АСФАЛЬТИРОВАНИЕ, устройство асфальтобетонных покрытий на автомобильных дорогах, улицах, аэродромах и т. п. путём укладки и уплотнения асфальтобетонной смеси по предварительно подготовленному основанию. В зависимости от назначения покрытия асфальтобетонную смесь (асфальтобетон) укладывают в один или два слоя на основание из щебня, гравия (нежёсткое основание) или бетона (жёсткое основание). Нижний слой толщиной 4-5 см устраивают из крупно- или среднезерни-стой смеси с остаточной пористостью 5-10% ; верхний слой толщиной 3-4 см-из средне- или мелкозернистой смеси (остаточная пористость 3-5%). При тяжёлых нагрузках и интенсивном движении транспорта покрытия устраивают 3-4-слойными общей толщиной 12-15 см. АСФАЛЬТИРОВАНИЕ начинается с очистки основания от пыли и грязи механич. дорожными щётками и поливомоечными машинами, исправления неровностей основания, обработки его поверхности жидким битумом или битумной эмульсией. Асфальтобетонная смесь приготовляется в асфальтобетоно-смесителях на стационарных или полустационарных заводах (установках), доставляется на место автомобилями-самосвалами и загружается в приёмный бункер асфалътобетоноукладчика, к-рый укладывает, разравнивает и предварительно уплотняет смесь. Окончат. уплотнение осуществляется катками дорожными. .
КОММУНАЛЬНОЕ СТРОИТЕЛЬСТВО, отрасль строительства, занятая сооружением объектов, связанных с обслуживанием жителей городов, посёлков городского типа, районных сельских центров и населённых пунктов сельской местности. В числе этих объектов: системы водоснабжения и канализации с очистными сооружениями и сетями; сооружения городского электрического транспорта с путевым, энергетическим хозяйством, депо и ремонтными предприятиями; сети газоснабжения и теплоснабжения с распределительными пунктами, районными и квартальными котельными; электрические сети и устройства напряжением ниже 35 кв; гостиницы; городские гидротехнические сооружения; объекты внешнего благоустройства населённых мест, озеленения, дороги, мосты, путепроводы, ливнестоки; предприятия санитарной очистки, мусороперерабатывающие и др. Планомерное развитие КОММУНАЛЬНОГО СТРОИТЕЛЬСТВА в СССР началось ещё в 1-й пятилетке и осуществлялось нарастающими темпами до начала Великой Отечеств, войны 1941-45. В годы 4-й пятилетки (1946-50) проводились работы по восстановлению объектов коммунального назначения, разрушенных во время нем.-фаш. оккупации. В последующие годы КОММУНАЛЬНОЕ СТРОИТЕЛЬСТВО велось высокими темпами в связи с бурным развитием промышленности, культуры, увеличением численности городов и посёлков городского типа .
ГРАДОСТРОИТЕЛЬСТВО, теория и практика планировки и застройки городов (см. Город). ГРАДОСТРОИТЕЛЬСТВО определяют социальный строй, уровень развития производственных сил, науки и культуры, природно-климатичие условия и национальные особенности страны. ГРАДОСТРОИТЕЛЬСТВО охватывает сложный комплекс социально-экономических, строительно-технических, архитектурно-художественных, а также санитарно-гигиенических проблем. Общим для ГРАДОСТРОИТЕЛЬСТВО досоциалистических формаций является большее или меньшее влияние на него частной собственности на землю и недвижимое имущество..
ЗЕЛЁНОЕ СТРОИТЕЛЬСТВО, составная часть современного градостроительства. Городские парки, сады, скверы, бульвары, загородные парки (лесопарки, лугопарки, гидропарки, исторические, этнографические, мемориальные), национальные парки, народные парки, тесно связанные с планировочной структурой города, являются необходимым элементом общегородского ландшафта. Они способствуют образованию благоприятной в санитарно-гигиеническом отношении среды, частично определяют функциональную организацию городских территорий, служат местами массового отдыха трудящихся и содействуют художественной выразительности архитектурых ансамблей. При разработке проектов садов и парков учитывают динамику роста деревьев, состояние и расцветку их крон в зависимости от времени года.
| магнитного поля и др.
ИЗОПОЛИСОЕДИНЕНИЯ, сложные соединения, кислоты или соли, содержащие сложный анион (полианион); этот иотгаанион образован кислотным окислом, в х-ром кислород частично замещён кислотными стшслами того же вида. Примеры И.- пиросерная кислота H2S2O7 и дихромат калия K2Cr2O7; HX координационные формулы H2[SO3(SO4)] и K2[CrO3(CrO4)]. И. известны гл. обр. для анионов, содержащих S, Та, Nb, Cr, Mo, W, U. Рентгено-структурный анализ показал, что полианионы И. можно представить какцепочки тетраэдров или октаэдров, имеющих общие рёбра или вершины. Получают И. либо сплавлением нормальных солей с кислотными окислами (напр., Na2WO4 + WO3 = Na2W2O7), либо подкислением водных растворов нормальных солей (2K2CrO4 +H2SO4 = K2Cr2O7 + K2SO4 +H2O). И. применяют в аналитич. химии. См. также Гетерополисоедгтеиия. Лит.: Грпнберг А. А., Введение в химию комплексных соединений, 3 изд., М.-Л., 1966; Коттон Ф., Уилкинсон Д ж., Современная неорганическая химия, пер. с англ., ч. 3, M., 1969.
ИЗОПОРЫ (от изо... и греч. рогоз - ход, проход), изолинии вековых изменений составляющих земного магнетизма. И. концентрируются вокруг неск. центров (фокусов) векового хода, где изменения достигают макс, значения~ 0.16 а/м ( ~2*10-3 э). Фокусы векового хода непрерывно перемещаются (до 0,2 град/год) и изменяются по своему значению. В соответствии с этим со временем меняется вся совокупность И. См. также Маг" нитные карты.
ИЗОПРЕН, 2-метилбутадиен-1,3, непредельный углеводород алифатического ряда, CH2 = C(CHa)-CH = CH... И.- бесцветная, подвижная, легколетучая, горючая жидкость с характерным запахом; tпл -145,95 °С, (кап 34,067 °С, tвел -48 "С, плотность 0,681 г/см3 (20 0C), показатель преломления n20D 1,42194, теплота полимеризации -74,9 кдж/молъ (-17,9 ккал!молъ), пределы взрывоопасных объёмных концентраций в смеси с воздухом 1,66-11,5%. И. нерастворим в воде, хорошо растворим в большинстве углеводородных растворителей; образует двойные азеотропные смеси с метиловым или этиловым спиртом, ацетоном, диэтиловым эфиром, сероуглеродом и др., а также тройные, напр, с ацетоном и водой. И. легко присоединяет по двойным связям водород, галогены, галогеноводороды, первичные и вторичные амины и др. Его важное свойство - способность легко полимеризо-ваться и сополимеризоваться, напр, с бутадиеном, стиролом, акрилонитрилом, пропиленом.
Основные пром. методы получения И.: 1) реакцией изобутилена с формальдегидом через 4,4-диметилдиоксан-1,3 с его последующим каталитич. разложением на И. и формальдегид (т. н. ди-оксановый метод); 2) каталитич. дегидрированием изопентава или изоамиле-нов; 3) димеризацией пропилена с образованием 2-метилпентена-1, последующей его изомеризацией в2-метилпентен-2 и пиролизом (650-800 0C) последнего до И. Кроме того, И. может быть выделен из газов пиролиза нефтепродуктов (из фракции углеводородов Cs побочных продуктов произ-ва этилена).
И. хранят в присутствии ингибиторов, напр, гидрохинона, для предотвращения самопроизвольной полимеризации. И. в высоких концентрациях действует как наркотик, в малых концентрациях раздражает слизистые оболочки. Предельно допустимая концентрация И. в воздухе 40 мг/м3. И. применяют для произ-ва изопреновых каучуков и бутилкаучука.
ИЗОПРЕНОВЫЕ КАУЧУКИ, синтетич. каучуки, продукты полимеризации изопрена. Синтез И. к. в присутствии катализаторов стереоспецифич. полимеризации (см. Полимеризация) приводит к образованию стереорегулярных полимеров, аналогичных по структуре натуральному каучуку. Катализаторами при получении И. к. служат комплексные соединения типа AlR3+TiX4, где R - алкил, X - галоген (т. н. координационно-ионные катализаторы Циглера - Натты), литийорганич. соединения, напр, литий-алкилы, или металлич. литий. Макромолекулы И. к. характеризуются высоким (65-99%) содержанием звеньев структуры 1,4-цис (I); они содержат также звенья 1,4-транс (II) и звенья 3,4 (III). И. к. с наибольшим содержанием звеньев 1,4-цис (92-99%) получают при их синтезе на комплексных катализаторах.
