DE632071C - Anreicherung der seltenen Isotopen des Sauerstoffs und Stickstoffs - Google Patents

Anreicherung der seltenen Isotopen des Sauerstoffs und Stickstoffs

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DE632071C
DE632071C DEI48824D DEI0048824D DE632071C DE 632071 C DE632071 C DE 632071C DE I48824 D DEI48824 D DE I48824D DE I0048824 D DEI0048824 D DE I0048824D DE 632071 C DE632071 C DE 632071C
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DE
Germany
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oxygen
nitrogen
enrichment
isotopes
isotope
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Expired
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DEI48824D
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English (en)
Inventor
Dr Alwin Krauss
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IG Farbenindustrie AG
Original Assignee
IG Farbenindustrie AG
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B21/00Nitrogen; Compounds thereof
    • C01B21/02Preparation of nitrogen
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B13/00Oxygen; Ozone; Oxides or hydroxides in general
    • C01B13/02Preparation of oxygen

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
  • Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)

Description

  • Anreicherung der -seltenen Isotopen des Sauerstoffs und Stickstoffs Es ist bekannt, daß chemische Elemente nicht aus gleichen Atomen bestehen, sondern sogenannte Isotopengemische darstellen. Indessen nahm man bis vor kurzem an, daß mehrere der leichten Elemente, wie Wasserstoff, Stickstoff oder Sauerstoff, einheitlich seien. Erst durch Verfeinerung der Untersuchungsmethoden hat sich in den letzten Jahren nachweisen lassen, daß auch diese Elemente zusammengesetzter Natur sind. Die Beimengungen. von Atomen mit anderem als dem bekannten Atomgewicht sind bei diesen Elementen jedoch sehr gering. So enthält Wasserstoff das Isotop mit dem Atomgewicht 2 (H2) nur im Verhältnis i : 6ooo. Sauerstoff enthält das Isotop mit dem Atomgewicht 18 (018) im Verhältnis i : 6oo und das Isotop mit dem Atomgewicht 17 (O1') im Verhältnis i : q.ooo.
  • Trotz der Geringfügigkeit dieser Beimengungen war das Wasserstoffisotop H2 das erste, das überhaupt rein hergestellt werden konnte, und zwar durch Elektrolyse. Man war bis vor kurzem der Überzeugung, daß sich Isotopengemische durch chemische Mittel überhaupt nicht und durch physikalische Mittel nur unter besonderen technisch .recht umständlichen Bedingungen trennen lassen. Man glaubte nur solche Verfahren anwenden zu können, bei denen es ausschließlich auf das Atom- bzw. das Molekulargewicht ankommt, z. B. die Diffusion. Man nahm ferner an, daß die chemischen Eigenschaften der Isotopen des gleichen Elementes vollkommen gleich seien und daß infolgedessen deren Trennung keine technische Bedeutung habe. Die Isolierung des Wasserstoffisotops, H2 hat aber gezeigt, daß diese Anschauungen nicht aufrechterhalten werden können. Z. B. unterscheidet sich Wasser, welches statt Hl in größerer Menge H2 enthält, in chemischer und physiologischer Beziehung recht deutlich von gewöhnlichem Wasser.
  • Diese neueren Erkenntnisse haben mit Recht über die beteiligten Fachkreise hinaus großes Aufsehen erregt, denn. durch die Isolierung des Wasserstoffisotops ist der Wissenschaft ein gewaltiges. Mittel zum weiteren Eindringen in die Gesetze der Materie an die Hand gegeben, was sich über kurz oder lang auch in technisch wirtschaftlicher Hinsicht auswirken muß. Zunächst läßt sich der Einfluß der Maße als solcher auf chemische und physikalische Eigenschaften genau erforschen. Andererseits ist gerade durch die große Ähnlichkeit in den Eigenschaften der Isotopen des gleichen Elementes die Möglichkeit zum genauen. Studium- chemischer Reaktionen gegeben insofern, als man die beteiligten Atome des gleichen Elementes kennzeichnen kann. Dies gestattet das Studium von Austausdh--reaktionen, bei denen verschiedene Atome des gleichen Elementes vertauscht werden. Ein Beispiel hierfür ist die der nachstehenden Formel entsprechende Reaktion: .
  • Hl Hz O -I- H2 H2 = H2 Hl Q + HIHI. Insbesondere ergeben sich für das Studium katalytischer Reaktionen neue Aussichten. So konnte z. B. festgestellt werden, daß bei der Hydrierung von Äthylen zu Äthan nach der Formel C2 H4 + H2 = C2 H6 kein einfacher Additionsprozeß vorliegt, sondern gleichzeitig ein Austausch von Wasserstoffatomen stattfindet.
  • Große Bedeutung haben die Isotopen auch für das Studium der Kernumwandlungsprozesse, also derjenigen Vorgänge, die zur Umwandlung eines Elementes in ein anderes führen. Hierbei verhalten sich die Isotopen des gleichen Elementes gänzlich verschieden. Das fast völlig gleiche Verhalten in chemischer Beziehung spielt dabei keinerlei Rolle. Es ist also in diesem Falle besonders wichtig, die Isotopen möglichst rein anzuwenden, um Fehlschlüsse zu vermeiden. Technisch spielen Elementumwandlungen bis jetzt-keine Rolle.- Soweit jedoch radioaktive Elemente dabei entstehen, läßt sich eine technisch medizinische Anwendungsmöglichkeit erwarten.
