Усі хімічні елементи мають ізотопи. ядерний поділ та ядерний синтез

Ізотопи, особливо радіоактивні, мають численні застосування. У табл. 1.13 наведено окремі приклади деяких промислових застосувань ізотопів. p align="justify"> Кожна методика, згадана в цій таблиці, використовується також і в інших галузях промисловості. Наприклад, методика визначення витоку речовини за допомогою радіоізотопів використовується: у виробництві напоїв-для визначення витоку з накопичувальних баків та трубопроводів; у будівництві інженерних споруд-для

Таблиця 1.13. Деякі застосування радіоізотопів

Стерилізований слабким джерелом радіоактивного випромінювання самець мухи цеце маркується для подальшого виявлення (Буркіна-Фасо). Ця процедура є частиною експерименту, що проводиться для вивчення мухи цеце та встановлення ефективних заходів контролю, що перешкоджають широкому поширенню трипаносомозу (сонної хвороби). Муха цеце є переносником цього захворювання і заражає їм людей, свійських тварин та дику худобу. Сонна хвороба надзвичайно поширена у деяких частинах Африки.

визначення витоку із підземних водоводів; в енергетичній промисловості – для визначення витоку з теплообмінників на електростанціях; у нафтовій промисловості-для визначення витоку з підземних нафтопроводів; у службі контролю стічних та каналізаційних вод-для визначення витоку з магістральних колекторів.

Ізотопи також широко використовуються у наукових дослідженнях. Зокрема, вони використовуються визначення механізмів хімічних реакцій. Як приклад вкажемо використання води, міченої стійким ізотопом кисню 18O, вивчення гідролізу складних ефірів, подібних етилацетату (див. також розд. 19.3). З використанням мас-спектрометрії для виявлення ізотопу 18O було встановлено, що при гідроліз атом кисню з молекули води переходить в оцтову кислоту, а не в етанол

Радіоізотопи широко використовуються в ролі мічених атомів у біологічних дослідженнях. Для того щоб простежувати метаболічні шляхи в живих системах, використовують радіоізотопи вуглець-14, тритій, фосфор-32 і сірка-35. Наприклад, засвоєння фосфору рослинами з обробленого добривами ґрунту можна простежити, користуючись добривами, які містять домішок фосфору-32.

Радіаційна терапія. Іонізуюче випромінювання здатне руйнувати живі тканини.Тканини злоякісних пухлин більш чутливі до опромінення, ніж здорові тканини. Це дозволяє лікувати ракові захворювання за допомогою променів, що випускаються з джерела, в якості якого використовується радіоактивний ізотоп кобальт-60. Випромінювання направляють на уражену пухлиною ділянку тіла хворого; сеанс лікування триває кілька хвилин та повторюється щодня протягом 2-6 тижнів. Під час сеансу всі інші частини тіла хворого повинні бути ретельно закриті непроникним для випромінювання матеріалом, щоб запобігти руйнуванню здорових тканин.

Визначення віку зразків за допомогою радіовуглецю. Невелика частина того діоксиду вуглецю, який знаходиться в атмосфері, містить радіоактивний ізотоп "бС. Рослини поглинають цей ізотоп у процесі фотосинтезу. Тому тканини всіх

* Метаболізм-це сукупність всіх хімічних реакцій, що протікають у клітинах живих організмів. В результаті метаболічних реакцій відбувається перетворення поживних речовин на корисну енергію або в складові клітин. Метаболічні реакції зазвичай протікають у кілька простих етапів стадій. Послідовність усіх стадій метаболічної реакції називається метаболічним шляхом (механізмом).

Радіоізотопи використовуються для спостереження за механізмами осадження наносів у гирлах річок, портах та доках.

Використання радіоізотопів для отримання фотографічного зображення камери згоряння реактивного двигуна в Центрі випробувань лондонського аеропорту Хітроу. (На плакатах написи: Радіація. Не підходити.) Радіоізотопи широко використовують у промисловості щодо неушкоджуючих випробувань.

Живі тканини мають постійний рівень радіоактивності, тому що його спадання через радіоактивний розпад компенсується постійним надходженням радіовуглецю з атмосфери. Однак, як тільки настає смерть рослини або тварини, припиняється надходження радіовуглецю до його тканини. Це призводить до поступового зниження рівня радіоактивності мертвих тканин.

Метод радіовуглецевого датування дозволив встановити, що зразки деревного вугілля із Стоунхенджа мають вік близько 4000 років.

Радіовуглецевий метод геохронології розробив 1946 р. У.Ф. Ліббі, який отримав за нього Нобелівську премію з хімії в 1960 р. Цей метод широко використовується нині археологами, антропологами та геологами для датування зразків, які мають вік аж до 35000 років. Точність цього методу приблизно 300 років. Найкращі результати виходять щодо віку вовни, насіння, черепашок і кісток. Для визначення віку зразка вимірюють активність р-випромінювання (число розпадів за хвилину) у розрахунку на 1 г вуглецю, що міститься в ньому. Це дозволяє встановити вік зразка за допомогою кривої радіоактивного розпаду для ізотопу 14С.

Який вік мають Земля та Місяць?

Багато гірських пород Землі і Місяці містять радіоізотопи з періодами напіврозпаду близько 10-9 -10-10 років. Вимірюючи і порівнюючи відносний вміст цих радіоізотопів з відносним вмістом продуктів їхнього розпаду у зразках таких гірських пор, можна встановити їх вік. Три найбільш важливі методи геохронології засновані на визначенні відносного вмісту ізотопів К (період напіврозпаду 1,4-109 років). "Rb (період напіврозпаду 6 1010 років) і 2I29U (період напіврозпаду 4,50-109 років).

Метод датування по калію та аргону. Такі мінерали, як слюда та деякі різновиди польового шпату, містять невелику кількість радіоізотопу калій-40. Він розпадається, зазнаючи електронного захоплення і перетворюючись на аргон-40:

Вік зразка визначається на основі обчислень, у яких використовуються дані про відносний вміст у зразку калію-40 порівняно з аргоном-40.

Метол датування по рубідії та стронцію. Деякі з найдавніших гірських порід Землі, наприклад граніти із західного узбережжя Гренландії, містять рубідій. Приблизно третина всіх атомів рубідії посідає частку радіоактивного рубідія-87. Цей радіоізотоп розпадається, перетворюючись на стійкий ізотоп стронцій-87. Обчислення, засновані на використанні даних щодо відносного вмісту у зразках ізотопів рубідії та стронцію, дозволяють встановлювати вік таких гірських порід.

