Full resolution (JPEG) - On this page / på denna sida - H. 19. 8 maj 1956 - En isotopieffekt i smälta metaller, av Arnold Lundén
<< prev. page << föreg. sida << >> nästa sida >> next page >>
Below is the raw OCR text
from the above scanned image.
Do you see an error? Proofread the page now!
Här nedan syns maskintolkade texten från faksimilbilden ovan.
Ser du något fel? Korrekturläs sidan nu!
This page has never been proofread. / Denna sida har aldrig korrekturlästs.
15 maj 1956
453
En isotopieffekt
i smälta metaller
Tekn. lic. Arnold Lundén, Göteborg
539.155.2 : 669-154
Då en likström leds genom en smält metallegering, t.ex.
ett amalgam, visar vanligen den ena komponenten en
tendens att vandra mot katoden, medan den andra anrikas
vid anoden1’2, naturligtvis under förutsättning att
konvektionsströmmar undertrycks.
Kvicksilver
För ett par år sedan lyckades E Haeffner påvisa ett
motsvarande fenomen, en isotopieffekt hos kvicksilver3, varvid
det visade sig, att de lätta isotoperna anrikas mot anoden.
Han använde en cell (fig. 1) i vilken ett med glaspulver
packat diafragmarör skiljer den lilla volymen kring
anoden från den stora behållaren, där katoden sitter.
Hela cellen placerades i en termostat, som höll
temperaturen vid 15°C. I ca 2 000 h (ungefär 3 månader) leddes
en likström på 22,6 A genom cellen, varpå kvicksilvret i
anodrummet ovanför diafragmat (1,43 g) tillvaratogs för
analys med en masspektrometer, i vilken halten av de sex
vanligaste kvicksilverisotoperna mättes. För den lättaste
av dessa, 188Hg, hade halten ökat från 10,10 till 10,35 %>,
medan den för den tyngsta, ^Hg, hade minskat från 6,67
till 6,44 »/o. Vid ett annat försök med samma apparatur,
men med omkastad strömriktning, anrikades de tunga
isotoperna i den lilla volymen vid katoden.
Andra metaller
Haeffners upptäckt har väckt stort intresse, och man har
på olika håll studerat isotopieffekten för andra metaller.
G Nief & E Roth i Paris undersökte sålunda gallium4, och
vid CTH har man arbetat med kalium och indium6,8.
För samtliga dessa metaller hade effekten samma
riktning som vid kvicksilver, och masseffekten, dvs. den
relativa skillnaden i vandringshastighet för två isotopers joner
Fig. 1. Haeffners
apparatur för anrikning av
de lätta
kvicksilverisotoperna.
Fig. 2. Apparatur använd vid
anrikning av isotoper av kalium
och indium; 1—10 prov för
massanalys, "Prov" metall med
normal isotopsammansåttning.
Fig. 3. Resultat av massanalysen vid försöken med indium,
A vid 210°C och B vid 530°C. Proven svarar från vänster
till höger mot 1—10 i fig. 2.
dividerad med den relativa massdifferensen för dessa båda
isotoper, var omkring 10"5. Masseffekten vid
isotopanrikning genom elektrolys av saltsmältor (Tekn. T. 1948 s. 160)
är 0,14—0,0247, vilket innebär att det fordras avsevärt
mindre elenergi för uppnående av en viss önskad
anrikning i en saltsmälta än i en metallsmälta.
Temperaturberoende
Då indium smälter vid 155°C och kokar vid 1 450°C, är
denna metall synnerligen lämplig för undersökning av
iso-topieffektens eventuella temperaturberoende. Vid försöken
vid CTH mättes masseffekten vid 210, 530 och 820°C till
1 • 10"B, 2,5 • 10"5 resp. 6 • 10"s, dvs. den var starkt
temperaturberoende. Försöken utfördes med en apparat av glas
eller kvarts (fig. 2). De två kapillärerna förenades upptill
med ett grovt rör. I bottnen på vardera kapillären hade
en volframtråd smälts in som elektrod.
Några bitar indium lades i det grova röret och smältes
under vakuum. Då kvävgas sedan släpptes in i cellen
fylldes kapillärerna av den smälta metallen, varigenom
kontakt erhölls mellan de båda volframelektroderna. Vid
de båda försöken vid 210 och 530°C leddes likström med
strömtätheten ca 3 500 A/cm2 genom cellen i en dryg
månad. Vardera kapillären delades sedan i fem prov, vilka
numrerades från katoden mot anoden. Förhållandet
mellan halten av de båda isotoperna ^In och "^In mättes
sedan med en masspektrometer.
Av resultatet (fig. 3) framgår att isotopieffekten är avsevärt
större vid 530 än vid 210°C. Försöket vid 820°C utfördes
under något avvikande betingelser, varför resultatet ej
kan jämföras direkt grafiskt med de båda andra försöken.
Teoretisk förklaring
A Klemm har givit en teoretisk förklaring av den
iakttagna isotopieffekten med hjälp av irreversibla processers
termodynamik8. Den stora svårigheten var att förklara att
den lätta isotopen anrikas mot anoden i stället för mot
katoden, såsom fallet är i de tidigare nämnda
saltsmältorna. Enligt »Klemms teori finns det i den smälta metallen
såväl rörliga som relativt orörliga joner (atomer). De
senare tänks bilda en gitterartad struktur.
Det finns en särskilt stark växelverkan mellan de rörliga
jonerna och elektronerna, varigenom dessa joner förs mot
anoden. Härvid transporteras de lätta isotopernas joner
snabbare än de tungas, eftersom de förra har större
rörlighet i förhållande till de relativt orörliga jonernas gitter.
Är Klemms teori riktig, kan man vänta att isotopieffekten
skall öka med temperaturen allteftersom gittret uppluckras
och en större bråkdel av jonerna blir rörliga. Att så är
fallet visas genom de nämnda försöken med indium.
<< prev. page << föreg. sida << >> nästa sida >> next page >>
