1 / 53

Izotopia

Izotopia. 1906 : B.B.Boltwood. Č okoľvek nerobil, nedokázal oddeliť „iónium“ (alfa žiarič s polčasom premeny 80000 rokov) , ktoré pochádzalo z uránovej rudy, od tória. Dnes vieme, že sa jednalo o izotopy tória, 230 Th a 232 Th. Prírodné rádioaktívne látky. nájdené v mineráloch uránu a tória.

sulwyn
Télécharger la présentation

Izotopia

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. Izotopia

  2. 1906: B.B.Boltwood Čokoľvek nerobil, nedokázal oddeliť „iónium“ (alfa žiarič s polčasom premeny 80000 rokov) , ktoré pochádzalo z uránovej rudy, od tória. Dnes vieme, že sa jednalo o izotopy tória, 230Th a 232Th F.Macášek - Jadrová chémia I

  3. Prírodné rádioaktívne látky nájdené v mineráloch uránu a tória Mali rôzne rádioaktívne vlastnosti, ale neodlíšiteľnéchemicky F.Macášek - Jadrová chémia I

  4. 1910: Frederic Soddy Ale prvý sa to odvážil vysloviť Soddy: Majú rovnaké chemické vlastnosti a treba im prisúdiť rovnaké miesto (grécky “ιξοσ τοποσ“) v periodickej tabuľke = izotopy F.Macášek - Jadrová chémia I

  5. Prírodné rádioaktívne látky = izotopy známych prvkov F.Macášek - Jadrová chémia I

  6. 1919: F.W.Aston Rozdelenie izotopov v elektromagnetických poliach F.Macášek - Jadrová chémia I

  7. Význam izotopie pre chémiu V „klasickej“ chémii sa izotopové zloženie prvkov predpokladá konštantné: stálosť izotopového zloženia prvkov je podmienkou štandardných stredných relatívnych atómových hmotností prvkov. Izotopové zloženie však často treba podstatne zmeniť fyzikálnym a chemickým obohacovaním tým izotopom, ktorý je dôležitý pre isté jadrové vlastnosti.

  8. Význam izotopie pre chémiu Väčšina prírodných prvkov sa skladá z viacerých izotopov (len 21 je monoizotopových) Prvky s párnym protónovým číslom majú zvyčajne viacero stabilných izotopov F.Macášek - Jadrová chémia I

  9. Význam izotopie pre chémiu Izotopové zloženie prvkov F.Macášek - Jadrová chémia I

  10. Význam izotopie pre chémiu • Dôsledky: • existujú, hoci veľmi malé, ale predsavariácie izotopového zloženia (strednej relatívnej atómovej hmotnosti) • možnosť pripraviť prvky s pozmeneným izotopovým zložením zmenou prírodného zloženia: obohatenie prírodným izotopom alebo pridanie umelého, rádioaktívneho izotopu F.Macášek - Jadrová chémia I

  11. Význam izotopie pre chémiu • Individuálne izotopy alebo izotopovo obohatené prvky sú potrebné ako materiály pre: • jadrovú energetiku (D, 235U, 6Li) • deutérované rozpúšťadlá pre IČ a NMR spektroskopiu (D2O, CDCl3 a i.) • označenie biogénnych prvkov stabilnými izotopmi 2H, 15N, 18O, 13C (izotopovo modifikované zlúčeniny vodíka, dusíka, kyslíka a uhlíka) pre sledovanie fyziologických a biochemických procesov • terče na výrobu rádionuklidov urýchľovačmi a v jadrových reaktoroch (obohatenie terčovým izotopom) F.Macášek - Jadrová chémia I

  12. Vzácnejšie izotopy v prírodných zmesiach Pre zvýšenie výťažku jadrových reakcií alebo prípravu označených zlúčenín treba izolovať F.Macášek - Jadrová chémia I

  13. Význam izotopie pre biológiu Rastliny označené uhlíkom-13 IsoLife (Holandsko) Obohatenie uhlíkom-13 nie je jednoduché - táto kukurica by bola na konzum pridrahá F.Macášek - Jadrová chémia I

  14. Stálosť izotopového zloženia Výmena izotopov medzi jednotlivými chemickými a fyzikálnymi formami látok je termodynamicky riadená zvyšovaním entrópie, t.j. rovnomerným rozložením izotopov medzi všetkými formami. V ideálnom prípade majú všetky látky, medzi ktorými je výmena možná, rovnaké izotopové zloženie (prírodné izotopové zloženie prvkov).

