Подавляющее большинство радионуклидов, с которыми можно встретиться в природных условиях, находятся в ультрамалых количествах. Кроме 238U и 232Th, ни один из них не достигает рудных концентраций. В природных водах радионуклиды, за исключением 238U, образуют ультраразбавленные системы. Поведение радионуклидов при низких (≤ 10-7 моль/л) концентрациях и при макроконцентрациях существенно различается. Определяющими могут быть не только (не столько) химические свойства элемента, но и физико-химическое состояние радионуклидов (дисперсность, состав частиц, их заряд, химические связи в веществе, степень окисления), а также особенности среды. Энергетика процессов ядерных превращений также накладывает свой отпечаток на геохимические особенности радионуклидов.
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+]:
31
pH = (l/n) lg Lp [Me (OH)n] - lg KH2O - (l/n) lg [Men+] ,(2.1)
где n - число гидроксильных групп; Lp [Me (OH)n ] - произведение растворимости гидроксида металла; KH2O - ионное произведение воды. Изменение Меn+ на n порядков влечет за собой изменение рН перехода в коллоидное состояние на n 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.
32
1
Глава написана на основе книги Ан.Н. Несмеянова "Радиохимия" (М., 1978).