Метод датування по урану та свинцю. Ізотопи урану розпадаються, перетворюючись на ізотопи свинцю. Вік таких мінералів, як апатити, що містять домішки урану, можна визначати, порівнюючи вміст у їх зразках певних ізотопів урану та свинцю.

Усі три описані методи використовувалися для датування земних гірських порід. Отримані в результаті дані вказують, що вік Землі дорівнює 46-109 років. Зазначені методи використовувалися також визначення віку місячних гірських порід, доставлених Землю з космічних експедицій. Вік цих порід становить від 3,2 до 4,2*109 років.

ядерний поділ та ядерний синтез

Ми вже згадували, що експериментальні значення ізотопних мас виявляються меншими від значень, обчислених як сума мас всіх елементарних частинок, що входять в ядро. Різниця між обчисленим та експериментальним значенням атомної маси називається дефект маси. Дефект маси відповідає енергії, необхідної для подолання сил відштовхування між частинками з однаковим зарядом в атомному ядрі та зв'язування їх у єдине ядро; тому вона називається енергія зв'язку. Енергію зв'язку можна обчислити через дефект маси за допомогою рівняння Ейнштейна

де E-енергія, m-маса і швидкість світла.

Енергію зв'язку прийнято виражати в мегаелектронвольтах (1 МеВ = 106 еВ) однією суб'ядерну частку (нуклон). Електронвольт-це енергія, яку набуває або втрачає частка з одиничним елементарним зарядом (рівним по абсолютній величині заряду електрона), що переміщується між точками з різницею електричного потенціалу в 1 В (1 МеВ = 9,6 * 10 10 Дж/моль).

Наприклад, енергія зв'язку, що припадає на один нуклон, в ядрі гелію приблизно дорівнює 7 МеВ, а в ядрі хлору-35 вона становить 85 МеВ.

Чим більша енергія зв'язку на один нуклон, тим більша стійкість ядра. На рис. 1.33 показано залежність енергії зв'язку від масового числа елементів. Слід звернути увагу на те, що найбільшу стійкість мають елементи з масовим числом, близьким до 60. До таких елементів відносяться 56Fe, 59Co, 59Ni і 64Cu. Елементи з нижчими масовими числами можуть, принаймні з теоретичної точки зору, підвищувати свою стійкість внаслідок збільшення їхнього масового числа. На практиці, однак, можна збільшувати масові числа тільки найбільш легких елементів, таких, як водень. (Гелій має аномально високу стійкість; енергія зв'язку нуклонів в ядрі гелію не укладається на криву, зображену на рис. 1.33.) Масове число таких елементів збільшується в процесі, званому ядерним синтезом (див. нижче).

Зміст статті

ІЗОТОПИ- Різновиди одного і того ж хімічного елемента, близькі за своїми фізико-хімічними властивостями, але мають різну атомну масу. Назва «ізотопи» була запропонована в 1912 англійським радіохіміком Фредеріком Содді, який утворив його з двох грецьких слів: isos – однаковий та topos – місце. Ізотопи займають те саме місце в клітині періодичної системи елементів Менделєєва.

Атом будь-якого хімічного елемента складається з позитивно зарядженого ядра і навколишнього хмари негативно заряджених електронів. Положення хімічного елемента у періодичній системі Менделєєва (його порядковий номер) визначається зарядом ядра його атомів. Ізотопами називаються тому різновиди того самого хімічного елемента, атоми яких мають однаковий заряд ядра (і, отже, практично однакові електронні оболонки), але відрізняються значеннями маси ядра. За образним висловом Ф.Содді, атоми ізотопів однакові «зовні», але різні «всередині».

У 1932 було відкрито нейтрон – частка, що не має заряду, з масою, близькою до маси ядра атома водню - протона , та створена протонно-нейтронна модель ядра. В результаті у науці встановилося остаточне сучасне визначення поняття ізотопів: ізотопи - це речовини, ядра атомів яких складаються з однакового числа протонів і відрізняються лише числом нейтронів в ядрі . Кожен ізотоп прийнято позначати набором символів , де X – символ хімічного елемента, Z – заряд ядра атома (кількість протонів), А – масове число ізотопу (загальна кількість нуклонів – протонів і нейтронів у ядрі, A = Z + N). Оскільки заряд ядра виявляється однозначно пов'язаним із символом хімічного елемента, часто для скорочення використовується просто позначення AX.

Зі всіх відомих нам ізотопів тільки ізотопи водню мають власні назви. Так, ізотопи 2 H і 3 H носять назви дейтерію та тритію і отримали позначення відповідно D і T (ізотоп 1 H називають іноді протиєм).

У природі зустрічаються як стабільні ізотопи , так і нестабільні - радіоактивні, ядра атомів яких схильні до мимовільного перетворення на інші ядра з випромінюванням різних частинок (або процесів так званого радіоактивного розпаду). Зараз відомо близько 270 стабільних ізотопів, причому стабільні ізотопи зустрічаються тільки у елементів з атомним номером Z 83. Число нестабільних ізотопів перевищує 2000, переважна більшість їх отримано штучним шляхом в результаті здійснення різних ядерних реакцій. Число радіоактивних ізотопів у багатьох елементів дуже велике і може перевищувати два десятки. Число стабільних ізотопів істотно менше, деякі хімічні елементи складаються лише з одного стабільного ізотопу (берилій, фтор, натрій, алюміній, фосфор, марганець, золото та ряд інших елементів). Найбільше стабільних ізотопів – 10 виявлено в олова, у заліза, наприклад, їх – 4, у ртуті – 7.

Відкриття ізотопів, довідка.

У 1808 р. англійський вчений натураліст Джон Дальтон вперше ввів визначення хімічного елемента як речовини, що складається з атомів одного виду. У 1869 хіміком Д.І.Менделєєвим було відкрито періодичний закон хімічних елементів. Одна з труднощів в обґрунтуванні поняття елемента як речовини, що займає певне місце в клітині періодичної системи, полягала в нецілочисельності атомних ваг елементів. У 1866 англійський фізик і хімік - сер Вільям Крукс висунув гіпотезу, що кожен природний хімічний елемент є деякою сумішшю речовин, однакових за своїми властивостями, але мають різні атомні маси, проте в той час таке припущення не мало ще експериментального підтвердження і тому пройшло мало поміченим.

Важливим кроком на шляху до відкриття ізотопів стало виявлення явища радіоактивності і сформульована Ернстом Резерфордом і Фредеріком Содді гіпотеза радіоактивного розпаду: радіоактивність є не що інше, як розпад атома на заряджену частинку та атом іншого елемента, що за своїми хімічними властивостями відрізняється від вихідного. В результаті виникло уявлення про радіоактивні ряди або радіоактивні сімейства , на початку яких є перший материнський елемент, що є радіоактивним, і в кінці останній стабільний елемент. Аналіз ланцюжків перетворень показав, що в їх ході в одній клітинці періодичної системи можуть виявлятися ті самі радіоактивні елементи, що відрізняються лише атомними масами. Фактично це означало введення поняття ізотопів.