  15. Izotopová výmena BX 0% AX 100% F.Macášek - Jadrová chémia I

  16. Izotopová výmena Nezmenilo sa chemické zloženie látok, iba sa vyrovnalo ich izotopové zloženie BX 50% AX 50% F.Macášek - Jadrová chémia I

  17. Variácie izotopového zloženia Napriek tomu, izotopová výmena nie je ideálne pravdepodob-nostná, izotopy sa správajú síce ako atómy s rovnakou elektronickou konfiguráciou, ale nie rovnako ťažké . V prírod-ných procesoch sa to prejaví najmä v malých variáciách izotopového zloženie ľahkých prvkov (H,B,C,N,O, S,Si) Tieto drobné rozdielnosti sa využívajú v geochémii na poznanie genézy minerálov ....

  18. Vyparovanie, kondenzácia, mrznutie a fotoasimilácia vody spôsobuje variácie obsahu deutéria ale aj izotopov kyslíka Variácie izotopového zloženia

  19. Variácie izotopového zloženia Obsah 18O vo vodných zrážkach a uhličitanoch stúpa s teplotou, čo dovoľuje zisťovať teplotu vzniku paleologických vzoriek (napr. ľadu a kalcitov) Antarktída oceán J.Jozuel et al., 1994

  20. Na Zemi bolo raz teplejšie, inokedy chladnejšie Antarktída Analýza ľadu: porovnanie obsahu CO2 v bublinách a izotopového zloženia H2O F.Macášek - Jadrová chémia I

  21. Na Zemi bolo raz teplejšie, inokedy chladnejšie Teplota oceánu topenie Antarktídy Izotopové zloženie Zaľadňovanie Antarktídy zaľadňovanie Antarktídy F.Macášek - Jadrová chémia I

  22. Variácie izotopového zloženia Dá sa aj identifikovať pôvod prírodných surovín podľa obsahu deutéria The Application of Site-Specific Natural Isotope Fractionation-Nuclear Magnetic Resonance (SNIF-NMR) to the Analysis of Alcoholic Beverages J.L.Cross et al., 1998

  23. alebo dosiahnuť nevídanú cenu vody... http://www.preventa105.sk/preventa/oprodukte/index2.htm (2007) postup je chránený medzinárodnými patentmi. „DEUTÉRIUM DEPLETINO – v nádornej terápii – submolekulárna medicína XXI. Storočia HYD Kutató – Fejleszto~ Kft. (HYD výskumná a vývojová spol. s.r.o.) sa založila v roku 1992, aby vyvinula produkty – lieky, doplnky, s novým patentovaným postupom na základe Deutérium Depletiom – znížením obsahom deutéria. Lieky, vyvinuté týmto postupom budú slúžiť predovšetkým na liečenie a predchádzanie rakových ochorení. Deutérium Depletio ponúka nové možnosti ako v nádornej terápii, tak aj v oblasti prechádzania ochorenia. Produkty – výrobky sú neškodné, nemajú žiadne škodlivé vedľajšie účinky. Výrobný postup je chránený medzinárodnými patentmi.“ F.Macášek - Jadrová chémia I

  24. po „Deutérium Dementino“ trochu vážnejšie ...

  25. Izotopia Fyzikálna separácia a analýza

  26. 1932: Harold Urey (Nobelova cena 1934) Pri odparovaní kvapalného vodíka sa v neodparenom zvyšku koncentruje dvojnásobne ťažší vodík - deutérium - izotopy sa dajú, aj keď ťažko, separovať ! Mýlil sa Soddy že izotopy sú chemicky neoddeliteľné ? F.Macášek - Jadrová chémia I

  27. Izotopia Hmotnosť atómovéha jadra veľmi málo ovplyvňuje elektrónový obal atómu. Napríklad zámena 1H (prótia) za 2H (deutérium) nezmení veľkosť molekuly vody, len jej hmotnosť

  28. Ťažká voda nie je „dvakrát ťažká“, ale len o 10% ! F.Macášek - Jadrová chémia I

  29. mrzne pri vyššej teplote … kryštaly D2O ponorené v H2O Ťažká voda Ťažká voda (oxid deutérny) má o 10% väčšiu hustotu jako normálna voda, H2O (l) 3 oC D2O (s) 1,0 kg 1,1 kg

  30. Ťažká voda kryštaly D2O ponorené v H2O je „hygroskopická“ Časom sa izotopové zloženie vyrovná temer na rovnaké - podľa zákona o raste entrópie samovoľne prebieha vyrovnávanie izotopového zloženia medzi fázami a molekulami (izotopová výmena) H2O / HDO /D2O(l) 1 oC D2O / HDO /H2O (s)

  31. Separácia izotopov U molekúl ťažkých prvkov takáto separácia je málo účinná a používa sa separácia ich iónov v elektromagnetických poliach. Významné rozdiely vo fyzikálno-chemických vlastnostiach molekúl ľahkých prvkov dovoľujú ich separáciu napr. rektifikáciou, elektrolýzou alebo termodifúziou.

