HÓA học các QUÁ TRÌNH BIẾN đổi hạt NHÂN

Phần 2:
HÓA HỌC CÁC QUÁ TRÌNH BIẾN ĐỔI HẠT NHÂN

Chương 6: Hóa học bức xạ
§1 – Đối tượng của hóa học bức xạ
Hóa học bức xạ là một ngành của hóa học nghiên cứu quá trình biến đổi về
mặt hóa học trong các chất dưới tác dụng của bức xạ ion hóa.
Bức xạ ion hóa là bức xạ electron năng lượng cao đó là những tia  hoặc
Rơntgen, những bức xạ tập trung có năng lượng lớn như các electron nhanh,
nơtron, proton, đơtron, hạt  , các mảnh của quá trình phân chia hạt nhân, các hạt
nhân giật lùi xuất hiện trong phản ứng hạt nhân, là những dòng ion nhiều điện tích
đã được gia tốc.
Hiện nay hóa học bức xạ là một lĩnh vực độc lập của hóa học và được trình
bày chi tiết trong các sách chuyên khảo.
Các chất phóng xạ phát ra các bức xạ ion hóa cũng bị tác dụng của chính
bức xạ này, do đó không thể xem nhẹ tác dụng này trên chất phóng xạ, trên dung
dịch và hỗn hợp của chúng với các chất khác. Điều này rất quan trọng khi nghiên
cứu những qui luật hóa lý vê trnagj thái phản ứng của chất phóng xạ, hóa học các
quá trình chuyển hóa hạt nhân, và khi sử dụng các đồng vị phóng xạ làm chỉ thị
phóng xạ. Vì những lý do trên, trong chương này sẽ đề cập một cách ngắn gọn
những qui luật chủ yếu về tác dụng bức xạ của ion hóa đến các chất tinh khiết và
hỗn hợp của chúng, cũng như về tác dụng của bức xạ lên chính chất phóng xạ phát
ra nó.
§2 – Tương tác của bức xạ ion hóa với các chất
Các proton, đơtron, hạt  và những hạt tích điện nặng hơn có năng lượng
nằm trong vùng quan tâm của hóa học bức xạ sẽ bị làm chậm lại khi tác dụng vào
các chất, chủ yếu là do tương tác của chúng với electron trong nguyên tắc này.
Kết quả của quá trình này là sự ion hóa và kích thích các nguyên tử và phân
tử của môi trường.

Tổn thất năng lượng ban đầu trên một đơn vị chiều dài đường đi của hạt tích
điện năng, hoặc như người ta vẫn gọi là độ tổn hao năng lượng tuyến tính, có thể
tính được theo công thức sau (erg/cm):

dE 4 .z 2 .e4 .N A .Z
2mv 2
2 


[
ln

]
dx
mu 2 AB
 (1   2 ) 2

(6.1)

Trong đó Z là điện tích hạt tích điện bằng đơn vị tĩnh điện, e là điện tích
electron, NA là số Avogadro,  mật độ của môi trường, Z là điện tích hiệu dụng của
nguyên tử chất làm chậm, m là khối lượng tĩnh của electron, g là gia tốc trọng
trường, v là vận tốc hạt  cm/sec,  là điện thế kích thích trung bình các nguyên tử
môi trường,  / 2 là số hiệu chỉnh hiệu ứng phân cực, u = v/c với c là tốc độ ánh
sáng.
Như đã thấy từ (6.1), trị số truyền năng lượng tuyến tính (ЛПЭ) và do đó cả
mật độ ion hóa trên quĩ đạo hạt tích điện tăng lên cho đến cuối khoảng chạy của
hạt.
Các electron năng lượng cao bị mất mát năng lượng do tán xạ không đàn hồi
trên electron và hạt nhân của nguyên tử môi trường, làm ion hóa nguyên tử và phân

tử và làm xuất hiện bức xạ Rơntgen hãm. Trường hợp tán xạ đàn hồi trên electron
môi trường, các electron không bị tổn thất năng lượng.
Tổn thất ban đầu về năng lượng trên một đơn vị dài đường đi của electron
nhanh ЛПЭ (erg/cm) bằng:

dE 4 .e4 .N A .Z .
Emv2
2
2
2 1
 
[ln
(2
1



1


)ln
2

1


 (1- 1   2 )2 - ] (6.2)
2
2
2

dx
mv AB
2 (1   )

Những kí hiệu ở đây cũng như trong công thức (6.1)
Từ các công thức (6.1) và (6.2) thấy là, khả năng hãm của các chất đối với
loại hạt đã cho tỷ lệ với mật độ của môi trường, với số thứ tự nguyên tử hiệu quả
(điện tích hạt nhân nguyên tử) của môi trường và số nguyên tử trong 1cm3, còn đối
với các hạt khác thì tỷ lệ thuận với bình phương điện tích hạt ion hóa và tỷ lệ


nghịch với động năng của nó. Sự phân bố sản phẩm ion hóa học dọc theo quĩ đạo
electron đồng đều hơn nhiều so với trong trường hợp hạt tích điện nặng hơn.
Tia Rơnghen và  mất mát năng lượng do sự hấp thụ quang điện (hiệu ứng
quang), sự tán xạ Comton và tạo cặp electron pozitron. Hiện tượng tạo cặp xảy ra
với các photon năng lượng cao hơn 1,02 MeV.
Trong trường hợp hấp thụ quang điện và tán xạ Comton, các nguyên tử môi
trường bị ion hóa. Sự làm yếu tia  và Rơnghen trong các chất được đặc trưng
bằng qui luật hàm mũ.

I  I o .e  . x

(6.3)

Trong đó: I là cường độ dòng bức xạ đi qua chất hấp thụ chiều dày x(cm).
Io là cường độ ban đầu của dòng bức xạ
-1

 là hệ số làm yếu bức xạ tuyến tính, cm

Nếu dùng hệ số làm yếu khối lượng, thì công thức (6.3) chuyển về dạng sau:

I  I .r




 d

(6.4)

Trong đó:  /  là hệ số làm yếu khối lượng
3

 là mật độ của chất (g/cm )

d là chiều dày lớp hấp thụ g/cm2
Trong hóa học bức xạ người ta không dùng hệ số làm yếu, mà dùng hệ số
hấp thụ khối lượng thực.

a

 f.


Với f là hệ số tán xạ bức xạ

(6.5)

Tổn thất năng lượng dòng bức xạ  hoặc Rơntgen được xác định bằng
phương trình:

E  Eo .e



a
d


(6.6)

Trong đó: E là năng lượng bức xạ sau khi qua lớp vật chất.
Eo là năng lượng ban đầu của bức xạ (năng lượng tới)
Từ đó thấy là năng lượng bị hấp thụ khi chuyển qua lớp vật chất cân bằng.

Eht  Eo (1  e



a
.d


)

(6.7)



a
d
Hoặc khi d nhỏ thì: Eht  Eo


(6.8)

Trong các biểu thức này hệ số hấp thụ khối lượng thực là tổng hệ số hấp thụ
khối lượng đối với hiệu ứng quang /  , hiệu ứng comton /  và sự tạo cặp /  .
Các notron chỉ tương tác với hạt nhân nguyên tử. Khi đó có sự tán xạ đàn
hồi hoặc không đàn hồi có xảy ra phản ứng hạt nhân tạo thành các hạt tích điện
hoặc photon, hoặc xảy ra quá trình phân chia hạt nhân. Trường hợp tán xạ đàn hồi,
năng lượng E do notron chuyển cho hạt nhân trong một va chạm đơn được xác
định theo phương trình

E

4MEo
cos 2
2
( M  1)

(6.9)

Trong đó: M là tỷ số khối lượng hạt nhân và khối lượng notron
Eo là năng lượng notron
 là góc giữa hướng chuyển động của notron và hạt nhân giật lùi

Theo hệ thức này thì tổn thất năng lượng cực đại ứng với những nguyên tử

có số khối bằng khối lượng notron, tức là trên các nguyên tử hidro. Trường hợp tán


xạ không đàn hồi có tạo thành những hạt nhân giật lùi ở trạng thái kích thích,
chúng chuyển về trạng thái ổn định bằng cách phát ra lượng tử  .
Phản ứng hạt nhân và quá trình phân chia hạt nhân có phát ra các hạt nặng
tích điện năng lượng cao hoặc photon năng lượng cao. Tất cả các quá trình này gây
ra sự ion hóa và kích thích nguyên tử và phân tử của môi trường.
Trong bảng 6.1 có đưa ra các giá trị ban đầu ЛПЭ ứng với các dạng bức
xạ khác nhau.
Dạng bức xạ
Tia  của 60Co
Tia  của 35S
Tia  của 210Po
Tia X
Tia X
Electron
Electron
Proton
Proton
Dotron
Dotron
Helion
Helion

Năng lượng bức xạ (MeV)
Trung bình -1,25
Trung bình -0,046
Trung bình 5,3
Trung bình 0,25

Trung bình 0,01
Trung bình 1
Trung bình 0,01
Trung bình 10
Trung bình 5
Trung bình 20
Trung bình 8
Trung bình 38
Trung bình 12

