11 кл - биофизика. Метод меченых атомов

Доброе утро!

15 апреля 09:30-09:50 наша учебная Skype-консультация: там для группы "11-Физика" запланирован звонок на 09:30 (проверьте, что вы в составе этой группы - если нет, то перейдите по ссылке-приглашению https://clck.ru/MtbtM)

До 16 апреля 08:30 необходимо:

1.     прочитать материал 53 и выполнить упражнение в LearningApps.org  (данные для входа, или зарегистрируйтесь сами и присоединитесь к нашему классу по ссылке https://clck.ru/N3QLS):

1.      войдите в свой аккаунт на сайте в  LearningApps.org

2.      зайдите в "Моя классная комната" (в верхнем меню навигации, правее)

3.      выберите папку "15.04.20 Биофизика. Метод мчнх атомов"

2.     на дополнительную отметку (по желанию) на выбор: подготовить сообщение (фото записей в тетради или публикация во ВКонтакте) о методе меченых атомов; создать по этой теме инфографику (в любом формате); создать упражнение в LearningApps.org

Критерии оценивания выполнения упражнения в LearningApps.org: 

"5" за 100-120 % от самого малого промежутка времени, затраченного вами на выполнение этого задания 

"4" за 121-140 %  

"3" за 141-160 % 

"2" за 161 % и более

53. МЕТОД МЕЧЕНЫХ АТОМОВ

Меченые атомы — атомы, которые отличаются от других атомов того же химического элемента радиоактивностью (радиоактивные изотопы) или весом (стабильные изотопы).

Продукты радиоактивного распада или атомы с разным весом являются «метками», которые отличают их от других атомов, сходных по химическим свойствам. Лучи α, β, γ, вылетающие из атомов, можно зафиксировать с помощью счетчиков заряженных частиц или радиографии. Это дает возможность следить за небольшими группами меченых атомов в среде, в которой содержится колоссальное количество других атомов и молекул, определять, как быстро они проникают в различные соединения, системы и живые организмы, то есть исследовать физические, химические, биологические и другие процессы, имеющие большое научное и практическое значение. Стабильные изотопы показываются с помощью масс-спектрографии или по удельному весу их соединений. Меченые атомы начали использовать в начале 20 века, проводя единичные исследования; теперь же они широко применяются в различных отраслях промышленности, сельского хозяйства, науки и культуры для исследования процессов, происходящих в твердых, жидких и газообразных телах, в организмах людей, животных и растений.

 

Применение

В технике

Так, диффузию в твердых телах исследуют с помощью меченых атомов, нанося радиоактивные атомы на поверхность этих тел и нагрев до высокой температуры, при которой диффузия происходит интенсивнее. Затем при комнатной температуре накладывают срезы тела на фотопластинку, на которой, после проявления в тех местах, куда проникли меченые атомы, оказывается почернение. Зная время диффузии и глубину проникновения меченых атомов, определяют скорость диффузии меченых атомов. Применяют для исследования срабатывания металлических деталей. Облучая металл нейтронами, можно создать радиоактивные атомы данного металла, часть которых при трении переходит в масло. Определенная счетчиком степень радиоактивности этого масла характеризует скорость срабатывания металлической детали. 

 

В химии

Эффективно применяют меченые атомы также в аналитической химии для определения содержания элементов в составе. Для этого мощными пучками нейтронов облучают исследуемое вещество, в результате чего образуются радиоактивные изотопы, по активности которых определяют содержание элементов в составе (с точностью до 10^-11 г, а примеси некоторых элементов до 10^-20 г). В частности, меченые атомы сурьмы используют для определения содержания сурьмы в различных веществах. Разработан ряд методов изотопного анализа водорода и кислорода, которые теперь применяются у нас и в других странах.

Меченые атомы позволили уточнить значительное количество химических реакций, в частности при добыче синтетического бензина, решить вопрос о роли катализаторов, о процессах перегонки, кристаллизации, перемешивания и многих других процессах, уточнить и открыть новые процессы, которые происходят в живых организмах.
 

В биологии

Меченые атомы большую помощь оказывают в раскрытии тайн фотосинтеза. До последнего времени считали, что под воздействием света в растениях разлагается углекислота. Советский ученый А. П. Виноградов применил меченые атомы кислорода и показал, что на самом деле разлагается вода. Меченые атомы большое значение имеют при изучении деятельности живых организмов и обмена веществ в них. При проведении таких исследований в пищу добавляют небольшое количество радиоактивных веществ. Перемещая вдоль тела счетчик, можно определить, в какие части организма и с какой скоростью попадает тот или иной химический элемент.

Меченые атомы широко применяют для изучения жизни растений. Например, с помощью меченого радиоактивного фосфора можно определить, как фосфор попадает в растение, как перемещается в ней и в каких местах сосредотачивается.

Проводятся опыты над изучением условий плодородия почв. Исследован процесс фосфорного питания молодых древесных растений и установлено, что фосфор больше поглощается молодыми листьями, а после осеннего листопада частично входит в почву. Установлено, в какие периоды развития следует вносить подкормку для многих сельскохозяйственных культур.
 

В медицине

Свойство химических элементов концентрироваться в различных тканях и частях организма лежит в основе применения меченых атомов в биологии и особенно в медицине. Например, поглощение йода щитовидной железой установлено с помощью меченых атомов йода. Меченые атомы железа позволяют определить общий объем крови в организме. Для этого в вену животного вводят определенное количество крови с радиоактивным железом. Через некоторое время у этого животного берут такое же количество крови. Отношение интенсивности излучения радиоактивным железом в взятой и введенной крови равен отношению количества введенной крови к ее общему количеству. Меченые атомы помогают определить размещение злокачественных опухолей в организме, что значительно облегчает работу хирургов. Достигнуты успехи в борьбе с раком различных органов человеческого организма.

Используют меченые атомы для исследования обмена веществ в живых организмах и для лечения болезней. Так, например, уточнены данные о химическом составе головного мозга, изучены отдельные этапы обмена веществ в головном мозге и др. 

 

В археологии

По соотношению продуктов распада радиоактивных элементов, которые есть в породах, определяют возраст минералов и горных пород. Меченые атомы используют для определения времени с момента гибели животных и растений и для определения возраста древних поселений. В атмосфере под действием космических нейтронов образуется радиоактивный углерод ¹⁴C (¹⁴N + n → ¹⁴C + ¹H). Период полураспада ¹⁴C составляет 5700 лет. Соотношение между устойчивым ¹²C и радиоактивным ¹⁴C изотопами углерода в организме такое же, как и в атмосфере, то есть 1 г углерода содержит около 510¹⁰ радиоактивных атомов ¹⁴C. В мертвом организме обмен углеродом между организмом и атмосферой прекращается. Поэтому в результате распада радиоактивных атомов углерода относительное количество в погибшем организме со временем уменьшается. Соотношение между изотопами ¹⁴C ^{и 12}C и период полураспада ¹⁴C дают возможность определить время гибели животных и растений, а, следовательно, и возраст древних поселений. 
Область применения меченых атомов с каждым днем ​​расширяется