Isotopenchemie:
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Berlin
Akad.-Verl.
1961
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| adam_text | ALEXANDEREBRODSKY
KIEW
ISOTOPENCHEMIE
In deutscher Sprache bearbeitet und ergänzt herausgegeben
von
J M Ü HLENPFORDT
Leipzig
Mit 108 Abbildungen
AKADEMIE-VERLAG
N1961
BERLIN
INHALTSVERZEICHNIS
Vorwort des Verfassers : V
Vorwort zur deutsehen Ausgabe : VII
Kapitel 1
Die chemischen Elemente und ihre Isotope
I Historische Einführung 1
Die Entwicklung der Vorstellungen von den chemischen Elementen 1
Die Voraussage der Isotopie 5
II Die Isotopie • • 8
Die Entdeckung der Isotope 8
Die radioaktiven Isotope 8
Die stabilen Isotope 12
Die künstliche Radioaktivität 15
Neue chemische Elemente 17
Die Erklärung der Isotopie 19
Die Systematik der Isotope , 23
III Die Atomgewichte der Isotope • 26
Die Skala der Atomgewichte und ihre Ganzza hligkeit 26
Die Energie der Kernumwandlungen 28
Kapitel -
Die Isotope in der Natur
I Die Konstanz der isotopen Zusammensetzung der Elemente / 33
II Die Variation in der isotopen Zusammensetzung 34
Die Abhängigkeit von der Genese der Elemente 34
Die Isotopentrennungsvorgänge in der Natur ^ 36
Kohlenstoff 37
Silicium 39
• Schwefel 39
Einige andere Elemente 39
Die natürlichen Wasser 40
Die Luft 43
Wasserstoff und Sauerstoff organischer Herkunft 44
Der Sauerstoff der Gesteine und der Mineralien 44
Die geologische Thermometrie 45
III Die Bedeutung der Isotope für die Bestimmung des geologischen Alters 47
Die Bleimethode 47
Die Heliummethode 49
X Inhaltsverzeichnis
Die Strontiummethode 50
Die Argonmethode 50
Die Kohlenstoffmethode 51
Die Tritium methode 53
IV Die Verbreitung der Isotope 53
Daten über die Verbreitung der Elemente und ihrer Isotope 53
Gesetzmäßigkeiten in der Verbreitung der Elemente und ihrer Isotope 54
Die Genese der Elemente ^ 56
^Kapitel3
Die Trennung stabiler Isotope
I Theoretische Grundlagen 58
Allgemeine Zusammenhänge 58
Die Grundlagen des Trenn Vorganges 60
Der Trennfaktor 61
Die einfache Verdampfung und die Formel von RAYLEIGH 62
Die Destillation mit konstantem 1 nhalt des Verdampfers 64
Die Eraktionierkolonne 64
Die maximale Anreicherung 66
Der theoretische Boden 67
Die Eiillkörperkolonne 67
Die Anlaufzeit zur Erreichung des stationären Zustandes 68
Die Kaskadenanordnung • 71
II Trennung durch Gegenstromdestillation 72
Der elementare Trennfaktor a 72
Isotopentrennung • 73
Die Konstruktion der Trennkolonnen 73
Wasserstoff 74
Sauerstoff : 75
Neon 76
Andere Elemente 76
III Die Trennung durch chemische Methoden 77
Austausch reaktionen : 77
Die Isotopentrennung 79
Stickstoff 70
Schwefel 82
Kohlenstoff 82
Sauerstoff 83
Lithium 83
Die Anwendung des kinetischen Isotopieeffektes 84
IV Trennung durch Diffusion 84
V Trennung durch Thermodiffusion 88
Die Grundlagen der Methode und der Trennfaktor 88
Die Thermodiffusion : 88
Die Thermodiffusionskolonnen 91
Die Theorie des Prozesses 93
Mehrstufige Trennrohrapparate 96
Die Isotopentrennung^ 96
Die Thermodiffusion flüssiger Lösungen 99
Trennung durch chemischen Austausch in Thermodiffusionsgeräten 102
Inhaltsverzeichnis XI
VI Die Trennung nach dem Zentrifugenvevfahren 103
! VII Trennung durch Elektrolyse 104
Der elementare Trennfaktor der Wasserstoff-Isotope 104
Herstellung von schwerem Wasser 106
Die Trennung von Isotopen anderer Elemente 110