[1007-51.jpg]
Плотность И. к. 0,910-0,920 г/см3, гемп-ра стеклования ок. -70 °С, Каучуки растворимы в четырёххлористом углероде, хлороформе, монохлорбензоле, толуоле; нерастворимы в спиртах, ке-тонах. Набухание И. к. в ароматич. маслах достигает 500%. И. к. не стойки к действию концентрированных кислот, щелочей, стойки к действию воды. Высокое содержание в макромолекулах И. к. ненасыщенных связей обусловливает низкую стойкость каучуков к окислению. Подобно натуральному каучуку, И. к. склонны к кристаллизации при растяжении (выше О 0C) или без растяжения (ниже О 0C).
Осн. вулканизующий агент для И. к.- сера; наиболее распространённые ускорители вулканизации - производные тиазолов (в т. ч. и сульфенамид-ные), тиурамдисульфиды и др. Ненаполненные я саженаполненные вулканизаты И. к. равноценны по осн. свойствам вулканизатам каучука натурального.
И. к., в особенности получаемые на комплексных катализаторах, применяют вместо натурального каучука в произ-ве шин, транспортёрных лент, изделий нар. потребления, мед. назначения и др. Произ-во И. к. было впервые организовано в США в 1958; в СССР - в 1964. К 1967 СССР стал крупнейшим производителем этих каучуков. Торговые марки И. к.: отечественный-СКИ-3, зарубежные - IR-307, IR-310, амершюл SN, натсин и др. Мощности произ-ва И. к. в капиталистич. странах в 1971 составляли ок. 350 тыс. т.
Лит. см. при ст. Каучуки синтетические.
ИЗОПРЕНИИДЫ, обширный класс природных соединений, образующихся в организмах из мевалоновой кислоты. Последняя в микросомах клеток превращается в чпятиуглеродные фрагменты" со скелетом изопрена. Биосинтез И.- процесс последоват. соединения (конденсации) таких пятиуглеродных единиц в цепи различной длины. Сдваивание, циклизация, окисление, восстановление, перегруппировка таких цепей приводят к необычайному структурному разнообразию И. К И. относятся: терпены и их производные, стерины, стероиды, каро-тиноиды, ксантофиллы, а также полиизопреноиды - каучук натуральный и гуттаперча. Ряд И. имеет важное бяол. значение: мн. гормоны животных, растений и низших организмов, нек-рые витамины, антибиотики, аттрактанты и др.
Лит.: Биосинтез липидов, M., 1962; К о-север Э., Молекулярная биохимия, пер. с англ., M., 1964; Биохимия растений, пер. с англ., M., 1968.
ИЗОПРОПИЛОВЫЙ СПИРТ, пропанол-2, простейший вторичный спирт алифатич. ряда, CH3CH(OH)CH3; бесцветная жидкость с характерным запахом; tпл- 89,5 °С, tкип 82,4 °С, плотность 0,7851 г/см3 (20 0C), tисп 11,7 0C, нижний предел взрываемости в воздухе 2,5% по объёму (25 "C). И. с. смешивается с водой и органич. растворителями во всех соотношениях, образует с водой азео-тропнуюсмесь (87,9% И.с., tкип 83,38 0C). И. с. обладает всеми свойствами вторичных спиртов жирного ряда.
В пром-сти И. с. получают в основном сернокислотной или прямой гидратацией пропилена. В качестве сырья используют пропан-пропиленовую фракцию газов крекинга, а также пропиленовую фракцию газов пиролиза нефти. И. с. используют гл. обр. для получения ацетона (дегидрированием или неполным окислением), как растворитель, напр., эфирных масел, смол, как компонент антифризов и т. д.
ИЗОПРОПИЛОВЫЙ ЭФИР, диизопропиловый эфир, простой алифатич. эфир, (CH3)2CHOCH(CH3)2; бесцветная подвижная жидкость с характерным эфирным запахом; tкип 68,5 0C, плотность 0,7244 г/см3 (20 0C), n 20D 1,3681, tвсп- 22,5 °С, пределы взрываемости в воздухе 1,1 - 4,5% по объёму (100 0C). При 20 °С в воде растворяется 0,94% И. э., в И. э.-0,55% воды (по массе). И. э. смешивается с органич. растворителями; с водой образует азеотропную смесь (96,4% И. э., (кип 61,4°С). И. э. получают дегидратацией изоиропилового спирта серной к-той или непосредственно из пропилена и воды в присутствии серной к-ты. И. э. имеет ограниченное применение в качестве растворителя масел, жиров и т. д.
ИЗОРНИКИ, категория (по мнению нек-рых учёных - название) феодально-зависимых крестьян в Псковской земле в 14-16 вв. Платили феодалу оброк (1/4, а иногда и половину урожая) и выполняли нек-рые работы. И. могли уйти лишь однажды в году - в "Филиппово заговенье" (14 нояб.), вернув при уходе ссуду с.-х. инвентарём или деньгами и уплатив 1/2 урожая. Имущество беглых И. переходило господину.
Лит.: Кафенгауз Б. Б., Псковские "изорники", "Уч. зап. Московского гос. педагогического ин-та им. К. Либкнехта", серия историческая, 1939, т. 4, в. 2; Греков Б. Д., Крестьяне на Руси с древнейших времён до XVII в., 2 изд., кн. 1, M., 1952; Черепнин Л. В., Из истории русского крестьянства XV в., в сб.: Доклады и сообщения Ин-та истории, в. 3, M., 1954.
ИЗОСЕЙСТЫ (от изо... и греч. seistos - приведённый в колебание, поколебленный), изолинии землетрясений одинаковой интенсивности.
ИЗОСИЛЛАБИЗМ (греч. isosylabia - равносложность, от [1007-53.jpg] - равный и syl-labe - слог), одинаковое количество слогов в отрезках речи. Используется и в прозе (т. н. изоколон), и особенно в поэзии, являясь, в частности, основой силлабического стихосложения. Обычно сопровождается относит, упорядоченностью и др. ритмообразующих элементов - числа слов, расположения ударений и т.п.
ИЗОСПОРИЯ (от изо... и греч. [1007-54.jpg] - посев, семя, потомство), равноспоровость, образование у растений спор равного размера. Характерна для папоротников (исключая водные папоротники - сальвинии, марсилии, азол-лы), хвощей, плаунов (исключая села-гинеллы). У нек-рых хвощей из внешне одинаковых спор развиваются в зависимости от условий питания и освещения более мелкие - мужские заростки с антеридиями или более крупные - женские - с архегониями. T. о., регулируя условия прорастания спор, можно изменить пол заростка (физиол. разно-споровость). Cp. Гетероспория.
ИЗОСТАЗИЯ, изостатическое равновесие (от греч. isostasios - равный по весу), равновесное состояние земной коры, при к-ром она располагается на твёрдом более тяжёлом субстрате таким образом, как если бы плавала на нём по закону Архимеда. Часто слово "И" употребляется в более широком и неопределённом смысле.
В связи с И. подошва земной коры тем глубже погружена в субстрат, чем толще кора и чем она плотнее (тяжелее), поэтому горы обычно имеют "корни", т. е. расположенные под ними выступы коры вниз. И., как правило, осуществляется регионально, т. е. в равновесии находится не любой малый участок земной коры, а только достаточно крупные (шир. 100-200 км) блоки (глыбы). Полное осуществление И. приводит к тому, что под корой на любой горизонтальной поверхности, начиная споверхности компенсации и глубже, давление постоянно. И. обнаруживается путём наблюдения отклонений отвеса, измерения толщины земной коры сейсмич. методами и гл. обр. путём определения изо-статических аномалий силы тяжести, указывающих разницу между наблюдённым значением ускорения силы тяжести и тем значением, к-рое должно было бы быть в данном месте при соблюдении полной И. (и отсутствии местных неод-нородностей в земной коре). Поправка, к-рую приходится вводить при таких расчётах в наблюдённое или теоретически вычисленное значение силы тяжести, наз. изостатической .редукцией (см. Гравиметрия). При этом нормальной корой (имеющей нормальную толщину) считают изостати-чески уравновешенную кору, поверхность к-рой расположена на уровне моря: под возвышенностью приходится предполагать недостаток массы, компенсирующий избыточную нагрузку этой возвышенности, а под водным бассейном - избыток массы, компенсирующий пониженную плотность воды по сравнению с нормальной корой. Эти недостатки и избытки масс наз. изостатической компенсацией.
