On kindlaks tehtud, et iga looduses leiduv keemiline element on isotoopide segu (seetõttu on neil murdosa aatommassid). Et mõista, kuidas isotoobid üksteisest erinevad, on vaja üksikasjalikult kaaluda aatomi struktuuri. Aatom moodustab tuuma ja elektronipilve. Aatomi massi mõjutavad elektronid, mis liiguvad vapustava kiirusega läbi elektronpilve orbitaalide, tuuma moodustavad neutronid ja prootonid.
Definitsioon
Isotoobid on keemilise elemendi aatomi tüüp. Igas aatomis on alati võrdne arv elektrone ja prootoneid. Kuna neil on vastandlaengud (elektronid on negatiivsed ja prootonid positiivsed), on aatom alati neutraalne (see elementaarosake ei kanna laengut, see on null). Kui elektron kaob või kinni püütakse, kaotab aatom neutraalsuse, muutudes kas negatiivseks või positiivseks iooniks.
Neutronitel pole laengut, kuid nende arv sama elemendi aatomituumas võib varieeruda. See ei mõjuta kuidagi aatomi neutraalsust, küll aga selle massi ja omadusi. Näiteks sisaldab iga vesinikuaatomi isotoop ühte elektroni ja ühte prootonit. Kuid neutronite arv on erinev. Protsiumil on ainult 1 neutron, deuteeriumil 2 ja triitiumil 3 neutronit. Need kolm isotoopi erinevad üksteisest omaduste poolest märkimisväärselt.
Võrdlus
Neil on erinev neutronite arv, erinev mass ja erinevad omadused. Isotoopidel on elektronkestade struktuur identne. See tähendab, et need on keemiliste omaduste poolest üsna sarnased. Seetõttu antakse neile perioodilisuse tabelis üks koht.
Loodusest on leitud stabiilseid ja radioaktiivseid (ebastabiilseid) isotoope. Radioaktiivsete isotoopide aatomite tuumad on võimelised spontaanselt muutuma teisteks tuumadeks. Radioaktiivse lagunemise käigus eraldavad nad mitmesuguseid osakesi.
Enamikul elementidel on üle kahe tosina radioaktiivse isotoobi. Lisaks sünteesitakse radioaktiivseid isotoope absoluutselt kõigi elementide jaoks kunstlikult. Looduslikus isotoopide segus varieerub nende sisaldus veidi.
Isotoopide olemasolu võimaldas mõista, miks mõnel juhul on väiksema aatommassiga elementidel suurem aatomarv kui suurema aatommassiga elementidel. Näiteks argooni-kaaliumpaaris sisaldab argoon raskeid isotoope ja kaalium kergeid isotoope. Seetõttu on argooni mass suurem kui kaaliumi mass.
Järelduste veebisait
- Neil on erinev arv neutroneid.
- Isotoopide aatommass on erinev.
- Ioonide aatomite massi väärtus mõjutab nende koguenergiat ja omadusi.
Korrake teema "Keemia põhimõisted" põhipunkte ja lahendage pakutud ülesanded. Kasuta nr 6-17.
Põhisätted
1. Aine(lihtne ja keeruline) on mis tahes aatomite ja molekulide kogum, mis asub teatud agregatsiooni olekus.
Nimetatakse ainete muundumisi, millega kaasnevad muutused nende koostises ja (või) struktuuris keemilised reaktsioonid .
2. Struktuuriüksused ained:
· Atom- keemilise elemendi või lihtaine väikseim elektriliselt neutraalne osake, millel on kõik selle keemilised omadused ja mis on seejärel füüsikaliselt ja keemiliselt jagamatu.
· Molekul- aine väikseim elektriliselt neutraalne osake, millel on kõik selle keemilised omadused, füüsikaliselt jagamatu, kuid keemiliselt jagatav.
3. Keemiline element - See on teatud tuumalaenguga aatomitüüp.
4. Ühend aatom :
|
Osake |
Kuidas määrata? |
Lae |
Kaal |
||
|
Cl |
tavapärased üksused |
a.e.m. |
|||
|
elektron |
Järjekorra järgi Number (N) |
1.6 ∙ 10 -19 |
9.10 ∙ 10 -28 |
0.00055 |
|
|
Prooton |
Järjekorra järgi number (N) |
1.6 ∙ 10 -19 |
1.67 ∙ 10 -24 |
1.00728 |
|
|
Neutron |
Ar-N |
1.67 ∙ 10 -24 |
1.00866 |
||
5. Ühend aatomituum :
Tuum sisaldab elementaarosakesi ( nukleonid) –
prootonid(1 1 p ) ja neutronid(1 0 n ).
· Sest Peaaegu kogu aatomi mass on koondunud tuuma ja m p ≈ m n≈ 1 amu, See ümardatud väärtusA rkeemilise elemendi väärtus võrdub tuumas olevate nukleonide koguarvuga.
7. Isotoobid- sama keemilise elemendi mitmesugused aatomid, mis erinevad üksteisest ainult oma massi poolest.
· Isotoopmärk: elemendi sümbolist vasakul märgitakse elemendi massinumber (ülemine) ja aatomnumber (all)
· Miks isotoopide mass on erinev?
Ülesanne: Määrake kloori isotoopide aatomkoostis: 35 17Clja 37 17Cl?
· Isotoopide mass on erinev, kuna nende tuumades on erinev arv neutroneid.
8. Looduses esinevad keemilised elemendid isotoopide segudena.
Sama keemilise elemendi isotoopkoostist väljendatakse aatomifraktsioonid(ω at.), mis näitavad, millise osa antud isotoobi aatomite arvust moodustab antud elemendi kõigi isotoopide aatomite koguarvust üks või 100%.
Näiteks:
ω juures (35 17 Cl) = 0,754
ω juures (37 17 Cl) = 0,246
9. Perioodiline tabel näitab keemiliste elementide suhteliste aatommasside keskmisi väärtusi, võttes arvesse nende isotoopkoostist. Seetõttu on tabelis näidatud Ar murdosa.
A rkolmap= ω at.(1) ∙ Ar (1) + … + ω at.(n ) ∙ Ar ( n )
Näiteks:
A rkolmap(Cl) = 0,754 ∙ 35 + 0,246 ∙ 37 = 35,453
10. Probleem, mida lahendada:
nr 1. Määrake boori suhteline aatommass, kui on teada, et 10 B isotoobi molaarosa on 19,6% ja 11 B isotoobi molaarosa on 80,4%.
11. Aatomite ja molekulide massid on väga väikesed. Praegu on füüsikas ja keemias kasutusele võetud ühtne mõõtesüsteem.
1 amu =m(a.u.m.) = 1/12 m(12 C) = 1,66057 ∙ 10 -27 kg = 1,66057 ∙ 10 -24 g.
Mõne aatomi absoluutmassid:
m( C) =1,99268 ∙ 10 -23 g
m( H) =1,67375 ∙ 10 -24 g
m( O) =2,656812 ∙ 10 -23 g
A r– näitab, mitu korda on antud aatom raskem kui 1/12 12 C aatomist. Härra∙ 1,66 ∙ 10 -27 kg
13. Tavalistes aineproovides on aatomite ja molekulide arv väga suur, seetõttu kasutatakse aine koguse iseloomustamisel mõõtühikut -sünnimärk .
· Mool (ν)– aine koguseühik, mis sisaldab sama arvu osakesi (molekule, aatomeid, ioone, elektrone) kui aatomeid on 12 g isotoobis 12 C
· 1 aatomi mass 12 C on võrdne 12 amu-ga, seega aatomite arv 12 g isotoobis 12 C võrdub:
N A= 12 g / 12 ∙ 1,66057 ∙ 10 -24 g = 6,0221 ∙ 10 23
· Füüsiline kogus N A helistas Avogadro konstant (Avogadro arv) ja selle mõõde on [N A] = mol -1.
