Разделение изотопов электролитического водорода

Испарение и унос влаги с газами из электролизера приобретают важное значение при использовании процесса электролиза для производства тяжелой воды. Предложено использовать естественные процессы испарения и уноса воды с газами из электролитических ячеек для отбора из ячеек конденсата, обогащенного тяжелым изотопом водорода, с целью создания непрерывной каскадной схемы разделения изотопов водорода без дополнительных затрат энергии на испарение воды из электролита. Более подробно этот вопрос будет освещен в VI главе. [c.81]

Коэффициент электролитического разделения изотопов водорода зависит от материала и состояния поверхности катода, его потенциала, состава электролита, наличия в нем добавок, плотности тока, температуры, длительности процесса электролиза и некоторых других факторов. Многочисленные исследования зависимости величины а от условий процесса электролиза дают плохо воспроизводимые и зачастую противоречивые результаты, что можно объяснить недостаточным учетом влияния всех факторов, определяющих величину коэффициента разделения. Из них наиболее важными в практическом отношении являются влияние на коэффициент а материала катода, температуры процесса и различных добавок к электролиту. [c.239]

Некоторый эффект разделения изотопов может наблюдаться при электролизе. Этот метод был использован для приготовления окиси дейтерия из воды и удобен при наличии дешевых-источников электроэнергии [20491. Электролиз был первым методом для разделения изотопов в широких масштабах, но его применение в основном ограничивается отделением дейтерия от водорода. Если обозначить отношение дейтерия к водороду в газе, выделяющемся при электролизе воды через Ru соответствующее отношение в воде через Rz, то коэффициент разделения а, равный Ri Ri, имеет величину 6, что определяет простоту увеличения концентрации дейтерия при электролизе больших количеств воды. Для других изотопов значение а достигает лишь 1,01, что делает метод малоэффективным. При электролитическом разделении изотопов преимущества системы противотока очевидны, поскольку они позволяют избежать потерь воды при получении высоких концентратов дейтерия. Газы, выделяющиеся на ступени N, соединяются с образовавшейся водой и добавляются к ступени N — 1). Пары воды, проходящие через эти газы, конденсируются и добавляются к ступени N -f 1). [c.461]

Ряд работ был посвящен электролитическому концентрированию тяжелой воды из щелочных и кислых растворов. Эффективность разделения обоих изотопов водорода в тех и других оказалась одного порядка и мало зависит от рода электролита и его концентрации. Хотя детально механизм разделения еще не выяснен, однако несомненно, что разделение зависит в первую очередь от вторичных электродных процессов и обмена между выделяющимися на катоде дейтерием и водородом воды [11. Поэтому можно было ожидать, что концентрирование тяжелой воды будет происходить в нейтральных растворах примерно с той же эффективностью, как в кислых и щелочных. Так как разделение изотопов водорода электролизом нейтральных растворов до сих пор не было описано, мы провели для проверки этого положения несколько сравнительных электролизов с разными электролитами. [c.275]

Полученные нами результаты являются новым подтверждением того, что при электролитическом разделении изотопов водорода различие в подвижностях Н+ и В+ или ОН и 0В , равно как и те или другие анодные процессы, не играют существенной роли. [c.276]

Полученные выше зависимости охватывают наиболее типичные случаи. Они применимы к любому методу разделения идеальной бинарной смеси, в котором использован принцип непрерывного процесса фракционирования. В случае применения обменных изотопных реакций а представляет некоторую степень константы равновесия [51, при диффузии а зависит от отношения коэффициентов диффузии обоих компонентов, при электролитическом разделении равно коэффициенту этого разделения и т. д. Эти зависимости позволяют простым путем рассчитать наиболее выгодные условия фракционирования изотопов в каждом отдельном случае. В частности, их легко распространить на электролитическое разделение изотопов водорода, ведущееся в виде непрерывного [c.297]

КОЭФФИЦИЕНТЫ ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКОГО РАЗДЕЛЕНИЯ ИЗОТОПОВ ВОДОРОДА И ПРИРОДА КАТОДНЫХ МЕТАЛЛОВ [c.125]

Анализ литературных опытных данных для коэффициентов разделения водорода и дейтерия позволил установить определенную функциональную связь между этими величинами и атомными радиусами металлов. С ростом атомного радиуса коэффициент электролитического разделения изотопов водорода уменьшается, В частности зависимость коэффициентов разделения водорода и дейтерия от атомных радиусов может быть выражена при помощи эмпирического уравнения следующего вида [c.125]

Разделение изотопов водорода проще всего достигается путем электролитического разложения воды. Это основной и самый простой способ получения высоких концентратов дейтерия в больших количествах. [c.99]

