Перейти до вмісту

Ізотопний обмін

Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії.

Ізотопний обмін — процес спонтанного перерозподілу стабільних або радіоактивних ізотопів деякого хімічного елемента між різними фазами системи. Ізотопний обмін може відбуватися:

  • між агрегатними станами однієї речовини
  • між частинками речовини (молекулами, іонами)
  • всередині молекул

При цьому самі речовини зберігають елементарний склад, змінюється тільки ізотопний склад. Наприклад:

Внаслідок ізотопного обміну в системі встановлюється рівновага з приблизно рівним розподілом ізотопів. Таким чином, ізотопний обмін являє собою хімічну реакцію з нульовим тепловим ефектом, рівними енергіями активації для прямої і зворотної реакцій і відсутністю залежності константи рівноваги реакції від температури. Однак у разі ізотопів легких елементів внаслідок ізотопного ефекту константа рівноваги реакції може відрізнятися від 1. Стан системи, в якій ізотопи розподілені рівномірно, відповідає найбільшій ентропії системи.

Механізм реакції

[ред. | ред. код]

Механізм реакції ізотопного обміну багато в чому визначає її швидкість. Так, гомогенний ізотопний обмін протікає за дисоціативним або асоціативним механізмом, за реакцією електронного перенесення або перенесення груп атомів:

 — дисоціація AgBr і Na*Br в розчині
 — диссоциация FeBr3
 — асоціація C2H5I і NaI
 — окисно-відновна реакція між іонами Tl+ и *Tl3+
 — обмін групами атомів

Кінетика реакції

[ред. | ред. код]

Кінетичне рівняння реакції ізотопного обміну як правило визначає ступінь протікання обміну:

, де  — концентрації ізотопу, що обмінюється, в моменти часу 0, t і за рівного розподілу. Якщо ж при t = 0 x = 0, то

Залежність F від періоду півобміну визначається за формулою

Це рівняння дозволяє визначити за експериментальними даними F і знайти константу швидкості іонного обміну.

Швидкість реакції іонного обміну другого порядку описується рівнянням

, де a і b — молярні концентрації реагентів, що обмінюються ізотопами.

З температурної залежності швидкості реакції визначається енергія активації реакції, з якої можна оцінити міцність зв'язку атомів, що беруть участь у реакціях ізотопного обміну.

У випадках реакцій гетерогенного обміну ізотопами їх швидкість залежить від швидкості дифузії ізотопів до поверхні обміну фаз і від швидкості самого ізотопного обміну. За інтенсивного перемішування твердої фази з рідкою або газоподібною швидкість обміну ізотопами визначається швидкістю їх дифузії у твердій фазі.

Застосування

[ред. | ред. код]

Реакції ізотопного обміну використовуються при розділенні ізотопів, отриманні мічених ізотопами сполук, а також під час вивчення будови молекул. На цій реакції ґрунтується один з варіантів дослідження низьких тисків пари речовини.

Література

[ред. | ред. код]
  • Кнунянц И. Л. и др. т.2 Даффа-Меди // Химическая энциклопедия. — М. : Советская энциклопедия, 1990. — 671 с. — 100 000 екз. — ISBN 5-85270-035-5.