Масса испарившегося вещества так мала, что непосредственно его взвесить невозможно. Однако можно собрать все испарившееся вещество на холодной поверхности. Пары твердого вещества на такой поверхности будут осаждаться так же, как осаждаются пары воды на холодной ложке, поднесенной к горячему чаю. Если твердое вещество содержало радиоактивные атомы, то при помощи счетчика можно обнаружить их присутствие на охлаждаемой поверхности. По числу отсчетов счетчика в минуту можно рассчитать число радиоактивных атомов и при его помощи вес испарившегося вещества, так как заранее известна доля радиоактивных атомов в данном веществе.
Если, например, известно, что 1 миллиграмм исходного вещества дает на счетчике 100 тысяч отсчетов в минуту, а при измерении излучения от испарившегося металла получается 100 отсчетов, то испарилось 0,001 миллиграмма вещества. Таким путем удалось измерить давление пара многих твердых веществ.
Метод меченых атомов позволил советским исследователям создать новый метод измерения малых давлений пара. При этом методе два одинаковых образца вещества, например металлических диска, один из которых содержит радиоактивный изотоп, помещаются в вакууме напротив друг друга и нагреваются до постоянной температуры. При этом атомы металла, испаряющиеся с поверхности каждого из образцов, сталкиваются с противоположной поверхностью и оседают на ней. Таким образом, между поверхностями обоих образцов идет непрерывный обмен атомами. Атомы, осевшие на поверхности металла, вследствие диффузии проникают в глубь образца. В результате этих процессов радиоактивный изотоп постепенно переходит в неактивный образец. Скорость перехода зависит от температуры образцов, их первоначальной активности, давления насыщенного пара и скорости диффузии. Если измерить со временем нарастание активности первоначально неактивного образца, то по этим опытным данным можно вычислить давление насыщенного пара и скорость диффузии одновременно. На рис. 19 приведена принципиальная схема прибора для измерения малых давлений пара тремя описанными методами. Отдельно нарисованы камера с малым отверстием, тигель с металлом для испарения с открытой поверхности и камера для проведения обмена между двумя образцами.
Атомы-контролеры. Химики умеют определять состав вещества, узнают, какие элементы и в каком количестве содержатся в исследуемом веществе. Определение качественного и количественного состава веществ при их промышленном производстве весьма важно. Не зная, насколько химически чист полученный продукт, нельзя говорить о его пригодности для тех или иных целей.
В промышленности часто приходится вести анализ сплава, содержащего золото, платину и иридий. Однако разделить эти три металла друг от друга очень сложно.
Для проверки одного из способов разделения металлов приготовляли смесь, содержащую заранее известные количества золота, платины и иридия, а затем производили их разделение. Вес выделенного золота был выше взятого, а вес иридия и платины ниже. Казалось, что при разделении золото загрязняется иридием и платиной, а иридий и платина выделяются чистые.
Так ли это? Нет, — показывают меченые атомы. Если к смеси трех металлов прибавить атомы радиоактивного золота, а затем их разделить, то в иридии и платине оказывается радиоактивное золото. Это легко определить счетчиком.
С помощью меченых атомов химики проверили многие способы химического анализа и методы промышленного разделения веществ. Важные исследования в этой области проведены академиком В. Г. Хлопиным и его сотрудниками.
Изотопный анализ. Чтобы найти содержание того или иного элемента или вещества в смеси, необходимо провести химическое отделение этого вещества или элемента в виде какого-либо известного соединения в чистом виде. Эта задача в ряде случаев является невыполнимой или очень трудно выполнимой.