АТОМЫ В РАСТВОРАХ
Всыплем в стакан с водой ложку поваренной соли и размешаем. Соль растворится в воде; её частицы равномерно распределятся между молекулами воды, образуя однородную жидкость.
Если мы прибавим к полученному раствору ещё ложку соли, то и она растворится. В 100 граммах воды при температуре 20° можно растворить 35,77 грамма поваренной соли. Но если к такому раствору прибавить ещё порцию соли, она уже не будет растворяться, как бы долго мы её ни перемешивали. Раствор, который уже не может растворить новые порции вещества, называют насыщенным, а количество граммов вещества, которое содержится в 100 граммах насыщенного раствора,—р а с - творимостью.
Одни вещества растворяются лучше, другие хуже. Сахар растворяется в воде очень хорошо, столовая соль хуже, а мел совсем плохо.
Происходят ли какие-нибудь изменения с кристаллами соли, если их бросить в насыщенный раствор? На первый взгляд кажется, что нет. Однако меченые атомы говорят иное. Представим себе, что к насыщенному раствору обычной столовой соли прибавлены кристаллы соли, содержащей в своём составе радиоактивный натрий. Через несколько минут мы обнаружим, что в растворе появились радиоактивные атомы натрия, которые можно легко обнаружить, отделив раствор и вставив в него счётчик Гейгера-Мюллера. Через несколько десятков минут радиоактивность раствора достигает наибольшего значения.
Это явление можно объяснить только следующим образом. Молекулы хлористого натрия отрываются от поверхности кристалла и переходят в насыщенный раствор, но их место сейчас же занимают молекулы из раствора. Значит, в насыщенном растворе всё время идёт обновление кристаллов.
Если вещество растворяется в воде более или менее хорошо, то определить его растворимость нетрудно. Для этого получают насыщенный раствор, взвешивают небольшое его количество, а затем выпаривают из него воду и взвешивают сухие кристаллы. После этого рассчитывают, сколько вещества содержится в 100 граммах раствора.
А как быть, если вещество растворяется в воде очень плохо? На современных точных аналитических весах можно взвесить 0,0002 грамма, на микровесах 0,000002 грамма, на специальных весах, представляющих собой кварцевую пружинку, можно взвешивать 0,000000001 грамма, но не более
0, 000000025 грамма, а для определения растворимости надо взвесить и вещество, и сосуд, а сосуд всегда весит несколько граммов. Поэтому с помощью весов определить растворимость мало растворимых веществ нельзя. В таких случаях на помощь снова приходят меченые атомы.
Предположим, что нам нужно определить растворимость мела. Как известно, мел в воде практически не растворяется. Мел — это углекислый кальций; молекулы мела состоят из кальция, углерода и кислорода. Для опыта мы можем взять мел, в котором часть атомов кальция радиоактивна. Определим с помощью счётчика Гейгера-Мюллера, какое количество радиоактивных атомов кальция содержится в одном миллиграмме мела. Затем приготовим обычным путём насыщенный раствор, выпарим определённое количество его и найдём с помощью счётчика Г ейгера-Мюллера активность остатка после выпаривания, а из неё количество атомов кальция. Дальше вычислим, сколько радиоактивного кальция, всего кальция и, наконец, мела содержится в 100 граммах раствора.
Таким способом была определена растворимость многих плохо растворимых веществ, которые считаются практически нерастворимыми. Еще в 1917 г. В, И. Спицын методом меченых атомов определил растворимость ряда соединений тория.