14. Põhivalemid:
M = Härra = ρ ∙ V m(ρ – tihedus; V m – ruumala nulltasemel)
Iseseisvalt lahendatavad probleemid
nr 1. Arvutage lämmastikuaatomite arv 100 g ammooniumkarbonaadis, mis sisaldab 10% mittelämmastikulisi lisandeid.
nr 2. Tavatingimustes on 12 liitri ammoniaagist ja süsihappegaasist koosneva gaasisegu mass 18 g Mitu liitrit iga gaasi segu sisaldab?
nr 3. Liiga vesinikkloriidhappega kokkupuutel 8,24 g mangaanoksiidi segu (IV) tundmatu oksiidiga MO 2, mis ei reageeri vesinikkloriidhappega, saadi ümbritseva keskkonna tingimustes 1,344 liitrit gaasi. Teises katses tehti kindlaks, et mangaanoksiidi molaarsuhe (IV) tundmatu oksiidi suhtes on 3:1. Määrake tundmatu oksiidi valem ja arvutage selle massiosa segus.
Radioaktiivsuse fenomeni uurides uurisid teadlased 20. sajandi esimesel kümnendil. avastas suure hulga radioaktiivseid aineid - umbes 40. Neid oli oluliselt rohkem, kui oli vabu kohti elementide perioodilisustabelis vismuti ja uraani vahel. Nende ainete olemus on olnud vastuoluline. Mõned teadlased pidasid neid iseseisvateks keemilisteks elementideks, kuid antud juhul osutus nende perioodilisustabelisse paigutamise küsimus lahustumatuks. Teised üldiselt eitasid neil õigust nimetada elementideks klassikalises tähenduses. 1902. aastal nimetas inglise füüsik D. Martin selliseid aineid radioelementideks. Neid uurides selgus, et mõnel radioelemendil on täpselt samad keemilised omadused, kuid need erinevad üksteisest aatommasside poolest. See asjaolu läks vastuollu perioodilise seaduse põhisätetega. Inglise teadlane F. Soddy lahendas vastuolu. 1913. aastal nimetas ta keemiliselt sarnaseid radioelemente isotoopideks (kreeka sõnadest, mis tähendavad "sama" ja "koht"), see tähendab, et nad on perioodilisuse tabelis samal kohal. Radioelemendid osutusid looduslike radioaktiivsete elementide isotoopideks. Kõik need on ühendatud kolme radioaktiivsesse perekonda, mille esivanemad on tooriumi ja uraani isotoobid.
Hapniku isotoobid. Kaaliumi ja argooni isobaarid (isobaarid on sama massiarvuga erinevate elementide aatomid).
Stabiilsete isotoopide arv paaris- ja paaritute elementide jaoks.
Peagi selgus, et isotoope on ka teistel stabiilsetel keemilistel elementidel. Peamine tunnustus nende avastamise eest kuulub inglise füüsikule F. Astonile. Ta avastas paljude elementide stabiilsed isotoobid.
Kaasaegsest vaatenurgast on isotoobid keemilise elemendi aatomite sordid: neil on erinev aatommass, kuid sama tuumalaeng.
Nende tuumad sisaldavad seega sama arvu prootoneid, kuid erineva arvu neutroneid. Näiteks hapniku looduslikud isotoobid, mille Z = 8, sisaldavad oma tuumades vastavalt 8, 9 ja 10 neutronit. Isotoobi tuumas olevate prootonite ja neutronite arvu summat nimetatakse massiarvuks A. Järelikult on näidatud hapniku isotoopide massiarvud 16, 17 ja 18. Tänapäeval on isotoopide jaoks aktsepteeritud järgmine tähistus: väärtus Z on toodud allpool elemendi sümbolist vasakul, väärtus A on antud üleval vasakul. Näiteks: 16 8 O, 17 8 O, 18 8 O.
Alates kunstliku radioaktiivsuse nähtuse avastamisest on tuumareaktsioonide abil toodetud ligikaudu 1800 tehisradioaktiivset isotoopi elementide jaoks, mille Z on vahemikus 1 kuni 110. Enamikul tehisradioisotoopide poolväärtusajad on väga lühikesed, mõõdetuna sekundites ja sekundi murdosades. ; vaid vähesed on suhteliselt pika elueaga (näiteks 10 Be - 2,7 10 6 aastat, 26 Al - 8 10 5 aastat jne).
Stabiilseid elemente esindab looduses ligikaudu 280 isotoopi. Mõned neist osutusid aga nõrgalt radioaktiivseteks, tohutu poolestusajaga (näiteks 40 K, 87 Rb, 138 La, l47 Sm, 176 Lu, 187 Re). Nende isotoopide eluiga on nii pikk, et neid võib pidada stabiilseteks.
Stabiilsete isotoopide maailmas on endiselt palju väljakutseid. Seega on ebaselge, miks nende arv eri elementide vahel nii palju erineb. Umbes 25% stabiilsetest elementidest (Be, F, Na, Al, P, Sc, Mn, Co, As, Y, Nb, Rh, I, Cs, Pt, Tb, Ho, Tu, Ta, Au) loodus ainult ühte tüüpi aatomid. Need on nn üksikud elemendid. Huvitav on see, et kõigil neil (v.a Be) on paaritu Z. Üldiselt ei ületa paaritute elementide stabiilsete isotoopide arv kahte. Seevastu mõned paaris-Z elemendid koosnevad suurest hulgast isotoopidest (näiteks Xe-l on 9, Sn-l 10 stabiilset isotoopi).
Antud elemendi stabiilsete isotoopide kogumit nimetatakse galaktikaks. Nende sisaldus galaktikas kõigub sageli suuresti. Huvitav on märkida, et suurim sisaldus on isotoopides, mille massiarv on neljakordne (12 C, 16 O, 20 Ca jne), kuigi sellest reeglist on ka erandeid.
Stabiilsete isotoopide avastamine võimaldas lahendada aatommasside pikaajalist mõistatust – nende kõrvalekallet täisarvudest, mis on seletatav elementide stabiilsete isotoopide erineva protsendiga galaktikas.
Tuumafüüsikas on mõiste "isobaarid" tuntud. Isobaarid on erinevate elementide (st erinevate Z-väärtustega) isotoobid, millel on samad massiarvud. Isobaaride uurimine aitas kaasa paljude oluliste mustrite loomisele aatomituumade käitumises ja omadustes. Ühte neist mustritest väljendab nõukogude keemiku S. A. Štšukarevi ja saksa füüsiku I. Mattauchi sõnastatud reegel. See ütleb: kui kaks isobaari erinevad Z väärtustes 1 võrra, on üks neist kindlasti radioaktiivne. Isobaaride paari klassikaline näide on 40 18 Ar - 40 19 K. Selles on kaaliumi isotoop radioaktiivne. Shchukarev-Mattauchi reegel võimaldas selgitada, miks tehneetsiumis (Z = 43) ja prometiumis (Z = 61) pole stabiilseid isotoope. Kuna neil on paaritu Z väärtused, ei saanud nende puhul oodata rohkem kui kahte stabiilset isotoopi. Kuid selgus, et tehneetsiumi ja prometiumi isobaarid, vastavalt molübdeeni (Z = 42) ja ruteeniumi (Z = 44), neodüümi (Z = 60) ja samariumi (Z = 62) isobaarid on looduses esindatud stabiilsena. aatomite sordid laias massinumbrite vahemikus. Seega keelavad füüsikaseadused tehneetsiumi ja prometiumi stabiilsete isotoopide olemasolu. Seetõttu neid elemente looduses tegelikult ei eksisteeri ja neid tuli kunstlikult sünteesida.
