Presentation om ämnet "Jag är en unik person." Vad är personlighet? Skillnad mellan människor och djur

Bild 3

• En atom av något kemiskt element består av en positivt laddad kärna och ett moln av negativt laddade elektroner som omger den. Placeringen av ett kemiskt element i Mendeleevs periodiska system (dess serienummer) bestäms av laddningen av kärnan i dess atomer. Enligt det figurativa uttrycket av F. Soddy är isotopers atomer desamma "utanför", men olika "inuti".

Bild 4

• 1932 upptäcktes en neutron - en partikel som inte har någon laddning, med en massa nära massan av en väteatoms kärna - en proton, och en proton-neutronmodell av kärnan skapades. Som ett resultat av detta skapade vetenskapen etablerade den slutliga moderna definitionen av begreppet isotoper: isotoper är ämnen vars atomkärnor består av samma antal protoner och skiljer sig endast i antalet neutroner i kärnan. Varje isotop betecknas vanligtvis med en uppsättning symboler, där X är symbolen för det kemiska elementet, Z är laddningen av atomkärnan (antalet protoner), A är isotopens massnummer (det totala antalet protoner). och neutroner i kärnan, A = Z + N). Eftersom kärnladdningen verkar vara unikt förknippad med symbolen för det kemiska elementet, används symbolen AX ofta för förkortning.
• Av alla isotoper som vi känner till är det bara väteisotoper som har sina egna namn. Således kallas isotoperna 2H och 3H för deuterium och tritium.

Bild 5

• I naturen finns det både stabila isotoper och instabila - radioaktiva, vars kärnor av atomer är föremål för spontan omvandling till andra kärnor med utsläpp av olika partiklar. Cirka 270 stabila isotoper är nu kända. Antalet instabila isotoper överstiger 2000, de allra flesta av dem erhölls artificiellt som ett resultat av olika kärnreaktioner. Antalet radioaktiva isotoper av många grundämnen är mycket stort och kan överstiga två dussin. Antalet stabila isotoper är betydligt mindre, vissa kemiska grundämnen består av endast en stabil isotop (beryllium, fluor, natrium, aluminium, fosfor, mangan, guld, etc.). Största antalet stabila isotoper - 10 hittades i tenn, i järn, till exempel, det finns 4 av dem, i kvicksilver - 7.

Bild 6

Upptäckt av isotoper

• År 1808 introducerade den engelske naturforskaren John Dalton först definitionen av ett kemiskt element som ett ämne som består av atomer av samma typ. År 1869 upptäckte kemisten D.I. Mendeleev den periodiska lagen kemiska grundämnen. En av svårigheterna med att underbygga begreppet ett grundämne som ett ämne som upptar en viss plats i en cell i det periodiska systemet var de experimentellt observerade icke-heltalliga atomvikterna för grundämnen. År 1866 lade den engelske fysikern och kemisten Sir William Crookes fram hypotesen att varje naturligt kemiskt element är en viss blandning av ämnen som är identiska i sina egenskaper, men som har olika atommassa, men vid den tiden hade ett sådant antagande ännu inte experimentell bekräftelse.

Bild 7

• Ett viktigt steg mot upptäckten av isotoper var upptäckten av fenomenet radioaktivitet och hypotesen om radioaktivt sönderfall formulerad av Ernst Rutherford och Frederick Soddy: radioaktivitet är inget annat än sönderfallet av en atom till en laddad partikel och en atom av ett annat grundämne. , skiljer sig i sina kemiska egenskaper från den ursprungliga. Som ett resultat uppstod idén om radioaktiva serier eller radioaktiva familjer, i början av vilka det finns det första föräldraelementet, som är radioaktivt, och i slutet - det sista stabila elementet. Analys av transformationskedjorna visade att samma radioaktiva grundämnen, som bara skiljer sig åt i atommassa, under deras förlopp kan uppträda i en cell i det periodiska systemet. I själva verket innebar detta införandet av begreppet isotoper.

Bild 8

• Oberoende bekräftelse på existensen av stabila isotoper erhölls sedan i experiment av Thomson och Aston 1912–1920 med strålar av positivt laddade partiklar som kom ut från ett urladdningsrör.
• 1919 designade Aston ett instrument som kallas en masspektrograf. Ett urladdningsrör användes fortfarande som jonkälla, men Aston hittade en metod där den sekventiella avböjningen av en stråle av partiklar i en elektrisk och magnetiska fält ledde till fokusering av partiklar med samma laddning-till-massa-förhållande (oavsett deras hastighet) vid samma punkt på skärmen. Som ett resultat av den efterföljande användningen och förbättringen av masspektrometrar genom ansträngningar från många forskare, sammanställdes 1935 en nästan komplett tabell över de isotopiska sammansättningarna av kemiska element.

