ІЗОТОПИ

ІЗОТОПИ (лат. isotopa < грец. isos — однаковий + topos — місце) — сукупність атомів, які мають однаковий заряд ядра, тобто однакову кількість протонів у ядрі, але різні масові числа. Це різновид атомів одного елемента, в ядрі атома яких різна кількість нейтронів. Оскільки кількість протонів у ядрі дорівнює кількості електронів, розміщених у електронній оболонці атома, і зовнішні електрони зумовлюють хімічні властивості елемента, атоми усіх І. мають однакову електронну конфігурацію і майже однакові хімічні властивості. Тому І. неможливо розділити хімічними методами. І. елемента з певною кількістю протонів і нейтронів називають нуклідом. Це більш широке поняття, ніж І., оскільки кожен І. є нуклідом, однак тільки нукліди одного елемента мають однаковий заряд ядра і є І. Сукупність протонів і нейтронів, які складають ядро атома, визначає фізичні і радіоактивні властивості елемента. Термін І. у 1910 р. запропонував англ. учений Содді для атомів з однаковими хімічними та різними фізичними і радіоактивними властивостями. І. були відкриті у 1906 р. при вивченні продуктів радіоактивного розпаду важких елементів. У 1913 р. Дж. Томсон виявив два І. у нерадіоактивного елемента Неону 20Ne і 22Ne. З часом за допомогою мас-спектрометричного методу був визначений ізотопний склад усіх елементів періодичної системи. І. називають так, як і відповідні їм хімічні елементи. Тільки І. Гідрогену мають спеціальні назви: — протій, — дейтерій (Д), — тритій (Т). При позначенні І. біля символу елемента зліва вгорі записують масове число, а зліва внизу інколи записують заряд ядра: 16O, 17O, 18O або 168О, 178О, 188О. Часто замість символів елементів записують їх назву і вказують масу І.: Оксиген-16, Оксиген-17, Оксиген-18. Ядро атома І. містить Z протонів і N нейтронів, сумарна маса цих частинок (нуклонів) визначає масу ядра А=Z+N, де А — масове число. Це фактично округлене значення його відносної ат. м., якa відома для кожного І. будь-якого елемента періодичної системи. Для І. Гідрогену 1Н і 2Н відносна ат. м. відповідно становить 1,0078 і 2,0141. Відносна ат. м. елемента виражена нецілим числом, має значення, оскільки елемент є сумішшю І., і при її обчисленні враховують відсотковий склад природних І. За походженням І. ділять на природні — ті, що знаходяться у природних об’єктах, і штучні — синтезовані у лабораторії. Елемент Хлор має два природних І.: 35Cl i 73Cl. Штучні І. синтезують за допомогою ядерних реакцій у результаті взаємодії нуклідів між собою або з ядерними частинками та фотонами, тому радіоактивні І. можна одержати для будь-якого елемента періодичної системи. За стійкістю (здатністю самостійно змінюватися) І. ділять на стабільні і нестійкі (радіоактивні). Більшість природних І. стабільні та існують у незмінному стані дуже довго. Нестійкі (радіоактивні) І. розпадаються, випромінюючи α- і β-частинки. На сьогодні відомо близько 280 стабільних і 1800 нестабільних І., більшість яких синтезовано штучно. Тривалість існування нестабільних І. характеризують періодом напіврозпаду Т½, який дорівнює проміжку часу, протягом якого розпадається половина ядер атомів елементів. Природні І. також бувають радіоактивними, однак період напіврозпаду у них досить великий. Серед природних І. Калію: 39К, 40К, 41К, нуклід 40К радіоактивний, однак його Т½ становить 1,28·109 років. Штучні І. майже усі нестійкі, вони мають широкий діапазон часу існування. Так, для І. 263106 Sg Т½ становить 0,9 с, а 6027Со — 5,272 року. У природній суміші І. хімічного елемента вони містяться у різній кількості. Відсотковий склад І. певного хімічного елемента називають його відносною поширеністю. Склад І. природних елементів в основному постійний, хоча і спостерігається невелике відхилення для атомів легких елементів. Елементи, які мають тільки один І., називають ізотопно чистими. У сучасній періодичній системі міститься 21 ізотопно чистий елемент: 9Ве, 19F, 23Na, 31P, 127I та ін. Інші елементи являють собою суміш двох і більше І., їх називають ізотопно змішаними. Таких елементів у періодичній системі більшість. Найбільшу кількість І. (10) має Cтанум. Деякі елементи не мають жодного стабільного І.: Tc, Pm, Lu і всі елементи, для яких Z >82.

Радіоактивні і стабільні І. застосовують для виготовлення І.-індикаторів, за допомогою яких вивчають будову хімічних сполук і БАР; у біохімії за допомогою І. вивчають обмінні процеси в організмі, механізми перебігу біохімічних реакцій, механізм біосинтезу білків, жирів, нуклеїнових кислот та їх будову. У фармакології І.-індикатори використовують для вивчення дії ЛП в організмі: їх засвоєння, виведення з організму, можливі метаболіти і механізм дії. Вже з середини минулого століття, коли з’явилися потужні джерела радіаційного випромінювання, радіоактивні нукліди застосовують для радіаційної стерилізації матеріалів, медичних виробів і ЛЗ. Стерилізація одноразових засобів (шприців, голок, катетерів, перев’язувальних матеріалів, систем для переливання крові) здійснюється у запакованому стані майже без нагрівання, у повному обсязі з високим ступенем надійності.

У медичній практиці для діагностики і лікування різноманітних хвороб застосовують більше 60 радіонуклідів: 18F, 24Na, 32P, 42K, 43K, 51Cr, 52Fe, 60Co, 64Cu, 123I, 125I, 198Au та ін. Для радіоактивної діагностики застосовують препарати, в молекулах яких знаходяться атоми радіоактивних елементів, що дозволяє слідкувати за дією препарату в організмі. Для діагностики ракових пухлин застосовують розчин Na3PO4, позначений 32P; натрію йодид, який містить радіоактивний 131І, застосовують для діагностики захворювань щитовидної залози. Тканина пухлини поглинає радіоактивний I., потім за допомогою лічильника визначають місцезнаходження радіоактивного елемента в організмі та локалізацію пухлини. Радіодіагностичні препарати також дозволяють оцінити функціональний і анатомічний стан органів і систем організму людини. Радіаційні фармпрепарати та джерела опромінювання також застосовують в онкології та при запальних захворюваннях. За допомогою колоїдних розчинів і суспензій, які містять 32P, 131I, 198Au, лікують захворювання кровотворної системи та різноманітні пухлини. Для опромінювання застосовують апарати, які містять 32P, 90Sr, 147Pm, 204Tl, та дистанційні апарати з високоактивними джерелами випромінювання 60Co, 137Cs. Для внутрішньотканинного опромінювання застосовують штифти, голки, гранули, дріт, виготовлені з 60Со, 137Cs, 182Ta, 198Au та інших І.

БМЭ. — М., 1974. — Т. 9; Иванов И.И. Радиоактивные изотопы в медицине и биологии. — М., 1955; Трифонов Д.Н., Кривомазов А.Н., Лисневский Ю.И. Химические элементы и нуклиды. — М., 1980.