Teadlased on pikka aega püüdnud välja töötada perioodilist isotoopide süsteemi. Muidugi põhineb see erinevatel põhimõtetel kui elementide perioodilisustabel. Kuid need katsed ei ole veel andnud rahuldavaid tulemusi. Tõsi, füüsikud on tõestanud, et aatomituumade prooton- ja neutronkestade täitmise järjekord on põhimõtteliselt sarnane elektronkestade ja alamkestade ehitamisega aatomites (vt Aatom).
Täpselt samamoodi on konstrueeritud antud elemendi isotoopide elektronkatted. Seetõttu on nende keemilised ja füüsikalised omadused peaaegu identsed. Ainult vesiniku isotoopide (protium ja deuteerium) ja nende ühendite omadused on märgatavad. Näiteks raske vesi (D 2 O) külmub temperatuuril +3,8, keeb temperatuuril 101,4 ° C, selle tihedus on 1,1059 g/cm 3 ning see ei toeta loomade ja taimeorganismide elu. Vee elektrolüüsil vesinikuks ja hapnikuks lagunevad valdavalt H 2 0 molekulid, raske vee molekulid aga jäävad elektrolüsaatorisse.
Teiste elementide isotoopide eraldamine on äärmiselt keeruline ülesanne. Siiski on paljudel juhtudel vaja üksikute elementide isotoope, mille arvukus on loodusliku arvukusega võrreldes oluliselt muutunud. Näiteks aatomienergia probleemi lahendamisel tekkis vajadus eraldada isotoobid 235 U ja 238 U. Selleks kasutati esmalt massispektromeetria meetodit, mille abil saadi esimesed kilogrammid uraan-235. USA-s 1944. aastal. See meetod osutus aga liiga kalliks ja asendati gaasi difusioonimeetodiga, mis kasutas UF 6. Praegu on isotoopide eraldamiseks mitu meetodit, kuid need kõik on üsna keerulised ja kallid. Ja ometi lahendatakse edukalt "lahutamatu jagamise" probleem.
On tekkinud uus teadusdistsipliin – isotoopide keemia. Ta uurib keemiliste elementide erinevate isotoopide käitumist keemilistes reaktsioonides ja isotoopide vahetusprotsessides. Nende protsesside tulemusena jaotuvad antud elemendi isotoobid ümber reageerivate ainete vahel. Siin on kõige lihtsam näide: H 2 0 + HD = HD0 + H 2 (veemolekul vahetab protiumi aatomi deuteeriumi aatomi vastu). Areneb ka isotoopide geokeemia. Ta uurib maakoore erinevate elementide isotoopkoostise erinevusi.
Enim kasutatavad on nn märgistatud aatomid – stabiilsete elementide kunstlikud radioaktiivsed isotoobid ehk stabiilsed isotoobid. Isotoopnäitajate - märgistatud aatomite - abil uuritakse elementide liikumisteid elu- ja eluslooduses, ainete ja elementide jaotumise olemust erinevates objektides. Isotoope kasutatakse tuumatehnoloogias: materjalidena tuumareaktorite ehitamisel; tuumakütusena (tooriumi, uraani, plutooniumi isotoobid); termotuumasünteesis (deuteerium, 6 Li, 3 He). Radioaktiivseid isotoope kasutatakse laialdaselt ka kiirgusallikatena.
ISOTOOPID(Kreeka keeles, isos võrdne, identne + topose koht) - sama keemilise elemendi sordid, mis asuvad Mendelejevi perioodilises elementide tabelis samal kohal, s.o. millel on sama tuumalaeng, kuid erinevad aatommasside poolest. I. mainides märkige kindlasti ära, milline kemikaali isotoop. element ta on. Mõistet "isotoop" kasutatakse mõnikord laiemas tähenduses - erinevate elementide aatomite kirjeldamiseks. Kuid mis tahes aatomi tähistamiseks, olenemata selle kuulumisest konkreetsesse elementi, on tavaks kasutada terminit "nukliid".
I. kuulumine konkreetse elemendi ja põhikemikaalide hulka. omadused määratakse selle aatomnumbri Z või tuumas sisalduvate prootonite arvu järgi (vastavalt sama palju elektrone aatomi kestas) ja selle tuumafüüsikalise iseloomuga. omadused määratakse selles sisalduvate prootonite ja neutronite arvu summa ja suhte järgi. Iga tuum koosneb Z prootonist ja N neutronist ning nende osakeste ehk nukleonite koguarv on massiarv A = Z + N, mis määrab tuuma massi. See on võrdne antud nukliidi massi väärtusega ümardatuna täisarvuni. Seetõttu määratakse iga nukliid Z ja N väärtustega, kuigi mõned sama Z ja N radioaktiivsed nukliidid võivad olla erinevates tuumaenergia olekutes ja erineda oma tuumafüüsika poolest. omadused; selliseid nukliide nimetatakse isomeerideks. Sama prootonite arvuga nukliide nimetatakse isotoopideks.
I. on tähistatud vastava kemikaali sümboliga. element indeksiga A asub üleval vasakul - massiarv; mõnikord on vasakus allosas toodud ka prootonite arv (Z). Näiteks tähistatakse radioaktiivset fosforit massinumbritega 32 ja 33: vastavalt 32 P ja 33 P või 32 P ja 33 P. I. tähistamisel ilma elemendi sümbolit märkimata antakse massiarv näiteks pärast elemendi tähistust. fosfor-32, fosfor-33.
I. erinevatel elementidel võib olla sama massiarv. Aatomeid, millel on erinev prootonite arv Z ja neutroneid N, kuid mille massiarv on sama, nimetatakse isobaarideks (näiteks 14 32 Si, 15 32 P, 16 32 S, 17 32 Cl isobaarideks).
Nimetuse "isotoop" pakkusid välja inglased. teadlane Soddy (F. Soddy). Raua olemasolu avastati esmakordselt 1906. aastal raskete looduslikult radioaktiivsete elementide radioaktiivse lagunemise uurimisel; 1913. aastal avastati need ka mitteradioaktiivses elemendis neoonis ja seejärel määrati massispektromeetria abil perioodilise süsteemi kõigi elementide isotoopkoostis. 1934. aastal hankisid I. Joliot-Curie ja F. Joliot-Curie esmalt kunstlikult radioaktiivsed lämmastiku, räni ja fosfori ionisaatorid ning seejärel, kasutades erinevaid tuumareaktsioone neutronitel, laetud osakestel ja suure energiaga footonitel, kõik radioaktiivsed ionisaatorid. saadi tüübid.tuntud elemendid ja sünteesitud radioaktiivsed 13 ülirasked - transuraanelemendid (millega Z ≥ 93). Teada on 280 stabiilset, mida iseloomustab stabiilsus, ja rohkem kui 1500 radioaktiivset, st ebastabiilset, I., mis läbivad ühel või teisel kiirusel radioaktiivseid muundumisi. Radioaktiivse kiirguse olemasolu kestust iseloomustab poolväärtusaeg (vt) - ajavahemik T 1/2, mille jooksul radioaktiivsete tuumade arv väheneb poole võrra.
Looduslikus segus I. keemiline. Erinevad elemendid sisalduvad erinevates kogustes. i protsent antud kemikaalis. elementi nimetatakse nende suhteliseks arvukuseks. Näiteks sisaldab looduslik hapnik kolme stabiilset hapnikku: 16O (99,759%), 17O (0,037%) ja 18O (0,204%). Paljud keemia. elementidel on ainult üks stabiilne I. (9 Be, 19 F, 23 Na, 31 P, 89 Y, 127 I jne) ja mõnel (Tc, Pm, Lu ja kõigil elementidel, mille Z on suurem kui 82) pole kumbagi stabiilne I.
