Importanta izotopilor

Importanta izotopilor

Cunoasterea si studiul insusirilor izotopilor sunt de mare insemnatate practica, deoarece izotopii diferitelor elemente au multe si variate aplicatii in domenii importante ale activitatii umane : industrie, agricultura, medicina, arheologie, paleontologie, constructii, fabricarea unor masini, etc.

Multi izotopi s-au obtinut artificial. Dintre cei aproximativ 1200 de nuclizi numai 900 sunt radioactivi.

Izotopul ⁴⁰K are un rol important in mentinerea echilibrului termic al Pamantului (Terra).

Izotopii multor elemente au proprietati radioactive, adica se descompun transformandu-se in alte elemente, emitand in acelasi timp radiatii; acestia se numesc radioizotopi.

In centralele atomo-electrice, energia nucleara este transformata in energie electrica, relativ ieftina, utilizata in industrie, transporturi, in viata de zi cu zi. In reactoarele nucleare ale acestor centrale atomo-electrice se utilizeaza izotopul radioactiv al uraniului : ²³⁵U.

Energia ne poate folosi in diverse domenii : propulsarea unor nave maritime uriase, pentru desalinizarea apei de mare, pentru construirea unor mici baterii atomice cu care se pot actiona diverse dispozitive.

Aplicatii industriale

Ø     Producerea energiei nucleare in Centralele atomo-electrice - Aceasta este cea mai importanta aplicatie industriala de la descoperirea energiei atomice la inceputul secolului XX.

Ø     In industria aeronautica si de automobile - pentru testarea motoarelor

Ø     In constructii - la determinarea densitatii suprafetei si a terenului pe care urmeaza sa se construiasca un drum sau o cladire

In industria petroliera si a gazelor naturale, in minerit - pentru determinarea compozitiei zacamintelor

izotopii radioactivi mai pot fi utilizati pentru controlul uzurii si depistarii defectelor unor piese si instalatii metalice. De exemplu, cu ajutorul izotopului 60 al cobaltului (⁶⁰Co) se poate urmari nivelul fontei topite in furnal, iar prin adaugarea de radiosulf se determina continutul de sulf din fonta. Cu ajutorul unor izotopi ai carbonului, oxigenului, sulfului au fost studiate si lamurite mecanismele unor procese tehnologice chimice, ca : vulcanizarea cauciucului, prelucrarea petrolului, descompunerea grasimilor etc.

Aplicatii in medicina

Aplicatiile izotopilor in medicina sunt numeroase si se refera in special la izotopii elementelor radioactive. Aceste aplicatii au contribuit la dezvoltarea unei noi ramuri a medicinii, si anume medicina nucleara. Iata cateva exemple:

Ø     Diagnosticarea - folosirea unor izotopi radioactivi care emit raze gama asupra corpului uman. Aceste raze produc anumite modificari fiziologice specifice asupra portiunilor din corp care se cerceteaza si permit medicilor sa diagnosticheze cazul respectiv.

Ø     Radioterapia - tehnica de tratament folosita in majoritatea cazurilor      de cancer. Cercetatorii au observat ca in urma bombardarii tesuturilor afectate de cancer cu anumiti izotopi radioactivi, cum ar fi de exemplu iod-131 sau iridiu-192 celulele canceroase sunt complet distruse.

Ø     Analize biochimice - pentru a determina prezenta unor urme de elemente radioactive in corpul uman (in cazul unor boli profesionale, aparute in urma contactului cu elemente radioactive - de exemplu minerii de la minele de plumb sau uraniu, lucratorii de la Centralele atomoelectrice) se folosesc teste cu izotopi radioactivi.

Exemple de izotopi utilizati in medicina nucleara:

Ø     Molibden-99-folosit pentru producerea izotopului numit technetium-99m, care este cel mai des folosit izotop in medicina;

Ø     Technetium-99m - folosit in cercetarea scheletului uman si a muschiului inimii, dar de asemenea, si pentru cercetarea creierului, a glandei tiroide, a ficatului, a splinei, a presiunii sanguine

Ø     Crom-51 - folosit la cercetarea sangelui ( in special in cazurile de leucemie - leucemia este un cancer al sangelui)

Ø     Cobalt-61 - folosit in radioterapie

Ø     Cupru-64 - folosit pentru studierea bolilor genetice

Ø     Iod-125 - folosit in tratamentul cancerului de creier

Ø     Iod-131 - folosit in cazurile de cancer al glandei tiroide

izotopii radioactivi sunt utilizati in diagnosticarea si tratarea unor boli. Astfel, cu izotopul radioactiv al iodului se studiaza functionarea glandei tiroide, cu calciu radioactiv se examineaza stomacul si se depisteaza ulcerele. Depistarea si tratarea tumorilor canceroase reprezinta una dintre cele mai importante aplicatii ale izotopilor in medicina.

