 radioactif, dont la demi-vie est de 5 570 ans. De plus, les scientifiques savent quelle quantité de cet élément est contenue dans le corps jusqu'au moment de la mort. Cela signifie que tous les arbres coupés émettent la même quantité de rayonnement. Au fil du temps, l’intensité du rayonnement diminue.

Cela aide les archéologues à déterminer depuis combien de temps le bois à partir duquel la galère ou tout autre navire a été construit est mort, et donc l'époque de la construction elle-même. Cette méthode de recherche est appelée analyse du carbone radioactif. Grâce à cela, il est plus facile pour les scientifiques d'établir la chronologie des événements historiques.

Il a été établi que chaque élément chimique trouvé dans la nature est un mélange d’isotopes (ils ont donc des masses atomiques fractionnaires). Pour comprendre en quoi les isotopes diffèrent les uns des autres, il est nécessaire d’examiner en détail la structure de l’atome. Un atome forme un noyau et un nuage d'électrons. La masse d'un atome est influencée par les électrons se déplaçant à des vitesses étonnantes à travers les orbitales du nuage électronique, les neutrons et les protons qui composent le noyau.

Définition

Isotopes est un type d’atome d’un élément chimique. Il y a toujours un nombre égal d’électrons et de protons dans un atome. Puisqu'ils ont des charges opposées (les électrons sont négatifs et les protons sont positifs), l'atome est toujours neutre (cette particule élémentaire ne porte pas de charge, elle est nulle). Lorsqu’un électron est perdu ou capturé, un atome perd sa neutralité et devient un ion négatif ou positif.

Les neutrons n'ont pas de charge, mais leur nombre dans le noyau atomique d'un même élément peut varier. Cela n’affecte en rien la neutralité de l’atome, mais cela affecte sa masse et ses propriétés. Par exemple, tout isotope d’un atome d’hydrogène contient un électron et un proton. Mais le nombre de neutrons est différent. Le protium n’a qu’un seul neutron, le deutérium en a 2 et le tritium en a 3. Ces trois isotopes diffèrent sensiblement par leurs propriétés.

Comparaison

Ils ont différents nombres de neutrons, différentes masses et différentes propriétés. Les isotopes ont des structures de couches électroniques identiques. Cela signifie qu’ils sont assez similaires en termes de propriétés chimiques. Par conséquent, ils occupent une place dans le tableau périodique.

Des isotopes stables et radioactifs (instables) ont été trouvés dans la nature. Les noyaux des atomes d'isotopes radioactifs sont capables de se transformer spontanément en d'autres noyaux. Au cours du processus de désintégration radioactive, ils émettent diverses particules.

La plupart des éléments contiennent plus de deux douzaines d’isotopes radioactifs. De plus, des isotopes radioactifs sont synthétisés artificiellement pour absolument tous les éléments. Dans un mélange naturel d'isotopes, leur teneur varie légèrement.

L'existence d'isotopes a permis de comprendre pourquoi, dans certains cas, les éléments de masse atomique inférieure ont un numéro atomique plus élevé que les éléments de masse atomique plus élevée. Par exemple, dans la paire argon-potassium, l'argon comprend des isotopes lourds et le potassium contient des isotopes légers. La masse de l’argon est donc supérieure à celle du potassium.

Site Web des conclusions

1. Ils ont un nombre différent de neutrons.
2. Les isotopes ont des masses atomiques différentes.
3. La valeur de la masse des atomes d’ions affecte leur énergie totale et leurs propriétés.

Le contenu de l'article

ISOTOPES– des variétés du même élément chimique qui sont similaires dans leurs propriétés physico-chimiques, mais ont des masses atomiques différentes. Le nom « isotopes » a été proposé en 1912 par le radiochimiste anglais Frederick Soddy, qui l'a formé à partir de deux mots grecs : isos – identique et topos – lieu. Les isotopes occupent la même place dans la cellule du tableau périodique des éléments de Mendeleev.

