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

Čo sú izotopy

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

Porovnanie izotopov

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

ImGist zistil, že rozdiely medzi izotopmi sú nasledovné:

Majú rôzny počet neutrónov.
Izotopy majú rôzne atómové hmotnosti.
Hmotnostná hodnota atómov iónov ovplyvňuje ich celkovú energiu a vlastnosti.

Pravdepodobne nie je na zemi človek, ktorý by nepočul o izotopoch. Ale nie každý vie, čo to je. Fráza „rádioaktívne izotopy“ znie obzvlášť desivo. Tieto zvláštne chemické prvky vydesia ľudstvo, no v skutočnosti nie sú také strašidelné, ako by sa na prvý pohľad mohlo zdať.

Definícia

Na pochopenie pojmu rádioaktívne prvky je potrebné najprv povedať, že izotopy sú vzorky toho istého chemického prvku, ale s rôznymi hmotnosťami. Čo to znamená? Otázky zmiznú, ak si najprv zapamätáme štruktúru atómu. Pozostáva z elektrónov, protónov a neutrónov. Počet prvých dvoch elementárnych častíc v jadre atómu je vždy konštantný, pričom neutróny, ktoré majú svoju hmotnosť, sa môžu v tej istej látke vyskytovať v rôznych množstvách. Táto okolnosť vedie k vzniku rôznych chemických prvkov s rôznymi fyzikálnymi vlastnosťami.

Teraz môžeme poskytnúť vedeckú definíciu skúmaného pojmu. Izotopy sú teda kolektívnym súborom chemických prvkov, ktoré majú podobné vlastnosti, ale majú rôzne hmotnosti a fyzikálne vlastnosti. Podľa modernejšej terminológie sa im hovorí galaxia nukleotidov chemického prvku.

Trochu histórie

Začiatkom minulého storočia vedci zistili, že tá istá chemická zlúčenina za rôznych podmienok môže mať rôzne hmotnosti elektrónových jadier. Z čisto teoretického hľadiska by sa takéto prvky mohli považovať za nové a mohli by začať zapĺňať prázdne bunky v periodickej tabuľke D. Mendelejeva. Voľných buniek je v nej ale len deväť a vedci objavili desiatky nových prvkov. Matematické výpočty navyše ukázali, že objavené zlúčeniny nemožno považovať za predtým neznáme, pretože ich chemické vlastnosti plne zodpovedali charakteristikám existujúcich.

Po dlhých diskusiách bolo rozhodnuté nazvať tieto prvky izotopmi a umiestniť ich do rovnakého boxu s tými, ktorých jadrá obsahujú rovnaký počet elektrónov. Vedci dokázali určiť, že izotopy sú len niektoré variácie chemických prvkov. Príčiny ich výskytu a očakávaná dĺžka života sa však skúmajú už takmer storočie. Ani na začiatku 21. storočia sa nedá povedať, že ľudstvo vie o izotopoch úplne všetko.

Trvalé a nestabilné variácie

Každý chemický prvok má niekoľko izotopov. Vzhľadom na to, že v ich jadrách sú voľné neutróny, nie vždy vstupujú do stabilných väzieb so zvyškom atómu. Po určitom čase z jadra odchádzajú voľné častice, čím sa mení jeho hmotnosť a fyzikálne vlastnosti. Takto vznikajú ďalšie izotopy, čo v konečnom dôsledku vedie k vytvoreniu látky s rovnakým počtom protónov, neutrónov a elektrónov.

Tie látky, ktoré sa veľmi rýchlo rozkladajú, sa nazývajú rádioaktívne izotopy. Do vesmíru uvoľňujú veľké množstvo neutrónov a vytvárajú silné ionizujúce gama žiarenie, známe svojou silnou prenikavou silou, ktorá negatívne ovplyvňuje živé organizmy.

Stabilnejšie izotopy nie sú rádioaktívne, pretože počet nimi uvoľnených voľných neutrónov nie je schopný generovať žiarenie a významne ovplyvňovať iné atómy.

Už dávno vedci stanovili jeden dôležitý vzorec: každý chemický prvok má svoje vlastné izotopy, perzistentné alebo rádioaktívne. Zaujímavosťou je, že mnohé z nich boli získané v laboratórnych podmienkach a ich prítomnosť v prírodnej forme je malá a nie vždy je prístrojmi detekovaná.