Наблюдения показывают, что земная кора почти повсеместно находится в состоянии, весьма близком к полной И. Однако в областях интенсивных текто-нич. движений существуют отклонения от И., иногда очень значительные. Таковы, напр., полосы очень сильных от-рицат. изостатич. аномалий вдоль океа-нич. желобов (см. Желоба глубоководные океанические).
И. устанавливается очень быстро. Так, во время последнего оледенения Балтийский щит и Канадский щит опустились под тяжестью льда (в совр. геол. эпоху в аналогичном состоянии находятся Антарктида и Гренландия), а при стаивании льда началось поднятие этих регионов со скоростью порядка неск. мм в год (совр. макс, поднятие в области Балтийского щита-11 мм в год). Поэтому движения, восстанавливающие И., занимают сравнительно мало времени и сейчас наблюдаются лишь в немногих местах; преобладают более медленные тектонич. движения, нарушающие И. Стремление земной коры к равновесию играет большую роль в геотектонике, но эта роль пассивна, в отличие от активной роли тектонических сил, нарушающих И. Однако изостатические силы ограничивают размах тектонических движений и восстанавливают равновесие, когда тектонические силы слабеют.
Лит.: Люстих E. H., Изостазия в изостатические гипотезы, "Тр. Геофизического ин-та АН СССР", 1957, №38; Артемьев M. E., Изостатические аномалии силы тяжести и некоторые вопросы их геологического истолкования, M., 1966; Артюшков E. В., Об установлении изостатическо-го равновесия земной коры, "Изв. АН СССР. Физика Земли", 1967, MQ 1; Артемьев M. E., Изостазия, "Земля и Вселенная", 1970, N° 3. E. H. Люстих.
ИЗОТАКТИЧЕСКИЕ ПОЛИМЕРЫ, один из видов стереорегулярных полимеров.
ИЗОТЕРМА (от изо... и греч. therme - теплота), линия на диаграмме состояния, изображающая процесс, происходящий при постоянной температуре {изотермический процесс). Уравнение И. идеального газа рV = const, где р - давление, V - объём газа. Для реального газа ур-ние И. имеет более сложный характер и переходит в ур-ние И. идеального газа только при малых давлениях или высоких темп-pax. Семейство И. реального газа в координатах p,V приведено в ст. Ван-дер-Ваальса уравнение. На диаграмме р-V в точке пересечения И. и адиабаты последняя идёт круче И. Сходный характер имеют И. ферромагнетиков в координатах M, H, где M - намагниченность, H - напряжённость магнитного поля.
ИЗОТЕРМИЧЕСКИЙ АВТОМОБИЛЬ, автомобиль, кузов к-рого снабжён слоем изоляц. материалов, ограничивающих теплообмен между внутр. и наружной поверхностями. Изотермич. свойства кузова характеризуются коэфф. теплопередачи (fe). И. а. в зависимости от значения k бывают двух категорий: с обычной изоляцией [k не превышает 0,7 вт/(м2*К)],т. е. [~0,6 ккал/(ч*м2 * 0С)]; с усиленной изоляцией [k не превышает 0,4 вт/(м2*К)],т. е. [~0,35 ккал/(ч*м2 * 0С)];. И. а. подразделяются на автомобили-ледники и автомобили-рефрижераторы, применяемые для перевозки скоропортящихся грузов, а также отапливаемые автомобили. Тип автомобиля выбирается в зависимости от вида груза и его упаковки, темп-ры наружного воздуха и продолжительности перевозки. Грузоподъёмность И. а. составляет от 0,2 до 20 т.
Лит.: Кузнецов E. И., Ахпо-лов И. К., Специализированный подвижной состав для перевозки скоропортящихся грузов автомобильным транспортом, M., 1967; Кобылянский И. И., Автомобили-рефрижераторы, M., 1968.
ИЗОТЕРМИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС, процесс, происходящий в физич. системе при постоянной темп-ре. Для осуществления И. п. систему обычно помещают в термостат (массивное тело, находящееся в тепловом равновесии), теплопроводность к-рого велика, так что теплообмен с системой происходит достаточно быстро и её темп-pa практически не отличается от темп-ры термостата. Можно осуществить И. п. иначе - с применением источников или стоков тепла, контролируя постоянство темп-ры с помощью термометров. К И. п. относится, напр., кипение жидкости или плавление твёрдого тела при постоянном давлении. В идеальном газе при И. п. произведение давления на объём постоянно (Бойля- Мариотта закон).
При И. п. системе, вообще говоря, сообщается определённое количество теплоты (или она отдаёт теплоту) и совершается внешняя работа. Работа, совершённая идеальным газом в И. п., равна NkTln (V2/Vi), где N - число частиц газа., T - темп-pa, V1 и V2- объём газа в начале и конце процесса, k - Болъцмана постоянная.
В твёрдом теле и большинстве жидкостей И. п. очень мало изменяет объём тела, если только не происходит фазовый переход. В. Л. Покровский.
ИЗОТЕРМИЯ, относительное постоянство темп-ры тела, обеспечиваемое физиол. механизмами терморегуляции. И. свойственна человеку и теплокровным, или гомойотермным животным. У холоднокровных, или пойкилотермных животных темп-pa тела меняется в соответствии с темп-рой окружающей среды.
ИЗОТЕРМЫ (от изо... и греч. therme - теплота), изолинии температуры воздуха, воды или почвы. Чаще всего составляются карты И. для средней многолетней месячной темп-ры воздуха, средней темп-ры любого периода времени или темп-ры на определённый момент времени. Для исключения влияния высоты при проведения И. иногда значения темп-р приводят предварительно к уровню моря, принимая, что с увеличением высоты темп-pa воздуха понижается в среднем на 0,6 °С на каждые 100 м.
ИЗОТИОЦИАНОВОЙ КИСЛОТЫ ЭФИРЫ, изотиоцианаты, горчичные масла, органич. соединения общей ф-лы [1007-55.jpg], где R - алифатич. или ароматич. радикал. И. к. э.- жидкости с резким запахом. Они перегоняются без разложения, не растворяются в воде, обладают слезоточивым действием и при попадании на кожу вызывают ожоги. Свойства нек-рых И. к. э. приведены в таблице:
Многие И. к. э. встречаются в растениях в свободном состоянии или в виде гликозидов - соединений с сахарами или др. веществами; аллилизотяоцианат - острое и пахучее начало горчицы. И. к. э. весьма реакционноспособны; они легко присоединяют по связи N = C спирты, фенолы, меркаптаны и др. соединения с образованием производных тиокарба-миновой к-ты (R-NH-CX = S, где X = OR, OAr, SH, SR, CN, NH2 и др.). Присоединение карбоновых и тиокарбо-новых к-т сопоовождается выделением соответственно COS и CS2 с образованием амидов кислот [1007-56.jpg] . И. к. э. гидролизуются при нагревании (особенно легко в присутствии щелочей и кислот) и восстанавливаются водородом (в момент выделения) до аминов (RNH2), галогенируются с образованием карбил-амингалогенидов (R - N = CX2), взаимодействуют с окисью ртути, давая изоцианаты (R-N = C = O). И. к. э. получают изомеризацией тиоцианатов (роданидов[1007-57.jpg]) при нагревании, разложением производных дитиокарба-миновой к-ты или тиомочевины и др. способами.
Многие И. к. э. обладают бактерицидным, фунгицид-ным я инсектицид-ным действием. Некоторые И. к. э. используются, например, в производстве синтетических волокон.
В. H. Фросин.
ИЗОТОВ Никита Алексеевич [27.1(9.2). 1902, М.Драгунка, ныне Кромского р-на Орловской обл.,-14.1.1951, г. Енакиево Донецкой обл.], рабочий-шахтёр, инициатор массового обучения молодых рабочих кадровыми рабочими, один из зачинателей стахановского движения. Чл. КПСС с 1936. Работая забойщиком шахты № 1 "Кочегарка" (Горловка), И. добился высокой производительности труда. 11 мая 1932 выступил в газ."Правда" со статьёй о своём опыте, положившем начало "изотовскому движению". В 1933 организовал на шахте участок-школу для повышения квалификации молодых забойщиков посредством инструктажа на рабочем месте. Школы под назв. "изотовских" получили широкое распространение. В первые дни возникновения стахановского движения И. 11 сент. 1935 выполнил за смену более 30 норм, добыв 240 т угля; 1 февр. 1936 он установил новый мировой рекорд - 607 т угля за 6 ч работы. В 1935-37 И. учился в Пром. академии в Москве. С кон. 1937 работал на руководящих постах в угольной пром-сти. На 18-м съезде КПСС (1939) был избран чл. Центр. ревизионной комиссии. Деп. Верх. Совета СССР 1-го созыва. Награждён 2 орденами Ленина, 2 др. орденами, а также медалями.
