Изотопы. Такое название ученые присвоили атомам, занимающим в таблице Менделеева одно и то же место, но отличающимся между собой атомной массой. Ведь в переводе с греческого isos значит «одинаковый», а topos — «место».
Изотопы — это разновидности атомов химических элементов, ядра которых содержат одинаковое количество протонов и неодинаковое число нейтронов.
Например, у элемента Гидрогена три изотопа: Протий
Дейтерий
Ядро Протия состоит из единственного протона, Дейтерий имеет два протона, а Тритий - два нейтрона. Природный элемент Оксиген имеет три изотопа:
(рис. 247, б). Самым распространенным в природе
является изотоп Оксигена
доля которого составляет 99,759 %.
Физико-химические свойства изотопов почти одинаковы, так как они определяются строением электронных оболочек атомов, а в атомах изотопов электронная оболочка одинакова. Однако, используя некоторые различия в свойствах изотопов, ученые научились отделять один изотоп от
другого, обогащать химический элемент тем или иным изотопом. Все элементы периодической системы элементов имеют изотопы — стабильные или радиоактивные, природные или полученные искусственно.
Радиоактивные изотопы широко применяются в разных областях науки, техники и производства. По своим химическим свойствам радиоактивный изотоп ничем не отличается от основного изотопа химического элемента. Поэтому, наблюдая за движением изотопов, можем точно исследовать, как проявляет себя химический элемент в различных процессах.
С помощью изотопов контролируют металлургические процессы, следят за состоянием доменных и мартеновских печей. Так, применяя радиоактивный фосфор, можно быстро узнать во время плавки, насколько полно прошла очистка металла от фосфора - одной из вредных примесей. Раньше химический анализ на содержание фосфора длился около 30 мин, и все время металл сверх нормы выдерживался в мартеновской печи, снижая ее производительность. С помощью изотопов степень очистки металла определяют очень быстро. Для этого надо лишь измерить радиоактивность шлака, в который перешел фосфор. Следовательно, время плавки значительно сокращается. Чтобы выяснить степень износа домны, в ее стенку на определенную глубину помещают небольшое количество радиоактивного изотопа. После того как домна начала работать, пробы металла из каждой плавки проверяют на радиоактивность. Наличие радиоактивных атомов в чугуне является четким признаком износа домны. Следовательно, не надо прерывать работу печи с целью проверки состояния стенок домны, достаточно лабораторного контроля.
Хорошо известно, как изменяются свойства железа в зависимости от содержимого в нем углерода. Ведь железо, сталь и чугун отличаются лишь содержимым последнего. Химический метод определения процентного содержания углерода в железе продолжителен и кропотлив. Вместо него пробу железа облучают быстрыми протонами. При этом углерод превращается в радиоактивный азот. По радиоактивности азота и определяют содержание углерода.
Методом радиоактивных изотопов исследуют также скорость износа подшипников. Медные детали подшипника облучают нейтронами, при этом атомы меди становятся радиоактивными.
Во время работы подшипника, вследствие износа вкладыша, частицы меди, а значит и ее радиоактивные атомы, переходят в смазку. Измеряя радиоактивность смазки, быстро и точно определяют степень износа подшипника. Радиоизотопы, введенные в химические соединения, являются мощным средством в руках химиков для изучения и усовершенствования
технологических процессов на химических заводах, а также для контроля химических процессов без остановки, дистанционно, без вмешательства в действующий технологический процесс. Этот метод не только упрощает решение различных технологических задач, сокращает необходимые для этого время и средства. Иногда он является единственным, с помощью которого можно установить оптимальные параметры технологического процесса, а также разработать совершенную химическую аппаратуру.
Широко применяют радиоактивные изотопы и в сельском хозяйстве. С помощью меченых атомов изучают круговорот кальция и фосфора в природе с целью улучшения условий использования искусственных удобрений. Добавляя к пыльце растений радиоактивный фосфор, изучают процесс их опыления. Изотопы дают возможность проследить миграцию вредителей.
Добавляя в пищу изотопы, ученые установили, что почти все вещества, содержащиеся в организме человека, все время обновляются. Быстрее всего обновляются жиры. Радиоактивные атомы позволили определить время жизни белка в разных тканях и органах, скорость кровообращения и т. п. Они дают возможность изучать процессы, протекающие в головном мозге.
С помощью радиоактивных препаратов можно диагностировать болезни. Например, с помощью радиоактивного йода исследуют функцию щитовидной железы, с помощью радиофосфора изучают процесс и место образования опухолей в мозге. На рисунке 248 показано использование у-облучения пациента с лечебной целью. Источником у-лучей является изотоп
ВОПРОСЫ К ИЗУЧЕННОМУ
1. Что такое изотопы?
2. Где используют радиоактивные изотопы?
Это материал учебника Физика 9 класс Сиротюк