Радиохимия

Радиохимия (далее Р) область химии, изучающая химию радиоактивных изотопов, элементов и веществ, законы их физико- поведения, химию ядерных превращений и сопутствующие им физико- процессы. Предмет, методы и объекты исследования Р позволяют выделить в ней следующие разделы: общая Р; ядерных превращений; радиоактивных элементов и прикладная Р

Общая Р изучает физико- закономерности поведения радиоактивных изотопов и элементов. Радиоактивные изотопы по свойствам практически не отличаются от нерадиоактивных. В природных объектах, рудах, в продуктах, получаемых искусственно, в растворах, образующихся после переработки сырья, они присутствуют в сверхнизких концентрациях; претерпеваемый ими распад сопровождается ядерным излучением (см. Радиоактивность). Большинство природных радиоактивных изотопов — дочерние изотопы, продукты распада ²³⁸, ²³⁵ и ²³² (см. Радиоактивные ряды). Концентрация некоторых из них в равновесных рудах и на 1 г чистого материнского изотопа приведены ниже.

Дочерний изотоп, г

Материнский изотоп	²¹⁰	²²³	²²²	²²⁷	²²⁶	²²⁸	²²⁸	²³¹
²³⁸	7,6×10^-11		2,14×10^-13		3,4×10^-7
²³⁵		1,3×10^-15		1×10^-10				5,6×10^-5
²³²						1,5×10^-9	5×10^-14

Радиоактивные изотопы получают и искусственным путем — облучением различных веществ ядерными частицами (выход порядка 10^-8—10^-12% по массе). В ряде случаев в большом количестве др. находятся сотни, десятки и даже единицы радиоактивных изотопов. (Лишь в производстве ядерного горючего получается в относительно больших количествах, хотя и его концентрация в облученном нейтронами мала.). Выделять радиоактивные элементы и изотопы приходится, следовательно, из ультраразбавленных систем, а массы их в большинстве случаев не поддаются взвешиванию. Физико- поведение ультраразбавленных растворов весьма сложно; оно может описываться законами идеальных растворов, однако иногда из-за побочных процессов, связанных с адсорбцией, радиолизом и пр., эти законы не соблюдаются. В общей Р рассматривается изотопный обмен, процессы распределения микроколичеств радиоактивных изотопов между фазами, процессы соосаждения, адсорбции и экстракции, электрохимия радиоактивных элементов, состояние радиоактивных изотопов в ультраразбавленных системах — дисперсность (образование радиоколлоидов) и комплексообразование.

ядерных превращений включает изучение реакций образующихся при ядерных превращениях ("горячих" атомов), продуктов ядерных реакций, методы получения, концентрирования и выделения радиоактивных изотопов и их ядерных изомеров, а также превращений радиоактивных веществ под действием собственного излучения, изучение их свойств.

радиоактивных элементов — это естественных (природных) радиоактивных элементов от до (№ № 84—92) и искусственных: (№ 43), (№ 61), (№ 94) и всех последующих до № 106. Условно к этому разделу относят химию и технологию ядерного горючего — получение и выделение ²³⁹ из облученного ²³³ — из облученного нейтронами тория и ²³⁵ — из естественной смеси изотопов.

Прикладная Р включает разработку методов синтеза меченых соединений и применения радиоактивных изотопов в науке и промышленности (см. Изотопные индикаторы) и ядерных излучений в анализе (например, ядерная g-резонансная спектроскопия).

Объектами исследования в Р являются радиоактивные вещества, содержащие радиоактивные изотопы, многие из которых характеризуются ограниченным временем существования и ядерным (радиоактивным) излучением; это обусловливает специфические особенности методов исследования.

Радиоактивное излучение дает возможность использовать в Р специфические радиометрические методы измерения количества радиоактивного вещества (см. Радиометрический анализ и Радиохимический анализ) и в то же время вызывает необходимость применения особой техники безопасности при работе, т.к. радиоактивное излучение в дозах, превышающих предельно допустимые, вредно для здоровья человека (см. Дозиметрия). Методы измерения радиоактивности превосходят по чувствительности все др. методы и позволяют иметь дело с минимальным количеством вещества, не поддающимся изучению какими-либо другими методами. С помощью обычных в радиохимической практике приборов можно определить, например, 10^—¹⁰—10^—¹⁵ г ²²⁶, 10^—¹⁷ г ³², 10¹⁷ г ²³². Используя особо чувствительные методы регистрации радиоактивного распада, можно определить наличие отдельных радиоактивного изотопа, установить факт их распада.

Становление Р как самостоятельной области химии началось в конце 19 в. Основополагающими были работы М. Склодовской-Кюри и П. Кюри, открывших и выделивших (1898) и . При этом Склодовская- впервые применила методы соосаждения микроколичеств радиоактивных элементов из растворов с макроколичествами элементов аналогов. В 1911 Ф. Содди определял Р как науку, занимающуюся изучением свойств продуктов радиоактивных превращений, их разделением и идентификацией. Можно наметить 4 периода становления Р, связанных с развитием учения о радиоактивности и ядерной физики.