Незалежне підтвердження існування стабільних ізотопів хімічних елементів було отримано в експериментах Дж. Дж. Томсона і Астона в 1912-1920 з пучками позитивно заряджених частинок (або так званих каналових променів ) , що виходять із розрядної трубки.

У 1919 році Астон сконструював прилад, названий мас-спектрографом. (або мас-спектрометром) . Як джерело іонів, як і раніше, використовувалася розрядна трубка, проте Астон знайшов спосіб, при якому послідовне відхилення пучка частинок в електричному і магнітному полях призводило до фокусування частинок з однаковим значенням відношення заряду до маси (незалежно від їх швидкості) в одній і тій же точці на екрані. Поряд з Астоном мас-спектрометр дещо іншої конструкції в ті ж роки був створений американцем Демпстером. В результаті подальшого використання та вдосконалення мас-спектрометрів зусиллями багатьох дослідників до 1935 року було складено майже повну таблицю ізотопних складів усіх відомих на той час хімічних елементів.

Методи поділу ізотопів.

Для вивчення властивостей ізотопів і особливо їх застосування в наукових і прикладних цілях потрібне їх отримання більш-менш помітних кількостях. У звичайних мас-спектрометрах досягається практично повний поділ ізотопів, проте їх кількість мізерно мала. Тому зусилля вчених та інженерів були спрямовані на пошуки інших можливих методів розподілу ізотопів. У першу чергу були освоєні фізико-хімічні методи поділу, засновані на відмінностях у таких властивостях ізотопів одного всього елемента, як швидкості випаровування, константи рівноваги, швидкості хімічних реакцій і т.п. Найбільш ефективними серед них виявилися методи ректифікації та ізотопного обміну, які знайшли широке застосування у промисловому виробництві ізотопів легких елементів: водню, літію, бору, вуглецю, кисню та азоту.

Іншу групу методів утворюють так звані молекулярно-кінетичні методи: газова дифузія, термодифузія, мас-дифузія (дифузія в потоці пари), центрифугування. Методи газової дифузії, засновані на різній швидкості дифузії ізотопних компонентів високодисперсних пористих середовищах, були використані в роки Другої світової війни при організації промислового виробництва поділу ізотопів урану в США в рамках так званого Манхеттенського проекту зі створення атомної бомби. Для отримання необхідних кількостей урану, збагаченого до 90% легким ізотопом 235 U – головною «горючою» складовою атомної бомби, було збудовано заводи, що займали площі близько чотирьох тисяч гектарів. На створення атомного центру із заводами для отримання збагаченого урану було асигновано понад 2-х млрд. дол. Після війни в СРСР були розроблені та побудовані заводи з виробництва збагаченого урану для військових цілей, також засновані на дифузійному методі поділу. В останні роки цей метод поступився місцем більш ефективному і менш витратному методу центрифугування. У цьому методі ефект поділу ізотопної суміші досягається за рахунок різної дії відцентрових сил на компоненти ізотопної суміші, що заповнює ротор центрифуги, який є тонкостінним і обмеженим зверху і знизу циліндр, що обертається з дуже високою швидкістю у вакуумній камері. Сотні тисяч з'єднаних у каскади центрифуг, ротор кожної з яких здійснює понад тисячу обертів на секунду, використовуються в даний час на сучасних розділових виробництвах як в Росії, так і в інших розвинутих країнах світу. Центрифуги використовуються не тільки для отримання збагаченого урану, необхідного для забезпечення роботи ядерних реакторів атомних електростанцій, а й для виробництва ізотопів приблизно 30 хімічних елементів середньої частини періодичної системи. Для поділу різних ізотопів використовуються також установки електромагнітного поділу з потужними джерелами іонів, в останні роки набули поширення також лазерні методи поділу.

Застосування ізотопів.

Різноманітні ізотопи хімічних елементів знаходять широке застосування у наукових дослідженнях, у різних галузях промисловості та сільського господарства, в ядерній енергетиці, сучасній біології та медицині, у дослідженнях навколишнього середовища та інших галузях. У наукових дослідженнях (наприклад, у хімічному аналізі) потрібні, зазвичай, невеликі кількості рідкісних ізотопів різних елементів, обчислювані грамами і навіть міліграмами на рік. Разом з тим, для низки ізотопів, які широко використовуються в ядерній енергетиці, медицині та інших галузях, потреба в їх виробництві може становити багато кілограмів і навіть тонн. Так, у зв'язку з використанням важкої води D 2 O в ядерних реакторах її загальносвітове виробництво на початок 1990-х минулого століття становило близько 5000 т на рік. Ізотоп водню, що входить до складу важкої води, дейтерій, концентрація якого в природній суміші водню становить всього 0,015%, поряд з тритієм стане в майбутньому, на думку вчених, основним компонентом палива енергетичних термоядерних реакторів, що працюють на основі реакцій ядерного синтезу. У цьому випадку потреба у виробництві ізотопів водню виявиться величезною.

У наукових дослідженнях стабільні та радіоактивні ізотопи широко застосовуються як ізотопні індикатори (мітки) при вивченні різних процесів, що відбуваються в природі.

У сільському господарстві ізотопи («мічені» атоми) застосовуються, наприклад, вивчення процесів фотосинтезу, засвоюваності добрив й у визначення ефективності використання рослинами азоту, фосфору, калію, мікроелементів та інших. речовин.

Ізотопні технології знаходять широке застосування у медицині. Так, у США, згідно зі статистичними даними, проводиться понад 36 тис. медичних процедур на день і близько 100 млн. лабораторних тестів з використанням ізотопів. Найбільш поширені процедури, пов'язані з комп'ютерною томографією. Ізотоп вуглецю C 13 збагачений до 99% (природний вміст близько 1%), активно використовується в так званому «діагностичному контролі дихання». Суть тесту дуже проста. Збагачений ізотоп вводиться в їжу пацієнта і після участі в процесі обміну речовин в різних органах тіла виділяється у вигляді вуглекислого газу, що видихається пацієнтом, СО 2 , який збирається і аналізується за допомогою спектрометра. Відмінність у швидкостях процесів, пов'язаних з виділенням різних кількостей вуглекислого газу, помічених ізотопом С 13 дозволяють судити про стан різних органів пацієнта. У США кількість пацієнтів, які проходитимуть цей тест, оцінюється у 5 млн. осіб на рік. Зараз для виробництва високозбагаченого ізотопу С13 у промислових масштабах використовуються лазерні методи поділу.

Володимир Жданов

/ На передньому краї науки та техніки

Що таке ізотопи

При вивченні властивостей радіоактивних елементів було виявлено, що в того самого хімічного елемента можна зустріти атоми з різною масою ядра. Заряд ядра при цьому вони мають однаковий, тобто це не домішки сторонніх речовин, а те саме речовина. У Періодичній системі Менделєєва і даний елемент, і атоми речовини з масою ядра, що відрізняється, займають одну клітину. Таким різновидам однієї й тієї ж речовини було названо «ізотопи» (від грецького isos - однаковий і topos – місце). Отже, ізотопи – це різновиди однієї й тієї ж хімічного елемента, різняться за масою атомних ядер.

Як відомо, ядра атомів складаються з протонів та нейтронів. Ядра деяких атомів речовини містять різну кількість нейтронів, однак однакову кількість протонів. Насправді заряд ядра ізотопів одного елемента однаковий, отже, кількість протонів в ядрі однакова. Ядра різняться по масі, відповідно вони містять різну кількість нейтронів.

Ізотопи бувають стабільними та нестабільними. На сьогоднішній день відомо близько 270 стабільних ізотопів та понад 2000 нестабільних. Стабільні ізотопи – це різновиди хімічних елементів, які можуть самостійно існувати тривалий час.

Більшість нестабільних ізотопів було отримано штучним шляхом. Нестабільні ізотопи радіоактивні, їх ядра схильні до процесу радіоактивного розпаду, тобто мимовільному перетворенню на інші ядра, що супроводжується випромінюванням частинок та/або випромінювань. Майже всі радіоактивні штучні ізотопи мають дуже короткі періоди напіврозпаду, що вимірюються секундами і навіть частками секунд. Ядро неспроможна містити довільну кількість нейтронів. Відповідно кількість ізотопів обмежена. У парних за кількістю протонів елементів кількість стабільних ізотопів може досягати десяти. Наприклад, олово має 10 ізотопів, ксенон – 9, ртуть – 7 тощо.

Ті елементи, кількість протонів яких непарна, можуть мати лише по два стабільні ізотопи. У ряду елементів є лише один стабільний ізотоп. Це такі речовини, як золото, алюміній, фосфор, натрій, марганець та інші. Такі варіації за кількістю стабільних ізотопів у різних елементів пов'язані зі складною залежністю числа протонів та нейтронів від енергії зв'язку ядра.

Практично всі речовини у природі існують у вигляді суміші ізотопів. Кількість ізотопів у складі речовини залежить від виду речовини, атомної маси та кількості стабільних ізотопів даного хімічного елемента.

Де застосовують ізотопи

Різноманітні ізотопи хімічних елементів знаходять широке застосування у наукових дослідженнях, у різних галузях промисловості та сільського господарства, в ядерній енергетиці, сучасній біології та медицині, у дослідженнях навколишнього середовища та інших галузях. Стабільні ізотопи знайшли найбільше застосування в хімії (для вивчення механізму хімічних реакцій, процесів горіння, каталізу, синтезу хімічних сполук, у спектрометрії), у біології, фізіології, біохімії та агрохімії (для вивчення процесів обміну речовин у живих організмах, перетворення білків, жирних амінокислот, процесів фотосинтезу в рослинах, рух води від кореня по стеблі до листя і плодів). Вони також використовуються в ядерно-фізичній апаратурі для виготовлення лічильників нейтронів, що дозволяє збільшити ефективність рахунку більш ніж у 5 разів, в ядерній енергетиці як сповільнювачі та поглиначі нейтронів. Перераховане, однак, далеко не вичерпує всі існуючі та можливі галузі використання ізотопів. Більше того, сфера їх використання як ефективних помічників у вирішенні цілої низки наукових та прикладних проблем розширюється з кожним роком.

У наукових дослідженнях (наприклад, у хімічному аналізі) потрібні, зазвичай, невеликі кількості рідкісних ізотопів різних елементів, обчислювані грамами і навіть міліграмами на рік. Разом з тим для низки ізотопів, які широко використовуються в ядерній енергетиці, медицині та інших галузях, потреба в їх виробництві може становити багато кілограмів і навіть тонн.

У біології ізотопи застосовують на вирішення як фундаментальних, і прикладних біологічних проблем, вивчення яких іншими методами утруднено чи неможливо. Істотна для біології перевага методу мічених атомів у тому, що використання ізотопів не порушує цілісності організму та її основних життєвих відправлень. Із застосуванням ізотопів пов'язані багато великих досягнень сучасної біології, що визначили розквіт біологічних наук у другій половині XX століття. За допомогою стабільних і радіоактивних ізотопів водню, вуглецю, азоту, кисню, фосфору, сірки, заліза, йоду були з'ясовані та детально вивчені складні та взаємопов'язані процеси біосинтезу та розпаду білків, нуклеїнових кислот, вуглеводів, жирів та інших біологічно активних механізми їх перетворень у живій клітці. Використання ізотопів призвело до перегляду колишніх поглядів на природу фотосинтезу. За допомогою ізотопів виконано величезну кількість досліджень у найрізноманітніших напрямках біології та біохімії. Один із напрямів включає роботи з вивчення динаміки та шляхів переміщення популяцій у біосфері та окремих особин усередині даної популяції, міграції мікробів, а також окремих сполук усередині організму. Вводячи в організми з їжею або шляхом ін'єкцій мітку, вдалося вивчити швидкість та шляхи міграції багатьох комах (москітів, мух, сарани), птахів, гризунів та інших дрібних тварин та отримати дані про чисельність їх популяцій. У галузі фізіології та біохімії рослин за допомогою ізотопів вирішено низку теоретичних та прикладних проблем: з'ясовано шляхи надходження мінеральних речовин, рідин та газів у рослинах, а також роль різних хімічних елементів, у тому числі мікроелементів, у житті рослин. Показано, зокрема, що вуглець надходить у рослини не тільки через листя, а й через кореневу систему, встановлені шляхи та швидкості пересування ряду речовин із кореневої системи в стебло та листя та з цих органів до коріння. У галузі фізіології та біохімії тварин і людини вивчено швидкості надходження різних речовин у їх тканини (у тому числі швидкість включення заліза в гемоглобін, фосфору в нервові та м'язові тканини, кальцію в кістки). p align="justify"> Важлива група робіт охоплює дослідження механізмів хімічних реакцій в організмі. Так, у багатьох випадках вдалося встановити зв'язок між вихідними і новоутвореними молекулами, простежити за «долею» окремих атомів та хімічних груп у процесах обміну речовин, а також з'ясувати послідовність та швидкість цих перетворень. Отримані дані відіграли вирішальну роль при побудові сучасних схем біосинтезу та метаболізму (метаболічних карт), шляхів перетворення їжі, лікарських препаратів та отрут у живих організмах.

У медицині з допомогою ізотопів було розкрито механізми розвитку (патогенез) низки захворювань; їх застосовують також вивчення обміну речовин і діагностики багатьох захворювань. Ізотопи вводять в організм у дуже малих кількостях, не здатних викликати будь-які патологічні зрушення. Різні елементи нерівномірно розподіляються у організмі. Аналогічно їм розподіляються та ізотопи. Випромінювання, що виникає при розпаді ізотопу, реєструють спеціальними приладами. Так, можна визначити стан великого та малого кола кровообігу, серцевого кровообігу, швидкості кровотоку, отримати зображення порожнин серця.

Для чого потрібний дихальний тест

Повітря, що видихається людиною, містить стільки інформації, що, навчившись аналізувати її, можна скласти повне уявлення про стан організму. Можна поставити діагноз в залежності від складу повітря, що видихається. На цьому заснований новий метод дослідження системи травлення людини, при якому застосовуються так звані дихальні тести. Його найочевидніший плюс – немає небезпеки заразитися гепатитом чи СНІДом. А традиційні трубки для огляду шлунка, взяття шлункового соку за поганої дезінфекції можуть стати причиною цих та інших вірусних інфекцій. Метод цей точний - приблизно 90% достовірності.

«Не нашкодь» - основний принцип медицини з давніх-давен. Дихальні діагностичні тести захворювань повністю йому задовольняють на відміну зондування і біопсії. А використання тест-препаратів зі стабільним ізотопом вуглецю 13С (так позначають ізотоп з атомною вагою, тобто загальною кількістю нейтронів і протонів в ядрі 13) виключає і можливість радіоактивного опромінення (не тільки пацієнтів, а й персоналу). Випив розчин 13С-препарату і за вмістом 13СО 2 (вуглекислого газу) у повітрі, що видихається визначив стан того чи іншого органу - просто, точно і безпечно. Але ще ширші можливості відкривають новітні 13С-магніторезонансні методи, які дозволяють отримувати високоякісні знімки пухлин, судин... і навіть контролювати метаболічні процеси, а значить, і наше здоров'я без використання рентгенівських, радіоізотопних та інших дорогих, складних та небезпечних методів діагностики.

Стабільно-ізотопна діагностика – це не боляче!

Ви заходите до кабінету гастроентеролога. Вам дають випити розчин препарату, розчинений в апельсиновому соку, і за 20 хвилин просять видихнути в пробірку. Видихнули! А все інше зробить лікар. Він приєднає цю пробірку до спеціального приладу та повідомить результат: найнебезпечніша бактерія H. pylori у вас відсутня.

А що за препарат у соку розчиняли? Та звичайнісіньку сечовину. Але замість поширеного вуглецю 12С її молекула містить ізотоп 13С, якого в природі небагато - трохи більше 1%, але він є скрізь, і в тілі людини його близько двохсот грамів. Це так званий стабільний ізотоп вуглецю, який не розпадається, нічого не випромінює та відрізняється від «звичайного» атома 12С тільки тим, що він трохи важчий – на один нейтрон.

Цінність ізотопу 13С в тому, що він не змінює хімічні властивості речовин, завдяки чому ми можемо приймати 13С-препарати без шкоди для здоров'я. Цей ізотоп легко побачити за допомогою сучасних приладів, на чому і заснована стабільно-ізотопна діагностика: якщо шкідлива H. pylori все ж таки потрапила у ваш організм, її фермент (уреаза) швидко розкладає сечовину, утворюється вуглекислий газ кров'ю переноситься в легені і видаляється з видихається повітрям. Випивши розчин 13С-сечовини, ви видихніть 13СО 2 , що побачить лікар на екрані приладу.

І не треба ковтати моторошні слизькі металеві шланги-зонди. До того ж ці способи мають високої точністю (до 100%) і специфічністю (поставлений діагноз буде однозначний). Саме завдяки цим перевагам можна отримати масу інформації, наприклад: як працює шлунок (перистальтика), підшлункова залоза (чи добре засвоюються жири), чи здорова печінка (цирози, гепатити) тощо.

Для того щоб застосовувати активні ізотопи в медицині, потрібне налагоджене виробництво речовин, що їх містять, тобто мічених. Такого виробництва у Росії немає.

За кордоном стабільно-ізотопні медичні тест-препарати випускаються вже понад 15 років і виробництво їх продовжує зростати. Іноземними фірмами освоєно випуск кількох сотень діагностичних субстанцій та низки готових лікарських форм. Діагностичні прилади випускаються різними фірмами та використовуються для рутинних аналізів, завдяки чому в розвинених країнах метод СІД (стабільно-ізотопної діагностики) увійшов до повсякденної практики лікарів. Однак лише небагато країн (в основному США) мають власне виробництво стабільно-ізотопних сполук; решта змушені купувати їх на зовнішньому ринку.

У той же час перелік захворювань, що виявляються за допомогою тест-препаратів на основі стабільних ізотопів, швидко зростає та включає хвороби органів травлення, печінки, підшлункової залози. Метод застосовують виявлення ряду онкологічних захворювань, захворювань крові, центральної нервової системи (ЦНС), соціальній та ендокринології (діабет). Загалом, медична діагностика за допомогою стабільних ізотопів швидко розвивається та має великі перспективи.

Найбільш потрібні органічні сполуки, мічені легкими стабільними ізотопами 13С.

У Росії її існують об'єктивні умови швидкого розвитку цього напряму. Держкорпорація «Росатом» випускає ізотопну сировину найвищої якості – двоокис вуглецю (113CO2), придатну для виробництва медичних тест-препаратів, освоєно виробництво окису вуглецю (13CO).

У 2007 році з ініціативи авторів проекту на базі науково-технічної програми уряду Москви (Департамент науки) «Розробка та практичне освоєння в охороні здоров'я нових методів та засобів профілактики, діагностики та лікування онкологічних, інфекційних та інших небезпечних захворювань» розпочато виконання цієї програми НДДКР. Діяльність брали участь провідні медичні наукові центри: ДНЦ РФ – ИМБП РАН, НДІ швидкої допомоги їм. Н.В. Скліфосовського, РОНЦ ім. Н.М. Блохіна РАМН та низку інших наукових організацій.

