Isotoopit-esitys kemian tunnille (luokka 8) aiheesta. Isotoopit Isotoopit ovat saman kemiallisen alkuaineen lajikkeita, jotka ovat samanlaisia ​​fysikaalisten ja kemiallisten ominaisuuksiensa suhteen, mutta joilla on erilaiset atomimassat.

"Radioaktiivisten isotooppien saaminen" - Lääketiede. Radioaktiivisten isotooppien käyttö. Ala. Tällä menetelmällä selvitetään egyptiläisten muumioiden ikä, esihistoriallisten tulipalojen jäänteet. Radioaktiiviset isotoopit ovat säteilyn lähteitä. "merkittyjen atomien" menetelmästä on tullut yksi tehokkaimmista. Radioaktiiviset isotoopit arkeologiassa. Elementtejä, joita ei ole luonnossa.

"Vety jaksollisessa järjestelmässä" - vetyatomi. Vedyn asema jaksollisessa järjestelmässä. 2) Pelkistys: Redox-reaktio vedyn ja fluorin välillä. Räjähtävä kaasu. 1) Hapetus:

"Piin isotoopit" - Vyöhykepuhdistettu pii. Pii-29-isotoopin jakautuminen siemenen pituudella. Piin isotooppien erottaminen. Isotooppinen laimennus kasvatettaessa yksikidettä kvartsiupokkaasta. Luonnonpiin yksikidekide. Sauva-substraatin saaminen monoisotooppisesta piistä. - Koe. Yksikiteisen monoisotooppisen piin epäpuhtauskoostumus.

"Vetyatomi" - Sen pitoisuus maankuoressa saavuttaa 0,15% sen massasta. Se muistuttaa ominaisuuksiltaan enemmän halogeeneja kuin alkalimetalleja. Elektroninen konfigurointi 1s1. Vety on ensimmäisellä sijalla jaksollisessa taulukossa (Z = 1). Kemiallisia ominaisuuksia. Lämpötilassa -252,8 ° C ja ilmanpaineessa se siirtyy nestemäiseen tilaan.

"Radioaktiiviset elementit" - Ti02 nH2O -geelin hydroterminen käsittely (T = 110 - 250 °C; t = 20 h). 12. huhtikuuta 2008 lähtien Verkkosivusto www.nanometer.ru Tunnuskilpailu. + 2H+. H2O. Tuotanto 105/t Varanto 5 108/t. Vai niin. Ti. Grafiitti, anodi. Tinaiset sillat. Luonnolliset muodot, vastaanottaminen. C- tai ti-upokas (katodi). Ti, Zr, Hf, Rf (Th). O. O H. Ryhmän IV alkuaineiden kemia DPVPS.

"Isotooppien käyttö" - Tietoja säteilystä. Atomin energia ja keinotekoisten radioaktiivisten isotooppien käyttö. Luonnollisten radioaktiivisten alkuaineiden käyttö. Isotooppien käyttö diagnostiikassa Isotooppien terapeuttinen käyttö. Keinotekoisten radioaktiivisten alkuaineiden käyttö. Radiumin terapeuttinen käyttö Maan iän määrittäminen. Isotooppien käyttö kasvien ravinnon tutkimuksessa.

Sukhanova K.G. IGP-10

Dia 2: Vedyn isotoopit

Protium on vedyn kevyimmän isotoopin nimi, jota merkitään symbolilla 1 H. Protiumin ydin koostuu yhdestä protonista, josta isotoopin nimi. Protium muodostaa 99,9885 ± 0,0070 % universumin vetyatomien kokonaismäärästä ja on luonnossa yleisin nuklidi kaikkien kemiallisten alkuaineiden isotooppien joukossa. Deuterium (lat. deuterium, muusta kreikasta δεύτερος "toinen"), raskas vety, merkitty symboleilla D ja 2 H - stabiili vedyn isotooppi, jonka atomimassa on 2. Ydin (deuteroni) koostuu yhdestä protonista ja yksi neutroni. Tritium (toinen kreikkalainen τρίτος "kolmas"), superraskas vety, merkitty symboleilla T ja 3 H - vedyn radioaktiivinen isotooppi. Tritiumin ydin koostuu protonista ja kahdesta neutronista, sitä kutsutaan tritoniksi ja merkitään t:llä. Vety-4 on vedyn epästabiili isotooppi. Syntetisoitu laboratoriossa hyökkäämällä tritiumiin deuteriumytimillä. Tässä kokeessa tritiumytimet vangisivat neutroneja nopeasti liikkuvista deuteriumytimistä. Vety-4:n läsnäolo pääteltiin havaitsemalla emittoineet protonit. Vety-5 on vedyn epästabiili isotooppi. Syntetisoitu laboratoriossa hyökkäämällä tritiumiin tritiumytimillä. Tässä kokeessa tritiumytimet vangisivat kukin 2 neutronia nopeista ytimistä. Vety-6 on kemiallisen alkuaineen vety epästabiili nuklidi, jonka massaluku on 6. Vety-7 on vedyn kemiallisen alkuaineen epästabiili nuklidi, jonka massaluku on 7.