Первый период (1898—1913) характеризуется открытием 5 природных радиоактивных элементов — , , , Ас, — и ряда их изотопов (это стало ясно после открытия в 1913 Содди явления изотопии). В результате установления К. Фаянсом и Содди правила сдвига, по которому из радиоактивного элемента образуется новый элемент, стоящий в периодической системе Д. И. или на две клетки левее исходного (a-распад), или на одну клетку правее его (b-распад), Э. Резерфордом и Содди была найдена генетическая связь между всеми открытыми изотопами и определено их место в периодической системе. В этот период ведутся интенсивные поиски радиоактивных веществ в природе — радиоактивных минералов и вод. В России А. П. Соколов и др. ученые изучают радиоактивность минеральных вод, атмосферы и пр. объектов, П. П. Орлов начинает исследования радиоактивности минералов, а В. И. Вернадский выступает с основополагающими работами по геохимии радиоактивных элементов.

Второй период (1914—33) связан с установлением ряда закономерностей поведения радиоактивных изотопов в ультраразбавленных системах — растворах и газовой среде, открытием (Д. Хевеши и Ф. Панетом) изотопного обмена. В этот период Панет и Фаянс формулируют правила адсорбции; О. Ган и В. Г. Хлопин проводят систематическое изучение процессов соосаждения и адсорбции. В результате Ган формулирует законы, качественно характеризующие эти процессы, Хлопин устанавливает количественный закон соосаждения (Хлопина закон), а его ученик А. П. Ратнер разрабатывает термодинамическую теорию процессов распределения вещества между твердой фазой и раствором. В этот же период др. сов. ученый Л. С. Коловрат-Червинский и затем Ган развивают работы по эманированию твердых веществ, содержащих изотопы радия, а позже Б. А. Никитин выполняет обширные исследования клатратных соединений инертных газов (на примере соединений В 1917 Вл. И. Спицын проводит серию работ по определению методом радиоактивных индикаторов (основы его разработали ранее Хевеши и Панет) растворимости ряда соединений тория. В эти годы Склодовская- Панет и др. изучают радиоактивные изотопы в ультраразбавленных растворах, условия образования радиоколлоидов.

Третий период (1934—45) начинается после открытия супругами И. Жолио-Кюри и Ф. Жолио-Кюри искусственной радиоактивности. В этот период в результате работ Э. Ферми (по исследованию действия нейтронов на элементы), И. В. Курчатова с сотрудниками (открывших и изучивших ядерную изомерию искусственных радиоактивных изотопов), Гана и нем. ученого Ф. Штрасмана (установивших деление ядер под действием нейтронов), открытия Силарда — Чалмерса эффекта разрабатываются основы методов получения, концентрирования и выделения искусственных радиоактивных изотопов. Использование циклотрона позволило Э. Сегре с сотрудниками синтезировать новые искусственные элементы — и . Применяя радиометрические методы в сочетании с тонкими радиохимическими методами разделения микроколичеств радиоактивных элементов, М. Пере ( выделила из продуктов распада Ас элемент № 87 (). С середины 30-х гг. бурно развивается прикладная Р Метод радиоактивных (изотопных) индикаторов получает широкое распространение.

Современный, четвертый период развития Р связан с использованием мощных ускорителей ядерных частиц и ядерных реакторов. Осуществляется синтез и выделение искусственных элементов — (американские ученые Дж. Марийский и Л. Гленденин), трансурановых элементов от № 93 до № 105 (Г. Сиборг с сотрудниками, Г. Н. Флеров с сотрудниками) и др. (см. также Актиноиды, Курчатовий). Совершенствуются методы получения ядерного горючего, способы выделения и продуктов деления из облученного в ядерном реакторе , а также регенерации отработанного в реакторе , решается ряд других вопросов технологии ядерного горючего. При этом на основе возникающих технологических проблем широко развивается искусственных (особенно трансурановых) и естественных (особенно , , ) радиоактивных элементов, в частности их комплексных соединений. Получает обоснование новых образований — позитрония, мюония и мезоатомов. В Р особое значение приобретает экстракция и все шире применяется метод радиоактивных индикаторов в приложении к исследованиям механизма и кинетики реакций, строения соединений, явлений адсорбции, соосаждения, катализа, измерению физико- постоянных, разработке методов радиометрического анализа. Радиохимические методы исследования находят широкое применение в решении многих проблем геохимии и космохимии, а также при поиске полезных ископаемых. Развивается новое направление в Р — процессов, происходящих вслед за ядерной реакцией образования радиоактивных изотопов, когда вновь полученные обладают высокой энергией. Наконец, проводятся работы по изучению продуктов ядерных превращений под действием частиц высокой энергии (см. Ядерная химия). Во всех этих областях Р активно работают сов. ученые и ученые ряда зарубежных стран. Развитие Р продолжается, охватывая все новые области химии радиоактивных веществ.

Лит.: Радиоактивные изотопы в исследованиях, под ред. А. Н. Мурина, Л. — М., 1965 (совместно с др.); Старик И. Е., Основы радиохимии, 2 изд., Л., 1969; Вдовенко В. М., Современная радиохимия, М., 1969; Мурин А. Н., Физические основы радиохимии, М., 1971; Несмеянов Ан. Н., Р, М., 1972.

Ан. Н. Несмеянов.

	Copyright © 1999-2023 Oval.ru, All Rights Reserved.