Meie planeedil (ja kogu Päikesesüsteemis) looduslikult esinevate elementide isotoopkoostis on suures osas konstantne, kuid kergete elementide aatomite arvukuses esineb mõningaid erinevusi. Seda seletatakse asjaoluga, et nende elementide masside erinevused on suhteliselt suured ja seetõttu muutub nende elementide isotoopkoostis erinevate looduslike protsesside mõjul isotoopefektide (s.o. elementide omaduste erinevuse) tulemusena. neid isotoope sisaldavad keemilised ained). Seega on mitmete bioloogiliselt oluliste elementide (H, C, N, O, S) isotoopkoostis seotud eelkõige biosfääri olemasoluga ning taime- ja loomorganismide elutegevusega.
Erinevused sama kemikaali aatomituumade koostises ja struktuuris. element (erinev arv neutroneid) määrab nende tuumafüüsika erinevuse. omadused, eriti asjaolu, et mõned selle i-d võivad olla stabiilsed, teised aga radioaktiivsed.
Radioaktiivsed transformatsioonid. Tuntakse järgmist tüüpi radioaktiivseid muundumisi.
Alfa lagunemine on tuumade spontaanne muundumine, millega kaasneb alfaosakeste emissioon, st heeliumi tuuma moodustavad kaks prootonit ja kaks neutronit 2 4 He. Selle tulemusena väheneb algtuuma laeng Z 2 võrra ja nukliidide koguarv või massiarv väheneb 4 ühiku võrra, näiteks:
88 226 Ra -> 86 222 Ra + 2 4 He
Sel juhul määrab põgeneva alfaosakese kineetilise energia alg- ja lõpptuumade massid (võttes arvesse alfaosakese enda massi) ja nende energiaseisund. Kui lõplik tuum moodustub ergastatud olekus, siis alfaosakese kineetiline energia mõnevõrra väheneb ja kui ergastatud tuum laguneb, siis alfaosakese energia vastavalt suureneb (antud juhul nn pikamaa alfa). tekivad osakesed). Alfaosakeste energiaspekter on diskreetne ja jääb vahemikku 4–9 MeV ligikaudu 200 I. raskete elementide ja 2–4,5 MeV peaaegu 20 alfa-radioaktiivsete I. haruldaste muldmetallide elementide puhul.
Beeta-lagunemine on tuumade spontaanne muundumine, mille käigus algtuuma laeng Z muutub ühe võrra, kuid massiarv A jääb samaks. beeta-lagunemine on tuumas sisalduvate prootonite (p) ja neutronite (n) omavaheline muundamine, millega kaasneb elektronide (e -) või positronite (e +), samuti neutriinode (v) ja antineutriinode (v) emissioon või neeldumine. -). Beeta-lagunemist on kolme tüüpi:
1) elektrooniline beeta-lagunemine n -> p + e - + v - , millega kaasneb laengu Z suurenemine 1 ühiku võrra, näiteks tuuma ühe neutroni muundumisel prootoniks.
2) positroni beeta-lagunemine p -> n + e + + v, millega kaasneb laengu Z vähenemine 1 ühiku võrra, näiteks tuuma ühe prootoni muundumisel neutroniks.
3) elektronide kinnipüüdmine p + e - -> n + v tuuma ühe prootoni samaaegse muundamisega neutroniks, nagu positronemissiooniga lagunemise korral, millega kaasneb ka laengu vähenemine 1 ühiku võrra, näiteks.
Sel juhul toimub elektronide püüdmine ühest aatomi elektronkihist, kõige sagedamini tuumale lähimast K-kihist (K-püüdmine).
Beeta-miinus lagunemine on iseloomulik neutronirikastele tuumadele, milles neutronite arv on suurem kui stabiilsetes tuumades ning beeta-pluss-lagunemine ja vastavalt elektronide kinnipüüdmine on iseloomulik neutronipuudulikele tuumadele, milles neutronite arv. on väiksem kui stabiilsetes tuumades ehk nn beeta-stabiilsed tuumad. Lagunemisenergia jaotub beetaosakese ja neutriino vahel ning seetõttu ei ole beetaspekter diskreetne, nagu alfaosakeste oma, vaid pidev ja sisaldab beetaosakesi energiaga nullilähedasest teatud Emax-ni, mis on iseloomulik igale radioaktiivsele ja Beeta-radioaktiivseid ioone leidub kõigis perioodilisustabeli elementides.
Spontaanne lõhustumine on raskete tuumade iseeneslik lagunemine kaheks (mõnikord 3-4) fragmendiks, mis esindavad perioodilisuse tabeli keskmiste elementide tuumasid (nähtuse avastasid 1940. aastal Nõukogude teadlased G. N. Flerov ja K. A. Petrzhak).
Gammakiirgus on diskreetse energiaspektriga footonkiirgus, mis tekib tuuma muundumisel, aatomituumade energiaseisundi muutumisel või osakeste annihilatsioonil. Gammakiirte emissioon kaasneb radioaktiivse transformatsiooniga juhtudel, kui ergastatud energia olekus moodustub uus tuum. Selliste tuumade eluea määrab tuumafüüsika. Ema- ja tütartuumade omadused suurenevad eelkõige gamma-siirde energia vähenemisega ja võivad metastabiilse ergastatud oleku korral jõuda suhteliselt suurte väärtusteni. Erinevate laserite poolt kiiratava gammakiirguse energia ulatub kümnetest keV-st mitme MeV-ni.
Tuumade stabiilsus. Beeta-lagunemise ajal toimuvad prootonite ja neutronite vastastikused muundumised, kuni saavutatakse energeetiliselt soodsaim p ja n suhe, mis vastab tuuma stabiilsele olekule. Kõik nukliidid jagunevad beeta-lagunemise suhtes beeta-radioaktiivseteks ja beeta-stabiilseteks tuumadeks. Beeta-stabiilne viitab kas stabiilsetele või alfa-radioaktiivsetele nukliididele, mille puhul on beeta-lagunemine energeetiliselt võimatu. Kõik beeta-resistentsed I. in chem. elemendid aatomnumbritega Z kuni 83 on stabiilsed (mõne erandiga), kuid rasketel elementidel pole stabiilset i.s-i ja kõik nende beeta-stabiilsed i.s-d on alfa-radioaktiivsed.
Radioaktiivse muundumise käigus vabaneb energia, mis vastab alg- ja lõpptuuma masside ning kiiratava kiirguse massi ja energia suhtele. P-lagunemise võimalus massiarvu A muutmata oleneb vastavate isobaaride masside suhtest. Suurema massiga isobaarid muutuvad beetalagunemise tulemusena väiksema massiga isobaarideks; Veelgi enam, mida väiksem on isobaari mass, seda lähemal on see P-stabiilsele olekule. Energia jäävuse seaduse tõttu pöördprotsess toimuda ei saa. Näiteks ülalmainitud isobaaride puhul toimuvad transformatsioonid väävel-32 stabiilse isotoobi moodustumisega järgmistes suundades:
Beeta-lagunemiskindlate nukliidide tuumad sisaldavad iga prootoni kohta vähemalt ühte neutronit (erandiks on 1 1 H ja 2 3 He) ning aatomarvu suurenedes N/Z suhe suureneb ja jõuab väärtuseni 1,6. uraan.