Distribúcia v prírode

V prírodných podmienkach sa najčastejšie vyskytujú látky, ktorých izotopová hmotnosť je priamo určená ich poradovým číslom v tabuľke D. Mendelejeva. Napríklad vodík, označený symbolom H, má atómové číslo 1 a jeho hmotnosť sa rovná jednej. Jeho izotopy, 2H a 3H, sú v prírode extrémne zriedkavé.

Dokonca aj ľudské telo má niektoré rádioaktívne izotopy. Dostávajú sa cez potravu vo forme izotopov uhlíka, ktoré sú naopak absorbované rastlinami z pôdy alebo vzduchu a stávajú sa súčasťou organickej hmoty počas procesu fotosyntézy. Preto ľudia, zvieratá a rastliny vyžarujú určité pozadie. Len je taký nízky, že nenarúša normálne fungovanie a rast.

Zdrojmi, ktoré prispievajú k tvorbe izotopov, sú vnútorné vrstvy zemského jadra a žiarenie z vesmíru.

Ako viete, teplota na planéte do značnej miery závisí od jej horúceho jadra. Ale len veľmi nedávno sa ukázalo, že zdrojom tohto tepla je komplexná termonukleárna reakcia, na ktorej sa podieľajú rádioaktívne izotopy.

Izotopový rozpad

Keďže izotopy sú nestabilné útvary, dá sa predpokladať, že sa časom vždy rozpadajú na trvalejšie jadrá chemických prvkov. Toto tvrdenie je pravdivé, pretože vedci nedokázali odhaliť obrovské množstvo rádioaktívnych izotopov v prírode. A väčšina z tých, ktoré boli extrahované v laboratóriách, trvala niekoľko minút až niekoľko dní a potom sa zmenili späť na bežné chemické prvky.

Ale v prírode existujú aj izotopy, ktoré sa ukázali ako veľmi odolné voči rozpadu. Môžu existovať miliardy rokov. Takéto prvky vznikali v tých vzdialených časoch, keď sa Zem ešte len formovala a na jej povrchu nebola ani pevná kôra.

Rádioaktívne izotopy sa veľmi rýchlo rozpadajú a znovu vznikajú. Preto, aby sa uľahčilo hodnotenie stability izotopu, vedci sa rozhodli zvážiť kategóriu jeho polčasu rozpadu.

Polovičný život

Všetkým čitateľom nemusí byť hneď jasné, čo sa pod týmto pojmom myslí. Poďme si to zadefinovať. Polčas rozpadu izotopu je čas, počas ktorého konvenčná polovica prijatej látky prestane existovať.

To neznamená, že zvyšok spojenia bude zničený za rovnaký čas. V súvislosti s touto polovicou je potrebné uvažovať aj s ďalšou kategóriou – časovým úsekom, počas ktorého zmizne jej druhá časť, teda štvrtina pôvodného množstva látky. A táto úvaha pokračuje do nekonečna. Dá sa predpokladať, že je jednoducho nemožné vypočítať čas úplného rozpadu počiatočného množstva látky, pretože tento proces je prakticky nekonečný.

Vedci, ktorí poznajú polčas rozpadu, však môžu určiť, koľko látky na začiatku existovalo. Tieto údaje sa úspešne využívajú v príbuzných vedách.

V modernom vedeckom svete sa koncept úplného rozpadu prakticky nepoužíva. Pre každý izotop je zvykom uvádzať jeho polčas rozpadu, ktorý sa pohybuje od niekoľkých sekúnd až po mnoho miliárd rokov. Čím nižší je polčas rozpadu, tým viac žiarenia pochádza z látky a tým vyššia je jej rádioaktivita.

Fosílne úžitok

V niektorých odvetviach vedy a techniky sa používanie relatívne veľkého množstva rádioaktívnych látok považuje za povinné. V prírodných podmienkach je však takýchto zlúčenín veľmi málo.

Je známe, že izotopy sú nezvyčajné varianty chemických prvkov. Ich počet sa meria v niekoľkých percentách najodolnejšej odrody. To je dôvod, prečo vedci potrebujú umelo obohacovať fosílne materiály.

