Доклад: Основные понятия химии. Ядерная химия реферат

Реферат Ядерная химия

Реферат на тему:

План:

Введение
• 1 История возникновения
• 2 Основные направления ядерной химии
• 3 Методы ядерной химии
• 4 Проблемы ядерной химии
Литература

Введение

Ядерная химия — часть химии высоких энергий, раздел физической химии — изучает ядерные реакции и сопутствующие им физико-химические процессы, устанавливает взаимосвязь между физико-химическими и ядерными свойствами вещества. Часто под ядерной химией подразумевают области исследования радиохимии (иногда как ее раздел) и радиационной химии. Это разные науки, но ядерная химия является для них теоретическим фундаментом. Термин ядерная химия даже в настоящее время не является общепринятым по причине того, что превращение атомных ядер это изначально область ядерной физики, а химия по определению изучает только химические реакции при которых ядра атомов остаются неизменными. Ядерная химия зародилась на стыке радиохимии, химической физики и ядерной физики

1. История возникновения

Зарождение ядерной химии, как и ядерной физики, связано с открытием радиоактивности урана (А. Беккерель, 1896), Th и продуктов его распада — новых, радиоактивных элементов Ро и Ra (М. Склодовская-Кюри и П. Кюри, 1898). Дальнейшее развитие было определено открытием искусств. ядерного превращения (Э. Резерфорд, 1919), изомерии атомных ядер естественных радионуклидов (Отто Ган, 1921) и изомерии искусств. атомных ядер (И. В. Курчатов и др., 1935), деления ядер U под действием нейтронов (О. Ган, Ф. Штрасман, 1938), спонтанного деления U (Г. Н. Флёров и К. А. Петржак, 1940). Создание ядерных реакторов (Э. Ферми, 1942) и ускорителей частиц (Дж. Кокрофт и Э. Уолтон, 1932) открыло возможность изучения процессов, происходящих при взаимодействии частиц высокой энергии со сложными ядрами, позволило синтезировать искусственные радионуклиды и новые элементы. Становление ядерной химии как науки связано с работами американского химика и физика-ядерщика (химика-ядерщика) Гленна Сиборга во время работ по созданию атомной бомбы. Ядерная химия была призвана решить проблему получения весовых количеств плутония. Современная ядерная химия сформировалась благодаря появлению новой области физической химии — химии высоких энергий.

2. Основные направления ядерной химии

• исследование ядерных реакций и сопутствующих физико-химических процессов;
• химия «новых атомов»;
• поиск и синтез новых элементов и радионуклидов реакторным методом;
• поиск новых видов радиоактивного распада.

3. Методы ядерной химии

Для решения поставленных задач в ядерной химии используют радиохимические методы, ионизационные и, в последнее время, масс-спектрометрические, а также применяют толстослойные фотоэмульсии. Важнейшая задача ядерной химии — выделение и идентификация радиохимическими методами продуктов ядерных реакций. Особую роль эти методы играют при исследовании ядерных реакций, в которых образуется сложная смесь нуклидов различных элементов. Для их выделения применяют радиохимические варианты методов осаждения, экстракции, ионообменной хроматографии, электролиза и дистилляции. Идентифицируют нуклиды по характеру излучения, измерением энергии и периода полураспада или методом масс-спектрометрии. Для этой цели используют многоканальные спектрометры, различные типы счетчиков. Изучение механизма ядерных превращений позволило понять процессы, протекающие в космосе, происхождение и распространение химических элементов, объяснить аномалии в изотопном составе различных природных объектов, получить радиоактивные изотопы почти всех химических элементов и синтезировать новые элементы периодической системы, в том числе актиноиды и трансактиноиды. Для определения периода полураспада короткоживущих нуклидов (Т1/2 < 1 мин) используют специальную технику измерения времени жизни нуклида от момента его образования до распада непосредственно на детекторе.

4. Проблемы ядерной химии

К ядерной химии иногда относят и некоторые радиохимические проблемы, например исследование химии «горячих атомов», возникающих при различных ядерных превращениях. Горячие атомы в результате радиоактивного распада имеют избыточную (по сравнению с обычными атомами среды) кинетическую энергию, формально соответствующую температурам 10 000-10 000 000 К и превышающую энергию активации многих химических реакций. При столкновениях с атомами и молекулами среды горячие атомы способны стабилизироваться в соединениях, отличных от исходных (эффект Сциларда — Чалмерса; 1934). Этот эффект и используют в радиохимии для исследования механизма реакций горячих атомов со средой, для синтеза меченых соединений, разделения изотопов и др.

Методами ядерной химии с использованием «новых атомов», и прежде всего позитрония (Ps) и мюония (Мu), изучают превращения атомов в различных химических системах — мезонная химия.

Литература

1. Фридлендер Г., Кеннеди Дж., Миллер Дж., Ядерная химия и радиохимия, пер. с англ., М., 1967;
2. Чоппин Г., Ридберг Я., Ядерная химия. Основы теории и применения, пер. с англ., М., 1984;
3. Химическая энциклопедия, 1985;
4. Modern Nuclear Chemistry by Walter D. Loveland

Категории: Разделы химии, Ядерные реакции, Физическая химия, Химия высоких энергий.

wreferat.baza-referat.ru

Реферат: Подразделения химии

ОГЛАВЛЕНИЕ

1) Аналитическая Химия

2) Бионеорганическая Химия

3) Биоорганическая Химия

4) Биохимия

5) Геохимия

6) Гидрохимия

7) Мезонная Химия

8) Иммуннохимия

9) Неорганическая

10) Нефтехимия

11) Органическая Химия

12) Квантовая Химия

13) Коксохимия

14) Коллоидная Химия

15) Космохимия

16) Плазмохимия

17) Криохимия

18) Лазерная Химия

19) Стереохимия

20) Динамическая Стереохимия

21) Углехимия

22) Радиохимия

23) Фармацевтическая Химия

24) Электрохимия

25) Физическая Химия

26) Ядерная Химия

Аналитическая Химия

Наука об определении химического состава веществ, химического

строения соединений. Аналитическая химия развивает общие

теоретические основы химического анализа, разрабатывает методы

определения компонентов изучаемого образца, решает задачи анализа

конкретных объектов. В задачи аналитической химии входит развитие

техники таких общих операций анализа, как измерение объема,

фильтрование, прокаливание.

Бионеорганическая Химия

Изучает комплексы ионов металлов с белками, нуклеиновыми кислотами, липидами. Её практическое применение связано с синтезом фарамакологических препаратов, действие которых обусловленно комплексными ионами металлов.

Биоорганическая Химия

Изучает связь между строениями органических веществ и их биологическими функциями, использующих в основном методы органической и физической химии, а также физики и математики. Основные задачи - разработка методов выделения и очистки природных соединений; определение строения и конфигурации изучаемых соединений; разработка методов синтеза как самимих биологически важных веществ, так и ряда их аналогов; изучение зависимости биологического действия от строения.

Биохимия

Изучает химический состав и структуру веществ содержащихся в живых организмах, пути и способы регуляции их метаболизма, а также энергетическую обспеченность процессов, происходящих в клетке и организме.

Геохимия

Наука о распространениии и миграции химических элементов в геосферах. Изучает геохимические особенности различия территорий - стран, областей, регионов, провинций.

Гидрохимия

Изучаетхимический состав природных вод и его зависимость от химических, физических и биологических процессов в окружающей сраде. Важное значение в гпдрохимии имеет установление формы нахожения химического элемента в водах.

Мезонная Химия

Раздел химии, изучающий системы в которых либо ядро атома замененно на другую положительную частицу, либо электрон заменен на другую отрицательную частицу. С помощью мезонной химии получсают данные о распределении электронной плотности, кристалической и магнитной структуре вещества, механизме и скорости химических реакций.

Иммуннохимия

Изучает на молекулярном уровне механизмы иммунитета, а также компоненты, учавствующие в иммунном ответе. Важное направление в имуннохимии - изучение химического строения рецепторов, посредствам которых лимфоидные клетки спецефически взаимодействуют с антигеном.

Неорганическая

Наука о химических элементах и образуемых ими простых и сложных веществах, за исключением органических соединений. Основные задачи - изучение строения веществ и химических реакций простых веществ и соединений; взаимосвязь строения со свойствами и реакционной способностью веществ; разработка методов синтеза и глубокой очистки веществ, общих методов получения неорганических материалов.

Нефтехимия

Изучает состав, свойства и химические превращения компонентов нефти и природных газов, а также процессы их переработки.

Органическая Химия

Наука, изучающая соединения углерода с другими элементами, а также законы их превращений, Основным методом органической химии является синтез.

Квантовая Химия

Раздел теоретической химии, в котором строения и свойства химических соединений, их взаимодействия, превращения в химических реакциях рассматриваются на основе представлений и с помощью методов квантовой механики.

Коксохимия

Область знаний о составе, строении, химических свойствах каменных углей и коксохимическом производстве.

Коллоидная Химия

Область химии, изучающая дисперсные системы и поверхностные явления, фозникающие на границах раздела фаз. Цель исследований в коллоидной химии - развитие научных основ управления образованием, свойствами и разрушениями дисперсных систем и граничных слоем путем регулирования межмолекулярных взаимодействий.

Космохимия

Наука о химическом составе космических тел, законах распространенности и распределения элементов во всей Вселенной.

Плазмохимия

Изучает кинетику и мезанизм превращений физико-химических процессов в низкотемпературной плазме.

Криохимия

Изучает химические превращения в жидкой и твердой фазах при низких и сверхнизких температурах. Основные задачи - исследование механизма элементарного акта химических реакций при низких температурах; изучение влияния межмолекулярных взаимодействий на реакционную способность и связь последней с физико-химическими свойствами веществ.

Лазерная Химия

Изучает химические процессы, стимулированные лазерным излучением, в которых решающую роль играет спецефические свойства лазерного облучения.

Стереохимия

Отрасль химии, исследующая пространственное строение молекул и его влияние на физические и химические свойства.

Динамическая Стереохимия

Раздел стереохимии, изучающий пространственное строение молекул на скорости и направлении реакций.

Углехимия

Область знаний о происхождении, составе, строении, свойствах, а также о методах и процессах переработки твердых горючих ископаемых. Исследует: антрацит, бурые и каменные угли, горючие сланцы, торф.

Радиохимия

Раздел химии, изучающий свойства радиоактивных веществ, химические соединения радиоактивных элементов, радионуклидов. К радиохимии близко примыкает ядерная химия, важнейшие задачи которой - изучение химическими методами продуктов ядерных реакций, выявление связи между химическими, физическими и ядерными свойствами веществ.

Фармацевтическая Химия

Изучает способы получения лекарственных средств, их биологическую активность.

Электрохимия

Раздел физической химии, который изучает системы, ионы, а также процессы и явления с участием заряжённых частиц.

Физическая Химия

Наука об общих законах, определяющих строение и химические превращения веществ при различных внешних усолвиях. Исследует химические явления с помощью теоретических и эксперементальных методов физики.

Ядерная Химия

Устанавливает взаимосвязь между физико-химическими и ядерными свойствами вещества. Оснавное напрвление исследований: исследование ядерных ревкций и химических последствий ядерных превращений; поиск новых элементов и радионуклидов, новых видов радиоактивных распадов. Важнейщая задача - выделение и идентификация радиохимическими методами продуктов ядерных реакций.

*****

Московский Колледж Управления и Новых Технологий

Реферат

на тему : "Подразделения Химии"

студента 1-го курса группы П1-1

Чулкина Виктора

Москва

2000 г.

superbotanik.net

Ядерная химия понятие

загрузка...

химическая энциклопедия

устанавливает взаимосвязь между физ.-хим. и ядерными св-вами в-ва. Иногда Я. х. неправильно отождествляют с радиохимией. Можно выделить след. основные направления Я. х.: исследование ядерных реакций и хим. последствий ядерных превращений; химия "новых атомов"; эффект Мёссбауэра; поиск новых элементов и радионуклидов, новых видов радиоактивного распада. Для решения этих задач в Я. х. используют радиохим. методы, ионизационные и, в последнее время, масс-спектрометрические, а также применяют толстослойные фотоэмульсии (см. Эмульсий). Важнейшая задача Я. х- выделение и идентификация радиохим. методами продуктов ядерных р-ций. Особую роль эти методы играют при исследовании ядерных р-ций, в к-рых образуется сложная смесь нуклидов разл. элементов. Для их выделения применяют радиохим. варианты методов осаждения, экстракции, ионообменной хроматографии, электролиза и дистилляции (см. Изотопов разделение). Идентифицируют нуклиды по характеру излучения, измерением энергии и периода полураспада (см. Активационный анализ )или методом масс-спектрометрии. Для этой цели используют многоканальные и спектрометры, разл. типы счетчиков. Изучение механизма ядерных превращений позволило понять процессы, протекающие в космосе, происхождение и распространение хим. элементов, объяснить аномалии в изотопном составе разл. природных объектов, получить радиоактивные изотопы почти всех хим. элементов и синтезировать новые элементы периодич. системы, в т. ч. актиноиды и трансактиноиды. Для определения периода полураспада короткоживущих нуклидов (Т 1/2 <1 мин) используют спец. технику измерения времени жизни нуклида от момента его образования до распада непосредственно на детекторе. К числу проблем Я. х. относится исследование химии горячих атомов, возникающих при разл. ядерных превращениях. Горячие атомы в результате радиоактивного распада имеют избыточную (по сравнению с обычными атомами среды) кинетич. энергию, формально соответствующую т-рам 104-107 К и превышающую энергию активации многих хим. р-ций. При столкновениях с атомами и молекулами среды горячие атомы способны стабилизироваться в соединениях, отличных от исходных (эффект Сциларда - Чалмерса; 1934). Этот эффект и используют в Я. х. для исследования механизма р-ций горячих атомов со средой, синтеза меченых соединений, разделения изотопов и др. Мегодами Я. х. с использованием "новых атомов", и прежде всего позитрония (Ps) и мюония (Мu), изучают превращения атомов в разл. хим. системах (см. Мезонная химия). Атомы Ps и Мu водородоподобны, но крайне неустойчивы. Составляющие Ps электрон и позитрон аннигилируют за время 10-7-10-9 с, с испусканием двух или трех квантов. Ядро мюония - -мюон распадается за 10-6 с на позитрон и два нейтрона. Время жизни и механизм гибели Ps, а также остаточная поляризация -мюона в момент его распада сильно зависят от состава и хим. св-в в-ва и существенно различаются в металлах, сплавах, полупроводниках и диэлектриках. Ps и Мu применяют для изучения распределения электронной плотности, структурных особенностей молекул, механизма и кинетики быстрых и сверхбыстрых физ.-хим. процессов, фазовых переходов, диффузии в газах и конденсир. средах. Для исследования строения электронных оболочек атомов и молекул используют резонансное испускание и поглощение квантов атомными ядрами в твердых телах без потери части энергии на отдачу ядра (см. Мёссбауэровская спектроскопия). Измеряя интенсивность прошедшего через поглотитель излучения в зависимости от скорости перемещения источника излучения (или поглощения), получают мёссбауэровский спектр, характеристиками к-рого являются положение линий, их число, относит. интенсивность, форма и площадь. Зависимость вероятности эффекта Мёссбауэра от т-ры и давления используют для установления координац. чисел, наблюдения фазовых переходов, определения дефектов в кристаллич. решетках, возникающих вследствие радиац. повреждений, легирования, мех. воздействий. По величинам площадей спектральных линий определяют концентрации исследуемых атомов в образце при фиксированной т-ре в аналит. химии и при фазовом анализе в-в в геохимии. По величине хим. сдвига резонансных линий в спектрах устанавливают степень окисления элемента в данном соед., конфигурацию валентных электронных оболочек, степень ковалентности хим. связей. Создание мёссбауэровской спектроскопии - одно из важнейших достижений Я. х., поскольку открывает широкие методич. возможности для структурной и радиационной химии, хим. кинетики, химии поверхностных явлений, геохимии и аналит. химии. Методы Я. х. с успехом использовались для открытия новых видов распада ядер легких и тяжелых элементов -двухпротонной радиоактивности и распада с испусканием нуклонных кластеров (ядер 14 С и 24Ne). Зарождение Я. х. связано с открытием радиоактивности урана (А. Беккерель, 1896), Th и продуктов его распада -новых, радиоактивных элементов Ро и Ra (М. Склодовская-Кюри и П. Кюри, 1898). Дальнейшее развитие Я. х. было определено открытием искусств. ядерного превращения (Э. Резерфорд, 1919), изомерии атомных ядер естеств. радионуклидов (О. Ган, 1921) и изомерии искусств. атомных ядер (И. В. Курчатов и др., 1935), деления ядер U под действием нейтронов (О. Ган, Ф. Штрасман, 1938), спонтанного деления U (Г. Н. Флёров и К. А. Петржак, 1940). Создание ядерных реакторов (Э. Ферми, 1942) и ускорителей частиц (Дж. Кокрофт и Э. Уолтон, 1932) открыло возможность изучения процессов, происходящих при взаимод. частиц высокой энергии со сложными ядрами, позволило синтезировать искусств. радионуклиды и новые элементы.

Лит.: Ядерная химия, под ред. В. И. Гольданского, А. К. Лаврухиной, М., 1965; Фридлендер Г., Кеннеди Дж., Миллер Дж., Ядерная химия и радиохимия, пер. с англ., М., 1967; Чоппин Г., Ридберг Я., Ядерная химия. Основы теории и применения, пер. с англ., М., 1984.

Б. Ф. Мясоедов.

естествознание. энциклопедический словарь

Большая советская энциклопедия

Большой Энциклопедический словарь

Другой материал:Реферат - Структура и функции ядраРеферат - Ядерная энергетика 4Реферат - Химия как наука

загрузка...

• медицинская энциклопедия• большой медицинский словарь• медицинские термины• психологическая энциклопедия• психотерапевтическая энциклопедия

slovare.coolreferat.com

Доклад - Способы получения радионуклидов для ядерной медицины

Обнинский институт атомной энергетики

ГНЦ РФ физико-энергетический институт им. ак. Лейпунского

Кафедра общей и специальной химии

Отчет по преддипломной практике.

Выполнил : студент гр. ФХП-93г. Юрлов Антон Сергеевич

Консультант : Шаповалов В.В.

Руководитель: зав. лаб. N71 Нерозин Н.А.

Работа выполнена в Горячей лаборатории ГНЦ РФ ФЭИ

ОИАтЭ, ФЭИ 1998 г

-1-

Общие положения .

Введение.

В настоящее время известно 106 химических элементов. Из них только 81 элемент имеет как стабильные, так и радиоактивные изотопы. Для остальных 25 элементов известны только радиоактивные изотопы. В общей сложности в настоящее время доказано существование около 1700 нуклидов, причем число изотопов, известных для отдельных элементов, колеблется от 3 (для водорода) до 29 (для платины). Из этих нуклидов только 271 нуклид стабилен, остальные радиоактивные. Около 300 из них находят или могут найти практическое применение в различных сферах человеческой деятельности.

Областью массового использования радионуклидов является ядерная медицина. На ее нужды расходуется более 50 % годового производства радионуклидов во всем мире. Как известно. В состав живого организма входят, помимо 5 основных элементов (кислорода, водорода, углерода, азота и кальция), еще 67 элементов периодической системы Менделеева, поэтому в настоящие время трудно представить клинику у нас или за рубежом, в которой при установлении диагноза заболевания не использовались бы различные радиоактивные препараты и меченные ими соединения. Учитывая большие перспективы использования радионуклидной диагностики, растет и расширяется число методов исследования, в которые входят как давно апробированные, использующие хорошо известные радиоактивные нуклиды, так и совершенно новые способы, в которых применяются ранее не встречавшиеся в клинической практике радионуклиды.

Радионуклиды применяются в ядерной медицине в основном в виде радиофармацевтических препаратов (РФП) для ранней диагностики заболеваний различных органов человека и для целей терапии. Радиофармацевтическим препаратом (РФП) называется химическое соединение, содержащие в своей молекуле определенный радиоактивный нуклид, разрешенное для введения человеку с диагностической или лечебной целью. Отличительной особенностью диагностического РФП при этом является отсутствие фармакологического эффекта.

Облучение в медицине направлено на исцеление больного. Однако нередко дозы оказываются неоправданно высокими. Пациент должен получать минимальную дозу при обследовании. В связи с этим одной из важнейших задач, стоящих перед разработчиками РФП, является снижение доз облучения пациентов во время проведения различных исследований с использованием радионуклидов, то есть выбор таких радионуклидов и меченных ими соединений, применение которых позволяет получать необходимую диагностическую информацию при минимально возможных дозах облучения пациентов.

Радиофармацевтические препараты. Области применения, выбор и последствия от их применения.

Систематически радионуклиды для медицинских целей стали применять с начала 40-х годов. Именно тогда была установлена строгая закономерность распределения радиоактивного йода при различных патологических состояниях щитовидной железы. В дальнейшем, использование соединений, меченных радиоактивными нуклидами, позволило определить локализацию и размеры первичных опухолей, выявить распространение опухолевых процессов, контролировать эффективность лекарственного лечения. Это позволило со временем выделить главные аспекты использования радионуклидной диагностики в ядерной медицине. Во-первых, это исследование функционального состояния органов и физиологических систем, во-вторых, изучение топографических особенностей органов, морфологических систем и объемных образований. Благодаря большому разнообразию радионуклидов и меченных ими препаратов в настоящее время можно изучать практически любую физиологическую и морфологическую системы организма человека: сердечно-сосудистую и кроветворную, мочевыделительную и водно-солевого обмена, дыхательную и пищеварительную, костную и лимфатическую и т.п. С помощью органотропных препаратов можно выявить объемные процессы (опухоли и метастазы, воспалительные очаги и глистную инвазию) в печени, почках, костях, легких, головном и спинном мозге.

Радиоактивный нуклид, который тем или иным способом был введен в структуру препарата, выполняет роль его маркера. Излучения радионуклида становятся переносчика ми координированной информации от исследуемого пациента к информационно-измерительному комплексу. Физическая характеристика излучений радионуклида решающим образом предопределяет объем и глубину залегания подлежащего исследованию участка тела. В этом случае радиоактивное излучение, исходящее из организма пациента, в неявном виде несет сведения о функциональном состоянии различных физиологических механизмов и структурно-топографических особенностях различных органов и систем. Наблюдая за особенностями распределения радиоактивного препарата во времени (динамику распределения), либо в выбранном объеме тела (органа), или в целом организме, мы получаем возможность судить о функциональном состоянии органов и систем. Изучая же характер пространственного распределения. Мы приобретаем сведения о стуктурно-топографических особенностях той или иной части тела, органа или системы. По этому по своим функциональным свойствам РПФ могут быть разделены на физиологически тропные и инертные. Из чего следует, что первые являются оптимальным средством для проведения структурно – топографических исследований, каждое из которых проводится, начиная с момента установления более или менее стабильного распределения РФП в исследуемом органе или системе. Вторые, которые часто называют индикаторами ” транзита ”, используются главным образом для исследования методами гамма – хронографии. При этом высокая удельная активность припарата и приемлимая энергия гамма – квантов, испускаемых радионуклидом – меткой, гарантируют хорошие пространственное разрешение, а быстрый распад радионуклидов позволяет проводить серию диномических наблюдений через минимальный интервал времени при отсутствии органного фона от предшествовавшего радионуклидного обследования.

Выбор радиоактивного нуклида осуществляется со следующими требованиями: низкая радиотоксичность, приемлемый период полураспада (от нескольких минут до нескольких часов), удобное для регистрации гамма – излучение.

В развитых странах удвоение числа радионуклидных обследований происходит каждые 3 – 5 лет. В немалой мере этому способствует внедрение в медицинскую практику этих стран исследований РФП 99m Tc, а также короткоживущих циклотронных радио нуклидов (­67 Ga,111 In,113 I,201 Tl)и ультракороткоживущих позитроноизлучающих радионуклидов (11 C,13 N,15 O, 18 F).

Число обследованных с помощью методов радионуклидной диагностики составило в расчете на 1000 человек населения в Канаде – 59, в США – 32, в Австрии – 18, в Японии и Швеции – 15, в Англии – 10, и в бывшем СССР – 7 [8]

В США в 1990 году было проведено 10 млн. диагностических процедур с радионуклидами. Количество процедур по изучению перфузии Миокарда с 201 Tl увеличилось с 700 000 в 1988 году до 1 000 000 в 1989 году и до 1 300 000 в 1990 году.

В нашей стране до последнего времени РФП с 99m Tc применялись только у 15% пациентов, тогда как меченные 131 I и 198 Au препараты, создающие значительные дозы облучения, — у 80%. В коллективной дозе, вызванной применением радионуклидов в диагностике в нашей стране, препараты на основе 131 I обеспечивают 30 – 40% облучения гонад, 20 – 30% облучения почек и печени, 40 – 50% облучения всего тела.[9]

Таблица 1

Коллективная эффективная доза и возможный риск отдаленных последствий.

-2-

Способы получения радионуклидов для ядерной медицины.

Основные источники производства радионуклидов для ядерной медицины следующие: ядерные реакторы, ускорители заряженных частиц, как правило, циклотроны и радионуклидные генераторы (как вторичный источник). В мировом объеме производства радионуклидов громадная его часть -–на ускорителях заряженных частиц, которые в большинстве своем являются циклотронами различных типов и уровней. Этот факт обычно связывают с большим количеством исследовательских их доступностью в самые первые годы развития ядерной медицины на рубеже 40-х и 50-х годов, а также с дешевизной производства на них большинства радионуклидов. К середине 80-годов ежегодная наработка радионуклидов только для ядерной медицины на реакторах всего мира достигла в стоимостном выражении 500 млн. долларов.[Many R. S. Research reactor production of radioisotopes for medical use. Radiopharm. Labell. Comp., 1984, Proc. Ser., IAEA,Vienna, 1985, pp. 3-21. IAEA-CN-45-10.] Однако за последние два десятилетия обнаруживается существенный рост в использовании ускорителей заряженных частиц для указанных целей, который обьясняется более приемлемыми ядерно-физическими характеристиками получаемых с их помощью нейтронодефицитных радионуклидов[10]

-3-

Реакторные радионуклиды.

Первые 20-25 лет производство радионуклидов было сконцентрировано вокруг крупных реакторных установок. наиболее часто при облучении в реакторах использовали потоки тепловых нейтронов с интенсивностью несколько единиц на 1013 н/см2 *с и реже – чуть более 1015 н/см2 *с, а также инициируемые этими нейтронами реакции радиационного захвата нейтронов (n,g). Выходы этой реакции, как правило, уменьшаются с увеличением энергии нейтронов. Вот почему облучение стартовых материалов (мишеней), а это чаще всего термически и радиационно-стойкие материалы, например, металлы, простые вещества, термостойкие окислы и соли, содержащие стартовый нуклид в природной или изотопно-обогащенной форме, осуществляют в каналах производственных или исследовательских реакторов с преобладанием тепловой компоненты нейтронов. Еще одним типом реакции, используемым для масштабного производства радионуклидов для медицины, является реакция деления (n,f).Основные радионуклиды, образующиеся в результате деления 235 U под действием нейтронов и применяемые в медицине137 Cs, 131 I,90 Sr и99 Мо.

-4-

Генераторные системы радионуклидов .

В тех случаях, когда пользователи находятся вдали от исследовательских ядерных и ускорителей заряженных частиц и местах, куда затруднена регулярная доставка РФП, тогда прибегают к использованию радионуклидных генераторов. Кроме того, значительные потери короткоживущих радионуклидов становится неизбежными вследствие их распада во время транспортировки. В этой связи давно стали привлекать внимание системы двух генетически связанных между собой радионуклидов, когда один из них – более короткоживущий (дочерний) постоянно образуется (генерируется) в результате распада другого (материнского), имеющего больший период полураспада, а сам при распаде превращается в стабильный нуклид. При этом короткоживущий нуклид, являющийся изотопом другого по сравнению с материнским элементом, может быть быстро и многократно извлечен из небольшого устройства-генератора, например, посредством пропускания жидкости (элюата) определенного состава через это устройство. Представляющее собой в большинстве случаев колонку, заполненную сорбентом и оборудованную фильтром, предотвращающем его вымывание. Полученный раствор (элюат), как правило, стерилен, не содержит материнского нуклида и имеет форму, пригодную для непосредственного применения в клинике.Такой генератор обеспечен защитным свинцовым кожухом и системой коммуникаций. Он прост и безопасен в эксплуатации в условиях больницы или клиники. Активность дочернего нуклида при элюировании из генератора определяется общими закономерностями, обусловленными кинетикой накопления и распада нуклидов. Началом истории применения генераторных систем в медицине принято считать начало20-х годов нашего века, когда G.Faila предложил использовать генератор222 Rn (3,8сут.) на основе природной пары радионуклидов 226 Ra—222 Rn.

Позднее поиски подобных систем проводили в BNL, США, среди искусственных радионуклидов и первой в начале 50-х годов была пара 132 Te—132 I, которая послужила затем прототипом целой серии генераторных систем и, в частности, поистине золотой находки этой лаборатории была пара 99 Mo—99m Tc, на основе которой в конце 50-х был сконструирован генератор 99m Tc, играющий и сегодня ведущую роль в ядерной медицине. Теоретически таких пар существует очень много. Несколько факторов предопределяют выбор идеальной пары для использования в качестве генератора в медицинской практике. Они связаны с получением материнского радионуклида необходимого качества и количества по приемлемой цене, периодом полураспада, а также некоторыми техническими характеристиками самого генератора, а именно: воспроизводимостью высокого выхода дочернего радионуклида в течение периода эксплуатации, сохранением профиля кривой элюирования радионуклида, радиационной стойкостью сорбента и жизнеспособностью самого генератора. В своё время были опробованы и регулярно используются в клинической практике следующие пары:28 Mg—28 Al,68 Ge-68 Ga, 87 Y—87m Sr, 90 Sr—90 Y, 99 Mo—99m Tc, 113 Sn—113m In, 132 Te—132 I, и др. Ядерный реактор является главным источником большинства радионуклидов, используемых в качестве материнских для приготовления генераторов. Стоимость производства здесь ниже, чем на циклотроне.

При работе с генераторами в клиниках используют специальные наборы нерадиоактивных реагентов, которые содержат химические вещества в стерильном виде. Методы приготовления РФП на основе наборов реагентов просты и в большинстве случаев сводятся к добавлению элюата из генератора, содержащего, например 99m Тс, во флакон со смесью реагентов, предназначенный для проведения определенного диагностического теста. После чего полученный раствор вводят пациенту и проводят сцинтиграфию скелета. Разработка новых наборов реагентов к генераторам короткоживущих нуклидов является одной из развивающихся областей радиофармацевтики.

-5-

Генераторы

Началом истории применения генераторных систем в медицине принято считать 20-е годы нашего века. Всего было предложено около 118 таких систем, но только немногие из них применяются в клинической практике.

Радиофармацевтическая промышленность практически всех промышленно развитых стран использует молибден-99 для изготовления радионуклидных генераторов 99m Tc, который применяется почти в 80% всех диагностических процедур ядерной медицины. В конце 80-х годов мировой объем выручки от продажи этого генератора составил 100 млн. $/год. Технология производства генераторов 99m Tc развивается сразу по 3 направлениям: хроматография на колонке. Сублимация и жидкостная экстракция.

Приведем некоторые радионуклиды применяемые для генераторных систем.

Таблица 2

Радионуклиды для генераторных систем .

Напомним, что лишь немногие из этих систем используются в медицинской практике.

-6-

Генератор Y- 90

ЭКСТРАКЦИОННЫЙ ГЕНЕРАТОР 90 Y

90 Y – был одним из первых радионуклидов, используемых для терапии открытыми источниками. В настоящее время более чем 30 радионуклидов используется для этой цели, но интерес к 90 Y по-прежнему не убывает. Это обусловлено его удобными ядерными физическими свойствами: период полураспада 64,2 часа и максимальная b- энергия 2,27 МэВ. 90 Y используется для различных терапевтических целей, включая радиоиммунотерапию с мечеными антителами, лечение опухолей печени и ревматоидного артрита.

В течение последних 12 лет Институт биофизики производит и поставляет по специальному заказу коллоидные радиофармпрепараты 90 Y для терапии неоперабельных и больных краниофарингитом.

Этот радионуклид получается в процессе распада продукта деления 90 Sr. Основной проблемой безопасного клинического использования 90 Y является его полное отделение от 90 Sr, 90 Sr может вызывать депрессию костного мозга накапливаясь в скелете. Кроме того, как и в других случаях получения радионуклидов для медицинских целей, имеются строгие требования к количеству химических примесей, которые могут подавлять процесс лечения. Невозможно получить конечный продукт с такими строгими требованиями в одну стадию. Поэтому технология отделения 90 Y от 90 Sr включает несколько стадий разделения и очистки. Wire and comp. (1990) кратко описывают применение различных многостадийных систем для производства 90 Y высокого качества для применения в медицине. Каждый из этих методов имеет собственные ограничения. Так использование органических ионообменников ограничивается низкой радиационной стабильностью сорбента. Применение метода соосаждения требует добавления носителя (нерадиоактивногоY). Авторы описывают технологию получения больших количеств 90 Y (около 50 Ки за операцию), используя экстракцию 90 Y из 90 Sr c последующей дополнительной очисткой конечного продукта на ионообменных сорбентах. Экстракция 90 Y осуществляется 1,0 М раствором Д2ЭГФК в додекане из 0,1 М раствора соляной кислоты, содержащего 90 Sr. Затем экстракт трижды промывают равными объемами 0,1 М раствора соляной кислоты для удаления следов 90 Sr. 90 Y реэкстрагируется двумя порциями 6,0 М НСl при соотношении фаз 1:1. После реэкстракции водная фаза испаряется и осадок растворяется в 0,1 М НСl. Затем 90 Y снова экстрагируется 1,0 М раствором Д2ЭГФК в додекане и 4 раза промывается 0,1 М НСl. Две порции по 30мл. 9 М НСl используется для второй реэкстракции. Полученный водный раствор 90 Y пропускается через анионо-обменный сорбент для удаления примесей. Элюат испаряется, растворяется в 0,1 М НСl и пропускается через колонку с катионо-обменным сорбентом для удаления органических примесей и фосфатов. Элюат и промывные растворы (НСl) объеденяются вместе, испаряютися до суха и растворяются для получения конечного продукта в соответствии с требованиями потребителя. Выше описанный метод регулярно исплользуется с1987 г. в Окриджской Национальной Лаборатории. Обычно получают от 5 до15 Ки 90 Y в 10 мл. 0,1 М НСl. Примесь 90 Sr в конечном продукте не превышает 0,015 %, а общее количество примесей тяжелых металлов меньше чем 20 ppm.

Экстракция фосфороорганическими экстрагентами, особенно Д2ЭГФК считается наиболие эффективным методом выделения 90 Y. Коэффициент разделения может быть 106

В 70-80 г. г. Малинин использовал экстракционно-хроматографический метод для разделения 90 Y — 90 Sr. Тефлон, пропитанный Д2ЭГФК, используется как сорбент. Вследствие различных коэффициентов распределения радиоактивный Y полностью отделяется от Sr с помощью маленьких обьемов экстрагентов и концентрируется в верхнем слое колонки. Коэффициент распределения (Д) составляет около 104 в 0,1 М НCl для более полного удаления следов Sr. Реэкстракция 90 Y из колонки осуществляется 6 М НСl. Скорости подачи растворов составляют 1-5 мл/мин. Этот метод разделения не менее 103. Коэффициент разделения может достигать (103 )3 =109. Когда разделение повторяется еще раз. Из нашего опыта многолетнего использования этого метода мы можем заключить, что коэффициент разделения может быть не менее чем 2,5*1011 , когда очистка повторяется 3 раза, так что содержание 90 Sr в конечном продукте не превышает 4*1010 %. Количество примеси 90 Sr в этих экспериментах определялось (после каждой колонки) как прямыми измерениями 90 Sr после выдержки образцов до полного распада 90 Y в течении 2-3 месяцев, так и путем добавления 85 Sr как g-индикатора на каждой стадии очистки. Метод получения 90 Y, описанный выше, был очень простым в работе. Но выход продукта на каждой стадии очистки был равен 60-80%. Поэтому конечный выход как правило составлял 35-40%. Кроме того, общее время выделения составляло 18-20 часов, что приводило к значительным потерям 90 Y вследствии распвда.

Мы решили использовать полупротивоточный центрифужный экстрактор для улучшения разделения. Вышеупомянутая методика обеспечивает наиболее эффективное обеспечение всех рутинных экстракционных операций, таких как выделение, концентрирование и разделение с наименьшим количеством экстрвкционных стадий.

Характеристические особенности полупротивоточного метода экстракции.

Этот метод заклучается в непрерывной подаче экстрагента в исходный водный раствор, содержащий компоненты, которые должны быть экстрагированы. Проходя через смешанную камеру и сепаратор ( см. рис.1) экстрагент экстрагирует последовательно компоненты смеси в соответствии с уменьшением их коэффициентов распределения (Д2, Д1 ). Органическая фаза может промываться таким же образом, но в током случае менее экстрагируемый компонент вымывается первым (1/ Д1, 1/Д2 ). Оба процесса могут быть описаны следующими уравнениями:

W Д2

s ag = C/C0 = exp(-——————) (1)

V0 (1+rag * Д2 )

Промывка

V*1/ Д1

s 0 = с/c0= exp ( — ———————— ) (2)

W0(1+r0*1/ Д1 )

Где:s ag, , s – относительные концентрации экстрагируемых или промываемых компонентов в водной (в случае экстракции) и в органической ( в случае промывки) фазах;

С,C0 — исходная и конечная концентрации экстрагируемых компонентов;

с , c0 — исходная и конечная концентрации промываемого компонента;

Д1, Д2 – коэффициенты распределения;

W – скорость подачи экстрагента;

W0 – исходный объем экстрагента;

V0 — исходный объем водной фазы;

V – скорость подачи промывного раствора;

rag r0 , - фазовоеотношение в эмульсии при экстракции и промывке соответственно:

rag = W / V0 ; r0 = V / W0

Рис.1 Первый центрифужный экстрактор генератора Y-90 (экстракция промывка)

1. Вращающийся корпус.

2. Центральная фиксированная трубка для подачи и удаления исходного раствора 90 Sr

3. Трубка для подачи и удаления промывного реагента

4. Трубка для удаления экстракта.

5. Экстракционная камера

6. Промывная камера

7. Камера удаления экстракта

8. Камера смешения

9. Мешалка

10. Сепаратор экстракционной камеры

11. Камера смешения

12. Мешалка

13. Сепоратор промывной камеры

Рис. 2 Второй центрифужный экстрактор генератора 90 Y (промывка и реэкстракция)

1. Вращающийся корпус

2. Фиксированная оболочка

3. Центральная фиксированная трубка для подачи экстракта и промывного раствора и удаления отработанного экстракта

4. Трубка гидрозатвора

5. Экстракционная камера

6. Мешалки

7.и 8. Сепаратор с гидрозатвором

9. Проход для удаления промывного раствора и реэкстракта

10. Коллектор для удаления промывного раствора и реэкстракта

11. Патрубок для удаления промывного раствора и реэкстракта

Основным преимуществом полупротивоточного экстрактора является то, что наименее экстрагируемый или промываемый компонент может быть отделен с любой частотой в одну стадию.

Операции:

1. Экстракция основного продукта.

2. Промывка экстракта.

3. Сбор экстракта.

4. Полупротивоточная промывка от примесей.

5. Удаление промывного раствора и конечного продукта.

Радионуклиды и реагенты

Использовались 0,5 М раствор азотной кислоты, 0,1 М и 6,0 М растворы соляной кислоты. Они были приготовлены из комерческих химически чистых (chemical grade) реактивов и дважды дионизированной воды. Раствор 90 Sr без носителя был поставлен В/О “Изотоп”. Раствор 90 Sr был предварительно очищен экстракцией Д2ЭГФК: он был пропущен через колонку с тефлоном с нанесенной Д2ЭГФК или центрифужный экстрактор после первого контакта с Д2ЭГФК, как будет описано ниже. Растворы 85 Sr и 88 Y, поставленныеВ/О

“Изотоп” были использованы для более точного определения коэффициентов распределения иттрия и стронция в системах HNO3 — Д2ЭГФК и Д2ЭГФК – HCl, а также для определения коэффициента очистки 90 Y от 90 Sr.

-7-

Выделение и очистка 90 Y

Таблица 3 .

Распределение 90 Y (88 Y) в опытах на центрифужном экстракторе.

Таблица4.

Распределение 90 Sr (85 Sr)в опытах на центрифужном экстракторе .

Таблица 5.

Определение 90 Y от 90 Sr методом полупротивоточного центрифугирования.

Это средние результаты из 8-12 опытов после загрузки нового раствора 90 Sr. Коэффициенты очистки 90 Y от 90 Sr расчитанные после добавления 85 Sr на каждой стадии.

-8-

Генератор Y-90 Высокой радионуклиднои частоты на основе колонки с катионитом .

Часто для разделения Y-90 и Sr-90 используют генераторные системы.Один изтипов генератора представляет собой колонку с катионитом, на котором сорбирован Sr-90. Y-90 вымывают 100 мл. 0.5 % раствора лимонной кислоты с рН=5.5. Выход Y-90 около 98%. Примесь Sr-90 возрастает вследствие радиационного разрушения смолы. В другом варианте генератора колонку заполняют катионитом дауэкс 50*4 и насыщают пиридин-итратным буферным раствором с рН=4. Sr-90 сорбируют на колонке и смывают накопившийся Y-90 мл. такого же буферного раствора. Выход Y-90 95%, примесь Sr-90 меньше 10­­­­­­-4 %. Для более глубокой очистки элюат пропускают через вторую колонку такого же типа. При этом примесь Sr-90 снижается до 10-5 %.

В работе [11] Sr-90 сорбировали на смоле дауэкс-50W и вымывали Y-90 раствором трилона Б с рН=6-9 и концентрацией 0.5 мг./мл. Выход Y-90 составлял (60-70)%, примесь Sr-90 в элюате »10-4 %. В этой работе в качестве сорбента использовали хроматографическую окись алюминия. В колонке было два слоя сорбента активный и защитный. Активный слой приготавливали взбалтыванием окиси алюминия с водно-спиртовым или водно-.етоновым раствором с рН=5-7, в котором находился Sr-90 без носителя. Сорб.ия стронция происходила количественно. В качестве элюента для Y-90 применяли трибутилфосфат, насыщенный 13 моль/л раствором азотной кислоты. Выход — Y 90 составлял 90%, радионуклидная чистота 99.9%.

В основу технологии разделения Sr-90 и Y-90 мы положили экстрак.ионно-хроматографический метод, обеспечивающий многократное экстрагирование с помощью растворителя, распределенного тонким слоем на поверхности зерен инертного наполнителя колонки. В качестве такого наполнителя использовали зерна фторопласта-4, а в качестве экстрагента — Д2ЭГФК. Разделение Y и Sr основано на большом различии коэффициентов распределения этих элементов между экстрагентом и слабым солянокислым водным раствором. При кислотности раствора »0.1 моль/л. коэффициент распределения между органической и водной фазами для Y достигает 10 ­­4, а для Sr он составляет лишь около 10-2 . В результате Y концентрируется в тонком верхнем слое колонки, а Sr практически не экстрагируется, оставаясь в растворе. После промывания колонки 0.1 моль/л. раствором соляной кислоты для удаления следов Sr элюируют Y 90 6 моль/л. раствором соляной кислотой.

Одна колонка обеспечивает очистку Y в »103 раз. При повторении очистки на второй и третей колонках коэффициент очистки составит не менее 109. Эффективность очистки Y-90 от Sr-90 мы проверяли вначале на отдельных колонках. исходный раствор Sr-90 + Y-90 в 0.1 моль/л. НСl пропускали со скоростью 60-70 капель/мин. Y-90 элюировали 60 мл. 6 моль/л. раствора НСl. Количество примеси Sr-90 определяли после распада Y -90 на 4pb-счетчике. Результаты представлены в таблице 6.

Результаты экспериментов по разделению Y-90 Sr -90 на отдельных колонках (фторопласт-4 + Д2ЭГФК)

Выбор того или иного генератора можно делать исходя из того какие цели преследует потребитель.

Пять лет эксплуатации оборудования описано выше позволяет сделать вывод о надежности работы центрифужных экстракторов. В течении всего этого времени мы не имели каких либо отрицательных результатов при получении радиофармпрепаратов и их клиническом использовании. Принимая во внимание литературные данные о радиоционной стабильности Д2ЭГФК можно надеется, что имеется возможность использования этого метода для выделения гораздо больших количеств Y-90.

Довольно короткое время переработки наряду с удовлетворительным качеством получаемого продукта можно считать главным преимуществом этого метода. Кроме того, этот процесс может быть полностью автоматизирован.

Описание технологического процесса получения Y-90 в ГЛ.

Исходным для выделения иттрия-90 является раствор стронция-90 в 0,1 М азотной кислоте, объем 135 мл., активность стронция-90 от5 до10 Ки выдержка между переработками от 10 до 12 дней. В ГК-117 хранисся 5 порций.

Предварительно сорбционным методом спектрометрическим анализа в растворе стронция-90 посторонние радионуклиды не обнаружены.

Иттрий-90 извлекают из исходного водного раствора стронция-90 экстракцией 0,25 М раствором Д«ЭГФК в додекане на центрифужном экстракторе. В этом же экстракторе на его второй ступени производят отмывку органического экстракта иттрия-90 от следовых количеств стронция-90, после чегоэкстракт иттрия-90 поступает во второй экстрактор. В этом экстракторе производят глубокую отмывку иттрия-90 от стронция-90 из азотной кислоты 0,

1 М раствором соляной кислоты изотермической чистоты.

Далее, на этом экстракторе иттрий-90 реэкстрагируют 6 М соляной кислотой также изотермической.

Объемы :

· Исходный-135 мл

· Промывной 0,1 М азотная кислота от 35 — 40 мл

· Экстрагент 50 мл

· Промывной растворт 0,1 М солянай кислота -100 мл

Реэкстрагент 6 М соляная кислота 50 мл

Реэкстракт иттрия-90 поступает на операцию отгонки соляной кислоты методом упарки, после чего раствор разбавляют от 0,05 до 0,1 М соляной кислоты.

Для доочистки иттрия-90 от химических примесей проводят сорбционную очистку иттрия-90 с использованием катионита КРС-6 спец.

очистки, а также 0,1 М и 6,0 М соляной кислоты изотермированной в кварце.

Десорбат иттрия-90 передают в БТ (бокс тяжелый) где производят отбор проб для проведения радиохимического анализа, упарку под разряжением для отгонки соляной кислоты, доведение кислотности до 0,05-0,1 М по соляной кислоте и расфасовку.

Технологическая инструкция

Иттрий-90 является b-излучателем Еmax = 2,27 МэВ, T1/2 = 64 ч., группа „В“ радиационной опасности по НРБ-96.

Иттрий-90 является дочерним продуктом b-распада стронция-90 (T1/2 = 28,88 лет.) и выделяется из растворов стронция выдерженных от 10 до 12 сут.

Производительность

Разовая операция по переработке до 10 Ки стронция-90.

В год 52 переработки с поставкой заказчику от 2 до 10 Ки иттрия-90 ( 100-500 Ки/год)

Сырье

Стронций-90 выдержанный в течении 10-12 сут. Стронций-90 предварительно очищен сорбционным методом от посторонних радионуклидов.

Активность стронция-90 от5 до 10 Ки в объеме 135 мл в 0,1 М р-ре азотной кислоты.

Участок

ГК-117 вГЛ и ее операторская два бокса БТ и БЛ типа 1БП1-ОС

БТ — оснащен шпаговыми манипуляторами.

БЛ — оснащен резиновыми перчатками.

В ГК

— хранение

— Экстракционное выделение Y-90 на центрифужном полупротивоточном экстракторе.

— Отмывка Y-90 4 М соляной кислотой, на ЦППЭ2

— Сорбционная доочистка Y-90 на катионите КУ-2

— Упарка раствора Y-90 и передача в БТ.

В БТ

— Отбор проб и передача в БЛ

— Упаковка готового продукта к отправкеY-90 в первичную гермоемкость

В БЛ

— РХ анализ Y-90

— Упаковка

-11-

Список литературы

1. Н.В. Куренков, Ю.Н. Шубин; Радионуклиды в ядерной медицине, (получение и использование), Обнинск; ФЭИ-1993г.

2. А.Б. Малинин, Л.Н. Курчатова. И.Н.Тронова и др. Генератор Y-90 высокой радионуклидной частоты, Радиохимия,N 4,1984г.

3. Mark L. Dietz and E. Philip Horwitz, Improved Chemistri for the Production of Y-90 for Medical Application, Appl. Radiat. Isotops. Vol.43,No.9. pp. 1093-1101.,1992.

4. Н.В.Куренков, Ю.Н. Шубин, Радионуклиды в ядерной медицине, реферат

5. G.E.Kodina,G.V.Korpusov,A.T.Filynin, Extractive Y-90-Generator, abstract.

6. В.А. Халкин, В.В. Цупко-Ситников, Н.Г.Зайцева, Радионуклиды для радиотерапии. Актиний-225; свойства, получение, применение., Радиохимия,1997, т.39,N6.

7. J.S.Wike,C.E.Guyer,D.W.Ramey,B.P.Philips,Chemistri for Commercial Scale Production of Y-90 for Medical Research, Appl. Radiat. Isotops. Vol.41,No.9. pp. 861-865,1990.

8. Тарасов Н. Ф. Состояние и проблемы отечественной радиофармацевтики. Медрадиология, 1989, №6, стр. 3-8

9. Звонова И.А. и др. Лучевые нагрузки от радиофармацевтики.] Москва. ЦНИИатоминформ, 1984.

10. Ruth T. J., Pate B.D., Robertson r., Porter J.K.Radionuclide Production for Biosciencec. Review. Nucl.

11. Михеев Н.Б. Радиохимия 1969 т.11 N1 с. 126-127.

12. Med. Biol.,1989, v.16, №4, pp. 323-336.

www.ronl.ru

Доклад - Основные понятия химии

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ ХИМИИ

Химия — наука, изучающая состав, строение, свойства, получение и превращения веществ.

Атомно-молекулярное учение — учение о строении веществ из атомов и молекул, создано трудами Ломоносова и Дальтона.

Вещества состоят из мельчайших частиц — молекул, которые находятся в непрерывном движении. При повышении температуры скорости движения молекул увеличиваются, при снижении — уменьшаются.

Молекулы различных веществ отличаются друг от друга массой, размерами и химическими свойствами. Все молекулы одного вещества одинаковы.

Молекулы состоят из более мелких частиц — атомов. Молекулы простых веществ состоят из одинаковых атомов, молекулы сложных веществ состоят из разных атомов.

Атомы одного элемента отличаются от атомов других элементов зарядом атомного ядра, размером и химическими свойствами. При химических реакциях изменяется состав молекулы. Атомы при химических реакциях не разрушаются.

Атом — электронейтральная частица, состоящая из положительно заряженного ядра и одного или нескольких электронов.

Молекула — наименьшая частица вещества, обладающая всеми химическими свойствами данного вещества. Для некоторых веществ понятия атома и молекулы совпадают.

Химический элемент — вид атомов, характеризующихся определенным зарядом ядра.

Простым веществом называется вещество, молекулы которого состоят из атомов одного элемента, например водород, кислород и азот и т. д. Каждый элемент имеет определенный химический знак, соответствующий первым буквам латинского названия данного элемента.

Соединениями или сложными веществами называются вещества, молекулы которых состоят из атомов разных элементов, например вода.

Аллотропия — существование одного и того же элемента в виде двух или нескольких простых веществ. Аллотропия может быть результатом образования молекул с различным числом атомов (например, кислород О2 и озон О3) или различных кристаллических форм (например, углерод образует графит и алмаз).

Этот случай называется также полиморфизмом.

Физические явления — это любые изменения вещества, не при водящие к изменению состава и строения его молекул, например изменение агрегатного состояния веществ, хотя кристалл и газ, например, обладают различными физическими свойствами.

Химические явления или химические реакции — это явления или реакции, при которых из одних веществ образуются новые вещества. Химические реакции постоянно совершаются в живой и неживой природе. Процессы ржавления, горения, гниения представляют собой химические явления. Часто явления физические и химические происходят одновременно, маскируя друг друга, например, пропускание электрического тока через проволоку сопровождается явлениями физического порядка: нагреванием проволоки, расширением ее, увеличением сопротивления, испусканием света, но то же нагревание проволоки на открытом воздухе приводит к явлениям химического характера: металл при нагревании реагирует с кислородом воздуха, превращаясь в оксид.

Механическая смесь и химическое соединение имеют следующие различия:

При приготовлении механической смеси составные части можно брать в любых количественных соотношениях. Чтобы получить химическое соединение и при этом одно из взятых веществ не вещества в определенных соотношениях.

Свойства веществ, составляющих механическую смесь, сохраняются, так как составные части в смеси остаются химически неизменными. При химической реакции свойства исходных веществ не сохраняются, так как в результате их взаимодействия образуется новое вещество с иными свойствами.

При механическом смешивании не наблюдается выделения или поглощения теплоты. Химические реакции практически всегда сопровождаются тепловыми эффектами.

Составные части смеси, могут быть разделены на основании их физических свойств (фильтрование, отстаивание, выпаривание и другие способы).

Металлы — простые вещества, обладающие высокими тепло- и электропроводностью, ковкостью, блеском и другими характерными свойствами, которые обусловлены наличием в их кристаллической решетке свободно перемещающихся электронов (обобщенного электронного облака).

Неметаллы — простые вещества, не обладающие свойствами металлов. Резкой границы меду металлами и неметаллами провести нельзя.

Типы химических реакций:

Реакция соединения — реакция, при которой из атомов или молекул двух или более веществ образуются молекулы одного вещества.

Реакция разложения — реакция, при которой из одного вещества образуется два или более веществ.

Реакция замещения — реакция, при которой атомы, входящие в состав простого вещества, замещают атомы одного из элементов в сложном веществе.

Экзотермические реакции

реакции, протекающие с выделением теплоты.

Эндотермические реакции

реакции, протекающие с поглощением теплоты.

Скорость химической реакции — отношение изменения концентрации одного из реагирующих веществ ко времени, за которое это изменение произошло.

Скорость химической реакции зависит от природы реагирующих веществ, концентрации, температуры, давления и агрегатного состояния.

Равновесие химическое — состояние смеси реагирующих веществ, при котором скорость прямой реакции равна скорости обратной реакции.

Смещение химического равновесия — процесс изменения концентрации веществ в реагирующей смеси. Изменения равновесия, вызываемые изменением внешних условий, можно предвидеть, руководствуясь общим положением, известным под названием принципа Ле Шателье: если на систему, находящуюся в равновесии, оказывать внешнее воздействие (изменять температуру, давление или концентрацию), то равновесие в системе сместится в направлении, при котором эффект произведенного воздействия уменьшится. Так, повышение температуры сместит равновесие в сторону реакций, которые идут с поглощением тепла; увеличение давления будет благоприятствовать реакциям, идущим с уменьшением объема.

Атомный вес элемента — вес атома, выраженный в углеродных единицах (у. е.), или число, показывающее, во сколько раз атом данного элемента тяжелее 1/12 части веса атома углерода (120).

Молекулярный вес — вес молекулы, выраженный в у. е., т. е. число, показывающее, во сколько раз моле кула данного вещества тяжелее 1/12 части веса атома углерода (12 С).

Закон постоянства состава: независимо от способа получения данного соединения его весовой состав постоянен.

Закон сохранения массы веществ: масса веществ, вступивших в реакцию, равна массе веществ, образовавшихся после реакции.

Грамм-атом — количество вещества, вес которого, выраженный в граммах, численно равен молекулярному весу данного вещества.

Закон Авогардо: в равных объемах различных газов при одинаковых условиях (температура и давление) содержится одинаковое число молекул.

Закон соединительных объемов: объемы газов, реагирующих между собой или образующихся в результате реакции, находятся в отношениях небольших целых чисел.

Формула химическая — сокращенное обозначение состава какого-либо соединения с помощью химических законов и чисел, указывающих на количественное соотношение элементов в данном соединении.

Валентность — свойство атомов данного элемента присоединить или замещать в молекуле определенное число атомов других элементов. За единицу валентности принята валентность водорода.

Структурные формулы элементов — формулы веществ с изображением валентности элементов, например в дн:

 Н-О-Н.

ОРГАНИЧЕСКАЯ ХИМИЯ

УГЛЕВОДОРОДЫ

Гибридизация — это смешивание валентных электронных облаков и образование качественно новых, равноценных гибридных валентных электронных облаков.

У атома углерода в возбужденном состоянии 4 валентных электрона

Они неравноценны: s-электрон сферической формы, р-электроны имеют форму восьмерки и направлены по осям х, у, z.

При образовании химических связей у атома углерода происходит гибридизация. В зависимости от вида гибридизации атомы углерода могут находиться в трех валентных состояниях:

I валентное состояние. Для него характерна sр3-гибридизация. В случае sp3- гибридизации образуется четыре гибридных облака, которые направлены из центра тетраэдра к его вершинам. Угол между осями гибридных электронных облаков оказывается равным 109°28». Так образуется метан и его гомологи — алканы с общей формулой

Cnh3n + 2

Алканыв пространстве имеют зигзагообразное строение — это ряд тетраэдров, соединенных своими вершинами:

II валентное состояние — sр2-гибридизация. Если происходит sр2-гибридизация, то образуется три гибридных валентных облака, которые лежат на плоскости под углом 120°.

Они образуют на плоскости три сигма-связи. Четвертая связь с соседним атомом углерода образуется в перпендикулярной плоскости двумя р-электронами, которые не участвовали в гибридизации. Так образуется этилен и его гомологи с общей формулой Cnh3n.

III валентное состояние — sp-гибридизация. В случае sp-гибридизации образуются два гибридных облака, которые лежат на осевой линии, соединяющей ядра двух атомов под углом 180°. Они образуют две сигма-связи по осевой линии — с водородом и углеродом. 2р-электрона, которые не участвовали в гибридизации, образуют с соседним атомом углерода две П-связи в двух взаимноперпендикулярных плоскостях. Так образуется ацетилен и его гомологи с общей формулой

 Cnh3n + 2.

ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА УГЛЕВОДОРОДОВ

Химические свойства, характерные для углеводородов, содержащихся в молекулах:

а) простые связи;

б) кратные связи.

а) Алканы содержат простые связи между атомами углерода. Для них характерны реакции замещения, они трудно окисляются, не обесцвечивают раствор перманганата калия.

Например: галогенирование метана под действием света

б) Этилен С2Н4 горит, но в отличие от этана, светящимся пламенем, так как имеет повышенное содержание углерода:

Ацетилен С2Н2 горит коптящим пламенем, так как имеет большой процент углерода в молекуле:

Для этилена и ацетилена характерны реакции присоединения и окисления, так как они содержат двойную и тройную связи.

Если условно обозначить окислитель атомом кислорода, то

При этом раствор перманганата калия обесцвечивается.

Линейная полимеризация ацетилена:

СН=СН+СН=СН-->СН2=СН-С =СН (винилацетилен)

Циклическаяполимеризация ацетилена:

/>3C2h3    c    C6H

www.ronl.ru

Смотрите также

• 
  Технология деревообработки реферат
• 
  Рязанский кремль реферат
• 
  Реферат идеология нацизма
• 
  Прикладное плавание реферат
• 
  Оуэн роберт реферат
• 
  Медицинская латынь реферат
• 
  Легочная гипертензия реферат
• 
  Компьютерная преступность реферат
• 
  Карское море реферат
• 
  Идеология нацизма реферат
• 
  Архангельское усадьба реферат