В даний час вперше в нашій країні розроблено способи отримання 14 різних 13С-препаратів медичного призначення. Відповідно до наказу Мінздоровсоцрозвитку РФ від 25.08.2005 р. № 539 розпочато підготовку виробництва першого в Росії препарату СІД «Гелікотест» на основі високозбагаченого (99%) 13С-карбаміду для діагностики Helicobacterpylori методом дихального тесту. Розроблено оригінальний та недорогий вітчизняний прилад для масової 13С-діагностики методом дихальних тестів (виготовлені діючі зразки приладу для медичної реєстрації). Проведено успішну медичну апробацію дихальних тестів з використанням ряду 13С-препаратів.

У результаті виконання робіт учасниками проекту отримані патенти РФ. Зростає інтерес до цієї проблеми у вітчизняній медицині.

Однак російські медичні організації без вітчизняних препаратів СІД змушені закуповувати їх за імпортом. Водночас почалося проникнення на внутрішній ринок зарубіжних компаній, які постачали дорогі імпортні 13С-препарати.

Ринкові ціни мічених сполук становлять від 100 до 1000 доларів (і більше) за 1 грам речовини; потреба становить понад 1000 кілограмів на рік і постійно зростає. Тільки Москві для одноразової диспансеризації населення потрібні сотні кілограмів 13С-карбаміду, а номенклатура необхідних препаратів СІД перевищує 20 найменувань. З урахуванням значного зростання потреби медицини та інших областей у стабільно-ізотопних тест-препаратах виробництво цієї продукції має зростати прискореними темпами.

Підсумкові перспективи проекту СІД

Проектом передбачено вирішення трьох основних завдань:

1) розробка нових способів отримання 13С-продуктів та значне розширення їх номенклатури з метою широкого впровадження методів стабільно-ізотопної діагностики у практику російської охорони здоров'я;

2) створення нової наукомісткої вітчизняної продукції - високозбагачених (99%) 13С-препаратів - для реалізації на зовнішньому ринку;

3) освоєння та розвиток нових областей використання стабільно-ізотопних продуктів – у криміналістиці, судово-медичній експертизі, космічній медицині, антидопінговому контролі, екології, геології, геофізиці, вивченні біосинтезу та інших наукових дослідженнях, виробництві стандартних зразків.

Перше завдання передбачає розробку методів синтезу та створення наукових засад виробництва стабільно-ізотопних препаратів медичного призначення, сприяння у розробці та виробництві діагностичних приладів та обладнання, широкому освоєнні методів СІД у різних галузях вітчизняної медицини.

Друге завдання націлене на виробництво та продаж великої номенклатури вітчизняних стабільно-ізотопних продуктів на світовому ринку. Відмінна риса продукції – її економічна ефективність (малі кількості та високі ціни).

Вирішення третього завдання забезпечить випуск та використання тест-препаратів спеціального призначення незалежно від ринкової кон'юнктури (тобто від імпорту), а також прискорений розвиток низки галузей економіки.

У ході роботи планується розробка нових способів синтезу 13С-продуктів для діагностичних препаратів для дихальних тестів.

В результаті роботи очікуються наступні результати:

– розширення номенклатури вітчизняних 13С-продуктів, що належать до різних класів сполук, до 40–50 найменувань, включаючи моно- та полікарбонові органічні (у тому числі ароматичні) кислоти та їх похідні, амінокислоти, вуглеводи, сечовини, циклічні карбонати та інші;

– наукові засади технологій ефективного виробництва 13С-продуктів;

– встановлення синтезу 13С-продуктів у кількостях, необхідних для проведення медичних та інших випробувань з метою створення вітчизняної стабільно-ізотопної діагностики (включаючи розробку та медичну реєстрацію 13С-препаратів та приладів для дихальних тестів);

- Зразки 13С-продуктів медичного та іншого призначення.

Отримані результати дозволять приступити до організації серійного виробництва 13С-препаратів для дихальних тестів, а також 13С-продуктів іншого призначення, у тому числі для їх поставок на експорт, провести клінічну апробацію та впровадження методів 13С-діагностики захворювань за допомогою 13С-комп'ютерної томографії дослідження у суміжних (немедичних) областях використання 13С-тест-препаратів та продуктів.

Розвиток цього напряму значно розширить можливості російської охорони здоров'я, зменшить його залежність від імпорту, підвищить експортопридатність вітчизняної наукомісткої продукції, сприятиме збільшенню її частки світовому ринку.

Вчені РН-ЦИР ведуть успішні дослідження у цьому напрямі та очікують хороших результатів.

Оцінити:

Ще давні філософи висловлювали припущення, що матерія будується з атомів. Однак про те, що самі цеглинки світобудови складаються з найдрібніших частинок, вчені почали здогадуватися лише на стику XIX і XX століть. Досліди, що доводять це, зробили в науці свого часу справжню революцію. Саме кількісне співвідношення складових частин відрізняє один хімічний елемент іншого. Кожному з них відведено своє місце згідно з порядковим номером. Але існують різновиди атомів, які у таблиці одні й самі клітини, попри відмінність у масі і властивостях. Чому так і про те, що таке ізотопи в хімії, буде розказано далі.

Атом та його частинки

Досліджуючи структуру матерії у вигляді бомбардування альфа-частинками, Еге. Резерфорд довів 1910 року, що основний простір атома заповнено порожнечею. І лише у центрі знаходиться ядро. Навколо нього орбіталями рухаються негативні електрони, складаючи оболонку цієї системи. Так було створено планетарну модель «цеглинок» матерії.

Що таке ізотопи? Згадайте з курсу хімії, що ядро ​​теж має складну будову. Воно складається з позитивних протонів і нейтронів, що не мають заряду. Кількість перших визначає якісні характеристики хімічного елемента. Саме кількість протонів відрізняє речовини одна від одної, наділяючи їх ядра певним зарядом. І за цією ознакою їм надається порядковий номер у таблиці Менделєєва. Але кількість нейтронів в одного й того ж хімічного елемента диференціює їх на ізотопи. Визначення в хімії даного поняття можна дати таке. Це різновиди атомів, що відрізняються за складом ядра, що мають однаковий заряд і порядковий номер, але мають різні масові числа, зважаючи на відмінності в кількості нейтронів.

Позначення

Вивчаючи хімію в 9 класі та ізотопи, школярі дізнаються про прийняті умовні позначення. Літерою Z відзначається заряд ядра. Ця цифра збігається з кількістю протонів і тому їх показником. Сума цих елементів з нейтронами, що відзначаються значком N, становить А масове число. Сімейство ізотопів однієї речовини, як правило, позначається значком того хімічного елемента, яких у таблиці Менделєєва наділяється порядковим номером, що збігається з числом протонів у ньому. Лівий верхній індекс, що додається до вказаного значка, відповідає масовому числу. Наприклад, 238 U. Заряд елемента (у разі урану, зазначеного порядковим номером 92) позначається схожим індексом знизу.

