- •Горки 2013
- •1. Предисловие
- •2. Требования к знаниям и умениям студентов
- •3. Учебная программа примерный тематический план
- •Содержание учебного материала введение
- •Раздел 1. Химия радиоактивных элементов и изотопов
- •1.1. Классификация радионуклидов. Естественная радиоактивность. Техногенные (искусственные) радионуклиды
- •1.2. Радионуклиды в окружающей среде
- •Раздел 2. Физико-химические особенности
- •2.4. Адсорбция радиоактивных изотопов
- •2.5. Состояние радиоактивных изотопов в ультрамалых концентрациях
- •Раздел 3. Прикладная радиохимия
- •3.1. Получение и выделение радиоактивных изотопов
- •3.2. Синтез меченых радиоактивными изотопами соединений
- •3.3. Радиоактивные отходы (рао)
- •Информационная часть Примерный перечень лабораторно-практических занятий
- •4. Учебно-методическая карта дисциплины (стационар)
- •Учебно-методическая карта заочное отделение
- •5. Конспект лекций
- •1. Химия радиОнуклидов
- •1.1. Классификация радионуклидов
- •1.2. Естественная радиоактивность
- •1.2.1. Характеристика естественных радиоактивных элементов и изотопов
- •Т а б л и ц а 5.2. Концентрация радионуклидов рядов урана в основных продуктах питания и воздухе
- •Организм человека и создаваемые ими дозы облучения
- •1.2.2. Космогенные радионуклиды. Понятие об ядерных реакциях
- •1.3. Техногенные радионуклиды
- •Важных радионуклидов пяд
- •Облучения населения ссср от глобальных радиоактивных выпадений вследствие испытаний ядерного оружия
- •1.3.2. Аварии на военных ядерных установках
- •1.3.3. Физические и химические свойства радионуклидов йода, цезия, стронция, плутония, америция
- •Изотопов цезия
- •От возраста (в % β-активности)
- •Действие ионизирующих излучений
- •1.4. Радионуклиды в почвах Республики Беларусь
- •1.5. Радиохимический анализ природных объектов
- •2. Физико-химические особенности радионуклидов
- •2.1. Поведение изотопных частиц
- •2.2. Изотопный обмен
- •2.2.1. Основные определения. Виды изотопного обмена
- •2.2.2. Механизмы изотопного обмена
- •2.2.3. Причины протекания реакций изотопного обмена
- •2.3. Распределение радионуклидов между двумя фазами
- •2.4. Адсорбция радионуклидов
- •2.5. Состояния радионуклидов в растворах при ультрамалых концентрациях
- •3. Прикладная радиохимия
- •3.1. Получение и выделение радиоактивных изотопов
- •3.3. Радиоактивные отходы (рао)
- •3.3.1. Образование и классификация радиоактивных отходов
- •Отходов по удельной радиоактивности
- •3.3.2. Основные стадии обращения с рао:
- •3.3.3. Требования к сбору, хранению и удалению радиоактивных отходов из организации
- •3.3.4. Требования к транспортированию радиоактивных отходов
- •3.3.5. Требования к размещению и оборудованию специализированных организаций по обращению с радиоактивными отходами
- •3.3.7. Требования к долговременному хранению и (или) захоронению радиоактивных отходов
- •6. Вопросы для сдачи модулей Модуль №1 Вопросы:
- •Задачи:
- •Модуль №2 Вопросы:
- •10. Применение носителей в радиохимическом анализе.
- •Задачи:
- •Модуль №3 Вопросы:
- •7. Экзаменационные вопросы
- •29. Применение носителей в радиохимическом анализе.
- •8. Учебно-методическое пособие для выполнения лабораторных работ
- •Задание 3. Приготовление титрованного раствора стабильного цезия и определение его титра
- •1. Определение титра раствора по сурьмяно-йодиду цезия
- •2. Определение титра раствора по висмут-иодиду цезия
- •Задание 1. Выделение и концентрирование стронция-90
- •Максимальной энергии бета-спектра
- •Растворов сравнения
- •Инструкция по технике безопасности при работе в радиохимической лаборатории
- •Значения поправочных коэффициентов на распад и накопление y
- •9. Методические указания по изучению дисциплины и индивидуальные задания для студентов заочной формы обучения
- •1. Рекомендации по изучению дисциплины
- •2. Выполнение индивидуальных заданий
- •3. Перечень индивидуальных заданий
- •10. Учебная практика по радиохимии
- •Геннадий Анатольевич Чернуха учебно-методический комплекс
- •213407, Могилевской область, г. Горки, ул. Мичурина, 5
2.5. Состояния радионуклидов в растворах при ультрамалых концентрациях
Состоянием радионуклида в любой системе называется вся совокупность форм нахождения, образуемая радионуклидом. В ультраразбавленных растворах радионуклиды могут находиться в ионном состоянии, образовывать истинные коллоиды или псевдоколлоиды. В сильнокислой среде большинство радионуклидов образует истинные растворы. Уменьшение кислотности раствора приводит к образованию коллоидных частиц, причем каждому элементу соответствует определенное значение рН начала гидролиза. Для элементов III группы коллоиды начинают появляться при рН 7, для IV и VI групп — при рН 3,5–5, для V группы – при рН 1–2. Изотопы щелочных и щелочноземельных элементов образуют только истинные растворы.
