книги из ГПНТБ / Ершова З.В. Полоний и его применение

Состояния вещества путем повышения кислотности раст­ воров. Все это определяет потребность в изучении радиа­ ционной устойчивости водных растворов полония, так как помимо чисто научного интереса в познании химии этого элемента радиационная устойчивость его растворов

ихимических соединений имеет практическое значение.

Ввысококонцентрированных растворах полония, вследствие а-радиолиза возникают дополнительные хи­ мические реакции полония с продуктами разложения воды и кислот, что нарушает химические процессы полу­ чения полония и его соединений, изменяет кинетику растворения металлического полония. Появление газооб­

давления в закрытых сосудах, выбросу высокоактивных растворов и заражению оборудования и помещения до опасных концентраций.

Изучение процессов радиолитического разложения при добавлении акцепторов, подавляющих протекание реакций радиолиза, также входит в круг исследований радиационной химии.

Так как вода — основная составляющая водных рас­ творов, то исследование всех радиационных процессов начинается с изучения радиолиза воды или разбавлен­

ных растворов H2S04, поскольку анион SO^- довольно

устойчив к действию излучения. Изучение радиолиза воды под действием «-излучения полония, растворенного в воде, не осуществимо в силу образования коллоидной формы полония. В 0,8 н. H2S04 полоний устойчив, и по­ этому изучение радиолиза раствора вполне возможно.

При а-радиолизе, вследствие большой плотности ионизации в треках а-частиц, образуется большая кон­ центрация радикалов ОН и Н, которые, рекомбинируя, дают молекулярные продукты. Протекание реакций в области трека а-частицы и является основным отличи­ ем а-радиолиза от радиолиза под действием электронов. Все хихмические изменения вещества, растворенного

вводе или в водных растворах кислот, осуществляются

врезультате его взаимодействия с продуктами радиоли­

за воды —ОН, Н и Н2О2. Это распространяется на лю­ бые количества радиоактивного элемента в растворе.

В первых исследованиях процесса радиолиза в каче­ стве источника а-частиц использовали радон — газооб­ разное вещество (эманация), не вступающее в химиче-

60

ские реакции с водными растворами. Насыщение рас­

часто применяют радоновые иглы — тонкостенные капил­ ляры, заполненные радоном при температуре ожижения. Такие капилляры служат источниками внешнего а-излу- чения. Радон и его продукты распада имеют неодно­ родный спектр a-излучения (от 4,8 до 10,5 Мэе) и про­ никающее уизлучение, испускаемое RaC и RaB. Такие источники излучения использовались при изучении ради­ олиза воды (42].

Систематические исследования радиационной устой­ чивости растворов полония начались впервые в лабора­ тории М. Кюри в Институте радия в Париже в 1948 г. [43—45] [хотя воздействие a-излучения на растворы и твердые вещества было замечено М. Кюри и А. Дебьерном в первые годы их работы с радием]. Было показано [45, 46], что при использовании внутренних и внешних источников облучения наблюдается воспроизводимость результатов только для очень чистых растворов. Так, Гайсинский заметил, что на устойчивость выхода H20 2 влияют различные примеси, вносимые в раствор в про­ цессе выделения полония из RaD. В наиболее чистых растворах, для приготовления которых использовался полоний, полученный при облучении висмута и очищен­ ный методом вакуумной дистилляции, выход Н2О2 был близок к ее выходу при облучении водных растворов внешними источниками а-излучения {47].

Отсылая читателя к специальным исследованиям по радиационной химии, выполненным с различными источ­ никами излучения, приведем основные . результаты по выходу продуктов радиолиза воды и водных растворов H2S04 и HN03, знание которых необходимо при работе с полонием.

Радиолиз воды и водных сернокислых растворов по­ лония. Выход Н20 2. В 0,8 н. растворе H2S04 и в воде выход Н2О2 одинаков и близок к единице (он несколько возрастает при введении в раствор кислорода).

Сводная табл. 36, составленная по данным различ­ ных авторов, содержит результаты, полученные с внеш­ ними источниками излучения и с растворенным поло­ нием [48, 49]. Здесь и далее радиационно-химические вы­ ходы G представлены в молекулах на 100 эв поглощен­ ной энергии.

61

По данным работы ![47] (рис. 16), выход Н20 2 (на­ чальный участок кривой) остается постоянным до (300-f- 400) -1018 эв поглощенной энергии на 1 мл раствора. (По наблюдениям, сделанным в работе {47], начальный

62

Рис. 17. Образование Н20 2 в растворах H2SO.i в зависимости от погло­ щенной энергии. 'Концен­ трация H2S 04:

выход Н20 2 оставался постоянным при концентрации полония в растворе от 0,1 до 100,0 мкюри/мл). При увели­ чении дозы поглощенной энергии выход Н20 2 постепен­

ная концентрация Н20 2, образующейся при урадиолизе, составляет не более 10~4 М.

В табл. 37 приведены данные по выходу Н20 2 и Н2 в зависимости от энергии а-частиц и ЛПЭ*, полученные различными авторами [48]. Как видно, энергия а-частиц не сказывается заметно на выходе Н20 2.

Выход перекиси водорода при изменении концентра­ ции H2S04 в пределах 0,8—7,0 и. падает от 1,2 моле-

ЛПЭ— линейная передача энергии, выраженная в эе/А.