Bild 9

Tillämpning av isotoper

• Olika isotoper av kemiska grundämnen används ofta i vetenskaplig forskning, inom olika områden av industri och jordbruk, i kärnenergi, modern biologi och medicin, i forskning miljö och andra områden. Vetenskaplig forskning kräver små mängder av sällsynta isotoper av olika grundämnen, mätt i gram och till och med milligram per år. Samtidigt kan behovet av deras produktion uppgå till många kilogram och till och med ton för ett antal isotoper som ofta används inom kärnenergi, medicin och andra industrier. Inom vetenskaplig forskning används stabila och radioaktiva isotoper i stor utsträckning som isotopiska spårämnen i studien av en mängd olika processer som förekommer i naturen. I lantbruk isotoper används till exempel för att studera processerna för fotosyntes, smältbarheten av gödningsmedel och för att bestämma effektiviteten hos växter som använder kväve, fosfor, mikroelement och andra ämnen.

Bild 10

• Isotopteknologier används i stor utsträckning inom medicin. Således, i USA, enligt statistik, utförs mer än 36 tusen medicinska procedurer per dag och cirka 100 miljoner laboratorietester med isotoper. De vanligaste procedurerna involverar datortomografi. Kolisotopen C13, berikad till 99% (naturligt innehåll ca 1%), används aktivt i den så kallade "diagnostiska andningsövervakningen". Kärnan i testet är mycket enkel. Den anrikade isotopen införs i patientens mat och frisätts efter att ha deltagit i den metaboliska processen i olika organ i kroppen när patienten andas ut. koldioxid CO2, som samlas in och analyseras med hjälp av en spektrometer. Skillnaderna i hastigheten för processer förknippade med frisättningen av olika mängder koldioxid, märkt med C13-isotopen, gör det möjligt att bedöma tillståndet hos patientens olika organ. I USA uppskattas antalet patienter som kommer att genomgå detta test till 5 miljoner per år. Nu används laserseparationsmetoder för att producera högberikade C13-isotop i industriell skala.

Beskrivning av presentationen med individuella bilder:

1 rutschkana

Bildbeskrivning:

2 rutschkana

Bildbeskrivning:

Definition Isotoper (från antik grekiska ισος - "lika", "samma" och τόπος - "plats") - varianter av atomer (och kärnor) av ett kemiskt element som har samma atomnummer, men olika massnummer. Namnet beror på det faktum att alla isotoper av en atom är placerade på samma plats (i en cell) i det periodiska systemet. De kemiska egenskaperna hos en atom beror på strukturen hos elektronskalet, som i sin tur huvudsakligen bestäms av laddningen av kärnan Z (det vill säga antalet protoner i den), och nästan inte beror på dess massa nummer A (det vill säga det totala antalet protoner Z och neutroner N) .

3 rutschkana

Bildbeskrivning:

Upptäckt av isotoper Det första beviset på att ämnen med samma kemiska beteende kan ha olika fysikaliska egenskaper erhölls från studiet av radioaktiva omvandlingar av atomer av tunga grundämnen. 1906-1907 visade det sig att produkten av radioaktivt sönderfall av uran - jonium och produkten av radioaktivt sönderfall av torium - radiotorium har samma kemiska egenskaper som torium, men skiljer sig från det i atommassa och radioaktiva sönderfallsegenskaper. Det upptäcktes senare att alla tre produkterna hade samma optiska och Röntgenspektra. Sådana ämnen, identiska i kemiska egenskaper, men olika i massan av atomer och några fysikaliska egenskaper, på förslag av den engelska vetenskapsmannen Soddy, från 1910 började man kalla isotoper.