Za roky výskumu sme zistili, že rozpad izotopu je sprevádzaný reťazovou reakciou. Uvoľnené neutróny jednej látky začnú ovplyvňovať druhú. V dôsledku toho sa ťažké jadrá rozpadajú na ľahšie a získavajú sa nové chemické prvky.

Tento jav sa nazýva reťazová reakcia, v dôsledku ktorej možno získať stabilnejšie, ale menej bežné izotopy, ktoré sa následne využívajú v národnom hospodárstve.

Aplikácia energie rozpadu

Vedci tiež zistili, že pri rozpade rádioaktívneho izotopu sa uvoľňuje obrovské množstvo voľnej energie. Jeho množstvo sa zvyčajne meria pomocou Curieovej jednotky, ktorá sa rovná času štiepenia 1 g radónu-222 za 1 sekundu. Čím vyšší je tento ukazovateľ, tým viac energie sa uvoľní.

To sa stalo dôvodom pre vývoj spôsobov využitia voľnej energie. Takto sa objavili jadrové reaktory, do ktorých je umiestnený rádioaktívny izotop. Väčšina energie, ktorú uvoľňuje, sa zhromažďuje a premieňa na elektrickú energiu. Na základe týchto reaktorov vznikajú jadrové elektrárne, ktoré poskytujú najlacnejšiu elektrinu. Menšie verzie takýchto reaktorov sú inštalované na mechanizmoch s vlastným pohonom. Vzhľadom na nebezpečenstvo nehôd sa ako také vozidlá najčastejšie používajú ponorky. V prípade zlyhania reaktora bude počet obetí na ponorke jednoduchšie minimalizovať.

Ďalším veľmi desivým využitím energie polčasu rozpadu sú atómové bomby. Počas druhej svetovej vojny ich testovali na ľuďoch v japonských mestách Hirošima a Nagasaki. Následky boli veľmi smutné. Preto je na svete dohoda o nepoužívaní týchto nebezpečných zbraní. Veľké štáty so zameraním na militarizáciu zároveň pokračujú vo výskume v tejto oblasti aj dnes. Navyše mnohí z nich, tajne zo svetovej komunity, vyrábajú atómové bomby, ktoré sú tisíckrát nebezpečnejšie ako tie, ktoré sa používajú v Japonsku.

Izotopy v medicíne

Na mierové účely sa v medicíne naučili využívať rozpad rádioaktívnych izotopov. Smerovaním žiarenia na postihnutú oblasť tela môžete zastaviť priebeh ochorenia alebo pomôcť pacientovi úplne sa zotaviť.

Na diagnostiku sa však častejšie používajú rádioaktívne izotopy. Ide o to, že ich pohyb a povahu zhluku možno najľahšie určiť žiarením, ktoré produkujú. Do ľudského tela sa tak dostane určité zdravotne nezávadné množstvo rádioaktívnej látky a lekári pomocou prístrojov pozorujú, ako a kam sa dostane.

Diagnostikujú tak fungovanie mozgu, povahu rakovinových nádorov a zvláštnosti fungovania endokrinných a exokrinných žliaz.

Aplikácia v archeológii

Je známe, že živé organizmy vždy obsahujú rádioaktívny uhlík-14, ktorého polčas rozpadu je 5570 rokov. Vedci navyše vedia, koľko tohto prvku je obsiahnuté v tele až do okamihu smrti. To znamená, že všetky zrezané stromy vyžarujú rovnaké množstvo žiarenia. Postupom času sa intenzita žiarenia znižuje.

To pomáha archeológom určiť, ako dávno zomrelo drevo, z ktorého bola postavená galéra alebo akákoľvek iná loď, a teda čas samotnej stavby. Táto výskumná metóda sa nazýva analýza rádioaktívneho uhlíka. Vďaka nej je pre vedcov jednoduchšie stanoviť chronológiu historických udalostí.

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

Definícia

Izotopy je typ atómu chemického prvku. V každom atóme je vždy rovnaký počet elektrónov a protónov. Keďže majú opačné náboje (elektróny sú záporné a protóny kladné), atóm je vždy neutrálny (táto elementárna častica nenesie náboj, je nulová). Keď sa elektrón stratí alebo zachytí, atóm stratí neutralitu a stane sa negatívnym alebo pozitívnym iónom.

