Изотопный обмен

ИЗОТОПНЫЙ ОБМЕН, самопроизвольный процесс перераспределения атомов изотопов какого-либо химического элемента между различными фазами системы, между отдельными молекулами или ионами одной фазы, внутри молекул (сложных ионов). При изотопном обмене сохраняется элементный состав участвующих в обмене веществ, но меняется их нуклидный состав. В изотопном обмене могут участвовать как стабильные, так и радиоактивные нуклиды химических элементов. Примеры изотопного обмена: переход радиоактивных атомов ₁₃₁I из насыщенного пара йода в находящиеся при той же температуре кристаллы нерадиоактивного йода: ¹³¹I₂ (пары) + ¹²⁷I₂ (кристаллы)^→← ¹²⁷I¹³¹I (пары) +¹²⁷I¹³¹I(кристаллы); переход радиоактивных хлорид-ионов ³⁶Cl- из раствора хлорида калия в контактирующий с этим раствором осадок нерадиоактивного хлорида серебра AgCl: ³⁶Cl- (раствор) + AgCl (осадок)^→←  Cl^- (раствор) + Ag³⁶Cl (осадок); обмен стабильными изотопами водорода протием ¹Н и дейтерием D между молекулами воды разного изотопного состава: ¹Н¹НО + D₂O^→← 2¹HDO; внутримолекулярный обмен атомов стабильного изотопа углерода ¹²С и радиоактивного изотопа ¹⁴С, содержащихся в одной молекуле органического соединения.

В результате изотопного обмена изотопный состав каждого химического элемента выравнивается и устанавливается практически равномерное распределение всех изотопов данного элемента во всех формах, которые содержат этот элемент. Изотопный  обмен  можно рассматривать как химическую реакцию, протекающую с близким к нулю тепловым эффектом. Скорость и полноту протекания изотопного обмена характеризуют степенью обмена F = (x_t-x₀)/(x_∞-x₀), где х₀, x_t и х_∞ - концентрации данного изотопа в рассматриваемой форме вещества соответственно в начальный момент времени, в момент t и при равновесии. Значение F меняется от 0 до 1, значение F = 1 отвечает состоянию равномерного распределения всех изотопов химического элемента между всеми его формами в данной системе. Изотопный  обмен  может протекать очень быстро (например, изотопный обмен  атомами протия и дейтерия между молекулами воды разного изотопного состава) и крайне медленно (например, внутримолекулярный обмен изотопами углерода в молекулах большинства органических соединений).

Изотопный  обмен  используют при разделении изотопов ряда химических элементов, получении меченых соединений, изучении механизмов протекания химических реакций и для других целей.

Лит.: Несмеянов А. Н. Радиохимия. 2-е изд. М., 1978; Современные методы разделения и определения радиоактивных элементов / Под редакцией Б. Ф. Мясоедова, А. В. Давыдова. М., 1989.