Підручник Фізика 9 клас - Т.М. Засєкіна - Оріон 2017 рік

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

§ 34 ІЗОТОПИ. ВИКОРИСТАННЯ ІЗОТОПІВ

Ви дізнаєтесь

- Яке практичне значення мають ізотопи

Пригадайте

- Що таке ізотоп

Ізотопи. У § 29 ми вже з’ясували, що кожний хімічний елемент має різновиди, які називаються ізотопами.

Ізотопи — різновиди одного й того самого хімічного елемента, що близькі за своїми фізичними й однакові за хімічними властивостями.

Ізотопи певного хімічного елемента займають одну клітинку періодичної системи елементів Менделєєва. Ізотопи неможливо виявити хімічним способом (вони мають однакові хімічні властивості). Ядра атомів ізотопів містять однакову кількість протонів (Z), але різну кількість нейтронів (N). Саме тому ізотопи мають різну атомну масу.

Наразі відомі ізотопи всіх хімічних елементів. Наприклад, Гідроген має три ізотопи:

Н — Гідроген звичайний — основний (стабільний) ізотоп;

Н = Д— Дейтерій (важкий водень), що входить як домішка до природного водню (його вміст становить частину);

Н = Т — Тритій (надважкий водень), який отримують штучно. Карбон має два ізотопи (мал. 186).

Мал. 186. Ізотопи Карбону

Атомна маса природного хімічного елемента в періодичній системі Менделєєва є середньою атомною масою його ізотопів. Так, атомна маса Хлору 35,5 — середня маса двох його ізотопів з атомними масами 35 і 37. Щоб визначити їхній відсотковий вміст, застосовують такий спосіб: нехай маємо 100 атомів хлору, з них ізотопів СІ — х; СІ — (100 - х). Тоді = 35,5.

Розв’язуючи вираз, отримуємо: СІ = 75 %; СІ = 25 %. При цьому кількісне співвідношення ізотопів для певного хімічного елемента стале й не залежить від способу його видобування.

Властивості й використання ізотопів. Ізотопи можуть бути стабільними та нестабільними (радіоактивними). Залежно від періоду піврозпаду, усі радіоактивні ізотопи прийнято поділяти на дві групи: короткотривалі (Т < 10 діб) і довготривалі (Т > 10 діб). Як правило, у природних умовах трапляються тільки стабільні ізотопи, проте в природі можна виявити й деякі радіоактивні ізотопи, в основному ті, у яких період напіврозпаду перевищує вік Землі. Ці ізотопи не встигли розпастися за час існування нашої планети (наприклад: К-40, Th-232 або U-238). Нині відомо близько 270 стабільних ізотопів і більш як 2000 радіоактивних ізотопів 107 хімічних елементів.

Радіоактивні ізотопи широко застосовують у різних сферах наукової та практичної діяльності.

Найчастіше використовують так званий метод «мічених атомів». Додаючи в досліджуваний елемент радіоактивний ізотоп й уловлюючи надалі його випромінювання, ми можемо простежити шлях цього елемента в організмі, у хімічній реакції тощо.

У медицині метод «мічених атомів» використовують з метою діагностики та лікування деяких захворювань. Ізотопи вводять в організм людини в кількості, що не здатна заподіяти шкоду. Кров розподіляє ці ізотопи по всьому організму. Випромінювання, що виникають при розпаді ізотопу, реєструються спеціальними приладами, що розташовані поблизу тіла людини. У результаті отримують зображення потрібного внутрішнього органа (мал. 187, а). За цим зображенням можна зробити висновки про розміри й форму цього органа, про підвищену або знижену концентрацію ізотопу в різних його частинах. Можна також проаналізувати швидкість накопичення та виведення радіоізотопу певним внутрішнім органом і зробити висновки про його функціонування. Так, стан кровообігу в серці, швидкість крові, порожнини серця досліджують за допомогою речовин, що містять ізотопи Натрію, Йоду або Технецію; для дослідження легеневої вентиляції й виявлення захворювань спинного мозку застосовують ізотопи Технецію або Ксенону (мал. 187, б).

Мал. 187 Використання ізотопів у медицині: а — фіксація випромінювань від «мічених» ізотопів; б — ізотопи, що використовуються для дослідження внутрішніх органів людини

Мал. 188. Використання ізотопів у біології та археології

У фізіології й біохімії тварин і людини використання «міченої» їжі сприяло формуванню нових уявлень про швидкість всмоктування й поширення поживних речовин, а також допомогло проаналізувати вплив внутрішніх (різноманітні хвороби) і зовнішніх (голодування, задуха, перевтома і т. д.) чинників на обмін речовин.

Радіоактивні ізотопи використовують і в сільському господарстві. Опромінення насінин деяких рослин (бавовнику, капусти, редису та ін.) невеликими дозами гамма-променів від радіоактивних ізотопів приводить до помітного збільшення врожайності. Таким способом виведені продуктивні сорти пшениці, квасолі й інших культур, а також отримані високопродуктивні мікроорганізми, що використовуються у виробництві антибіотиків. Гамма-випромінювання радіоактивних ізотопів використовується для боротьби зі шкідливими комахами і для консервації харчових продуктів.

Використовуються «мічені атоми» і в агротехніці. Наприклад, щоб з’ясувати, яке з фосфорних добрив краще засвоюється рослинами, до різних сортів добрива додають однакову кількість радіоактивного фосфору, а потім досліджують рослини на радіоактивність.

Використання ізотопів у біології (мал. 188) привело до перегляду уявлень про те, як відбуваються фотосинтез і процеси засвоєння рослинами неорганічних речовин (карбонатів, нітратів, фосфатів та ін.). З’ясовані шляхи постачання рослин мінеральними речовинами, рідинами й газами, а також роль різних хімічних елементів у житті рослин. Показано, зокрема, що вуглець надходить у рослину не лише через листя, а й через кореневу систему. Установлені шляхи і швидкості переміщення деяких речовин з кореневої системи в стебло і листки, а також із листків через стебло до кореня.

За допомогою ізотопів вивчено переміщення популяцій у біосфері, а також окремих особин усередині популяції, отримані дані про чисельність популяцій, досліджені міграції мікробів і переміщення окремих речовин в організмі.

Підбиваємо підсумки

- Ізотопи — різновиди одного й того самого хімічного елемента, що близькі за своїми фізичними й однакові за хімічними властивостями.

- Ядра атомів ізотопів містять однакову кількість протонів (Z), але різну кількість нейтронів (N). Саме тому ізотопи мають різну атомну масу.

ФОРМУЄМО КОМПЕТЕНТНІСТЬ

Я поміркую й зможу пояснити

1. Що таке ізотоп? Наведіть приклади ізотопів.

2. Назвіть властивості ізотопів. Які ізотопи називають стабільними, а які — радіоактивними?

3. Які наукові й практичні проблеми вдалося вирішити, застосувавши ізотопи?





Відвідайте наш новий сайт - Матеріали для Нової української школи - планування, розробки уроків, дидактичні та методичні матеріали, підручники та зошити