Neutróny nemajú náboj, ale ich počet v atómovom jadre toho istého prvku sa môže meniť. To nijako neovplyvňuje neutralitu atómu, ale ovplyvňuje jeho hmotnosť a vlastnosti. Napríklad akýkoľvek izotop atómu vodíka obsahuje jeden elektrón a jeden protón. Ale počet neutrónov je iný. Protium má iba 1 neutrón, deutérium má 2 neutróny a trícium má 3 neutróny. Tieto tri izotopy sa navzájom výrazne líšia vlastnosťami.

Porovnanie

Majú rôzny počet neutrónov, rôznu hmotnosť a rôzne vlastnosti. Izotopy majú identickú štruktúru elektrónových obalov. To znamená, že majú veľmi podobné chemické vlastnosti. Preto majú v periodickej tabuľke jedno miesto.

V prírode sa našli stabilné a rádioaktívne (nestabilné) izotopy. Jadrá atómov rádioaktívnych izotopov sú schopné spontánnej premeny na iné jadrá. Počas procesu rádioaktívneho rozpadu vyžarujú rôzne častice.

Väčšina prvkov má viac ako dva tucty rádioaktívnych izotopov. Okrem toho sú rádioaktívne izotopy umelo syntetizované pre absolútne všetky prvky. V prírodnej zmesi izotopov sa ich obsah mierne líši.

Existencia izotopov umožnila pochopiť, prečo majú v niektorých prípadoch prvky s nižšou atómovou hmotnosťou vyššie atómové číslo ako prvky s vyššou atómovou hmotnosťou. Napríklad v páre argón-draslík obsahuje argón ťažké izotopy a draslík obsahuje ľahké izotopy. Preto je hmotnosť argónu väčšia ako hmotnosť draslíka.

Webová stránka Závery

1. Majú rôzny počet neutrónov.
2. Izotopy majú rôzne atómové hmotnosti.
3. Hmotnostná hodnota atómov iónov ovplyvňuje ich celkovú energiu a vlastnosti.

Obsah článku

IZOTOPY– odrody toho istého chemického prvku, ktoré sú podobné svojimi fyzikálno-chemickými vlastnosťami, ale majú rozdielne atómové hmotnosti. Názov „izotopy“ navrhol v roku 1912 anglický rádiochemik Frederick Soddy, ktorý ho vytvoril z dvoch gréckych slov: isos – identický a topos – miesto. Izotopy zaberajú rovnaké miesto v bunke Mendelejevovej periodickej tabuľky prvkov.

Atóm akéhokoľvek chemického prvku pozostáva z kladne nabitého jadra a oblaku záporne nabitých elektrónov, ktoré ho obklopujú. Poloha chemického prvku v periodickej tabuľke Mendelejeva (jeho sériové číslo) je určená nábojom jadra jeho atómov. Izotopy sú preto tzv odrody toho istého chemického prvku, ktorého atómy majú rovnaký jadrový náboj (a teda prakticky rovnaké elektrónové obaly), ale líšia sa hodnotami jadrovej hmotnosti. Podľa obrazného vyjadrenia F. Soddyho sú atómy izotopov rovnaké „vonku“, ale odlišné „vo vnútri“.

Neutrón bol objavený v roku 1932 – častica, ktorá nemá náboj, s hmotnosťou blízkou hmotnosti jadra atómu vodíka - protónu , a vytvorili protón-neutrónový model jadra. Ako výsledok vo vede bola stanovená konečná moderná definícia pojmu izotopy: izotopy sú látky, ktorých atómové jadrá pozostávajú z rovnakého počtu protónov a líšia sa iba počtom neutrónov v jadre. . Každý izotop je zvyčajne označený súborom symbolov, kde X je symbol chemického prvku, Z je náboj atómového jadra (počet protónov), A je hmotnostné číslo izotopu (celkový počet nukleónov - protóny a neutróny v jadre, A = Z + N). Keďže sa zdá, že náboj jadra je jednoznačne spojený so symbolom chemického prvku, často sa ako skratka používa jednoducho označenie A X.