Dia 3: Yleistä tietoa

Protium Deuterium Tritium Nimi, symboli Protium, 1 H Deuterium, 2 H Tritium, 3 H Vaihtoehtoiset nimet raskas vety, D superraskas vety, T Neutronit 0 1 2 Protonit 1 1 1 Nuklidiominaisuudet Atomimassa 1.00782503207(10) a. e.m. 2.0141017778(4) a. e.m. 3.0160492777(25) a. massaylimäärä 7 288.97050(11 keV 13 135.7216(3) keV 14 949.8060(23) keV Ominais sitoutumisenergia (per nukleonia) 0.0(0) keV 1 Isom. 0,0115(70)% Puoliintumisaika stabiili vakaa [ 12,32(2) vuotta Ydinspin ja pariteetti 1/2 1 1/2 Hajoamistuotteet - - 3 He

Dia 4: Jakautuminen luonnossa

Isotoopit eivät ole jakautuneet tasaisesti luonnossa: yksi deuteriumatomi on noin 7000 ja yksi beetaradioaktiivisen tritiumin atomi miljardi miljardia protiumiatomia.

Dia 5: Isotooppinen tiheys

Isotooppiset lajit HD 16 O ja D 16 2 O ovat raskasta vettä. Vedyn isotooppikoostumuksen ominaisuuksien mukaan käytetään isotooppitiheyttä, joka on yhtä suuri kuin: missä (D/H) pr on isotooppisuhde näytteessä, (D/H) st on isotooppisuhde standardissa . G. Craigin (1961) ehdotuksesta keskimääräinen valtameren vesi hyväksyttiin kansainväliseksi standardiksi. Isotooppitiheys ilmaistaan ​​ppm:nä. Normaalille valtamerelle (SMOW) se on nolla. Positiiviset δD-arvot tarkoittavat raskaan vedyn isotoopin pitoisuuden nousua ja negatiiviset arvot osoittavat laskua verrattuna meriveden pitoisuuteen. Vedyn isotooppikoostumuksen vaihtelut ovat varsin merkittäviä ja ylittävät samankaltaiset muutokset muiden kemiallisten alkuaineiden isotooppisuhteissa. Pienimmät vaihtelut δ D:ssä havaitaan maanpäällisissä kivissä. Samaan aikaan suurimmat vaihtelut ovat tyypillisiä haihtuville aineille, pääasiassa luonnonvesissä ja orgaanisessa aineessa.

Dia 6: Vedyn isotooppinen koostumus luonnollisissa esineissä

MORB - sulaa valtameren harjanteen basalttia - valtameren keskiharjanteen basalttia

dia 7: deuterium

Kiinteällä deuteriumilla on tetragonikonfiguraatio, kehokeskeinen hila, a = 0,338 nm, c = 0,560 nm. Vety ja deuterium eivät ole isomorfisia, vaan niiden rajallinen keskinäinen liukoisuus kiinteässä tilassa on havaittu. 4,2 K:ssa deuteriumin rajaliukoisuus vetyyn on 10 tilavuus-% ja vedyn liukoisuus deuteriumiin on 21 %. Kemiallisilta ominaisuuksiltaan deuterium on samanlainen kuin vety, mutta reaktioiden nopeus, kun vety korvataan deuteriumilla, laskee huomattavasti, esimerkiksi kun vedyn orgaaniset yhdisteet hapetetaan kloorilla, 5-10 kertaa. Veden elektrolyysin aikana deuterium vapautuu hitaammin kuin vety. Muiden vety-isotooppien kanssa deuterium muodostaa protodeuterium HD:n (moolimassa 3,02205) ja deuterotritium DT:n (mol. 5,03034) molekyylejä.

Dia 8: Deuterium vetyisotooppien kokonaismassassa

Kemiallinen alkuaine Stabiilit isotoopit Luonnollinen runsaus, klo. % Vety Protium H 99,9853 Deuterium D 0,0147 Deuterium kerääntyy muinaisiin mineraaleihin ja vesiin

dia 9: tritium

Isotooppia 3H kutsutaan tritiumiksi (T). Massaluku hiiliyksiköissä on 3,0170. Sen ilmakehä sisältää ~ 1 * 10 -7 % (eli yksi tritiumatomi putoaa ilman tilavuuteen -10 cm 3). Maapallolla on hyvin vähän tritiumia ja sitä löytyy pääasiassa valtamerten vesistä. Ennen oli vähemmän. Sen määrä Maan vesissä, samoin kuin deuteriumin määrä, kasvaa jatkuvasti, koska ne muodostuvat ilmakehän typpi- ja happiytimien pommituksen aikana kosmisilla säteillä. Tämän seurauksena tritiumin ja deuteriumin pitoisuus alkuperäisissä (nuorissa) vesissä kasvaa jatkuvasti.

10

Dia 10: veden isotooppisten lajikkeiden ominaisuudet

Ominaisuudet H 2 O D 2 O Sulamispiste ºС 0 3,82 Kiehumispiste, ºС 100 101,42 Kriittinen lämpötila, ºС 374,2 371,5 Jään tiheys, g/cm3: 0,9176 1,0148 1,0148 Nestetiheys of Heat of Heat, 2,0,1,9,9 cm3, g/0,9,9 cm 1,435 Höyrystyslämpö, ​​kcal/mol: 10,74 11,11 Pintajännitys, mN/m 71,97 71,93 Dielektrisyysvakio 78,54 78,26 Indeksi taitekerroin 1,332987 5,2 2,1 1,4 -10,1 4 -18 1 328 300 m/s nopeus 1 4 4

11

Dia 11: Raskaan veden leviäminen

Suljetuissa säiliöissä on enemmän raskasta vettä, koska se haihtuu tavalliseen veteen vähemmän intensiivisesti. Siksi alueilla, joilla on kuuma ilmasto, on enemmän raskasta vettä. Meren pinta päiväntasaajalla ja tropiikissa on myös rikastettu deuteriumilla, varsinkin kun säännöllinen sademäärä vaikuttaa, jonka muodostumisen aikana vesi tiivistyy höyryfaasista ja raskas vesi tiivistyy nopeammin kuin kevyt vesi, joten sademäärä rikastuu. raskaalla vedellä. Merenpinnalle raskasvesipitoisuuden lisääntyminen on kuitenkin tyypillistä vain matalilla leveysasteilla. Napojen lähellä omat piirteensä. Korkeilla eteläisillä leveysasteilla (Antarktiksella) valtameren vedet ovat huomattavasti "kevyempiä". Tähän vaikuttavat Etelämantereen jäävuorten sulamisvedet, joiden deuteriumpitoisuus on planeetan alhaisin. Deuteriumin osuus Grönlannin jäässä on myös pieni, mutta korkeiden pohjoisten leveysasteiden valtameret ovat kuitenkin rikastuneet raskaalla vedellä. Tässä kohtaa "raskaan" arktisen jään sulaminen tulee esiin.

12

dia 12

13

dia 13: erittäin raskas vesi

Pieniä määriä superraskasta (tritium) vettä putoaa maan päälle osana sadetta. Tritiumvesi jakautuu epätasaisesti: sitä on enemmän mannervesistöissä kuin valtamerissä; sitä on enemmän napameren vesissä kuin päiväntasaajan vesissä. Superraskas vesi eroaa ominaisuuksiltaan vielä selvemmin tavallisesta vedestä: se kiehuu 104°C:ssa, jäätyy 4...9°C:ssa ja sen tiheys on 1,33 g/cm3.

14

Dia 14: Vedyn muodostuminen

Vapaassa (molekyylisessä) muodossa, samoin kuin kemiallisten yhdisteiden koostumuksessa, vety poistetaan aktiivisesti vaipasta. Huomattavia määriä H 2:ta pääsee maan pinnalle tulivuorenpurkausten aikana ja vapautuu vetybakteerien elintärkeän toiminnan seurauksena, joka osallistuu orgaanisen aineen muuntamiseen anaerobisissa olosuhteissa. Suuria määriä vetyä muodostuu myös veden hajoamisen aikana sähkökemiallisten reaktioiden aikana ja radioaktiivisten alkuaineiden hajoamistuotteiden vaikutuksesta. Ytimen merkityksettömän massan vuoksi vety voi poistua Maan gravitaatiokentästä, ts. haihtua. Vedyn kulku kulkee biosfäärin läpi. Kuitenkin toisin kuin kemiallisesti inertti helium, vety joutuu yhdisteisiin organismien elintärkeän toiminnan vaikutuksesta ja pysyy sen seurauksena biosfäärissä.

15

Dia 15: Deuteriumin muodostuminen

Kaikki luonnossa säilynyt deuterium on se, joka jäi tähtienväliseen avaruuteen ja pysyi melkein alkuräjähdyksen ajasta, sen muodostumishetkestä lähtien

16

Dia 16: Deuteriumin muodostuminen

Deuteriumin lähde universumissa on supernovaräjähdykset ja tähtien sisällä tapahtuvat lämpöydinprosessit. Näissä tähdissä deuterium kuitenkin tuhoutuu melko nopeasti. Vety poistuu nopeammin kuin raskas deuterium, joka voi kertyä. Joten koko evoluution ajan pitäisi tapahtua deuteriumin kertymistä ilmakehään ja pintavesiin.

17

Dia 17: Tritiumin muodostuminen

Tritiumia muodostuu yläilmakehässä kosmisen säteilyn vuorovaikutuksessa N- ja O-ytimien kanssa: Säteilyhapetuksen ja isotoopinvaihtoreaktioiden seurauksena tällä tavalla muodostuneet tritiumatomit siirtyvät vesimolekyyleihin, sitten tritium osaksi sadevettä. putoaa maan pinnalle. Heidän mielestään se on ok. Luonnollisesta tritiumista 90 % on hydrosfäärissä (NTO - tritiumoksidin muodossa), 10 % stratosfäärissä (NTO) ja 0,1 % troposfäärissä (josta 50 % on HT-kaasuna). Ydin- ja lämpöydinräjähdyksissä muodostuu suuri määrä tritiumia. Vetypommin räjähdys, jonka TNT-ekvivalentti on 1 MT, vapauttaa (2,6-7,4)*10 8 GBq tritiumia. Lämpöydinkokeiden alusta (1954) lähtien tritiumin pitoisuus sadevedessä on noussut 0,5-5,0:sta 500 T.E. Maanalaisissa ydinräjähdyksissä tritium muuttuu myös oksidiksi ja tulee osittain pintaan. Tritiumin b-hajoamisessa muodostuu heliumin kevyt isotooppi:

20

Viimeisin esitysdia: Vedyn isotoopit: Raskaan veden vaikutukset organismeihin

Useat tutkijat ovat itsenäisesti todenneet, että raskaalla vedellä on kielteinen vaikutus organismien elintoimintoihin; näin tapahtuu myös käytettäessä tavallista luonnonvettä, jossa on paljon raskasta vettä. Koe-eläimille annettiin vettä, josta 1/3 korvattiin HDO-vedellä. Lyhyen ajan kuluttua alkoi eläinten aineenvaihduntahäiriö, munuaiset tuhoutuivat. Raskaan veden osuuden lisääntyessä eläimet kuolivat. Raskaalla vedellä on myös masentava vaikutus korkeampien kasvien kehitykseen; jos niitä kastellaan vedellä, puoliksi raskaasta vedestä, kasvu pysähtyy (kuva 1.4). Vähentynyt deuteriumpitoisuus vedessä stimuloi elintärkeitä prosesseja. Tällaiset tiedot sai B.I. Rodimov ja I.P. Toro pov. He havaitsivat pitkään kasveja ja eläimiä, jotka kuluttivat vettä, jonka deuterium oli 25 % normaalia pienempi. Kävi ilmi, että tällaista vettä nauttimalla siat, rotat ja hiiret synnyttivät jälkeläisiä, paljon tavallista enemmän ja suurempia, kanojen munatuotanto kaksinkertaistui, vehnä kypsyi aikaisemmin ja antoi suuremman sadon.

Isotoopit ovat saman kemiallisen alkuaineen lajikkeita, jotka ovat samanlaisia ​​fysikaalisten ja kemiallisten ominaisuuksiensa suhteen, mutta joilla on erilaiset atomimassat. Nimen "isotoopit" ehdotti vuonna 1912 englantilainen radiokemisti Frederick Soddy, joka muodosti sen kahdesta kreikkalaisesta sanasta: isos - sama ja topos - paikka. Isotoopit ovat samassa paikassa Mendelejevin jaksollisen alkuainejärjestelmän solussa.

Minkä tahansa kemiallisen alkuaineen atomi koostuu positiivisesti varautuneesta ytimestä ja sitä ympäröivästä negatiivisesti varautuneiden elektronien pilvestä. Kemiallisen alkuaineen sijainti Mendelejevin jaksollisessa järjestelmässä (sen sarjanumero) määräytyy sen atomien ytimen varauksen mukaan. F. Soddyn kuvaannollisen ilmaisun mukaan isotooppien atomit ovat samoja "ulkopuolella", mutta erilaisia ​​"sisällä".

Vuonna 1932 löydettiin neutroni - hiukkanen, jolla ei ole varausta ja jonka massa oli lähellä vetyatomin ytimen massaa - protoni, ja ytimestä luotiin protoni-neutronimalli. Tämän seurauksena tieteessä vakiintui lopullinen moderni määritelmä isotooppien käsitteelle: isotoopit ovat aineita, joiden atomiytimet koostuvat samasta määrästä protoneja ja eroavat vain ytimessä olevien neutronien lukumäärästä. Kutakin isotooppia merkitään yleensä symbolijoukolla, jossa X on kemiallisen alkuaineen symboli, Z on atomiytimen varaus (protonien lukumäärä), A on isotoopin massaluku (protonien kokonaismäärä). ja neutronit ytimessä, A = Z + N). Koska ytimen varaus liittyy yksiselitteisesti alkuaineen symboliin, käytetään usein lyhennyksenä vain merkintää A X. Kaikista meille tunnetuista isotoopeista vain vety-isotoopeilla on omat nimensä. Siten isotooppeja 2H ja 3H kutsutaan deuteriumiksi ja tritiumaksi.

Luonnossa on sekä stabiileja isotooppeja että epästabiileja - radioaktiivisia, joiden atomien ytimet muuttuvat spontaanisti toisiksi ytimiksi erilaisten hiukkasten päästöjen avulla. Nykyään tunnetaan noin 270 stabiilia isotooppia. Epästabiilien isotooppien määrä ylittää 2000, joista suurin osa on saatu keinotekoisesti erilaisten ydinreaktioiden seurauksena. Radioaktiivisten isotooppien määrä monissa alkuaineissa on erittäin suuri ja voi ylittää kaksi tusinaa. Pysyvien isotooppien määrä on paljon pienempi, jotkut kemialliset alkuaineet koostuvat vain yhdestä stabiilista isotoopista (beryllium, fluori, natrium, alumiini, fosfori, mangaani, kulta jne.). Suurin määrä pysyviä isotooppeja - 10 - löytyi tinasta, esimerkiksi raudasta niitä on 4 ja elohopeassa - 7.

Isotooppien löytäminen Vuonna 1808 englantilainen luonnontieteilijä John Dalton esitteli ensimmäisen kerran kemiallisen alkuaineen määritelmän aineeksi, joka koostuu yhdentyyppisistä atomeista. Vuonna 1869 kemisti D. I. Mendelejev löysi kemiallisten alkuaineiden jaksollisen lain. Yksi vaikeuksista perustella käsitettä elementistä aineena, jolla on tietty paikka jaksollisen järjestelmän solussa, olivat kokeellisesti havaitut alkuaineiden atomipainot, jotka eivät ole kokonaislukuja. Vuonna 1866 englantilainen fyysikko ja kemisti Sir William Crookes esitti hypoteesin, että jokainen luonnollinen kemiallinen alkuaine on seos aineista, jotka ovat ominaisuuksiltaan identtisiä, mutta joilla on erilaiset atomimassat, mutta tuolloin tätä oletusta ei ollut vielä kokeellisesti vahvistettu.