4 rutschkana

Bildbeskrivning:

Isotoper i naturen Man tror att den isotopiska sammansättningen av de flesta grundämnen på jorden är densamma i alla material. Några fysiska processer i naturen leder till störningar av den isotopiska sammansättningen av element (naturlig fraktionering av isotoper, karakteristisk för lätta element, såväl som isotopskiften under sönderfallet av naturliga långlivade isotoper). Den gradvisa ackumuleringen av kärnor i mineraler - sönderfallsprodukterna från vissa långlivade nuklider - används i kärngeokronologi. Av särskild betydelse är processerna för bildning av kolisotoper i de övre lagren av atmosfären under påverkan av kosmisk strålning. Dessa isotoper är fördelade i atmosfären och hydrosfären på planeten och är involverade i kolomsättningen hos levande varelser (djur och växter). Studiet av fördelningen av kolisotoper är grunden för radiokoldatering.

5 rutschkana

Bildbeskrivning:

Erhålla radioaktiva isotoper. Radioaktiva isotoper produceras i kärnreaktorer och acceleratorer elementarpartiklar. För närvarande är en stor industrigren involverad i produktionen av isotoper.

6 rutschkana

Bildbeskrivning:

Tillämpning inom biologi och medicin En av de mest framstående studierna som genomfördes med märkta atomer var studiet av metabolism i organismer. Det har bevisats att kroppen på relativt kort tid genomgår nästan fullständig förnyelse. Atomerna som utgör den ersätts av nya. Endast järn, som experiment på isotopstudier av blod har visat, är ett undantag från denna regel. Järn är en del av hemoglobinet i röda blodkroppar. När radioaktiva järnatomer fördes in i maten fann man att de nästan inte kom in i blodet. Först när kroppens järnreserver är uttömda börjar kroppen ta upp järn. Om det inte finns långlivade radioaktiva isotoper, såsom de av syre och kväve, ändras isotopsammansättningen av stabila grundämnen. Genom att lägga till ett överskott av isotopen till syre konstaterades det således att det fria syret som frigjordes under fotosyntesen ursprungligen var en del av vatten, inte koldioxid.

7 rutschkana

Bildbeskrivning:

Industriella applikationer Ett exempel är metoden för att övervaka kolvringsslitage i förbränningsmotorer. Genom att bestråla kolvringen med neutroner orsakar de kärnreaktioner i den och gör den radioaktiv. När motorn går kommer partiklar av ringmaterial in i smörjoljan. Genom att undersöka nivån av radioaktivitet i oljan efter en viss tid av motordrift bestäms ringförslitningen. Radioaktiva isotoper gör det möjligt att bedöma diffusion av metaller, processer i masugnar etc. Den kraftfulla strålningen från radioaktiva läkemedel används för forskning inre struktur metallgjutgods för att upptäcka defekter i dem.

8 glida

Bildbeskrivning:

Isotoper i jordbruket Radioaktiva isotoper används i allt större utsträckning inom jordbruket. Bestrålning av växtfrön (bomull, kål, rädisor, etc.) med små doser av -strålar från radioaktiva läkemedel leder till en märkbar ökning av avkastningen. Stora doser av strålning orsakar mutationer i växter och mikroorganismer, vilket i vissa fall leder till uppkomsten av mutanter med nya värdefulla egenskaper (radioselektion). Det var så värdefulla sorter av vete, bönor och andra grödor utvecklades och högproduktiva mikroorganismer som användes vid framställning av antibiotika erhölls. Gammastrålning från radioaktiva isotoper används också för att bekämpa skadliga insekter och för konservering av livsmedel.

Bild 9

Bildbeskrivning:

Isotoper i arkeologi En intressant applikation för att bestämma åldern på antika föremål organiskt ursprung(trä, träkol, tyger etc.) erhölls genom metoden med radioaktivt kol. Växter innehåller alltid en radioaktiv isotop av kol med en halveringstid T = 5700 år. Det bildas i jordens atmosfär i små mängder från kväve under inverkan av neutroner. De senare uppstår på grund av kärnreaktioner orsakade av snabba partiklar som kommer in i atmosfären från rymden (kosmiska strålar).

