Megállapítást nyert, hogy a természetben található minden kémiai elem izotópok keveréke (ezért töredékes atomtömegük van). Ahhoz, hogy megértsük, hogyan különböznek egymástól az izotópok, részletesen meg kell vizsgálni az atom szerkezetét. Az atom atommagot és elektronfelhőt alkot. Az atom tömegét az elektronfelhő pályáin elképesztő sebességgel mozgó elektronok, az atommagot alkotó neutronok és protonok befolyásolják.

Mik azok az izotópok

Izotópok egy kémiai elem atomjának típusa. Bármely atomban mindig egyenlő számú elektron és proton van. Mivel ellentétes töltésük van (az elektronok negatívak, a protonok pedig pozitívak), az atom mindig semleges (ez az elemi részecske nem hordoz töltést, nulla). Amikor egy elektron elveszik vagy befogják, az atom elveszti semlegességét, és negatív vagy pozitív ionná válik.
A neutronoknak nincs töltésük, de számuk ugyanazon elem atommagjában változhat. Ez semmilyen módon nem befolyásolja az atom semlegességét, de hatással van a tömegére és tulajdonságaira. Például a hidrogénatom bármely izotópja egy elektront és egy protont tartalmaz. De a neutronok száma más. A protiumnak csak 1 neutronja van, a deutériumnak 2, a tríciumnak pedig 3 neutronja van. Ez a három izotóp tulajdonságaiban markánsan különbözik egymástól.

Izotópok összehasonlítása

Miben különböznek az izotópok? Különböző számú neutronnal, különböző tömeggel és különböző tulajdonságokkal rendelkeznek. Az izotópoknak az elektronhéjak szerkezete azonos. Ez azt jelenti, hogy kémiai tulajdonságaikban meglehetősen hasonlóak. Ezért egy helyet kapnak a periódusos rendszerben.
A természetben stabil és radioaktív (instabil) izotópokat találtak. A radioaktív izotópok atommagjai képesek spontán átalakulni más atommagokká. A radioaktív bomlás során különféle részecskéket bocsátanak ki.
A legtöbb elemnek több mint két tucat radioaktív izotópja van. Ezenkívül a radioaktív izotópokat mesterségesen szintetizálják abszolút minden elemhez. Az izotópok természetes keverékében tartalmuk kissé változik.
Az izotópok megléte lehetővé tette annak megértését, hogy bizonyos esetekben miért nagyobb a kisebb atomtömegű elemek rendszáma, mint a nagyobb atomtömegűek. Például az argon-kálium párban az argon nehéz izotópokat, a kálium könnyű izotópokat tartalmaz. Ezért az argon tömege nagyobb, mint a káliumé.

Az ImGist megállapította, hogy az izotópok közötti különbségek a következők:

Különböző számú neutronjuk van.
Az izotópok eltérő atomtömegűek.
Az ionatomok tömegének értéke befolyásolja azok összenergiáját és tulajdonságait.

Valószínűleg nincs olyan ember a Földön, aki ne hallott volna az izotópokról. De nem mindenki tudja, mi az. A „radioaktív izotópok” kifejezés különösen ijesztően hangzik. Ezek a furcsa kémiai elemek megrémisztik az emberiséget, de a valóságban nem olyan ijesztőek, mint amilyennek első pillantásra tűnhet.

Meghatározás

A radioaktív elemek fogalmának megértéséhez először is meg kell mondani, hogy az izotópok ugyanannak a kémiai elemnek a mintái, de eltérő tömegűek. Mit jelent? A kérdések eltűnnek, ha először emlékezünk az atom szerkezetére. Elektronokból, protonokból és neutronokból áll. Az atommagban az első két elemi részecske száma mindig állandó, míg a saját tömegű neutronok ugyanabban az anyagban eltérő mennyiségben fordulhatnak elő. Ez a körülmény számos, eltérő fizikai tulajdonságú kémiai elemet eredményez.

Most tudományos definíciót adhatunk a vizsgált fogalomnak. Tehát az izotópok olyan kémiai elemek együttes halmaza, amelyek tulajdonságaiban hasonlóak, de eltérő tömeggel és fizikai tulajdonságokkal rendelkeznek. A modernebb terminológia szerint egy kémiai elem nukleotidjaiból álló galaxisnak nevezik őket.

