Помоги проекту - поделись книгой:
При радиоактивном распаде происходит излучение альфа- или бета- (электроны, позитроны) и гамма-лучей. Из опытов Беккереля мы знаем, что эти лучи действуют на фотографическую пластинку так же, как действует на нее свет. Обнаружение радиоактивных излучений с помощью фотопластинок начало развиваться на заре исследований радиоактивности.
Уже в 1904 году русский врач Лондон применял фотопластинки для регистрации наведенной радиоактивности тела животных, помещенных в сосуды с газом радоном. Эта активность на теле животных получалась за счет осаждения радиоактивных изотопов — продуктов распада радона.
Теперь ученые широко используют фотографический способ для обнаружения радиоактивных изотопов. Этот метод получил название радиографии, а снимок — радиоавтографа. Для получения радиоавтографа предмет, содержащий радиоактивный изотоп, прикладывается в темноте к фотопластинке и выдерживается некоторое время. Далее пластинка проявляется. В местах, на которые действовало радиоактивное излучение, появляется потемнение. С полученного таким образом негатива печатается снимок. На снимке светлые места соответствуют участкам, где скапливается радиоактивный элемент. На рис. 13 показан негатив и позитив коренных зубов собаки, концентрировавших радиоактивный натрий, а на рис. 14 — радиоавтограф минерала, содержащего уран.
Радиоактивное излучение может быть обнаружено еще следующим путем. Представим себе, что в цилиндр с поршнем введен чистый водяной пар. С помощью поршня быстро увеличим объем, занимаемый паром, настолько, чтобы пар переохладился. Если в цилиндре нет заряженных частиц, пар останется паром. Если же в цилиндре есть какие-нибудь заряженные частицы, например ионы, то начнется образование тумана — ионы служат центрами, вокруг которых образуются мельчайшие водяные капельки. Так как альфа- и бета-лучи ионизируют воздух, то на пути каждой альфа-частицы или электрона, попадающего в такой цилиндр, т. е. в пространство с переохлажденным паром, возникнет полоска тумана. Полоски можно наблюдать глазом или сфотографировать и по ним считать отдельные частицы, выбрасываемые из ядер атомов. На этом принципе построен специальный прибор — камера Вильсона.
Радиоактивное излучение ионизирует воздух, делает его проводником электрического тока. Поместим радиоактивное вещество в металлическую камеру, в центре которой укреплен металлический стержень, не соприкасающийся с ее стенками. Такая камера называется ионизационной. Присоединим к камере и стержню электрическую батарею. Благодаря присутствию радиоактивного вещества воздух ионизируется и между стержнем и стенкой цилиндра будет протекать электрический ток. Ток этот тем больше, чем интенсивнее излучение. Силу тока можно измерить электрометром. Электрометр — это прибор, в котором тончайшая металлическая нить, соединенная со стержнем металлической камеры, находится между двумя пластинками противоположного знака. Если нить соединена с землей, то электрический ток течет в землю. Если же нить отъединить от земли, то на стержне и на нити будет накопляться электрический заряд, и нить будет перемещаться к пластинке, заряженной электричеством противоположного знака. Перемещение нити идет тем быстрее, чем больше радиоактивного вещества находится в камере. Движение нити наблюдают в микроскоп. Скорость движения нити является мерой интенсивности излучения. На рис. 15 показана схема ионизационной камеры с электрометром.
В настоящее время наиболее распространенным прибором для регистрации радиоактивного излучения является счетчик Гейгера-Мюллера. При различного рода исследованиях применяют счетчики различных конструкций. Одна из них представляет собой тонкостенный стеклянный баллон диаметром, равным 1–2 сантиметрам, и длиной в 10–20 сантиметров. Стенки баллона изнутри покрыты слоем металла, концы баллона запаяны, и по оси его натянута металлическая нить, изолированная от покрытия стенок. Баллон наполнен смесью аргона и паров спирта при давлении, равном приблизительно 10 сантиметрам ртутного столба. Покрытие стенок присоединяется к источнику высокого напряжения в 1000–2000 вольт, а нить через высокое сопротивление заземлена (рис. 16).
Если в такой счетчик проникает электрон, то он ионизирует некоторое количество молекул газа, находящегося внутри счетчика. Образовавшиеся при этом электроны вследствие высокой разности потенциалов между электродами счетчика с большей скоростью устремляются к нити, производя при этом ионизацию новых молекул газа. Таким образом, число электронов растет подобно снежной лавине, начинающейся с падения небольшого комка снега. В итоге происходит разряд. В момент разряда по сопротивлению к земле будет течь ток. Вследствие этого на сопротивлении возникнет импульс напряжения, который усиливается специальным прибором и регистрируется с помощью электросчетчика. Электросчетчик отвечает на каждую проникшую в газовый счетчик частицу перемещением стрелки на одно деление. При помощи счетчика Гейгера-Мюллера можно определить интенсивность излучения или количество распадающихся атомов радиоактивного элемента по числу зарегистрированных в единицу времени импульсов тока.
Если в счетчик проникают гамма-фотоны, то они выбивают из стенок счетчика электроны, которые в итоге и вызывают в счетчике разряд. Счетчик фотонов может быть толстостенным. Для регистрации альфа-частиц и электронов малой энергии, которые не могут проникнуть внутрь счетчика через его стенку, применяют счетчики специальной конструкции с окошками, закрытыми тонкой слюдой, или применяют счетчики, конструкция которых позволяет вводить препарат внутрь счетчика. На рис. 17 показан общий вид одной из отечественных установок для регистрации излучения радиоактивных элементов с помощью счетчика Гейгера-Мюллера.
Альфа-частицы могут быть обнаружены и сосчитаны и по сцинтилляциям — световым вспышкам, которые получаются при попадании альфа-частиц на экран из сернистого цинка. Сцинтилляции можно наблюдать в темноте с помощью микроскопа.
Сцинтилляционный метод широко применяется в настоящее время и для регистрации электронного и гамма-излучения. Однако электроны вызывают настолько слабые вспышки света на сцинтиллирующем экране, что регистрация их возможна лишь с помощью специального прибора. Таким прибором является фотоумножитель, перед стеклянным окошком которого ставится сцинтиллирующий экран.
Фотоумножитель представляет собой откаченный до глубокого вакуума небольшой цилиндрический стеклянный баллон, в котором размещены катод, эмиттеры и анод (коллектор). На рис. 18 приведена схема устройства и включения электронного умножителя. На эмиттеры подается со специального прибора (делителя напряжения) возрастающее от первого к последующим эмиттерам напряжение. Анод является фактически последним в ряду эмиттеров и к нему так же подается напряжение, большее, чем у последнего эмиттера. На катод подается отрицательное напряжение порядка 1000–1500 вольт. Излучение радиоактивных изотопов попадает на сцинтиллирующий экран или специальный кристалл — фосфóр, который ставится перед окном фотоумножителя. Под действием световых фотонов с поверхности катода вырываются электроны, которые фокусируются и ускоряются в электрическом поле между катодом и первым эмиттером. Обычно используют сурмяно-цезиевые катоды, из которых электроны легко выбить. Попадая на первый эмиттер, электроны вырывают из его поверхности новые электроны в большем числе. Последние под действием электрического поля движутся, все ускоряясь, ко второму эмиттеру и вырывают из его поверхности еще большее число электронов, которые устремляются к следующему эмиттеру, и так до тех пор, пока все электроны не попадут на анод. Число электронов, попадающих на анод, в сто тысяч — миллион раз больше числа электронов, срывающихся с катода. Число последних обычно не превышает тысячи. Таким образом, на появление в кристалле фосфóра одной ионизирующей частицы радиоактивного излучения фотоэлектронный умножитель отвечает кратковременным электрическим сигналом, сила которого достаточна для регистрации его с помощью радиолампового усилителя и электромеханического счетчика. Каждому электрону или фотону, попадающему на катод фотоумножителя, электромеханический счетчик отвечает перемещением стрелки на одно деление.
