Radiochimie

Radiochimia este ramura chimiei nucleare care se ocupă cu studiul și utilizarea practică a substanțelor radioactive. Acesta exploatează reacțiile chimice ale izotopilor radioactivi în scopuri analitice și pentru efectuarea altor investigații, cum ar fi cele referitoare la cinetica chimică .

Dezintegrarea radioactivă

Același subiect în detaliu: dezintegrarea radioactivă .

Capacitate diferită de penetrare a radiațiilor

Radioizotopii sunt izotopi instabili de elemente chimice , fiecare caracterizează prin propria jumătate de viață , care sunt supuse dezintegrării radioactive prin emiterea de o anumită formă de radiații. Radiațiile emise sunt în principal de trei tipuri: alfa, beta și gamma.

1. Radiația alfa constă dintr-o emisiune de particule alfa (formate din doi protoni și doi neutroni , denumiți adesea ⁴ ₂ He ²⁺ ) de către un nucleu atomic . Când apare acest tip de descompunere, masa atomică originală va scădea apoi cu patru unități, în timp ce numărul atomic va scădea cu două unități.
2. Radiația beta este generată de transmutația unui neutron într-un electron și un proton. Electronul emis de mare energie constituie particula β (β ^- ). O altă descompunere de tip beta implică transmutația într-o pereche de neutroni- pozitroni plus un neutrino (β ⁺ ).
3. Radiația gamma constă într-o emisie de energie electromagnetică, cum ar fi razele X , din nucleul atomic. Această emisie însoțește de obicei o descompunere alfa sau beta.

Cele trei tipuri de radiații se pot distinge pe baza puterii lor de penetrare. Cele mai pătrunzătoare sunt radiațiile gamma, formate din fotoni care necesită o grosime mare de metal greu (cum ar fi plumb sau bariu ) pentru protejarea lor. Pe de altă parte, radiația alfa este blocată după ce călătorești câțiva centimetri în aer sau datorită unei foi de hârtie din lemn . Radiația beta, pe de altă parte, necesită folie de aluminiu cu o grosime de câțiva milimetri.

Radiotracere

Un radiotrasor este o substanță care conține un radionuclid utilizat în așa fel încât să poată studia procesele chimice, fizice, biologice și de mediu prin exploatarea radioactivității sale. Tehnicile bazate pe radiotracere se bucură de o sensibilitate ridicată și se bazează pe proprietățile chimice similare pe care le posedă izotopii aceluiași element . O cauză a comportamentului chimic diferit este reprezentată de efectul izotop cinetic , deosebit de relevant pentru elementele cu o greutate atomică mai mică . Mai mult, radioactivitatea nu trebuie să modifice caracteristicile sistemului în studiu. Radionuclidul și nuclidul stabil trebuie să fie supuse schimbului de izotopi și, pentru ca acest lucru să se întâmple, este necesar ca trasorul și atomul stabil să aibă aceeași stare de oxidare .

Exemple de radionuclizi folosiți în mod obișnuit sunt reprezentate de tritiu ( ³ H, frecvent utilizat în studii biochimice ), carbon -11 (trasor în tomografia cu emisie de pozitroni ) și carbon-12 (diferite utilizări în diferite domenii), fosfor -32 (studiu al aminoacizilor) , proteine fosfo și fosforilarea prin kinaze ), sulf -35 (studiul aminoacizilor și acizilor nucleici ai sulfului), iod-123 (în medicina nucleară în studiul tiroidei ) și iod-125 (în radioimunotest ).

Exemple de utilizare a radiotracerilor în chimie privind determinarea constantei de solubilitate a compușilor slab solubili și studiul mecanismelor de reacție , cu posibilitatea de a determina legătura specifică implicată într-o reacție chimică prin analiza radioactivității produselor . Utilizarea radiotracerilor în domeniul analitic este descrisă mai jos.

Metode radioanalitice

Metodele de analiză radiochimică se bazează pe măsurarea radioactivității produse de analit sau prin adăugarea unor cantități mici de reactivi etichetați sau ca urmare a radioactivității induse . În acest fel este posibil să se detecteze cantități foarte mici de analit, adesea nedetectabile cu metode analitice mai comune.

Detectoare radioanalitice

Detectoarele radioanalitice permit obținerea de informații analitice prin exploatarea cantității de radiație care le este transmisă. Conform constituției lor și principiului fizic exploatat, acestea sunt împărțite în:

• Detectoare de ionizare: exploatează ionizarea unui gaz la presiune scăzută, gaz conținut într-o cameră cilindrică și plasat sub acțiunea unui câmp electric , care generează un curent electric proporțional cu radiația primită. Contorul comun Geiger și contorul Müller folosesc acest principiu.
• Detectoare de scintilație : sunt detectoarele preferate pentru razele γ, pentru care Geiger nu este foarte sensibil. Fasciculul radioactiv este transportat pe un cristal tipic de iodură de sodiu dopat cu taliu , NaI (Tl): în acest fel există emisie de radiație electromagnetică în vizibil care, captată de un fotomultiplicator , generează un curent electric .
• Detectoare semiconductoare : exploatează un cristal de germaniu dopat cu litiu interpus între alte două cristale de germaniu, unul de tip p și celălalt de tip n. Sunt potrivite pentru analiză în prezența matricilor complexe și trebuie aduse la temperatura azotului lichid.