VIII Die Trennung durch Elektromigration 111,
IX Photochemische Trennung 113
X Trennung durch Adsorption und Ionenaustausch • 114
! XI Die Trennung durch elektromagnetische Methoden 115
XII Die Trennung der Helium-Isotope 11
Kapitel 4
Die Analyse der stabilen Isotope
: I Die massenspektrometrische Analyse 120
Beschreibung des Gerätes 120
Die Isotopenanalyse 122
Die Isotopenanalyse des Wasserstoffs 127 ,
5 Die Isotopenanalyse des Sauerstoffs • • 132
Die Isotopenanalyse des Kohlenstoffs und des Stickstoffs 135
Die Analyse von Gasgemischen 137
Die Analyse flüssiger und fester Stoffe 140
Geräte zur Bestimmung von Atomgewichten 141
II Die Isotopenanalyse des Wassers 143
, Isotope Varianten des Wassers 143
j Die-Isotopenanalyse durch Dichtemessung 146
Die Pyknometermethode 148
Die Flotationsmethode 148
Die Mikroflotationsmethode 151
: Die Tropfenmethode - 153
Die Reinigung des Wassers 154
Die refraktometrische Isotopenanalyse 155
j Die vollständige Isotopenanalyse des Wassers ( 157
! III Weitere Methoden • • 159
Die Isotopenanalyse durch Messung der Gasdichte 160
ii Die Isotopenanalyse nach der Wärmeleitfähigkeit 161
|| Die Spektralanalyse 164
jiKapitel5
I Die radioaktiven Isotope
I Der radioaktive Zerfall • 166
I Die Zerfallsgeschwindigkeit 166
! Die Zerfallsprodukte 168
Alphateilchen 168
Betateilchen 169
Gammastrahlen 172
Das Neutrino 175
Die Neutronen 177
| Die Mesonen 179
XII Inhaltsverzeichnis
I
• II Kernprozesso 182
Allgemeiner Verlauf von Kernreaktionen 182
Wirkungsquerschriitte 184
Die Kernspaltungsreaktionen 189
Die Neutronenreaktionen 189
Die Protonenreaktionen 192
Die Deuteronenreaktionen 193
Die a-Teilchen-Reaktionen 194,
Der Kern- Photoeffekt 194
[ Die innere Konversion 195
Der JC-Einfang (inverse ^-Umwandlung) 196
Isomere Übergänge 198
Die Kernspaltung* 199
Die Spaltung durch Neutronen 199
Die Spaltprodukte 201
Die Spaltung mit schnellen Teilchen • • 202
Die spontane Spaltung 204
Das Tröpfchenmodell der Atomkerne 205
Thermonucleare Reaktionen 209
III Strahlungsquellen 211
Die Teilchenbeschleuniger 211
Der elektrostatische Generator 212
Der Hochfrequenz-Linearbeschleimiger - • • • 213
Das Cyclotron 214
Das Phasotron und das Synchrophasotron 216
Das Betatron und das Synchrotron 218
Die Neutronenquellen 219
Die radioaktiven Quellen - 220
Die Anwendung von Teilchenbeschleunigern 221
Die Kernreaktoren 223
IV Herstellung, Konzentrierung und Reinigung von Präparaten 229
Die Auswahl der Isotope ; 229
Die für die Markierung gebräuchlichsten Isotope 231
Die Bestrahlung von Targets • 233
Die Auswahl der Targets 233
Die Bestrahlungszeit und die Ausbeute an Produkten 233
Die Konzentrierung von Präparaten 235
Die chemischen Methoden 236
Die Rückstoßreaktionen • 237
Die Trennung von Isomeren 242
Das Mitfällen 243
Andere Methoden 247
V Die Messung der Radioaktivität 248
Die Maßeinheiten 248
Die spezifische Aktivität 249
Die Meßmethoden 250
Die photographische Methode 251
Die WiLSON-Kammer 251
Die Szintillationsmethode 252
Die chemischen Dosimeter 253
Inhaltsverzeichnis XIII
Die Iqnisationsmethoden 253
Die Ionisationskammern i 255
Der GEiGER-MÜLLER-Zähler , 256
Das Wirkungsprinzip 256
Die Zählrohre 259
Die Registriergeräte 261
Die Messung der Aktivität 262
Korrekturen 263
Die Meßgenauigkeit 265
Die Szintillationszähler ; 267 l
IJer Nachweis der Neutronen ; 269
Die Radiographie _ 270
Kapitel 6
Die physikalisch-chemischen Eigenschaften der Isotope
I Schweres Wasser und andere Deuteriumverbindungen 274
Einige physikalische Eigenschaften 274
Die Eigenschaften des schweren Wassers 274
Die Dichte 276
Der kritische Punkt 278
Die thermodynamischen Eigenschaften 278
• Die Zähigkeit 282
Andere Eigenschaften 283
Schweres Wasser als Lösungsmittel 283
Die Löslichkeit ! 283
Die elektrische Leitfähigkeit 286
Die Säurestärke 287
II Die Helium-Isotope 288
III Die optischen Eigenschaften der Isotope - 291
Die Hyperfeinstruktur der Spektren 291
Die Atomspektren • 291
Die Schwingungsspektren 292
Die Anwendung spektroskopischer Isotopiceffekte zur Lösung von Struktur
problemen 297
Die Wasserstoffbindung 299
Die optische Aktivität 302
Die Refraktion 303
IV Der Einfluß der Isotopie auf die Geschwindigkeit chemischer Reaktionen 303
Theoretische Grundlagen 303
Die Bestimmung kinetischer Isotopieeffekte aus Versuchsdaten 309
Experimentelle Ergebnisse 312
Der Isotopieeffekt bei der Säure-Base-Katalyse 316
Protonenaustauschreaktionen Säuren und Basen 316
Der Einfluß der Isotopie 318
Die Geschwindigkeit des Protonen- und Dunteronenaustauschs 322
V Selbstdifi usion 323
Gase und Flüssigkeiten 323
Festkörper v 326
Zusammenhänge zwischen Selbstdiffusion und elektrischer Leitfähigkeit 329
XIV - • Inhaltsverzeichnis
Kapitel 7
Isotopen austausclireaktioncn
I Allgemeine Merkmale ; 331
Der Austauschkoeffizient : 332
II Der Austausch der Wasserstoff-Isotope 335
Die Abhängigkeit von der Natur der Bindungen 335
Der Isotopenaustausch an C—H-Bindungen in organischen Verbindungen 341
Ionischer Mechanismus 341
Der Einfluß der Konjugation 345
Der Isotopenaustausch nach dem Mechanismus der elektrophilen Substitution 348
Der Isotopenaustausch in gesättigten Kohlenwasserstoffen * 352
Der Austausch von Radikalen 354
Der Isotopenaustausch mit freien Radikalen 355
Der Isotopenaustausch an festen Katalysatoren 357
, III Der Austausch der Sauerstoff-Isotope 359
Anorganische Verbindungen 359
Organische Verbindungen 365
Der heterogene Isotopenaustauseh 368
IV Der Austausch der Schwefel-Isotope 371
Anorganische Verbindungen 371
Organische Verbindungen 374
V Der Austausch der Halogen-Isotope 377
Anorganische Verbindungen 377
Organische Verbindungen 379
Der Austauschmechanismus 380
VI Der Austausch der Isotope anderer Elemente 384
Kohlenstoff 384
Stickstoff 385
Phosphor, Arsen und Antimon 388
VII Der Isotopenaustauseh in Komplexverbindungen 389
VIIL Der Isotopenaustauseh in Redoxsystemeri 394
IX Der Isotopenaustausch zwischen Festkörpern und Lösungen 397
X Die Thermodynamik des Isotopenaustauseljes 399
Die Berechnung der Gleichgewichtskonstanten 399
Die Grundlagen der Berechnung 399
Die Isotopenaustauschreaktioiien 401
Beispiele 405
Der Isotopenaustausch in Lösungen 406
Die Gleichgewichtskonstante und der Austauschkoeffizient 407
XI Die Kinetik des Isotopenaustausehes 411
Der homogene Isotopenaustauseh : 411
Der heterogene Isotopenaustausch 416
Kapitel 8
Mechanismus chemischer Reaktionen
I Homogene Reaktionen 418
Anwendung markierter Atome 418
Bildung und Hydrolyse der Est er 419
Oxydations- und Reduktions-Reaktionen 425
Inhaltsverzeichnis XV
Dismutation der Aldehyde 425
Die Reduktion von Aldehyden, Diazoniumsalzen und anderen Verbindungen 428
Oxydation der Carbonsäuren, Aldehyde und Alkohole 431
Oxydation der Kohlenwasserstoffe • 432