  • Bisher stand der Wissenschaft nur das Wasserstoffisotop H2 zur Verfügung. Besonderes Interesse besteht aber auch für die Isotopen des Sauerstoffs und Stickstoffs, weil diese Elemente, ebenso wie der Wasserstoff, in der Chemie eine besonders große Rolle spielen. Es ist leicht vorauszusehen, daß sich ihre Isolierung oder wenigstens Anreicherung schwieriger gestalten muß als die des Wasserstoffisotops, denn bei den Wasserstoffisotopen beträgt der Gewichtsunterschied ioo °/o, woraus sich .auch der verhältnismäßig große Unterschied in den Eigenschaften erklärt. So hat sich gezeigt, daß sich eine teilweise Trennung der beiden Wasserstoffisotopen durch Destillation erreichen läßt. Allerdings wird diese Trennung dadurch erleichtert und vielleicht, überhaupt - erst ermöglicht, daß der Wasserstoff stets zwei Modifikationen (Para-und Orthowasserstoff) enthält, deren Gleichgewicht sich bei tiefen Temperaturen verschiebt (Zeitschrift für Physik, Bd.. 79, 19322, S.6oi).
  • Es wurde gefunden, d-aß auch Sauerstoff und Stickstoff durch Rektifikation in ihre Isotopen zerlegt werden können. Aus den oben angegebenen Gründen war das keineswegs vorauszusehen. . Die vorgenommenen Untersuchungen haben jedoch überraschenderweise ergeben, daß der Unterschied zwischen den Dampfdrucken der Isotopen, der mit 5 e/e gefunden wurde, groß genug ist, uni eine technische Durchführung der Rektifikation zu ermöglichen. Benutzt man geeignete Rektifikationskolonnen, so gelingt es bei entsprechender Arbeitsweise ohne Schwierigkeit, eine Anreicherung der seltenen Isotopen des Sauerstoffs oder des Stickstoffs zu erzielen. Man erhält so Ausgangsprodukte, aus denen durch weitere Aufarbeitung die reinen Isotopen hergestellt werden können.
  • Da es sich sowohl beim Sauerstoff als auch beim Stickstoff um Isotope höheren Siedepunktes handelt, läßt sich die Anreicherung mit der Gewinnung der'Edelgase Argon bzw. Krypton und Xenon kombinieren. Bei der Gewinnung von Krypton und Xenon erhält man, wie festgestellt werden konnte, ohnehin stets Produkte, die Sauerstoff mit einer wenn auch geringfügigen 0111 Anreicherung enthalten. Bei der Argonerzeugung fällt ebenfalls ein Rohprodukt an, welches das seltene Isotop des Stickstoffs Nls enthält.
  • Selbstverständlich müssen bei der Rektifikation zum Zwecke der Isotopenanreicherung entsprechend dem geringen Dampfdruckunterschiede Rektifizierkolonnen angewendet werden, die eine sehr große Anzahl von Böden enthalten und mit sehr großem Rücklauf arbeiten. Man kommt so zu einer Arbeitsweise, wie sie bei anderen Rektifikationen nicht üblich ist. Schließlich wird es erforderlich sein, nachdem die Anreicherung bis zu einem gewissen Grade fortgeschritten ist, durch katalytische oder sonstige Einwirkung dafür zu sorgen, daß ein Austausch zwischen den Atomen der einzelnen Moleküle herbeigeführt wird, um beispielsweise von 01$ : 011 zum 0111 : 0111 zu kommen. An Hand der nachfolgenden beiden Beispiele sei das Verfahren im einzelnen erläutert. I. Ausgangsgas: gewöhnlicher Sauerstoff mit 0,33 % 018 : 018 Endprodukte: i. Sauerstoff mit 2'°/e O18: 018, 2. Sauerstoff mit o, 17 °/e O18: 018. Ausbeute: 53 °1e (bezogen auf 2prozentiges Gas).
  • Rücklaufverhältnis: ig : i.
  • Theoretische Bodenzahl: 63 (der zu zerlegende Sauerstoff tritt beim 18. Boden, von oben gezählt, ein). II. Ausgangsgas: Sauerstoff mit 2 °/o 0l° : 018. Endprodukte: i. Sauerstoff mit-8 % 016 : 018, 2. Sauerstoff mit i 0',.01B : 01g. Ausbeute: 57 °/o (bezogen auf 8prozentiges Gas). Rücklaufverhältnis: ig : i.
  • Theoretische Bodenzahl: 58 (der zu zerlegende Sauerstoff tritt .beim ig. Boden, von oben gezählt, ein).
  • Wie bei den meisten Rektifikationsprozessen kann man auch bei der Isotopenanreicherung den Trenneffekt verbessern, wenn man bei vermindertem Druck und entsprechend niederen Temperaturen arbeitet.

Claims (2)

  1. PATENTANSPRÜCHE: i. Verfahren zur Anreicherung der seltenen Isotopen des Sauerstoffs und Stickstoffs, dadurch gekennzeichnet, daß man gewöhnlichen Sauerstoff bzw. Stickstoff verflüssigt und-' entsprechend rektifiziert, gegebenenfalls unter Anwendung von Drücken kleiner als eine Atmosphäre.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daB es mit der Gewinnung der Edelgase verbunden wird.
DEI48824D 1934-01-20 1934-01-20 Anreicherung der seltenen Isotopen des Sauerstoffs und Stickstoffs Expired DE632071C (de)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3012154A1 (de) * 1980-03-28 1981-10-08 Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München Variable halterung fuer hf-spulen

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE3012154A1 (de) * 1980-03-28 1981-10-08 Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München Variable halterung fuer hf-spulen

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