Zo všetkých nám známych izotopov majú svoje vlastné názvy iba izotopy vodíka. Preto sa izotopy 2H a 3H nazývajú deutérium a trícium a označujú sa ako D a T (izotop 1H sa niekedy nazýva protium).

V prírode sa vyskytuje ako stabilné izotopy , a nestabilné – rádioaktívne, ktorých jadrá atómov podliehajú samovoľnej premene na iné jadrá s emisiou rôznych častíc (alebo procesmi tzv. rádioaktívneho rozpadu). V súčasnosti je známych asi 270 stabilných izotopov a stabilné izotopy sa nachádzajú len v prvkoch s atómovým číslom Z Ј 83. Počet nestabilných izotopov presahuje 2000, veľká väčšina z nich bola získaná umelo v dôsledku rôznych jadrových reakcií. Počet rádioaktívnych izotopov mnohých prvkov je veľmi veľký a môže presiahnuť dva tucty. Počet stabilných izotopov je podstatne menší. Niektoré chemické prvky pozostávajú len z jedného stabilného izotopu (berýlium, fluór, sodík, hliník, fosfor, mangán, zlato a množstvo ďalších prvkov). Najväčší počet stabilných izotopov - 10 - bol nájdený v cíne, napríklad v železe sú 4 a v ortuti - 7.

Objav izotopov, historické pozadie.

V roku 1808 anglický prírodovedec John Dalton prvýkrát zaviedol definíciu chemického prvku ako látky pozostávajúcej z atómov rovnakého typu. V roku 1869 objavil chemik D.I. Mendelejev periodický zákon chemických prvkov. Jednou z ťažkostí pri zdôvodňovaní konceptu prvku ako látky zaujímajúcej určité miesto v bunke periodickej tabuľky boli experimentálne pozorované neceločíselné atómové hmotnosti prvkov. Anglický fyzik a chemik Sir William Crookes predložil v roku 1866 hypotézu, že každý prírodný chemický prvok je určitou zmesou látok, ktoré sú svojimi vlastnosťami identické, ale majú rozdielne atómové hmotnosti, no v tom čase ešte takýto predpoklad neexistoval experimentálne potvrdenie, a preto nevydržalo dlho všimnúť.

Dôležitým krokom k objavu izotopov bolo objavenie fenoménu rádioaktivity a hypotéza rádioaktívneho rozpadu, ktorú sformulovali Ernst Rutherford a Frederick Soddy: rádioaktivita nie je nič iné ako rozpad atómu na nabitú časticu a atóm iného prvku. , odlišný svojimi chemickými vlastnosťami od pôvodného. V dôsledku toho vznikla myšlienka rádioaktívnych sérií alebo rádioaktívnych rodín , na začiatku ktorého je prvý materský prvok, ktorý je rádioaktívny, a na konci - posledný stabilný prvok. Analýza reťazcov transformácií ukázala, že počas ich priebehu sa v jednej bunke periodického systému môžu objaviť rovnaké rádioaktívne prvky, ktoré sa líšia iba atómovými hmotnosťami. V skutočnosti to znamenalo zavedenie konceptu izotopov.

Nezávislé potvrdenie existencie stabilných izotopov chemických prvkov potom získali experimenty J. J. Thomsona a Astona v rokoch 1912–1920 s lúčmi kladne nabitých častíc (alebo tzv. channel beams ) vychádzajúci z výbojovej trubice.

V roku 1919 Aston navrhol prístroj s názvom hmotnostný spektrograf. (alebo hmotnostný spektrometer) . Iónový zdroj stále používal výbojovú trubicu, ale Aston našiel spôsob, ktorým postupné vychyľovanie lúča častíc v elektrických a magnetických poliach viedlo k zaostreniu častíc s rovnakým pomerom náboja k hmotnosti (bez ohľadu na ich rýchlosť) pri rovnaký bod na obrazovke. Spolu s Astonom vznikol v rovnakých rokoch aj hmotnostný spektrometer trochu inej konštrukcie od Američana Dempstera. V dôsledku následného používania a zdokonaľovania hmotnostných spektrometrov úsilím mnohých výskumníkov bola do roku 1935 zostavená takmer úplná tabuľka izotopového zloženia všetkých dovtedy známych chemických prvkov.