  32. Ťažká voda Elektrolýzou sa pripravovala ťažká voda u zdroja lacnej elektriny v závode Vemork / Rjukan v Nórsku 1943-44 1930

  33. Separácia izotopov v elektromagnetických poliach dráha nabitej častice v priečnom magnetickom poli sa zakrivuje pôsobením Lorentzovej sily priečne magnetické pole v F B - magnetická indukcia e = 1,6.10-19 C ze F.Macášek - Jadrová chémia I

  34. Hmotnostná spektrometria dráha iónu v priečnom magnetickom poli závisí od pomeru jeho náboja a hmotnosti polomer dráhy F.Macášek - Jadrová chémia I

  35. Hmotnostný spektrometer ako plynné vzorky sa používajú H2 (ióny H2+) CO2 (ióny CO2+) F.Macášek - Jadrová chémia I

  36. Kvadrupólový hmotnostný spektrometer Moderné spektrometre používajú namiesto magnetického poľa premenné elektrostatické polia W. Paul, 1953 Dráha iónu je stabilná len pri istej kombinácii stáleho a premenného poľa a frekvencie jeho prepólovania F.Macášek - Jadrová chémia I

  37. Hmotnostný spektrometer ako plynné vzorky sa používajú H2 (ióny H2+) CO2 (ióny CO2+) hmotnostné spektrum H2+,HD+ , D2+(m/z 2,3 a 4) 12C16O16O+,13C16O16O+, 12C16O18O+, 13C16O18O+, 12C18O18O+, 13C18O18O+ (m/z 44 až 49) F.Macášek - Jadrová chémia I

  38. Hmotnostné spektrá logaritmická škála ! izotopové ióny CO2+ izotopové ióny C+ izotopové ióny CO+ F.Macášek - Jadrová chémia I

  39. Hmotnostný spektrometer Ióny tuhých látok potrebné na izotopovú alebo prvkovú analýzu sa dajú získať 1. ionizáciou v plazme pri teplote cca 10000 oC vznikajú jednoduché alebo viacatómové kladné ióny, napr. M+, MH+, MOH+, MN+, MArO+, MArN+ a pod. (na hmotnostno-spektrometrickú analýzu s indukčne viazanou plazmou, ICP-MS, citlivosť až 1:1015) F.Macášek - Jadrová chémia I

  40. Hmotnostný spektrometer Z tuhej matrice (oxid, grafit)urýchlenéióny cézia (10-50 keV) vyrážajú záporné ióny, napr. C-,I-, TcO-, UO-, UN-, RaC2- a pod., ktoré sa dajú po urýchlení na 0,5-2 MeV rozbiť na ióny M+ až M11+ zrážkami s molekulami plynu (na analýzu urýchľovačovou hmotnostnou spektrometriou, AMS - citlivosť je u dlhožijúcich rádionuklidoch až 10000x vyššia, ako u rádiometrickej analýzy) F.Macášek - Jadrová chémia I

  41. Elektromagnetická separácia separácia ľuboľných izotopov, ale najmä ťažkých prvkov (urán ...) kalutrón (1942) kalutróny (1999) F.Macášek - Jadrová chémia I

  42. Difúzne obohacovanie separácia izotopov ťažkých prvkov (urán ...) napr. pre 235UF6 a 238UF6 F.Macášek - Jadrová chémia I

  43. Difúzne obohacovanie Oak Ridge (USA) Ale faktor obohatenia v jednom stupni je veľmi malý - treba kaskády tisícov separačných jednotiek F.Macášek - Jadrová chémia I

  44. Plynové odstredivky 1500 ot/s !!! Taktiež sa vyžadujú veľké série odstrediviek „ANGARSK“ F.Macášek - Jadrová chémia I

  45. Obohacovanie uránu F.Macášek - Jadrová chémia I

  46. Izotopia Chemická separácia

  47. Izotopové molekuly Molekuly menia svoje vlastnosti pri zmene hmotností jadier najmä v základných vibračných stavoch zámena ťažším izotopom spomaľuje vibráciu F.Macášek - Jadrová chémia I

  48. Izotopové molekuly O-H O-D Zámena H s D pomaľuje vibráciu F.Macášek - Jadrová chémia I

  49. Izotopové molekuly Menšia základná vibrácia znamená, že väzba O-D je silnejšia, ako väzba O-H, napr. elektrolytická disociácia D20 je šesťkrát menšia, ako H20 O-H O-D F.Macášek - Jadrová chémia I

  50. Obohacovanie izotopovou výmenou výmena vodíka medzi molekulami vody a sulfánu : H2O + HDS ↔ HDO + H2S ideálne je K = 1 F.Macášek - Jadrová chémia I

More Related