Соч.: Моя жизнь. Моя работа, Хар.,1934.
Лит.: Сенин Г., Никита Изотов, М.- Хар., 1951.
ИЗОТОНИЧЕСКИЕ РАСТВОРЫ (от изо... и греч. tonos-напряжение), растворы с одинаковым осмотическим давлением; в биологии и медицине - природные или искусственно приготовленные растворы с таким же осмотич. давлением, как и в содержимом животных и растит, клеток,в крови и тканевых жидкостях. В нормально функционирующих животных клетках внутриклеточное содержимое обычно изотонично внеклеточной жидкости. При сильном нарушении изотоничности растворов в растит, клетке и окружающей среде вода и растворимые вещества свободно перемещаются в клетку или обратно, что может привести к расстройству нормальных функций клетки (см. Плазмолиз, Тургор). Как правило, по своему составу и концентрации И. р. близки к мор. воде. Для теплокровных животных изотоничны 0,9% -ный раствор NaCl и 4,5%-ный раствор глюкозы. И. р., близкие по составу, рН, буферности и др. свойствам к сыворотке крови, наз. физиологическими растворами (раствор Рингера для холоднокровных животных и растворы Рингера -Локка и Рянгера- Тироде для теплокровных животных). В кровезамещающие И. р. для создания коллоидно-осмотического давления вводят высокомолекулярные соединения (декстран, поливинол и др.)- Cp. Гипер-
тонические растворы, Гипотонические растворы. А. А. Булычёв, В. А. Соловьёв.
ИЗОТОНИЧЕСКОЕ МЫШЕЧНОЕ СОКРАЩЕНИЕ, сокращение мышцы при неизменном напряжении, выражающееся в уменьшении её длины и увеличении поперечного сечения. В организме И. м. с. в чистом виде не наблюдается. К чисто И. м. с. приближается движение ненагруженной конечности; при постепенном увеличении груза до тех пор, когда он уже не может быть поднят, удаётся наблюдать все переходы от И. м. с. к изомет-рическому мышечному сокращению.
ИЗОТОНИЯ, относительное постоянство осмотич. давления в жидких средах и тканях организма; то же, что изоосмия.
ИЗОТОНЫ, атомы различных химич. элементов с одинаковым числом нейтронов в ядрах. Пример И.-атомы 52He, 63Li,
Be, В, ядра к-рых содержат 3 нейтрона. Из этих И. 5He распадается практически мгновенно, 6Li- стабилен, 7Be и 8B - радиоактивны с периодом полураспада соответственно 43 дня и 0,8 сек. См. Изотопы, Ядро атомное.
ИЗОТОПИЧЕСКАЯ ИНВАРИАНТНОСТЬ, свойство сильных взаимодействий элементарных частиц. Существующие в природе частицы, обладающие сильными взаимодействиями (адроны),можно разбить на группы "похожих" частиц, в каждую из к-рых входят частицы с примерно равными массами и одинаковыми внутр. характеристиками (сяиком, барионным зарядом, странностью), за исключением электряч. заряда. Такие группы наз. изотопическими мультиплетами. Оказывается, что сильное взаимодействие для всех частиц, входящих в один и тот же изотопич. мультиплет, одинаково, т. е. не зависит от электрич. заряда,- в этом и состоит симметрия сильных взаимодействий, наз. И. и.
Простейший пример частиц, к-рые могут быть объединены в один изотопич. мультиплет,- протон (р) и нейтрон (п). Опыт показывает, что сильное взаимодействие протона с протоном, нейтрона с нейтроном и протона с нейтроном одинаково (если они находятся соответственно в одинаковых состояниях); это послужило исходным пунктом для установления И. и. Протон и нейтрон рассматриваются как два разных зарядовых состояния одной частицы - нуклона; они образуют изотопич. дублет. Др. примеры изотопич. мультиплетов: пи-мезоны[1007-58.jpg] и [1007-59.jpg], образующие изотопич. триплеты.
Электрич. заряд Q частицы, входящей в изотопич. мультиплет, выражается формулой Гелл-Мана - Нишиджимы:
[1007-60.jpg]
Здесь В - барионный заряд, S - странность (одинаковые для всех частиц в данном изотопич. мультиплете), а величина /з пробегает с интервалом в единицу все значения от нек-poro макс, значения I (целого или полуцелого) до минимального, равного -I: I3=I, I-1, ...,-I. Общее число значений, к-рые может принимать величина /з (и Q) для данного изотопич. мультиплета, а следовательно, и число частиц в изотопич. мультиплете, равно 2I + 1. Величина I, определяющая число частиц в изотопич. мультиплете, наз. изотопическим спином, а величина I3 - "проекцией" изотопич. спина. Эти названия основаны на формальной математич. аналогии с обычным спином частиц, поскольку, согласно квантовой механике, для частиц со спином J проекция спина на произвольное направление в пространстве может принимать через единицу значения от +J до -J,т. е. иметь 2J + 1 значений.
Изотиоцианаты
t
0C
Плотность, г/cм3 (t 0C)
M етилизотиоцианат CH3NCS
119
1,069 (37°)
Этилизотиоцианат C2H8NCS
131
1,003 (18°)
Аллилизотиоцианат CH2=CH-CH2NCS
150
1,016 (15°)
Фенилизотиоцианат C6H5NCS
222
1,129 (23°)
T. к. нуклоны существуют в двух зарядовых состояниях, то для них (как и для всех др. частиц, входящих в изотопич. дублеты) 2I + 1 = 2, т. е. I = 1/2, а Iз может принимать два значения: +1/2 для протона (что соответствует Q= +1, т. к. у нуклонов барионный заряд B = I, а странность S=O) и -1Ii для нейтрона (Q=O). Изотопич. триплету пионов соответствует I = I, a I3 равно +1 для [1007-61.jpg], О для[1007-62.jpg] и -1 для [1007-63.jpg]. Частицы с I = 0 не имеют изотопич. "партнёров" и являются изотопич. синглетами; к таким частицам относятся, напр., гипероны[1007-64.jpg]
Изотопич. спин является, т. о., важной характеристикой адрона - квантовым числом, показывающим, какое количество изотопич. "партнёров" имеет данная частица (или в каком числе зарядовых состояний она может находиться).
На основе И. и. удаётся предсказать существование, массу и заряды новых частиц, если известны их изотопич. "партнёры". Так было предсказано существование[1007-65.jpg][1007-66.jpg] по известным [1007-67.jpg],
И. и. имеет место и для составных систем из адронов, в частности для атомных ядер. Изотопич. спин сложной системы складывается из изотопич. спинов входящих в систему частиц, при этом сложение производится по тем же правилам, что и для обычного спина. Так, система из двух частиц с изотопич. спинами 1/2 (напр., нуклон) и 1 (напр., [1007-68.jpg]-мезон) может иметь иэотопич. спин I = 1+1/2 = = 3/2 ИЛИ I = I-1/2 = 1/2.
В ядрах И. и. проявляется в существовании уровней энергии с одинаковыми квантовыми числами для различных изо-баров (т. е. для ядер, содержащих одинаковое число нуклонов и отличающихся электрич. зарядом). Примером служат ядра 146С, 147N, 148О: осн. состояния ядер 14C , 14O и первое возбуждённое состояние 14N образуют изотопич. триплет, I = 1 (см. рис.). Все квантовые числа этих уровней одинаковы, а различие в их энергиях можно объяснить разницей электростатич. энергий из-за различия в электрич. зарядах этих ядер. (Осн. уровень 14N имеет изотопич. спин I == 0, поэтому
[1007-69.jpg]
у него нет аналогов в ядрах 14C и 14O.) Из И. и. следует закон сохранения полного изотопич. спина I в процессах, обусловленных сильными взаимодействиями. Этот закон приводит к определённым соотношениям между вероятностями процессов для различных частиц, входящих в одинаковые изотопич. мультипле-ты, а также к запрету некоторых реакций [напр., реакция[1007-70.jpg] не может происходить за счёт сильных взаимодействий, т. к. для d (дейтрона) и 1He I=0, а для [1007-71.jpg]-мезона I=1]. Экспериментальной проверке таких предсказаний посвящено мн. работ на ускорителях заряженных частиц высокой энергии.
И. и. имеет место только для сильных взаимодействий и нарушается электромагнитными взаимодействиями (явно зависящими от электрич. зарядов частиц, т. е. от 1з), "сила" к-рых по порядку величины составляет примерно 1% от сильных взаимодействий. Различие электромагнитных взаимодействий для разных частиц, входящих в один и тот же изотопич. мультиплет, и обусловливает различие в их массах.
Лит. см. при ст. Элементарные частицы. . С. С. Герштейн.