Aplicatii in paleontologie si geologie

Izotopii diferitelor elemente sunt folositi pentru a stabili varsta unor fosile de animale care au trait cu milioane de ani in urma, sau pentru a aprecia datele la care au avut loc diferite evenimente geologice.

Pentru a realiza datarea evenimentelor sau a fosilelor se folosesc diferite metode: de exemplu datarea folosind izotopi ai carbonului se face pentru materiale organice care au in jur de 250-45000 de ani. Materialele care pot fi supuse acestei metode de datare pot fi: materiale textile, statuete, portelanuri, diferite obiecte arheologice.

Alti izotopi care se folosesc in datarea geo-paleontologica, inafara de carbon, mai sunt: beriliu-10, aluminiu-26, clor-36, siliciu-32.

Izotopii de beriliu si de aluminiu sunt folositori in special pentru datarea rocilor care au mai mult de 10 000 000 de ani, a rocilor, lacurilor, riurilor si a depunerilor de sedimente din jurul porturilor maritime din ultimii 1000 de ani.

Izotopii de siliciu-32 se folosesc pentru datarea solurilor, groundwater si a ghetii. Grounwater poate fi datata folosind izotopii de tritiu.

Izotopii de potasiu si izotopii de argon (argonul este un gaz rar) se utilizeaza pentru datarea rocilor si a mineralelor care au mai mult de 1 000 000 de ani.

Izotopii de rubidiu si de strontiu se folosesc pentru datarea materialelor care au mai mult de 10 000 000 de ani

Izotopi ai uraniului, care este un element radioactiv, sunt folositi de multe ori pentru a stabili varsta rocilor si a mineralelor care au mai mult de 1 000 000 de ani.

Cu ajutorul izotopului radioactiv al ¹⁶C, geologii pot stabilii varsta rocilor, iar arheologii varsta obiectelor dezgropate care au apartinut unor civilizatii disparute.

Aplicatii in agricultura

Ø     Detectarea apelor de suprafata - Izotopii se folosesc pentru a determina localizarea si marimea panzei de apa freatica (apa freatica, este apa de suprafata). Aceasta aplicatie este foarte folositoare mai ales in regiunile desertice unde apa este bunul cel mai de pret, de ea depinzand viata oamenilor din acel loc.

Ø     Masurarea caderilor de apa - este o aplicatie folositoare in regiunile unde ploua mult, ca de exemplu in India. De asemenea se utilizeaza la stabilirea debitelor raurilor si fluviilor, in special la cele cu debit mare, de exemplu fluviul Gange, in India.

Ø     Masurarea depunerilor de sedimente pe fundul marii in regiunile portuare

Ø     Masurarea prezentei substantelor pesticide in sol

In agricultura, izotopii isi gasesc aplicatii in tratarea semintelor, in studierea solului.

In natura, numai 21 de elemente apar ca elemente unitare (monoizotopice), restul se prezinta ca amestecuri de izotopi.

In paturile superioare ale atmosferei, datorita razelor cosmice se formeaza izotopul ¹⁴C. Plantele prin asimilarea dioxidului de carbon (CO₂) in procesul de fotosinteza fixeaza toti cei trei izotopi ai carbonului natural. Animalele erbivore se hranesc cu plante, cele carnivore mananca animale erbivore si in final in toate organismele vii se intalnesc cei trei izotopi ¹²C       ¹³C ¹⁴C, in proportie constanta.

. Concluzii

Izotopii au aplicatii in mai toate domeniile de activitate contribuind la aparitia de noi stiinte (de exemplu medicina nucleara), noi tehnologii folosite in industrie, agricultura, etc pentru producerea de bunuri sau pentru cercetare. Nu toate aplicatiile au doar efecte pozitive. In folosirea izotopilor, in special a celor radioactivi trebuie sa se tina seama de efectele negative pe care acestia le au asupra omului si a mediului inconjurator.