Изотоп и изучение строения соединени

ПРИМЕНЕНИЕ РАДИОАКТИВНЫХ ИЗОТОПОВ ДЛЯ ИЗУЧЕНИЯ СТРОЕНИЯ ХИМИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИИ, МЕХАНИЗМА И КИНЕТИКИ ХИМИЧЕСКИХ РЕАКЦИИ [c.639]

Открытие И изучение изотопов оказало большое влияние на все последующее развитие физики, химии и других естественных наук. Многие радиоактивные изотопы нашли широкое применение в физике, геологии, в технике, в разнообразных научных исследованиях, в биологии и медицине. Радиоактивные изотопы применяются для изучения износа деталей машин и инструмента, для автоматического контроля за ходом производственных процессов, контроля качества продукции, для изучения строения молекул и механизма химических реакций, для исследования явлений диффузии в газах, жидкостях и твердых телах, изучения коррозии металлов, кинетики кристаллизации, растворимости трудно растворимых солей, процессов адсорбции и многих других вопросов. Особенно большое значение изотопы имеют для изучения обмена веществ в растительных и животных организмах, диагностики и лечения многих заболеваний. Обычно для решения различных задач применяют определенный изотоп данного элемента, отличающийся своей массой от средней массы атомов этого элемента в природных соединениях или отличающийся от них радиоактивностью. Такой изотоп (изотопный индикатор) вводят в процесс и в различных его стадиях контролируют содержание изотопа. [c.23]

До начала XX столетия химия разделялась на две главные области, занимавшиеся изучением неорганических и органических веществ, но по мере возрастания химических знаний и накопления материала происходила дальнейшая специализация. Конечно, о вполне четком разграничении говорить трудно, поскольку различные области в той или иной степени налагаются одна на другую, по все же основные пути в этом направлении можно наметить. Неорганическая химия занимается изучением металлов и неметаллов и их соединений. Физическая химия посвящена исследованию основных законов и теорий химии. Радиохимия специализируется на изучении ядерных реакций, радиоактивных изотопов и строения атома. Аналити- [c.15]

Изучение изотопного обмена позволяет судить и о характере связи. Так, используя радиоактивную серу выявили наличие обмена в связях С = 5 в органических соединениях и отсутствие обмена в связях Р = 5, что было объяснено меньшей поляризуемостью во втором типе связи. Следует оговориться, что употребляя термин прочность связи , нужно ясно представлять себе, какой характер реакции замеш,ения имеется в виду, т. е. происходит ли эта реакция по ионно-молекулярному (гетеролитическому) или атомному (гемолитическому) механизму. Один и тот же заместитель в углеродной цепочке и длина цепи оказывают в таких случаях противоположное влияние на прочность связи . Так, радиоактивный изотоп иода помог изучить обмен в галоидзамещенных насыщенных углеводородах различного строения. Ионный механизм обмена изучался в системах К1 + К1 и водно-спиртовом растворе (90% этилового спирта +10% воды) механизм атомного обмена — в системах Р1 + Ь в циклогексановом растворе, причем атомы иода получались фотохимически, путем диссоциации молекул Ь. Опыты показали, что усложнение скелета алифатического углеводорода или переход от нормального строения к изомерному приводят к резкому уменьшению скорости ионных реакций и к увеличению скорости атомных. Так, если обмен иода в СНд идет целиком по ионному механизму, если, далее в п-иодистом пропиле СНз — СН, — [c.242]

Следующие десять лет характеризуются улучшением техники интерпретации микроволновых спектров и открывшимися в связи с этим возможностями изучения более сложных молекул и постепенным превращением микроволновой спектроскопии в метод структурного анализа химических соединений. Поскольку микроволновые спектры это вращательные спектры, они представляют собою очень чувствительную функцию молекулярной геометрии и атомных масс, а потому наилучшим образом могут быть использованы для определения химического и пространственного строения молекул. Микроволновая спектроскопия способна давать сведения о геометрических параметрах молекул изотоп оме ров с точностью, не доступной никакому другому методу. Поэтому центр тяжести в микроволновой спектроскопии переместился с изучения веществ неизвестного ЕЛИ спорного строения на изучение соединений известного строения для установления тонких деталей этого строения. Попутно оказалось возможным также прецизионное определение дипольных моментов. Так, впервые был определен дипольный момент изобутана (Лайд, 1958) и тем самым опровергнуто долго державшееся мнение, что предельные углеводороды не обладают дипольными моментами. Кроме того, молекулярная спектроскопия нашла применение в определении силовых констант, что позволило дополнить данные о силовом поле молекул, получаемые средствами ИК- и Раман-спектро-скопии. [c.276]

