ИЗОТОПИ(грчки, isos еднакво, идентично + место на топос) - сорти на ист хемиски елемент, кои го заземаат истото место во периодниот систем на елементи на Менделеев, т.е. имаат ист нуклеарен полнеж, но се разликуваат по атомски маси. Кога се споменува I., задолжително наведете кој изотоп на хемикалијата. елемент тој е. Терминот „изотоп“ понекогаш се користи во поширока смисла - за опишување на атоми на различни елементи. Меѓутоа, за да се означи некој од атомите, без оглед на неговата припадност на одреден елемент, вообичаено е да се користи терминот „нуклид“.
I. припаѓа на специфичен елемент и основни хемикалии. својствата се одредуваат според неговиот атомски број Z или бројот на протони содржани во јадрото (соодветно, истиот број на електрони во обвивката на атомот) и неговата нуклеарна физичка. својствата се определуваат со тоталитетот и односот на бројот на протони и неутрони вклучени во него. Секое јадро се состои од Z протони и N неутрони, а вкупниот број на овие честички или нуклеони е масениот број A = Z + N, кој ја одредува масата на јадрото. Таа е еднаква на масената вредност на даден нуклид заокружен на цел број. Според тоа, секој нуклид се определува со вредностите на Z и N, иако некои радиоактивни нуклиди со исти Z и N може да бидат во различни состојби на нуклеарна енергија и да се разликуваат во нивната нуклеарна физика. својства; таквите нуклиди се нарекуваат изомери. Нуклидите со ист број протони се нарекуваат изотопи.
I. се означени со симболот на соодветната хемикалија. елемент со индекс А лоциран горе лево - масен број; понекогаш долу лево е даден и бројот на протони (Z). На пример, радиоактивен фосфор со масени броеви 32 и 33 се означени: 32 P и 33 P или 32 P и 33 P, соодветно. При означување на I. без означување на симболот на елементот, масовниот број се дава по ознаката на елементот, на пример. фосфор-32, фосфор-33.
I. различни елементи можат да имаат ист масен број. Атомите со различен број на протони Z и неутрони N, но со ист масен број A се нарекуваат изобари (на пример, 14 32 Si, 15 32 P, 16 32 S, 17 32 Cl изобари).
Името „изотоп“ го предложиле Англичаните. научник Соди (Ф. Соди). Постоењето на железо првпат било откриено во 1906 година за време на проучувањето на радиоактивното распаѓање на тешките природно радиоактивни елементи; во 1913 година, тие беа откриени и во нерадиактивниот елемент неон, а потоа изотопскиот состав на сите елементи на периодичниот систем беше одреден со помош на масена спектрометрија. Во 1934 година, I. Joliot-Curie и F. Joliot-Curie првпат добија вештачки радиоактивни јонизатори на азот, силициум и фосфор, а потоа, користејќи различни нуклеарни реакции на неутрони, наелектризирани честички и високо-енергетски фотони, радиоактивни јонизатори на сите добиени се типови.познати елементи и синтетизирани радиоактивни 13 супертешки – трансураниумски елементи (со Z ≥ 93). Познати се 280 стабилни, кои се карактеризираат со стабилност, и повеќе од 1.500 радиоактивни, т.е., нестабилни, I., кои подлежат на радиоактивни трансформации со една или друга брзина. Времетраењето на постоењето на радиоактивното зрачење се карактеризира со полуживот (види) - временски период Т 1/2, при што бројот на радиоактивни јадра е преполовен.
Во природна смеса I. хемиски. Различни елементи се содржани во различни количини. Процентот на i.во дадена хемикалија. елемент се нарекува нивно релативно изобилство. Така, на пример, природниот кислород содржи три стабилни кислород: 16O (99,759%), 17O (0,037%) и 18O (0,204%). Многу хем. елементите имаат само една стабилна I. (9 Be, 19 F, 23 Na, 31 P, 89 Y, 127 I, итн.), а некои (Tc, Pm, Lu и сите елементи со Z поголем од 82) немаат ниту еден стабилна I.
Изотопскиот состав на природните елементи на нашата планета (и низ Сончевиот систем) е главно константен, но има мали варијации во изобилството на атоми на лесните елементи. Ова се објаснува со фактот дека разликите во масите на нивните елементи се релативно големи, и затоа изотопскиот состав на овие елементи се менува под влијание на различни природни процеси, како резултат на ефектите на изотоп (т.е., разлики во својствата на хемиските супстанции кои ги содржат овие изотопи). Така, изотопскиот состав на голем број биолошки важни елементи (H, C, N, O, S) е поврзан, особено, со присуството на биосферата и виталната активност на растителните и животинските организми.
Разлики во составот и структурата на атомските јадра на истата хемикалија. елемент (различен број на неутрони) ја одредува разликата во нивната нуклеарна физика. својства, особено фактот дека некои од неговите i. можат да бидат стабилни, додека други можат да бидат радиоактивни.
Радиоактивни трансформации. Познати се следните типови на радиоактивни трансформации.
Алфа распаѓањето е спонтана трансформација на јадрата, придружена со емисија на алфа честички, т.е. два протони и два неутрони кои го формираат јадрото на хелиумот 2 4 He. Како резултат на тоа, полнењето Z на првобитното јадро се намалува за 2, а вкупниот број на нуклиди или масениот број се намалува за 4 единици, на пример:
88 226 Ра -> 86 222 Ра + 2 4 Тој
Во овој случај, кинетичката енергија на алфа честичката што бега се определува со масите на почетните и крајните јадра (земајќи ја предвид масата на самата алфа честичка) и нивната енергетска состојба. Ако последното јадро се формира во возбудена состојба, тогаш кинетичката енергија на алфа честичката малку се намалува, а ако возбуденото јадро се распаѓа, тогаш енергијата на алфа честичката соодветно се зголемува (во овој случај, т.н. алфа со долг дострел се формираат честички). Енергетскиот спектар на алфа честичките е дискретен и се наоѓа во опсег од 4-9 MeV за приближно 200 I. тешки елементи и 2-4,5 MeV за речиси 20 алфа радиоактивни I. елементи од ретка земја.
Бета распаѓањето е спонтана трансформација на јадрата, во која полнежот Z на првобитното јадро се менува за еден, но масовниот број А останува ист. бета распаѓањето е интерконверзија на протоните (p) и неутроните (n) вклучени во јадрото, придружена со емисија или апсорпција на електрони (e -) или позитрони (e +), како и неутрина (v) и антинеутрина (v -). Постојат три типа на бета распаѓање:
1) електронско бета распаѓање n -> p + e - + v -, придружено со зголемување на полнежот Z за 1 единица, со трансформација на еден од неутроните на јадрото во протон, на пример.
2) позитрон бета распаѓање p -> n + e + + v, придружено со намалување на полнежот Z за 1 единица, со трансформација на еден од протоните на јадрото во неутрон, на пример.
3) зафаќање на електрони p + e - -> n + v со истовремена трансформација на еден од протоните на јадрото во неутрон, како во случајот на распаѓање со емисија на позитрон, исто така придружено со намалување на полнењето за 1 единица, на пример.
Во овој случај, зафаќањето на електрони се случува од една од електронските обвивки на атомот, најчесто од К-обвивката најблиску до јадрото (К-фаќање).
Бета-минус распаѓањето е карактеристично за јадрата богати со неутрони, во кои бројот на неутрони е поголем отколку во стабилните јадра, а бета-плус распаѓањето и, соодветно на тоа, зафаќањето електрони се карактеристични за јадра со дефицит на неутрони, во кои бројот на неутрони е помал отколку кај стабилните јадра, или т.н бета-стабилни јадра. Енергијата на распаѓање се дистрибуира помеѓу бета честичката и неутриното, и затоа бета спектарот не е дискретен, како оној на алфа честичките, туку континуиран и содржи бета честички со енергии од блиску до нула до одреден Emax, карактеристичен за секој радиоактивен и Бета-радиоактивни јони се наоѓаат во сите елементи на периодниот систем.
Спонтаната фисија е спонтано распаѓање на тешките јадра на два (понекогаш 3-4) фрагменти, кои ги претставуваат јадрата на средните елементи на периодниот систем (феноменот беше откриен во 1940 година од советските научници Г.Н. Флеров и К.А. Петржак).
Гама зрачењето е фотонско зрачење со дискретен енергетски спектар што се јавува при нуклеарни трансформации, промена на енергетската состојба на атомските јадра или за време на уништување на честички. Емисијата на гама зраци ја придружува радиоактивната трансформација во случаи кога се формира ново јадро во возбудена енергетска состојба. Животниот век на таквите јадра го одредува нуклеарната физика. особено, својствата на јадрата мајка и ќерка се зголемуваат со намалувањето на енергијата на гама транзициите и може да достигне релативно големи вредности за случаи на метастабилна возбудена состојба. Енергијата на гама зрачењето емитирана од различни ласери се движи од десетици keV до неколку MeV.
Стабилност на јадрата. За време на бета распаѓањето, меѓусебните трансформации на протоните и неутроните се случуваат додека не се постигне енергетски најповолниот однос на p и n, што одговара на стабилната состојба на јадрото. Сите нуклиди се поделени во однос на бета распаѓањето на бета радиоактивни и бета стабилни јадра. Бета-стабилна се однесува или на стабилни или на алфа радиоактивни нуклиди за кои бета распаѓањето е енергетски невозможно. Сите бета-отпорни I. во хем. елементите со атомски броеви Z до 83 се стабилни (со неколку исклучоци), но тешките елементи немаат стабилна i.s. и сите нивни бета-стабилни i.s се алфа радиоактивни.
