Izotopy

Izotopy są to odmiany tego samego pierwiastka o takiej samej liczbie atomowej Z, ale różnej liczbie masowej A. Atomy tego samego pierwiastka muszą mieć taka samą liczbę neutronów, ale mogą mieć różną liczbę protonów. Izotopy dzielimy na Izotopy trwałe, oraz na Izotopy promieniotwórcze. W przyrodzie istnieje 272 izotopów trwałych, oraz 2000 izotopów promieniotwórczych. Izotopy trwałe są to izotopy, których jądro samorzutnie nie przemienia się w inne. Izotopy promieniotwórcze są to takie, których jądro samorzutnie ulega przemianom jądrowym.

Izotopy możemy też podzielić na izotopy sztuczne i izotopy naturalne. Izotopy naturalne są to izotopy naturalnie występujące w przyrodzie, a izotopy sztuczne są to izotopy otrzymane przez człowieka. Wszystkie Pierwiastki otrzymane sztucznie nie posiadają izotopów trwałych.

W 1895 r. Wilhelm Konrad Roentgen odkrył niewidzialne dla ludzkiego oka promienie nazwane promieniami „X”, później promieniami Roentgena. Promienie te przechodziły przez drewno, papier, oraz czarna klisze fotograficzną. Pobudzały one także niektóre substancje do fluoryzowania. Badania nad zjawiskiem fluorescencji doprowadziły Antoine’a Henriego Becquerela do odkrycia nowego zjawiska.

Uran nieustannie wysyłał promieniowanie bez uprzedniego naświetlenia. Przechowywany przez kilka lat w ciemnej piwnicy nadal promieniował. Promienie
te przechodziły przez drewno, papier, oraz kliszę fotograficzną. Zjawisko te zostało nazwane przez Marie Skłodowską - Curię promieniotwórczością. Maria Skłodowska-Curie w wieku 31 lat odkryła polon i rad.

Wyróżnia się dwa rodzaje promieniotwórczości - naturalną (samoistna) oraz sztuczną (wywołana przez bombardowanie danego jądra protonami, lub neutronami.
Izotopy promieniotwórcze różnią się między sobą okresem połowicznego rozpadu, tzn. okresem, w którym połowa pierwiastków próbce wypromieniuje.
Ilość promieniowania spadnie wtedy o połowę, np. okres połowicznego rozpadu dla 238U wynosi 4,5 mld. Lat, a dla 13B wynosi 0,017 s.

Izotopy różnych pierwiastków mają zastosowanie w medycynie, przemyśle, badaniu mechanizmów reakcji chemicznych, reaktorach jądrowych.
Izotop węgla 14C służy do datowania radiowęglowego. Datowanie te umożliwia dosyć dokładne określenie wieku przedmiotów sprzed 500- 50 000lat. Datowanie radiowęglowe wykorzystuje się głównie do określania wieku skamieniałości roślin i zwierząt. Gdy organizmy żyją wchłaniają różne izotopy węgla. Wśród nich jest także izotop węgla 14C. Gdy organizm umiera obieg w organizmie węgla 14C ustaje. Okres połowicznego rozpadu 14C wynosi 5730 lat. Węgiel 14C znamienia się na 14N. Im starsza próbka tym stężenie 14C jest mniejsze.

Do określania wieku skał u formacji geologicznych wykorzystuje się przemianę potasu 40K w argon 40Ar. Okres połowicznego rozpadu 40K wynosi 1,25. 109lat, a wiec jest bardzo długi.

Izotopy promieniotwórcze, takie jak 235U, 233U, 241Pu, 239Pu znalazły szerokie zastosowanie w reaktorach jądrowych. Izotopy te służą do wytwarzania pary zasilającej turbiny w elektrowniach atomowych. Elektrownie atomowe są tanim źródłem czystej energii. Nie zanieczyszczają środowiska naturalnego tak jak np. elektro-ciepłownie. Mają one jednak swoją ciemną stronę. Elektrownie te produkują promieniotwórcze odpady, które są bardzo niebezpieczne dla życia wszelkich organizmów. Największą katastrofą elektrowni atomowej był to wybuch w reaktora w Czarnobylu. Bardzo aktywne pierwiastki promieniotwórcze zostały rozproszone w pobliżu elektrownie, uniesione też zostały na duże obszary Europy północnej i środkowej. Po wybuchu w Czarnobylu promieniowanie w Polsce wzrosło od 10 do 30 razy od normalnego. Najbardziej niebezpiecznym pierwiastkiem promieniotwórczym był 131I, który bardzo łatwo gromadzi się w tarczycy, szczególnie u młodych organizmów. Okres jego połowicznego rozpadu wynosi tylko 8,5 dnia. W znacznym stopniu zostały także uwolnione Izotopy cezu 134Cs oraz 137Cs. Okres połowicznego rozpadu pierwszego wynosi 2,05 roku, a drugiego 30 lat.

Izotopy 235U, 233U, 241Pu, 239Pu mogą być także wykorzystane do zbudowanie bomby atomowej. Podczas wybuchu tejże bomby zostają uwolnione pierwiastki promieniotwórcze niebezpieczne dla życia i zdrowia. Skutki działania promieniowania dzielą się na wczesne i późne.

Skutki wczesne występują po napromieniowaniu dużymi dawkami promieniowania, z którymi człowiek może jedynie się spotkać podczas katastrofy elektrowni atomowej, lub po wybuchu broni jądrowej. Człowiek zwykle się z nimi nie spotyka. Ostra choroba popromienna ma następujący przebieg: najpierw występuję biegunka, wymioty, brak łaknienia, uczucie zmęczenia. Później następuje chwilowa poprawa, po czym ujawnia się główna faza choroby – odwodnienie, biegunka, bardzo wysoka temperatura, zaburzenie rozwoju nowych komórek prowadzące do śmierci.

Późne skutki napromieniowania występują po miesiącach, a nawet latach Następują one po napromieniowaniu organizmu małymi dawkami promieniowania. Skutkami tymi są przyśpieszone starzenie, nowotwory, niepłodność, zmiany genetyczne, przyśpieszona śmierć.