Egy kis történelem

A múlt század elején a tudósok felfedezték, hogy ugyanaz a kémiai vegyület különböző körülmények között eltérő tömegű elektronmagot tartalmazhat. Pusztán elméleti szempontból az ilyen elemek újnak tekinthetők, és elkezdhetik kitölteni az üres cellákat D. Mengyelejev periódusos rendszerében. De csak kilenc szabad sejt van benne, és a tudósok több tucat új elemet fedeztek fel. Emellett a matematikai számítások azt mutatták, hogy a felfedezett vegyületek nem tekinthetők korábban ismeretlennek, mert kémiai tulajdonságaik teljes mértékben megfeleltek a meglévők jellemzőinek.

Hosszas vita után úgy döntöttek, hogy ezeket az elemeket izotópoknak nevezzük, és ugyanabba a dobozba helyezzük, mint azokat, amelyek magja ugyanannyi elektront tartalmaz. A tudósoknak sikerült megállapítaniuk, hogy az izotópok csak a kémiai elemek néhány változata. Előfordulásuk okait és várható élettartamukat azonban közel egy évszázada vizsgálják. Még a 21. század elején sem lehet azt mondani, hogy az emberiség abszolút mindent tud az izotópokról.

Perzisztens és instabil variációk

Minden kémiai elemnek több izotópja van. Mivel az atommagjukban szabad neutronok vannak, nem mindig jönnek létre stabil kötések az atom többi részével. Egy idő után a szabad részecskék elhagyják az atommagot, ami megváltoztatja tömegét és fizikai tulajdonságait. Ily módon más izotópok keletkeznek, amelyek végső soron azonos számú protonnal, neutronnal és elektronnal rendelkező anyag képződéséhez vezetnek.

Azokat az anyagokat, amelyek nagyon gyorsan bomlanak, radioaktív izotópoknak nevezzük. Nagyszámú neutront bocsátanak ki az űrbe, erős ionizáló gamma-sugárzást képezve, amely erős áthatoló erejéről ismert, és negatívan hat az élő szervezetekre.

A stabilabb izotópok nem radioaktívak, mivel az általuk kibocsátott szabad neutronok száma nem képes sugárzást generálni és más atomokat jelentősen befolyásolni.

Elég régen a tudósok egy fontos mintát állapítottak meg: minden kémiai elemnek megvan a maga izotópja, perzisztens vagy radioaktív. Érdekes módon sok közülük laboratóriumi körülmények között került elő, természetes formában való jelenlétük csekély, és műszerekkel nem mindig észlelhető.

Elterjedés a természetben

Természetes körülmények között leggyakrabban olyan anyagok találhatók, amelyek izotóptömegét közvetlenül meghatározza a D. Mengyelejev táblázatában szereplő sorszám. Például a H szimbólummal jelölt hidrogén atomszáma 1, tömege pedig egy. Izotópjai, a 2H és a 3H rendkívül ritkák a természetben.

Még az emberi testnek is van néhány radioaktív izotópja. A táplálékon keresztül szénizotópok formájában jutnak be, amelyeket viszont a növények a talajból vagy a levegőből felszívnak, és a fotoszintézis folyamata során szerves anyagok részévé válnak. Ezért az emberek, állatok és növények bizonyos háttérsugárzást bocsátanak ki. Csak olyan alacsony, hogy nem zavarja a normális működést és növekedést.

Az izotópok kialakulásához hozzájáruló források a Föld magjának belső rétegei és az űrből származó sugárzás.

Mint tudják, a bolygó hőmérséklete nagymértékben függ a forró magjától. De csak a közelmúltban vált világossá, hogy ennek a hőnek a forrása egy összetett termonukleáris reakció, amelyben radioaktív izotópok vesznek részt.

Izotópos bomlás

Mivel az izotópok instabil képződmények, feltételezhető, hogy idővel mindig kémiai elemek állandóbb magjaivá bomlanak. Ez az állítás igaz, mert a tudósoknak nem sikerült hatalmas mennyiségű radioaktív izotópot kimutatniuk a természetben. És a legtöbb, amelyet laboratóriumban kinyertek, néhány perctől több napig tartott, majd visszaváltottak közönséges kémiai elemekké.

De vannak a természetben olyan izotópok is, amelyekről kiderül, hogy nagyon ellenállnak a bomlásnak. Évmilliárdokig létezhetnek. Az ilyen elemek azokban a távoli időkben keletkeztek, amikor a föld még csak formálódott, és még szilárd kéreg sem volt a felszínén.

A radioaktív izotópok nagyon gyorsan lebomlanak és újra kialakulnak. Ezért annak érdekében, hogy megkönnyítsék az izotóp stabilitásának értékelését, a tudósok úgy döntöttek, hogy megvizsgálják felezési idejének kategóriáját.

