ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Разделение стабильных изотопов Теоретические основы из "Химия изотопов Издание 2" Разделение изотопов было бы невозможным, если бы их физические и химические свойства были совершенно тождественными. Такая тождественность, однако, нарушается благодаря разным массам изотопных ядер. Это вызывает изменения в свойствах, которые очень невелики, но все ж е достаточны для успешного разделения изотопов в их природных смесях. [c.54] Некоторые методы разделения непосредственно основаны на разных массах изотопных молекул, атомов или ионов. К ним относятся электромагнитное разделение в масс-спектрометрах или аналогичных приборах, разделение путем диффузии и центрифугирования. Более разнообразны и чаще применяются способы разделения, основанные на различиях в таких свойствах, которые зависят от разных нулевых энергий колебаний как атомных ядер в молекулах, так и самих молекул в кристаллических решетках или жидких телах. Разные нулевые энергии колебаний у изотопов также зависят от разных масс их ядер. [c.54] Как будет показано в главе 7, нулевая энергия входит в виде очень существенного слагаемого в термодинамические функции, определяющие многие основные физико-химические свойства тел, а также условия протекания их реакций. Изменения в величинах нулевой энергии влияют на летучесть, константу равновесия, скорость реакций и т. д. Различия в этих свойствах, вызванные заменой одного изотопа другим, были с большим успехом использованы для их разделения. [c.55] Рассмотрим три примера. [c.55] В то время как для изотопов водорода в обоих примерах нулевые энергии различаются на 40%, для изотопов хлора эти различия составляют лишь 0,07%. Очевидно, что разделить изотопы хлора гораздо труднее, чем разделить изотопы водорода, и понятно, почему первые крупные успехи в разделении изотопов были достигнуты с водородом. [c.55] В большинстве случаев различия в физико-химических свойствах правильнее характеризовать не отношением, а разностью нулевых энергий, которая, очевидно, также тем больше, чем легче элемент. Приведенные примеры достаточно поясняют, насколько возрастают с увеличением атомного веса затруднения в разделении изотопов, если для этого пользоваться свойствами, основанными на различии нулевых энергий. [c.55] Для разделения изотопов тяжелых элементов выгоднее пользоваться свойствами, изменение которых существенно зависит от разностей масс, а не от их отношений, например центрифугированием, термодиффузией и электромагнитными методами. Однако это не всегда согласуется с практическими условиями разделения. [c.55] Многочисленные попытки разделения изотопов ряда элементов, предпринимавшиеся до 1933 г., имеют сейчас лишь исторический интерес, и здесь можно ограничиться кратким упоминанием о них [2, 78]. После уже упоминавшихся опытов Астона, пробовавшего разделить изотопы- неона диффузией и перегонкой, были применены также и другие способы центрифугирование, молекулярное испарение, эффект Соре, электролиз и проч. Почти все они дали или отрицательные результаты, или изменения, находящиеся на грани точности измерений. Лучшие результаты были достигнуты в 1921 г. Гаркинсом, получившим после многократно повторенной диффузии, соединенной с испарением, две фракции ртути, отличавшиеся на 0,19 единицы атомного веса. [c.56] Следует отметить, что в этих попытках применялись иногда те же методы, которые позже привели к большим успехам и сейчас составляют основу техники разделения изотопов. Таким образом, прежние неудачи объяснялись не столько неправильным выбором методов, сколько неправильной их реализацией недостаточно частым повторением операции однократного обогащения, недостаточно тщательным разделением фракций, а также недостаточно отчетливыми сведениями о теории процесса и о наиболее выгодных условиях его ведения. [c.56] В настоящее время задача разделения изотопов любых элементов в принципе разрешена, а в некоторых случаях осуществлена в технических масштабах. Тем не менее, она продолжает оставаться самой трудной задачей препаративной химии, гораздо более трудной, чем, например, задача разделения редкоземельных элементов или платиновых металлов. [c.56] Вернуться к основной статье