Изотопный Обмен

Самопроизвольное перераспределение изотопов хим. Элемента между разл. Фазами системы (в частности, между разл. Агрегатными состояниями одного и того же в-ва), частицами (молекулами, ионами) или внутри молекул (сложных ионов). В И. О. Могут участвовать как стабильные, так и радиоактивные нуклиды. При И. О. Сохраняется неизменным элементный состав каждого участвующего в обмене в-ва, изменяется лишь его изотопный состав. Если обменивающиеся изотопами молекулы, ионы и т. П. Находятся в одной фазе, И. О. Наз. Гомогенным, если в разных фазах - гетерогенным. Так, при гомогенном И. О. С участием молекул воды 1 Н 1 НО и DDO образуются молекулы HDO. При гетерог. И. О. Между парами иода, меченного радионуклидом 131I, и кристаллич. Иодом радиоактивные атомы переходят из пара в кристаллы.

В результате И. О. Изотопный состав всех форм выравнивается и устанавливается равномерное распределение изотопов (равнораспределение). И. О. Можно рассматривать как обычную хим. Р-цию, в к-рой исходные в-ва и продукты различаются изотопным составом. Внутр. Энергия системы при этом практически не изменяется (нулевые частоты колебаний молекул, обменивающихся изотопами, почти одинаковы) и тепловой эффект Q = 0. Последнее означает, что для прямого и обратного И. О. Энергии активации равны. Кроме того, константы равновесия Кпрактически не зависят от т-ры. Если в И. О. Участвуют легкие элементы, становятся заметными изотопные эффекты, вследствие чего константы равновесия могут существенно отличаться от 1. Чем ближе система, в к-рой протекает И.

О., к состоянию равнораспределения, тем больше число вариантов распределения изотопов в системе, т. Е. Выше число микросостояний, через к-рое м. Б. Реализована система. Т. Обр., при И. О. Энтропия системы растет. Максимум энтропии достигается при равнораспределении. Скорость И. О. Во многом зависит от его механизма. В частности, гомог. И. О. Может протекать по диссоциативному или ассрциативному механизму, м. Б. Связан с переносом электрона или с перемещением групп атомов. Напр., обмен радиоактивным иодом между кристаллами AgI и р-ром, содержащим (здесь и далее знак * указывает радиоактивный атом), протекает в результате диссоциации и AgI в р-ре. Обмен хлором между газообразным и парами FeCl3 также определяется диссоциацией FeCl3 при нагр.

С образованием FeCl2 и атома Сl. По ассоциативному механизму происходит И. О. Иодом между алкилиодидом и иодидом натрия в спиртовом р-ре. И. О., протекающий по механизму переноса электрона, - это обычная окислит.-восстановит. Р-ция. Таков, напр., обмен между разл. Изотопами Тl , входящими в состав TlNO3 и . Механизм, связанный с перемещением групп атомов, часто наблюдается при гетерог. И. О. Так протекает, напр., И. О. Углеродом между газообразным и твердым ВаСО 3. Кинетику И. О. Обычно характеризуют степенью обмена F =(.