Понятие и границы микро концентрационного уровня. Значение микро концентрационного уровня растворов в общей и прикладной радиохимии: особенности поведения радионуклидов-микрокомпонентов в водных растворах. Формы состояния радионуклидов-микрокомпонентов в водных растворах.
Понятие микро концентрационного уровня вещества используется достаточно широко, но строгого определения, а особенно численного значения, которое позволило бы ту или иную примесь отнести к микро примесям или определить содержание, как микро концентрации, нет. Мы можем выдвинуть несколько оснований, которые позволили бы отнести тот или иной компонент к микрокомпонентам.
1. Содержание (концентрация) данного компонента в изучаемой системе. Это самое доступное и тривиальное определение, но его недостатком будет являться то, что отнесение компонента к микрокомпоненту в этом случае будет зависеть от уровня развития аналитической химии.
2. Влияние на свойства системы. Это основание получило свое развитие с развитием тонкой химической технологии, получением особо чистых веществ. В природе абсолютно чистых веществ не существует. Появление абсолютно чистого вещества сразу же вызвало бы возникновение самопроизвольно и необратимо протекающего интенсивного процесса растворения в этом веществе компонентов окружающей среды и ее примесей. Существуют примеси, присутствие которых в микро концентрациях влияет на макро свойства объекта: полупроводники, фосфоры и т. д. В этом случае задача может быть двоякой. С одной стороны, необходимо получение особо чистого вещества, а с другой – возникает необходимость строго дозированного введения примеси.
3. Аномалии собственного поведения вещества в микро количествах в физических и физико-химических процессах. В технологии получения особо чистых веществ они (т. е. особо чистые вещества) рассматриваются как предельно разбавленные растворы примесей, которые характеризуются тем, что межмолекулярное (межионное) взаимодействие сохраняется только между основными компонентами и микро примесями. Ионы и молекулы микро примесей хаотически распределяются в макрокомпоненте и полностью сольватируются с максимальным координационным числом. Поэтому дальнейшее разбавление не изменяет энергии взаимодействия молекулы микро примеси с окружающими ее молекулами основного компонента. Понятие микро примесь и соответствует достижению такого предельного разбавления. Взаимодействие ионов и молекул микро примеси В с молекулами растворителя А, находящимся не только в непосредственном окружении, но и в удаленных объемах раствора, приводит к известной нейтрализации ионных и молекулярных полей микрокомпонентов. Поэтому реакция
сдвинута влево, и вероятность образования между примесями химических соединений или ассоциатов (В-В) в результате крайне редких соударений сольватированных частиц (А-В) ничтожно мала.
Свои определения понятия микрокомпонента можно дать и применительно к особенностям поведения в некоторых процессах. Например, в процессе осаждения из водных растворов микрокомпонент можно определить как вещество, присутствующее в растворе, которое при обычных условиях не осаждается из-за низкой концентрации или высокой растворимости. (В противоположность, макрокомпонент – вещество, содержащееся в растворе в такой концентрации, что его можно осадить добавление соответствующих компонентов.) Ясно, что такое определение не дает определенной границы, позволяющей отнести ту или иную примесь к микрокомпоненту, но позволяет утверждать, что в конкретном физико-химическом процессе и в определенных условиях примесь ведет себя как микрокомпонент. Этому подходу соответствует и определение микрокомпонента, как вещества, подчиняющегося закону Генри в процессах межфазного распределения.
Проблема поведения микро примесей традиционно решалась в рамках радиохимии. Это явилось, прежде всего, следствием того, что радиометрический метод является простым и доступным методом, позволяющим следить за поведением микрокомпонентов в сложных системах, особенно в тех случаях, когда другие аналитические методы имеют концентрационные ограничения или, в случае определения микро количеств, отличаются трудоемкостью или являются малодоступными.
Например, удельная активность Ra-224 (Т>1/2 = 3,66 сут., Е = 5,686 МэВ) составляет 370 кБк/л, что более, чем достаточно для регистрации, но концентрация радия составляет 2,8·10>-13 моль/л.
Присутствие в растворе радионуклидов может вызвать изменение состава раствора, что связано не только с влиянием ионизирующих излучений, что будет рассмотрено далее в части, посвященной химическому действию излучений, но и с появлением в результате радиоактивного распада других стабильных и радионуклидов. Например, существует раствор CaCl>2 концентрации 1 г/л, содержащий SrCl>2 с концентрацией 10>-3 г/л. Как будет изменяться состав раствора со временем? В идеальном случае – он будет оставаться постоянным. Если в растворе присутствует вместо Sr изотоп >90Sr, то, даже не оценивая возможность осуществления радиационно-химических процессов, ясно, что в результате радиоактивного распада
![](data:image/png;base64,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)
в растворе будет накапливаться цирконий, химические и физико-химические свойства которого кардинально отличаются от свойств стронция, а концентрация которого будет изменяться со временем (рис. 1.1.). Наступит момент, когда накопившийся цирконий станет влиять на свойства системы в целом, что невозможно не учитывать.
Рис. 1.1. Изменение состава раствора Sr-90 активностью 1 Ku/мл.
Исторически аномальное поведение микроколичеств вещества прежде всего было отмечено при изучении свойств таких элементов, как Tl, Pb, Bi, Po, Ra (членов природных радиоактивных семейств) при концентрациях 10>-8 – 10>-14 моль/л. Наблюдались аномалии двух видов: «исчезновение» из растворов и «неподчинение» основным закономерностям, характерным для поведения макроколичеств этих элементов в особенно в процессах межфазного распределения – сокристаллизации, соосаждения, экстракции, сорбции и других. Эти аномалии поведения микрокомпонентов необходимо учитывать не только при решении исследовательских и аналитических задач, но и при разработке технологии извлечения, концентрировании и других технологических проблем.