Analiza radiochimică

Principalele modalități analitice includ activarea neutronilor , diluarea izotopilor și titrarea radiochimică . ^[1]

• Metoda de activare a neutronilor (NAA): specia supusă examinării este supusă bombardamentului cu neutroni și devine radioactivă. Măsurarea acestei radioactivități ne permite să urmărim cantitatea de substanță.
• Metoda de diluare izotopică : o cantitate A din aceeași substanță, oricât de radioactivă, se adaugă substanței la examinarea greutății X, amestecul va avea deci o radioactivitate R _{X + A.} Dacă P este cantitatea de substanță obținută în urma adăugării unui precipitant puțin reactiv , la care este asociată radioactivitatea R _P , deoarece activitățile măsurate sunt o funcție a adunării inițiale, egalitatea K = (X + A) / P este verificat = R _{X + A} / R _P din care se obține X. Această metodă este utilizată în prezența unei matrice cu proprietăți chimice similare analitului .
• Titrare radiochimică: se efectuează o titrare normală care permite o separare rapidă a fazelor , așa cum se întâmplă în cazul reacțiilor de precipitare. Radioactivitatea R a soluției este măsurată în funcție de volumul V al titrantului marcat adăugat și se construiește un grafic R / V. La început, radioactivitatea soluției este aproape nulă și constantă, dincolo de punctul de echivalență există o creștere bruscă a R în funcție de V, deoarece titrantul radioactiv, care nu mai este precipitat, își mărește treptat concentrația în soluție.

Domenii de aplicare a radioanalizei

• Analiza urmelor de elemente în apele naturale
• Analiza urmelor de elemente din sol și soluri
• Analize petrografice și mineralogice
• Analiza fluidelor biologice și diverse determinări biochimice

Alte aplicații ale radiochimiei

Imagine a unei instrumentații PET caracteristice, o investigație de diagnostic care utilizează injecția intravenoasă a unui mediu radioactiv.

Dezintegrarea radioactivă urmează cinetica de ordinul unu .

• Datarea pe rocă : una dintre principalele metode exploatează radioactivitatea naturală generată de ^{izotopul de} uraniu ²³⁸ ₉₂ U. Ecuația totală de descompunere, cu timpul de înjumătățire 4,5 miliarde de ani, este de ²³⁸ ₉₂ U → ²⁰⁶ ₈₂ Pb + 8 ⁴ ₂ He + 6 ⁰ _-1 β.
• Vârsta descoperirilor organice: se măsoară radioactivitatea izotopului ¹⁴ ₆ C, produsă de reacția neutronilor care provin din radiația cosmică cu azotul atmosferic, încorporată prin schimb izotopic în dioxidul de carbon prezent în atmosferă . ¹⁴ ₆ C se descompune prin emiterea de particule β cu t _1/2 = 5 730 de ani. Organismele vegetale vii absorb dioxidul de carbon radioactiv (dioxid de carbon) prin fotosinteză , animale și apoi omul prin lanțul trofic și marginal prin respirație, în timp ce câmpurile de petrol și cărbune nu mai conțin cantități semnificative de ¹⁴ ₆ C, având în vedere timpul lung care a trecut de la pregătirea lor.
• Studiul metabolismului organismelor vegetale și animale, utilizând tehnica radiotrasorului.
• În medicina nucleară , pentru radioterapia cu radiații (de exemplu, cobalt -60 pentru diferite tumori solide), radioterapia metabolică a tumorilor și a altor patologii ( iodură de sodiu marcată cu ¹³¹ I pentru tumorile tiroidiene) și radiodiagnostic (substanțe de contrast sau radiofarmaceutice de diagnosticare sistemice sau pentru receptori specifici, de exemplu: etichetat cu ¹²³ I pentru SPECT sau ¹⁸ F pentru PET ).
• Studiul reacțiilor și echilibrului chimic, cinetica chimică și mecanismele de reacție .
• Studiul dezinfectanților , insecticidelor , fungicidelor și mecanismului lor de acțiune.

Notă

linkuri externe

• ( RO ) IUPAC Gold Book, „radiochimie” , la goldbook.iupac.org .
• Grupul Interdivizional de Radiochimie al Societății Chimice Italiene , pe wwwLASA.mi.infn.it .
• ( EN ) Division of Nuclear and Radiochemistry of EuCheMS , la euchems.org . Adus la 28 ianuarie 2010 (arhivat din original la 19 noiembrie 2006) .
• ( EN ) Radiochemistry Society , pe radiochemistry.org .
• ( EN )Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry , la springerlink.metapress.com .
• ( EN ) Radiochimie (Radiokhimiya) ^{[ link rupt ]} , pe maik.rssi.ru.

Portalul chimiei : portalul științei compoziției, proprietăților și transformărilor materiei