Care este importanța izotopilor în viața de zi cu zi?

Astăzi, izotopii sunt o parte fundamentală a științei. Izotopii sunt utilizați în multe domenii, printre care se numără medicina, energia nucleară, industria alimentară, geologia, metalurgia, agricultura, chimia, fizica și alte domenii de cercetare științifică. În acest articol, veți afla tot ce trebuie să știți despre izotopi – de la definiția și până la importanța lor practică în diverse ramuri de activitate.

Ce sunt izotopii?

Izotopii sunt atomi ai aceluiași element chimic care au același număr de protoni in nucleul lor, dar au număr diferit de neutroni și, prin urmare, mase atomice diferite. De exemplu, carbonul are trei izotopi naturali: carbon-12, carbon-13 si carbon-14. Izotopii pot avea proprietăți chimice și fizice similare sau diferite, în funcție de modul în care sunt afectate de diferența de masă.

Care este importanța izotopilor în viața de zi cu zi?

Izotopii sunt foarte importanți în viața noastră, deși este posibil să nu ne dăm seama. Sunt foarte utili în mai multe domenii, deoarece pot fi folosiți în procese precum:

1. Fisiunea nucleară

Materialul fisionabil poate fi separat de materialul nefisionabil pentru a construi un dispozitiv nuclear (bombă). Pentru uraniu, acest lucru se poate face prin reacția uraniului cu fluor pentru a obține hexafluorură de uraniu. Hexafluorura de uraniu are un punct de fierbere relativ scăzut și poate fi centrifugată în stare gazoasă. Când centrifugarea a fost efectuată de mai multe ori, izotopii fisionali și nefisionali ai uraniului devin separați.

2. Trasarea

Utilizați ca „trasor” pentru a determina unde este metabolizat un medicament în corpul uman. Acest lucru este posibil deoarece, deși un izotop are o structură nucleară diferită detectabilă, se comportă la fel din punct de vedere chimic. De asemenea, unii izotopi pot fi folosiți cu mare avantaj ca trasori pentru a înțelege mișcările și schimburile de apă în cadrul sistemelor atmosferice, oceanice, lacustre și fluviale.

3. Datarea

Izotopii radioactivi sunt folosiți pentru a data obiecte istorice sau pentru a data vârsta rocilor și fosilelor. Prin măsurarea cantității de izotopi radioactivi rămași într-o mostră, oamenii de știință pot determina cât de veche este respectiva mostră. Iar pe lângă datarea operelor de artă cu utilizarea izotopului de carbon 14, analiza izotopilor permite identificarea falsurilor, în special prin studierea datei lucrării.

3. Diagnosticarea și tratamentul medical

Izotopii radioactivi sunt folosiți în medicină pentru a diagnostica boli și pentru a trata cancerul. De exemplu, iodul radioactiv este utilizat pentru a diagnostica și trata bolile tiroidei, în timp ce izotopii de cobalt sunt folosiți în tratamentul cancerului.
În plus, ca exemplu de tratament inovator, găsim utilizarea unui atom radioactiv, plumb-212. Acesta din urmă este asociat cu molecule biologice, cum ar fi anticorpii. Pe măsură ce se dezintegrează, izotopul plumb-212 emite radiații alfa, determinând eliminarea celulelor canceroase. Deteriorarea celulelor sănătoase din jur este astfel limitată. Alte aplicații includ crearea de produse medicale mai bune prin eliminarea sau neutralizarea substanțelor chimice, bacteriilor și toxinelor dăunătoare.

4. Cercetarea climei

Oxigenul are trei izotopi stabili, O-16, O-17 și O-18, O-16 fiind cel mai comun. Fluctuațiile raporturilor izotopilor sunt de mare importanță în cercetarea climei. Acești izotopi sunt distribuiți diferit în atmosferă, oceane și calotele glaciare polare, în funcție de temperatură și de cantitatea de vapori de apă din aer. Prin urmare, probele obținute din nucleele de gheață sau din depozitele marine pot fi analizate pentru a detecta modificări ale raporturilor izotopilor în timp, oferind o perspectivă asupra condițiilor și schimbărilor climatice trecute, dar și viitoare.

5. Conservarea

Una dintre numeroasele utilizări ale izotopilor sau radioizotopilor, este de a ajuta la conservarea alimentelor datorită faptului că distruge microorganismele care descompun alimentele. Industria folosește radiațiile lor pentru a procesa alimente perisabile. De asemenea, izotopii sunt folosiți și pentru conservarea lucrărilor prin aplicarea radiațiilor gamma. Obiectivul lor este de a încetini deteriorarea lucrărilor arheologice.

6. Determinarea poluării

Izotopii permit, de asemenea, determinarea cauzelor și amplorii poluării, studierea căilor globale de transfer, acumulare și dinamică de degradare a poluanților în apă, aer și sol, studierea cauzelor efectului de seră.

7. Calculul cuantic

Utilizarea siliciului-28 promite mari progrese în industrializarea cipurilor cuantice cu mii, chiar milioane de „qubiți”. Pentru a face acest lucru, cercetătorii au nevoie de siliciu îmbogățit cu izotopul 28. Siliciul natural este compus în proporție de 92% din izotopul 28, după transformare acesta va fi crescut la mai mult de 99,9%.

8. Cercetare fundamentală

Izotopii stabili deservesc multe sectoare viitoare, cum ar fi calculul cuantic și experimentele fundamentale pentru a îmbunătăți înțelegerea materiei. De exemplu, izotopul 136 al Xenonului (8,9% în stare naturală) face posibilă efectuarea de cercetări asupra materiei.

9. Ameliorarea plantelor și cercetarea agricolă

Izotopii radioactivi sunt utilizați în ameliorarea plantelor și în cercetarea agricolă. Spre exemplu: prin utilizarea îngrășămintelor cu bioazot etichetate cu izotopul stabil de azot-15 (15N), oamenii de știință pot monitoriza și determina cât de eficient utilizează îngrășământul. Acest lucru este important deoarece plantele trebuie să ia azot pentru a-l transforma în proteine ​​necesare creșterii. Utilizarea 15N permite oamenilor de știință să determine cât de mult îngrășământ este necesar pentru a produce randament maxim. În plus, studiile cu 15N, mai ales în abundență naturală, sunt un instrument de cercetare care oferă informații importante despre dinamica N în agroecosisteme și ecosisteme naturale.

10. Asigurarea calității

Utilizarea izotopilor în metalurgie poate oferi informații valoroase și detaliate despre procesele de fabricație și calitatea materialelor metalice, contribuind la îmbunătățirea performanței și durabilității acestora. În special, acești pot fi folosiți pentru datarea, marcarea și tratamentul materialelor metalurgice.

În concluzie?

Izotopii sunt esențiali într-o varietate de domenii, de la producerea de energie la medicină și arheologie. Ei joacă un rol crucial în înțelegerea lumii în care trăim și în dezvoltarea unor tehnologii inovatoare.