Arvu N kasvades muutub antud elemendi tuum elektronide beeta-miinus lagunemise suhtes ebastabiilseks (teisendusega n->p), mistõttu neutroniga rikastatud tuumad on beetaaktiivsed. Sellest tulenevalt on neutronipuudulikud tuumad positroni beeta+ lagunemise või elektronide kinnipüüdmise suhtes ebastabiilsed (p-> n teisendusega) ning rasketes tuumades täheldatakse ka alfa lagunemist ja spontaanset lõhustumist.
Talli eraldamine ja kunstlike radioaktiivsete isotoopide tootmine. I eraldamine on antud kemikaali i loodusliku segu rikastamine. selle koostise üksikute koostisosade ja puhaste ühendite eraldamine sellest segust. Kõik eraldusmeetodid põhinevad isotoopefektidel, st füüsikalis-keemilistel erinevustel. erinevate i-de ja neid sisaldavate kemikaalide omadused. ühendid (keemiliste sidemete tugevus, tihedus, viskoossus, soojusmahtuvus, sulamistemperatuur, aurustumine, difusioonikiirus jne). Eraldamismeetodid põhinevad erinevustel i ja neid sisaldavate ühendite käitumises füüsikalises keemias. protsessid. Praktiliselt kasutatakse elektrolüüsi, tsentrifuugimist, gaasi- ja termilist difusiooni, difusiooni auruvoolus, rektifikatsiooni, kemikaale. ja isotoopide vahetus, elektromagnetiline eraldamine, lasereraldus jne. Kui üks protsess annab madala efekti, st madala I. eralduskoefitsiendi, korratakse seda mitu korda, kuni saavutatakse piisav rikastusaste. Kergete elementide eraldamine on kõige tõhusam nende isotoopide masside suurte suhteliste erinevuste tõttu. Näiteks toodetakse elektrolüüsitehastes tööstuslikus mastaabis rasket vett, st raske vesinik-deuteeriumiga rikastatud vett, mille mass on kaks korda suurem; Väga tõhus on ka deuteeriumi eraldamine madalal temperatuuril destilleerimisega. I. uraani eraldamine (tuumakütuse saamiseks - 235 U) toimub gaasidifusioonijaamades. Elektromagnetiliste eraldusseadmete abil saadakse lai valik rikastatud stabiilset joodi. Mõnel juhul kasutatakse radioaktiivse raua segu eraldamist ja rikastamist, näiteks kõrge eriaktiivsuse ja radionukliidse puhtusega radioaktiivse raud-55 saamiseks.
Kunstlik radioaktiivne kiirgus tekib tuumareaktsioonide tulemusena - nukliidide vastastikmõju üksteisega ja tuumaosakeste või footonitega, mille tulemusena tekivad teised nukliidid ja osakesed. Tuumareaktsiooni tähistatakse tinglikult järgmiselt: esiteks märgitakse algse isotoobi sümbol ja seejärel selle tuumareaktsiooni tulemusena tekkinud sümbol. Nende vahele jäävates sulgudes on esmalt märgitud mõjutav osake ja seejärel emiteeritud osake ehk kiirguskvant (vt tabeli veerg 2).
Tuumareaktsioonide toimumise tõenäosust iseloomustab kvantitatiivselt reaktsiooni nn efektiivne ristlõige (või ristlõige), mida tähistatakse kreeka tähega o ja mida väljendatakse laudas (10 -24 cm 2). Toota kunstlikult radioaktiivseid nukliide, tuumareaktoreid (vt Tuumareaktorid) ja laetud osakeste kiirendeid (vt). Paljud bioloogias ja meditsiinis kasutatavad radionukliidid toodetakse tuumareaktoris tuumakiirguse püüdmise reaktsioonide kaudu, st neutroni kinnipüüdmisel tuuma poolt gamma kvanti (n, gamma) emissiooniga, mille tulemusena moodustub isotoop sama element, mille massiühikute arv on suurem kui algsest. 23 Na (n, y) 24 Na, 31 P(n, y) 32 P; reaktsiooniga (n, γ) koos järgneva radionukliidi lagunemisega ja näiteks "tütre" moodustumisega. 130 Te (n, γ) 131 Te -> 131 I; reaktsioonide kaudu laetud osakeste (n, p), (n, 2n), (n, α) vabanemisega; nt14N (n, p)14C; sekundaarsete reaktsioonide abil näiteks tritoonidega (t, p) ja (t, n). 7 Li (n, α) 3H ja seejärel 16O (t, n) 18 F; näiteks lõhustumisreaktsiooniga U (n, f). 90 Sr, 133 Xe jne (vt Tuumareaktsioonid).
Mõnda radionukliide kas ei saa tuumareaktoris üldse toota või on selline tootmine meditsiinilistel eesmärkidel irratsionaalne. Enamikul juhtudel ei saa (n, γ) reaktsioon toota isotoope ilma kandjata; Mõned reaktsioonid on liiga väikese ristlõike väärtusega ja kiiritatud sihtmärkide algse isotoobi suhteline sisaldus looduslikus segus on madal, mis põhjustab madalaid reaktsioonisaagiseid ja ravimite ebapiisavat eriaktiivsust. Seetõttu kasutatakse kliiniliselt palju olulisi radionukliide. radiodiagnostika, saadakse piisava spetsiifilise aktiivsusega, kasutades isotoopidega rikastatud sihtmärke. Näiteks kaltsium-47 saamiseks kiiritatakse kaltsium-46-ga rikastatud sihtmärki 0,003 kuni 10-20%, raua-59 saamiseks kiiritatakse sihtmärki 0,31-80% rikastatud raud-58-ga, elavhõbeda saamiseks. -197 - sihtmärk elavhõbe-196, rikastatud 0,15 kuni 40% jne.
Reaktoris ch. arr. saadakse neutronite liiaga radionukliide, mis lagunevad beetakiirgusega. Neutronipuudulikud radionukliidid, mis tekivad tuumareaktsioonides laetud osakestel (p, d, alfa) ja footonitel ning lagunevad positronite emissiooni või elektronide püüdmise teel, tekivad enamasti tsüklotronites, prootonite lineaarsetes kiirendites ja elektronid (viimasel juhul kasutatakse bremsstrahlungi) kiirendatud osakeste energiatel, mis on suurusjärgus kümneid ja sadu MeV. Nii saavad nad selle mee eest. sihib radionukliide reaktsioonide kaudu: 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, p) 67 Cu jne. Selle radionukliidide saamise meetodi oluline eelis on see, et neil on reeglina erinev kemikaal. loodust kui kiiritatud sihtmärgi materjali saab viimasest eraldada ilma kandjata. See võimaldab hankida vajalikke radiofarmatseutilisi aineid. kõrge eriaktiivsuse ja radionukliidse puhtusega ravimid.
Paljude lühiealiste radionukliidide saamiseks otse kliinilistes asutustes nn. isotoopide generaatorid, mis sisaldavad pikaealist lähteradionukliidi, mille lagunemisel tekib näiteks soovitud lühiealine tütarradionukliid. 99m Tc, 87m Sr, 113m In, 132 I. Viimane võib lähtenukliidi eluea jooksul generaatorist korduvalt vabaneda (vt Radioaktiivsete isotoopide generaatorid).