10 rutschkana

Sukhanova K.G. MGP-10

Bild 2: Isotoper av väte

Protium är namnet på den lättaste isotopen av väte, betecknad med symbolen 1 H. Protiumkärnan består av en proton, därav namnet på isotopen. Protium utgör 99,9885 ± 0,0070% av det totala antalet väteatomer i universum och är den vanligaste nukliden i naturen bland isotoper av alla kemiska grundämnen. Deuterium (latin deuterium, från antikens grekiska δεύτερος "andra"), tungt väte, betecknas med symbolerna D och 2 H - en stabil isotop av väte med en atommassa på 2. Kärnan (deuteron) består av en proton och en neutron. Tritium (forntida grekiska τρίτος "tredje"), supertungt väte, betecknas med symbolerna T och 3 H - en radioaktiv isotop av väte. Tritiumkärnan består av en proton och två neutroner, den kallas triton och betecknas t. Väte-4 är en instabil isotop av väte. Syntetiseras i laboratoriet genom att attackera tritium med deuteriumkärnor. I detta experiment fångade tritiumkärnor neutroner från snabbrörliga deuteriumkärnor. Närvaron av väte-4 härleddes genom detektering av emitterade protoner. Väte-5 är en instabil isotop av väte. Syntetiseras i laboratoriet genom att attackera tritium med tritiumkärnor. I detta experiment fångade tritiumkärnor 2 neutroner från snabbrörliga kärnor. Väte-6 är en instabil nuklid av det kemiska grundämnet väte med massnummer 6. Väte-7 är en instabil nuklid av det kemiska grundämnet väte med massnummer 7.

Bild 3: Allmän information

Protium Deuterium Tritium Namn, symbol Protium, 1 H Deuterium, 2 H Tritium, 3 H Alternativa namn tungt väte, D supertungt väte, T Neutroner 0 1 2 Protoner 1 1 1 Nuklidegenskaper Atommassa 1,00782503207(10) a. e.m. 2.0141017778(4) a. e.m. 3.0160492777(25) a. e.m. Överskottsmassa 7,288,97050(11 keV 13,135,7216(3) keV 14,949,8060(23) keV Specifik bindningsenergi (per nukleon) 0,0(0) keV 1,112,283(2) 912,283(0) 912,283(0) 912,283(0) 912,283(0) 912,283(0) 912,283(0) 612,283(0) 9) 72(0) 612,283(0) 9) .9885(70) % 0,0115(70 ) % Halveringstid stabil stabil[ 12,32(2) år Kärnspinn och paritet 1/2 1 1/2 Nedbrytningsprodukter - - 3 He

Bild 4: Utbredning i naturen

Isotoper är ojämnt fördelade i naturen: det finns en atom deuterium per cirka 7000 och en atom beta-radioaktivt tritium per miljard miljard protiumatomer.

Bild 5: Isotopdensitet

De isotopiska arterna HD 16 O och D 16 2 O är tungt vatten. För att karakterisera isotopsammansättningen av väte används isotopdensiteten, som är lika med: där (D/H) pr är isotopförhållandet i provet, (D/H) st är isotopförhållandet i standarden. På förslag av G. Craig (1961) antogs genomsnittligt havsvatten som internationell standard. Isotopdensitet uttrycks i ppm. För standardmedelvattenvatten (SMOW) är det noll. Positiva värden på δ D betyder en ökning av halten av den tunga väteisotopen, och negativa värden betyder en minskning jämfört med innehållet av havsvatten. Fluktuationer i den isotopiska sammansättningen av väte är ganska betydande och överstiger liknande förändringar i isotopförhållandena för andra kemiska element. De minsta fluktuationerna i δ D observeras i terrestra bergarter. Samtidigt är de största fluktuationerna karakteristiska för flyktiga ämnen främst i naturliga vatten och organiskt material.

Bild 6: Isotopisk sammansättning av väte i naturliga föremål

MORB - smält mid-ocean ridge basalt - basalter av mid-ocean ridge

Bild 7: Deuterium

Fast deuterium har en tetragonkonfiguration, ett kroppscentrerat gitter, a = 0,338 nm, c = 0,560 nm. Väte och deuterium är inte isomorfa, deras ömsesidiga löslighet i fast tillstånd är begränsad. Vid 4,2 K är den begränsande lösligheten för deuterium i väte 10 volymprocent och lösligheten för väte i deuterium 21 %. När det gäller kemiska egenskaper liknar deuterium väte, men reaktionshastigheten vid ersättning av väte med deuterium minskar märkbart, till exempel under oxidation av organiska föreningar av väte med klor - med 5-10 gånger. Under elektrolysen av vatten frigörs deuterium långsammare än väte. Med andra isotoper av väte bildar deuterium molekylerna protodeuterium HD (molvikt 3,02205) och deuterotritium DT (molvikt 5,03034).

