Номер 12, страница 250 - гдз по физике 9 класс учебник Хижнякова, Синявина

Глава 9. Физика атома и атомного ядра. Параграф 50. Ионизирующее излучение и его биологическое действие. Вопросы - номер 12, страница 250.

Условие.

12. В чём состоит метод меченых атомов?

Решение.

Метод меченых атомов (также известный как метод изотопных индикаторов или изотопных меток) — это исследовательский метод, основанный на использовании изотопов химических элементов для отслеживания путей их перемещения, распределения и превращения в различных физических, химических и биологических процессах.

Суть метода заключается в следующем:

1. В исследуемую систему (например, в молекулу, живой организм или реакционную смесь) вводят вещество, в котором один или несколько атомов заменены на их изотопы. Эти изотопы служат «метками».
2. Поскольку изотопы одного и того же элемента имеют одинаковое строение электронных оболочек, они обладают практически идентичными химическими свойствами. Это означает, что организм или химическая система не «различает» меченый атом и его обычный, немеченый аналог, и вовлекает его в те же самые процессы.
3. Однако изотопы-метки отличаются от обычных атомов по физическим свойствам (массе или радиоактивности), что позволяет их обнаруживать и отслеживать с помощью специальных приборов.

В качестве меток используются два типа изотопов:

• Радиоактивные изотопы (радионуклиды): это нестабильные изотопы, которые самопроизвольно распадаются, испуская ионизирующее излучение. Их можно обнаружить с помощью счётчиков Гейгера, сцинтилляционных счётчиков или методом авторадиографии. Примерами являются углерод-14 ($^{14}\text{C}$), тритий ($^{3}\text{H}$), фосфор-32 ($^{32}\text{P}$).
• Стабильные (тяжёлые) изотопы: это нерадиоактивные изотопы, которые отличаются от наиболее распространённого изотопа элемента своей массой. Их обнаруживают с помощью масс-спектрометрии. Примерами служат дейтерий ($^{2}\text{H}$), кислород-18 ($^{18}\text{O}$), азот-15 ($^{15}\text{N}$).

Применение метода:

Метод меченых атомов нашёл широкое применение в науке и технике:

• В биологии и медицине: для изучения обмена веществ (метаболизма), например, для выяснения последовательности реакций фотосинтеза (опыты Кальвина с $^{14}\text{C}$) или для отслеживания судьбы лекарственных препаратов в организме. В диагностике используется позитронно-эмиссионная томография (ПЭТ), где пациенту вводят радиофармпрепараты с короткоживущими изотопами.
• В химии: для установления механизмов химических реакций, то есть для определения, какие связи рвутся и какие образуются, и какой атом из реагента переходит в какой продукт.
• В сельском хозяйстве: для изучения усвоения удобрений растениями. В почву вносят удобрения, содержащие, например, меченый фосфор ($^{32}\text{P}$), и затем по интенсивности излучения определяют, в каких частях растения он накопился.
• В экологии: для отслеживания путей миграции загрязняющих веществ в окружающей среде.

Таким образом, метод меченых атомов позволяет как бы «увидеть» и проследить путь отдельных атомов или молекул в сложных системах, не нарушая при этом протекающих в них процессов.

Ответ: Метод меченых атомов — это способ исследования, при котором в изучаемую систему вводят вещество с атомами, заменёнными на их изотопы (радиоактивные или стабильные). Так как химические свойства изотопов практически одинаковы, меченые атомы участвуют в процессах так же, как и обычные. Однако их можно обнаружить по физическим отличиям (радиоактивности или массе), что позволяет отследить их путь, распределение и превращения в ходе химических, биологических или физических процессов.