До сих пор не существует законченной теории электролитического разделения изотопов. От замедленного выделения водорода на катоде зависит хорошо известное в электрохимии явление перенапряжения водорода, которому было посвящено огромное количество исследований. Разные теории перенапряжения приписывают замедленное выделение водорода разным ступеням этого процесса. В ряде теоретических и тщательно поставленных экспериментальных исследований школы А. Н. Фрумкина было выяснено, что большей частью, но далеко не всегда, медленной ступенью, задерживающей весь процесс и вызывающей перенапряжение, является разряд иона водорода на катоде Н3О+ -Ь е = И Ч- Н2О с образованием адсорбированного атома. Несомненно, что электролитическое разделение изотопов водорода тесно связано с различным их перенапряжением, но связь эта сложна и ясно еще не установлена. Во всяком случае не обнаруживается простого параллелизма между величинами а и водородным перенапряжением на электродах из разных металлов. [c.100]

Исключительно высокая величина коэффициента электролитического разделения изотопов водорода определяет особенности ведения процесса. [c.101]

Для всех других элементов, кроме водорода, даже самых легких, коэффициент электролитического разделения очень близок к единице и поэтому этот способ разделения изотопов вряд ли для них имеет практические перспективы. [c.103]

Для всех других элементов, кроме водорода, коэффициент электролитического разделения изотопов близок к единице поэтому для них этот способ разделения вряд ли имеет практические перспективы. Результаты прямых опытных определений величин а даны в табл. 10, в которой помещены лишь [c.96]

Разделение изотопов. Простейшим примером разделения изотопов является отделение дейтерия от водорода. При электролизе воды более легкий изотоп водорода выделяется легче, чем более тяжелый. Это пример разделения изотопов с помощью конкурирующих реакций. Электролитический метод очень дорог, поэтому теперь на практике вместо него применяется метод обменных реакций [c.713]

В то время как относительное различие в массе изотопов для всех элементов, кроме самых легких, невелико, основные изотопы водорода различаются по массе в два раза. Это обусловливает относительно большее различие их свойств и облегчает их разделение. Влияние различия изотопов более сильно проявляется в физических свойствах, но обусловливает также и некоторое различие химических свойств. Так, при электролизе несколько легче подвергаются разложению молекулы воды, содержащие легкий изотоп, а молекулы, содержащие тяжелый изотоп, постепенно накапливаются в электролитической ванне. Это дает возможность, проводя процесс, многократно полностью разделить изотопы во-п.орода. [c.48]

Теория электролитического разделения. Вычисленные из свободной энергии обратимые потенциалы разряда водорода и дейтерия отличаются друг от друга очень мало, поэтому оба изотопа должны теоретически выделяться в почти равных количествах, а коэфициент разделения должен быть около единицы, [c.122]

С электролитическим разделением водорода и дейтерия связано также преимущественное выделение легкого изотопа при реакции металлов с водой или водными растворами кислот. Для сильно электроположительных элементов вроде лития, [c.124]

Однако необходимо указать, что найденный таким образом ток обмена не равен току обмена системы Н3О+1Н2, Р1, так как между реакционной способностью различных изотопов водорода имеется некоторое различие. Ток обмена между газообразным дейтерием и ионами дейтерия несколько меньше тока обмена между газообразным водородом и ионами водорода. На различиях в токах обмена (и, по-видимому, в перенапряжениях) основано электролитическое разделение водорода и дейтерия. При электролизе смеси из обычной и тяжелой воДы водород выделяется легче дейтерия, причем последний в виде тяжелой воды концентрируется в растворе. [c.574]

При электролитическом концентрировании тяжелого изотопа водорода коэффициент разделения а оказывает большое влияние на технологическую схему и экономичность производства, он зависит от материала и состояния поверхности катода, его потенциала, наличия добавок в электролите, температуры процесса электролиза, плотности тока, продолжительности процесса электролиза, состава электролита и др. [27, 195, 204, 205]. [c.138]

Все эти соображения оправдывают поиски более выгодных путей промышленного получения тяжелой воды. При современном состоянии вопроса заслуживают рассмотрения кроме обычного электролиза в виде последовательных стадий лишь следующие методы непрерывный электролиз в каскадном агрегате фракционная разгонка воды в многотарелочных колонках разделение изотопов в водороде, водяном паре или жидкой воде термодиффузионным методом. В литературе неоднократно указывалось на возможность применения этих методов для замены обычного электролитического метода или наиболее невыгодных первых его стадий. Все остальные многочисленные способы более или менее далеко идущего разделения изотопов водорода могут быть исключены из рассмотрения, поскольку речь идет о практических методах промышленного получения тяжелой воды. [c.278]