В качестве фосфóров можно использовать кристаллы иодистого натрия с таллием, антрацена, нафталина, вольфрамата кальция, некоторые жидкости и растворы, например раствор терфенила в ксилоле.
Сцинтилляционные счетчики отличаются большой эффективностью регистрации всех видов радиоактивного излучения.
Мы описали лишь наиболее распространенные методы регистрации радиоактивных излучений.
В основе большинства явлений природы и искусственных процессов, проводимых в лабораториях и промышленности, лежит движение атомов и молекул. С движением атомов и молекул связаны: течение рек, движение воздуха, рост растений, разложение их при гниении, усвоение пищи животным и человеком, горение ракеты, взрыв динамита и т. д. Атомы во многих из этих процессов не только перемещаются, но и меняют партнеров, с которыми они были соединены, образуют новые химические соединения, новые вещества. Изучение природных и лабораторных процессов, следовательно, связано с наблюдением за перемещением атомов. Наука нашла много тончайших методов исследования, однако один из этих методов отличается такими возможностями, которые не таят в себе другие. Он позволяет наблюдать движение в самых сложных и скрытых химических и физических процессах и называется методом «меченых атомов».
Ученые давно мечтали о том, чтобы пометить атомы, как метят птиц и других животных, за которыми хотят провести наблюдение. Кольцо на ноге птицы или какая-либо другая отметка на теле животного дает возможность определить, далеко ли животное уходит от места метки, куда и какими путями улетают на зиму птицы, как долго живут рыбы и т. д. С помощью таких меток удалось, например, установить, сколько лет живут щуки, что угри из рек Европы и Америки уходят метать икру в Саргассово море, где умирают и откуда через несколько лет молодое поколение угрей приплывает в реки Западной Европы и Америки.
Метод меток распространен довольно широко. Так, в поисках подземного пути рек в горных местностях гидрологи примешивают к воде рек краски, которые позволяют доказать по выходу окрашенной воды из-под земли в нескольких километрах ниже по течению от места, где была влита краска, связь двух рек между собою. Так с помощью флуоресцена — краски, которая даже при очень сильном разбавлении легко заметна, удалось доказать подземную связь Дуная с рекой, текущей от нее в нескольких километрах.
Недавно способ метки был применен пчеловодами. В улье находится до сорока тысяч пчел, и наблюдение за отдельными группами пчел невозможно без их метки. Пчеловоды делают улей с прозрачной крышей, а пчел, вылетающих на сбор корма, метят краской у поставленных на разных расстояниях и в разных направлениях от улья кормушках. За поведением отмеченных краской пчел легко проследить в улье с прозрачной крышей. Пчеловодам удалось таким путем узнать многие тайны жизни пчел.
Но не можем же мы превратиться в микроскопических гномов, уменьшиться в миллиард раз, чтобы атомы стали для нас подобны пчелам и мы смогли бы их видеть и пометить. Что же делать? Как можно пометить атомы? Только ли глазом можно следить за движением тел? Вспомните прогулку в лесу за грибами. Вы потеряли своего товарища, но вот слышите повторяющийся возглас «ау!» и по этому возгласу легко определяете его местоположение. Значит, по звуку можно следить за движением так же, как с помощью зрения. Теперь представьте себе самолет, который в тумане или ночью идет на посадку. Посадочный аэродром непрерывно посылает в эфир радиосигнал, а летчик принимает этот сигнал с помощью специального приемника и ведет самолет к месту посадки так же точно, как если бы он его видел. Представьте себе корабль, получивший повреждение; его радиостанция непрерывно посылает сигналы бедствия. Эти сигналы позволяют установить местопребывание судна. Представьте себе, наконец, радиолокационную станцию, которая на огромном расстоянии может проследить за движением самолета, корабля, подводной лодки, воспринимая отражение посылаемой ею волны от отыскиваемых целей.
Читателю уже известно, что радиоактивные атомы способны посылать сигнал в виде излучения и что этот сигнал с помощью приборов, описанных в предыдущем разделе, может быть принят — зарегистрирован.