Un atome de tout élément chimique est constitué d’un noyau chargé positivement et d’un nuage d’électrons chargés négativement qui l’entoure. La position d'un élément chimique dans le tableau périodique de Mendeleïev (son numéro atomique) est déterminée par la charge du noyau de ses atomes. Isotopes sont donc appelés variétés du même élément chimique, dont les atomes ont la même charge nucléaire (et, par conséquent, pratiquement les mêmes couches électroniques), mais diffèrent par leurs valeurs de masse nucléaire. Selon l'expression figurative de F. Soddy, les atomes d'isotopes sont les mêmes « à l'extérieur », mais différents « à l'intérieur ».

Le neutron a été découvert en 1932 – une particule sans charge, avec une masse proche de la masse du noyau d'un atome d'hydrogène - un proton , et créé modèle proton-neutron du noyau. Par conséquent en science, la définition moderne définitive du concept d'isotopes a été établie : les isotopes sont des substances dont les noyaux atomiques sont constitués du même nombre de protons et ne diffèrent que par le nombre de neutrons dans le noyau . Chaque isotope est généralement désigné par un ensemble de symboles, où X est le symbole de l'élément chimique, Z est la charge du noyau atomique (le nombre de protons), A est le nombre de masse de l'isotope (le nombre total de nucléons - protons et neutrons dans le noyau, A = Z + N). Étant donné que la charge du noyau semble être uniquement associée au symbole de l’élément chimique, la simple notation A X est souvent utilisée pour l’abréviation.

Parmi tous les isotopes que nous connaissons, seuls les isotopes de l’hydrogène ont leur propre nom. Ainsi, les isotopes 2 H et 3 H sont appelés deutérium et tritium et sont désignés respectivement D et T (l'isotope 1 H est parfois appelé protium).

Présent dans la nature sous forme d'isotopes stables , et instable - radioactif, dont les noyaux des atomes sont sujets à une transformation spontanée en d'autres noyaux avec l'émission de diverses particules (ou processus de désintégration dite radioactive). Environ 270 isotopes stables sont maintenant connus, et les isotopes stables ne se trouvent que dans les éléments de numéro atomique Z Ј 83. Le nombre d'isotopes instables dépasse 2000, la grande majorité d'entre eux ont été obtenus artificiellement à la suite de diverses réactions nucléaires. Le nombre d'isotopes radioactifs de nombreux éléments est très important et peut dépasser deux douzaines. Le nombre d'isotopes stables est nettement inférieur. Certains éléments chimiques sont constitués d'un seul isotope stable (béryllium, fluor, sodium, aluminium, phosphore, manganèse, or et plusieurs autres éléments). Le plus grand nombre d'isotopes stables - 10 - a été trouvé dans l'étain, par exemple dans le fer il y en a 4 et dans le mercure - 7.

Découverte des isotopes, contexte historique.

En 1808, le scientifique naturaliste anglais John Dalton a introduit pour la première fois la définition d'un élément chimique comme une substance constituée d'atomes du même type. En 1869, le chimiste D.I. Mendeleïev découvre la loi périodique des éléments chimiques. L'une des difficultés rencontrées pour justifier le concept d'un élément en tant que substance occupant une certaine place dans une cellule du tableau périodique était les poids atomiques non entiers des éléments observés expérimentalement. En 1866, le physicien et chimiste anglais Sir William Crookes a avancé l'hypothèse selon laquelle chaque élément chimique naturel est un certain mélange de substances identiques dans leurs propriétés, mais ayant des masses atomiques différentes, mais à cette époque, une telle hypothèse n'existait pas encore. confirmation expérimentale et n'a donc pas duré longtemps remarqué.

Une étape importante vers la découverte des isotopes a été la découverte du phénomène de radioactivité et l'hypothèse de désintégration radioactive formulée par Ernst Rutherford et Frederick Soddy : la radioactivité n'est rien de plus que la désintégration d'un atome en une particule chargée et en un atome d'un autre élément , différent dans ses propriétés chimiques de celui d'origine. De là est née l’idée de séries radioactives ou de familles radioactives. , au début se trouve le premier élément parent, qui est radioactif, et à la fin, le dernier élément stable. L'analyse des chaînes de transformations a montré qu'au cours de leur déroulement, les mêmes éléments radioactifs, ne différant que par leurs masses atomiques, peuvent apparaître dans une cellule du tableau périodique. En fait, cela signifiait l’introduction du concept d’isotopes.

