Підручник Фізика 9 клас - В.Д. Сиротюк - Генеза 2017 рік

РОЗДІЛ 4 ФІЗИКА АТОМА ТА АТОМНОГО ЯДРА. ФІЗИЧНІ ОСНОВИ АТОМНОЇ ЕНЕРГЕТИКИ

§ 25. ІЗОТОПИ. ВИКОРИСТАННЯ ІЗОТОПІВ

Ізотопи. Таку назву вчені присвоїли атомам, що займають у таблиці Менделєєва одне й те саме місце, але відрізняються між собою атомною масою. Адже в перекладі з грецької isos означає «однаковий», а topos - «місце».

Ізотопи — це різновиди атомів хімічних елементів, ядра яких містять однакову кількість протонів і неоднакове число нейтронів.

Наприклад, елемент Гідроген має три ізотопи: Протій - H, Дейтерій - H і Тритій - Н (мал. 247, а).

Ядро Протію складається з єдиного протона, Дейтерій має два протони, а Тритій - два нейтрони. Природний елемент Оксиген має три ізотопи: О, O, О (мал. 247, б). Найпоширенішим у природі є ізотоп кисню О, частка якого становить 99,759 %.

Фізико-хімічні властивості ізотопів майже тотожні, тому що вони визначаються будовою електронної оболонки атомів, а в атомах ізотопів електронна оболонка однакова. Проте, використовуючи деякі відмінності у властивостях ізотопів, учені навчилися відокремлювати один ізотоп від іншого, збагачувати хімічний елемент тим або іншим ізотопом.

Мал. 247

Усі елементи періодичної системи елементів мають ізотопи - стабільні чи радіоактивні, природні чи одержані штучно. Ученим відомий ізотопний склад усіх природних елементів.

Радіоактивні ізотопи широко застосовуються в різних галузях науки, техніки і виробництва. За своїми хімічними властивостями радіоактивний ізотоп нічим не відрізняється від основного ізотопа хімічного елемента. Тому, спостерігаючи за рухом ізотопів, можемо точно дослідити, як поводить себе хімічний елемент у різних процесах.

За допомогою ізотопів контролюють металургійні процеси, стежать за станом доменних і мартенівських печей. Так, застосовуючи радіоактивний фосфор, можна швидко дізнатися під час плавлення, чи повністю очистився метал від фосфору - однієї з найшкідливіших домішок. Раніше хімічний аналіз на вміст фосфору тривав близько 30 хв і весь час метал понад норму витримувався в мартенівській печі, знижуючи її продуктивність. За допомогою ізотопів ступінь очищення металу визначають дуже швидко. Для цього треба лише виміряти радіоактивність шлаку, у який перейшов фосфор. Отже, час плавлення значно скорочується. Щоб дізнатися про ступінь зношення домни, у її стінку на певну глибину вміщують невелику кількість радіоактивного ізотопу. Після того як домна почала працювати, проби металу з кожної плавки перевіряють на радіоактивність. Наявність радіоактивних атомів у чавуні є яскравою ознакою зношення домни. Отже, не треба переривати роботу печі з метою перевірки стану стінок домни, достатньо лабораторного контролю.

Добре відомо, як змінюються властивості заліза залежно від вмісту в ньому вуглецю. Адже залізо, сталь і чавун відрізняються лише вмістом останнього. Хімічний метод визначення процентного вмісту вуглецю в залізі довгий і копіткий. Замість нього пробу заліза опромінюють швидкими протонами. При цьому вуглець перетворюється на радіоактивний азот. За радіоактивністю азоту і визначають уміст вуглецю.

Методом радіоактивних ізотопів досліджують також швидкість зношення підшипників. Мідні деталі підшипника опромінюють нейтронами, при цьому атоми Купруму стають радіоактивними.

Під час роботи підшипника внаслідок зношення вкладки частинки міді, а значить і її радіоактивні атоми, переходять у мастило. Вимірюючи радіоактивність мастила, швидко і точно визначають ступінь зношення підшипника. Радіоізотопи, уведені в хімічні сполуки, є могутнім засобом у руках хіміків для вивчення і вдосконалення технологічних процесів на хімічних заводах, а також для контролю хімічних процесів без зупинки, дистанційно, без втручання в діючий технологічний процес.

Мал. 248

Такий метод не лише спрощує розв’язання різних технологічних завдань, скорочує потрібний для цього час і кошти. Інколи він є єдиним, за допомогою якого можна встановити оптимальні параметри технологічного процесу, а також розробити досконалу хімічну апаратуру.

Широко застосовують радіоактивні ізотопи і в сільському господарстві. За допомогою мічених атомів вивчають кругообіг кальцію і фосфору в природі з метою поліпшення умов використання штучних добрив. Додаючи до пилку рослин радіоактивний фосфор, вивчають процес їхнього опилення. Ізотопи дають змогу простежити міграцію шкідників.

Додаючи до їжі ізотопи, учені встановили, що майже всі речовини, які входять до складу нашого тіла, весь час оновлюються. Найшвидше оновлюються жири. Радіоактивні атоми дали змогу визначити час життя білка в різних тканинах і органах, швидкість кровообігу тощо. Вони дають змогу вивчати процеси, що протікають у головному мозку.

За допомогою радіоактивних препаратів можна діагностувати хвороби. Наприклад, за допомогою радіоактивного йоду досліджують функцію щитовидної залози, за допомогою радіофосфору вивчають процес і місце утворення пухлин у мозку. Хвора людина приймає препарат, який концентрується у клітинах пухлин, а їхнє розміщення легко визначити за допомогою реєструючого пристрою. На малюнку 248 показано використання у-опромінення пацієнта з лікувальною метою. Джерелом -променів є ізотоп Со.

ЗАПИТАННЯ ДО ВИВЧЕНОГО

1. Що називають ізотопами?

2. Де використовують радіоактивні ізотопи?