Metódy separácie izotopov.

Pre štúdium vlastností izotopov a najmä pre ich využitie na vedecké a aplikačné účely je potrebné ich získavať vo viac či menej nápadných množstvách. V konvenčných hmotnostných spektrometroch sa dosiahne takmer úplná separácia izotopov, ale ich množstvo je zanedbateľne malé. Preto úsilie vedcov a inžinierov smerovalo k hľadaniu ďalších možných metód separácie izotopov. Najprv boli zvládnuté fyzikálno-chemické metódy separácie založené na rozdieloch v takých vlastnostiach izotopov toho istého prvku, ako sú rýchlosti odparovania, rovnovážne konštanty, rýchlosti chemických reakcií atď. Najúčinnejšie z nich boli metódy rektifikácie a výmeny izotopov, ktoré sa široko používajú pri priemyselnej výrobe izotopov ľahkých prvkov: vodíka, lítia, bóru, uhlíka, kyslíka a dusíka.

Ďalšiu skupinu metód tvoria takzvané molekulárne kinetické metódy: difúzia plynov, tepelná difúzia, hmotnostná difúzia (difúzia v prúde pary), centrifugácia. Metódy plynovej difúzie, založené na rôznych rýchlostiach difúzie izotopových zložiek vo vysoko disperzných poréznych médiách, sa používali počas druhej svetovej vojny na organizáciu priemyselnej výroby separácie izotopov uránu v Spojených štátoch ako súčasť takzvaného projektu Manhattan na vytvorenie atómová bomba. Na získanie potrebného množstva uránu obohateného na 90 % ľahkým izotopom 235 U, hlavnou „horľavou“ zložkou atómovej bomby, boli vybudované závody na ploche asi štyritisíc hektárov. Na vytvorenie atómového centra so závodmi na výrobu obohateného uránu bolo vyčlenených viac ako 2 miliardy dolárov. postavený v ZSSR. V posledných rokoch táto metóda ustúpila efektívnejšej a menej nákladnej metóde odstreďovania. Pri tejto metóde sa efekt separácie izotopovej zmesi dosiahne v dôsledku rôznych účinkov odstredivých síl na zložky izotopovej zmesi vypĺňajúce rotor odstredivky, čo je tenkostenný valec ohraničený zhora a dole, otáčajúci sa rýchlosťou veľmi vysoká rýchlosť vo vákuovej komore. Státisíce centrifúg zapojených do kaskád, z ktorých rotor každej robí viac ako tisíc otáčok za sekundu, sa v súčasnosti používajú v moderných separačných závodoch ako v Rusku, tak aj v iných vyspelých krajinách sveta. Centrifúgy slúžia nielen na výrobu obohateného uránu potrebného na pohon jadrových reaktorov jadrových elektrární, ale aj na výrobu izotopov asi tridsiatich chemických prvkov v strednej časti periodickej tabuľky. Elektromagnetické separačné jednotky s výkonnými zdrojmi iónov sa v posledných rokoch používajú aj na separáciu rôznych izotopov, rozšírené sú aj metódy laserovej separácie.

Aplikácia izotopov.

Rôzne izotopy chemických prvkov sú široko používané vo vedeckom výskume, v rôznych oblastiach priemyslu a poľnohospodárstva, v jadrovej energetike, modernej biológii a medicíne, v environmentálnych štúdiách a iných oblastiach. Vo vedeckom výskume (napríklad v chemickej analýze) sú spravidla potrebné malé množstvá vzácnych izotopov rôznych prvkov, počítané v gramoch a dokonca miligramoch za rok. Zároveň pre množstvo izotopov široko používaných v jadrovej energetike, medicíne a iných priemyselných odvetviach môže potreba ich výroby predstavovať množstvo kilogramov a dokonca ton. V dôsledku používania ťažkej vody D 2 O v jadrových reaktoroch bola jej celosvetová produkcia začiatkom 90. rokov minulého storočia približne 5 000 ton ročne. Izotop vodíka deutérium, ktoré je súčasťou ťažkej vody, ktorej koncentrácia v prírodnej zmesi vodíka je len 0,015 % spolu s tríciom, sa v budúcnosti podľa vedcov stane hlavnou zložkou paliva termonukleárnej energetiky. reaktory fungujúce na báze reakcií jadrovej fúzie. V tomto prípade bude potreba výroby izotopov vodíka obrovská.