Впервые, как уже было рассказано выше, этот сигнал атомов — радиоактивное излучение — был принят и зарегистрирован Анри Беккерелем при исследовании соединений элемента урана. Этим же воспользовались и Мария и Пьер Кюри при поисках радия и полония. Излучение радия и полония являлось, следовательно, природной меткой, по которой супруги Кюри обнаружили и выделили эти элементы.
Описанные примеры показывают, что радиоактивное излучение может служить для атомов меткой, с помощью которой можно проследить их местонахождение. Но надо иметь в виду, что радиоактивное излучение — это результат радиоактивного распада, и, следовательно, мы можем зарегистрировать только гибель атома, его превращение в другой атом. Вспомним, что радиоактивному распаду подвергаются не все радиоактивные атомы одновременно, распад происходит постепенно, в течение времени, которое зависит от свойств данного радиоактивного элемента, от его периода полураспада. Например, количество атомов радиоактивного фосфора 32 убавится наполовину за 14,3 дня, радиоактивного золота 198 за 2,7 дня, радиоактивной меди 64 за 12,9 часа и т. д.
В процессах, за которыми производят наблюдение с помощью метода меченых атомов, участвует такое большое количество атомов, что превращение даже десятков и сотен тысяч их практически не меняет общего числа атомов, общего количества вещества, убыль его остается незаметной для наблюдателя.
Как уже было сказано, в природных и лабораторных процессах обычно участвуют огромные количества атомов. При этом поведение одинаковых атомов — атомов одного и того же элемента — в одном и том же процессе одинаково. Например, атомы элемента кальция и фосфора, попадающие с пищей в организм человека, идут на построение костных тканей, атомы иода скапливаются в щитовидной железе и т. д. Неотличимо ведут себя и изотопы одного и того же элемента. Если приготовить смесь радиоактивных и нерадиоактивных атомов одного и того же элемента — смесь изотопов, то отделить атомы радиоактивного изотопа от атомов нерадиоактивного изотопа очень трудно. В большинстве природных и лабораторных процессов радиоактивные изотопы ведут себя совершенно так же, как и нерадиоактивные. Например, при сжигании серы, содержащей смесь атомов радиоактивного и нерадиоактивного изотопа, с кислородом соединяются и радиоактивные и нерадиоактивные атомы. При попадании смеси радиоактивных и нерадиоактивных атомов какого-либо элемента внутрь организма человека или животных оба вида атомов ведут себя химически и физически неотличимо.
Однако каждый атом радиоактивного изотопа рано или поздно распадается и дает сигнал в форме излучения. Если же в смеси атомов имеется достаточно большое количество радиоактивных атомов, то они распадаются непрерывно один за другим, все время сигнализируя о местопребывании и движении всей массы атомов данного элемента.
Мы теперь видим, что достаточно к веществу, за которым хотят провести наблюдение, подмешать молекулы этого же вещества, содержащие в своем составе атомы радиоактивного изотопа, чтобы в течение всего процесса знать местопребывание всей массы данного вида атомов по испускаемому атомами изотопа излучению. Метод меченых атомов, следовательно, — это способ наблюдать за поведением данного вида атомов в каком-либо процессе с помощью его радиоактивного изотопа.
Для проведения опыта с использованием метода меченых атомов получают радиоактивные изотопы, а из них — вещества, необходимые для исследования, часть молекул которых содержит радиоактивные атомы. По излучению, исходящему от радиоактивных молекул, следят за поведением и движением таких же молекул, но не содержащих радиоактивных атомов, — следят за всей массой вещества.
Не только радиоактивные изотопы могут быть использованы для метки атомов. У ряда химических элементов таких важных, например, как кислород и азот, нет радиоактивных изотопов с достаточно большой продолжительностью жизни. В этом случае используют нерадиоактивные изотопы элемента, за которым хотят вести наблюдение, с массой, отличающейся от средней массы атомов природного элемента.