Fél élet

Lehet, hogy nem minden olvasó számára világos, hogy mit is ért ez a fogalom. Határozzuk meg. Egy izotóp felezési ideje az az idő, amely alatt a felvett anyag hagyományos fele megszűnik létezni.

Ez nem jelenti azt, hogy a kapcsolat többi része ugyanannyi idő alatt megsemmisül. Ezzel a felével kapcsolatban egy másik kategóriát kell figyelembe venni - azt az időtartamot, amely alatt a második része, azaz az eredeti anyagmennyiség negyede eltűnik. És ez a megfontolás a végtelenségig folytatódik. Feltételezhető, hogy egyszerűen lehetetlen kiszámítani az anyag kezdeti mennyiségének teljes széteséséhez szükséges időt, mivel ez a folyamat gyakorlatilag végtelen.

A tudósok azonban a felezési idő ismeretében meg tudják határozni, hogy mennyi anyag létezett kezdetben. Ezeket az adatokat sikeresen használják a kapcsolódó tudományokban.

A modern tudományos világban gyakorlatilag nem használják a teljes bomlás fogalmát. Minden izotópnál szokás feltüntetni annak felezési idejét, amely néhány másodperctől sok milliárd évig terjed. Minél alacsonyabb a felezési idő, annál több sugárzás származik az anyagból, és annál nagyobb a radioaktivitása.

Fosszilis dúsítás

A tudomány és a technika egyes ágaiban viszonylag nagy mennyiségű radioaktív anyag használatát tekintik kötelezőnek. Természetes körülmények között azonban nagyon kevés ilyen vegyület található.

Ismeretes, hogy az izotópok a kémiai elemek nem gyakori változatai. Számukat a legellenállóbb fajták több százalékában mérik. Ezért kell a tudósoknak mesterségesen dúsítaniuk a fosszilis anyagokat.

A több éves kutatás során megtanultuk, hogy egy izotóp bomlását láncreakció kíséri. Az egyik anyag felszabaduló neutronjai befolyásolni kezdenek egy másikat. Ennek eredményeként a nehéz atommagok könnyebbekké bomlanak, és új kémiai elemek keletkeznek.

Ezt a jelenséget láncreakciónak nevezzük, melynek eredményeként stabilabb, de kevésbé elterjedt izotópok nyerhetők, amelyeket utólag a nemzetgazdaságban hasznosítanak.

A bomlási energia alkalmazása

A tudósok azt is megállapították, hogy egy radioaktív izotóp bomlása során hatalmas mennyiségű szabad energia szabadul fel. Mennyiségét általában Curie-mértékkel mérik, ami megegyezik 1 g radon-222 1 másodperc alatti hasadási idejével. Minél magasabb ez a mutató, annál több energia szabadul fel.

Ez lett az oka a szabadenergia felhasználási módok kidolgozásának. Így jelentek meg az atomreaktorok, amelyekbe radioaktív izotópot helyeznek. Az általa felszabaduló energia nagy részét összegyűjtik és elektromossággá alakítják. E reaktorok alapján olyan atomerőműveket hoznak létre, amelyek a legolcsóbb villamos energiát biztosítják. Az ilyen reaktorok kisebb változatait önjáró mechanizmusokra szerelik fel. Tekintettel a balesetveszélyre, a tengeralattjárókat leggyakrabban ilyen járműként használják. A reaktor meghibásodása esetén könnyebb lesz minimalizálni a tengeralattjáró áldozatainak számát.

A felezési idejű energia másik nagyon ijesztő felhasználása az atombombák. A második világháború alatt embereken tesztelték őket Hirosimában és Nagaszakiban. A következmények nagyon szomorúak voltak. Ezért a világon megállapodás van e veszélyes fegyverek használatának tilalmáról. Ugyanakkor a militarizációra fókuszáló nagy államok ma is folytatják a kutatást ezen a területen. Ráadásul sokan közülük, titokban a világközösség elől, atombombákat gyártanak, amelyek több ezerszer veszélyesebbek, mint a Japánban használtak.

Izotópok az orvostudományban

Békés célokra megtanulták használni a radioaktív izotópok bomlását az orvostudományban. Ha a sugárzást a test érintett területére irányítjuk, megállíthatjuk a betegség lefolyását, vagy elősegíthetjük a beteg teljes felépülését.

De gyakrabban radioaktív izotópokat használnak diagnosztikára. A helyzet az, hogy mozgásukat és a klaszter jellegét az általuk termelt sugárzás határozza meg a legkönnyebben. Így bizonyos, nem veszélyes mennyiségű radioaktív anyag kerül az emberi szervezetbe, és az orvosok műszerekkel figyelik, hogyan és hová kerül.

Ezáltal diagnosztizálják az agy működését, a rákos daganatok természetét, a belső elválasztású és a külső elválasztású mirigyek működésének sajátosságait.

Alkalmazás a régészetben

Ismeretes, hogy az élő szervezetek mindig tartalmaznak radioaktív szén-14-et, amelynek izotópjának felezési ideje 5570 év. Ezenkívül a tudósok tudják, hogy ebből az elemből mennyi van a testben a halál pillanatáig. Ez azt jelenti, hogy minden kivágott fa ugyanannyi sugárzást bocsát ki. Idővel a sugárzás intenzitása csökken.

Ez segít a régészeknek megállapítani, hogy mennyi idővel ezelőtt halt meg a fa, amelyből a konyhát vagy bármely más hajót építették, és így maga az építés ideje is. Ezt a kutatási módszert radioaktív szén-elemzésnek nevezik. Ennek köszönhetően a tudósok könnyebben megállapíthatják a történelmi események kronológiáját.

Megállapítást nyert, hogy a természetben található minden kémiai elem izotópok keveréke (ezért töredékes atomtömegük van). Ahhoz, hogy megértsük, hogyan különböznek egymástól az izotópok, részletesen meg kell vizsgálni az atom szerkezetét. Az atom atommagot és elektronfelhőt alkot. Az atom tömegét az elektronfelhő pályáin elképesztő sebességgel mozgó elektronok, az atommagot alkotó neutronok és protonok befolyásolják.

Meghatározás

Izotópok egy kémiai elem atomjának típusa. Bármely atomban mindig egyenlő számú elektron és proton van. Mivel ellentétes töltésük van (az elektronok negatívak, a protonok pedig pozitívak), az atom mindig semleges (ez az elemi részecske nem hordoz töltést, nulla). Amikor egy elektron elveszik vagy befogják, az atom elveszti semlegességét, és negatív vagy pozitív ionná válik.

A neutronoknak nincs töltésük, de számuk ugyanazon elem atommagjában változhat. Ez semmilyen módon nem befolyásolja az atom semlegességét, de hatással van a tömegére és tulajdonságaira. Például a hidrogénatom bármely izotópja egy elektront és egy protont tartalmaz. De a neutronok száma más. A protiumnak csak 1 neutronja van, a deutériumnak 2, a tríciumnak pedig 3 neutronja van. Ez a három izotóp tulajdonságaiban markánsan különbözik egymástól.

Összehasonlítás

Különböző számú neutronnal, különböző tömeggel és különböző tulajdonságokkal rendelkeznek. Az izotópoknak az elektronhéjak szerkezete azonos. Ez azt jelenti, hogy kémiai tulajdonságaikban meglehetősen hasonlóak. Ezért egy helyet kapnak a periódusos rendszerben.

A természetben stabil és radioaktív (instabil) izotópokat találtak. A radioaktív izotópok atommagjai képesek spontán átalakulni más atommagokká. A radioaktív bomlás során különféle részecskéket bocsátanak ki.

A legtöbb elemnek több mint két tucat radioaktív izotópja van. Ezenkívül a radioaktív izotópokat mesterségesen szintetizálják abszolút minden elemhez. Az izotópok természetes keverékében tartalmuk kissé változik.

Az izotópok megléte lehetővé tette annak megértését, hogy bizonyos esetekben miért nagyobb a kisebb atomtömegű elemek rendszáma, mint a nagyobb atomtömegűek. Például az argon-kálium párban az argon nehéz izotópokat, a kálium könnyű izotópokat tartalmaz. Ezért az argon tömege nagyobb, mint a káliumé.

Következtetések honlapja

1. Különböző számú neutronjuk van.
2. Az izotópok eltérő atomtömegűek.
3. Az ionatomok tömegének értéke befolyásolja azok összenergiáját és tulajdonságait.

A cikk tartalma

IZOTÓPOK– ugyanannak a kémiai elemnek a fizikai-kémiai tulajdonságaikban hasonló, de eltérő atomtömegű változatai. Az „izotópok” elnevezést 1912-ben Frederick Soddy angol radiokémikus javasolta, aki két görög szóból alkotta meg: isos - azonos és topos - hely. Az izotópok ugyanazt a helyet foglalják el a Mengyelejev-féle elemperiódusos rendszer cellájában.

Bármely kémiai elem atomja egy pozitív töltésű magból és egy azt körülvevő negatív töltésű elektronfelhőből áll. Egy kémiai elem helyzetét Mengyelejev periódusos rendszerében (a rendszámát) az atommag töltése határozza meg. Izotópok ezért hívják ugyanazon kémiai elem fajtái, amelyek atomjainak azonos a magtöltése (és ezért gyakorlatilag ugyanazok az elektronhéjak), de a nukleáris tömegértékekben különböznek. F. Soddy figuratív kifejezése szerint az izotópok atomjai „kint” ugyanazok, de „belül” különbözőek.

A neutront 1932-ben fedezték fel – töltés nélküli részecske, amelynek tömege közel van a hidrogénatom atommagjának tömegéhez - proton , és létrehozta az atommag proton-neutron modellje. Ennek eredményeként a tudományban kialakult az izotóp fogalmának végső modern definíciója: az izotópok olyan anyagok, amelyek atommagja azonos számú protonból áll, és csak a neutronok számában különböznek az atommagban. . Az egyes izotópokat általában egy szimbólumkészlettel jelöljük, ahol X a kémiai elem szimbóluma, Z az atommag töltése (a protonok száma), A az izotóp tömegszáma (a nukleonok teljes száma). - protonok és neutronok az atommagban, A = Z + N). Mivel úgy tűnik, hogy az atommag töltése egyedileg kapcsolódik a kémiai elem szimbólumához, egyszerűen az A X jelölést használják a rövidítésre.

Az összes általunk ismert izotóp közül csak a hidrogénizotópoknak van saját neve. Így a 2H és 3H izotópokat deutériumnak és tríciumnak nevezik, és D-nek, illetve T-nek nevezik (az 1H izotópot néha protiumnak is nevezik).

A természetben stabil izotópként fordul elő , és instabil - radioaktív, amelyek atommagjai különböző részecskék kibocsátásával (vagy úgynevezett radioaktív bomlási folyamatok) spontán átalakulásnak vannak kitéve más atommagokká. Jelenleg mintegy 270 stabil izotóp ismeretes, stabil izotópok pedig csak a Z Ј 83 rendszámú elemekben találhatók meg. Az instabil izotópok száma meghaladja a 2000-et, túlnyomó többségüket mesterségesen nyerték különféle magreakciók eredményeként. Számos elem radioaktív izotópjainak száma nagyon nagy, és meghaladhatja a két tucatot. A stabil izotópok száma lényegesen kisebb Néhány kémiai elem csak egy stabil izotópból áll (berillium, fluor, nátrium, alumínium, foszfor, mangán, arany és számos más elem). A legtöbb stabil izotóp - 10 - az ónban található, a vasban például 4, a higanyban pedig - 7.

Izotópok felfedezése, történelmi háttér.

1808-ban John Dalton angol természettudós először vezette be a kémiai elem meghatározását, mint azonos típusú atomokból álló anyagot. 1869-ben a vegyész D. I. Mengyelejev felfedezte a kémiai elemek periodikus törvényét. Az elem, mint a periódusos rendszer cellájában meghatározott helyet elfoglaló anyag fogalmának alátámasztásának egyik nehézségét az elemek kísérletileg megfigyelt nem egész atomsúlya okozta. 1866-ban Sir William Crookes angol fizikus és kémikus azt a hipotézist terjesztette elő, hogy minden természetes kémiai elem olyan anyagok keveréke, amelyek tulajdonságaiban azonosak, de eltérő atomtömegűek, de akkoriban még nem volt ilyen feltevés. kísérleti megerősítést, és ezért nem tartott sokáig észre.

Az izotópok felfedezése felé fontos lépés volt a radioaktivitás jelenségének felfedezése, valamint a radioaktív bomlás Ernst Rutherford és Frederick Soddy által megfogalmazott hipotézise: a radioaktivitás nem más, mint egy atom bomlása töltött részecskévé és egy másik elem atomjává. , kémiai tulajdonságaiban különbözik az eredetitől. Ennek eredményeként felmerült a radioaktív sorozatok vagy radioaktív családok ötlete , amelynek elején van az első szülőelem, amely radioaktív, és a végén - az utolsó stabil elem. Az átalakulási láncok elemzése kimutatta, hogy lefutásuk során a periódusos rendszer egy cellájában ugyanazok a radioaktív elemek jelenhetnek meg, amelyek csak atomtömegükben különböznek egymástól. Valójában ez az izotóp fogalmának bevezetését jelentette.

A kémiai elemek stabil izotópjainak létezésére vonatkozó független megerősítést kaptak J. J. Thomson és Aston 1912–1920-ban végzett kísérletei pozitív töltésű részecskék nyalábjaival (vagy úgynevezett csatornanyalábokkal). ) a kisülőcsőből kiáramló.

