Номер 7, страница 248 - гдз по физике 9 класс учебник Пурышева, Важеевская

Глава 5. Элементы квантовой физики. Параграф 63. Действия радиоактивных излучений и их применение - номер 7, страница 248.

Условие.

7. В чём состоит метод меченых атомов? Приведите примеры использования этого метода.

Решение.

В чём состоит метод меченых атомов

Метод меченых атомов (или метод изотопных индикаторов) — это метод исследования, основанный на введении в изучаемую систему (организм, вещество, технологический процесс) небольшого количества радиоактивных или, реже, стабильных изотопов химического элемента. Эти изотопы, называемые «метками» или «трассерами», по своим химическим свойствам практически не отличаются от обычных (стабильных) изотопов того же элемента и вступают в те же химические реакции и физические процессы. Главное отличие «метки» — это её физические свойства: радиоактивные изотопы испускают ионизирующее излучение, а стабильные изотопы имеют другую массу. Благодаря этому их можно легко обнаружить и отследить их перемещение, концентрацию и превращения с помощью специальных приборов (счётчиков Гейгера, сцинтилляционных счётчиков, масс-спектрометров). Таким образом, отслеживая «метку», учёные могут изучать скрытые механизмы различных процессов, недоступные для прямого наблюдения.

Примеры использования этого метода

В медицине и биологии:

• Диагностика заболеваний: Для оценки работы щитовидной железы используют радиоактивный изотоп йода ($^{131}\text{I}$). Железа активно поглощает йод, и по интенсивности излучения, регистрируемого от железы, врачи делают вывод о её функциональном состоянии.

• Изучение обмена веществ: При исследовании фотосинтеза растениям подают углекислый газ, содержащий радиоактивный углерод ($^{14}\text{C}$). Анализируя состав растительных тканей через определённые промежутки времени, можно проследить полный путь превращения углерода в органические соединения (например, глюкозу).

• Медицинская визуализация: В позитронно-эмиссионной томографии (ПЭТ) пациенту вводят вещество (например, глюкозу), меченное короткоживущим изотопом (например, фтором-18, $^{18}\text{F}$). Участки с повышенным метаболизмом, такие как раковые опухоли, накапливают больше меченой глюкозы, что позволяет их обнаружить на снимках.

В промышленности и технике:

• Контроль износа деталей: Чтобы определить скорость износа поршневых колец в двигателе внутреннего сгорания, их поверхность активируют (делают радиоактивной). Затем, измеряя радиоактивность смазочного масла, в которое попадают частицы изношенного материала, можно с высокой точностью судить о степени износа детали.

• Обнаружение утечек: В подземный трубопровод вместе с основным веществом (газом или жидкостью) запускают небольшое количество радиоактивного изотопа в газообразной форме. В месте утечки газ выйдет наружу, и его излучение можно будет зафиксировать с поверхности земли, точно определив место повреждения.

В сельском хозяйстве:

• Изучение питания растений: Чтобы определить, как растения усваивают удобрения, в их состав вводят радиоактивные изотопы, например, фосфор-32 ($^{32}\text{P}$). Затем, измеряя радиоактивность различных частей растения (корней, стебля, листьев), агрономы определяют скорость и пути перемещения питательных веществ, что помогает создавать более эффективные удобрения и схемы их внесения.

В химии:

• Установление механизмов реакций: Чтобы выяснить, какой из атомов кислорода (из спирта или из кислоты) переходит в молекулу воды при реакции этерификации, один из реагентов метят тяжёлым изотопом кислорода ($^{18}\text{O}$). Анализ продуктов реакции показывает, где оказался меченый атом, что однозначно проясняет механизм реакции.

Ответ:

Метод меченых атомов заключается во введении в исследуемую систему радиоактивных или стабильных изотопов, которые, обладая теми же химическими свойствами, что и их немеченые аналоги, служат «метками» для отслеживания путей превращения и перемещения веществ. Примеры использования включают диагностику работы щитовидной железы с помощью $^{131}\text{I}$, изучение фотосинтеза с $^{14}\text{C}$, контроль износа деталей двигателей, определение эффективности удобрений с $^{32}\text{P}$ и установление механизмов химических реакций.