Tärkeä askel kohti isotooppien löytämistä oli radioaktiivisuusilmiön löytäminen ja Ernst Rutherfordin ja Frederick Soddyn muotoilema hypoteesi radioaktiivisesta hajoamisesta: radioaktiivisuus ei ole muuta kuin atomin hajoamista varautuneeksi hiukkaseksi ja toisen alkuaineen atomiksi. , joka eroaa kemiallisilta ominaisuuksiltaan alkuperäisestä. Tämän seurauksena syntyi idea radioaktiivisista sarjoista tai radioaktiivisista perheistä, joiden alussa on ensimmäinen radioaktiivinen emoelementti ja lopussa viimeinen vakaa elementti. Muutosketjujen analyysi osoitti, että jaksollisen järjestelmän yhdessä solussa voi esiintyä kulkuaan yksi ja sama radioaktiivinen alkuaine, jotka eroavat vain atomimassaltaan. Itse asiassa tämä tarkoitti isotooppien käsitteen käyttöönottoa.

Riippumaton vahvistus stabiilien isotooppien olemassaolosta saatiin sitten Thomsonin ja Astonin kokeissa vuosina 1912–1920 positiivisesti varautuneiden hiukkasten säteillä, jotka tulivat ulos purkausputkesta. Vuonna 1919 Aston suunnitteli instrumentin nimeltä massaspektrografi. Purkausputkea käytettiin edelleen ionilähteenä, mutta Aston löysi tavan, jolla hiukkassäteen peräkkäinen taipuminen sähkö- ja magneettikentissä johti hiukkasten fokusoitumiseen samalla varaus-massasuhteella (riippumatta niiden määrästä). nopeus) samassa näytön kohdassa. Monien tutkijoiden massaspektrometrien myöhemmän käytön ja parantamisen seurauksena vuoteen 1935 mennessä laadittiin lähes täydellinen taulukko kemiallisten alkuaineiden isotooppisista koostumuksista.

Isotooppien sovellukset Erilaisia ​​kemiallisten alkuaineiden isotooppeja käytetään laajasti tieteellisessä tutkimuksessa, teollisuuden ja maatalouden eri aloilla, ydinenergiassa, modernissa biologiassa ja lääketieteessä, ympäristötutkimuksessa ja muilla aloilla. Tieteellisessä tutkimuksessa tarvitaan pieniä määriä eri alkuaineiden harvinaisia ​​isotooppeja grammoina ja jopa milligrammoina vuodessa. Samaan aikaan useiden ydinvoimatekniikassa, lääketieteessä ja muilla teollisuudenaloilla laajalti käytettyjen isotooppien tuotantotarve voi olla useita kiloja ja jopa tonneja. Tieteellisessä tutkimuksessa stabiileja ja radioaktiivisia isotooppeja käytetään laajasti isotooppimerkkiaineina tutkittaessa erilaisia ​​luonnossa tapahtuvia prosesseja. Maataloudessa isotooppeja käytetään mm. fotosynteesiprosessien, lannoitteiden sulavuuden tutkimiseen sekä typen, fosforin, hivenaineiden ja muiden kasvien käytön tehokkuuden määrittämiseen.

Isotooppiteknologiaa käytetään laajalti lääketieteessä. Joten Yhdysvalloissa tilastojen mukaan suoritetaan yli 36 tuhatta lääketieteellistä toimenpidettä päivässä ja noin 100 miljoonaa laboratoriotestiä isotooppien avulla. Yleisimmät tietokonetomografiaan liittyvät toimenpiteet. Hiili-isotooppia C 13, joka on rikastettu jopa 99 % (luonnollinen pitoisuus noin 1 %), käytetään aktiivisesti niin kutsutussa "diagnostisessa hengityksen hallinnassa". Testin ydin on hyvin yksinkertainen. Rikastettu isotooppi viedään potilaan ruokaan, ja sen jälkeen, kun se on osallistunut aineenvaihduntaprosessiin kehon eri elimissä, se vapautuu potilaan uloshengittämänä hiilidioksidina CO 2, joka kerätään ja analysoidaan spektrometrillä. Erilaisten C13-isotoopilla leimattujen hiilidioksidimäärien vapautumiseen liittyvien prosessien nopeuksien ero mahdollistaa potilaan eri elinten tilan arvioimisen. Yhdysvalloissa tämän testin tekevien potilaiden lukumäärän arvioidaan olevan 5 miljoonaa ihmistä vuodessa. Lasererotusmenetelmiä käytetään nykyään erittäin rikastetun C13-isotoopin tuottamiseen teollisessa mittakaavassa.

dia 2

• Isotoopit ovat saman kemiallisen alkuaineen lajikkeita, jotka ovat samanlaisia ​​fysikaalisten ja kemiallisten ominaisuuksiensa suhteen, mutta joilla on erilaiset atomimassat. Nimen "isotoopit" ehdotti vuonna 1912 englantilainen radiokemisti Frederick Soddy, joka muodosti sen kahdesta kreikkalaisesta sanasta: isos - sama ja topos - paikka. Isotoopit ovat samassa paikassa Mendelejevin jaksollisen alkuainejärjestelmän solussa.

dia 3

• Minkä tahansa kemiallisen alkuaineen atomi koostuu positiivisesti varautuneesta ytimestä ja sitä ympäröivästä negatiivisesti varautuneiden elektronien pilvestä. Kemiallisen alkuaineen sijainti Mendelejevin jaksollisessa järjestelmässä (sen sarjanumero) määräytyy sen atomien ytimen varauksen mukaan. F. Soddyn kuvaannollisen ilmaisun mukaan isotooppien atomit ovat samoja "ulkopuolella", mutta erilaisia ​​"sisällä".

dia 4

• Vuonna 1932 löydettiin neutroni - hiukkanen, jolla ei ole varausta ja jonka massa oli lähellä vetyatomin ytimen massaa - protoni, ja ytimestä luotiin protoni-neutroni -malli. Tämän seurauksena tiede vahvisti lopullisen modernin määritelmän isotooppien käsitteelle: isotoopit ovat aineita, joiden atomiytimet koostuvat samasta määrästä protoneja ja eroavat vain ytimessä olevien neutronien lukumäärästä. Kutakin isotooppia merkitään yleensä symbolijoukolla, jossa X on kemiallisen alkuaineen symboli, Z on atomiytimen varaus (protonien lukumäärä), A on isotoopin massaluku (protonien kokonaismäärä). ja neutronit ytimessä, A = Z + N). Koska ytimen varaus liittyy yksiselitteisesti kemiallisen alkuaineen symboliin, käytetään usein lyhennettä AX.
• Kaikista meille tunnetuista isotoopeista vain vedyn isotoopeilla on omat nimensä. Joten isotooppeja 2H ja 3H kutsutaan deuteriumiksi ja tritiumaksi.

dia 5

• Luonnossa on sekä stabiileja isotooppeja että epästabiileja - radioaktiivisia, joiden atomien ytimet muuttuvat spontaanisti toisiksi ytimiksi erilaisten hiukkasten päästöjen avulla. Nykyään tunnetaan noin 270 stabiilia isotooppia. Epästabiilien isotooppien määrä ylittää 2000, joista suurin osa on saatu keinotekoisesti erilaisten ydinreaktioiden seurauksena. Radioaktiivisten isotooppien määrä monissa alkuaineissa on erittäin suuri ja voi ylittää kaksi tusinaa. Pysyvien isotooppien määrä on paljon pienempi, jotkut kemialliset alkuaineet koostuvat vain yhdestä stabiilista isotoopista (beryllium, fluori, natrium, alumiini, fosfori, mangaani, kulta jne.). Suurin määrä pysyviä isotooppeja - 10 - löytyi tinasta, esimerkiksi raudasta niitä on 4 ja elohopeassa - 7.

dia 6

Isotooppien löytö

• Vuonna 1808 englantilainen luonnontieteilijä John Dalton esitteli ensimmäisen kerran kemiallisen alkuaineen määritelmän aineeksi, joka koostuu yhdentyyppisistä atomeista. Vuonna 1869 kemisti D. I. Mendelejev löysi kemiallisten alkuaineiden jaksollisen lain. Yksi vaikeuksista perustella käsitettä elementistä aineena, jolla on tietty paikka jaksollisen järjestelmän solussa, olivat kokeellisesti havaitut alkuaineiden atomipainot, jotka eivät ole kokonaislukuja. Vuonna 1866 englantilainen fyysikko ja kemisti Sir William Crookes esitti hypoteesin, että jokainen luonnollinen kemiallinen alkuaine on seos aineista, jotka ovat ominaisuuksiltaan identtisiä, mutta joilla on erilaiset atomimassat, mutta tuolloin tätä oletusta ei ollut vielä kokeellisesti vahvistettu.

Dia 7

• Tärkeä askel kohti isotooppien löytämistä oli radioaktiivisuusilmiön löytäminen ja Ernst Rutherfordin ja Frederick Soddyn muotoilema hypoteesi radioaktiivisesta hajoamisesta: radioaktiivisuus ei ole muuta kuin atomin hajoamista varautuneeksi hiukkaseksi ja toisen alkuaineen atomiksi. , joka eroaa kemiallisilta ominaisuuksiltaan alkuperäisestä. Tämän seurauksena syntyi idea radioaktiivisista sarjoista tai radioaktiivisista perheistä, joiden alussa on ensimmäinen radioaktiivinen emoelementti ja lopussa viimeinen vakaa elementti. Muutosketjujen analyysi osoitti, että jaksollisen järjestelmän yhdessä solussa voi esiintyä kulkuaan yksi ja sama radioaktiivinen alkuaine, jotka eroavat vain atomimassaltaan. Itse asiassa tämä tarkoitti isotooppien käsitteen käyttöönottoa.