1919-ben az Aston megtervezett egy tömegspektrográf nevű műszert. (vagy tömeg-spektrométer) . Az ionforrás továbbra is kisülési csövet használt, de az Aston megtalálta a módját, hogy a részecskenyaláb elektromos és mágneses térben történő egymás utáni eltérítése a részecskék azonos töltés/tömeg arányú (sebességüktől függetlenül) fókuszálásához vezetett. ugyanaz a pont a képernyőn. Az Aston mellett egy kicsit más kialakítású tömegspektrométert is megalkotott ugyanezekben az években az amerikai Dempster. A tömegspektrométerek utólagos használatának és fejlesztésének eredményeként, számos kutató erőfeszítésével, 1935-re elkészült az összes addig ismert kémiai elem izotópösszetételének szinte teljes táblázata.

Izotóp-elválasztási módszerek.

Az izotópok tulajdonságainak tanulmányozásához és különösen tudományos és alkalmazott célú felhasználásához többé-kevésbé észrevehető mennyiségben kell beszerezni őket. A hagyományos tömegspektrométerekben az izotópok szinte teljes szétválását érik el, de mennyiségük elhanyagolhatóan kicsi. Ezért a tudósok és mérnökök erőfeszítései arra irányultak, hogy más lehetséges módszereket keressenek az izotópok szétválasztására. Mindenekelőtt elsajátították az elválasztás fizikai-kémiai módszereit, amelyek ugyanazon elem izotópjainak olyan tulajdonságaiban mutatkozó különbségeken alapulnak, mint a párolgási sebesség, az egyensúlyi állandók, a kémiai reakciók sebessége stb. Közülük a leghatékonyabbak a rektifikáció és az izotópcsere módszerek voltak, amelyeket széles körben alkalmaznak a könnyű elemek izotópjainak ipari előállításában: hidrogén, lítium, bór, szén, oxigén és nitrogén.

A módszerek másik csoportját az úgynevezett molekuláris kinetikai módszerek alkotják: gázdiffúzió, termikus diffúzió, tömegdiffúzió (diffúzió gőzáramban), centrifugálás. Az izotópkomponensek nagymértékben diszpergált porózus közegekben történő diffúziójának különböző sebességén alapuló gázdiffúziós módszereket alkalmaztak a második világháború alatt az Egyesült Államokban az uránizotóp-leválasztás ipari előállításának megszervezésére az úgynevezett Manhattan Project keretében. az atombombát. Az atombomba fő „éghető” komponensével, a 235 U könnyű izotóppal 90%-ra dúsított urán szükséges mennyiségének eléréséhez mintegy négyezer hektáros üzemeket építettek. Több mint 2 milliárd dollárt különítettek el egy dúsított uránt előállító üzemekkel rendelkező atomközpont létrehozására A háború után szintén a diffúziós elválasztási módszeren alapuló dúsított uránt gyártó üzemeket fejlesztettek ki, ill. a Szovjetunióban épült. Az utóbbi években ez a módszer átadta helyét a hatékonyabb és olcsóbb centrifugálási módszernek. Ennél a módszernél az izotópkeverék elválasztásának hatását a centrifugális erők eltérő hatásai révén érik el a centrifuga rotorját kitöltő izotópkeverék összetevőire gyakorolt ​​eltérő hatások miatt. Ez egy vékony falú henger, amely felül és alul korlátozott, és egy körben forog. nagyon nagy sebesség vákuumkamrában. Jelenleg több százezer kaszkádba kapcsolt centrifugát használnak, amelyek mindegyike több mint ezer fordulatot tesz másodpercenként, mind Oroszországban, mind a világ más fejlett országaiban a modern elválasztó üzemekben. A centrifugákat nemcsak az atomerőművek atomreaktorainak energiaellátásához szükséges dúsított urán előállítására használják, hanem a periódusos rendszer középső részében található mintegy harminc kémiai elem izotópjának előállítására is. Erőteljes ionforrásokkal rendelkező elektromágneses elválasztó egységeket is alkalmaznak az utóbbi években a különféle izotópok elkülönítésére, a lézeres elválasztási módszerek is elterjedtek.

Izotópok alkalmazása.

A kémiai elemek különféle izotópjait széles körben használják a tudományos kutatásban, az ipar és a mezőgazdaság különböző területein, az atomenergiában, a modern biológiában és az orvostudományban, a környezettudományban és más területeken. A tudományos kutatásban (például a kémiai elemzésben) általában kis mennyiségű, különböző elemek ritka izotópjaira van szükség, grammban, sőt milligrammban évente. Ugyanakkor számos, az atomenergiában, az orvostudományban és más iparágakban széles körben használt izotópok előállítására több kilogrammra, sőt tonnára is szükség van. Így a nehézvíz D 2 O atomreaktorokban való felhasználása miatt a múlt század 1990-es évek elejére globális termelése körülbelül évi 5000 tonna volt. A nehézvíz részét képező deutérium hidrogénizotóp, amelynek koncentrációja a természetes hidrogénelegyben mindössze 0,015%, a tríciummal együtt a jövőben a tudósok szerint a termonukleáris erőművek üzemanyagának fő összetevőjévé válik. magfúziós reakciók alapján működő reaktorok. Ebben az esetben óriási szükség lesz a hidrogénizotópok előállítására.

A tudományos kutatásban a stabil és radioaktív izotópokat széles körben használják izotóp indikátorként (tagként) a természetben előforduló folyamatok legkülönbözőbb vizsgálatai során.

A mezőgazdaságban az izotópokat ("jelölt" atomokat) például a fotoszintézis folyamatainak, a műtrágyák emészthetőségének vizsgálatára, valamint a növények nitrogén-, foszfor-, kálium-, nyomelem- és egyéb anyagok felhasználásának hatékonyságának meghatározására használják.

Az izotóptechnológiákat széles körben alkalmazzák az orvostudományban. Így az USA-ban a statisztikák szerint naponta több mint 36 ezer orvosi eljárást és körülbelül 100 millió laboratóriumi vizsgálatot végeznek izotópok segítségével. A leggyakoribb eljárások a számítógépes tomográfia. A 99%-ra dúsított C13 szénizotópot (természetes tartalom kb. 1%) aktívan használják az úgynevezett „diagnosztikai légzésszabályozásban”. A teszt lényege nagyon egyszerű. A dúsított izotóp bekerül a páciens táplálékába, majd a szervezet különböző szerveiben zajló anyagcsere-folyamatokban való részvétel után a páciens által kilégzett szén-dioxid CO 2 formájában szabadul fel, amelyet spektrométerrel gyűjtenek össze és elemeznek. A C 13 izotóppal jelölt, különböző mennyiségű szén-dioxid kibocsátásával járó folyamatok sebességének különbsége lehetővé teszi a páciens különböző szerveinek állapotának megítélését. Az Egyesült Államokban évente 5 millióra becsülik azoknak a betegeknek a számát, akiknek alávetik ezt a tesztet. Manapság lézeres elválasztási módszereket használnak nagymértékben dúsított C13 izotóp előállítására ipari méretekben.

Vlagyimir Zsdanov

Izotópok

IZOTÓPOK-s; pl.(egységizotóp, -a; m.). [görögből isos - egyenlő és toposz - hely] Szakember. Ugyanazon kémiai elem fajtái, amelyek az atomok tömegében különböznek egymástól. Radioaktív izotópok. Az urán izotópjai.

◁ Izotóp, oh, oh. I. mutató.