Знаючи ці дані, легко можна підрахувати кількість нейтронів у даного ізотопу. Воно дорівнює масовому числу за вирахуванням порядкового номера: 238 - 92 = 146. Кількість нейтронів могла б бути меншою, від цього даний хімічний елемент не перестав залишатися ураном. Слід зазначити, що найчастіше в інших, більш простих речовин кількість протонів і нейтронів приблизно збігається. Подібні відомості допомагають зрозуміти, що таке ізотоп у хімії.

Нуклони

Індивідуальністю певний елемент наділяє саме число протонів, а кількість нейтронів на неї аж ніяк не впливає. Але атомна маса складається з двох зазначених елементів, мають загальне найменування «нуклони», являючи собою їх суму. Однак цей показник не залежить від формують негативно заряджену оболонку атома. Чому? Варто лише порівняти.

Частка маси протона атомі велика і становить приблизно 1 а. е. м. або 1,672621898 (21) · 10 -27 кг. Нейтрон близький до показників цієї частки (1,674927471 (21) · 10 -27 кг). А ось маса електрона в тисячі разів менша, вважається нікчемною і не враховується. Ось чому, знаючи верхній індекс елемента хімії, склад ядра ізотопів дізнатися нескладно.

Ізотопи водню

Ізотопи деяких елементів настільки відомі та поширені у природі, що отримали власні найменування. Яскравим і найпростішим прикладом може служити водень. У природних умовах він міститься у своєму найпоширенішому різновиді протию. Цей елемент має масове число 1, а його ядро ​​складається з одного протона.

То що таке ізотопи водню у хімії? Як відомо, атоми цієї речовини мають перший номер у таблиці Менделєєва і наділені в природі зарядовим числом 1. Але кількість нейтронів в ядрі атома у них різна. Дейтерій, будучи важким воднем, крім протона, має у складі ядра ще одну частинку, тобто нейтрон. В результаті ця речовина виявляє власні фізичні властивості, на відміну від протию, маючи власну вагу, температуру плавлення та кипіння.

Тритій

Найскладніше влаштований тритій. Це надважкий водень. Відповідно до визначення ізотопів в хімії, він має зарядове число 1, але масове число 3. Його часто називають тритоном, тому що крім одного протона, він має у складі ядра два нейтрони, тобто складається з трьох елементів. Найменування цього елемента, відкритого в 1934 Резерфордом, Оліфантом і Хартеком, було запропоновано ще до його виявлення.

Це нестійка речовина, яка виявляє радіоактивні властивості. Ядро його має здатність розщеплюватися з виділення бета-частинки та електронного антинейтрино. Енергія розпаду цієї речовини не дуже велика і становить 18,59 кеВ. Тому подібна радіація не є для людини надто небезпечною. Від неї здатна захистити звичайний одяг та хірургічні рукавички. А радіоактивний елемент, що отримується з їжею, швидко виводиться з організму.

Ізотопи урану

Набагато небезпечнішими виявляються різні типи урану, яких на сьогоднішній день науці відомо 26. Тому, розповідаючи про те, що таке ізотопи в хімії, неможливо не згадати про цей елемент. Незважаючи на різноманітність видів урану, у природі його ізотопів зустрічається лише три. До них відносяться 234 U, 235 U, 238 U. Перший з них, маючи відповідні властивості, активно застосовується як паливо в ядерних реакторах. А останній - для виробництва плутонію-239, який сам, у свою чергу, є незамінним як найцінніше паливо.

Кожен із радіоактивних елементів характеризується власним Це відрізок часу, протягом якого речовина розщеплюється щодо ½. Тобто в результаті цього процесу кількість частини речовини, що збереглася, вдвічі зменшується. Цей час для урану величезний. Наприклад, для ізотопу-234 він обчислюється в 270 тисячоліть, а для двох інших зазначених різновидів він набагато значніший. Рекордний період напіврозпаду - у урану-238, що триває мільярди років.

Нукліди

Не кожен з видів атома, що характеризуються власним і строго певним числом протонів і електронів, настільки стабільний, щоб існувати хоч трохи тривалий період, достатній для його вивчення. Ті з них, які мають відносну стійкість, називаються нуклідами. Стабільні утворення такого роду радіоактивного розпаду не зазнають. Нестабільні називаються радіонуклідами і теж, у свою чергу, поділяються на короткожителі та довгожителі. Як відомо з уроків хімії 11 класу про будову атомів ізотопів, найбільше радіонуклідів мають осмій і платина. По одному стабільному мають кобальт і золото, а найбільше стійких нуклідів у олова.

Обчислення порядкового номера ізотопу

Тепер намагатимемося узагальнити відомості, описані раніше. Зрозумівши, що таке ізотопи в хімії, настав час з'ясувати, як можна використати отримані знання. Розглянемо це конкретному прикладі. Припустимо, відомо, що деякий хімічний елемент має масове число 181. При цьому оболонка атома даної речовини містить у собі 73 електрони. Як можна, скориставшись таблицею Менделєєва, дізнатися назву даного елемента, і навіть кількість протонів і нейтронів у його ядра?

Приступимо до розв'язання задачі. Визначити назву речовини можна, знаючи її порядковий номер, який відповідає кількості протонів. Оскільки число позитивних і негативних зарядів в атомі рівні, воно становить 73. Значить, це тантал. При цьому загальна кількість нуклонів у сумі становить 181, а значить, протонів у даного елемента 181 - 73 = 108. Досить просто.

Ізотопи галію

Елемент галій має порядковий номер 71. У природі у цієї речовини є два ізотопи - 69 Ga і 71 Ga. Як визначити відсоткове співвідношення різновидів галію?

Вирішення завдань на ізотопи з хімії майже завжди пов'язане з інформацією, яку можна отримати з таблиці Менделєєва. На цей раз слід вчинити аналогічним чином. Визначимо із зазначеного джерела середню атомну масу. Вона дорівнює 69,72. Позначивши за x і y кількісне співвідношення першого і другого ізотопу, приймемо суму їх рівної 1. Отже, як рівняння це запишеться: x + y = 1. Звідси випливає, що 69x + 71y = 69,72. Виразивши y через x і підставивши перше рівняння друге, отримуємо, що x = 0,64, а y = 0,36. Це означає, що 69 Ga міститься у природі 64 %, а відсоткове співвідношення 71 Ga становить 34 %.

