ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Определение коэффициентов диффузии (самодиффузии) в твердых телах и в жидкостях из "Радиоактивные индикаторы в химии основы метода Издание 2" Постановка задачи. Знание коэффициентов диффузии (самодиф-фуз.ии) в твердых и жидких веществах дает возможность сделать важные выводы о характере диффундирующих частиц, силах меж-молекулярного взаимодействия и структурных особенностях диффузионной среды. [c.257] Определение коэффициентов диффузии одного вещества в другое (с иным химическим составом) может быть, в принципе, выполнено не только с помощью радиоактивных изотопов, но и посредством обычных химических методик. Однако при температурах, значительно более низких, чем температура плавления вещества, диффузия обычно протекает медленно, и поэтому количество вещества, проникающего диффузионным путем в другое вещество за разумное время эксперимента (не больше нескольких суток), столь мало (10 ° г и менее), что никаким другим путем, кроме метода радиоактивных индикаторов, определить его массу не удается. [c.257] Другая задача — исследование процессов самодиффузии, т. е. перемещения атомов какого-либо элемента, входящего в состав вещества, в среде этого же вещества, принципиально может быть решена только с помощью радиоактивных индикаторов. Диффузионное поведение разных изотопов одного и того же элемента в большинстве случаев различается мало (изотопные эффекты малы), и поэтому обычно принимают, что диффузия радиоактивных атомов протекает с такой же скоростью, что и диффузия стабильных атомов исследуемого элемента. [c.257] Вид рещенця уравения (7.26) зависит от условий эксперимента (так называемых граничных условий). Для определения коэффициентов диффузии (самодиффузии) разработано большое количество различных методов. Рассмотрим некоторые из них. [c.258] Определение коэффициента самодиффузии твердых веществ методом снятия слоев. При определении коэффициента самодиффузии этим методом на диск или брусок вещества, самодиффузию нейтральных атомов или ионов в котором хотят исследовать, наносят слой того же вещества, содержащего радиоактивный индикатор (путем электролиза, выпариванием раствора или каким-либо иным способом). Образец в инертной атмосфере нагревают до температуры Т, при которой хотят определить коэффициент самодаф-фузии, и выдерживают его при этой температуре в течение времени t, достаточного для проникновения радиоактивных атомов на заметное расстояние от поверхности образца. Так как диффузия на поверхности протекает с иной скоростью, чем в объеме, остывший до комнатной температуры образец обтачивают с краев и затем определяют концентрацию радиоактивных атомов на различной глубине образца. С этой целью на токарном станке, микротомом, электрохимически, растворением в кислоте или каким-либо иным путем снимают тонкие слои (толщиной от нескольких микрон до 100 микрон) вещества и определяют их активность. Зная точную толщину каждого слоя, по результатам измерения активности находят зависимость концентрации диффундировавшего изотопа от расстояния. Реальная кривая изменения концентрации радиоактивного изотопа Си от глубины его проникновения в монокристалл меди, полученная при 1336° К и при длительности отжига /=4ЛХ X 10 сек, показана на рис. 84. [c.258] Все величины, входящие в правую часть уравнения (7.32), известны, так как время самодиффузии задано, условиями опыта, а tgв можно найти из графика. Проводя аналогичные опыты с другими образцами при разных температурах, получают данные, позволяющие с помощью уравнения (7.27) найти температурную зависимость коэффициента самодиффузии и рассчитать энергию активации процесса. [c.259] Капиллярный метод определения коэффициентов диффузии (самодиффузии) в жидкостях, при определении коэффициептоз диффузии (самодиффузии) этим методом вещество, содержащее известное количество радиоактивного индикатора /о, помещают в запаянный с одного конца капилляр. Если требуется, например, исследовать поведение иодид-иона, то таким веществом может быть раствор, например, иодида натрия, меченного иодом-131. Капилляр с раствором помещают в большой сосуд с чистой водой. (Если нужно определить величину коэффициента самодиффузии иодид-иона, то вместо чистой воды используют раствор нерадиоактивного йодида натрия той же концентрации, что и у радиоактивного раствора.) Весь сосуд термостатирован, а жидкость в нем интенсивно перемешивают. Внутренний диаметр капилляра должен быть так мал (как показано экспериментально, менее 0,9 мм), чтобы не происходило вымывания радиоактивного вещества из капилляра за счет перемешивания при скоростях перемешивания не выше 300— 500 об1мин. [c.260] Отметим, что при исследовании самодиффузии иона Na+ в растворе достаточно высокой концентрации (2 М по Nal) явления.адсорбции и коллоидообразования практически не играют роли. [c.261] Вернуться к основной статье