Oxydation und Reduktion anorganischer Säuren 433
Reaktionen von Peroxyden 434
Der thermische Zerfall organischer Verbindungen 439
Reaktionen der Stickstoffverbindungen • 440
Kondensationen der Aminoverbindungen 440
N Die Reaktion von MENSOHTJTKIN 442
Aminierung des Chlorbenzols 443
Die Zersetzung des Phenylhydrazins 444
Umaminierung 444
Der Bau des Diazonium-Ions und des Azid-Ions 446
Reaktionen von Schwefelverbindungen 447
Polysulflde • 447
Polythionate 448
Andere Reaktionen 450
II Umlagerungen und Tautomerie 450
Umlagerungsreaktionen 450
Die Wasserstoffumlagerung 450
Die ÜLAISEN-Umlagerung 453
Die Cyclisierung der Diene • • • 455
Die Benzilsäureumlagerung 456
Die Benzidinumlagerung 457
Die BECKMANNsohe Umlagerung 457
Die Umlagerung aromatischer Sulfonsäuren - • • 459
Die RiCHTERsche Reaktion • 460
Cis-Trans-Isomerie 461
Tautomere Umwandlungen _ 462
Keto-Enol-Tautomerie 462
Tautomerie anorganischer Verbindungen 464
Andere tautomere Umlagerungen 467
Das Pehlen einiger angeblicher tautomerer Umlagerungen i 468
Die Wasserstoffbindung 469
III Adsorption 472
Oberflächenmessung 472
Untersuchung der Adsorption 474
Die Adsorptions-Isotherme 474
Elektrochemische Adsorption 476
Die Heterogenität der Oberfläche und die differentielle Adsorption 478
Adsorption an Kolloiden 481
Elektrochemische Untersuchung von Oberflächen 482
IV Oberflächenkatalyse 484
Die ortho-para-Umlagerung 484
Der katalytische Austausch der Wasserstoll -Isotope 487
Katalytische Hydrierung 489
Die Ammoniaksynthese 491
Katalytische Isomerisierung, Dehydrierung u a 492
Die katalytische Oxydation 497
XVI 1i ihaltsverzeichnis
Kapitel9
i
Anwendung der Isotope in der clicniisclien Analyse, Technologie ijnd Landwirtschaft
I Die Analyse mit radioaktiven Indikatoren 500
Methoden der quantitativen Ana Lyse 500
Die Bestimmung von Löslichkeiten 502
Die Prüfung analytischer Methoden 504
Physikalisch-chemische Messungen 505
Die chromatographische Trennimg : 507
II Aktivierungsanalyse 511
Die Grundlagen der Methode 511
Beispiele 515
Die Isotopenanalyse 519
Analyse durch Strahlungsabsorption 520
III Isotopenverdiirmungsanalyse 521
IV Die Anwendung in der Industrie 524
Metallurgie und Metallkunde 524
Reibungs- und Verschleißuntersuchungen 531
Technologie der Hochpolj meren Textil- und Papiertechnologie 533
Die Technologie des Gummis 536
Andere Gebiete der Technologie 539
V Die Landwirtschaft 540
VI Die radioaktiven Isotope als Strahlungsquellen 547
Kapitel 10
Die Anwendung von Isotopen- in der Biologie
I Die Bedeutung der Isotope für biologische Untersuchungen 551
II Biochemische Probleme 554
Die Photosynthese der Pflanzen 554
Gärungsprozesse * 564
Die Umwandlungen der Fettsäuren 567
Der Tricarbonsäurecyclus 569
Die Glycogensynthese und die G lycogenolyse 571
Die Umwandlungen der Aminosäuren 574
Die Harnstoffbildung 580
III Physiologische Anwendungen - 581
Der Stoffaustausch : 581
Fette und Aminosäuren 581
Der Phosphoraustausch 585
Nucleoproteine 586
Die Geschwindigkeit der Blut/irkulation und die Permeabilität der Gewebe 590
Das Blutkreislaufsystem 592
Die Schilddrüse 596
; Das Skelett 599
Au läge 1: Atomgewichte und natürliche Häufigkeiten der stabilen Isotope 602
Anlage 2: Die gebräuchlichsten künst liehen radioaktiven Isotope 609
Literatur 617
Namenverzeichnis 679
Sachverzeichnis X • 688
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