Миграционноспособной формой любого химического элемента является форма, устойчивая в растворе.
Для трудно гидролизующихся или негидролизующихся элементов (кобальт, стронций и цезий) это может быть, в частности, ионная форма, а для легко гидролизующихся (железо, иттрий и церий), наряду с ионной формой, — тонкодисперсные коллоиды. Состояние химических элементов в растворе и переход их из одной физико-химической формы в другую определяется рядом факторов, к основным из которых относятся pH среды, и концентрация самих элементов. При изменении pH раствора и концентрации в нем химического элемента может быть достигнуто произведение растворимости, что приведет к изменению химической формы элемента и, как следствие, к изменению его подвижности в почве. Известно, что коллоидные частицы гидроокисей металлов заряжены, как правило, отрицательно, поэтому в общем случае они поглощаются почвой в меньшей степени, чем катионы. Увеличение концентрации элемента в растворе может привести к насыщению им поглощающей емкости почв и к прекращению сорбционного процесса.
Имеющиеся в литературе данные показывают, что ионные формы ряда радиоизотопов достаточно полно и прочно фиксируются в почвах, тогда как коллоидные формы не всегда ведут себя однозначно, поскольку их сорбционные свойства зависят от степени дисперсности и могут изменяться во времени. По-видимому, этим объясняется определенная противоречивость данных о поведении интересующих нас радиоизотопов в почве.
Изменение щелочно-кислотных условий среды резко сказывается на поглощении в почве железа-59. Сорбция этого радиоизотопа снижается при изменении pH от 4 до 5, что по всей вероятности, связано с переходом железа из ионной в коллоидную форму. Этим же можно объяснить наблюдаемое при щелочных значениях pH снижение поглощения церия-144. Вместе с тем радиоизотопы кобальта и иттрия, также гидролизующиеся в условиях опыта, при всех значениях pH исходного раствора поглощаются в почве одинаково. Такое различие в поведении железа и церия, с одной стороны, и кобальта с иттрием — с другой, указывает на то, что подвижность этих радиоизотопов в системе почва — раствор определяется не только формой их нахождения в растворе, но и физико-химическими свойствами этих форм (степень дисперсности коллоидов, знак и величина заряда и т. п.). Если коллоидные формы кобальта и иттрия в условиях проведенных опытов были заряжены положительно, то степень их поглощения почвой могла остаться такой же, как и у ионных форм. Поглощение радиоизотопов стронция и цезия не зависит от pH раствора, потому что в этих условиях они не гидролизуются.
В других опытах изучали сорбцию радиоизотопов почвой в зависимости от концентрации изотопных носителей в растворе. Растворы готовили из солей стабильных элементов, затем в них добавляли необходимые количества соответствующих радиоизотопов. После этого растворы дважды выпаривали с соляной кислотой в платиновой чашке с тем, чтобы перевести стабильные элементы и их радиоактивные изотопы в одну химическую форму. После выпаривания осадок растворяли в 0,01 µ соляной кислоте и использовали для приготовления растворов нужной концентрации.
Как показали опыты, наиболее полное поглощение железа почвой происходит при концентрации его в растворе 10-4 М. В этом случае процент сорбции в интервале pH от 4 до 10 остается постоянным, составляя в среднем 60%. Со снижением концентрации на один-два порядка величин сорбция железа снижается при переходе от слабокислых к нейтральным и щелочным значениям pH. Такой ход сорбционных кривых может быть связан с тем, что при концентрации от 10-5 до 10-6 при pH 4-5 достигается произведение растворимости гидроокиси железа. При этом в растворе образуются коллоидные формы, которые отличаются большей подвижностью по сравнению с катионными формами. Относительно высокий процент сорбции и слабая зависимость поглощения железа от щелочно-кислотных условий среды при концентрации 10-4 М обусловлены, вероятно, образованием крупных коллоидных агрегатов и механической сорбцией их на почвенных частицах.
Церий при концентрации его в растврре 10-4 во всем диапазоне значений pH сорбируется почвой практически полностью. Снижение концентрации на порядок величин сопровождается резким снижением поглощения его в нейтральной и щелочной областях. Ход кривых сорбции церия при еще более низких концентрациях аналогичен ходу кривой сорбции для концентрации 10-5 М, но характеризуется менее резким снижением поглощения в области pH 7-10.
Такой характер поглощения церия почвой в зависимости от концентрации его в растворе и величины pH скорее всего связан с тем, что этот радиоизотоп в условиях проведенных опытов находится в растворе в разной химической форме. В области pH от 3 до 6 он находится, вероятно, в катионной форме, которая поглощается почвой почти полностью; при более высоких значениях pH церий переходит в гидролизную форму, что сопровождается снижением его поглощения почвой.
Сравнительные данные по сорбции всех шести изучавшихся радиоизотопов в дерново-луговой почве в зависимости от концентрации их изотопных носителей в растворе при pH-6 показали, что процент сорбции большинства радиоизотопов не изменяется в довольно широком диапазоне концентраций. Лишь при относительно высоких концентрациях для некоторых элементов (стронций и цезий) отмечается область сорбционного насыщения.