Dia 8

• Riippumaton vahvistus stabiilien isotooppien olemassaolosta saatiin sitten Thomsonin ja Astonin kokeissa vuosina 1912–1920 positiivisesti varautuneiden hiukkasten säteillä, jotka tulivat ulos purkausputkesta.
• Vuonna 1919 Aston suunnitteli laitteen nimeltä massaspektrografi. Purkausputkea käytettiin edelleen ionilähteenä, mutta Aston löysi tavan, jolla hiukkassäteen peräkkäinen taipuminen sähkö- ja magneettikentissä johti hiukkasten fokusoitumiseen sama varaus-massa-suhde (riippumatta niiden nopeudesta) samassa näytön kohdassa. Monien tutkijoiden massaspektrometrien myöhemmän käytön ja parantamisen seurauksena vuoteen 1935 mennessä laadittiin lähes täydellinen taulukko kemiallisten alkuaineiden isotooppisista koostumuksista.

Dia 9

Isotooppien käyttö

• Erilaisia ​​kemiallisten alkuaineiden isotooppeja käytetään laajasti tieteellisessä tutkimuksessa, teollisuuden ja maatalouden eri aloilla, ydinenergiassa, modernissa biologiassa ja lääketieteessä, ympäristötutkimuksessa ja muilla aloilla. Tieteellisessä tutkimuksessa tarvitaan pieniä määriä eri alkuaineiden harvinaisia ​​isotooppeja grammoina ja jopa milligrammoina vuodessa. Samaan aikaan useiden ydinvoimatekniikassa, lääketieteessä ja muilla teollisuudenaloilla laajalti käytettyjen isotooppien tuotantotarve voi olla useita kiloja ja jopa tonneja. Tieteellisessä tutkimuksessa stabiileja ja radioaktiivisia isotooppeja käytetään laajasti isotooppimerkkiaineina tutkittaessa erilaisia ​​luonnossa tapahtuvia prosesseja. Maataloudessa isotooppeja käytetään mm. fotosynteesiprosessien, lannoitteiden sulavuuden tutkimiseen sekä typen, fosforin, hivenaineiden ja muiden kasvien käytön tehokkuuden määrittämiseen.

Dia 10

• Isotooppiteknologiaa käytetään laajalti lääketieteessä. Joten Yhdysvalloissa tilastojen mukaan suoritetaan yli 36 tuhatta lääketieteellistä toimenpidettä päivässä ja noin 100 miljoonaa laboratoriotestiä isotooppien avulla. Yleisimmät tietokonetomografiaan liittyvät toimenpiteet. Hiili-isotooppia C13, joka on rikastettu jopa 99 % (luonnollinen pitoisuus noin 1 %), käytetään aktiivisesti niin sanotussa "diagnostisessa hengityksen hallinnassa". Testin ydin on hyvin yksinkertainen. Rikastettu isotooppi viedään potilaan ruokaan, ja sen jälkeen, kun se on osallistunut aineenvaihduntaprosessiin kehon eri elimissä, se vapautuu potilaan uloshengittämänä hiilidioksidina CO2, joka kerätään ja analysoidaan spektrometrillä. Erilaisten isotoopilla C13 leimattujen hiilidioksidimäärien vapautumiseen liittyvien prosessien nopeuksien ero antaa mahdollisuuden arvioida potilaan eri elinten tilaa. Yhdysvalloissa tämän testin tekevien potilaiden lukumäärän arvioidaan olevan 5 miljoonaa ihmistä vuodessa. Lasererotusmenetelmiä käytetään nykyään erittäin rikastetun C13-isotoopin tuottamiseen teollisessa mittakaavassa.

Esityksen kuvaus yksittäisillä dioilla:

1 dia

Kuvaus diasta:

2 liukumäki

Kuvaus diasta:

Määritelmä Isotoopit (muista kreikkalaisista sanoista ισος - "sama", "sama" ja τόπος - "paikka") - kemiallisen alkuaineen atomien (ja ytimien) lajikkeet, joilla on sama atominumero, mutta eri massaluvut. Nimi johtuu siitä, että kaikki yhden atomin isotoopit sijaitsevat samassa paikassa (yhdessä solussa) jaksollisessa taulukossa. Atomin kemialliset ominaisuudet riippuvat elektronikuoren rakenteesta, joka puolestaan ​​määräytyy pääasiassa ytimen Z varauksen (eli siinä olevien protonien lukumäärän) mukaan, eivätkä läheskään riipu sen massasta. numero A (eli protonien Z ja neutronien N kokonaismäärä) .

3 liukumäki

Kuvaus diasta:

Isotooppien löytö Ensimmäinen todiste siitä, että aineilla, joilla on sama kemiallinen käyttäytyminen, voi olla erilaisia ​​fysikaalisia ominaisuuksia, tuli raskaiden alkuaineiden atomien radioaktiivisten muunnosten tutkimuksesta. Vuosina 1906-1907 kävi ilmi, että uraanin - ionin radioaktiivisen hajoamisen tuotteella ja toriumin radioaktiivisen hajoamisen tuotteella - radiotoriumilla on samat kemialliset ominaisuudet kuin toriumilla, mutta eroavat siitä atomimassalta ja radioaktiivisen hajoamisen ominaisuuksilta. . Myöhemmin havaittiin, että kaikilla kolmella tuotteella on sama optinen ja röntgenspektri. Tällaisia ​​aineita, jotka olivat identtisiä kemiallisilta ominaisuuksiltaan, mutta erilaisia ​​atomimassan ja joidenkin fysikaalisten ominaisuuksien suhteen, alettiin englantilaisen tiedemiehen Soddyn ehdotuksesta vuodesta 1910 lähtien kutsua isotoopeiksi.

4 liukumäki

Kuvaus diasta:

Isotoopit luonnossa Uskotaan, että useimpien maapallon alkuaineiden isotooppikoostumus on sama kaikissa materiaaleissa. Jotkut luonnossa esiintyvät fysikaaliset prosessit johtavat alkuaineiden isotooppikoostumuksen rikkomiseen (kevyille alkuaineille ominaista luonnollinen isotooppifraktiointi sekä isotooppisiirtymät luonnollisten pitkäikäisten isotooppien hajoamisen aikana). Ydingeokronologiassa käytetään asteittaista kertymistä ytimien mineraaleihin - joidenkin pitkäikäisten nuklidien hajoamistuotteisiin. Erityisen tärkeitä ovat hiili-isotooppien muodostumisprosessit ilmakehän ylemmissä kerroksissa kosmisen säteilyn vaikutuksesta. Nämä isotoopit jakautuvat planeetan ilmakehään ja hydrosfääriin ja ovat mukana elävien olentojen (eläinten ja kasvien) hiilen vaihdossa. Radiohiilianalyysin taustalla on hiilen isotooppien jakautumisen tutkimus.

5 liukumäki

Kuvaus diasta:

Radioaktiivisten isotooppien saaminen. Hanki radioaktiivisia isotooppeja ydinreaktoreihin ja hiukkaskiihdyttimiin. Suuri teollisuudenala harjoittaa tällä hetkellä isotooppien tuotantoa.

6 liukumäki

Kuvaus diasta:

Sovellukset biologiassa ja lääketieteessä Eräs merkittävimmistä merkittyjen atomien avulla tehdyistä tutkimuksista oli organismien aineenvaihdunnan tutkimus. On todistettu, että suhteellisen lyhyessä ajassa keho uusiutuu lähes täydellisesti. Sen muodostavat atomit korvataan uusilla. Ainoastaan ​​rauta, kuten veren isotooppitutkimuksen kokeet ovat osoittaneet, on poikkeus tästä säännöstä. Rauta on osa punasolujen hemoglobiinia. Kun radioaktiivisia rautaatomeja lisättiin ruokaan, havaittiin, että ne eivät juuri pääse verenkiertoon. Vasta kun kehon rautavarastot loppuvat, rauta alkaa imeytyä elimistöön. Jos ei ole riittävän pitkäikäisiä radioaktiivisia isotooppeja, kuten esimerkiksi hapessa ja typessä, stabiilien alkuaineiden isotooppikoostumus muuttuu. Siten lisäämällä ylimäärä isotooppia happeen havaittiin, että fotosynteesin aikana vapautunut vapaa happi oli alun perin osa vettä, ei hiilidioksidia.

7 liukumäki

Kuvaus diasta:

Teolliset sovellukset Yksi esimerkki on polttomoottoreiden männänrenkaiden kulumisen valvontamenetelmä. Säteilyttämällä männänrengasta neutroneilla ne aiheuttavat siinä ydinreaktioita ja tekevät siitä radioaktiivisen. Kun moottori on käynnissä, rengasmateriaalin hiukkasia pääsee voiteluöljyyn. Tarkastelemalla öljyn radioaktiivisuuden tasoa moottorin tietyn käyttöajan jälkeen, määritetään renkaan kuluminen. Radioaktiiviset isotoopit antavat mahdollisuuden arvioida metallien diffuusiota, masuuniprosesseja jne. Radioaktiivisten valmisteiden voimakkaalla säteilyllä tutkitaan metallivalujen sisäistä rakennetta niiden vikojen havaitsemiseksi.

8 liukumäki

Kuvaus diasta:

Isotoopit maataloudessa Maataloudessa käytetään yhä enemmän radioaktiivisia isotooppeja. Kasvien siementen (puuvilla, kaali, retiisi jne.) säteilytys pienillä annoksilla radioaktiivisista valmisteista peräisin olevia säteitä johtaa huomattavaan sadon kasvuun. Suuret säteilyannokset aiheuttavat kasveissa ja mikro-organismeissa mutaatioita, jotka joissain tapauksissa johtavat uusien arvokkaiden ominaisuuksien omaavien mutanttien ilmaantumiseen (radioselektio). Siten on jalostettu arvokkaita vehnän, papujen ja muiden viljelykasvien lajikkeita ja saatu erittäin tuottavia mikro-organismeja, joita käytetään antibioottien valmistuksessa. Radioaktiivisten isotooppien gammasäteilyä käytetään myös haitallisten hyönteisten torjuntaan ja ruoan säilöntään.

9 liukumäki

Kuvaus diasta:

Isotoopit arkeologiassa Radioaktiivisen hiilen menetelmällä saatiin mielenkiintoinen sovellus muinaisten orgaanista alkuperää olevien esineiden (puu, hiili, kankaat jne.) iän määrittämiseen. Kasveilla on aina radioaktiivinen hiili-isotooppi, jonka puoliintumisaika on T = 5700 vuotta. Sitä muodostuu maan ilmakehässä pieni määrä typestä neutronien vaikutuksesta. Jälkimmäiset syntyvät ydinreaktioista, jotka johtuvat avaruudesta ilmakehään joutuvien nopeiden hiukkasten (kosmiset säteet) aiheuttamista reaktioista.

10 diaa