ИЗОТОПИЧЕСКИЙ СПИН, одна из характеристик сильно взаимодействующих частиц, определяющая (вместе с др. характеристиками - массой, спином, барионным зарядом) её принадлежность к группе частиц с близкими свойствами (но разными электрич. зарядами), одинаковым образом участвующих в сильных взаимодействиях. См. Изотопическая инвариантность.
ИЗОТОПНЫЕ ИНДИКАТОРЫ, вещества, имеющие отличный от природного изотопный состав и благодаря этому используемые в качестве метки при изучении самых разнообразных процессов. Роль изотопной метки выполняют стабильные или радиоактивные изотопы хим. элементов, к-рые легко могут быть обнаружены и определены количественно. Высокая чувствительность и специфичность И. и. позволяют проследить за ними в сложных процессах перемещения, распределения и превращения веществ в сколь угодно сложных системах, в т. ч. и в живых организмах.
Метод И. и. (наз. также методом меченых атомов) был впервые предложен Д. Хевеши и Ф. Пакетом в 1913. Широкое использование И. и. стало возможным благодаря развитию ядерной техники, позволившей получать изотопы в массовом масштабе.
Метод И. и. основан на том, что хим. свойства разных изотопов одного элемента почти одинаковы (благодаря чему поведение меченых атомов в изучаемых процессах практически не отличается от поведения др. атомов того же элемента), и на лёгкости обнаружения изотопов, особенно радиоактивных. При использовании метода необходим учёт возможных реакций изотопного обмена, приводящих к перераспределению меченых атомов (следовательно, к потере соединением метки), а иногда и учёт радиационных эффектов, связанных с влиянием радиоактивных излучений на ход процесса. Изотоп, используемый в качестве метки, вводится в состав изучаемых соединений. Могут быть использованы как стабильные, так и радиоактивные изотопы.
Преимущество стабильных изотопов - их устойчивость и отсутствие ядерных излучений. Однако только небольшое число элементов имеет подходящие стабильные изотопы. Малая доступность последних и сравнительно сложная техника обнаружения составляют недостатки метода И. и. с применением стабильных изотопов. Преимущество радиоактивных изотопов - возможность их получения практически для всех элементов периодич. системы, высокая чувствительность, специфичность и точность определения, простота и доступность измерительной аппаратуры. Поэтому большинство исследований, использующих метод И. и., выполнено с радиоактивными изотопами.
Такие элементы, как водород, углерод, сера, хлор, свинец, имеют удобные для использования как стабильные - 2H, 13C, 34S, 35Cl, 37Cl, 204Pb, так и радиоактивные изотопы - 3H, 11C, 14C, 35S, 36Cl, 212Pb. В качестве изотопов азота и кислорода чаще всего применяются стабильные 15N и 18O и др. Стабильные И. и. получают обогащением природных изотопных смесей путём многократного повторения операции разделения (перегонка, диффузия, термодиффузия, изотопный обмен, электролиз; см. Изотопов разделение), а также на масс-спектромет-рич. установках и при ядерных реакциях.
Для элементов, существующих в природе в виде одного изотопа (Be, F, Na, Al, P, I), в качестве меченых атомов используют только искусств, радиоактивные изотопы; примером часто применяемых радиоактивных изотопов служат 3H, 14C, 32P, 33S, 45Ca, 51Cr, 59Fe, 60Co,89Sr, 95Zr, 93Nb, 110Ag, 131I и др. Выбор радиоактивного изотопа определяется его ядерными характеристиками - периодом полураспада,типом и энергией излучения. Для индикации пригодны радиоактивные изотопы, период полураспада к-рых не очень мал, что позволяет работать в течение времени, необходимого для эксперимента, но и не очень велик, что даёт возможность работать с весьма малыми количествами индикатора.
Осн. методом анализа стабильных изотопов служит масс-спектрометрия (чувствительность 10-4 % изотопа при точности 0,1-1% для проб массой в доли мг). Всё большее применение находят спектральные методы и парамагнитный резонанс. Дейтерий, 18O и нек-рые др. изотопы определяют по изменению показателя преломления, теплопроводности, плотности как самого элементарного вещества, так и его соединений. Радиоактивные изотопы определяют по их излучению при помощи счётчиков Гейгера или сцинтил-ляционных счётчиков. Так, с помощью счётчика Гейгера можно уловить излучение 10-11 г углерода 14C, 10-16 г фосфора 32P и иода 131I, 10-1а г углерода 11C и т. д. Совр. жидкостные сцинтилляционные счётчики позволяют с высокой эффективностью и точностью проводить определение изотопов с мягким бета-излучением (3H, 14C, 35S и др.). Введение в практику этого метода изотопного анализа повышает его производительность и позволяет работать с незначит. активностями, приближающимися к активности космич. фона.
Широкое применение в биологии получил метод авторадиографии. При работе с радиоактивными изотопами необходимо соблюдать правила техники безопасности в соответствии с существующими нормами.
Известны различные способы синтеза меченых соединений. Наряду с обычным хим. синтезом используются реакции изотопного обмена и биол. синтез. В большинстве случаев изотопная метка занимает определённое положение в молекуле; напр., пропионовую кислоту можно пометить по углероду тремя способами:
Имеются [1007-72.jpg] три осн. направления использования И. и. Методом И. и. изучают характер распределения веществ и пути их перемещения. И. и. вводят в ту или иную систему и через определённые промежутки времени устанавливают наличие И. и.
Б различных частях системы. Наиболее наглядные картины распределения получаются без разрушения образца при помощи радиоавтограмм (см. Авторадиография).
Др. направление использования И. и.- количественный анализ. Один из самых простых и распространённых вариантов метода И. и.- метод изотопного разбавления, при к-ром к анализируемому веществу добавляют дозированное количество И. и. и по степени его разбавления судят об исходном количестве вещества. Этот метод позволяет производить определение ничтожно малых количеств трудноопределяемых веществ и, наоборот, больших масс веществ; анализировать сложные смеси, анализ и разделение к-рых др. методами невозможны. Широкими возможностями отличается примыкающий к методу И. и. активационпый анализ, где меткой служит изотоп другого элемента, образованный из данного в результате ядерной реакция. Особенно большое значение этот метод имеет при определении микроэлементов в металлах, сплавах, минералах, тканях, при быстром контроле технология, процессов. Количеств, анализ природных изотопов, входящих в естественные радиоактивные ряды урана и тория, а также количественное определение изотопа 14C в умерших организмах позволяют определять возраст горных пород и археология, находок.
Третьим направлением использования И. и. является выяснение механизма различных процессов и изучение строения хим. соединений. Введение изотопной метки в определённое положение молекулы устраняет хим. неразличимость атомов, допуская возможность однозначного выяснения механизма тех или иных реакций, для к-рых обычные хим. методы описывают только начальное и конечное состояния.
Все указанные направления применения И. и. широко представлены в различных областях химии, биологии, медицины, техники, с. х-ва и т. д. Ниже приводятся отд. примеры их использования.
Лит.: Радиоактивные изотопы в химических исследованиях, Л.- JM., 1965; Pогинский С. 3., Теоретические основы изотопных методов изучения химических реакций, M., 1956; Ядернофизические методы анализа веществ, M., 1971 (Всесоюзная научно-техническая конференция "XX лет производства и применения изотопов и источников ядерных излучений в народном хозяйстве СССР", Минск, 1968). К. Б. Заборенко.
В биологии И. и. применяют для решения как фундаментальных, так и прикладных биол. проблем, изучение которых др. методами затруднено или невозможно. Существенное для биологии преимущество метода меченых атомов состоит в том, что использование И. и. не нарушает целостности организма и его осн. жизненных отправлений. С применением И. и. связаны MH. крупные достижения совр. биологии, определившие расцвет биол. наук во 2-й пол. 20 в. С помощью стабильных и радиоактивных изотопов водорода (2H и 3H), углерода (13C н 14C), азота (15N), кислорода (18O), фосфора (32P), серы (35S), железа (59Fe), иода (131I) и др. были выяснены и детально изучены сложные и взаимосвязанные процессы биосинтеза и распада белков, нуклеиновых к-т, углеводов, жиров и др. биологически активных соединений, а также хим. механизмы их превращений в живой клетке (рис. 1-3). Применение И. и. привело к пересмотру прежних представлений о природе фотосинтеза, а также о механизмах, обеспечивающих усвоение растениями неорганич. веществ - карбонатов, нитратов, фосфатов и др.
С помощью И. и. выполнено огромное число исследований в самых разнообразных направлениях биологии и биохимии. Одно из направлений включает работы по изучению динамики и путей перемещения популяций в биосфере и отд. особей внутри данной популяции, миграции микробов, а также отд. соединений внутри организма. Вводя в организмы с пищей или путём инъекций метку, удалось изучить скорость и пути миграции мн. насекомых (москитов, мух, саранчи), птиц, грызунов и др. мелких животных и получить данные о численности их популяций. В области физиологии и биохимии растений с помощью И. и. решён ряд теоретич. и прикладных проблем: выяснены пути поступления минеральных веществ, жидкостей и газов в растения, а также роль различных хим. элементов, в т. ч. микроэлементов, в жизни растений (рис. 4). Показано, в частности, что углерод поступает в растения не только через листья, но и через корневую систему, установлены пути и скорости передвижения ряда веществ из корневой системы в стебель и листья и из этих органов к корням. В области физиологии и биохимии животных и человека изучены скорости поступления различных веществ в их ткани (в т. ч. скорость включения железа в гемоглобин, фосфора - в нервную н мышечные ткани, кальция - в кости).
Важная группа работ охватывает исследования механизмов хим. реакций в организме. Так, во мн. случаях удалось установить связь между исходными и вновь образующимися молекулами, проследить за "судьбой" отд. атомов и хим. групп в процессах обмена веществ, а также выяснить последовательность и скорость этих превращений. Полученные данные сыграли решающую роль при построении совр. схем биосинтеза и метаболизма (метаболических карт), путей превращения пищи, лекарственных препаратов и ядов в живых организмах. К работам этой группы относится выяснение вопроса о происхождении кислорода, выделяемого в процессе фотосинтеза: оказалось, что его источником является вода, а не двуокись углерода. С др. стороны, применение 14CO2 позволило выяснить пути превращений двуокиси углерода в процессе фотосинтеза. Использование "меченой" пищи привело к новому представлению о скоростях всасывания и распространения пищевых веществ, об их "судьбе" в организме и помогло проследить за влиянием внутр. и внеш. факторов (голодание, асфиксия, переутомление и т. д.) на обмен веществ. Метод И. и. позволил изучить процессы обратимого транспорта веществ через биологические мембраны. Было показано, что концентрации веществ по обе стороны мембраны остаются постоянными с сохранением градиентов концентрации, характерных для каждой из разделённых мембранами сред.
[1007-73.jpg]
Рис. 4. Схема опыта по изучению поглощения радиоактивных изотопов раздельно корнями и плодами арахиса: 1 - среда для корней; 2 - среда для плодов.
Метод И. и. нашёл применение в исследовании процессов, решающую роль в к-рых играет передача информации в организме (проводимость нервных импульсов, ,инициация и рецепция раздражения и др.). Эффективность метода И. и. в работах этого рода обусловлена тем, что исследования проводятся на целостных, интактных организмах, сохраняющих неповреждённой всю сложную систему нервных и гуморальных связей. Наконец, группа работ включает исследования статических характеристик биол. структур, начиная с молекулярного уровня (белки, нуклеиновые к-ты) и кончая надмолекулярными структурами (рибосомы, хромосомы и др. органел-лы). Напр., исследования относительной устойчивости белков и нуклеиновых к-т в 1H2O, 2H2O и в H218O способствовали выяснению природы сил, стабилизирующих структуру биополимеров, в частности роли водородных связей в биол. системах.
Важное значение при выборе изотопа имеет вопрос о чувствительности метода изотопного анализа, а также о типе радиоактивного распада и энергии излучения. Преимущество стабильных изотопов (2H, 18O, 15N и др.) - отсутствие излучений, часто оказывающих побочное воздействие на исследуемую живую систему. В то же время, сравнительно низкая чувствительность методов их определений (масс-спектроскопия, денситометрия), а также необходимость выделения меченого соединения ограничивают применение стабильных изотопов в биологии. Высокая чувствительность регистрации гамма-активных изотопов (59Fe, 131I и др.) позволила в живом организме измерить скорость кроветока, определить кол-во крови и время её полного кругооборота, исследовать работу желез внутр. секреции.
Лит.: Камеи M., Радиоактивные индикаторы в биологии, пер. с англ., M., 1948; Xевеши Г., Радиоактивные индикаторы, их применение в биохимии, нормальной физиологии и патологической физиологии человека и животных, пер. с англ., M-, 1950; Метод меченых атомов в биологии, M., 1955; Рогинский С. 3., Шноль С. Э., Изотопы в биохимии, M., 1963; В анг Ч., Уиллис Д., Радиоиндикаторный метод в биологии, пер. с англ.. JM., 1969; Радиоактивные изотопы во внешней среде и организме, M., 1970. Я. H. Верховская.
И. и. в медицине. С помощью И. и. были раскрыты механизмы развития (патогенез) ряда заболеваний; их применяют также для изучения обмена веществ и диагностики мн. заболеваний (см. Радиоизотопная диагностика).И., и. вводят в организм в крайне малых количествах, не способных вызвать к.-л. па-тологич. сдвиги. Различные элементы неравномерно распределяются в организме. Аналогично им распределяются и И. и. Излучение, возникающее при распаде изотопа, регистрируют радиометрич. приборами, скенированием, авторадиографией и др. Так, состояние большого и малого круга кровообращения, сердечного кровообращения, скорости кроветока, изображение полостей сердца определяют с помощью соединений, включающих 24Na, 131I, 99мТс; для изучения лёгочной вентиляции и заболеваний спинного мозга применяют 99mTc, 133Xe; макроагрегаты альбумина человеческой сыворотки с 131I используют для диагностики различных воспалительных процессов в лёгких, их опухолей и при различных заболеваниях щитовидной железы. Концентрационную и выделительную функции печени изучают при помощи краски бен-гал-роз с 131I, 198Au; функцию почек - при ренографии с 13Ч-гиппураном и скен-нированием после введения неогидрина, меченого 203Hg или 89мТс. Изображение кишечника, желудка получают, используя 99mTc, селезёнки - применяя эритроциты с 99mTc или 51Cr; с помощью 75Se диагностируют заболевания поджелудочной железы. Диагностич. применение имеют также 85Sr и 34P. А. В. Козлова.
И. и. в сельском хозяйстве (3H, 14C, 22Na, 32P, 35S, 42К, 43Ca, 60Co, 65Zn, 99Mo и др.) широко используются для определения физич. свойств почвы и запасов в ней элементов пищи растений, для изучения взаимодействия почвы и удобрений, процессов усвоения растениями питательных элементов из минеральных туков, поступления в растения минеральной пищи через листья и др. вопросов почвоведения и агрохимии. Пользуются И. и. для выявления действия на растительный организм пестицидов, в частности гербицидов, что позволяет установить концентрацию и сроки обработки ими посевов. Применяя метод И. и., исследуют важнейшие биол. свойства с.-х. культур (при оценке и отборе селекционного материала) - урожайность, скороспелость, хладостойкость. В животноводстве изучают физиол. процессы, протекающие в организме животных, проводят анализ кормов на содержание токсич. веществ (малые дозы к-рых трудно определить хим. методами) и микроэлементов. При помощи И. и. разрабатывают приёмы автоматизации производств, процессов, напр, отделение корнеклубнеплодов от камней и комков почвы при уборке комбайном на каменистых и тяжёлых почвах.
ИЗОТОПНЫЕ МЕТОДЫ в геологии, методы изучения геол. процессов, основанные на исследовании содержания и соотношений радиоактивных, радиогенных и стабильных изотопов отдельных химич. элементов в горных породах, минералах, природных водах, газах и органич. веществе.
Наиболее разработаны и широко применимы методы абсолютной геохронологии (см. Геохронология). С их помощью, по соотношению радиоактивных изотопов и дочерних продуктов их распада, напр. 235U - 207Pb; 238U - 206Pb. 232Th -208pb. 87Rb -87Sr. 40K - 40Ar и др., определяется абс. возраст горных пород и минералов. Методами абс. геохронологии определён возраст пород Земли, Луны, метеоритов; по изотопному составу инертных газов (Ar, Xe и мн. др.) судят о радиационном возрасте метеоритов (времени воздействия на них космич. облучения). Изотопный состав инертных газов Земли и метеоритов несёт богатую информацию об особенностях образования вещества Солнечной системы (см. Космохи-мия). Содержание 14C( T 1/2 = 5600 лет) в ископаемых остатках на Земле позволяет определять время их захоронения; с помощью 14C определён возраст многих археол. находок. Различное содержание 14C в годовых кольцах древесины деревьев может указывать на неодинаковую интенсивность образования его в атмосфере прошлых геол. периодов, связанную с периодами изменения интенсивности космич. облучения планеты. По парам 230Io - 232Th; 230Io - 221Ra, а также по абс. содержанию радиоактивных 14C и 10Be в донных отложениях океанов и морей определяются скорость и время накопления различных донных морских осадков; средняя продолжительность накопления неконсолидированных осадков в океане достигает 150*106 лет.
Важную роль в геол. исследованиях играет вариация в содержании стабильных изотопов. Несмотря на небольшое различие в физ. и хим. свойствах изотопов при нек-рых геол. процессах происходит фракционирование (разделение) изотопов отдельных хим. элементов. Наибольший эффект фракционирования характерен для лёгких элементов - H, С, N, О, S и др., т. к. для них относительная разница в массах изотопов наибольшая. Различия в свойствах изотопов тяжёлых элементов малы и на совр. уровне измерительной техники трудно определяются. Измерения ведутся на масс-спектрометре по отношению к эталонам, изотопный состав к-рых принимается всеми лабораториями мира. Результаты измерений выражаются в величинах 6, показывающих, на сколько % или 0/00 содержание тяжёлого изотопа в образце больше (+б) или меньше (-б), чем в эталоне.
Одним из наиболее распространённых процессов фракционирования стабильных изотопов является изотопный обмен. Глубина разделения изотопов определяется кинетическими и термодинамич. факторами. При высокой темп-ре фракционирование минимально, при низкой - максимально. При обычной темп-ре наиболее восстановленные соединения С, S, N содержат больше лёгкого изотопа; высокоокисленные их соединения содержат больше тяжёлого изотопа, напр.:
[1007-74.jpg]
Изучение вариаций состава стабильных изотопов позволяет решать одну из важнейших задач геохимии - восстановление истории атомов, путей их миграции Б течение геол. процессов. Так, выделение 4He и 3He, а также других изотопов нейтральных газов при вул-канич. извержениях, особенно в областях срединно-океанич. хребтов, позволяет изучать глубинные процессы, идущие в мантии Земли. Испарение водных масс с поверхности океанов и морей сопровождается разделением изотопов. В водяном паре изотопный состав водорода ('Н/2Н) и кислорода (16О/18О) легче, чем в морской воде. Пары воды содержат преим. 1H2O, а более тяжёлая молекула воды (2H2O) обогащает океа-нич. воду. При конденсации паров воды снова происходит разделение изотопов, и первые капли дождя содержат более "тяжёлую" воду, чем последующие. Наиболее "лёгкая" вода кристаллизуется в виде снега и льда в полярных областях, напр, в Антарктике, где содержание 2H в различных слоях снега и льда зависит от того, в каком сезоне года они накапливались. Пресные воды легче морских, и их изотопный состав иногда имеет сезонные колебания. При изотопном обмене между разными компонентами устанавливается равновесие реакции, напр.: C10O2 + H218O <-> H2C16O218O<-> 2 H216O + C16O18O. Так, образование карбонатов в условиях термодинамич. равновесия с раствором сопровождается смещением изотопного состава кислорода. Величина этого смещения зависит от темп-ры.
Напр., наибольшее обогащение карбоната кальций (СаСОз) изотопом 18O происходит при осаждении СаСОз в холодной воде. Зависимость фракционирования изотопов от температуры, при к-рой протекает реакция, была положена в основу палеотермометрического метода; так, изучение изотопного состава кислорода известковых скелетов ископаемых морских организмов позволяет определять тсмп-ры древних морей. Метод настолько чувствителен, что по кольцам роста раковин устанавливаются сезонные колебания темп-ры древних морей.
Немалую роль в изучении геол. процессов играют изотопы серы. Изотопный состав серы в горных породах и минералах Земли подвержен значит, колебаниям. За стандарт изотопного состава серы принимается сера метеоритов. Обычно измеряются вариации в отношениях наиболее распространённых изотопов 32S/34S. Осн. процесс изотопного фракционирования серы связан с перераспределением изотопов между окисленными (сульфатами) и восстановленными (сульфидами) соединениями серы. Изотопное фракционирование в геол. процессах могло начаться только после появления окисленных соединений серы, т. е. после появления на Земле свободного кислорода. Поэтому, изучая изотопный состав серы древних отложений, можно определить время формирования кислородной атмосферы Земли. Важным механизмом разделения изотопов серы является восстановление сульфатов. В условиях низких темп-р восстановление обычно идёт с помощью сульфатреду-цирующих бактерий. Образующийся сероводород обогащается лёгким изотопом серы, а оставшийся сульфат утяжеляется. Вся сера сульфидных соединений прошла стадию биогенного окисления, в результате чего изотопный состав серы, напр., океанич. сульфатов утяжелён на неск. % по сравнению с серой метеоритов. Эта величина служит важной планетарной константой. Изотопный состав серы месторождений сульфидов цветных тяжёлых металлов позволяет восстанавливать историю атомов серы до момента их фиксации в рудах и решать вопрос об источнике рудного вещества. В частности, выясняется большая роль в рудообразовании серы, которая прошла стадию редукции сульфатов. Установлено, что в магматич. процессы часто вовлекается вещество осадочных пород.
По изотопным отношениям углерода 12C/13C выделяются два вида соединений. Одним свойственно повышенное содержание тяжёлого углерода [1007-75.jpg] , напр. углерод осадочных карбонатных отложений; другим - лёгкого (б13C ~ ~ - 20, - 40 %о), напр, углерод нефти, горючих газов, совр. организмов и т. п. При образовании алмазов, карбонатитов в мантии Земли происходит фракционирование изотопного состава углерода. Изотопный состав углерода алмазов и карбонатитов отличается от углерода, напр., карбонатов и одинаков в разных точках земного шара. Изучение изотопного состава углерода позволяет ближе подойти к решению вопроса о происхождении нефти, газа, алмазов, углеводородных соединений в магматич. породах, графита в древних метаморфич. толщах.
Методы изотопных исследований - новая развивающаяся область геологии. В последние годы обнаружены колебания в изотопном составе В, Mg, Cu, Si и нек-рых др. элементов. Изучение геол. значения этих колебаний - задача будущего. А. П. Виноградов.
ИЗОТОПНЫЕ ЭФФЕКТЫ, изотопические эффекты, различия в свойствах изотопов данного элемента или в свойствах соединений, отличающихся изотопным составом, обусловленные разницей их атомных масс. Неодинаковые свойства изотопов, определяемые не массой, а др. характеристиками атомного ядра (проявляющиеся в радиоактивном распаде и т. п.), обычно не относятся к И. э.
Разница в массах изотопов обусловливает различие масс молекул, их моментов инерции, прочности соответствующих хим. связей. Это приводит как к неравномерному распределению изотопов между хим. соединениями при достижении равновесия изотопного обмена (термодинамические И. э.), так и к неодинаковым скоростям одной и той же хим. реакции, протекающей с участием разных изотопных форм реагирующих соединений (кинетические И. э.). Относительное различие масс изотопов тем меньше, чем больше атомный номер элемента. У изотопов водорода оно составляет 100% для дейтерия D (2H) и 200% для трития T (3H) по сравнению с протием H (1H). Поэтому для водорода и гелия И. э. выражены наиболее сильно. К ним относятся, в частности, изотопическое смещение спектральных линий и эффекты, наблюдаемые при переходе в сверхпрово-дящее состояние и в состояние сверхтекучести.
Разница в массах изотопов данного элемента обусловливает неодинаковость свойств у изотопных форм хим. соединения, содержащего этот элемент (таких, как плотность, показатель преломления, вязкость, коэфф. диффузии и др.). Вследствие И. э. изменяются также тер-модинамич. свойства, такие, как теплоёмкость, теплопроводность, теплота испарения, теплота плавления, давление насыщенного пара при данной темп-ре и др., а также частоты колебания атомов в молекулах и в кристаллических решётках.
Использование изотопов в качестве изотопных индикаторов (меченых атомов) основано на представлении об идентичности физ. и хим. свойств изотопов данного элемента. Как показывает опыт, для мн. изотопов это упрощающее представление близко к действительности, и для них величины И. э. (как кинетических, так и термодинамических) не выходят за пределы ошибок хим. эксперимента. Однако для лёгких элементов различия в хим. свойствах изотопов могут быть существенны. Это необходимо учитывать, когда в качестве меченых атомов используются изотопы лёгких элементов, особенно изотопы водорода - дейтерий или тритий. И. э. лежат в основе почти всех известных лабораторных и пром. методов изотопов разделения. Я. M. Варшавский.
ИЗОТОПНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ, то же, что радиоизотопный ракетный двигатель.
ИЗОТОПНЫЙ ОБМЕН, хим. процесс, заключающийся в перераспределении изотопов к.-л. элемента между реагирующими веществами. При И. о. происходит замещение одного изотопа к.-л. элемента на другой его изотоп в молекулах данного вещества без изменения их
элементарного состава. Напр., если хлористый водород HCl, обогащённый тяжёлым изотопом хлора 37Cl, смешать с хлором Cl2 обычного изотопного состава (75,53% 35Cl и 24,47% 37Cl), то вследствие реакций И. о. хлор обогатится тяжёлым изотопом, а хлористый водород обеднится им.