Isotoopide kasutamine bioloogias ja meditsiinis. Radioaktiivseid ja stabiilseid ionisaatoreid kasutatakse teadusuuringutes laialdaselt. Neid kasutatakse märgistusena isotoopindikaatorite valmistamisel (vt Märgistatud ühendid) - ained ja ühendid, mille isotoopkoostis on looduslikest erinev. Isotoopnäitajate meetodil uuritakse märgistatud ainete levikut, teid ja liikumise olemust erinevates keskkondades ja süsteemides, teostatakse nende kvantitatiivne analüüs, uuritakse kemikaalide struktuuri. ühendid ja bioloogiliselt aktiivsed ained, erinevate dünaamiliste protsesside mehhanismid, sh nende ainevahetus taimede, loomade ja inimeste organismis (vt Radioisotoopide uurimine). Isotoopnäitajate meetodil tehakse uuringuid biokeemias (ainevahetuse uurimine, valkude, nukleiinhapete, rasvade ja süsivesikute biosünteesi ehitus ja mehhanism elusorganismis, biokeemiliste reaktsioonide kiirus jne); füsioloogias (ioonide ja erinevate ainete migratsioon, rasvade ja süsivesikute imendumisprotsessid seedetraktist, eritumine, vereringe, mikroelementide käitumine ja roll jne); farmakoloogias ja toksikoloogias (ravimite ja toksiliste ainete käitumise, nende imendumise, akumuleerumisteede ja -kiiruste, jaotumise, eritumise, toimemehhanismi jms uurimine); mikrobioloogias, immunoloogias, viroloogias (mikroorganismide biokeemia, ensümaatiliste ja immunokeemiliste mehhanismide, reaktsioonide, viiruste ja rakkude koostoimete, antibiootikumide toimemehhanismide jms uurimine); hügieenis ja ökoloogias (kahjulike ainetega reostuse uurimine ning tööstuse ja keskkonna saastest puhastamine, erinevate ainete ökoloogiline ahel, nende ränne jne). I. kasutatakse ka teistes meditsiinilistes biol. uuringud (erinevate haiguste patogeneesi uurimiseks, ainevahetuse varajase muutuse uurimiseks jne).
Mesi sees Praktikas kasutatakse radionukliide erinevate haiguste diagnoosimiseks ja raviks, samuti mee kiiritussteriliseerimiseks. materjalid, tooted ja ravimid. Kliinikutes kasutatakse rohkem kui 130 radiodiagnostilist ja 20 kiiritusravi tehnikat, kasutades avatud radiofarmatseutilisi preparaate. ravimid (RP) ja suletud isotoopkiirguse allikad. Nendel eesmärkidel on St. 60 radionukliidi, ca. Neist 30 on kõige levinumad (tabel). Radiodiagnostika ravimid võimaldavad teil saada teavet inimkeha organite ja süsteemide funktsioonide ja anatoomilise seisundi kohta. Radioisotoopdiagnostika (vt) aluseks on võime jälgida biol, radionukliididega märgistatud kemikaalide käitumist. aineid ja ühendeid elusorganismis ilma selle terviklikkust rikkumata ja funktsioone muutmata. Vastava elemendi soovitud radioisotoobi sisestamine kemikaali struktuuri. ühend võimaldab praktiliselt oma omadusi muutmata jälgida selle käitumist elusorganismis välise kiirgustuvastusega, mis on radioisotoopdiagnostika meetodi üks väga olulisi eeliseid.
Märgistatud ühendi käitumise dünaamilised näitajad võimaldavad hinnata uuritava organi või süsteemi talitlust ja seisundit. Seega vastavalt radiofarmatseutiliste preparaatide lahjendusastmele 24 Na, 42 K, 51 Cr, 52 Fe, 131 I jne vedelas keskkonnas ringleva vere maht, erütrotsüüdid, albumiin, rauavahetus, elektrolüütide veevahetus, määratakse jne Radiofarmatseutiliste ainete kogunemise, liikumise ja eemaldamise näitajate järgi elundites, kehasüsteemides või kahjustuses saab hinnata tsentraalse ja perifeerse hemodünaamika seisundit, määrata maksa, neerude, kopsude talitlust, uurida joodi. ainevahetus jne. Joodi ja tehneetsiumi radioisotoopidega radiofarmatseutilised preparaadid võimaldavad teil uurida kilpnäärme kõiki funktsioone. Kasutades 99m Tc, 113m In, 123 I, 131 I, 133 Xe, saate läbi viia põhjaliku kopsuuuringu - uurida verevoolu jaotust, kopsude ja bronhide ventilatsiooni seisundit. Radiofarmatseutilised preparaadid kontsentratsiooniga 43 K, 86 Rb, 99m Tc, 67 Ga, 131 I, 113m In, 197 Hg jne võimaldavad määrata aju, südame, maksa, neerude ja teiste organite verevoolu ja verevarustust. Radioaktiivsed kolloidlahused ja mõned joodiorgaanilised preparaadid võimaldavad hinnata hulknurksete rakkude ja hepatotsüütide (Kupfferi rakud) seisundit ning maksa antitoksilist funktsiooni. Radioisotoopskaneerimise abil viiakse läbi anatoomiline ja topograafiline uuring ning maksa, neerude, luuüdi, kilpnäärme, kõrvalkilpnäärme ja süljenäärmete, kopsude, lümfisõlmede ruumi hõivavate kahjustuste olemasolu, suuruse, kuju ja asukoha määramine; radionukliidid 18 F, 67 Ga, 85 Sr, 87M Sr, 99M Tc võimaldavad uurida luustikuhaigusi jne.
NSV Liidus on radioaktiivsete ainete diagnostilistel eesmärkidel kasutamisel patsientidele välja töötatud ja jõustatud kiirgusohutusstandardid, mis reguleerivad rangelt neid protseduure lubatud kokkupuutetasemete osas. Tänu sellele, samuti meetodite ja seadmete ratsionaalsele valikule erinevat tüüpi uuringute tegemiseks ning lühiealiste radionukliidide kasutamisele radiofarmatseutilistes preparaatides, millel on soodsad kiirgusomadused nende registreerimise efektiivsuse seisukohalt minimaalse kiirguskoormusega, kiirguskoormustega. patsiendi kehal radioisotoopide diagnostiliste protseduuride ajal on palju väiksemad doosid , mis on saadud radiograafia, uuringute käigus ja enamikul juhtudel ei ületa sadade ja kümnendike rad.
70ndatel 20. sajandil Radioisotoopide preparaate on üha enam kasutatud in vitro uuringutes, peamiselt immunokeemilistes uuringutes. analüüs. Radioimmunohim. meetodid põhinevad väga spetsiifilistel immunokeemilistel. antigeen-antikeha reaktsioonid, mille tulemusena moodustub stabiilne antikehade ja antigeenide kompleks. Pärast saadud kompleksi eraldamist reageerimata antikehadest või antigeenidest tehakse kvantifitseerimine, mõõtes nende radioaktiivsust. Radioisotoopidega märgistatud antigeenide või antikehade kasutamine, nt. 125 I, suurendab immunokemikaalide tundlikkust. testib kümneid ja sadu kordi. Nende testide abil saate määrata hormoonide, antikehade, antigeenide, ensüümide, ensüümide, vitamiinide ja teiste bioloogiliselt aktiivsete ainete sisaldust organismis kontsentratsioonis kuni 0,1 mg/ml. Nii on võimalik määrata mitte ainult erinevaid patooli seisundeid, vaid ka väga väikeseid muutusi, mis peegeldavad haiguse algstaadiume. Näiteks kasutatakse neid meetodeid edukalt suhkurtõve, nakkusliku hepatiidi, süsivesikute ainevahetuse häirete, mõnede allergiliste ja mitmete muude haiguste varajaseks in vitro diagnoosimiseks. Sellised radioisotoopide testid pole mitte ainult tundlikumad ja lihtsamad, vaid võimaldavad ka massuuringuid ning on patsientidele täiesti ohutud (vt Radioisotoopide diagnostika).