Примешивая, например, к обыкновенной воде воду, содержащую кислород с массовым числом 18 (обычный кислород имеет массовое число 16), можно наблюдать за поведением всей массы кислорода по его изотопу с массой 18. Для наблюдения за движением атомов в этом случае используют масспектрометр — прибор, в котором можно определить массу отдельных групп атомов.
Метод меченых атомов в настоящее время широко применяется в различных областях науки; в ряде случаев он облегчает наблюдение за происходящими процессами, а часто без применения этого метода наблюдение невозможно.
Метод меченых атомов позволяет исследовать распределение любого вещества в той или иной среде, решить, где находится то или иное вещество, например найти распределение фосфора между шлаком и сталью, установить распределение иода или другого элемента в животном или растительном организме, изучить распределение легирующих металлов в стали при ее выплавке и т. д.
Метод меченых атомов дает возможность изучить направление движения того или иного вещества; найти, откуда пришли в данную систему те или иные атомы и куда они направятся дальше, например проследить движение невидимого газа, не обладающего запахом, в вентиляционной системе; изучить перемещение различных элементов в живом организме, в частности вытеснение одних атомов в ней другими; исследовать процессы изнашивания деталей машин и пр.
Далее этот метод позволяет проследить превращение одних веществ в другие в химических лабораторных, производственных и биологических процессах.
Метод меченых атомов также помогает решать задачи, связанные с определением малых количеств вещества, например при процессах растворения малорастворимых веществ, испарения малолетучих веществ, в химическом анализе состава или при определении количественного содержания того или иного вещества и т. д.
Рассмотрим ряд примеров, характеризующих метод меченых атомов.
Химия — наука о превращении веществ. Превращение же веществ это — перемещение атомов. В связи с этим метод меченых атомов находит самое широкое применение в химии; он позволяет сделать тончайшие анализы состава вещества и содержания в нем тех или иных элементов, установить наличие едва заметных примесей, исследовать механизм течения химических реакций, определить строение молекул, найти растворимость вещества и решить многие другие задачи химии.
Рассмотрим примеры применения меченых атомов в химии.
Поведение атомов в растворах. Всыплем в стакан с водой ложку поваренной соли и размешаем. Соль растворится в воде; ее частицы равномерно распределятся между молекулами воды, образуя однородную жидкость.
Если мы прибавим к полученному раствору еще немного соли, то и она растворится. В 100 граммах воды при температуре 20° можно растворить 35,77 грамма поваренной соли. Но если к такому раствору прибавить еще соли, она уже не будет растворяться, как бы долго мы ее ни перемешивали. Раствор, который уже не может растворять новые порции вещества, называют насыщенным, а количество граммов вещества, которое содержится в 100 граммах насыщенного раствора, — растворимостью.
Одни вещества растворяются лучше, другие хуже. Сахар растворяется в воде очень хорошо, столовая соль хуже, а мел совсем плохо.
Происходят ли какие-нибудь изменения с кристаллами соли, если их бросить в насыщенный раствор? Представим себе, что к насыщенному раствору обычной столовой соли прибавлены кристаллы соли, содержащей в своем составе радиоактивный натрий. Через несколько минут мы обнаружим, что в растворе появились радиоактивные атомы натрия, которые можно легко обнаружить, отделив раствор и измерив его активность. Через несколько десятков минут радиоактивность раствора достигает наибольшего значения. Это явление можно объяснить только следующим образом. Молекулы хлористого натрия отрываются от поверхности кристалла и переходят в насыщенный раствор, на их место сейчас же становятся молекулы из раствора. Значит, в насыщенном растворе все время идет обновление кристаллов.
Если вещество растворяется в воде более или менее хорошо, то определить его растворимость нетрудно. Для этого получают насыщенный раствор, взвешивают небольшое его количество, а затем выпаривают из него воду и взвешивают сухие кристаллы. После этого рассчитывают, сколько вещества содержится в 100 граммах раствора.