§3

кул/100 эв практически до нуля [50]. Авторы работы предполагают, что снижение выхода можно объяснить протеканием реакции, конкурирующей с реакцией обра-

Т а б л и ц а 37

зования Н20 2 при рекомбинации радикалов ОН. Такой реакцией может быть реакция взаимодействия молеку­ лярного иона Н20+ с H2S04 и ее ионами в треках а-ча­ стиц (табл. 38).

Т а б л и ц а 38

Значения выхода Н20 2 для различных концентраций

Выход Н20 2 в пределах изменения pH раствора от 1 до 12, согласно данным работы [51], остается без изме­ нения. Авторы изучили широкую область pH и установи­ ли, что в нейтральной и кислых средах выход Н20 2 бли­ зок к 1 молекул/ЮО эв, а в растворах NaOH при рН = ■= 13-е-14 он чрезвычайно мал.

Вых о д г а з о о б р а з н ы х п р о д у к т о в . Выходы газообразных продуктов радиолиьа в 0,8 н. H2SO4—Н2 и

64

0 2— приведены в табл. 39. Из таблицы видно, что выход Н2 зависит от энергии «-частиц и возрастает с уменьше­ нием энергии излучения.

Разброс данных по выходу кислорода и водорода объясняется прохождением вторичных реакций, которые связаны с наличием в растворе веществ, являющихся акцепторами радикальных продуктов радиолиза. Выхо­ ды Н2 и 0 2 в зависимости от концентрации H2S04 пред­ ставлены в табл. 40, из данных которой видно, что выход водорода остается постоянным, а выход кислорода уменьшается [49].

Т а б л и ц а 40

Выходы Нг и О, в зависимости от концентрации H2S04 [52]

Влияние акцепторов на снижение выхода продуктов радиолитического разложения серной кислоты. Некоторые авторы исследовали влияние ионов галогенов на выход Н20 2. В работе [53] найдено, что с изменением концент­ рации I- от 10-5 до 0,1 М радиационно-химический вы­ ход Н20 2 уменьшается от 1,24 молекул! 100 эв до 0. То же наблюдается и при увеличении концентрации ионов

Вг" и С1~ [50].При изменении концентрации ионов ЖХ[~ от

0,003 до 0,4 М выход Н20 2 уменьшается до нуля [45]. Известно [42, 54], что добавление к 0,8 н. H2S04 таких веществ, как KBr, КС1, KI, КВг03, НСООН, KN03,

КгСг20 7, KMn04, Cr(S04)3, FeS04, С2Н5ОН, приводит

кзначительному снижению выхода Н20 2.

Вработах [52, 55] изучалось влияние на выходы про­ дуктов радиолиза в 0,8 н. растворе H2S04 некоторых до­ бавок: глюкозы как акцептора радикала ОН, присутст­ вие которой в различной концентрации влияет на выход

Н20 2; красителя метиленового голубого (МГ), который в присутствии кислорода является акцептором радикалов ОН, а в отсутствие кислорода — акцептором радикалов ОН и атомов Н; водорода, который в определенных условиях может играть роль акцепторов радикалов ОН.

Влияние метиленового голубого на выход Н20 2 и Н2 в растворах 0,8 н. H2S04

66

стает, достигая 1,50. Аналогичное возрастание выхода Нг0 2 наблюдается при насыщении растворов водородом. Данные по влиянию акцепторов на выходы Нг02 и Н2 трактуются с позиций протекания внутритрековых реак­ ций:

Н20 2+ 0 Н ^ Н 20 + Н 0 2, (а)

Радиолиз азотнокислых растворов. Изучение радиа­ ционной устойчивости азотнокислых растворов под дей­

сировать наличие в рас-

/ — 1 М ; 2 — 2 М ; 3 — 4 М ; 4 — 6 М .

творе при температуре жидкого азота свободных ради­ калов. Накопление HN02 в зависимости от величины по­ глощенной энергии для различных концентраций HNO3 показано на рис. 19. Линейный характер накопления на­ блюдается до значения поглощенной энергии 15X

X10 18 эв/мл.

Вработе [56] показано, что выход HN02 зависит от мощности дозы излучения и поглощенной энергии, по-

этому определение начальных выходов HN02 в растворе HNO3 в связи с этим затруднено. Для определения вы­

ходов HN02 при данной концентрации N0^" использова­ лись растворы NaN03 при pH = 4. Накопление Н20 2 в за-

Рис. 20. Накопление Н20 2 в зависимости от погло­ щенной энергии в растворах HN03 различной кон­

центрации:

/ — 0,01 М; 2 — 0,05 М; 3 — 0,1 М.

висимости от поглощенной энергии в растворах НЫОз приведено на рис. 20. Линейный характер накопления

68

Н2О2, так же как и HNO2, имеет место до значений по­ глощенной энергии 15-1018 эв/мл. Радиационные выходы Н2Ог приведены в табл. 43 на рис. 21,а [56]. Как видно из результатов табл. 43, в растворах полония идет образо-

гд[т]

&(н2) , молекул/100эв

вание HN02 и Н20 2. При некоторых концентрациях реак­ ция между HN02 и Н20 2 протекает нацело и в растворе находится одно соединение. Авторы работы [56] указы­ вают на существование крайне неустойчивых перекисных соединений, выходы которых составляли в 2 МНЫОз

2—3 молекулы/100 эв, а в 4M HNO3 4— 6 молекул/\00 эв.

Среди продуктов радиолиза H N O 3 образуются газо­ образные Н2, 0 2, iN2, N O . Выход газообразных продук­ тов представлен в табл. 44 и на рис. 21,6, в, г (56, 58] Установлено, что скорость газовыделения зависит толь-

69