Lechiga. Radiofarmatseutiliste ravimite ja radionukliidkiirguse allikate jaoks on Ch. arr. onkoloogias, samuti põletikuliste haiguste, ekseemide jm ravis (vt Kiiritusravi). Nendel eesmärkidel kasutatakse nii avatud radiofarmatseutilisi aineid, mis viiakse kehasse, kudedesse, seroossetesse õõnsustesse, liigeseõõnsustesse, intravenoosselt, intraarteriaalselt ja lümfisüsteemi, kui ka suletud kiirgusallikaid väliseks, intrakavitaarseks ja interstitsiaalseks raviks. Sobivate radiofarmatseutiliste preparaatide abil ptk. arr. 32 P, 90 Y, 131 I, 198 Au ja teisi radionukliide sisaldavad kolloidid ja suspensioonid ravivad vereloomesüsteemi haigusi ja erinevaid kasvajaid, toimides lokaalselt patoolile, fookusele. Kontaktkiiritamiseks (dermatool- ja oftalmoloogilised beeta-aplikaatorid) kasutatakse 32 P, 90 Sr, 90 Y, 147 Pm, 204 Tl, gamma-ravi kaugseadmetes - kõrge aktiivsusega 60 Co või 137 Cs allikaid (sadu ja tuhandeid curieid) . Interstitsiaalseks ja õõnsusesiseseks kiiritamiseks kasutatakse nõelu, graanuleid, traate ja muid eritüüpi suletud allikaid, mille sisaldus on 60 Co, 137 Cs, 182 Ta, 192 Ir, 198 Au (vt Radioaktiivsed ravimid).
Radioaktiivseid nukliide kasutatakse ka materjalide ja meditsiinitoodete steriliseerimiseks. retseptid ja ravimid. Kiirgussteriliseerimise praktiline kasutamine on saanud võimalikuks alates 50ndatest, mil ilmusid võimsad ioniseeriva kiirguse allikad.Võrreldes traditsiooniliste steriliseerimismeetoditega (vt) on kiiritusmeetodil mitmeid eeliseid. Kuna tavapärase steriliseeriva kiirgusdoosiga (2-3 Mrad) kiiritatud objekti temperatuuri oluliselt ei tõuse, saab võimalikuks termolabiilsete objektide, sh biol, ravimite ja teatud tüüpi plastist valmistatud toodete kiirgussteriliseerimine. Kiirguse mõju kiiritatud proovile ilmneb samaaegselt kogu selle mahu ulatuses ja steriliseerimine toimub suure usaldusväärsusega. Sel juhul kasutatakse kontrollimiseks saadud annuse värviindikaatoreid, mis asetatakse steriliseeritud eseme pakendi pinnale. Kallis. tooted ja tooted steriliseeritakse technol lõpus. tsükkel juba valmis kujul ja hermeetilises pakendis, sealhulgas polümeermaterjalidest, mis välistab vajaduse luua rangelt aseptilised tootmistingimused ja tagab steriilsuse pärast toodete tootmist ettevõttes. Kiirgussteriliseerimine on eriti tõhus mee puhul. ühekordsed tooted (süstlad, nõelad, kateetrid, kindad, õmblus- ja sidematerjalid, verevõtu- ja vereülekandesüsteemid, bioloogilised tooted, kirurgiainstrumendid jne), mittesüstitavad ravimid, tabletid ja salvid. Ravimlahuste kiirgussteriliseerimisel tuleks arvestada nende kiirguse lagunemise võimalusega, mis toob kaasa koostise ja omaduste muutumise (vt Steriliseerimine, külm).
Radioaktiivsete isotoopide toksikoloogia on toksikoloogia haru, mis uurib inkorporeeritud radioaktiivsete ainete mõju elusorganismidele. Selle põhieesmärgid on: radionukliidide vastuvõetavate sisalduse ja inimkehasse sattumise tasemete kindlaksmääramine õhu, vee ja toiduga, samuti kiilude käigus organismi sattunud radioaktiivsete ainete kahjutuse aste, radiodiagnostilised uuringud; radionukliidide kahjustuse eripärade selgitamine sõltuvalt nende leviku iseloomust, energiast ja kiirguse liigist, poolestusajast, doosist, sisenemisteedest ja -rütmist ning tõhusate vahendite leidmine kahjustuste vältimiseks.
Kõige põhjalikumalt uuritakse tööstuses, teadustöös ja meditsiinis laialdaselt kasutatavate radionukliidide mõju inimkehale. teadusuuringud, aga ka need, mis tekkisid tuumakütuse lõhustumise tulemusena.
Radioaktiivsete isotoopide toksikoloogia on orgaaniliselt seotud radiobioloogia (vt), kiirgushügieeni (vt) ja meditsiiniradioloogiaga (vt).
Radioaktiivsed ained võivad inimkehasse tungida hingamisteede kaudu, kollane-kish. trakti, naha, haavapindade ja süstimise ajal - veresoonte, lihaskoe, liigesepindade kaudu. Radionukliidide jaotumise olemus organismis sõltub põhikemikaalidest. elemendi omadused, manustatava ühendi vorm, sisenemistee ja füsiool, keha seisund.
Üksikute radionukliidide jaotumises ja eliminatsiooniteedes on avastatud üsna olulisi erinevusi. Lahustuvad ühendid Ca, Sr, Ba, Ra, Y, Zr kogunevad selektiivselt luukoesse; La, Ce, Pr, Pu, Am, Cm, Cf, Np - maksas ja luukoes; K, Cs, Rb - lihaskoes; Nb, Ru, Te, Po jaotuvad suhteliselt ühtlaselt, kuigi kipuvad kogunema põrna, luuüdi, neerupealiste ja lümfisõlmede retikuloendoteliaalkoesse; I ja At - kilpnäärmes.
Mendelejevi perioodilise süsteemi teatud rühma kuuluvate elementide jaotusel on palju ühist. Esimese põhirühma elemendid (Li, Na, K, Rb, Cs) imenduvad soolestikust täielikult, jagunevad suhteliselt ühtlaselt läbi elundite ja erituvad peamiselt uriiniga. Teise põhirühma elemendid (Ca, Sr, Ba, Ra) imenduvad soolestikust hästi, ladestuvad selektiivselt luustikus ja erituvad veidi suuremas koguses koos väljaheitega. Kolmanda põhi- ja neljanda sekundaarse rühma elemendid, sealhulgas kerged lantaniidid, aktiniidid ja transuraanielemendid, soolestikust praktiliselt ei imendu, reeglina ladestuvad need valikuliselt maksa ja vähemal määral luustikus. erituvad peamiselt väljaheitega. Perioodilisuse tabeli viienda ja kuuenda põhirühma elemendid, välja arvatud Po, imenduvad soolestikust suhteliselt hästi ja erituvad esimese päeva jooksul peaaegu eranditult uriiniga, mistõttu neid leidub suhteliselt väikestes kogustes. organites.
Radionukliidide ladestumine kopsukoesse sissehingamisel sõltub sissehingatavate osakeste suurusest ja nende lahustuvusest. Mida suuremad on aerosoolid, seda suurem on nende osakaal, mis jääb ninaneelusse ja seda vähem tungib kopsudesse. Halvasti lahustuvad ühendid väljuvad kopsudest aeglaselt. Selliste radionukliidide kõrge kontsentratsioon on sageli leitud kopsujuurte lümfisõlmedes. Triitiumoksiid ning leelis- ja leelismuldmetallide lahustuvad ühendid imenduvad kopsudesse väga kiiresti. Pu, Am, Ce, Cm ja teised raskmetallid imenduvad aeglaselt kopsudesse.