Bild 8: Deuterium i den totala massan av väteisotoper

Kemiskt grundämne Stabila isotoper Överflöd i naturen, kl. % Väte Protium H 99,9853 Deuterium D 0,0147 Deuterium ansamlas i gamla mineraler och vatten

Bild 9: Tritium

Isotopen 3H kallas tritium (T). Massantalet i kolenheter är 3,0170. Atmosfären innehåller ~1*10 -7% (dvs en tritiumatom per volym luft -10 cm 3). Det finns väldigt lite tritium på jorden och det finns främst i vattnen i världshaven. Tidigare var det mindre av det. Dess mängd i jordens vatten, liksom mängden deuterium, ökar ständigt, eftersom de bildas när atmosfärens kväve- och syrekärnor bombarderas av kosmiska strålar. Som ett resultat ökar halten av tritium och deuterium i det initiala (ungdoms)vattnet kontinuerligt.

10

Bild 10: egenskaper hos isotopiska vattenvarianter

Egenskaper H 2 O D 2 O Smältpunkt ºС 0 3,82 Kokpunkt, ºС 100 101,42 Kritisk temperatur, ºС 374,2 371,5 Isdensitet, g/cm3: 0,9176 1,0148 Vätskedensitet : 4,010 kcal 7,09 kcal, 0,09 k, 0,09 g/cm3. /mol: 1,522 1,435 Avdunstningsvärme, kcal/mol: 10,74 11,11 Ytspänning, mN/m 71,97 71,93 Dielektrisk konstant 78,54 78,26 Indikatorbrytning 1,332987 1,328300 1,328300 1,328300 hastigheter 10 m/21 ljud, 10 m/21 ljud konstant 5 – 15 1,49 10 – 15

11

Bild 11: Tungvattendistribution

I slutna reservoarer finns det mer tungt vatten, eftersom det avdunstar mindre intensivt jämfört med vanligt vatten. Därför finns det mer tungt vatten i områden med varmt klimat. Havets yta vid ekvatorn och i tropikerna är också berikad med deuterium, särskilt eftersom frekvent atmosfärisk nederbörd gör sitt bidrag, under vars bildande vatten kondenserar från ångfasen och tungt vatten kondenserar snabbare än lätt vatten, därför, nederbörden berikas med tungt vatten. För havsytan är dock ett ökat innehåll av tungt vatten typiskt endast på låga breddgrader. Nära polerna har sina egna egenskaper. På höga sydliga breddgrader (i Antarktis) är havsvattnet märkbart "lättare". Detta beror på påverkan av smältvatten från antarktiska isberg, som har den lägsta deuteriumhalten på planeten. Andelen deuterium i isen på Grönland är också liten, men oceanvattnet på höga nordliga breddgrader är berikat med tungt vatten. Det är här smältningen av "tung" arktisk is tar ut sin rätt.

12

Bild 12

13

Bild 13: Supertungt vatten

I små mängder når supertungt (tritium) vatten jorden som en del av nederbörden. Tritiumvatten är ojämnt fördelat: det finns mer av det i kontinentala reservoarer än i haven; Det finns mer av det i polära havsvatten än i ekvatorialvatten. I sina egenskaper skiljer sig supertungt vatten ännu mer märkbart från vanligt vatten: det kokar vid 104°C, fryser vid 4...9°C och har en densitet på 1,33 g/cm3.

14

Bild 14: Vätebildning

I fri (molekylär) form, såväl som i sammansättningen av kemiska föreningar, avgasas väte aktivt från manteln. Betydande mängder H 2 kommer in på jordens yta under vulkanutbrott och frigörs som ett resultat av aktiviteten hos vätebakterier som är involverade i omvandlingen organiskt material under anaeroba förhållanden. Väte bildas också i stora mängder vid nedbrytning av vatten vid elektrokemiska reaktioner och under påverkan av sönderfallsprodukter av radioaktiva grundämnen. På grund av kärnans obetydliga massa kan väte lämna jordens gravitationsfält, d.v.s. skingra. Vätetransit passerar genom biosfären. Men till skillnad från kemiskt inert helium kommer väte, under påverkan av organismernas vitala aktivitet, in i föreningar och som ett resultat hålls det kvar i biosfären.

15

Bild 15: Deuteriumbildning

Allt deuterium som bevarats i naturen är det som fanns kvar i det interstellära rymden och fanns kvar nästan från tiden för Big Bang, från ögonblicket av dess bildande

16

Bild 16: Deuteriumbildning

Källan till deuterium i universum är supernovaexplosioner och termonukleära processer som sker inuti stjärnor. Deuterium förstörs dock ganska snabbt i dessa stjärnor. Väte avdunstar snabbare än tungt deuterium, som kan ackumuleras. Så under hela evolutionen måste det ha skett en ansamling av deuterium i atmosfären och i ytvatten.

17

Bild 17: Tritiumbildning

Tritium bildas i de övre skikten av atmosfären som ett resultat av växelverkan mellan kosmisk strålning med N- och O-kärnor: Tritiumatomerna som sålunda bildas som ett resultat av reaktioner av strålningsoxidation och isotopbyte passerar in i vattenmolekyler, sedan tritium i sammansättning av regnvatten faller på jordens yta. De tycker att det är okej. 90 % av naturligt tritium finns i hydrosfären (i form av NTO - tritiumoxid), 10 % i stratosfären (NTO) och 0,1 % i troposfären (varav 50 % är i form av HT-gas). Stora mängder tritium bildas vid kärn- och termonukleära explosioner. Explosionen av en vätebomb med en TNT-ekvivalent på 1 MT leder till utsläpp av (2,6-7,4)*10 8 GBq tritium. Sedan starten av termonukleära vapenprovningar (1954) har tritiumhalten i regnvatten ökat från 0,5-5,0 till 500 T.E. Vid underjordiska kärnvapenexplosioner omvandlas även tritium till oxid och kommer delvis upp till ytan. B-sönderfallet av tritium producerar en lätt isotop av helium:

20

Sista presentationsbild: Väteisotoper: Effekten av tungt vatten på organismer

Olika forskare har oberoende av varandra fastställt att tungt vatten har en negativ effekt på organismernas vitala funktioner; detta sker även vid användning av vanligt naturvatten med hög halt av tungt vatten. Försöksdjuren fick vatten, varav 1/3 ersattes med HDO-vatten. Genom inte under en lång tid Djurens metabola störningar började och njurarna förstördes. När andelen tungt vatten ökade dog djuren. Tungt vatten har också en deprimerande effekt på utvecklingen av högre växter; om de vattnas med vatten som är hälften tungt vatten, stannar tillväxten (bild 1.4). En reducerad deuteriumhalt i vatten stimulerar livsprocesser. Sådana uppgifter erhölls av B.I. Rodimov och I.P. Toropov. Under lång tid observerade de växter och djur som konsumerade vatten som innehöll deuterium 25 % under det normala. Det visade sig att genom att konsumera sådant vatten fick grisar, råttor och möss avkomma som var mycket fler och större än vanligt, äggproduktionen hos kycklingar fördubblades, vetet mognade tidigare och gav högre avkastning.

Isotoper Lärare Strashnova Tatyana Anatolyevna

Syfte med lektionen Introducera begreppet isotoper Lektionstyp - lära sig nytt material

Isotoper Dessa är varianter av ett givet kemiskt element som skiljer sig i massa. atomkärnor. Dessa är varianter av atomer (och kärnor) av samma kemiska element med olika antal neutroner i kärnan.

Historien om upptäckten av isotoper Det första beviset på att ämnen med samma kemiska beteende kan ha olika fysikaliska egenskaper erhölls från studiet av radioaktiva omvandlingar av atomer av tunga grundämnen. 1906-07 visade det sig att produkten av radioaktivt sönderfall av uran - jonium och produkten av radioaktivt sönderfall av torium - radiotorium, har samma kemiska egenskaper som torium, men skiljer sig från det i atommassa och radioaktiva sönderfallsegenskaper. Det upptäcktes senare att alla tre produkterna hade identiska optiska och röntgenspektra.

Ämnen som är identiska i kemiska egenskaper, men olika i massan av atomer och vissa fysikaliska egenskaper, började på förslag av den engelske vetenskapsmannen F. Soddy att kallas isotoper.

Isotoper av väte Väte förekommer i form av tre isotoper, som har individuella namn: 1H - protium (H), 2H - deuterium (D), 3H - tritium (T; radioaktivt). Protium och deuterium är stabila isotoper med massnummer 1 och 2. Deras innehåll i naturen är 99,98 % respektive 0,01 %. Detta förhållande kan variera något beroende på källan och metoden för att framställa väte.

Isotoper av väte 3 H - tritium (T) radioaktivt). Väteisotopen 3H (tritium) är instabil. Dess halveringstid är 12,32 år. Tritium förekommer naturligt i mycket små mängder.

isotoper finns på samma plats (i samma cell) i det periodiska systemet. 16 17 18 O, O, O - tre stabila isotoper av syre Alla isotoper av ett grundämne har samma kärnladdning (syre har 8), och skiljer sig bara i antalet neutroner. Vanligtvis indikeras en isotop med symbolen för det kemiska elementet som den tillhör, med tillägg av ett övre vänstra index som anger massnumret

Radioaktiva isotoper är isotoper vars kärnor är instabila och genomgår radioaktivt sönderfall. De flesta kända isotoper är radioaktiva (endast cirka 300 av de mer än 3 000 nuklider som vetenskapen känner till är stabila). Varje kemiskt element har åtminstone flera radioaktiva isotoper, samtidigt som inte alla element har åtminstone en stabil isotop; Alltså är alla kända isotoper av alla grundämnen som kommer efter bly i det periodiska systemet radioaktiva.

Bild 1

Bild 2

Bild 3

Bild 4

Bild 5

Bild 6

Bild 7

Bild 8

Bild 9

Bild 10

Bild 11

Presentationen om ämnet "Isotopes" kan laddas ner helt gratis på vår hemsida. Projektämne: Kemi. Färgglada bilder och illustrationer hjälper dig att engagera dina klasskamrater eller publik. För att se innehållet, använd spelaren, eller om du vill ladda ner rapporten klickar du på motsvarande text under spelaren. Presentationen innehåller 11 dia(r).

Presentationsbilder

Bild 1

Bild 2

ISOTOPER är varianter av samma kemiska grundämne som är lika i sina fysikalisk-kemiska egenskaper, men har olika atommassa. Namnet "isotoper" föreslogs 1912 av den engelske radiokemisten Frederick Soddy, som bildade det från två grekiska ord: isos - identisk och topos - plats. Isotoper upptar samma plats i cellen i Mendeleevs periodiska system för grundämnen.

Bild 3

En atom av något kemiskt element består av en positivt laddad kärna och ett moln av negativt laddade elektroner som omger den. Placeringen av ett kemiskt element i Mendeleevs periodiska system (dess serienummer) bestäms av laddningen av kärnan i dess atomer. Enligt det figurativa uttrycket av F. Soddy är isotopers atomer desamma "utanför", men olika "inuti".

Bild 4

1932 upptäcktes neutronen - en partikel som inte har någon laddning, med en massa nära massan av en väteatoms kärna - en proton, och en proton-neutronmodell av kärnan skapades. Som ett resultat har vetenskapen etablerat den slutliga moderna definitionen av begreppet isotoper: isotoper är ämnen vars atomkärnor består av samma antal protoner och skiljer sig endast i antalet neutroner i kärnan. Varje isotop betecknas vanligtvis med en uppsättning symboler, där X är symbolen för det kemiska elementet, Z är laddningen av atomkärnan (antalet protoner), A är isotopens massnummer (det totala antalet protoner). och neutroner i kärnan, A = Z + N). Eftersom kärnladdningen verkar vara unikt förknippad med symbolen för det kemiska elementet, används symbolen AX ofta för förkortning. Av alla isotoper som vi känner till är det bara väteisotoper som har sina egna namn. Således kallas isotoperna 2H och 3H för deuterium och tritium.

Bild 5

I naturen finns det både stabila isotoper och instabila - radioaktiva, vars kärnor av atomer är föremål för spontan omvandling till andra kärnor med utsläpp av olika partiklar. Cirka 270 stabila isotoper är nu kända. Antalet instabila isotoper överstiger 2000, de allra flesta av dem erhålls på konstgjord väg som ett resultat av olika kärnreaktioner. Antalet radioaktiva isotoper av många grundämnen är mycket stort och kan överstiga två dussin. Antalet stabila isotoper är betydligt mindre, vissa kemiska grundämnen består av endast en stabil isotop (beryllium, fluor, natrium, aluminium, fosfor, mangan, guld, etc.). Det största antalet stabila isotoper - 10 - hittades i tenn, till exempel i järn finns det 4, och i kvicksilver - 7.