Une confirmation indépendante de l'existence d'isotopes stables d'éléments chimiques a ensuite été obtenue dans les expériences de J. J. Thomson et Aston en 1912-1920 avec des faisceaux de particules chargées positivement (ou faisceaux de canaux). ) émanant du tube à décharge.

En 1919, Aston a conçu un instrument appelé spectrographe de masse. (ou spectromètre de masse) . La source d'ions utilisait toujours un tube à décharge, mais Aston a trouvé un moyen par lequel la déviation successive d'un faisceau de particules dans des champs électriques et magnétiques conduisait à la focalisation de particules ayant le même rapport charge/masse (quelle que soit leur vitesse) à le même point sur l'écran. Avec Aston, un spectromètre de masse d'une conception légèrement différente a été créé dans les mêmes années par l'Américain Dempster. Grâce à l'utilisation et à l'amélioration ultérieures des spectromètres de masse grâce aux efforts de nombreux chercheurs, en 1935, un tableau presque complet des compositions isotopiques de tous les éléments chimiques connus à cette époque avait été dressé.

Méthodes de séparation isotopique.

Pour étudier les propriétés des isotopes et notamment pour leur utilisation à des fins scientifiques et appliquées, il est nécessaire de les obtenir en quantités plus ou moins notables. Dans les spectromètres de masse conventionnels, une séparation presque complète des isotopes est obtenue, mais leur quantité est négligeable. Par conséquent, les efforts des scientifiques et des ingénieurs visaient à rechercher d’autres méthodes possibles de séparation des isotopes. Tout d'abord, les méthodes physico-chimiques de séparation ont été maîtrisées, basées sur les différences dans les propriétés des isotopes d'un même élément telles que les taux d'évaporation, les constantes d'équilibre, les vitesses de réactions chimiques, etc. Les plus efficaces d'entre elles étaient les méthodes de rectification et d'échange isotopique, largement utilisées dans la production industrielle d'isotopes d'éléments légers : hydrogène, lithium, bore, carbone, oxygène et azote.

Un autre groupe de méthodes est constitué des méthodes dites de cinétique moléculaire : diffusion gazeuse, diffusion thermique, diffusion massique (diffusion dans un flux de vapeur), centrifugation. Les méthodes de diffusion gazeuse, basées sur différents taux de diffusion de composants isotopiques dans des milieux poreux hautement dispersés, ont été utilisées pendant la Seconde Guerre mondiale pour organiser la production industrielle de séparation des isotopes de l'uranium aux États-Unis dans le cadre du projet Manhattan visant à créer la bombe atomique. Pour obtenir les quantités nécessaires d'uranium enrichi à 90 % avec l'isotope léger 235 U, principal composant « combustible » de la bombe atomique, des usines ont été construites, occupant une superficie d'environ quatre mille hectares. Plus de 2 milliards de dollars ont été alloués à la création d'un centre atomique doté d'usines de production d'uranium enrichi. Après la guerre, des usines de production d'uranium enrichi à des fins militaires, également basées sur la méthode de séparation par diffusion, ont été développées. construit en URSS. Ces dernières années, cette méthode a cédé la place à la méthode de centrifugation, plus efficace et moins coûteuse. Dans cette méthode, l'effet de séparation d'un mélange isotopique est obtenu grâce aux différents effets des forces centrifuges sur les composants du mélange isotopique remplissant le rotor de la centrifugeuse, qui est un cylindre à paroi mince limité en haut et en bas, tournant à une vitesse variable. très grande vitesse dans une enceinte à vide. Des centaines de milliers de centrifugeuses connectées en cascade, dont le rotor de chacune fait plus de mille tours par seconde, sont actuellement utilisées dans les usines de séparation modernes en Russie et dans d'autres pays développés du monde. Les centrifugeuses servent non seulement à produire l'uranium enrichi nécessaire à l'alimentation des réacteurs nucléaires des centrales nucléaires, mais également à produire les isotopes d'une trentaine d'éléments chimiques de la partie médiane du tableau périodique. Des unités de séparation électromagnétique dotées de puissantes sources d'ions sont également utilisées pour séparer divers isotopes ; ces dernières années, les méthodes de séparation par laser se sont également généralisées.

Application des isotopes.

