ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Причины протекания изотопного обмена и равнораспределение изотоКинетика гомогенного изотопного обмена из "Радиоактивные индикаторы в химии основы метода Издание 2" Существование у элементов различных изотопов (как стабильных, так и радиоактивных) обусловливает протекание в системах, где такие изотопы присутствуют совместно, так называемых реакций изотопного обмена. [c.121] Изотопным обменом называют самопроизвольный процесс перераспределения изотопов одного элемента между разными фазами, молекулами (химически различными или тождественными) или внутри молекул. В отличие от химических реакций реакции изотопного обмена не приводят к обычным химическим или физико-химическим эффектам, а вызывают только выравнивание изотопного состава элементов, составляющих химические формы или фазы системы. [c.121] Специалистам, применяющим радиоактивные индикаторы в химических исследованиях, приходится сталкиваться с изотопным обменом в самых различных случаях. Во-первых, изучение скорости протекания реакции изотопного обмена дает возможность исследовать строение молекул. Во-вторых, реакции изотопного обмена можно использовать для синтеза меченых соединений. И, наконец, в-третьих, изотопный обмен может явиться помехой при проведении работ методом меченых атомов. [c.121] Протекание реакций изотопного обмена можно обнаружить и проконтролировать только с похмощью меченых атомов. Вообще говоря, для этих целей в равной мере пригодны и стабильные, и радиоактивные изотопы. Но так как данная книга посвящена радиоактивным индикаторам и к тому же для больщинства элементов сведения об изотопном обмене получены именно с помощью радиоактивных меток, в дальнейшем будет рассматриваться только изотопный обмен с участием радиоактивных изотопов. Будем считать, что из двух обменивающихся изотопов какого-либо элемента один радиоактивный, а другой — стабильный. [c.121] Изотопный обмен называют гомогенным, когда обменивающиеся изотопы находятся в одной фазе, и гетерогенным, если речь идет о перераспределении изотопов между разными фазами. [c.121] Рассмотрим некоторые типичные случаи, поясняющие приведенные определения. [c.121] Реакции изотопного обмена, протекающие между тождественными по химическому составу и строению молекулами, получили название гомомолекулярных. [c.122] Следовательно, реакции изотопного обмена относятся к числу протекающих при постоянной температуре. [c.123] Так как энтропия равновесного состояния выше, чем неравновесного, то, следовательно, при равновесном распределении изотопов в системе размешение изотопов возможно большим числом вариантов (т. е. число микросостояний W больше), чем в отсутствие равновесия. Можно показать, что равновесному состоянию при реакциях изотопного обмена отвечает так называемое равнораспределение изотопов, т. е. такое состояние, при котором все фазы и все химические формы имеют одинаковый изотопный состав. [c.125] Из последнего соотношения следует, что массовые удельные активности участвующих в обмене форм при равнораспределении равны. [c.125] Как следует из вышесказанного, любая система, в которой происходит изотопный обмен, в конце концов должна прийти в состояние равновесия, характеризующееся равнораспределением изотопов. Однако скорость достижения этого состояния различна для разных систем. Рассмотрим основные кинетические особенности реакций изотопного обмена. [c.125] Кинетические уравнения, описывающие протекание изотопного обмена, существенно различаются в зависимости от того, идет ли речь о гомогенном или гетерогенном обмене. Ниже приведен вывод кинетического уравнения только для простейшего случая — для так называемого идеального гомогенного изотопного обмена между двумя газообразными соединениями АХ и ВХ. Идеальным изотопный обмен в данном случае называют потому, что считают химические и физические свойства обоих участвующих в обмене изотопов совершенно одинаковыми. Полученные кинетические соотношения можно распространить на случай изотопного обмена двух соединений, находящихся в растворе. [c.126] Для того чтобы показать, насколько далеко распределение изотопов в системе от равновесного, вводят понятие степени обмена F. [c.128] Уравнение (3.24) показывает, что величина —1п(1—f) линейно зависит от времени обмена t (рис. 53) . [c.128] Если известны значения / , соответствующие, например, различным концентрациям а, то величину а можно определить из графика зависимости 1д Н oт ga (рис. 54) как 0. [c.130] Полученные резу.чьтаты приведены в первом и втором столбцах табл. 6. Рассчитаем величину константы скорости данной реакции изотопного обмена, если известно, что все реакции изотопного обмена между галогеналкилами и галоге-нид-ионами относятся к числу бимолекулярных. [c.130] По данным табл. 6 строим прямую в координатах —lg(I—F)—t (рис. 55К Принимая во внимание уравнение (3.27), с помощью графика определяем (как показано на рис. 55) период полуобмена, равный t i/2=I,5-10 сек. [c.131] Вернуться к основной статье