Общая химия. Избранные главы - Вольхин В.В.
ISBN 5-88151-282-0
Скачать (прямая ссылка):
HiV0= 1,113 (число атомов 2J2U в исходном минерале, определяемое как сумма числа атомов обоих нуклидов в настоящее время).
Зная значения N и N0, выполним вычисления.
2,303 • 4,51 •1O9 лет , (\,\\3) пп 1л8
/ = —-?--log -- =7,0-108 лет.
0,693 \ I5OOOj
Ответ: возраст минерала 7,0-108 лет.
274
В.В. Вольхин. Общая химия
Комментарий. Минералы на Земле имеют наибольший возраст 3,8•1O9 лет. Эту величину принимают за минимальный возраст Земли, когда произошло затвердевание земной коры. Возраст метеоритов - от 4,0-109 до 4,6•1O9 лет. С этой величиной связывают время формирования твердых тел в Солнечной системе.
Метод меченых атомов. Каждый химический элемент представлен в природе определенным набором изотопов. В него можно внести «метки» (изотопные индикаторы) в виде радиоактивных или стабильных изотопов, которые отсутствуют в природной изотопной смеси. При анализе смесей стабильных изотопов используют масс-спектрометрию. Изотопные индикаторы позволяют следить за поведением меченого таким образом элемента в различных химических превращениях.
Одно из применений метода меченых атомов - изучение скорости и механизма химических реакций. Классический пример - определение механизма реакции этерификации:
/° /°
C6H5Cx -f СН30*Н ->- C6H5Cx т + H2O
ОН О CH3
В качестве изотопного индикатора был использован стабильный нуклид 'JjO. Этим нуклидом был обогащен (мечен) кислород в метаноле. Исследование показало, что из состава гидроксильных групп кислоты и спирта в состав сложного эфира входит атом кислорода только гидроксильной группы спирта.
Проведено исследование механизма реакции фотосинтеза
6CO2(D + 6Н20(Ж) + Zw -+ C6H12O6(P) + 602(г).
В качестве «метки» использовали радионуклид 1JC Как оказалось, данное уравнение отражает лишь общий результат процесса фотосинтеза, который включает в себя много промежуточных стадий.
В ходе фотосинтеза происходит расщепление молекулы H2O с образованием протонов, электронов и атома кислорода. Электроны, «возбужденные» энергией света, восстанавливают никотин-амидадениндинуклеотидфосфат (НАДФ+), который, в свою очередь, выступает в качестве восстановителя для С02, «фиксирует» его и переводит в органическое соединение. Побочным продуктом фотосинтеза становится Ог. Это - лишь небольшая часть процессов, сопровождающих фотосинтез.
Активационный анализ. Основан на облучении анализируемого вещества ядерными частицами (нейтронами, протонами, а-частицами и др.) или у-квантами. Под действием облучения в веществе образуются радиоактивные изотопы. Изменение интенсивности излучения и периодов полураспада позволяет определить элементный состав вещества. При этом предполагается, что активность каждого изотопа пропорциональна количеству ядер исходного вещества, участвующего в ядерной реакции.
Наиболее распространен нейтронио-активационный анализ. При проведении анализа исследуемое вещество облучают тепловыми нейтронами с энергией 0,025 эВ, способными активировать почти все химические элементы, начиная с Na. Пределы обнаружения анализируемых элементов составляют 10~б... 10~14 г. Чувствительность нейтронно-активационного анализа зависит от интенсивности нейтронного потока, используемого для анализа, от способности ядер поглощать нейтроны и от энергии радиоактивного распада образующихся радионуклидов. Например, такие элементы,
Ядерные реакции
275
как Na, Cu или W, можно определить, когда они присутствуют в анализируемом образце в количестве 10~'° г.
С помощью быстрых нейтронов (и 14 МэВ) удается активировать некоторые легкие элементы - О, N, F и др. Пределы их обнаружения составляют КГ5... КГ7 г.
Активационный анализ применяют преимущественно для анализа особо чистых веществ, используемых в радиоэлектронике, авиационной промышленности, атомной энергетике.
Терапия и диагностика в медицине. Радиоактивные изотопы, такие как 2JjRa и 55 Со, используют при лечении раковых заболеваний. В раковой опухоли клетки делятся быстрее, чем в нормальных тканях, и гамма-излучения для них более губительны.
Особо расширяется применение радиоактивных изотопов при диагностике заболеваний. Для этих целей используют короткоживущие изотопы, испускающие при распаде у-кванты. Наиболее подходящими для этих целей оказались радионуклиды
99STc-» I Tc + у, tU2 = 6,02 часа,
2;|Т1+>--^ 2UJHg-Hy, ^2 = 3,12 дня.
Радионуклид 99J]Tc используют при диагностике заболеваний сердца. Радиоактивный препарат вводят в организм человека внутривенно. Специальное оборудование позволяет по испускаемому у-излучению наблюдать всю картину прохождения крови через сердце. Радионуклид 2J]Tl особенно эффективен, когда нужно обнаружить сужение артерий, состояние мышцы сердца. Только те ткани насыщаются радионуклидом, которые хорошо пропускают кровь. Таким образом можно выявить пораженные ткани, которые слабо пропускают кровь. Применение радионуклидов в медицине быстро расширяется. В настоящее время используется уже более 100 различных радионуклидов.
Список рекомендуемой литературы
1. Бабаев Н.С., Ильин Л.А., Легасов В.А. и др. Ядерная энергетика, человек и окружающая среда / Под ред. акад. А.П.Александрова. M.: Энергоатомиздат. 1984.