[1007-76.jpg]
Возможности протекания реакций И. о. весьма различны: они могут идти в гомогенных условиях (между растворённым веществом и растворителем, в смеси газов и т. д.), а также в гетерогенных (напр., между твёрдым или жидким веществом и нерастворимым газом). Механизмы реакций И. о. не отличаются от механизмов др. хим. реакций.
Поскольку хим. свойства изотопов одного и того же элемента почти одинаковы, а относительные различия в массах их атомов невелики (за исключением изотопов водорода), то при достижении хим. равновесия И. о. каждый изотоп распределяется между реагирующими веществами почти равномерно. Для изотопов тяжёлых элементов неравномерность не превышает десятых долей процента, для изотопов лёгких элементов (от Li до Cl) не превышает 10% . Только для изотопов водорода неравномерность в распределении между нек-рыми веществами достигает сотен процентов. Распределение изотопов между веществами в состоянии равновесия характеризуется коэфф. распределения а, определяющим соотношение равновесных концентраций изотопов в реагирующих веществах. При равномерном распределении изотопов а = 1. Отклонение от равномерного распределения зависит не только от массы изотопов, но и от хим. состава веществ, между к-рыми происходит И. о. Кроме того, а зависит от темп-ры и во всех случаях по мере её повышения приближается к 1. Скорость протекания И. о. всецело определяется механизмом реакций. В нек-рых случаях И. о. протекает практически мгновенно (напр., при ионных реакциях в растворе), в др. случаях - крайне медленно или же не происходит вовсе. Для ускорения И. о. так же, как и для др. хим. реакций, часто используют различные катализаторы.
И. о. применяют для концентрирова-ния требуемого изотопа. Для этого многократно повторяют процесс обогащения этим изотопом одного из веществ при условии неравномерного распределения изотопов между веществами. Для изотопов водорода и лития, нашедших применение в атомной и термоядерной энергетике, такие методы получили пром. использование. К ним относится, напр., получение тяжёлой воды путём И. о. воды и сероводорода или И. о. воды и водорода:
[1007-77.jpg]
или
[1007-78.jpg]
В хим. исследованиях И. о. применяют для выяснения элементарных стадий различных реакций. По скорости протекания И. о. можно иногда лучше, чем по др. реакциям, судить о подвижности атомов в молекулах и о реакционной способности хим. соединении. И. о. используют также в препаративных работах для получения меченых соединений (см. Изотопные индикаторы).
Лит.: Бродский А. И., Химия изотопов, 2 изд. , M., 1957; РогинскийС. 3., Теоретические основы изотопных методов изучения химических реакций, M., 1956.
С. д. Вайсберг.
ИЗОТОПОВ РАЗДЕЛЕНИЕ, выделение чистых изотопов из смеси изотопов данного элемента или обогащение смеси отд. изотопами. И. р.- важная проблема, имеющая большое науч. и практич. значение. С момента открытия изотопов и до 1930-х гг. попытки И. р. производились гл. обр. для обнаружения изотопов у стабильных элементов, измерения их массы и изотопного состава. Удавалось выделить лишь небольшие (индикаторные) количества нек-рых элементов, незначительно обогащённых изотопами. В 30-х гг. начались фундаментальные исследования атомных ядер, ядерных реакций, взаимодействия частиц с ядрами и т. д. Достоверность экспериментальных данных и интерпретация полученных результатов в значит, мере зависели от чистоты и доступного количества изотопа. Но получение чистых изотопов даже в миллиграммовых количествах являлось сложной задачей. Были выделены лишь небольшие количества обогащённых смесей изотопов гл. обр. лёгких элементов. Только дейтерий начали производить в пром. масштабах. Дальнейшее развитие техники И. р. было вызвано установлением в 1939 реакции деления 235U под действием нейтронов, к-рое открыло перспективу использования ядерной энергии в мирных и воен. целях (см. Ядерная энергетика, Ядерный реактор, Ядерное оружие}. Получение в больших количествах изотопов U и некоторых др. элементов, необходимых в качестве "ядерного горючего" или материалов для ядерной техники, превратилось с этого момента в важную задачу. Для её решения были построены огромные заводы.
Существует ряд методов И. р. Все они основаны на различиях в свойствах изотопов и их соединений, связанных с различием масс их атомов. Для большинства элементов относительная разность масс изотопов весьма мала. Этим определяется сложность задачи.
Эффективность И. р. характеризуется коэфф. разделения ое. Для смеси двух изотопов[1007-79.jpg] , где С' и (1-С')- относительные содержания лёгкого и тяжёлого изотопов в обогащённой смеси, а С" и (1- С") - в первичной смеси. Для большинства методов а лишь немного больше единицы, поэтому для получения высокой изотопной концентрации единичную операцию И. р. приходится многократно повторять. Только при электромагнитном разделении а составляет 10-1000 за 1 цикл разделения. Выбор метода И. р. зависит от свойств разделяемого вещества, требуемой степени разделения, необходимого количества изотопов, экономичности процесса (при значит, масштабе произ-ва изотопов) и т. п.
Газовая диффузия через пористые перегородки. Газообразное соединение разделяемого элемента при достаточно низких давлениях ~0,1 н/м2 (~10-3 мм рт. ст.) "прокачивается" через пористую перегородку, содержащую до 106 отверстий на 1 см2 (рис. 1). Лёгкие молекулы проникают через перегородку быстрее тяжёлых, т. к. скорости молекул обратно пропорциональны квадратному корню из их молекулярного веса (см. Диффузия). В результате газ обогащается лёгкой компонентой по одну сторону перегородки и тяжёлой - по другую. Если разница в молекулярных массах очень мала, то необходимо повторение этого процесса тысячи раз. Количество операций разделения п определяется соотношением: q = а", где q - необходимая степень разделения. На этом методе основана работа гигантских газодиффузионных з-дов для получения 235U из газообразного UF6 (а ~ 1,0043). Для получения необходимой концентрации 235U требуется около 4000 единичных операций разделения (рис 2).
[1007-80.jpg]
Рис. 1. Схема устройства для разделения изотопов методом газовой диффузии.
Рис 3. Схема устройства для разделения изотопов методом противопоточной масс-диффузий.
[1007-81.jpg]
Диффузия в потоке пара (противопоточная масс-диффузия). И. р. происходит в цилиндрич. сосуде (колонне), перегороженном вдоль оси диафрагмой, содержащей ок. 103 отверстий на 1 см2 (рис. 3). Газообразная изотопная смесь движется навстречу потоку вспомогательного пара. Вследствие градиента (перепада) концентрации газа и пара в поперечном сечении цилиндра и большего коэфф. диффузии для лёгких молекул происходит обогащение лёгким изотопом части газа, прошедшего сквозь поток пара в левую часть цилиндра. Обогащённая часть выводится из верхнего конца цилиндра вместе с осн. потоком пара, а оставшаяся в правой половине часть газа движется вдоль диафрагмы и отводится из аппарата. Пар, проникший в правую часть, конденсируется. На разделительных установках,
состоящих из неск. десятков послсдо вательно соединённых диффузионных колонок с испаряющейся жидкостью (ртуть, ксилол и др.), разделяются в лабораторных масштабах (до 1 кг) изотопы неона, аргона, углерода, криптона, серы (рис. 4).
Термодиффузия. Термодиффузионная разделительная колонка состоит из двух коаксиально расположенных труб, в к-рых поддерживаются различные темп-ры (рис. 5). Разделяемая смесь вводится между ними. Перепад темп-р ДТ между поверхностями труб создаёт диффузионный поток, что приводит к появлению разности концентрации изотопов в поперечном сечении колонки (см. Термодиффузия). Одновременно перепад темп-р приводит к возникновению конвективных вертикальных потоков газа (см. Конвекция). Вследствие этого более лёгкие изотопы накапливаются у горячей поверхности внутр. трубы и движутся вверх. Коэфф. разделения где [1007-82.jpg]- постоянная термодиффузии, [1007-83.jpg] зависящая от относит, разности масс изотопов, а Т = = (T1 + T2)/2. Термодиффузионный метод позволяет разделять изотопы как в газообразной, так и в жидкой фазе. Возможный ассортимент разделяемых изотопов шире, чем при разделении методом газовой диффузии или диффузии в потоке пара. Однако для жидкой фазы Ct мало. Метод удобен при И. р. в лабораторных условиях вследствие простоты, отсутствия вакуумных насосов и т. д. Этим мет |
