ИЗОТОПНЫЕ ЭФФЕКТЫ, различия в свойствах изотопов данного элемента или в свойствах соединение, содержащих различные изотопы одного элемента (так называемой изотопнозамещенных соединений). Чаше всего обусловлены различиями масс ядер изотопов (И. э. I рода), но может быть вызваны также различиями и др. ядерных свойств (И. э. II рода). ИЗОТОПНЫЕ ЭФФЕКТЫ э. I рода выражены тем сильнее, чем больше относит. разность масс соответствующих изотопов. Поэтому такие ИЗОТОПНЫЕ ЭФФЕКТЫ э. наиболее выражены у легких элементов (Н, Не, Li, Be, В, С). Если относит. различия атомных масс изотопов или мол. масс M₁ и М₂ двух изотопнозамещенных соединений малы [(М₁ — М₂)/М₁ < 0,01 — 0,03], ИЗОТОПНЫЕ ЭФФЕКТЫ э. I рода пренебрежимо малы. ИЗОТОПНЫЕ ЭФФЕКТЫ э. проявляются в том, что вещества, отличающиеся изотопным составом, имеют разные физических свойства. Так, ⁴Не при сверхнизких температурах переходит в сверхтекучее состояние, а ³Не таким свойством не обладает. Вода состава Н₂О имеет температура плавления 0°С, плотность при 20 °С 0,998 кг/дм³, а для воды состава D₂O эти характеристики равны соответственно 3,82 °С и 1,104 кг/дм³. ИЗОТОПНЫЕ ЭФФЕКТЫ э. подразделяют на термодинамическое и кинетические. К термодинамическое ИЗОТОПНЫЕ ЭФФЕКТЫ э. приводит некоторое различие значений химический потенциала веществ с изотопнозамещенными молекулами. Согласно статистич. термодинамике, это обусловлено различиями значений статистич. сумм изотопов и изотопнозамещенных молекул. Для разных изотопов одного элемента наблюдаются различия поступат. статистич. сумм; для двух-и многоатомных молекул разного изотопного состава еще и различия колебательной и вибрационной статистич. сумм. В результате термодинамическое свойства веществ разного изотопного состава несколько разнятся между собой. Следствием этого является различие в равновесном распределении изотопов одного элемента между разными фазами, химический формами и т. п. Константы равновесия К реакций изотопного обмена с участием атомов легких элементов заметно отличаются от 1. Так, при 25 °С для реакции Н₂ + DCl D НСl + HD К = 1,45. С ростом атомный номер элемента термодинамическое ИЗОТОПНЫЕ ЭФФЕКТЫ э. быстро уменьшается. Например, при 25° К = 1,003 для реакции Н³⁷Сl + ¹/₂³⁵Сl₂ D Н³⁵Сl + ¹/₂³⁷Сl₂ и 1,0004 для аналогичной реакции с участием ⁷⁹Вr и ⁸¹Вr. Кинетич. ИЗОТОПНЫЕ ЭФФЕКТЫ э. проявляются в различиях скоростей реакций с участием разных изотопов данного элемента, изотопнозамещенных молекул или ионов. Различают межмол. и внутримол. ИЗОТОПНЫЕ ЭФФЕКТЫ э. Так, наблюдаемые константы скорости k₁ и k₂ декарбоксилирования малоновой кислоты разного изотопного состава

различаются из-за межмол. ИЗОТОПНЫЕ ЭФФЕКТЫ э., а значения k»₁ и k»₂ для реакций

различаются из-за внутримол. ИЗОТОПНЫЕ ЭФФЕКТЫ э. В отличие от межмолекулярного, внутримол. ИЗОТОПНЫЕ ЭФФЕКТЫ э. не зависит от температуры (подробнее см. Кинетический изотопный эффект). Разл. ИЗОТОПНЫЕ ЭФФЕКТЫ э. I рода лежат в основе большинства известных способов изотопов разделения. ИЗОТОПНЫЕ ЭФФЕКТЫ э. II рода обусловлены различиями таких свойств ядер, как спин, энергия g -квантов, испускаемых после захвата нейтрона, наличие изомерных состояний (см. Изомерия атомных ядер) и некоторых др. Эти ИЗОТОПНЫЕ ЭФФЕКТЫ э. проявляются, например, в неодинаковом распределении изотопов или ядерных изомеров между различные химический формами, содержащими ядра, которые образуются в результате захвата нейтронов. Так, после нейтронного облучения бромбензола содержание ⁸⁰Вr в "материнской" форме на 10-15% ниже, чем ^80mВr. ИЗОТОПНЫЕ ЭФФЕКТЫ э. могут приводить к различиям в частотах колебательных и вращательных спектров изотопнозамещенных соединений; эти различия наиболее существенны для молекул, содержащих изотопы водорода. Различия в энергиях основного квантового состояния атомных электронов, связанные с ИЗОТОПНЫЕ ЭФФЕКТЫ э., приводят, в частности, к разнице энергий диссоциации изотопнозамещенных молекул (например, Н₂, HD и D₂). Следует отметить, что различия в периодах полураспада T_1/2 радиоактивных изотопов данного элемента, а также в свойствах излучения, испускаемого ядрами при радиоактивном распаде, к ИЗОТОПНЫЕ ЭФФЕКТЫ э. относить не принято. Лит. см. при ст. Радиохимия. С. С. Бердоносов.

Химическая энциклопедия. Том 2 >> К списку статей