Разделение изотопов водорода электролитическим методом было открыто еще в 1932 г. Вашберном и Юрейем [22]. Сущность этого метода заключается в том, что при электролизе обыкновенной воды в неразложившемся остатке содержится повышенное (в 3— 10 [c.10]

Наилучшим методом разделения легких элементов оказался химический обмен. Поэтому он был успешно применен для разделения изотопов водорода, бора, углерода, азота, кислорода и серы. Но для элементов с более высоким атомным весом коэффициенты разделения при химическом обмене слишком близки к единице, и разделения практически не происходит. Если обменные реакции, происходяидие в середине колонки, почти обратимы и на их протекание затрачивается очень мало энергии, то реакщш на обоих концах колонки необратимы и требуют очень большого расхода химических реагентов. В производстве тяжелой воды этих трудностей можно избежать, применив двухтемпературный процесс, при котором флегма получается в соседней колонке при температуре, отличной от температуры первой колонки. Но этот л етод требует установки вчетверо большего размера. Флегма оказывается особенно экономичной, если она создает продукты, имеющие сбыт, такие, как Н9504, получающаяся при обогащении обменом между N0 и НКЮз, или электролитические водород и кислород, образующиеся на заводе по производству тяжелой воды в Трейле, [c.363]

Ректификационный аффинаж в ядерной энергетике применяется главным образом при аффинаже гексафторида урана, направляемого на завод по разделению изотопов урана, и при производстве безводного фторида водорода, являющегося сырьем электролитического производства фтора. Однако роль ректификации при производстве UFe в некоторых странах, например в России, ограничена, поскольку на ранней стадии развития ядерной энергетики были разработаны мощные аффинажные операции по гидрохимической очистке соединений урана, в связи с чем на многих заводах надобности в ректификационном аффинаже практически не возникло. В других странах, например в США и ЮАР, ректификация является ненременной аффинажной операцией по очистке гексафторида урана от примесей перед стадией разделения изотопов урана. [c.37]

Гориучи на основании исследований по электролитическому разделению изотопов водорода полагает, что выделение водорода на ртути совершается по механизму электрохимической десорбции и что замедленной стадией является присоединение электрона к адсорбированному молекулярному иону Н . Доводы Гориучи и его утверждение, что ни одного из двух значений коэффициентов разделения изотопов водорода Н и О, отвечающим двум различным группам металлов (около 3 для ртути и около 7 для никеля), нельзя получить на основании теории замедленного разряда, не были опровергнуты. Тем не менее нельзя согласиться с его отрицанием возможности замедленного протекания разряда. Теория замедленного разряда позволяет наиболее полно истолковать кинетику выделения водорода на ртути. Кроме того, она подтверждается также данными о конечной скорости акта разряда водородных ионов на платине. [c.374]

Представление о том, что на ртути выделение водорода совершается по механизму Фольмера— Гейровского (замедленный разряд с последующей электрохимической десорбцией водородных атомов), разделяется в настоящее время большинством электрохимиков. Необходимо, однако, отметить, что по Кобозеву, который отрицает возможность замедленного протекания разряда, перенапряжение водорода на ртути является результатом избыточной энергии свободных атомов водорода, эмитируемых с ее поверхности. Эмиссия свободных водородных атомов — это, по Кобозеву, наиболее эффективный путь отвода атомов водорода с поверхности любого металла, слабо адсорбирующего водород. Количественные расчеты, проведенные Фрумкиным и его сотр., не подтверждают, однако, эти предположения. Гориучи полагает, что результаты исследований процесса электролитического разделения изотопов водорода лучше всего согласуются с представлением о выделении водорода на ртути по механизму электрохимической десорбции, с замедленным [c.443]

Для некоторых элементов возможно успещное разделение их изотопов электролитическим методом. Интересен случай отделения дейтерия — изотопа, который по своей массе и другим свойствам весьма сильно отличается от обычного водорода. Скорость катодного выделения водорода при электролизе легкой воды (Н2О) значительно превышает скорость выделения дейтрия при электролизе тяжелой воды (DgO). Поэтому при электролизе обычной воды выделяющийся на катоде водород всегда значительно беднее дейтерием и богаче обыкновенным водородом, чем электролит в тот же момент электролиза. В результате этого в ходе электролиза жидкий электролит как бы очищается от легкого изотопа водорода и, если исходить из большой первоначальной (например, 20 кг воды) массы, то в малом остатке (0,1 г) можно получить чистую тяжелую воду. Фракции недостаточно чистого тяжелого водорода, полученные при электролизе, окисляют в воду и подвергают вторичному (и так далее) электролизу. [c.29]