Divers isotopes d'éléments chimiques sont largement utilisés dans la recherche scientifique, dans divers domaines de l'industrie et de l'agriculture, dans l'énergie nucléaire, la biologie et la médecine modernes, dans les études environnementales et dans d'autres domaines. Dans la recherche scientifique (par exemple, en analyse chimique), de petites quantités d'isotopes rares de divers éléments sont généralement nécessaires, calculées en grammes et même en milligrammes par an. Dans le même temps, pour un certain nombre d'isotopes largement utilisés dans l'énergie nucléaire, la médecine et d'autres industries, les besoins en matière de production peuvent atteindre plusieurs kilogrammes, voire plusieurs tonnes. Ainsi, en raison de l'utilisation d'eau lourde D 2 O dans les réacteurs nucléaires, sa production mondiale au début des années 90 du siècle dernier était d'environ 5 000 tonnes par an. L'isotope de l'hydrogène, le deutérium, qui fait partie de l'eau lourde, dont la concentration dans le mélange naturel d'hydrogène n'est que de 0,015 %, avec le tritium, deviendra à l'avenir, selon les scientifiques, le composant principal du combustible de l'énergie thermonucléaire. réacteurs fonctionnant sur la base de réactions de fusion nucléaire. Dans ce cas, le besoin de production d’isotopes de l’hydrogène sera énorme.

Dans la recherche scientifique, les isotopes stables et radioactifs sont largement utilisés comme indicateurs isotopiques (étiquettes) dans l'étude d'une grande variété de processus se produisant dans la nature.

En agriculture, les isotopes (atomes « marqués ») sont utilisés, par exemple, pour étudier les processus de photosynthèse, la digestibilité des engrais et pour déterminer l’efficacité de l’utilisation par les plantes de l’azote, du phosphore, du potassium, des oligo-éléments et d’autres substances.

Les technologies isotopiques sont largement utilisées en médecine. Ainsi, aux États-Unis, selon les statistiques, plus de 36 000 interventions médicales et environ 100 millions de tests de laboratoire utilisant des isotopes sont effectués chaque jour. Les procédures les plus courantes impliquent la tomodensitométrie. L'isotope du carbone C13, enrichi à 99 % (teneur naturelle environ 1 %), est activement utilisé dans ce que l'on appelle le « contrôle respiratoire diagnostique ». L'essence du test est très simple. L'isotope enrichi est introduit dans l'alimentation du patient et, après avoir participé au processus métabolique dans divers organes du corps, est libéré sous forme de dioxyde de carbone CO 2 expiré par le patient, qui est collecté et analysé à l'aide d'un spectromètre. La différence dans les taux de processus associés à la libération de différentes quantités de dioxyde de carbone, marqué avec l’isotope C 13, permet de juger de l’état des différents organes du patient. Aux États-Unis, le nombre de patients qui subiront ce test est estimé à 5 millions par an. Aujourd’hui, les méthodes de séparation laser sont utilisées pour produire à l’échelle industrielle un isotope C13 hautement enrichi.

Vladimir Jdanov

Isotopes

ISOTOPES-s; PL.(isotope unitaire, -a; m.). [du grec isos - égal et topos - lieu] Spécialiste. Variétés du même élément chimique, différant par la masse des atomes. Isotopes radioactifs. Isotopes de l'uranium.

◁ Isotopique, oh, oh. I. indicateur.