Bild 6

Upptäckt av isotoper

År 1808 introducerade den engelske naturforskaren John Dalton först definitionen av ett kemiskt element som ett ämne som består av atomer av samma typ. 1869 upptäckte kemisten D.I. Mendeleev den periodiska lagen för kemiska grundämnen. En av svårigheterna med att underbygga begreppet ett grundämne som ett ämne som upptar en viss plats i en cell i det periodiska systemet var de experimentellt observerade icke-heltalliga atomvikterna för grundämnen. År 1866 lade den engelske fysikern och kemisten Sir William Crookes fram hypotesen att varje naturligt kemiskt element är en viss blandning av ämnen som är identiska i sina egenskaper, men som har olika atommassa, men vid den tiden hade ett sådant antagande ännu inte experimentell bekräftelse.

Bild 7

Ett viktigt steg mot upptäckten av isotoper var upptäckten av fenomenet radioaktivitet och hypotesen om radioaktivt sönderfall formulerad av Ernst Rutherford och Frederick Soddy: radioaktivitet är inget annat än sönderfallet av en atom till en laddad partikel och en atom av ett annat grundämne. , skiljer sig i sina kemiska egenskaper från den ursprungliga. Som ett resultat uppstod idén om radioaktiva serier eller radioaktiva familjer, i början av vilka det finns det första föräldraelementet, som är radioaktivt, och i slutet - det sista stabila elementet. Analys av transformationskedjorna visade att samma radioaktiva grundämnen, som bara skiljer sig åt i atommassa, under deras förlopp kan uppträda i en cell i det periodiska systemet. I själva verket innebar detta införandet av begreppet isotoper.

Bild 8

Oberoende bekräftelse på existensen av stabila isotoper erhölls sedan i experiment av Thomson och Aston 1912–1920 med strålar av positivt laddade partiklar som kom ut från ett urladdningsrör. 1919 konstruerade Aston ett instrument som kallas en masspektrograf. Jonkällan använde fortfarande ett urladdningsrör, men Aston hittade ett sätt på vilket successiv avböjning av en partikelstråle i elektriska och magnetiska fält ledde till fokusering av partiklar med samma laddning-till-massa-förhållande (oavsett deras hastighet) vid samma punkt på skärmen. Som ett resultat av den efterföljande användningen och förbättringen av masspektrometrar genom ansträngningar från många forskare, sammanställdes 1935 en nästan komplett tabell över de isotopiska sammansättningarna av kemiska element.

Bild 9

Tillämpning av isotoper

Olika isotoper av kemiska grundämnen används i stor utsträckning inom vetenskaplig forskning, inom olika områden av industri och jordbruk, inom kärnenergi, modern biologi och medicin, inom miljöstudier och andra områden. Vetenskaplig forskning kräver små mängder av sällsynta isotoper av olika grundämnen, mätt i gram och till och med milligram per år. Samtidigt kan behovet av deras produktion uppgå till många kilogram och till och med ton för ett antal isotoper som ofta används inom kärnenergi, medicin och andra industrier. Inom vetenskaplig forskning används stabila och radioaktiva isotoper i stor utsträckning som isotopiska spårämnen i studien av en mängd olika processer som förekommer i naturen. Inom jordbruket används isotoper till exempel för att studera fotosyntesprocesser, gödselmedels smältbarhet och för att bestämma effektiviteten hos växter som använder kväve, fosfor, mikroelement och andra ämnen.

Bild 10

Isotopteknologier används i stor utsträckning inom medicin. Således, i USA, enligt statistik, utförs mer än 36 tusen medicinska procedurer per dag och cirka 100 miljoner laboratorietester med isotoper. De vanligaste procedurerna involverar datortomografi. Kolisotopen C13, berikad till 99% (naturligt innehåll ca 1%), används aktivt i den så kallade "diagnostiska andningsövervakningen". Kärnan i testet är mycket enkel. Den anrikade isotopen införs i patientens mat och frisätts efter att ha deltagit i den metaboliska processen i olika organ i kroppen i form av koldioxid CO2 som andas ut av patienten, som samlas upp och analyseras med hjälp av en spektrometer. Skillnaderna i hastigheten för processer förknippade med frisättningen av olika mängder koldioxid, märkt med C13-isotopen, gör det möjligt att bedöma tillståndet hos patientens olika organ. I USA uppskattas antalet patienter som kommer att genomgå detta test till 5 miljoner per år. Nu används laserseparationsmetoder för att producera högberikade C13-isotop i industriell skala.