При переходе металла в коллоидное состояние в связи с образованием малорастворимых гидроксидов будет наблюдаться следующая зависимость между рН перехода и концентрацией радиоактивных ионов в растворе [Меn+]:
pH = (l/n)lgLp[Me(OH)n] – lgKH2O – (l/n)lg[Меn+],
где п – число гидроксильных групп; Lp[Me(OH)n] – произведение растворимости гидроксида металла; KH2O – ионное произведение воды. Изменение Меn+ на п порядков влечет за собой изменение рН перехода в коллоидное состояние на п единиц.
Присутствие в растворе ионов (например, ОН-), образующих с радионуклидом малорастворимые соединения, способствует образованию истинных коллоидов. Напротив, если в растворе находятся вещества, способные к образованию растворимых комплексных соединений с радионуклидом, это будет препятствовать образованию радиоколлоидов. При этом могут разрушаться имеющиеся коллоидные частицы за счет снижения концентрации свободных ионов в растворе, нарушения равновесия между частицей и растворенными ионами и десорбции ионов с коллоидной частицы. Например, в растворе 210Ро при добавлении ионов хлора будут возникать комплексные ионы PoCl и коллоиды не образуются. Присутствие электролитов в растворе может привести также к перезарядке коллоидных частиц и изменению соотношения форм радионуклида. Ионы радионуклидов, адсорбированные на коллоидных частицах других веществ, образуют так называемые псевдоколлоиды.
3. Прикладная радиохимия
3.1. Получение и выделение радиоактивных изотопов
Известны три основных пути получения радиоактивных изотопов: переработка руд урана и тория, в которых в результате радиоактивного распада 238U, 235U и 232Th образуются радиоактивные изотопы элементов с порядковыми номерами от 81 до 91; проведение ядерных реакций на различного рода установках с последующим извлечением изотопов из облученных мишеней; извлечение изотопов из продуктов деления урана. Кроме того, в природе содержится ряд долгоживущих радиоактивных изотопов химических элементов, способы отделения которых не разработаны.
При радиоактивном распаде естественных радиоактивных изотопов дочерние радиоактивные изотопы находятся в смеси с материнским изотопом и в большинстве случаев с рядом других радиоактивных изотопов. Все указанные радиоактивные изотопы распределены в большой массе неактивного вещества, например в рудах урана и тория.
При облучении мишени ядерными частицами радиоактивные изотопы, получающиеся в результате ядерной реакции, также распределены среди большой массы неактивных атомов. Кроме того, в мишени образуются радиоактивные примеси.
При делении ядра урана образуется сложная смесь радиоактивных изотопов ряда химических элементов. В связи с этим встает задача концентрирования, отделения и очистки радиоактивных изотопов.
Если радиоактивный изотоп получен по ядерной реакции, идущей без изменения заряда ядра (п., γ: п, 2п; п, п; X, X; γ, п; d, 3H; d, p; изомерный переход), то отделение его от материала мишени может основываться лишь на эффекте отдачи, в результате которой при соответствующем подборе мишени часть атомов радиоактивного изотопа получается в отделимой от материнского вещества химической форме (иное соединение, иное валентное состояние). В указанных выше реакциях необходима также очистка радиоактивного изотопа от радиоактивных примесей.
В случае образования радиоактивного изотопа в мишени по ядерной реакции, протекающей с изменением заряда ядра (п, р; п, α; р, п; р, γ; d, п; d, 2п; α, р; α, п; α- и β-распад и т. д.), его отделение не только возможно, но и необходимо. При этом в ряде случаен отделение можно осуществить без добавления изотопного носителя и получить радиоактивный изотоп без носителя. В других случаях отделение проводится с разбавлением радиоактивного изотопа нерадиоактивным изотопом (изотопным носителем) данного элемента, при этом может быть получен радиоактивный изотоп с носителем, имеющий удельную радиоактивность, которая зависит от количества введенного носителя. Так же как и в первом случае, процесс выделения связан с очисткой от радиоактивных примесей.
Если радиоактивный изотоп получается в результате деления ядер или процесса глубокого расщепления, то его порядковый номер значительно отличается от порядкового номера элемента мишени, и, кроме того, он получается в сложной смеси радиоактивных изотопов. В этом случае выделение, как правило, проводится в два приема: разделение смеси радиоактивных изотопов на группы сходных элементов и далее разделение группы на отдельные компоненты смеси.
Процесс отделения радиоактивного изотопа от материала мишени называется концентрированием и характеризуется коэффициентом обогащения, который представляет собой отношение радиоактивности единицы массы выделенного соединения данного элемента к радиоактивности единицы массы облученной мишени.
Основными методами выделения и очистки радиоактивных изотопов являются: экстракция, соосаждение, адсорбция, хроматография, электрохимическое и электролитическое выделение, отгонка, выщелачивание.