Kiirgusohutusstandardid (RSS) reguleerivad radionukliidide omastamist ja sisaldust inimeste, kelle töö on seotud tööohuga ning üksikisikute, aga ka elanikkonna kui terviku kehas ning radionukliidide lubatud kontsentratsioone atmosfääriõhus. ja vesi ja toiduained. Need standardid põhinevad maksimaalsete lubatud kiirgusdooside (MAD) väärtustel, mis on kehtestatud neljale kriitiliste elundite ja kudede rühmale (vt Kriitiline organ, Maksimaalsed lubatud doosid).
Tööohtlikes tingimustes töötavate inimeste puhul on kogu keha, sugunäärmete ja punase luuüdi, lihaste ja rasvkoe, maksa, neerude, põrna, näärme maksimaalse kiiritamise lubatud väärtus 5 rem/aastas. traktid, kopsud, silmaläätsed - 15 rem/aastas, luukude, kilpnääre ja nahk -30 rem/aastas, käed, käsivarred, pahkluud ja jalad -75 rem/aastas.
Elanikkonna üksikisikute standardid on soovitatavad 10 korda madalamad kui töökeskkonnas töötavatele inimestele. Kogu populatsiooni kiiritamist reguleerib geneetiliselt oluline doos, mis ei tohiks ületada 5 rem 30 aasta jooksul. See annus ei sisalda mee põhjustatud võimalikke kiirgusdoose. protseduurid ja loomulik taustkiirgus.
Hingamissüsteemi kaudu lahustuvate ja mittelahustuvate ühendite aastase maksimaalse lubatud omastamise väärtus (μCi/aastas) personalile, radionukliidide aastase omastamise piir hingamisteede ja seedesüsteemi kaudu elanikkonna üksikisikutele, aasta keskmised lubatud kontsentratsioonid ( Radionukliidide AAC) atmosfääriõhus ja vees (curies/k) populatsioonist pärit isikutele, samuti radionukliidide sisaldus kriitilises elundis, mis vastab personali maksimaalsele lubatud sissevõtutasemele (μCi) on toodud standardites.
Kehasse sattuvate radionukliidide lubatud tasemete arvutamisel võetakse arvesse ka radionukliidide sageli ebaühtlast jaotumist üksikutes elundites ja kudedes. Radionukliidide ebaühtlane jaotus, mis põhjustab suurte lokaalsete dooside teket, on alfa-kiirguse tekitajate kõrge toksilisuse aluseks, mida soodustab suuresti taastumisprotsesside puudumine ja seda tüüpi kiirguse tekitatud kahjude peaaegu täielik summeerimine.
Nimetused: β- - beetakiirgus; β+ - positronikiirgus; n - neutron; p - prooton; d - deuteron; t - tritoon; α - alfa osake; E.Z. - lagunemine elektronide püüdmise teel; γ - gammakiirgus (reeglina on antud ainult γ spektri põhijooned); I.P. - isomeerne üleminek; U (n, f) - uraani lõhustumise reaktsioon. Määratud isotoop eraldatakse lõhustumisproduktide segust; 90 Sr-> 90 Y - tütarisotoobi (90 Y) tootmine lähteisotoobi (90 Sr) lagunemise tulemusena, sh isotoopide generaatori kasutamine.
Bibliograafia: Ivanov I. I. jt Radioaktiivsed isotoobid meditsiinis ja bioloogias, M., 1955; Kam e n M. Radioaktiivsed märgistusained bioloogias, tlk. inglise keelest, M., 1948, bibliogr.; Levin V.I. Radioaktiivsete isotoopide saamine, M., 1972; Kiirgusohutuse standardid (NRB-69), M., 1972; Valmistamine reaktoris ja lühiealiste isotoopide kasutamine, trans. koos in., toim. V. V. Bochkareva ja B. V. Kurchatova, M., 1965; Isotoopide tootmine, toim. V. V. Bochkareva, M., 1973; Selinov I. P. Aatomituumad ja tuumatransformatsioonid, 1. kd, M.-L., 1951, bibliogr.; Tumanyan M. A. ja K ja u-shansky D. A. Kiirgussteriliseerimine, M., 1974, bibliogr.; Fateeva M. N. Essees on radioisotoopide diagnostika, M., 1960, bibliogr.; Hevesi G. Radioaktiivsed märgistusained, tlk. inglise keelest, M., 1950, bibliogr.; Dünaamilised uuringud radioisotoopidega meditsiinis 1974, Proc, symp., v. 1-2, Viin, IAEA, 1975; L e d e g e g Ch. M., Hollander J. M. a. P e g 1 m a n I. Isotoopide tabelid, N. Y., 1967; Silver S. Radioaktiivsed isotoobid kliinilises meditsiinis, New Engl. J. Med., v. 272, lk. 569, 1965, bibliogr.
V. V. Bochkarev; Yu. I. Moskalev (praegune), tabeli koostaja. V. V. Bochkarev.
Radioaktiivsete elementide omadusi uurides avastati, et sama keemiline element võib sisaldada erineva tuumamassiga aatomeid. Samal ajal on neil sama tuumalaeng, see tähendab, et need ei ole võõrainete lisandid, vaid sama aine.
Mis on isotoobid ja miks need eksisteerivad?
Mendelejevi perioodilisustabelis hõivavad nii see element kui ka erineva tuumamassiga aine aatomid ühe raku. Ülaltoodu põhjal anti sama aine sellistele sortidele nimi "isotoobid" (kreeka keelest isos - identne ja topos - koht). Niisiis, isotoobid- need on antud keemilise elemendi sordid, mis erinevad aatomituumade massi poolest.
Aktsepteeritud tuuma neutron-prooton mudeli järgi oli võimalik isotoopide olemasolu seletada järgmiselt: mõne aine aatomi tuumad sisaldavad erineval arvul neutroneid, kuid sama palju prootoneid. Tegelikult on ühe elemendi isotoopide tuumalaeng sama, seetõttu on ka prootonite arv tuumas sama. Tuumade mass on erinev, vastavalt sellele sisaldavad nad erineva arvu neutroneid.
Stabiilsed ja ebastabiilsed isotoobid
Isotoobid võivad olla stabiilsed või ebastabiilsed. Praeguseks on teada umbes 270 stabiilset ja üle 2000 ebastabiilse isotoopi. Stabiilsed isotoobid- Need on keemiliste elementide sordid, mis võivad pikka aega iseseisvalt eksisteerida.
Enamik ebastabiilsed isotoobid saadi kunstlikult. Ebastabiilsed isotoobid on radioaktiivsed, nende tuumad alluvad radioaktiivsele lagunemisprotsessile, see tähendab spontaansele transformatsioonile teisteks tuumadeks, millega kaasneb osakeste ja/või kiirguse emissioon. Peaaegu kõigil radioaktiivsetel tehisisotoopidel on väga lühike poolestusaeg, mõõdetuna sekundites või isegi sekundi murdosades.
Mitu isotoopi võib tuum sisaldada?
Tuum ei saa sisaldada suvalist arvu neutroneid. Seetõttu on isotoopide arv piiratud. Prootonite paarisarv elementide puhul võib stabiilsete isotoopide arv ulatuda kümneni. Näiteks tinal on 10 isotoopi, ksenoonil 9, elavhõbedal 7 jne.
Need elemendid prootonite arv on paaritu, võib olla ainult kaks stabiilset isotoopi. Mõnel elemendil on ainult üks stabiilne isotoop. Need on ained nagu kuld, alumiinium, fosfor, naatrium, mangaan ja teised. Sellised erinevate elementide stabiilsete isotoopide arvu variatsioonid on seotud prootonite ja neutronite arvu kompleksse sõltuvusega tuuma sidumisenergiast.
Peaaegu kõik looduses esinevad ained eksisteerivad isotoopide seguna. Isotoopide arv aines oleneb aine tüübist, aatommassist ja antud keemilise elemendi stabiilsete isotoopide arvust.