Vo vedeckom výskume sa stabilné a rádioaktívne izotopy široko používajú ako izotopové indikátory (značky) pri štúdiu širokej škály procesov vyskytujúcich sa v prírode.

V poľnohospodárstve sa izotopy („označené“ atómy) využívajú napríklad na štúdium procesov fotosyntézy, stráviteľnosti hnojív a na stanovenie efektívnosti využívania dusíka, fosforu, draslíka, stopových prvkov a iných látok rastlinami.

Izotopové technológie sú široko používané v medicíne. V USA sa teda podľa štatistík denne vykoná viac ako 36 tisíc lekárskych zákrokov a približne 100 miliónov laboratórnych testov s použitím izotopov. Najbežnejšie postupy zahŕňajú počítačovú tomografiu. Izotop uhlíka C13 obohatený na 99 % (prirodzený obsah asi 1 %) sa aktívne používa pri takzvanej „diagnostickej kontrole dýchania“. Podstata testu je veľmi jednoduchá. Obohatený izotop sa zavádza do potravy pacienta a po účasti na metabolickom procese v rôznych orgánoch tela sa uvoľňuje vo forme oxidu uhličitého CO 2 vydychovaného pacientom, ktorý sa zbiera a analyzuje pomocou spektrometra. Rozdiely v rýchlostiach procesov spojených s uvoľňovaním rôznych množstiev oxidu uhličitého, označeného izotopom C13, umožňujú posúdiť stav rôznych orgánov pacienta. V USA sa počet pacientov, ktorí podstúpia tento test, odhaduje na 5 miliónov ročne. Teraz sa metódy laserovej separácie používajú na výrobu vysoko obohateného izotopu C13 v priemyselnom meradle.

Vladimír Ždanov

Izotopy

IZOTOPY-s; pl.(jednotkový izotop, -a; m.). [z gréčtiny isos - rovné a topos - miesto] Špecialista. Odrody toho istého chemického prvku, ktoré sa líšia hmotnosťou atómov. Rádioaktívne izotopy. Izotopy uránu.

◁ Izotop, oh, oh. I. indikátor.