А как быть, если вещество растворяется в воде очень плохо? На современных точных аналитических весах можно взвесить 100–200 граммов вещества с точностью до 0,0002 грамма, на микровесах несколько граммов с точностью до 0,000002 грамма, на специальных весах, представляющих собой кварцевую пружинку, можно взвешивать с точностью до 0,000000001 грамма, но не более 0,000000025 грамма, а для определения растворимости надо взвесить и вещество и сосуд, а сосуд всегда весит несколько граммов. Поэтому с помощью весов определить растворимость малорастворимых веществ нельзя. Здесь снова на помощь приходят меченые атомы.
Предположим, что нам нужно определить растворимость какого-либо вещества. Как известно, мел в воде практически не растворяется. Мел — это углекислый кальций; молекулы мела состоят из кальция, углерода и кислорода. Для опыта возьмем мел, в котором часть атомов кальция радиоактивна. Определим с помощью счетчика радиоактивность одного миллиграмма мела. Затем приготовим обычным путем насыщенный раствор, выпарим определенное количество его и найдем с помощью счетчика активность остатка после выпаривания.
Дальше, разделив активность остатка на активность миллиграмма мела, найдем количество мела в остатке после выпаривания и, наконец, рассчитаем содержание его в 100 граммах раствора.
Таким путем была определена растворимость многих веществ, которые считаются практически нерастворимыми.
Устойчивы ли молекулы? На столе лежит белый порошок. Это бариевая соль угольной кислоты — углекислый барий (BaCO3). В его состав введен радиоактивный углерод.
Измерим величину его радиоактивности с помощью счетчика и оставим углекислый барий на столе. Мы заметим, что активность соли будет постепенно уменьшаться. Но уменьшение происходит не за счет распада радиоактивного углерода, так как период его полураспада велик.
Что же происходит с углекислым барием?
Находящийся в воздухе углекислый газ (СО2) переходит в молекулы соли, а радиоактивный углерод постепенно уходит в воздух:
(звездочками помечены атомы радиоактивного углерода).
Молекулы углекислого бария, оказывается, неустойчивы; они все время обновляются, так же как обновляется кристалл в насыщенном растворе.
Рассмотрим, еще один пример. Иодистый этил (C2H5J) — это жидкость, кипящая при 72°. Иодистый этил можно испарить, а затем снова перевести в жидкость; молекулы его при этом не изменятся. Растворим иодистый этил, содержащий в своем составе радиоактивный иод, в спирте и добавим к нему иодистый натрий (NaJ). Покипятив некоторое время смесь и поместив ее в фарфоровую чашку, выпарим иодистый этил и спирт. В чашке останется только иодистый натрий. Соберем оставшийся иодистый натрий и с помощью счетчика измерим его активность. При этом мы обнаружим, что соль стала радиоактивной. Это означает, что радиоактивный иод из йодистого этила перешел в иодистый натрий. Произошла реакция обмена:
Внешне ничего в смеси не изменяется, но атомы меняются местами. Таким образом могут обмениваться атомы во многих соединениях, которые обычно считаются вполне устойчивыми.
Все ли атомы в молекулах ведут себя подобным образом? Нет. Многие атомы в молекулах прочно сохраняют свое место. Например, атомы серы в молекулах серной кислоты не меняются местами с атомами серы в других соединениях; углерод органических молекул также не обменивается с углеродом, находящимся в молекулах других веществ.
С помощью меченых атомов, таким образом, можно определить способность атомов к обмену. От этой способности зависят многие природные, лабораторные и производственные процессы, например распределение фосфора в организме. Это распределение связано с обменом.
Испаряются ли твердые вещества? С помощью обоняния можно обнаружить присутствие в воздухе крайне малых количеств пахучих веществ. Но обонянием невозможно определить количество вещества. Если же вещество не обладает запахом, то трудно обнаружить и его присутствие.
Запахом обладают не только газы, но и жидкости и твердые тела, например бензин, нафталин и т. п. Несомненно, что ощущение запаха связано с попаданием молекул пахучего вещества в нос, а из этого следует, что не только жидкие, но и твердые тела способны испаряться.
