Оглавление:

Введение……………………………………………………………………………………………………..……3

Глава 1. Изотопические эффекты в скоростях реакций…………………………..……..5

1.1 Понятие изотоп…………………………………………………………………………………7

1.2 Понятие изотопический эффект………………………………………………..…….10

1.3 Кинетический изотопный эффект…………………………………………………...12

1.4 Термодинамический изотопический эффект………………………………….15

Глава 2. Применение изотопов в химии и биологии….………………………..………..17

Заключение……………………………………………………………………………………………….………21

Список литературы…………………………………………………………………………………………..24

Введение.

Изотопные эффекты или изотопические эффекты являются различиями в свойствах изотопов элементов или в свойствах соединений, отличающихся изотопным составом, обусловленные разницей их атомных масс. Неодинаковые свойства изотопов, определяемые не массой, а другими характеристиками атомного ядра, обычно не относятся к изотопным эффектам. Изотопные эффекты проявляются в различии любых свойств изотопов, кроме радиоактивных. Однако, поскольку для изотопов большинства элементов относительное различие в атомных весах изотопов относительно невелико, то изотопные эффекты для этих элементов выражены относительно слабо. Даже для легких элементов второго периода Периодической таблицы элементов (Li-Ne) относительные различия в атомных весах изотопов не превышают 35%; для третьего периода (Na-Ar) они не превышают 20%, для четвертого (K-Kr) и пятого (Rb-Xe) периодов – 15%; для более тяжелых элементов она всегда менее 10%. Лишь для элементов первого периода (Н и Не) относительные различия в массах изотопных атомов весьма велики – для водорода максимальное различие достигает 200%, а для гелия – 100%

Разница в массах изотопов обусловливает различие масс молекул, их моментов инерции, прочности соответствующих химических связей. Это приводит как к неравномерному распределению изотопов между химическими соединениями при достижении равновесия изотопного обмена (термодинамические изотопные эффекты), так и к неодинаковым скоростям одной и той же химической реакции, протекающей с участием разных изотопных форм реагирующих соединений (кинетические изотопные эффекты). Относительное различие масс изотопов тем меньше, чем больше атомный номер элемента.

Использование изотопов в качестве изотопных индикаторов основано на представлении об идентичности физических и химических свойств изотопов данного элемента. Как показывает опыт, для многих изотопов это упрощающее представление близко к действительности, и для них величины изотопных эффектов (как кинетических, так и термодинамических) не выходят за пределы ошибок химического эксперимента. Однако для лёгких элементов различия в химических свойствах изотопов могут быть существенны. Это необходимо учитывать, когда в качестве меченых атомов используются изотопы лёгких элементов, особенно изотопы водорода — дейтерий или тритий. Изотопные эффекты лежат в основе почти всех известных лабораторных и промышленных методов изотопов разделения.

Глава 1. Изотопические эффекты в скоростях реакций.

Изотопные или изотопические эффекты - это неидентичность свойств изотопов элементов, обусловленная различием масс изотопных атомов. Изотопные эффекты проявляются в различии любых свойств изотопов, кроме радиоактивных. Однако, поскольку для изотопов большинства элементов (за исключением наиболее легких) относительное различие в атомных весах изотопов относительно невелико, то изотопные эффекты для этих элементов выражены относительно слабо. Даже для легких элементов второго периода Периодической таблицы элементов (Li-Ne) относительные различия в атомных весах изотопов не превышают 35%; для третьего периода (Na-Ar) они не превышают 20%, для четвертого (K-Kr) и пятого (Rb-Xe) периодов - 15%; для более тяжелых элементов она всегда менее 10%. Лишь для элементов первого периода (Н и Не) относительные различия в массах изотопных атомов весьма велики - для водорода максимальное различие достигает 200%, а для гелия - 100%.

Зависимость оптических спектров от массы изотопа получила название изотопического сдвига. Изотопический сдвиг - сдвиг друг относительно друга уровней энергии и спектральных линий атомов различных изотопов одного хим. элемента; проявляется также во вращательных и колебательных спектрах молекул, содержащих различные изотопы одного элемента. Может быть обусловлен двумя причинами: движением ядра относительно центра инерции атома (эффект массы) и обменным взаимодействием атомных электронов, имеющим квантовый характер. Изотопический сдвиг положителен, когда длина волны спектральной линии уменьшается с ростом массы ядра. Различие длин волн, вызванное изотопическим сдвигом, используется в лазерном разделении изотопов. Неодинаковые атомные веса изотопов обуславливают определенные различия таких свойств изотопных соединений, как плотность, вязкость, показатель преломления, коэффициент диффузии, удельный заряд ионов. При этом отношение плотностей изотопных соединений достаточно точно совпадает с отношением их молекулярных весов, а удельные заряды изотопных ионов обратнопропорциональны их молекулярным весам. Кроме того, различие масс изотопных атомов вызывает изменение уровней поступательной, вращательной и колебательной энергии молекул при их изотопном замещении, что приводит к различию колебательно-вращательных спектров изотопных соединений.