Kutatástörténet
Az első kísérleti adatok az izotópok létezéséről 1906-10-ben születtek. nehéz elemek atomjainak radioaktív átalakulásának tulajdonságainak tanulmányozásakor. 1906-07-ben. Felfedezték, hogy az urán radioaktív bomlásterméke, az ionium és a tórium radioaktív bomlásterméke, a radiotórium kémiai tulajdonságai megegyeznek a tóriummal, de eltérnek az utóbbitól atomtömegben és radioaktív bomlási jellemzőkben. Sőt: mindhárom elemnek ugyanaz az optikai és röntgenspektruma. F. Soddy angol tudós javaslatára (cm. SODDY Frederick), az ilyen anyagokat izotópoknak kezdték nevezni.
Miután izotópokat fedeztek fel nehéz radioaktív elemekben, megkezdődött a stabil elemek izotópjainak keresése. A kémiai elemek stabil izotópjainak létezésére független megerősítést nyert J. J. Thomson kísérletei (cm. THOMSON Joseph John)és F. Aston (cm. ASTON Francis William). Thomson 1913-ban fedezte fel a neon stabil izotópjait. Aston, aki egy általa tervezett, tömegspektrográfnak (vagy tömegspektrométernek) nevezett műszerrel végzett kutatást tömegspektrometriás módszerrel (cm. TÖMEGSPEKTROMETRIA), bebizonyította, hogy sok más stabil kémiai elemnek is van izotópja. 1919-ben bizonyítékot szerzett két izotóp, a 20 Ne és a 22 Ne létezésére, amelyek relatív abundanciája (abundanciája) a természetben megközelítőleg 91% és 9%. Ezt követően felfedezték a 21 Ne izotópot 0,26%-os bőséggel, a klór, a higany és számos más elem izotópját.
A kissé eltérő kialakítású tömegspektrométert ugyanezekben az években készített A. J. Dempster (cm. DEMPSTER Arthur Jeffrey). A tömegspektrométerek utólagos használatának és fejlesztésének eredményeként számos kutató erőfeszítésével összeállították az izotópösszetételek szinte teljes táblázatát. 1932-ben felfedeztek egy neutront - egy töltés nélküli részecskét, amelynek tömege közel volt a hidrogénatom atommagjának tömegéhez - egy protont, és létrehozták az atommag proton-neutron modelljét. Ennek eredményeként a tudomány megállapította az izotóp fogalmának végső meghatározását: az izotópok olyan anyagok, amelyek atommagja azonos számú protonból áll, és csak az atommagban lévő neutronok számában térnek el egymástól. 1940 körül az összes akkor ismert kémiai elemre izotópelemzést végeztek.
A radioaktivitás vizsgálata során mintegy 40 természetes radioaktív anyagot fedeztek fel. Radioaktív családokba csoportosították őket, amelyek ősei a tórium és az urán izotópjai. A természetesek közé tartozik az összes stabil fajta atom (kb. 280 db) és minden természetesen radioaktív, amely a radioaktív családok részét képezi (46 db). Az összes többi izotóp magreakciók eredményeként keletkezik.
Először 1934-ben I. Curie (cm. JOLIO-CURIE Irene)és F. Joliot-Curie (cm. JOLIO-CURIE Frederic) a nitrogén (13 N), a szilícium (28 Si) és a foszfor (30 P) mesterségesen előállított radioaktív izotópjai, amelyek a természetben hiányoznak. Ezekkel a kísérletekkel új radioaktív nuklidok szintetizálásának lehetőségét mutatták be. A jelenleg ismert mesterséges radioizotópok közül több mint 150 tartozik a transzurán elemekhez (cm. TRANSURAN ELEMEK), nem található a Földön. Elméletileg azt feltételezik, hogy a létező izotópfajták száma elérheti a 6000-et.

enciklopédikus szótár. 2009 .

Nézze meg, mi az „izotóp” más szótárakban:

Modern enciklopédia

Izotópok- (iso... és görög topos hely szóból), a kémiai elemek olyan változatai, amelyekben az atommagok (nuklidok) a neutronok számában különböznek, de ugyanakkora számú protont tartalmaznak, és ezért ugyanazt a helyet foglalják el a periódusos rendszerben vegyszerekről... Illusztrált enciklopédikus szótár

- (az iso... és a görög topos hely szóból) a kémiai elemek olyan változatai, amelyekben az atommagok neutronszámában különböznek, de ugyanannyi protont tartalmaznak, és ezért ugyanazt a helyet foglalják el az elemek periódusos rendszerében. Megkülönböztetni...... Nagy enciklopédikus szótár

IZOTÓPOK- IZOTÓPOK, vegyszer. elemek, amelyek a periódusos rendszer ugyanabban a cellájában helyezkednek el, és ezért azonos rendszámmal vagy sorszámmal rendelkeznek. Ebben az esetben az ionok atomtömege általában nem azonos. Különféle…… Nagy Orvosi Enciklopédia

Ennek a vegyi anyagnak a fajtái. olyan elemek, amelyek atommagjuk tömegében különböznek egymástól. A Z atommagok azonos töltésével rendelkező, de a neutronok számában eltérő elektronok az elektronhéjak szerkezetével megegyező szerkezetűek, azaz nagyon közeli kémiai összetételűek. St. Va, és ugyanazt foglalják el... ... Fizikai enciklopédia

Ugyanazon vegyi anyag atomjai. olyan elem, amelynek magja ugyanannyi protont, de eltérő számú neutront tartalmaz; különböző atomtömegűek, ugyanaz a vegyi anyag. tulajdonságaik, de fizikai tulajdonságaikban különböznek. tulajdonságok, különösen... Mikrobiológiai szótár

Atoms chem. Különböző tömegszámú, de azonos atommag töltésű elemek, ezért Mengyelejev periódusos rendszerében ugyanazt a helyet foglalják el. Ugyanazon vegyi anyag különböző izotópjainak atomjai. az elemek számában különböznek egymástól.... Földtani enciklopédia