Пятьдесят лет назад в монографии Катализ в теории и практике Тейлор и Ридил впервые попытались систематизировать накопленные к тому времени данные о катализе. Разработанные в последующие годы новые химические и физические методы исследования в значительной мере способствовали весьма быстрому и интенсивному развитию теории катализа и широкому использованию катализаторов в промышленности. Так, для изучения каталитических систем стали широко применять реакции орто — пара-конвер-сии водорода, обмена с дейтерием и тритием, реакции с использованием радиоактивных изотопов, большое значение имело выяснение строения лигандов в металлоорганических соединениях, обнаружение свободных радикалов, определение свойств полупроводников, а также применение для изучения каталитических систем различных магнитных, оптических и электронных приборов. Широкое использование катализаторов в промышленности (синтез и окисление аммиака, гидрирование ненасыщенных масел, все расширяющееся производство химикатов нефтеперерабатывающей промышленностью и т. д.) убедительно показало, что исследование механизма катализа важно не только в научных целях. [c.9]

К НИМ ОТНОСЯТСЯ вопросы, связанные с определением электронной конфигурации атома железа, входящего в различные биологически важные соединения. К этой проблеме тесно примыкает вопрос о возможности изучения парамагнитной релаксации из сверхтонкого расщепления мессбауэровских спектров. Анализ важнейших параметров мессбауэровских спектров — изомерного сдвига, квадрупольного расщепления, эффективного внутреннего магнитного поля, асимметрии линий — и результата влияний на них температуры и внешних магнитных полей позволяет во многих случаях получать уникальную картину электронного строения железа в гемо- и металлопротеинах, а также молекулярных групп ближайшего окружения железа. Измерение интенсивности резонансного поглощения у-квантов без отдачи в образцах, находящихся в различных температурных условиях и агрегатных состояниях, часто дает возможность сделать выводы относительно прочности связи атома или иона железа с другими атомами или молекулярными группами. Наконец, не менее перспективным и важным является использование мессбауэровской спектроскопии для изучения метаболизма железа в разных организмах. Применяя эффект Мессбауэра, удобно следить не только за перемещением железа, но и регистрировать изменение его электронной конфигурации, если в качестве меченого атома использовать изотоп Те. [c.416]

Для последних двух десятилетий характерно также чрезвычайно плодотворное проникновение в химию различных физических методов исследования. Применение рентгеновских лучей и электронов к исследованию строения кристаллов и жидких тел, исследование дипольных моментов молекул различных химических соединений, исследование инфракрасных и ультрафиолетовых спектров, широкое изучение спектров комбинационного рассеяния молекул, применение для изучения механизма различных химических процессов радиоактивных и нерадиоактивных изотопов, получившее название метода меченых атомов , и ряд других точных физических методов весьма сильно обогатили химию детальными сведениями о строении и свойствах микрочастиц, осуществляющих элементарные акты физико-химических превращений, т. е. атомов и молекул. [c.5]

Применение изотопов для разработки технологии химических процессов. Ц е лл юлозно-бумажная промышленность. Изотопы были применены для изучения строения ряда соединений, а также механизма химических реакций при получении продуктов и полупродуктов целлюлозно-бумажного производства. [c.217]

Существенным вкладом в химию комплексных соединений были работы А. А. Гринберга и Ф. М. Филинова [162], применивших радиоактивные изотопы брома, платины и иридия для изучения строения этих соединений. В ряде комплексных солей, как было ими показано, центральный ион [c.223]

ИЗОТОПНЫЙ ОБМЕН, самопроизвольное перераспределение изотопов к.-л. элемента между разл. фазами в-ва, молекулами или внутри молекул. В результате И. о. выравнивается изотопный состав элементов, составляющих разл. хим. формы в-ва или фазы системы, и устанавливается равномерное распределение изотопов. Незначит. отклонения от такого распределения м. б. обусловлены термодинамич. изотопными эффектами. Кинетику И. о. характеризуют степенью обмена Р — Х1 — хоЖхоо — о). где Хо, и Лоо — конц. данного изотопа в рассматриваемой форме в-ва соотв. в начальный момент времени, в момент I и при равновесии. Скорость И. о. зависит от его механизма и может изменяться в широких пределах. И.о. использ. для изучения подвижности разл. атомов в молекулах, выяснения строения разл. соед., обогащения смеси отд. изотопами (см. Изотопов разделение), получения меченых соединений. [c.214]

И. о. используют при изотопов разОеленип, получении меченых соединений с его помощью изучают строение молекул. На анализе И. о. основан один из способов определения низких давлений насыщенных паров. В отд. случаях И. о. может исказить результаты опыта так, при изучении И.о. между в-вами, растворенными в воде, нужно учитывать возможность обмена изотопов водорода между исследуемыми в-вами и молекулами воды. [c.198]

Случай Г. Этот случай наиболее сложен примером может служить определение следовых количеств соединений, претерпевших химические превращения в матрице, в частности продуктов биопревращения пестицидов в почве, растениях и животных. Сюда же относится изучение продуктов метаболизма лекарственных препаратов в организмах животных и человека. Химическая природа образующихся при этом в следовых количествах веществ, как правило, не известна, хотя часто можно высказать более или менее обоснованные предположения об их строении. Основанием для подобных предположений могут служить данные об известном поведении в аналогичных условиях близких по строению веществ, а также тот факт, что природа использует лишь весьма ограниченное число метаболических превращений [38]. Тем не менее такие исследования трудно проводить без применения соединений, меченных изотопами (обычно радиоактивными). Аналитические задачи, относящиеся к случаю Г, чаще встречаются в литературе, чем относящиеся к случаям Б и В. [c.27]

В то время как применение в изучении биосинтеза меченных одним атомом соединений представляет собой просто удобную (но не с безграничными возможностями) альтернативу использованию С, введение субстратов, дважды меченных С, в частности (но ни в коей мере не исключительно) [ Сг] ацетата, является источником качественно новой информации, получить которую двумя первыми путями в принципе невозможно. Одним из первых и особенно показательных примеров применения методов однократного и двукратного маркирования метки С (а также С — Ы) было выяснение строения и путей биосинтеза метаболитов тенеллина и бассианина (136) (см. разд. 29.1.4.2) [78]. Основой метода ЯМР Сг является изучение взаимодействия С — С. В пределах природных концентраций изотопа такие взаимодействия не заметны. Поскольку природная концентрация пар атомов С составляет 1 % [c.477]

Сведения о механизме той или иной реакции, а также о строении и свойствах промежуточных комплексов могут быть получены путем изучения кинетических изотопных эффектов [10, 467]. Этот способ в ряде случаев дает возможность получить непосредствен ные данные о том, какими связями соединены исходные молекулы в промежуточном комплексе и разрыв каких связей происходит на контролирующей стадии реакцииЦенность изотопного метода заключается в возможности произвести замещение по концам свя-. зей, разрывающихся или образующихся в реакции. При этом в случае наиболее легких элементов наблюдается заметное измене- ние скорости реакции в зависимости от изотопа, участвующего в образовании новой связи. Характер такого изменения может быть предсказан на основании неодинаковой прочности связей изотопов, различающихся по массе в соединениях. Так как связь С—В прочнее связи С—Н (ввиду большей массы и, соответственно,. меньшей нулевой энергии дейтерия), то замена водорода на дей терий в соединении должна приводить к замедлению реакции, если контролирующая стадия включает нарушение связи С—О, и ускорять реакцию, если эта связь образуется. Отсутствие изотопного эффекта, или его нормально малая величина служат призна-ком того, что в медленной стадии реакции эта связь не участвует или что образование такой связи происходит синхронно с разрушением другой, когда противоположные кинетические эффекты взаимно компенсируются. [c.253]

Для поисков редких изотопов и установления верхних пределов распространенности гипотетических ядер были сконструированы специальные приборы. Экспериментально определенный изотопный состав элементов может быть использован для проверки гипотез о строении ядра, и точные таблицы распространенности изотопов жизненно необходимы ядерной физике. При рассмотрении разрешающей силы масс-спектрометра наложение, вызываемое пиком соседней массы, обычно выражают в процентах от высоты этого пика, причем наложение порядка 0,1% считается удовлетворительным. Однако когда один пик значительно превосходит соседний по интенсивности, влияние наложения становится более заметным и чувствительность обнаружения малого пика будет определяться не чувствительностью регистрирующей системы, а скорее этим наложением. Хвосты , связанные с пиками, в обычном аналитическом масс-спектрометре асимптотически стремятся к нулю с обеих сторон пика. Большей частью они вызываются разбросом пучка положительных ионов при столкновении с нейтральными молекулами газа. Однако на них оказывает влияние также разброс ионов в пучке по энергии и (при ионном токе 10 а) дефокусирующее действие объемного заряда [145]. Возможность использования любого прибора для измерения распространенности редких изотопов с любым массовым числом М определяется отношением ионного тока, соответствующего массе М, к ионному току, соответствующему массовому числу М . Приборы с простой фокусировкой, используемые обычно для подобных определений, позволяют получить величину этого отношения (чувствительность определения распространенности), равную 10 для массы 100 при наинизшей величине рабочего давления. Таким образом, наложение равно 1% распространенности изотопа, содержащегося в количестве 1 %. Один из путей повышения эффективной чувствительности определения распространенности заключается в концентрировании редких изотопов путем собирания положительных ионов с соответствующим массовым числом на одном масс-спектрометре и изучения концентрата на втором аналогичном приборе. Чувствительность определения распространенности, достигаемая в таком двухстадийном процессе, равна квадрату чувствительности, получаемой на одном приборе, так что мож но ожидать повышения этой величины до 10 . Такие результаты были получены путем последовательного соединения двух магнитных анализаторов масс на специальном приборе, построенном для изучения редких изотопов. У щели коллектора первого анализатора (дискриминирующая щель объединенной установки) ионы получают дополнительное ускорение и входят во второй анализатор. Необходимо отметить, что увеличение разрешающей силы на этой системе исчезающе мало. Первый такой прибор был построен Инграмом и Гессом [1011] энергия ионов в первом анализаторе была равна 1500 эв, а во втором — 10 ООО эв. Позднее Уайт и Коллинз 12162] построили установку, снабженную 20-ступенчатым электронным умножителем и очень чувствительным широкополосным детектором, что позволило получить высокую чувствительность определения распространенности. Этот прибор схематически изображен на рис. 30. Единственный природный изотоп, открытый за последнее десятилетие, был обнаружен при его помощи [2163] большое число элементов исследуется сейчас на наличие неожидаемых изотопов. Во многих случаях были установлены пределы существования данных изотопов, по порядку равные п-10 %. Например, для величин содержания Ыа и Ыа были установлены пределы, равные соответственно <1 10 % и<3-10 % прежний предел содержания этих изотопов был равен <2-10 %. [c.108]

М. Кюри первая показала, что излучение урана и других элементов связано с превращением атомов и назвала это явление радиоактивностью. В результате изучения радиоактивности природных элементов и их соединений Болтвуд выделил из препаратов урана сильно радиоактивный ионий, который по химическим свойствам оказался тождественным торию. По предложению Содди разновидности атомов одного и того же химического элемента, обладающие одинаковыми химическими, но разными радиоактивными свойствами, стали называть изотопами. Объяснить причину существования изотопов удалось только после выяснения строения атома. [c.11]

Изучение природы активных центров, а также строения и свойств поверхностных соединений, образующихся при взаимодействии молекул с поверхностью катализатора, позволяет глубже проникнуть в механизм гетерогенного катализа и ближе подойти к решению задачи научного подбора катализаторов. Широко используемые в настоящее время кинетические методы исследования каталитических реакций не могут дать прямую информацию о промежуточных стадиях каталитического процесса. Многие детали каталитических реакций не удается выяснить также при помощи других физико-химических методов исследования, например применением изотопов. В ряде случаев эта задача может быть успешно решена применением инфракрасной спектроскопии, которая позволяет следить за превращением молекул непосредственно на поверхностж катализатора, что открывает большие возможности для изучения промежуточных стадий каталитических реакций [1, 2]. [c.253]

Изучение проблемы биосинтеза пенициллина было начато после выяснения его строения, в частности, были выяснены те основные компоненты, из которых строятся молекулы пенициллинов. При решении этих вопросов очень большое значение имело применение меченых соединений, в особенности содержащих радиоактивные изотопы S , и И . В результате большого числа работ с применением меченых соединений было установлено, что эта система строится за счет двух аминокислот — L-цистеи-па и L-валина, целиком входящих в молекулу пенициллина. Таким образом, в настоящее время известны все три компонента, из которых образуется в организме продуцента молекула антибиотика. [c.472]

Изучение влияния замены водорода на его изотопы в воде и других соединениях ценно тем, что таким путем можно вызывать значительные изменения физических констант, сохраняя почти неизменными химические свойства и строение. Это открывает новые большие возможности для неосложненного побочными факторами изучения физико-химических свойств и их взаимной связи. Такие сопоставления заставляют пересмотреть ряд обычных представлений в областях физической химии агрегатных состояний, растворов и др. Нужно, однако, отметить, что эта важная область применения изотопов еще мало разработана и заслуживает больше внимания, чем ей до сих пор уделяли. [c.234]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология