Изотопные Эффекты

Различия в св-вах изотопов данного элемента или в св-вах соед., содержащих разл. Изотопы одного элемента (т. Наз. Изотопнозамещенных соед.). Чаше всего обусловлены различиями масс ядер изотопов (И. Э. I рода), но м. Б. Вызваны также различиями и др. Ядерных св-в (И. Э. II рода). И. Э. I рода выражены тем сильнее, чем больше относит. Разность масс соответствующих изотопов. Поэтому такие И. Э. Наиб. Выражены у легких элементов (Н, Не, Li, Be, В, С). Если относит. Различия атомных масс изотопов или мол. Масс M1 и М 2 двух изотопнозамещенных соед. Малы [(М 1 Ч М 2)/М 1 <. 0,01 Ч 0,03], И. Э. I рода пренебрежимо малы. И. Э. Проявляются в том, что в-ва, отличающиеся изотопным составом, имеют разные физ. Св-ва. Так, 4 Не при сверхнизких т-рах переходит в сверхтекучее состояние, а 3 Не таким св-вом не обладает.

Вода состава Н 2 О имеет т. Пл. 0°С, плотность при 20 °С 0,998 кг/дм 3, а для воды состава D2O эти характеристики равны соотв. 3,82 °С и 1,104 кг/дм 3. И. Э. Подразделяют на термодинамич. И кинетические. К термодинамич. И. Э. Приводит нек-рое различие значений хим. Потенциала в-в с изотопнозамещенными молекулами. Согласно статистич. Термодинамике, это обусловлено различиями значений статистич. Сумм изотопов и изотопнозамещенных молекул. Для разных изотопов одного элемента наблюдаются различия поступат. Статистич. Сумм. Для двух-и многоатомных молекул разного изотопного состава еще и различия колебательной и вибрационной статистич. Сумм. В результате термодинамич. Св-ва в-в разного изотопного состава несколько разнятся между собой.

Следствием этого является различие в равновесном распределении изотопов одного элемента между разными фазами, хим. Формами и т. П. Константы равновесия Кр-ций изотопного обмена с участием атомов легких элементов заметно отличаются от 1. Так, при 25 °С для р-ции Н 2 + DCl D НСl +HD К= 1,45. С ростом ат. Н. Элемента термодинамич. И. Э. Быстро уменьшается. Напр., при 25°. К =1,003 для р-ции Н 37 Сl + 1/235 Сl2 D Н 35 Сl + 1/237 Сl2 и 1,0004 для аналогичной р-ции с участием 79 Вr и 81 Вr. Кинетич. И. Э. Проявляются в различиях скоростей р-ций с участием разных изотопов данного элемента, изотопнозамещенных молекул или ионов. Различают межмол. И внутримол. И. Э. Так, наблюдаемые константы скорости k1 и k2 декарбоксилирования малоновой к-ты разного изотопного состава различаются из-за межмол.

И. Э., а значения k'1 и k'2 для р-ций различаются из-за внутримол. И. Э. В отличие от межмолекулярного, внутримол. И. Э. Не зависит от т-ры (подробнее см. Кинетический изотопный эффект). Разл. И. Э. I рода лежат в основе большинства известных способов изотопов разделения. И. Э. II рода обусловлены различиями таких св-в ядер, как спин, энергия g-квантов, испускаемых после захвата нейтрона, наличие изомерных состояний (см. Изомерия атомных ядер) и нек-рых др. Эти И. Э. Проявляются, напр., в неодинаковом распределении изотопов или ядерных изомеров между разл. Хим. Формами, содержащими ядра, к-рые образуются в результате захвата нейтронов. Так, после нейтронного облучения бромбензола содержание 80 Вr в "материнской" форме на 10-15% ниже, чем 80m Вr.

И. Э. Могут приводить к различиям в частотах колебательных и вращательных спектров изотопнозамещенных соед. Эти различия наиб. Существенны для молекул, содержащих изотопы водорода. Различия в энергиях основного квантового состояния атомных электронов, связанные с И. Э., приводят, в частности, к разнице энергий диссоциации изотопнозамещенных молекул (напр., Н 2, HD и D2). Следует отметить, что различия в периодах полураспада T1/2 радиоактивных изотопов данного элемента, а также в св-вах излучения, испускаемого ядрами при радиоактивном распаде, к И. Э. Относить не принято. Лит. См. При ст. Радиохимия. С. С. Бердоносов.