За време на радиоактивна трансформација, енергијата се ослободува што одговара на односот на масите на почетните и крајните јадра, масата и енергијата на емитираното зрачење. Можноста p-распаѓањето да се случи без промена на масениот број А зависи од односот на масите на соодветните изобари. Изобари со поголема маса се трансформираат во изобари со помала маса како резултат на бета распаѓање; Покрај тоа, колку е помала масата на изобарот, толку е поблиску до P-стабилната состојба. Обратниот процес, поради законот за зачувување на енергијата, не може да се случи. Така, на пример, за изобарите споменати погоре, трансформациите се одвиваат во следните насоки со формирање на стабилен изотоп на сулфур-32:
Јадрата на нуклидите отпорни на бета-распаѓање содржат најмалку еден неутрон за секој протон (исклучоците се 1 1 H и 2 3 He), а како што се зголемува атомскиот број, односот N/Z се зголемува и достигнува вредност од 1,6 за ураниум.
Како што се зголемува бројот N, јадрото на даден елемент станува нестабилно во однос на распаѓањето на електронот бета-минус (со трансформацијата n->p), затоа јадрата збогатени со неутрони се бета-активни. Според тоа, јадрата со дефицит на неутрони се нестабилни за распаѓање на позитрон бета+ или зафаќање електрони (со трансформација p->n), а алфа распаѓањето и спонтана фисија исто така се забележани кај тешките јадра.
Одвојување на стабилни и производство на вештачки радиоактивни изотопи. Раздвојување на i е збогатување на природна мешавина од i на дадена хемикалија. елемент од поединечните состојки на неговиот состав и изолацијата на чистите соединенија од оваа смеса. Сите методи на сепарација се засноваат на изотопски ефекти, т.е. на разлики во физичко-хемиските. својства на различни и.и хемикалии кои ги содржат. соединенија (јачина на хемиските врски, густина, вискозност, топлински капацитет, точка на топење, испарување, стапка на дифузија итн.). Методите на раздвојување се засноваат на разликите во однесувањето на i. и соединенијата што ги содржат во физичката хемија. процеси. Практично се користат електролиза, центрифугирање, гасна и термичка дифузија, дифузија во проток на пареа, ректификација, хемикалија. и размена на изотопи, електромагнетно одвојување, ласерско раздвојување итн. Ако еден процес произведува низок ефект, т.е. низок коефициент на раздвојување I., тој се повторува многу пати додека не се добие доволен степен на збогатување. Раздвојувањето на лесните елементи е најефикасно поради големите релативни разлики во масите на нивните изотопи. На пример, „тешка вода“, т.е. вода збогатена со тежок водород-деутериум, чија маса е двојно поголема, се произведува на индустриско ниво во постројки за електролиза; Изолацијата на деутериум со дестилација на ниска температура е исто така многу ефикасна. Одвојувањето на ураниумот (за добивање нуклеарно гориво - 235 U) се врши во постројки за дифузија на гасови. Широк асортиман на збогатен стабилен јод се добива со помош на постројки за електромагнетна сепарација. Во некои случаи, се користи раздвојување и збогатување на мешавина од радиоактивно железо, на пример, за да се добие радиоактивно железо-55 со висока специфична активност и чистота на радионуклиди.
Вештачкото радиоактивно зрачење се добива како резултат на нуклеарни реакции - интеракција на нуклиди едни со други и со нуклеарни честички или фотони, како резултат на што се јавува формирање на други нуклиди и честички. Нуклеарната реакција е конвенционално означена на следниов начин: прво се означува симболот на почетниот изотоп, а потоа симболот формиран како резултат на оваа нуклеарна реакција. Во загради меѓу нив, прво е означена честичката што влијае, а потоа емитираната честичка или квантумот на зрачење (види табела, колона 2).
Веројатноста за појава на нуклеарни реакции квантитативно се карактеризира со таканаречениот ефективен пресек (или пресек) на реакцијата, означен со грчката буква о и изразен во штали (10 -24 cm 2). За производство на вештачки радиоактивни нуклиди, нуклеарни реактори (види Нуклеарни реактори) и акцелератори на наелектризирани честички (види). Многу радионуклиди кои се користат во биологијата и медицината се произведуваат во нуклеарен реактор преку реакции на зафаќање на нуклеарно зрачење, т.е. фаќање на неутрон од јадро со емисија на гама квантум (n, гама), што резултира со формирање на изотоп на истиот елемент со масен број на единица поголем од оригиналниот, на пример. 23 Na (n, γ) 24 Na, 31 P(n, γ) 32 P; со реакција (n, γ) со последователно распаѓање на добиениот радионуклид и формирање на „ќерка“, на пример. 130 Te (n, γ) 131 Te -> 131 I; со реакции со ослободување на наелектризирани честички (n, p), (n, 2n), (n, α); на пр. 14 N (n, p) 14 C; со секундарни реакции со тритони (t, p) и (t, n), на пример. 7 Li (n, α) 3 H и потоа 16O (t, n) 18 F; со реакција на фисија U (n, f), на пример. 90 Sr, 133 Xe, итн. (види Нуклеарни реакции).
Некои радионуклиди или воопшто не можат да се произведат во нуклеарен реактор или таквото производство е ирационално за медицински цели. Во повеќето случаи, реакцијата (n, γ) не може да произведе изотопи без носител; Некои реакции имаат премала вредност на пресек, а озрачените цели имаат ниска релативна содржина на почетниот изотоп во природната смеса, што доведува до ниски приноси на реакција и недоволна специфична активност на лековите. Затоа, многу важни радионуклиди се користат клинички. радиодијагностика, се добиваат со доволна специфична активност со користење на цели збогатени со изотоп. На пример, за да се добие калциум-47, се озрачува цел збогатен со калциум-46 од 0,003 до 10-20%, за да се добие железо-59, цел со железо-58 збогатен од 0,31 до 80% се озрачува, за да се добие жива -197 - цел со жива-196, збогатена од 0,15 до 40% итн.
Во реакторот гл. arr. се добиваат радионуклиди со вишок на неутрони, кои се распаѓаат со бета-зрачење. Радионуклидите со недостаток на неутрони, кои се формираат во нуклеарните реакции на наелектризираните честички (p, d, алфа) и фотоните и се распаѓаат со емисија на позитрони или преку заробување на електрони, во повеќето случаи се произведуваат во циклотрони, линеарни забрзувачи на протони и електрони (во вториот случај, се користи bremsstrahlung) на енергии на забрзани честички од редот на десетици и стотици MeV. Вака го добиваат за мед. цели радионуклиди со реакции: 51 V (p, n) 51 Cr, 67 Zn (p, n) 67 Ga, 109 Ag (α, 2n) 111 In, 44 Ca (γ, p) 43 K, 68 Zn (γ, стр) 67 Cu итн. Важна предност на овој метод на добивање радионуклиди е тоа што тие, по правило, имаат различна хемикалија. природата отколку материјалот на озрачената цел може да се изолира од второто без носач. Ова ви овозможува да ги добиете потребните радиофармацевтски препарати. лекови со висока специфична активност и радионуклидна чистота.
За да се добијат многу краткотрајни радионуклиди директно во клиничките установи, т.н. генератори на изотопи кои содржат долговечен родител радионуклид, чие распаѓање го произведува посакуваниот краткотраен роден радионуклид, на пример. 99m Tc, 87m Sr, 113m In, 132 I. Вториот може постојано да се ослободува од генераторот за време на животниот век на матичниот нуклид (види Генератори на радиоактивни изотопи).
Примена на изотопи во биологијата и медицината. Радиоактивните и стабилните јонизатори се широко користени во научните истражувања. Тие се користат како ознака за подготовка на изотопски индикатори (види Обележени соединенија) - супстанции и соединенија кои имаат изотопски состав различен од природните. Користејќи го методот на изотопски индикатори, се проучуваат дистрибуцијата, патеките и природата на движењето на означените супстанции во различни средини и системи, се врши нивна квантитативна анализа и се проучува структурата на хемикалиите. соединенија и биолошки активни супстанции, механизми на различни динамични процеси, вклучувајќи го и нивниот метаболизам во телото на растенијата, животните и луѓето (види истражување за радиоизотоп). Користејќи го методот на индикатори на изотоп, се спроведуваат истражувања во биохемијата (проучување на метаболизмот, структурата и механизмот на биосинтеза на протеини, нуклеински киселини, масти и јаглени хидрати во жив организам, стапката на биохемиски реакции итн.); во физиологијата (миграција на јони и разни супстанции, процеси на апсорпција од гастроинтестиналниот тракт на масти и јаглехидрати, екскреција, циркулација на крвта, однесување и улога на микроелементи итн.); во фармакологијата и токсикологијата (проучување на однесувањето на лековите и токсичните материи, нивната апсорпција, патишта и стапки на акумулација, дистрибуција, екскреција, механизам на дејство итн.); по микробиологија, имунологија, вирусологија (проучување на биохемијата на микроорганизмите, ензимски и имунохемиски механизми, реакции, интеракции на вируси и клетки, механизми на дејство на антибиотици и сл.); во хигиената и екологијата (проучување на загадувањето со штетни материи и деконтаминација на индустриите и животната средина, еколошкиот синџир на различни супстанции, нивна миграција итн.). I. се користи и во други медицински биол. истражување (за проучување на патогенезата на разни болести, проучување на раните промени во метаболизмот итн.).
Во мед Во пракса, радионуклидите се користат за дијагностицирање и лекување на разни болести, како и за радијациона стерилизација на мед. материјали, производи и лекови. Клиниките користат повеќе од 130 радиодијагностички и 20 радиотерапевтски техники со користење на отворени радиофармацевтски препарати. лекови (RP) и затворени изотопски извори на зрачење. За овие цели, Св. 60 радионуклиди, прибл. 30 од нив се најраспространети (табела). Радиодијагностичките лекови ви овозможуваат да добиете информации за функциите и анатомската состојба на органите и системите на човечкото тело. Основата на радиоизотопската дијагностика (види) е способноста да се следи биолот, однесувањето на хемикалиите означени со радионуклиди. супстанции и соединенија во жив организам без да се наруши неговиот интегритет и да се менуваат неговите функции. Воведување на саканиот радиоизотоп на соодветниот елемент во структурата на хемикалија. соединението, практично без промена на неговите својства, овозможува да се следи неговото однесување во жив организам со надворешно откривање на зрачење, што е една од многу важните предности на дијагностичкиот метод на радиоизотоп.
Динамичките показатели за однесувањето на означеното соединение овозможуваат да се процени функцијата и состојбата на органот или системот што се проучува. Така, според степенот на разредување на радиофармацевтските препарати со 24 Na, 42 K, 51 Cr, 52 Fe, 131 I итн. во течни медиуми, волуменот на циркулирачка крв, еритроцити, албумин, размена на железо, размена на вода на електролити, се одредуваат и сл.. Според индикаторите за акумулација, движење и отстранување на радиофармацевтски препарати во органи, телесни системи или во лезијата, можете да ја процените состојбата на централната и периферната хемодинамика, да ја одредите функцијата на црниот дроб, бубрезите, белите дробови, да проучувате јод метаболизам итн. Радиофармацевтските препарати со радиоизотопи на јод и техниум ви овозможуваат да ги проучувате сите функции на тироидната жлезда. Користејќи 99m Tc, 113m In, 123 I, 131 I, 133 Xe, можете да спроведете сеопфатна студија за белите дробови - проучувајте ја распределбата на протокот на крв, состојбата на вентилација на белите дробови и бронхиите. Радиофармацевтски препарати со 43 K, 86 Rb, 99m Tc, 67 Ga, 131 I, 113m In, 197 Hg итн. овозможуваат да се одреди протокот на крв и снабдувањето со крв во мозокот, срцето, црниот дроб, бубрезите и другите органи. Радиоактивните колоидни раствори и некои органоидни препарати овозможуваат да се процени состојбата на полигоналните клетки и хепатоцитите (Купферовите клетки) и антитоксичната функција на црниот дроб. Со користење на радиоизотопско скенирање, се врши анатомско и топографско проучување и определување на присуството, големината, обликот и положбата на лезии кои зафаќаат простор на црниот дроб, бубрезите, коскената срцевина, тироидната жлезда, паратироидните и плунковните жлезди, белите дробови, лимфните јазли; радионуклиди 18 F, 67 Ga, 85 Sr, 87M Sr, 99M Tc овозможуваат проучување на болести на скелетот итн.
Во СССР, развиени се и стапени на сила стандардите за безбедност од зрачење за пациентите при користење на радиоактивни супстанции за дијагностички цели, кои строго ги регулираат овие процедури во однос на дозволените нивоа на изложеност. Благодарение на ова, како и рационалниот избор на методи и опрема за различни видови испитувања и употребата во радиофармацевтски производи на краткотрајни радионуклиди, кои имаат поволни карактеристики на зрачење во однос на ефикасноста на нивното регистрирање со минимална изложеност на зрачење, оптоварување на зрачење на телото на пациентот за време на дијагностички процедури со радиоизотоп се многу помали дози , добиени при радиографија, прегледи и во повеќето случаи не надминуваат стотинки и десетини од рад.
Во 70-тите 20-ти век Радиоизотопските препарати се повеќе се користат за ин витро студии, главно за имунохемиски студии. анализа. Радиоимунохим. методите се засноваат на високо специфични имунохемиски. реакции на антиген-антитела, како резултат на што се формира стабилен комплекс на антитела и антигени. По одвојувањето на добиениот комплекс од нереагираните антитела или антигени, квантификацијата се врши со мерење на нивната радиоактивност. Употреба на антигени или антитела означени со радиоизотопи, на пр. 125 I, ја зголемува чувствителноста на имунохемиските. тестови десетици и стотици пати. Користејќи ги овие тестови, можете да ја одредите содржината на хормони, антитела, антигени, ензими, ензими, витамини и други биолошки активни супстанции во телото во концентрации до 0,1 mg/ml. На овој начин, можно е да се утврдат не само различни состојби на патол, туку и многу мали промени кои ги одразуваат почетните фази на болеста. На пример, овие методи успешно се користат за рана ин витро дијагноза на дијабетес мелитус, заразен хепатитис, нарушувања на метаболизмот на јаглени хидрати, некои алергиски и редица други болести. Ваквите радиоизотопски тестови не само што се почувствителни и поедноставни, туку овозможуваат и масовно истражување и се сосема безбедни за пациентите (види Дијагностика на радиоизотоп).
Со лех. За потребите на радиофармацевтски производи и извори на радионуклидно зрачење, Гл. arr. во онкологијата, како и во третманот на инфламаторни заболувања, егзема итн. (види Терапија со зрачење). За овие цели се користат и отворени радиофармацевтски препарати, внесени во телото, во ткивата, серозните шуплини, зглобните шуплини, интравенски, интраартериски и во лимфниот систем, и затворени извори на зрачење за надворешна, интракавитарна и интерстицијална терапија. Со помош на соодветни радиофармацевтски препарати, гл. arr. колоиди и суспензии кои содржат 32 P, 90 Y, 131 I, 198 Au и други радионуклиди третираат болести на хематопоетскиот систем и разни тумори, кои дејствуваат локално на патолот, фокусот. За контактно зрачење (дерматол и офталмолошки бета апликатори) се користат 32 P, 90 Sr, 90 Y, 147 Pm, 204 Tl, во далечински гама терапевтски уреди - извори на 60 Co или 137 Cs со висока активност (стотици и илјадници кари) . За интерстицијално и интракавитно зрачење, се користат игли, гранули, жици и други специјални типови запечатени извори со 60 Co, 137 Cs, 182 Ta, 192 Ir, 198 Au (види Радиоактивни лекови).
Радиоактивните нуклиди се користат и за стерилизирање на материјали и медицински производи. рецепти и лекови. Практичната употреба на стерилизација со зрачење стана возможна уште од 50-тите години, кога се појавија моќни извори на јонизирачко зрачење.Во споредба со традиционалните методи на стерилизација (види), методот на зрачење има голем број на предности. Бидејќи со вообичаената стерилизирачка доза на зрачење (2-3 Mrad) нема значително зголемување на температурата на озрачениот предмет, станува возможна радијациона стерилизација на термолабилни предмети, вклучувајќи биол, лекови и производи направени од одредени видови пластика. Ефектот на зрачењето на озрачениот примерок се јавува истовремено низ целиот негов волумен, а стерилизацијата се изведува со висок степен на сигурност. Во овој случај, за контрола, се користат индикатори за боја на добиената доза, поставени на површината на пакувањето на стерилизираниот предмет. Мед. производите и производите се стерилизираат на крајот на технол. циклус веќе во готова форма и во херметичко пакување, вклучително и оние направени од полимерни материјали, што ја елиминира потребата да се создадат строго асептични услови за производство и гарантира стерилитет по производството на производите од претпријатието. Стерилизацијата со зрачење е особено ефикасна за медот. производи за еднократна употреба (шприцови, игли, катетри, ракавици, материјали за шиење и облекување, системи за собирање и трансфузија на крв, биолошки производи, хируршки инструменти итн.), лекови кои не се инјектираат, таблети и масти. За време на радијационата стерилизација на медицинските раствори, треба да се земе предвид можноста за нивно распаѓање на зрачење, што доведува до промена во составот и својствата (види Стерилизација, ладно).
Токсикологија на радиоактивни изотопи е гранка на токсикологија која го проучува ефектот на инкорпорираните радиоактивни материи врз живите организми. Нејзини главни цели се: воспоставување прифатливи нивоа на содржина и внес на радионуклиди во човечкото тело со воздух, вода и храна, како и степенот на безопасност на радиоактивни материи внесени во телото за време на клинови, радиодијагностички студии; појаснување на спецификите на оштетувањето од радионуклиди во зависност од природата на нивната дистрибуција, енергијата и видот на зрачењето, полуживотот, дозата, патиштата и ритамот на влегување и изнаоѓање ефективни средства за спречување на оштетување.
Влијанието на човечкото тело на радионуклиди кои се широко користени во индустријата, истражувањето и медицината е најдлабоко проучено. истражувања, како и оние кои настанале како резултат на фисија на нуклеарно гориво.
Токсикологијата на радиоактивните изотопи е органски поврзана со радиобиологија (види), радијациона хигиена (види) и медицинска радиологија (види).
Радиоактивните материи можат да навлезат во човечкото тело преку респираторниот тракт, жолто-киш. тракт, кожа, површини на рани и за време на инјекции - преку крвните садови, мускулното ткиво, артикуларните површини. Природата на дистрибуцијата на радионуклиди во телото зависи од основните хемикалии. својства на елементот, форма на администрираното соединение, пат на влез и физиол, состојба на телото.
Откриени се доста значајни разлики во дистрибуцијата и патиштата на елиминација на поединечни радионуклиди. Растворливите соединенија Ca, Sr, Ba, Ra, Y, Zr селективно се акумулираат во коскеното ткиво; La, Ce, Pr, Pu, Am, Cm, Cf, Np - во црниот дроб и коскеното ткиво; K, Cs, Rb - во мускулното ткиво; Nb, Ru, Te, Po се распоредени релативно рамномерно, иако имаат тенденција да се акумулираат во ретикулоендотелијалното ткиво на слезината, коскената срцевина, надбубрежните жлезди и лимфните јазли; I и At - во тироидната жлезда.
Распределбата во телото на елементите кои припаѓаат на одредена група од периодичниот систем на Менделеев има многу заедничко. Елементите од првата главна група (Li, Na, K, Rb, Cs) целосно се апсорбираат од цревата, се распределуваат релативно рамномерно низ органите и се излачуваат главно во урината. Елементите од втората главна група (Ca, Sr, Ba, Ra) добро се апсорбираат од цревата, селективно се таложат во скелетот и се излачуваат во малку поголеми количини со измет. Елементите од третата главна и четвртата секундарна група, вклучувајќи лесни лантаниди, актиниди и трансураниумски елементи, практично не се апсорбираат од цревата; по правило, тие селективно се депонираат во црниот дроб и, во помала мера, во скелетот и се излачуваат главно со измет. Елементите од петтата и шестата главна група на периодниот систем, со исклучок на Po, релативно добро се апсорбираат од цревата и се излачуваат речиси исклучиво во урината во текот на првиот ден, поради што се наоѓаат во релативно мали количини. во органите.
Таложењето на радионуклиди во ткивото на белите дробови за време на вдишувањето зависи од големината на вдишените честички и нивната растворливост. Колку се поголеми аеросолите, толку е поголем делот од нив што се задржува во назофаринксот и толку помалку продира во белите дробови. Слабо растворливите соединенија полека ги напуштаат белите дробови. Висока концентрација на такви радионуклиди често се наоѓа во лимфните јазли на корените на белите дробови. Тритиум оксидот и растворливите соединенија на алкалните и земноалкалните елементи се апсорбираат многу брзо во белите дробови. Pu, Am, Ce, Cm и други тешки метали полека се апсорбираат во белите дробови.
Стандардите за радијациона безбедност (RSS) го регулираат внесот и содржината на радионуклиди во телото на лицата чија работа е поврзана со професионалните опасности, и поединци од населението, како и населението како целина, и дозволените концентрации на радионуклиди во атмосферскиот воздух и вода и прехранбени производи. Овие стандарди се засноваат на вредностите на максимално дозволените дози (MAD) на зрачење утврдени за четири групи критични органи и ткива (види Критичен орган, Максимални дозволени дози).
За лицата кои работат во услови на професионална опасност, прифатената вредност за максимално зрачење на целото тело, гонадите и црвената коскена срцевина е 5 rem/годишно, мускулно и масно ткиво, црн дроб, бубрези, слезина, жлезда. тракт, бели дробови, леќи за очи - 15 рем/година, коскено ткиво, тироидна жлезда и кожа -30 рем/година, раце, подлактици, глуждови и стопала -75 рем/год.
Стандардите за поединци од населението се препорачуваат да бидат 10 пати пониски отколку за лицата кои работат во услови на професионална опасност. Зрачењето на целата популација е регулирано со генетски значајна доза, која не треба да надминува 5 рем за 30 години. Оваа доза не вклучува можни дози на зрачење предизвикани од мед. процедури и природно зрачење на позадината.
Вредноста на годишниот максимален дозволен внес на растворливи и нерастворливи соединенија (μCi/година) преку респираторниот систем за персоналот, границата на годишниот внес на радионуклиди преку респираторниот и дигестивниот систем за поединци од популацијата, просечните годишни дозволени концентрации ( AAC) на радионуклиди во атмосферскиот воздух и вода (curies/k) за поединци од популацијата, како и содржината на радионуклиди во критичниот орган што одговара на максимално дозволеното ниво на внес (μCi) за персоналот се дадени во стандардите.
При пресметување на дозволените нивоа на радионуклиди кои влегуваат во телото, се зема предвид и честопати нерамномерната распределба на радионуклиди во одделни органи и ткива. Нерамномерната дистрибуција на радионуклиди, што доведува до создавање високи локални дози, лежи во основата на високата токсичност на алфа-емитерите, што во голема мера е олеснето со отсуството на процеси за обновување и речиси целосното сумирање на штетата предизвикана од овој тип на зрачење.
Ознаки: β- - бета зрачење; β+ - позитронско зрачење; n - неутрон; p - протон; d - деутрон; т - тритон; α - алфа честичка; Е.З. - распаѓање со заробување електрони; γ - гама зрачење (по правило, се дадени само главните линии на γ спектарот); I.P. - изомерна транзиција; U (n, f) - реакција на фисија на ураниум. Наведениот изотоп е изолиран од мешавина на производи од фисија; 90 Sr-> 90 Y - производство на изотоп ќерка (90 Y) како резултат на распаѓање на матичниот изотоп (90 Sr), вклучително и користење на изотоп генератор.
Библиографија:Иванов И.И.. Радиоактивни изотопи во медицината и биологијата, М., 1955; Камен М. Радиоактивни трагачи во биологијата, транс. од англиски, М., 1948, библиогр.; Левин V.I. Добивање на радиоактивни изотопи, М., 1972; Стандарди за радијациона безбедност (NRB-69), М., 1972 година; Подготовка во реактор и употреба на краткотрајни изотопи, транс. со во., ед. В.В.Бочкарева и Б.В.Курчатова, М., 1965; Производство на изотопи, ед. В. В. Бочкарева, М., 1973; Селинов И.П.Атомски јадра и нуклеарни трансформации, том 1, М.-Л., 1951, библиогр.; Tumanyan M. A. и Kaushansky D. A. Стерилизација со зрачење, М., 1974, библиогр.; Фатеева М.Н. Есеи за дијагностика на радиоизотоп, М., 1960, библиогр.; Hevesi G. Радиоактивни трагачи, транс. од англиски, М., 1950, библиогр.; Динамички студии со радиоизотопи во медицината 1974, Proc, symp., v. 1-2, Виена, МААЕ, 1975; L e d e g e g Ch. М., Холандер Ј.М.а. P e g 1 m a n I. Табели на изотопи, N. Y., 1967; Silver S. Радиоактивни изотопи во клиничката медицина, New Engl. J. Med., v. 272, стр. 569, 1965, библиогр.
V. V. Бочкарев; Ју.И.Москалев (токс.), составувач на табелата. В.В.Бочкарев.
Овие супстанции денес нашле широка примена во различни применети области, особено. Тие се користат и за лекување и за дијагностицирање на болести.На пример, радиоактивен јод-131 се користи како терапија за Грејвсовата болест на тироидната жлезда. Во овој случај, се препорачува да се администрираат големи дози од овие елементи, бидејќи тие придонесуваат за уништување на абнормални ткива, како резултат на што се обновува структурата на органот, а со тоа и функцијата. Исто така, јодот е широко користен за дијагностицирање на состојбата на тироидната жлезда. Кога се внесува во телото, стапката на таложење во клетките се проценува на екранот на мониторот, врз основа на кој се поставува дијагноза.
Изотопи на натриум играат важна улога во дијагностицирањето на циркулаторните нарушувања.
Најчесто во секојдневниот живот, изотопи на кобалт, особено кобалт-60, се користат за лекување на туморски заболувања. Нашол примена во радиохирургијата во создавањето „кобалтни пиштоли“, во дезинфекција за стерилизација на медицински инструменти и материјали.
Општо земено, сите методи за проучување на внатрешните органи со користење на такви елементи обично се нарекуваат методи на радиоизотоп. Изотопите може да се користат и за добивање на корисни микроорганизми. И тие се основа за синтеза на антибактериски агенси.
Употреба во индустријата и земјоделството
Радиоактивните изотопи се од големо значење и во другите области на човековата активност. Во машинската индустрија, тие се користат за одредување на степенот на абење на различни делови во моторите.Тие можат да се користат за одредување на стапката на дифузија на метали во високите печки.
Важна област е откривањето на недостатоците. Користејќи такви хемиски елементи, можете да ја проучувате структурата на деловите, вклучително и металните.
Со помош на радиоактивни изотопи се создаваат нови сорти на земјоделски растенија. Покрај тоа, научно е докажано дека гама зрачењето помага да се зголеми приносот на културите и да се зголеми нивната отпорност на негативни фактори. Овие супстанции се широко користени во одгледувањето. При ѓубрење на растенијата, се користи метод во кој тие се означени со радиоактивен фосфор и се оценува ефикасноста на ѓубривото. Врз основа на сè, можеме да заклучиме дека радиоактивните изотопи се користат во многу области на активност. Тие имаат својства што ги немаат истите елементи со нормална атомска маса.
За подобро да разберете што се изотопи, можете да играте. Замислете големи проѕирни топчиња. Тие понекогаш може да се видат во паркот. Секоја топка е јадро на атом.
Секое јадро се состои од протони и неутрони. Протоните се позитивно наелектризирани честички. Наместо протони, ќе имате играчки зајачици на батерии. А наместо неутрони има зајачиња без батерии, бидејќи не носат никакво полнење. Во двете топчиња ставете 8 зајачиња со батерии. Ова значи дека во секое топче-јадро имате 8 позитивно наелектризирани протони. Сега еве што треба да се направи со зајаци без батерии - неутрони. Ставете 8 неутронски зајачиња во едното топче, а 7 неутронски зајачиња во другото.
Масовниот број е збир на протони и неутрони. Наброј ги зајаците во секоја топка и дознај го масовниот број. Во едната топка масениот број е 16, на другата топка е 17. Гледате две идентични јадра на топката со ист број на протони. Нивниот број на неутрони е различен. Топките делуваа како изотопи. Дали знаеш? Бидејќи изотопите се варијанти на ист елемент со различен број на неутрони. Излегува дека овие топчиња всушност не се само атомски јадра, туку вистински хемиски елементи во периодниот систем. Се сеќавате каков полнеж има +8? Се разбира, тоа е кислород. Сега е јасно дека кислородот има неколку изотопи и сите тие се разликуваат едни од други по бројот на неутрони. Кислородниот изотоп со масен број 16 има 8 неутрони, а изотопот на кислород со масен број 17 има 9 неутрони. Масовниот број е означен во горниот лев агол на хемискиот симбол на елементот.
Замислете топки со зајаци и полесно ќе ги разберете изотопите. Значи, изотопите се атоми на хемиски елемент со ист нуклеарен полнеж, но различен масен број. Или дефиниција: изотопите се варијанти на еден хемиски елемент што го заземаат истото место во периодниот систем на елементи на Менделеев, но во исто време се разликуваат во масите на атомите.
Зошто е потребно знаење за изотопи? Се користат изотопи од различни елементи
Веројатно нема човек на земјата кој не слушнал за изотопи. Но, не секој знае што е тоа. Фразата „радиоактивни изотопи“ звучи особено застрашувачки. Овие чудни хемиски елементи го преплашуваат човештвото, но всушност тие не се толку страшни како што може да изгледаат на прв поглед.
Дефиниција
За да се разбере концептот на радиоактивни елементи, потребно е прво да се каже дека изотопите се примероци од ист хемиски елемент, но со различни маси. Што значи тоа? Прашањата ќе исчезнат ако прво се потсетиме на структурата на атомот. Се состои од електрони, протони и неутрони. Бројот на првите две елементарни честички во јадрото на атомот е секогаш константен, додека неутроните, кои имаат своја маса, можат да се појават во иста супстанција во различни количини. Оваа околност доведува до појава на различни хемиски елементи со различни физички својства.
Сега можеме да дадеме научна дефиниција за концептот што се проучува. Значи, изотопите се збир на хемиски елементи кои се слични по својства, но имаат различни маси и физички својства. Според посовремената терминологија, тие се нарекуваат галаксија на нуклеотиди на хемиски елемент.
Малку историја
На почетокот на минатиот век, научниците открија дека истото хемиско соединение под различни услови може да има различни маси на електронски јадра. Од чисто теоретска гледна точка, таквите елементи може да се сметаат за нови и тие би можеле да почнат да ги пополнуваат празните ќелии во периодниот систем на Д. Менделеев. Но, во него има само девет слободни клетки, а научниците открија десетици нови елементи. Покрај тоа, математичките пресметки покажаа дека откриените соединенија не можат да се сметаат за претходно непознати, бидејќи нивните хемиски својства целосно одговараат на карактеристиките на постоечките.
По долги дискусии, беше одлучено овие елементи да се наречат изотопи и да се стават во истата кутија како оние чии јадра содржат ист број електрони. Научниците успеаја да утврдат дека изотопите се само некои варијации на хемиски елементи. Сепак, причините за нивното појавување и очекуваниот животен век се проучувани речиси еден век. Дури и на почетокот на 21 век, невозможно е да се каже дека човештвото знае апсолутно сè за изотопи.
Постојани и нестабилни варијации
Секој хемиски елемент има неколку изотопи. Поради фактот што во нивните јадра има слободни неутрони, тие не секогаш влегуваат во стабилни врски со остатокот од атомот. По некое време, слободните честички го напуштаат јадрото, што ја менува неговата маса и физички својства. На тој начин се формираат други изотопи, што на крајот доведува до формирање на супстанца со еднаков број на протони, неутрони и електрони.
Оние супстанции кои многу брзо се распаѓаат се нарекуваат радиоактивни изотопи. Тие ослободуваат голем број неутрони во вселената, формирајќи моќно јонизирачко гама зрачење, познато по својата силна продорна моќ, која негативно влијае на живите организми.
Постабилните изотопи не се радиоактивни, бидејќи бројот на слободни неутрони ослободени од нив не е способен да генерира зрачење и значително да влијае на другите атоми.
Многу одамна, научниците воспоставија една важна шема: секој хемиски елемент има свои изотопи, постојани или радиоактивни. Интересно е што многу од нив се добиени во лабораториски услови, а нивното присуство во природна форма е мало и не секогаш се открива со инструменти.
Распределба во природата
Во природни услови најчесто се среќаваат супстанции чија изотопска маса е директно одредена од неговиот реден број во табелата на Д. Менделеев. На пример, водородот, означен со симболот H, има атомски број 1, а неговата маса е еднаква на еден. Неговите изотопи, 2H и 3H, се исклучително ретки по природа.
Дури и човечкото тело има некои радиоактивни изотопи. Тие влегуваат преку храната во форма на јаглеродни изотопи, кои, пак, се апсорбираат од растенијата од почвата или воздухот и стануваат дел од органската материја за време на процесот на фотосинтеза. Затоа, луѓето, животните и растенијата испуштаат одредено позадинско зрачење. Само што е толку ниско што не го попречува нормалното функционирање и растот.
Изворите кои придонесуваат за формирање на изотопи се внатрешните слоеви на јадрото на земјата и зрачењето од вселената.
Како што знаете, температурата на планетата во голема мера зависи од нејзиното топло јадро. Но, дури неодамна стана јасно дека изворот на оваа топлина е сложена термонуклеарна реакција во која учествуваат радиоактивни изотопи.
Изотопско распаѓање
Бидејќи изотопите се нестабилни формации, може да се претпостави дека со текот на времето тие секогаш се распаѓаат во потрајни јадра на хемиски елементи. Оваа изјава е точна бидејќи научниците не успеале да откријат огромни количини на радиоактивни изотопи во природата. И повеќето од оние што беа извлечени во лаборатории траеја од неколку минути до неколку дена, а потоа се претворија во обични хемиски елементи.
Но, постојат и изотопи во природата кои се покажаа дека се многу отпорни на распаѓање. Тие можат да постојат милијарди години. Ваквите елементи се формирале во тие далечни времиња, кога земјата сè уште се формирала, а на нејзината површина немала ниту цврста кора.
Радиоактивните изотопи се распаѓаат и повторно се формираат многу брзо. Затоа, со цел да се олесни проценката на стабилноста на изотопот, научниците одлучија да ја разгледаат категоријата на неговиот полуживот.
Пола живот
Можеби на сите читатели не им е веднаш јасно што се подразбира под овој концепт. Ајде да го дефинираме. Полуживотот на изотоп е времето во кое конвенционалната половина од земената супстанција ќе престане да постои.
Ова не значи дека остатокот од врската ќе биде уништен во исто време. Во однос на оваа половина, неопходно е да се разгледа друга категорија - временскиот период во кој нејзиниот втор дел, односно четвртина од првобитната количина на супстанција, ќе исчезне. И ова размислување продолжува бесконечно. Може да се претпостави дека е едноставно невозможно да се пресмета времето за целосно распаѓање на почетната количина на супстанција, бидејќи овој процес е практично бесконечен.
Сепак, научниците, знаејќи го полуживотот, можат да утврдат колку од супстанцијата постоела на почетокот. Овие податоци успешно се користат во сродните науки.
Во современиот научен свет, концептот на целосно распаѓање практично не се користи. За секој изотоп, вообичаено е да се означи неговиот полуживот, кој варира од неколку секунди до многу милијарди години. Колку е помал полуживотот, толку повеќе зрачење доаѓа од супстанцијата и поголема е нејзината радиоактивност.
Бенефицирање на фосили
Во некои гранки на науката и технологијата, употребата на релативно големи количини на радиоактивни материи се смета за задолжителна. Сепак, во природни услови има многу малку такви соединенија.
Познато е дека изотопите се невообичаени варијанти на хемиски елементи. Нивниот број се мери во неколку проценти од најотпорната сорта. Ова е причината зошто научниците треба вештачки да ги збогатуваат фосилните материјали.
Со текот на годините на истражување, дознавме дека распаѓањето на изотоп е придружено со верижна реакција. Ослободените неутрони од една супстанција почнуваат да влијаат на друга. Како резултат на ова, тешките јадра се распаѓаат на полесни и се добиваат нови хемиски елементи.
Овој феномен се нарекува верижна реакција, како резултат на која може да се добијат постабилни, но поретки изотопи, кои последователно се користат во националната економија.
Примена на енергија на распаѓање
Научниците исто така откриле дека при распаѓањето на радиоактивен изотоп се ослободува огромна количина слободна енергија. Неговата количина обично се мери со единицата Кири, еднаква на времето на фисија на 1 g радон-222 за 1 секунда. Колку е поголем овој индикатор, толку повеќе енергија се ослободува.
Ова стана причина за развивање начини за користење бесплатна енергија. Така се појавија атомските реактори во кои е сместен радиоактивен изотоп. Поголемиот дел од енергијата ослободена од него се собира и се претвора во електрична енергија. Врз основа на овие реактори се создаваат нуклеарни централи кои обезбедуваат најевтина струја. Помалите верзии на таквите реактори се инсталирани на самоодни механизми. Со оглед на опасноста од несреќи, подморниците најчесто се користат како такви возила. Во случај на дефект на реакторот, бројот на жртви на подморницата ќе биде полесно да се минимизира.
Друга многу страшна опција за користење на енергијата на полуживот се атомските бомби. За време на Втората светска војна, тие биле тестирани на луѓе во јапонските градови Хирошима и Нагасаки. Последиците беа многу тажни. Затоа, во светот постои договор за неупотреба на овие опасни оружја. Во исто време, големите држави со фокус на милитаризација продолжуваат со истражувањето во оваа област денес. Покрај тоа, многу од нив, тајно од светската заедница, произведуваат атомски бомби, кои се илјадници пати поопасни од оние што се користат во Јапонија.
Изотопи во медицината
За мирни цели, тие научија да го користат распаѓањето на радиоактивните изотопи во медицината. Со насочување на зрачењето кон погодената област на телото, можно е да се запре текот на болеста или да му се помогне на пациентот целосно да се опорави.
Но почесто радиоактивни изотопи се користат за дијагностика. Работата е што нивното движење и природата на кластерот најлесно се одредуваат од зрачењето што го произведуваат. Така, одредена неопасна количина на радиоактивна супстанција се вбризгува во човечкото тело, а лекарите користат инструменти за да набљудуваат како и каде навлегува.
На овој начин тие го дијагностицираат функционирањето на мозокот, природата на канцерогените тумори и особеностите на функционирањето на ендокрините и егзокрините жлезди.
Примена во археологијата
Познато е дека живите организми секогаш содржат радиоактивен јаглерод-14, чиј полуживот на изотоп е 5570 години. Покрај тоа, научниците знаат колку од овој елемент е содржан во телото до моментот на смртта. Тоа значи дека сите исечени дрвја испуштаат иста количина на зрачење. Со текот на времето, интензитетот на зрачење се намалува.
Ова им помага на археолозите да утврдат пред колку време умрело дрвото од кое е изградена галијата или кој било друг брод, а со тоа и времето на изградба. Овој метод на истражување се нарекува анализа на радиоактивен јаглерод. Благодарение на него, на научниците им е полесно да ја утврдат хронологијата на историските настани.
Изотопи- сорти на атоми (и јадра) на хемиски елемент кои имаат ист атомски (реден) број, но во исто време различен масен број.
Терминот изотоп е формиран од грчките корени isos (ἴσος „еднакво“) и topos (τόπος „место“), што значи „исто место“; Така, значењето на името е дека различни изотопи на ист елемент заземаат иста позиција во периодниот систем.
Три природни изотопи на водород. Фактот дека секој изотоп има еден протон има варијанти на водород: идентитетот на изотопот се одредува според бројот на неутрони. Од лево кон десно, изотопите се протиум (1H) со нула неутрони, деутериум (2H) со еден неутрон и тритиум (3H) со два неутрони.
Бројот на протони во јадрото на атомот се нарекува атомски број и е еднаков на бројот на електрони во неутрален (нејонизиран) атом. Секој атомски број идентификува специфичен елемент, но не и изотоп; Атомот на даден елемент може да има широк опсег на бројот на неутрони. Бројот на нуклеони (и протони и неутрони) во јадрото е масениот број на атомот, а секој изотоп на даден елемент има различен масен број.
На пример, јаглерод-12, јаглерод-13 и јаглерод-14 се три изотопи на елементарен јаглерод со масени броеви 12, 13 и 14, соодветно. Атомскиот број на јаглерод е 6, што значи дека секој јаглероден атом има 6 протони, така што неутронските броеви на овие изотопи се 6, 7 и 8 соодветно.
Нуклиди И изотопи
Нуклидот се однесува на јадро, а не на атом. Идентичните јадра припаѓаат на истиот нуклид, на пример, секое јадро на нуклеидот јаглерод-13 се состои од 6 протони и 7 неутрони. Концептот на нуклид (се однесува на поединечни нуклеарни видови) ги нагласува нуклеарните својства пред хемиските својства, додека концептот на изотоп (групирање на сите атоми на секој елемент) ја нагласува хемиската реакција над нуклеарната реакција. Неутронскиот број има големо влијание врз својствата на јадрата, но неговиот ефект врз хемиските својства е занемарлив за повеќето елементи. Дури и во случајот со најлесните елементи, каде што односот на неутроните и атомскиот број најмногу варира помеѓу изотопи, тој обично има само мал ефект, иако во некои случаи е важно (за водородот, најлесниот елемент, ефектот на изотоп е голем да има голем ефект за биологијата). Бидејќи изотоп е постар термин, тој е подобро познат од нуклид и сè уште понекогаш се користи во контексти каде што нуклидот може да биде посоодветен, како што се нуклеарната технологија и нуклеарната медицина.
Ознаки
Изотоп или нуклид се идентификува со името на конкретниот елемент (ова го означува атомскиот број), проследено со цртичка и масен број (на пример, хелиум-3, хелиум-4, јаглерод-12, јаглерод-14, ураниум- 235 и ураниум-239). Кога се користи хемиски симбол, на пр. „C“ за јаглерод, стандардна нотација (сега позната како „AZE-notation“ бидејќи A е масен број, Z е атомски број, а E е за елементот) - означете го масениот број (број на нуклеони) со надреден знак горе лево од хемискиот симбол и означете го атомскиот број со знак во долниот лев агол). Бидејќи атомскиот број е даден со симболот на елементот, обично само масениот број се дава во надреден знак и не е даден атомски индекс. Буквата m понекогаш се додава по масовниот број за да означи нуклеарен изомер, метастабилна или енергетски возбудена нуклеарна состојба (за разлика од основната состојба со најниска енергија), на пример, 180m 73Ta (тантал-180m).
Радиоактивни, примарни и стабилни изотопи
Некои изотопи се радиоактивни и затоа се нарекуваат радиоизотопи или радионуклиди, додека други никогаш не е забележано дека радиоактивно се распаѓаат и се нарекуваат стабилни изотопи или стабилни нуклиди. На пример, 14 C е радиоактивната форма на јаглерод, додека 12 C и 13 C се стабилни изотопи. На Земјата има приближно 339 природни нуклиди, од кои 286 се исконски нуклиди, што значи дека постоеле од формирањето на Сончевиот систем.
Оригиналните нуклиди вклучуваат 32 нуклиди со многу долг полуживот (над 100 милиони години) и 254 кои формално се сметаат за „стабилни нуклиди“ бидејќи не биле забележани дека се распаѓаат. Во повеќето случаи, од очигледни причини, ако некој елемент има стабилни изотопи, тогаш тие изотопи доминираат со елементарното изобилство што се наоѓа на Земјата и во Сончевиот систем. Меѓутоа, во случај на три елементи (телур, индиум и рениум), најчестиот изотоп пронајден во природата е всушност еден (или два) екстремно долготрајни радиоизотоп(и) на елементот, и покрај фактот што овие елементи имаат еден или постабилни изотопи.
Теоријата предвидува дека многу навидум „стабилни“ изотопи/нуклиди се радиоактивни, со екстремно долг полуживот (игнорирајќи ја можноста за распаѓање на протонот, што би ги направило сите нуклиди на крајот нестабилни). Од 254 нуклиди кои никогаш не биле забележани, само 90 од нив (сите од првите 40 елементи) се теоретски стабилни за сите познати форми на распаѓање. Елементот 41 (ниобиум) е теоретски нестабилен со спонтана фисија, но тоа никогаш не е откриено. Многу други стабилни нуклиди теоретски се енергетски подложни на други познати форми на распаѓање, како што е распаѓањето на алфа или двојното бета распаѓање, но производите на распаѓање сè уште не се забележани, и затоа овие изотопи се сметаат за „набљудувачки стабилни“. Предвидениот полуживот за овие нуклиди често во голема мера ја надминува проценетата старост на Универзумот, а всушност има и 27 познати радионуклиди со полуживот подолг од староста на Универзумот.
Радиоактивни нуклиди создадени вештачки, во моментов има 3.339 познати нуклиди. Тие вклучуваат 905 нуклиди кои се или стабилни или имаат полуживот поголем од 60 минути.
Својства на изотопи
Хемиски и молекуларни својства
Неутрален атом има ист број на електрони како и протони. Така, различни изотопи на даден елемент имаат ист број на електрони и имаат слични електронски структури. Бидејќи хемиското однесување на атомот во голема мера е определено од неговата електронска структура, различни изотопи покажуваат речиси идентично хемиско однесување.
Исклучок од ова е ефектот на кинетичкиот изотоп: поради нивните големи маси, потешките изотопи имаат тенденција да реагираат нешто побавно од полесните изотопи на истиот елемент. Ова е најизразено за протиум (1 H), деутериум (2 H) и тритиум (3 H), бидејќи деутериумот има двојно поголема маса од протиум, а тритиумот има три пати поголема маса од протиум. Овие разлики во масата, исто така, влијаат на однесувањето на нивните соодветни хемиски врски, менувајќи го центарот на гравитација (намалена маса) на атомските системи. Сепак, за потешките елементи, релативните масивни разлики помеѓу изотопите се многу помали, така што ефектите на разликата во масата во хемијата се обично занемарливи. (Тешките елементи исто така имаат релативно повеќе неутрони од полесните елементи, така што односот на нуклеарната маса со вкупната маса на електроните е нешто поголем).
Слично на тоа, две молекули кои се разликуваат само во изотопите на нивните атоми (изотополози) имаат иста електронска структура и оттука речиси не се разликуваат физички и хемиски својства (повторно, со примарни исклучоци се деутериум и тритиум). Вибрационите начини на молекулата се одредуваат според неговата форма и масите на нејзините составни атоми; Затоа, различни изотополози имаат различни групи на вибрациони режими. Бидејќи вибрационите режими дозволуваат молекулата да апсорбира фотони со соодветни енергии, изотополозите имаат различни оптички својства во инфрацрвената светлина.
Нуклеарни својства и стабилност
Изотопски полуживот. Графикот за стабилни изотопи отстапува од линијата Z = N како што се зголемува бројот на елементот Z
Атомските јадра се состојат од протони и неутрони поврзани заедно со преостаната силна сила. Бидејќи протоните се позитивно наелектризирани, тие се одбиваат едни со други. Неутроните, кои се електрично неутрални, го стабилизираат јадрото на два начина. Нивниот контакт ги турка протоните малку, намалувајќи ја електростатската одбивност помеѓу протоните и тие вршат привлечна нуклеарна сила едни на други и на протоните. Поради оваа причина, еден или повеќе неутрони се потребни за два или повеќе протони да се врзат за јадрото. Како што се зголемува бројот на протони, така се зголемува и односот на неутроните и протоните потребни за да се обезбеди стабилно јадро (види графикон на десната страна). На пример, иако односот неутрон:протон од 3 2 He е 1:2, односот неутрон:протон е 238 92 U
Повеќе од 3:2. Голем број полесни елементи имаат стабилни нуклиди со сооднос 1:1 (Z = N). Нуклид 40 20 Ca (калциум-40) е набљудувачки најтешкиот стабилен нуклид со ист број на неутрони и протони; (Теоретски, најтешката стабилна е сулфур-32). Сите стабилни нуклиди потешки од калциум-40 содржат повеќе неутрони отколку протони.
Број на изотопи по елемент
Од 81 елемент со стабилни изотопи, најголем број на стабилни изотопи забележани за кој било елемент е десет (за елементот калај). Ниту еден елемент нема девет стабилни изотопи. Ксенон е единствениот елемент со осум стабилни изотопи. Четири елементи имаат седум стабилни изотопи, од кои осум имаат шест стабилни изотопи, десет имаат пет стабилни изотопи, девет имаат четири стабилни изотопи, пет имаат три стабилни изотопи, 16 имаат два стабилни изотопи, а 26 елементи имаат само еден (од кои 19 се таканаречени мононуклидни елементи, кои имаат единствен исконски стабилен изотоп кој доминира и со голема точност ја фиксира атомската тежина на природниот елемент; присутни се и 3 радиоактивни мононуклидни елементи). Има вкупно 254 нуклиди кои не е забележано да се распаѓаат. За 80 елементи кои имаат еден или повеќе стабилни изотопи, просечниот број на стабилни изотопи е 254/80 = 3,2 изотопи по елемент.
Парен и непарен број на нуклеони
Протони: Односот на неутроните не е единствениот фактор што влијае на нуклеарната стабилност. Тоа зависи и од парноста или непарноста на неговиот атомски број Z, бројот на неутрони N, па оттука и нивниот збир на масен број A. Непарните и Z и N имаат тенденција да ја намалат енергијата на нуклеарното врзување, создавајќи непарни јадра кои генерално се помалку стабилни. Оваа значајна разлика во нуклеарната врзувачка енергија помеѓу соседните јадра, особено непарните изобари, има важни последици: нестабилните изотопи со неоптимален број на неутрони или протони се распаѓаат со бета распаѓање (вклучувајќи распаѓање на позитрон), заробување електрони или други егзотични средства како спонтана фисија и кластери на распаѓање.
Повеќето стабилни нуклиди се парен број на протони и парен број на неутрони, каде Z, N и A броевите се сите парни. Непарните стабилни нуклиди се поделени (приближно рамномерно) на непарни.
Атомски број
148-те парни протонски, дури и неутронски (NE) нуклиди претставуваат ~ 58% од сите стабилни нуклиди. Има и 22 исконски долготрајни дури и нуклиди. Како резултат на тоа, секој од 41 парен елемент од 2 до 82 има најмалку еден стабилен изотоп, а повеќето од овие елементи имаат повеќе примарни изотопи. Половина од овие парно нумерирани елементи имаат шест или повеќе стабилни изотопи. Екстремната стабилност на хелиум-4, поради двојното соединение од два протони и два неутрони, спречува какви било нуклиди кои содржат пет или осум нуклеони да постојат доволно долго за да послужат како платформи за акумулација на потешки елементи преку нуклеарна фузија.
Овие 53 стабилни нуклиди имаат парен број на протони и непарен број на неутрони. Тие се малцинство во споредба со парните изотопи, кои се приближно 3 пати позастапени. Помеѓу 41 парен-Z елемент кои имаат стабилен нуклид, само два елементи (аргон и цериум) немаат парни-непарни стабилни нуклиди. Еден елемент (калај) има три. Има 24 елементи кои имаат еден пар-непар нуклид и 13 кои имаат два парни-непарни нуклиди.
Поради нивниот непарен број на неутрони, непарните нуклиди имаат тенденција да имаат големи пресеци за зафаќање на неутрони поради енергијата што произлегува од ефектите на неутронско спојување. Овие стабилни нуклиди може да бидат невообичаено изобилни во природата, главно затоа што за да се формираат и да влезат во примордијално изобилство, тие мора да избегаат од фаќањето на неутроните за да формираат уште други стабилни парни-непарни изотопи за време на процесот s и процесот на фаќање на неутрони за време на нуклеосинтезата.
Непарен атомски број
48-те стабилни нуклиди од непарни и парни неутрони, стабилизирани со нивниот парен број на спарени неутрони, го формираат најголемиот дел од стабилните изотопи на непарните елементи; Многу малку непарни-протон-непарни неутронски нуклиди ги сочинуваат другите. Има 41 непарен елемент од Z = 1 до 81, од кои 39 имаат стабилни изотопи (елементите технициум (43 Tc) и прометиум (61 Pm) немаат стабилни изотопи). Од овие 39 непарни Z елементи, 30 елементи (вклучувајќи го и водород-1, каде што 0 неутрони се парни) имаат еден стабилен пар-непарен изотоп и девет елементи: хлор (17 Cl), калиум (19 K), бакар (29 Cu), галиум (31 Ga), бром (35 Br), сребро (47 Ag), антимон (51 Sb), иридиум (77 Ir) и талиум (81 Tl) имаат по два непарни стабилни изотопи. Ова дава 30 + 2 (9) = 48 стабилни парни изотопи.
Само пет стабилни нуклиди содржат и непарен број протони и непарен број неутрони. Првите четири „непарни-непарни“ нуклиди се јавуваат во нуклиди со мала молекуларна тежина, за кои промената на протонот во неутрон или обратно ќе резултира со многу искривен сооднос протон-неутрони.
Единствениот целосно „стабилен“, непарен-непарен нуклид е 180m 73 Ta, кој се смета за најреток од 254-те стабилни изотопи и е единствениот исконски нуклеарен изомер кој сè уште не е забележан да се распаѓа, и покрај експерименталните обиди.
Непарен број на неутрони
Актинидите со непарен број на неутрони имаат тенденција на фисија (со термички неутрони), додека оние со парен неутронски број генерално не, иако прават фисија со брзи неутрони. Сите набљудувачки стабилни непарни-непарни нуклиди имаат спин кој не е нула. Тоа е затоа што еден неспарен неутрон и неспарен протон имаат поголема привлечност на нуклеарна сила еден кон друг ако нивните вртења се порамнети (произведувајќи вкупно спин од најмалку 1 единица) наместо порамнети.
Појава во природата
Елементите се составени од еден или повеќе природни изотопи. Нестабилните (радиоактивни) изотопи се или примарни или постпримарни. Исконските изотопи беа производ на ѕвездена нуклеосинтеза или друг тип на нуклеосинтеза, како што е фисијата на космичките зраци, и опстојуваа до денес бидејќи нивната стапка на распаѓање е толку ниска (на пр., ураниум-238 и калиум-40). Пост-природните изотопи се создадени со бомбардирање со космички зраци како космогени нуклиди (на пр. тритиум, јаглерод-14) или распаѓање на радиоактивен примордијален изотоп во ќерка на радиоактивен радиоген нуклид (на пр. ураниум во радиум). Неколку изотопи природно се синтетизираат како нуклеогени нуклиди со други природни нуклеарни реакции, како на пример кога неутроните од природната нуклеарна фисија се апсорбираат од друг атом.