Испарение твердых тел идет весьма медленно, и в воздух попадает ничтожное количество молекул твердого вещества. Способность твердых тел к испарению оценивается по давлению образуемых ими паров.
Для измерения давления воздуха пользуются барометрами, для определения давления газа в закрытых сосудах — манометрами. С помощью этих приборов давление пара твердых тел измерять нельзя — оно очень мало. Как же можно определить малые давления пара?
На помощь приходят радиоактивные атомы.
Обычно малые давления пара измеряют методом испарения в вакуум с открытой поверхности или по истечению пара в вакуум сквозь маленькое отверстие. В первом случае количество вещества, испаряющегося в секунду, тем больше, чем больше поверхность, с которой идет испарение. Во втором случае оно зависит от величины отверстия сосуда, в котором помещено вещество. В обоих случаях количество испарившегося вещества растет с увеличением температуры, при которой выдерживается твердое вещество, и пропорционально времени испарения. Определив вес испарившегося вещества за некоторый промежуток времени с одного квадратного сантиметра поверхности или через отверстие известной площади, можно рассчитать давление пара.
Масса испарившегося вещества так мала, что непосредственно его взвесить невозможно. Однако можно собрать все испарившееся вещество на холодной поверхности. Пары твердого вещества на такой поверхности будут осаждаться так же, как осаждаются пары воды на холодной ложке, поднесенной к горячему чаю. Если твердое вещество содержало радиоактивные атомы, то при помощи счетчика можно обнаружить их присутствие на охлаждаемой поверхности. По числу отсчетов счетчика в минуту можно рассчитать число радиоактивных атомов и при его помощи вес испарившегося вещества, так как заранее известна доля радиоактивных атомов в данном веществе.
Если, например, известно, что 1 миллиграмм исходного вещества дает на счетчике 100 тысяч отсчетов в минуту, а при измерении излучения от испарившегося металла получается 100 отсчетов, то испарилось 0,001 миллиграмма вещества. Таким путем удалось измерить давление пара многих твердых веществ.
Метод меченых атомов позволил советским исследователям создать новый метод измерения малых давлений пара. При этом методе два одинаковых образца вещества, например металлических диска, один из которых содержит радиоактивный изотоп, помещаются в вакууме напротив друг друга и нагреваются до постоянной температуры. При этом атомы металла, испаряющиеся с поверхности каждого из образцов, сталкиваются с противоположной поверхностью и оседают на ней. Таким образом, между поверхностями обоих образцов идет непрерывный обмен атомами. Атомы, осевшие на поверхности металла, вследствие диффузии проникают в глубь образца. В результате этих процессов радиоактивный изотоп постепенно переходит в неактивный образец. Скорость перехода зависит от температуры образцов, их первоначальной активности, давления насыщенного пара и скорости диффузии. Если измерить со временем нарастание активности первоначально неактивного образца, то по этим опытным данным можно вычислить давление насыщенного пара и скорость диффузии одновременно. На рис. 19 приведена принципиальная схема прибора для измерения малых давлений пара тремя описанными методами. Отдельно нарисованы камера с малым отверстием, тигель с металлом для испарения с открытой поверхности и камера для проведения обмена между двумя образцами.
Атомы-контролеры. Химики умеют определять состав вещества, узнают, какие элементы и в каком количестве содержатся в исследуемом веществе. Определение качественного и количественного состава веществ при их промышленном производстве весьма важно. Не зная, насколько химически чист полученный продукт, нельзя говорить о его пригодности для тех или иных целей.
В промышленности часто приходится вести анализ сплава, содержащего золото, платину и иридий. Однако разделить эти три металла друг от друга очень сложно.
Для проверки одного из способов разделения металлов приготовляли смесь, содержащую заранее известные количества золота, платины и иридия, а затем производили их разделение. Вес выделенного золота был выше взятого, а вес иридия и платины ниже. Казалось, что при разделении золото загрязняется иридием и платиной, а иридий и платина выделяются чистые.
Поделиться книгой: