Izotopi su ... Radioaktivni izotopi, njihov raspad i poluživot

Vjerojatno ne na zemlji takva osoba koja ne bi čula za izotope. Ali ne znaju svi što je to. Izraz "radioaktivni izotopi" zvuči posebno zastrašujuće. Ovi nerazumljivi kemijski elementi zastrašuju čovječanstvo, ali zapravo nisu tako strašni kao što se na prvi pogled čini.

definicija

Razumjeti pojam radioaktivni elementi potrebno je najprije reći da su izotopi uzorci istog kemijskog elementa, ali s različitom masom. Što to znači? Pitanja će nestati, ako se najprije sjetimo struktura atoma. Sastoji se od elektrona, protona i neutrona. Broj prvih dviju elementarnih čestica u jezgri atoma uvijek je konstantan, dok se neutroni, koji imaju vlastitu masu, mogu pojaviti u istoj tvari u različitim količinama. Ta okolnost stvara različite kemijske elemente s različitim fizičkim svojstvima.

Sada možemo dati znanstvenu definiciju koncepta koji se istražuje. Dakle, izotopi su kumulativni skup kemijskih elemenata sa sličnim svojstvima, ali s različitim masenim i fizikalnim svojstvima. Prema modernijoj terminologiji, oni se nazivaju pleiad nukleotida kemijskog elementa.

Malo povijesti

Početkom prošlog stoljeća znanstvenici su otkrili da isti kemijski spoj pod različitim uvjetima može pokazati različite mase elektronskih jezgri. S čisto teorijskog stajališta, takvi se elementi mogu smatrati novim i početi popunjavati prazne ćelije s njima u periodnom sustavu D. Mendelejeva. Ali u njemu ima samo devet slobodnih stanica, a znanstvenici su otkrili na desetke novih elemenata. Štoviše, matematički proračuni su pokazali da se otkriveni spojevi ne mogu smatrati ranije nepoznatim, jer njihova kemijska svojstva u potpunosti odgovaraju značajkama postojećih.

Nakon dugih rasprava, odlučeno je da se ti elementi nazovu izotopima i da ih se stavi u istu ćeliju kao i one čije jezgre sadrže isti broj elektrona s njima. Znanstvenici su uspjeli utvrditi da su izotopi samo neke varijacije kemijskih elemenata. Međutim, njihovi uzroci i dugovječnost proučavani su gotovo stoljeće. Čak i na početku 21. stoljeća nije moguće tvrditi da čovječanstvo zna apsolutno sve o izotopima.

Trajne i nestabilne varijacije

Svaki kemijski element ima nekoliko izotopa. Zbog činjenice da u njihovim jezgrama postoje slobodni neutroni, oni ne ulaze uvijek u stabilne veze s drugim komponentama atoma. Nakon nekog vremena slobodne čestice napuštaju jezgru, zbog čega se mijenjaju njezina masa i fizička svojstva. Na taj način nastaju drugi izotopi, koji na kraju dovode do stvaranja tvari s jednakim brojem protona, neutrona i elektrona.

One tvari koje se vrlo brzo raspadaju nazivaju se radioaktivnim izotopima. Oni oslobađaju u prostor veliki broj neutrona, tvoreći snažno ionizirajuće gama zračenje, poznato po snažnoj prodornoj snazi, koja negativno utječe na žive organizme.

Stabilniji izotopi nisu radioaktivni, jer količina slobodnih neutrona koju emitiraju nisu sposobni proizvesti zračenje i značajno utječu na druge atome.

Već dugo vremena znanstvenici su ustanovili jedan važan uzorak: svaki kemijski element ima svoje izotope, postojane ili radioaktivne. Zanimljivo je da su mnogi od njih dobiveni u laboratoriju, a njihova prisutnost u prirodnom obliku je mala i nije uvijek fiksirana instrumentima.

Raširiti u prirodi

U prirodnim uvjetima najčešće postoje tvari čija je masa izotopa izravno određena rednim brojem u tablici D. Mendelejeva. Na primjer, vodik, označen simbolom H, ima redni broj 1, a njegova masa je jednaka jedan. Njegovi izotopi, 2H i 3H, u prirodi su izuzetno rijetki.

Čak i ljudsko tijelo ima određenu količinu radioaktivnih izotopa. Ulaze kroz hranu u obliku izotopa ugljika, koje biljke apsorbiraju iz tla ili zraka i postaju dio organska tvar u procesu fotosinteze. Stoga čovjek, životinje i biljke emitiraju određenu pozadinu zračenja. Samo je on tako nizak da ne ometa normalno funkcioniranje i rast.

Izvori koji doprinose stvaranju izotopa su unutarnji slojevi Zemljine jezgre i zračenje iz svemira.

Kao što znate, temperatura na planetu uvelike ovisi o njegovoj vrućoj jezgri. Ali tek nedavno postalo je jasno da je izvor te topline složena termonuklearna reakcija u koju su uključeni radioaktivni izotopi.

Raspadanje izotopa

Budući da su izotopi nestabilne formacije, može se pretpostaviti da oni na kraju propadaju u trajnije jezgre kemijskih elemenata. Ova tvrdnja je istinita jer znanstvenici nisu bili u mogućnosti otkriti u prirodi veliku količinu radioaktivnih izotopa. Da, a većina onih koji su minirani u laboratorijima, postojali su nekoliko minuta do nekoliko dana, a zatim ponovno pretvoreni u obične kemijske elemente.

Ali u prirodi postoje i izotopi koji su vrlo otporni na propadanje. Mogu postojati milijardama godina. Takvi elementi nastali su u onim dalekim vremenima, kada se zemlja još formirala, pa čak ni čvrsta kora nije bila na njegovoj površini.

Radioaktivni izotopi se brzo raspadaju i ponovno formiraju. Stoga, kako bi se olakšala procjena otpora izotopa, znanstvenici su odlučili razmotriti kategoriju svog poluživota.

Pola života

Ne mogu svi čitatelji odmah shvatiti što se podrazumijeva pod tim konceptom. Definiramo ga. Vrijeme poluraspada izotopa je vrijeme u kojem će prestati postojati uvjetna polovica uzete tvari.

To ne znači da će ostatak veze biti uništen u istom vremenskom razdoblju. U odnosu na tu polovicu, potrebno je razmotriti još jednu kategoriju - vremensko razdoblje za koje će nestati drugi dio, odnosno četvrtina početne količine tvari. A to razmatranje traje neograničeno. Može se pretpostaviti da je vrijeme potpunog raspada početne količine tvari jednostavno nemoguće računati, budući da je taj proces gotovo beskrajan.

Međutim, znanstvenici, znajući poluživot, mogu odrediti koliko tvari postoji na početku. Ovi se podaci uspješno koriste u srodnim znanostima.

U suvremenom znanstvenom svijetu, koncept potpunog propadanja praktički se ne koristi. U odnosu na svaki izotop, uobičajeno je naznačiti njegov poluživot, koji varira od nekoliko sekundi do mnogo milijardi godina. Što je poluživot manji, to je više zračenja iz tvari i veća je njegova radioaktivnost.

Mineralna utvrda

U nekim granama znanosti i tehnologije, uporaba relativno velike količine radioaktivnih tvari smatra se obveznom. Ali u isto vrijeme u prirodnim uvjetima postoji vrlo malo takvih spojeva.

Poznato je da izotopi nisu uobičajene varijante kemijskih elemenata. Njihov se broj mjeri s nekoliko postotaka najotpornijih sorti. Zato znanstvenici trebaju umjetno obogatiti fosilne materijale.

Tijekom godina istraživanja utvrđeno je da raspadanje izotopa prati lančana reakcija. Oslobođeni neutroni jedne tvari počinju utjecati na drugu. Zbog toga se teške jezgre raspadaju u lakše i dobivaju se novi kemijski elementi.

Ovaj fenomen naziva se lančana reakcija, zbog koje je moguće dobiti postojanije, ali manje uobičajene izotope koji se kasnije koriste u nacionalnoj ekonomiji.

Primjena energije raspada

Također, znanstvenici su otkrili da se tijekom raspadanja radioaktivnog izotopa oslobađa velika količina slobodne energije. Njegova se količina obično mjeri Curie jedinicom jednakom vremenu fisije od 1 g radona-222 u 1 sekundi. Što je veći pokazatelj, više energije se oslobađa.

To je bio razlog za razvoj načina korištenja slobodne energije. Dakle, postojali su atomski reaktori u kojima je smješten radioaktivni izotop. Najveći dio energije koja se ispušta sakuplja se i pretvara u električnu energiju. Na temelju tih reaktora grade se nuklearne elektrane koje osiguravaju najjeftiniju električnu energiju. Smanjene verzije takvih reaktora stavljene su na samohodne mehanizme. S obzirom na rizik od nesreća, najčešće su takvi strojevi podmornice. U slučaju neuspjeha reaktora, broj žrtava na podmornici bit će lakše minimiziran.

Još jedna vrlo zastrašujuća mogućnost korištenja energije poluživota su atomske bombe. Tijekom Drugog svjetskog rata testirani su na čovječanstvo Japanski gradovi Hirošima i Nagasaki. Posljedice su bile vrlo tužne. Stoga svijet ima sporazum o neuporabi ovih opasnih oružja. U mjestu s velikim državama s fokusom na militarizaciju, a danas nastavljaju istraživanja u ovoj industriji. Osim toga, mnogi od njih potajno proizvode atomske bombe iz svjetske zajednice, koje su tisuće puta opasnije od onih koje se koriste u Japanu.

Izotopi u medicini

U miroljubive svrhe raspad radioaktivnih izotopa naučio se koristiti u medicini. Usmjeravanje zračenja na zahvaćeno područje tijela, možete zaustaviti tijek bolesti ili pomoći pacijentu da se potpuno oporavi.

Međutim, češće se radioaktivni izotopi koriste za dijagnostiku. Činjenica je da je njihovo kretanje i priroda klastera najlakše zabilježiti zračenjem koje proizvode. Tako se u ljudsko tijelo ubrizgava određena neopasna količina radioaktivne tvari, a liječnici koriste instrumente za promatranje kako i gdje to ide.

Tako se dijagnosticira rad mozak, priroda tumora raka, osobito funkcioniranje žlijezda unutarnjeg i vanjskog izlučivanja.

Primjena u arheologiji

Poznato je da u živim organizmima uvijek postoji radioaktivni ugljik-14, čiji je poluvijek izotopa 5570 godina. Osim toga, znanstvenici znaju koliko je tog elementa sadržano u tijelu sve do njegove smrti. To znači da sva rezana stabla emitiraju istu količinu zračenja. S vremenom se intenzitet zračenja smanjuje.

To pomaže arheolozima da utvrde koliko je dugo stablo s kojeg su sagradili kuhinju ili bilo koji drugi brod, a time i vrijeme izgradnje, umrlo. Ova se istraživačka metoda naziva analiza radioaktivnog ugljika. Zahvaljujući njemu, znanstvenicima je lakše uspostaviti kronologiju povijesnih događaja.