Histoire de la recherche
Les premières données expérimentales sur l'existence des isotopes ont été obtenues en 1906-10. lors de l'étude des propriétés des transformations radioactives des atomes d'éléments lourds. En 1906-07. Il a été découvert que le produit de désintégration radioactive de l'uranium, l'ionium, et le produit de désintégration radioactive du thorium, le radiothorium, ont les mêmes propriétés chimiques que le thorium, mais diffèrent de ce dernier par leur masse atomique et leurs caractéristiques de désintégration radioactive. De plus : les trois éléments ont le même spectre optique et de rayons X. Sur suggestion du scientifique anglais F. Soddy (cm. SODDY Frédéric), ces substances ont commencé à être appelées isotopes.
Après la découverte d’isotopes dans les éléments radioactifs lourds, la recherche d’isotopes dans les éléments stables a commencé. Une confirmation indépendante de l'existence d'isotopes stables d'éléments chimiques a été obtenue dans les expériences de J. J. Thomson (cm. THOMSON Joseph John) et F.Aston (cm. ASTON Francis William). Thomson a découvert les isotopes stables du néon en 1913. Aston, qui a mené des recherches à l'aide d'un instrument qu'il a conçu appelé spectrographe de masse (ou spectromètre de masse), en utilisant la méthode de spectrométrie de masse. (cm. SPECTROMÉTRIE DE MASSE), a prouvé que de nombreux autres éléments chimiques stables possèdent des isotopes. En 1919, il obtient la preuve de l'existence de deux isotopes 20 Ne et 22 Ne, dont l'abondance relative (abondance) dans la nature est d'environ 91 % et 9 %. Par la suite, l'isotope 21 Ne a été découvert avec une abondance de 0,26 %, des isotopes du chlore, du mercure et d'un certain nombre d'autres éléments.
Un spectromètre de masse d'une conception légèrement différente a été créé dans les mêmes années par A. J. Dempster. (cm. DEMPSTER (Arthur Jeffrey). Grâce à l'utilisation et à l'amélioration ultérieures des spectromètres de masse, un tableau presque complet des compositions isotopiques a été dressé grâce aux efforts de nombreux chercheurs. En 1932, un neutron a été découvert - une particule sans charge, avec une masse proche de la masse du noyau d'un atome d'hydrogène - un proton, et un modèle proton-neutron du noyau a été créé. En conséquence, la science a établi la définition définitive du concept d'isotopes : les isotopes sont des substances dont les noyaux atomiques sont constitués du même nombre de protons et ne diffèrent que par le nombre de neutrons dans le noyau. Vers 1940, des analyses isotopiques ont été réalisées pour tous les éléments chimiques connus à cette époque.
Lors de l'étude de la radioactivité, environ 40 substances radioactives naturelles ont été découvertes. Ils ont été regroupés en familles radioactives dont les ancêtres sont les isotopes du thorium et de l'uranium. Les atomes naturels comprennent toutes les variétés stables d'atomes (environ 280 d'entre eux) et tous les atomes naturellement radioactifs faisant partie de familles radioactives (46 d'entre eux). Tous les autres isotopes sont obtenus à la suite de réactions nucléaires.
Pour la première fois en 1934 I. Curie (cm. JOLIO-CURIE (Irène) et F. Joliot-Curie (cm. JOLIO-CURIE Frédéric) Isotopes radioactifs obtenus artificiellement de l'azote (13 N), du silicium (28 Si) et du phosphore (30 P), qui sont absents dans la nature. Avec ces expériences, ils ont démontré la possibilité de synthétiser de nouveaux nucléides radioactifs. Parmi les radio-isotopes artificiels actuellement connus, plus de 150 appartiennent aux éléments transuraniens (cm.ÉLÉMENTS TRANSURIENS), introuvable sur Terre. Théoriquement, on suppose que le nombre de variétés d’isotopes capables d’exister peut atteindre environ 6 000.

Dictionnaire encyclopédique. 2009 .

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ISOTOPES- ISOTOPES chimiques. éléments situés dans la même cellule du tableau périodique et ayant donc le même numéro atomique ou numéro ordinal. Dans ce cas, les ions ne devraient généralement pas avoir le même poids atomique. Divers… … Grande encyclopédie médicale

Variétés de ce produit chimique. éléments qui diffèrent par la masse de leurs noyaux. Possédant des charges identiques aux noyaux Z, mais différant par le nombre de neutrons, les électrons ont la même structure de couches électroniques, c'est-à-dire chimiquement très proche. St. Va, et occupent la même chose... ... Encyclopédie physique

Atomes du même produit chimique. un élément dont les noyaux contiennent le même nombre de protons, mais un nombre différent de neutrons ; ont des masses atomiques différentes, ont le même produit chimique. propriétés, mais diffèrent par leurs propriétés physiques. les propriétés, en particulier... Dictionnaire de microbiologie

Chimie des atomes. des éléments qui ont des nombres de masse différents, mais qui ont la même charge de noyaux atomiques et occupent donc la même place dans le tableau périodique de Mendeleïev. Atomes de différents isotopes du même produit chimique. les éléments diffèrent en nombre... ... Encyclopédie géologique