Како што беше дискутирано погоре, само 80 елементи имаат стабилни изотопи, а 26 од нив имаат само еден стабилен изотоп. Така, околу две третини од стабилните елементи природно се појавуваат на Земјата во неколку стабилни изотопи, при што најголемиот број стабилни изотопи за елемент е десет, за калај (50Sn). Има околу 94 елементи на Земјата (до и вклучувајќи го и плутониумот), иако некои се наоѓаат само во многу мали количини, како што е плутониум-244. Научниците веруваат дека елементите кои природно се појавуваат на Земјата (некои само како радиоизотопи) се појавуваат како вкупно 339 изотопи (нуклиди). Само 254 од овие природни изотопи се стабилни во смисла дека до денес не се забележани. Други 35 исконски нуклиди (вкупно 289 исконски нуклиди) се радиоактивни со познат полуживот, но имаат полуживот од повеќе од 80 милиони години, што им овозможува да постојат од почетокот на Сончевиот систем.
Сите познати стабилни изотопи се јавуваат природно на Земјата; Други природни изотопи се радиоактивни, но поради нивниот релативно долг полуживот или други средства за континуирано природно производство. Тие ги вклучуваат космогените нуклиди споменати погоре, нуклеогените нуклиди и сите радиогени изотопи кои произлегуваат од тековното распаѓање на примарниот радиоактивен изотоп како што се радонот и радиумот од ураниумот.
Во нуклеарните реактори и акцелераторите на честички се создадени уште околу 3000 радиоактивни изотопи кои не се пронајдени во природата. Многу краткотрајни изотопи кои не се пронајдени природно на Земјата, исто така се забележани со спектроскопска анализа, природно произведени во ѕвезди или супернови. Пример е алуминиумот-26, кој природно не се наоѓа на Земјата, но го има во изобилство на астрономски размери.
Табеларните атомски маси на елементите се просеци кои го објаснуваат присуството на повеќе изотопи со различни маси. Пред откривањето на изотопи, емпириски утврдените, неинтегрираните вредности на атомската маса ги збунија научниците. На пример, примерок од хлор содржи 75,8% хлор-35 и 24,2% хлор-37, што дава просечна атомска маса од 35,5 единици на атомска маса.
Според општо прифатената теорија на космологијата, само изотопи на водород и хелиум, траги од некои изотопи на литиум и берилиум, а можеби и малку бор, биле создадени во Големата експлозија, а сите други изотопи биле синтетизирани подоцна, во ѕвезди и супернови, и во интеракциите помеѓу енергетските честички, како што се космичките зраци и претходно добиените изотопи. Соодветното изотопско изобилство на изотопи на Земјата се одредува според количините произведени од овие процеси, нивното ширење низ галаксијата и стапката на распаѓање на изотопите, кои се нестабилни. По првичното спојување на Сончевиот систем, изотопите беа прераспределени според масата и изотопскиот состав на елементите малку варира од планета до планета. Ова понекогаш овозможува да се следи потеклото на метеоритите.
Атомска маса на изотопи
Атомската маса (mr) на изотоп се определува првенствено од неговиот масен број (т.е., бројот на нуклеони во неговото јадро). Малите корекции се должат на енергијата на врзување на јадрото, малата разлика во масата помеѓу протонот и неутронот и масата на електроните поврзани со атомот.
Масовен број - бездимензионална количина. Атомската маса, од друга страна, се мери со помош на единица за атомска маса базирана на масата на атом на јаглерод-12. Се означува со симболите „у“ (за единицата за обединета атомска маса) или „Да“ (за далтон).
Атомските маси на природните изотопи на елементот ја одредуваат атомската маса на елементот. Кога елементот содржи N изотопи, следниов израз се применува за просечната атомска маса:
Каде што m 1, m 2, ..., mN се атомските маси на секој поединечен изотоп, а x 1, ..., xN се релативното изобилство на овие изотопи.
Примена на изотопи
Постојат неколку апликации кои ги користат својствата на различни изотопи на даден елемент. Изотопското одвојување е важен технолошки проблем, особено со тешки елементи како што се ураниум или плутониум. Полесните елементи како што се литиум, јаглерод, азот и кислород обично се одвојуваат со гасна дифузија на нивните соединенија како што се CO и NO. Раздвојувањето на водородот и деутериумот е невообичаено бидејќи се заснова на хемиски, а не на физички својства, како на пример во процесот на сулфид на Girdler. Изотопите на ураниум беа одделени по волумен со дифузија на гас, центрифугирање на гас, сепарација со ласерска јонизација и (во проектот Менхетен) производство од типот на масовна спектрометрија.
Употреба на хемиски и биолошки својства
- Изотопската анализа е определување на потписот на изотоп, релативното изобилство на изотопи на даден елемент во одреден примерок. Конкретно за хранливите материи, може да се појават значајни варијации во изотопите C, N и O. Анализата на таквите варијации има широк опсег на примени, како што е откривање на фалсификување во прехранбените производи или географското потекло на производите кои користат изопејси. Идентификацијата на некои метеорити кои потекнуваат од Марс делумно се заснова на изотопскиот потпис на гасовите во трагови што ги содржат.
- Изотопската замена може да се користи за да се одреди механизмот на хемиската реакција преку ефектот на кинетичкиот изотоп.
- Друга вообичаена апликација е означување на изотопи, употребата на необични изотопи како индикатори или маркери во хемиските реакции. Обично атомите на даден елемент не се разликуваат едни од други. Меѓутоа, со користење на изотопи со различни маси, може да се разликуваат дури и различни нерадиоактивни стабилни изотопи со помош на масена спектрометрија или инфрацрвена спектроскопија. На пример, во „означувањето на стабилни изотопи на амино киселини во клеточна култура“ (SILAC), стабилните изотопи се користат за квантифицирање на протеините. Ако се користат радиоактивни изотопи, тие може да се детектираат со зрачењето што го емитуваат (ова се нарекува означување на радиоизотопи).
- Изотопите вообичаено се користат за одредување на концентрацијата на различни елементи или супстанции со помош на методот на разредување на изотоп, во кој познати количини на изотопски супституирани соединенија се мешаат со примероци и изотопските знаци на добиените мешавини се одредуваат со помош на масена спектрометрија.
Користење на нуклеарни својства
- Сличен метод на означување на радиоизотопот е радиометриското датирање: користејќи го познатиот полуживот на нестабилен елемент, може да се пресмета времето што поминало од постоењето на позната концентрација на изотопот. Најпознат пример е радиојаглеродното датирање, кое се користи за одредување на староста на јаглеродните материјали.
- Некои форми на спектроскопија се потпираат на уникатните нуклеарни својства на специфичните изотопи, и радиоактивни и стабилни. На пример, спектроскопијата на нуклеарна магнетна резонанца (NMR) може да се користи само за изотопи со нуклеарен спин без нула. Најчестите изотопи кои се користат во спектроскопијата NMR се 1 H, 2 D, 15 N, 13 C и 31 P.
- Спектроскопијата на Мосбауер, исто така, се потпира на нуклеарни транзиции на специфични изотопи, како што е 57Fe.
При проучувањето на својствата на радиоактивните елементи, беше откриено дека истиот хемиски елемент може да содржи атоми со различна нуклеарна маса. Во исто време, тие имаат ист нуклеарен полнеж, односно тоа не се нечистотии од туѓи материи, туку иста супстанција.
Што се изотопи и зошто постојат?
Во периодниот систем на Менделеев, и овој елемент и атомите на супстанција со различни нуклеарни маси заземаат една клетка. Врз основа на горенаведеното, на таквите сорти на иста супстанција им беше дадено името „изотопи“ (од грчкиот isos - идентично и топос - место). Значи, изотопи- ова се сорти на даден хемиски елемент, кои се разликуваат по масата на атомските јадра.
Според прифатениот неутронско-протонски модел на јадрото, беше можно да се објасни постоењето на изотопи на следниов начин: јадрата на некои атоми на супстанцијата содржат различен број на неутрони, но ист број на протони. Всушност, нуклеарното полнење на изотопи на еден елемент е ист, затоа, бројот на протони во јадрото е ист. Јадрата се разликуваат по маса; соодветно, тие содржат различен број на неутрони.
Стабилни и нестабилни изотопи
Изотопите можат да бидат стабилни или нестабилни. До денес се познати околу 270 стабилни изотопи и повеќе од 2000 нестабилни. Стабилни изотопи- Станува збор за сорти на хемиски елементи кои можат да постојат независно долго време.
Повеќето нестабилни изотопие добиена вештачки. Нестабилните изотопи се радиоактивни, нивните јадра се предмет на процес на радиоактивно распаѓање, односно спонтана трансформација во други јадра, придружена со емисија на честички и/или зрачење. Речиси сите радиоактивни вештачки изотопи имаат многу краток полуживот, измерен во секунди, па дури и во делови од секунди.
Колку изотопи може да содржи јадрото?
Јадрото не може да содржи произволен број на неутрони. Според тоа, бројот на изотопи е ограничен. Парен број на протониелементи, бројот на стабилни изотопи може да достигне десет. На пример, калајот има 10 изотопи, ксенонот има 9, живата има 7 и така натаму.
Тие елементи бројот на протони е непарен, може да има само два стабилни изотопи. Некои елементи имаат само еден стабилен изотоп. Тоа се супстанции како злато, алуминиум, фосфор, натриум, манган и други. Ваквите варијации во бројот на стабилни изотопи на различни елементи се поврзани со сложената зависност на бројот на протони и неутрони од сврзувачката енергија на јадрото.
Речиси сите супстанции во природата постојат во форма на мешавина од изотопи. Бројот на изотопи во супстанцијата зависи од видот на супстанцијата, атомската маса и бројот на стабилни изотопи на даден хемиски елемент.
Се вчитува...