Перетворення ізотопів

Радіоактивне розщеплення ізотопів з трансформацією їх в інші елементи поділяється на три основні типи. Першим є альфа-распад. Він відбувається з випромінюванням частинки, що є ядро ​​атома гелію. Тобто це освіта, що складаються з сукупності пар нейтронів та протонів. Оскільки кількість останніх визначає зарядове число та номер атома речовини в періодичній системі, то в результаті цього процесу відбувається якісне перетворення одного елемента на інший, а в таблиці він зсувається вліво на дві клітини. У цьому масове число елемента зменшується на 4 одиниці. Це ми знаємо про будову атомів ізотопів.

При втраті ядром атома бета-частинки, що по суті є електроном, змінюється його склад. Один із нейтронів трансформується в протон. Це означає, що якісні характеристики речовини знову змінюються, а елемент зрушується в таблиці одну клітину вправо, мало втрачаючи у своїй масі. Зазвичай подібне перетворення пов'язане з електромагнітним гамма-випромінюванням.

Перетворення ізотопу радію

Вищевикладені відомості та знання з хімії 11 класу про ізотопи знову допомагають вирішувати практичні завдання. Наприклад, наступні: 226 Ra при розпаді перетворюється на хімічний елемент IV групи, що має масове число 206. Скільки альфа- і бета-часток при цьому він повинен втратити?

Враховуючи зміни в масі та групу дочірнього елемента, скориставшись таблицею Менделєєва, легко визначити, що ізотопом, що утворився при розщепленні, буде свинець із зарядом 82 і масовим числом 206. А враховуючи зарядове число цього елемента і вихідного радію, слід припустити, що ядро ​​його втратило п'ять -Частинок і чотири бета-частинки.

Використання радіоактивних ізотопів

Усім чудово відомо, яку шкоду живим організмам може завдати радіоактивне випромінювання. Однак властивості радіоактивних ізотопів бувають для людини корисними. Вони успішно застосовуються у багатьох галузях промисловості. З їх допомогою можна знайти витік в інженерних і будівельних спорудах, підземних трубопроводах і нафтопроводах, накопичувальних баках, теплообмінниках на електростанціях.

Зазначені властивості активно використовуються також у наукових експериментах. Наприклад, муха цеце є переносником багатьох серйозних захворювань для людини, худоби та свійських тварин. З метою запобігання подібному самцю цих комах стерилізують за допомогою слабкого радіоактивного випромінювання. Ізотопи також бувають незамінними щодо механізмів деяких хімічних реакцій, адже атомами даних елементів можна мітити воду та інші речовини.

При біологічних дослідженнях часто використовуються мічені ізотопи. Наприклад, саме таким чином було встановлено, як фосфор впливає на ґрунт, зростання та розвиток культурних рослин. З успіхом властивості ізотопів застосовують і в медицині, що дозволило лікувати ракові пухлини та інші важкі захворювання, визначати вік біологічних організмів.

Наприклад, як терапія Базедової хвороби щитовидної залози використовується радіоактивний йод-131. У разі рекомендується вводити великі дози цього елементи, оскільки вони сприяють руйнації аномальних тканин, унаслідок чого структура органа відновлюється, і з ним і функція. Йод широко застосовується й у діагностики стану щитовидної залози. При введенні його в організм на екрані монітора оцінюється швидкість відкладення клітин, на підставі чого ставиться діагноз.

Для діагностики порушень кровообігу велику роль грають ізотопи натрію.

Найчастіше у повсякденному житті лікування пухлинних захворювань застосовуються ізотопи кобальту, зокрема кобальт-60. Він знайшов застосування в радіохірургії при створенні кобальтових гармат, в дезінфектології для стерилізації медичного інструментарію, матеріалів.

В цілому всі методи дослідження внутрішніх органів за допомогою подібних елементів називають радіоізотопними. Ізотопи можуть застосовуватись і для отримання корисних мікроорганізмів. А ті є основою синтезу антибактеріальних засобів.

Використання в промисловості та сільському господарстві

За ними можна визначати швидкість дифузії металів у доменних печах.

Важливий напрямок – це дефектоскопія. За допомогою таких хімічних елементів можна досліджувати структуру деталей, у тому числі металевих.

За допомогою радіоактивних ізотопів утворюють нові сорти сільськогосподарських рослин. Крім того, науково доведено, що гамма-опромінення сприяє підвищенню врожайності культур, підвищує їхню стійкість до несприятливих факторів. Широке застосування ці речовини знайшли у селекції. При добриві рослин використовують спосіб, при якому їх помічають радіоактивним фосфором та оцінюють ефективність добрив. В силу всього можна зробити висновок про те, що радіоактивні ізотопи застосовуються від багатьох сфер діяльності. Вони мають властивості, яких немає у тих же елементів з нормальною атомною масою.

Щоб краще зрозуміти, що таке ізотопи, можна погратись. Уявіть великі прозорі кулі. Їх іноді можна побачити у парку. Кожна куля – це ядро ​​атома.

Кожне ядро ​​складається з протонів та нейтронів. Протони – позитивно заряджені частинки. Замість протонів у вас будуть іграшкові кролики на батарейках. А замість нейтронів – зайчики без батарейок, адже вони не несуть жодного заряду. В обидві кулі покладіть по 8 зайчиків із батарейками. Значить, у кожній кулі-ядрі у вас по 8 позитивно заряджених протонів. Тепер ось що треба зробити із зайцями без батарейок – нейтронами. В одну кулю покладіть 8 зайців-нейтронів, а в іншій – 7 зайців-нейтронів.

Масове число – це сума протонів та нейтронів. Порахуйте зайців у кожній кулі та дізнайтеся масове число. В одній кулі масове число – 16, в іншій кулі – 17. Ви бачите два однакові ядра-кулі з одним і тим самим числом протонів. Число нейтронів у них відрізняється. Кулі виступили у ролі ізотопів. Знаєте,? Тому що ізотопи – це варіанти одного елемента із різним числом нейтронів. Виявляється, ці кулі насправді не просто ядра атомів, а справжнісінькі хімічні елементи в таблиці Менделєєва. Згадайте, який має заряд +8? Звісно, ​​це кисень. Тепер зрозуміло, що у кисню кілька ізотопів, і всі вони відрізняються один від одного числом нейтронів. Ізотоп кисню з масовим числом 16 має 8 нейтронів, а ізотоп кисню з масовим числом 17 має 9 нейтронів. Масове число вказується зверху ліворуч від хімічного символу елемента.

Уявіть кулі із зайцями, і буде легше зрозуміти ізотопи. Отже, ізотопи – це атоми хімічного елемента з однаковим зарядом ядра, але різним масовим числом. Або визначення: ізотопи – це варіанти одного хімічного елемента, які посідають одне місце в періодичній системі елементів Менделєєва, але при цьому відрізняються масами атомів.

Навіщо ж потрібні знання про ізотопи? Ізотопи різних елементів застосовуються