Разделение изотопов водорода электролитическим путем применяется также и для протиево-тритиевой смеси. Коэффициент обогащения при электролитическом выделении смесей Н—Т на платиновом электроде из щелочного раствора составляет 14 по сравнению с 7 для Н—D. [c.29]

Неоднократно высказывалось предположение, что задержка происходит именно в стадии g. Многие авторы рассмотрели в более или менее количественной форме результат замедленной передачи электронов металла гидратированному иону. Смите i, повидимому, впервые, предположил, что именно это и составляет узкое место. Батлер Фольмер и Эрдей-Груз , Хамметт и другие авторы рассмотрели этот вопрос с точки зрения классической статистической механики. Гарней и Фаулер вычислили скорость прохождения электронов через различного рода потенциальные барьеры методами квантовой механики. Бэлл" , Топлей и Эйринг , наряду с другими авторами, применили аналогичные вычисления к электролитическому разделению изотопов водорода. [c.428]

Именно у водорода легче, чем у других элементов, удается достигнуть разделения изотопов и исследовать их в чистом виде. Дело в том, что хотя химические свойства элементов и определяются в основном зарядом ядра их атомов, однако в некоторой, хотя и небольиюй степени на них все же влияет и масса. Почти у всех элементов относительное различие в массе изотопов невелико влияние этого различия на их химические свойства очень слабое и поэтому почти незаметно. У водорода же основные его изотопы различаются по массе в два раза. Поэтому для водорода легче обнаруживается влияние этого различия на его физические свойства (табл. 74) и на некоторые химические свойства. Так, например, при электролизе воды более легко подвергаются разложению молекулы воды, содержащие легкий изотоп водорода (с массой 1), а молекулы воды, содержащие тяжелый изотоп (с массой 2), постепенно накапливаются в электролитической ванне. [c.450]

Электролитическое разделение изотоиои водорода имеет большое техническое зпачение. Оно основано на различных отношениях концентраций водорода Си и дейтерия Сд в газовой и в жидкой фазах. Количественной характеристикой этого процесса я1 ляется коэффициент разделения изотопов, определяемый соотношением [c.125]

В основу электролитического метода разделения изотопов положен тот факт (открытый Вашберном и Юреем), что при электролизе водных растворов соотношение изотопов в выделяющемся водороде несколько иное, чем в оставшейся воде, а именно, тяжелый водород остается в растворе, в то время как газообразная фаза обогащается легким водородом. Электролитический метод иногда успешно применялся и для разделения других изотопов (I Ь , О). [c.69]

Это утверждение было догмой, хотя оно и было теоретически обосновано. Оно должно поэтому разделить удел всех догм. т. е. в один прекрасный день оно должно быть опровергнуто. Первые признаки этого уже налицо. Нахождение тяжёлого изотопа водорода с атомным весом 2 и впервые удачно применённое Вошберном... электролитическое его отделение дают возможность установить, что у изотопов водорода существует некоторое различив в химических свойствах... Принципиально подобная же химическая неоднородность изотопов должна существовать и у других ялементов, и мо7кно высказать предположение, что найдутся новые пути для хилшческого разделения изотопов . [c.167]

Разделение водорода и дейтерия. Электролитическое разделение водорода и дейтерия обусловлено различием перенапряжения при выделении каждого из этих изотопов. Перенапряжение для дейтерия ожидается большим, что действительно подтверждается на опыте. Необходимо поэтому показать, что ббльшее перенапряжение для дейтерия совместимо с изложенной выше теорией. [c.562]

Хроматографическое разделение водорода и его изотопов представляет интерес для биохимии, поскольку эти вещества широко применяют в качестве метки. Дейтерий легко и быстро опредмяют масс-спектрометрически, но аппаратура дорогая, сложная в работе и не доступна многим лабораториям. В противоположность этому такой анализ можно с близкой точностью осуществить на установке для ГАХ, которая стоит всего около 1000 долл. и не требует tпeциaльнo подготовленного персонала. Обычно пробу сжигают до воды, из которой электролитически или химически получают молекулярный водород. Затем газ анализируют методом ГАХ при помощи термического детектора. Время, необходимое для хроматографического анализа, составляет несколько минут. При низких температурах можно отделить тритий от протия. Этот метод является ценным для концентрирования трития при радиохимических исследованиях. [c.176]

Самый высокий коэффициент электролитического разделения был получен, как и следовало ожидать, для трития -Ь водорода. Электролиз раствора NaOH, содержащего 1 10" искусственно полученного радиоактивного трития, дал а = 13,4 — 14,7 так что концентрирование этого изотопа в облученных препаратах этим путем вполне перспективно [70]. [c.104]