Путешествие в страну РАИ

Радиоактивационный анализ позволяет определить 57 элементов периодической системы при содержании их в количествах менее одной миллионной доли процента, 10^–6 процента.

Вот один из примеров радиоактивационного анализа.

Допустим, нужно исследовать образец металлического висмута, который находит применение в технике полупроводников.

Предположим, что в исследуемом металле содержатся ничтожнейшие примеси меди, сурьмы и мышьяка.

Сначала приготовим специальные эталоны сравнения. Весьма малые количества меди, сурьмы и мышьяка введем в растворы солей известной концентрации и упарим эти растворы досуха. Сравнивая впоследствии активности нашего образца с активностями эталона, мы сможем сделать вывод о количестве примесей в металлическом висмуте.

Затем образец и эталоны облучим в ядерном реакторе.

Благодаря ядерным реакциям образуются радиоактивные изотопы мышьяка (As⁷⁶, период полураспада 26 часов), меди (Cu⁶⁴, период полураспада 13 часов) и сурьмы (Sb¹²², период полураспада 3 дня).

Полученные образцы и эталоны подвергают особой химической обработке. В результате достигается разделение и очистка определяемых элементов-примесей.

Теперь задача состоит в том, чтобы измерить активности выделенных радиоизотопов и сравнить с активностью эталонов.

Оказывается, что в образце металлического висмута содержалось 2·10^–7 процентов меди, 1,3·10^–6 процентов сурьмы и около 10^–7 процентов мышьяка.

Радиоактивационный анализ позволяет контролировать содержание примесей в тех материалах, которые используются в конструкциях ядерных реакторов. Например, очень важно бывает установить, есть ли примеси редкоземельных элементов в висмуте, свинце, графите. В этом случае процесс упрощается, потому что многие редкоземельные элементы обладают весьма большой способностью поглощать нейтроны. Так, редкоземельные элементы европий и гольмий можно определить в количестве 10^–11 грамма на 1 грамм материала.

Своеобразным рекордом радиоактивационного анализа является определение примеси теллура в количестве 10^–20 грамма (!).

Радиоактивационный анализ — это, если хотите, один из самых ярких примеров использования радиоизотопов в химии. Есть и множество других. В химии стал незаменимым метод меченых атомов.

В чем его суть? Если к какому-нибудь химическому элементу добавить буквально следы его радиоактивного изотопа, то нетрудно проследить поведение этого элемента, например, установить, в какие реакции он вступает. Достаточно лишь время от времени отбирать пробы, в которых содержится соединение интересующего нас элемента, и с помощью счетного устройства следить за содержанием радиоактивного изотопа.

Долгое время считалось, что висмут образует соединение с водородом, так называемый гидрид, причем он при нормальных условиях существует в газообразном состоянии. Обычные аналитические методы оказывались недостаточно чувствительными для доказательства. Поступили следующим образом. На магниевую фольгу нанесли ничтожное количество тория С, который является изотопом висмута и, следовательно, обладает одинаковыми с ним химическими свойствами. Фольгу растворили в соляной кислоте; как известно, при этом процессе выделяется водород. Ученые рассуждали так: если торий С образует гидрид, то в водороде можно будет наблюдать активность. Действительно, с помощью счетчика удалось доказать, что в газообразной фазе находится изотоп висмута. Таким путем ученые получили сведения о способах получения гидрида висмута и его стабильности.

— Прошу слова в порядке ведения собрания! — Илья взлохматил шевелюру. — Прости, Толя, что вмешиваюсь в недоступную моему хилому интеллекту область неорганической химии. Знаете, гидриды, то есть соединения водорода с металлами, — это очень сложная часть неорганики. Только сейчас в ней кое-что начинает проясняться. А несколько десятилетий назад она была такой же неизученной, как, например… ну, скажем, как Кольский полуостров для туристов начала пятидесятых годов…

— Шел бы ты, Илья, с такой «популяризацией» куда-нибудь подальше! — набросился на него Сережа. — За кого ты нас считаешь?

— Он хочет показать, что все знает, — затараторила Майка. — И кокетничает при этом.

— Илья, конечно, прав: гидриды — запутанная и сложная область, — сказал я. — Многие из них имеют очень необычную формулу. Например, гидрид церия — CeH_2,75. Здесь мы сталкиваемся с понятием дробной валентности. А состав некоторых гидридов вообще нельзя выразить формулой. Не поймешь: то ли химическое соединение, то ли просто раствор водорода в металле. Но мы отвлеклись от основной темы.

Как известно, абсолютно нерастворимых солей в природе не существует. Есть соли очень малорастворимые, считающиеся в обиходе нерастворимыми. Примером такого вещества является самый обычный мел CaCO₃.

С помощью радиоизотопа Ca⁴⁵ можно с большой точностью определить растворимость мела в воде.