História výskumu
Prvé experimentálne údaje o existencii izotopov boli získané v rokoch 1906-10. pri štúdiu vlastností rádioaktívnych premien atómov ťažkých prvkov. V rokoch 1906-07. Zistilo sa, že produkt rádioaktívneho rozpadu uránu, iónu a produkt rádioaktívneho rozpadu tória, rádiotórium, majú rovnaké chemické vlastnosti ako tórium, ale líšia sa od neho atómovou hmotnosťou a charakteristikami rádioaktívneho rozpadu. Navyše: všetky tri prvky majú rovnaké optické a röntgenové spektrá. Na návrh anglického vedca F. Soddyho (cm. SODDY Frederick) sa takéto látky začali nazývať izotopy.
Po objavení izotopov v ťažkých rádioaktívnych prvkoch sa začalo hľadanie izotopov v stabilných prvkoch. Nezávislé potvrdenie existencie stabilných izotopov chemických prvkov bolo získané v experimentoch J. J. Thomsona (cm. THOMSON Joseph John) a F. Aston (cm. ASTON Francis William). Thomson objavil stabilné izotopy neónu v roku 1913. Aston, ktorý uskutočnil výskum pomocou prístroja, ktorý navrhol, nazývaného hmotnostný spektrograf (alebo hmotnostný spektrometer), pomocou metódy hmotnostnej spektrometrie (cm. HMOTNOSTNÁ SPEKTROMETRIA) dokázali, že mnohé ďalšie stabilné chemické prvky majú izotopy. V roku 1919 získal dôkazy o existencii dvoch izotopov 20 Ne a 22 Ne, ktorých relatívna abundancia (hojnosť) v prírode je približne 91 % a 9 %. Následne bol objavený izotop 21 Ne s výskytom 0,26 %, izotopy chlóru, ortuti a množstvo ďalších prvkov.
Hmotnostný spektrometer trochu inej konštrukcie vytvoril v rovnakých rokoch A. J. Dempster (cm. DEMPSTER Arthur Jeffrey). V dôsledku následného používania a zdokonaľovania hmotnostných spektrometrov bola úsilím mnohých výskumníkov zostavená takmer úplná tabuľka izotopových zložení. V roku 1932 bol objavený neutrón - častica bez náboja, s hmotnosťou blízkou hmotnosti jadra atómu vodíka - protón a bol vytvorený protón-neutrónový model jadra. Výsledkom je, že veda stanovila konečnú definíciu pojmu izotopy: izotopy sú látky, ktorých atómové jadrá pozostávajú z rovnakého počtu protónov a líšia sa iba počtom neutrónov v jadre. Okolo roku 1940 bola vykonaná izotopová analýza všetkých chemických prvkov známych v tom čase.
Počas štúdia rádioaktivity bolo objavených asi 40 prírodných rádioaktívnych látok. Boli zoskupené do rádioaktívnych rodín, ktorých predkami sú izotopy tória a uránu. Prírodné zahŕňajú všetky stabilné odrody atómov (asi 280 z nich) a všetky prirodzene rádioaktívne, ktoré sú súčasťou rádioaktívnych rodín (46 z nich). Všetky ostatné izotopy sa získavajú ako výsledok jadrových reakcií.
Prvýkrát v roku 1934 I. Curie (cm. JOLIO-CURIE Irene) a F. Joliot-Curie (cm. JOLIO-CURIE Frederic) umelo získané rádioaktívne izotopy dusíka (13 N), kremíka (28 Si) a fosforu (30 P), ktoré v prírode chýbajú. Týmito experimentmi preukázali možnosť syntézy nových rádioaktívnych nuklidov. Spomedzi v súčasnosti známych umelých rádioizotopov viac ako 150 patrí medzi prvky transuránu (cm. TRANSURÁNNE PRVKY), ktoré sa na Zemi nenachádzajú. Teoreticky sa predpokladá, že počet odrôd izotopov schopných existencie môže dosiahnuť asi 6000.

encyklopedický slovník. 2009 .

Pozrite sa, čo sú „izotopy“ v iných slovníkoch:

Moderná encyklopédia

Izotopy- (z iso... a grécky topos miesto), odrody chemických prvkov, v ktorých sa jadrá atómov (nuklidov) líšia počtom neutrónov, ale obsahujú rovnaký počet protónov, a preto zaberajú rovnaké miesto v periodickej tabuľke prvkov. chemikálií... Ilustrovaný encyklopedický slovník

- (z iso... a grécky topos miesto) odrody chemických prvkov, v ktorých sa atómové jadrá líšia počtom neutrónov, ale obsahujú rovnaký počet protónov, a preto zaberajú rovnaké miesto v periodickej tabuľke prvkov. Rozlišovať...... Veľký encyklopedický slovník

IZOTOPY- IZOTOPY, chemický. prvky nachádzajúce sa v tej istej bunke periodickej tabuľky, a preto majú rovnaké atómové číslo alebo poradové číslo. V tomto prípade by ióny vo všeobecnosti nemali mať rovnakú atómovú hmotnosť. Rôzne…… Veľká lekárska encyklopédia

Odrody tejto chemikálie. prvky, ktoré sa líšia hmotnosťou svojich jadier. Elektróny, ktoré majú rovnaké náboje jadier Z, ale líšia sa počtom neutrónov, majú rovnakú štruktúru elektrónových obalov, t.j. veľmi blízku chemickú látku. St. Va a zaberajú to isté... ... Fyzická encyklopédia

Atómy tej istej chemikálie. prvok, ktorého jadrá obsahujú rovnaký počet protónov, ale iný počet neutrónov; majú rôzne atómové hmotnosti, majú rovnakú chemickú látku. vlastnosti, ale líšia sa svojimi fyzikálnymi vlastnosťami. vlastnosti, najmä... Mikrobiologický slovník

Atoms chem. prvky, ktoré majú rôzne hmotnostné čísla, ale majú rovnaký náboj atómových jadier, a preto zaberajú rovnaké miesto v periodickej tabuľke Mendelejeva. Atómy rôznych izotopov tej istej chemikálie. prvky sa líšia počtom...... Geologická encyklopédia