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国際化学オリンピック · 2023年

問題

  1. 問題 1分子イメージングは医療診断の強力なツールである。核異性体 99mTc^{99m}\ce{Tc}(m=準安定)は優れたγ線放出体(t1/2=6.015t_{1/2} = 6.015 h)で、テクネシウムジェネレーター中で親核種のβ−崩壊により [99mTcOX4]−[^{99m}\ce{TcO4}]^- として得られる。(a) A→X99mX2299mTc+B\ce{A -> ^{99m}Tc + B} における親核種Aと放出粒子Bを同定せよ。(b) 99mTc^{99m}\ce{Tc} ジェネレーターの溶出液の放射能は12.5 GBq(1 GBq=10910^{9} 崩壊/秒)である。存在する 99mTc^{99m}\ce{Tc} のモル数を求めよ。(c) 標準的な撮影では患者に約200 MBqが投与される。排泄による放射能損失がないと仮定し、投与放射能が初期値の1%未満になるまで患者が待つべき時間を求めよ。解答: 1
  2. 問題 5燃料からの硫黄除去には、製油所で水素を用いる水素化脱硫が使われ、典型的には SiOX2\ce{SiO2} 担持 MoSX2\ce{MoS2} 触媒上で行われる。気–固界面での同位体交換は表面原子のみを交換する。MoSX2/SiOX2\ce{MoS2/SiO2} 触媒(mcat=1.2350m_{\text{cat}} = 1.2350 g、Mo質量分率 wMo=4.280%w_{\ce{Mo}} = 4.280\%、初期は 32^{32}S のみ)と気体 HX2X34X2234S\ce{H2^{34}S} の交換をフロー型反応器で調べる(p=1.00p = 1.00 bar、流量 v=20.0v = 20.0 mL min−1^{-1}、T=23.0T = 23.0 °C、φ(HX2X34X2234S)=1.00%\varphi(\ce{H2^{34}S}) = 1.00\%、同位体純度 α=99.95\alpha = 99.95 mol%)。t=10.0t = 10.0 min 後、回収ガス中の硫黄原子に占める 34^{34}S の割合は γ=87.3\gamma = 87.3 mol% であった。(a) 交換された(表面の)硫黄原子の物質量 n(S)surfacen(\mathrm{S})_{\text{surface}} をmolで求めよ。(b) 密度 ρ=5.06\rho = 5.06 g cm−3^{-3} の一様な球形 MoSX2\ce{MoS2} 粒子を仮定し、原子あたりの表面積を AS=3.00×10−19A_S = 3.00\times 10^{-19} m²(S)、AMo=5.00×10−19A_{\ce{Mo}} = 5.00\times 10^{-19} m²(Mo)、各 MoSX2\ce{MoS2} 単位の半分のみが表面に露出するとき、粒子半径 RR をnmで求めよ(M(MoSX2)=160.07M(\ce{MoS2}) = 160.07、M(Mo)=95.95M(\ce{Mo}) = 95.95 g mol−1^{-1})。解答: 1