Giá trị ЛПЭ (V/Ao)
0,02
0,07
8,8
0,1
0,2
0,02
0,23
0,467
0,816
0,45
1
2,2
5

§3 – Đặc trưng định lượng của quá trình biến đổi hóa học bức xạ
Tác dụng của bức xạ ion hóa trên các chất tỷ lệ với liều lượng chất hấp thụ
bức xạ (nếu sản phẩm ban đầu của quá trình chuyển hóa bức xạ lại tham gia vào
phản ứng thứ cấp thì sẽ làm sai lệch hiệu suất sản phẩm sơ cấp so với qui luật
tuyến tính). Liều lượng hấp thụ là năng lượng bức xạ ion hóa bị 1 đơn vị khối

lượng chất được chiếu xạ hấp thụ. Trong hệ thống đơn vị quốc tế (SI), đơn vị liều
lượng hấp thụ là J/kg, còn trong hệ thống thực nghiệm thì tính bằng Rad (1Rad =
6,24.1013eV/cm3), chính là sự hấp thụ 1 erg năng lượng trên 1g chất bị chiếu xạ.
Các đơn vị dẫn xuất của Rad là 1 Kilorad(Krad) = 103rad; 1 Megarad(Mrad)=
106rad; 1 milirad(mrad) = 10-3; microrad(  rad ) = 10-6rad.


Riêng với bức xạ  Rơnghen trong không khí, người ta đưa ra khái niệm
liều lượng chiếu xạ là C/kg, còn trên thực tế thì dùng Rơntgen (R). Rơnghen là liều
lượng bức xạ  hoặc Rơnghen trong không khí, khi chiếu vào 1 khối lượng không
khí 0,001293g (1cm3 không khí của khí quyển ở 0oC và áp suất 760mmHg) sẽ tạo
thành các ion có điện lượng bằng 1 đơn vị tĩnh điện (CGSE) ứng với mỗi dấu. Đơn
vị dẫn xuất của Rơnghen là 1 MegaRơnghen (Mr) = 106R; 1kiloRơnghen = 103R;
và 1MicroRơnghen = 10-3R; 1 MicroRơnghen = 10-6R. Việc đo liều lượng bằng
Rơnghen cho phép đối với bức xạ có năng lượng không vượt quá 3MeV. Ở liều
lượng 1Rơnghen co tạo thành 2,08.109 cặp ion trong 1cm3 không khí ở 0oC và
760mmHg, và vì công trung bình để tạo thành 1 cặp ion trong không khí gần bằng
34eV (0,344.10-10erg) nên năng lượng hấp thụ trong 1cm3 không khí bằng 0,114
erg.
Liều lượng bức xạ bị hấp thụ bởi 1 đơn vị khối lượng trong 1 đơn vị thời
gian được gọi là suất liều lượng hấp thụ, đo bằng J/(kg.sec); rad/sec; eV/sec. Suất
liều lượng của bức xạ điện từ là bức xạ  hoặc Rơnghen trong 1 đơn vị thời gian
đo bằng C/(kg/sec); R/sec.
Liên hệ giữa liều lượng và suất liều lượng hấp thụ được biểu thị bằng
phương trình:
D = P.t

(6.10)

Trong đó: D là liều lượng

P là suất liều lượng
t là thời gian
Năng lượng bức xạ truyền qua 1cm2 bề mặt vuông góc với hướng đi tới của
bức xạ sau 1 giây được gọi là cường độ bức xạ đo bằng erg/(cm2.sec); eV/(cm2.sec)
Đặc trưng định lượng của biến đổi hóa học bức xạ là hiệu suất bức xạ hóa
học G, chính là số phân tử, ion, nguyên tử, gốc tự do… tạo thành (hoặc mất đi) khi
vật chất hấp thụ 100eV năng lượng bức xạ ion hóa. Người ta thường viết cạnh chữ
cái G kí hiệu của hợp chất dạng xét trong dấu ngoặc. Ví dụ, hiệu suất hóa học bức
xạ của hidro kí hiệu là G(H2). Nếu là quá trình phân hủy chất thì thêm dấu trừ vào


ngoặc trước kí hiệu hợp chất. Ví dụ, hiệu suất hóa học bức xạ quá trình phân hủy
nước được kí hiệu là G(-H2O).
Độ lớn G( phân tử/100ev) có quan hệ với liều lượng hấp thụ theo hệ thức:

G

N
100
D

Trong đó: N là số phân tử tạo thành (hoặc phân hủy) trong 1cm3 chất đã cho
D là liều lượng hấp thụ(eV/cm3)
Tốc độ phản ứng hóa học bức xạ (tính bằng phân tử/(cm3.sec)) có quan hệ
với hiệu suất theo phương trình:



GP
100

(6.11)

Trong đó: P là suất liều lượng, eV/(cm3.sec)
Chúng ta khảo sát dưới đây sự phụ thuộc nồng độ sản phẩm phản ứng hóa
học bức xạ vào thời gian ở suất liều lượng và nồng độ không đổi của hợp chất đầu.
Phổ biến nhất là 4 trường hợp sau:
1- Bức xạ gây ra sự chuyển chất A thành chất X, sản phẩm không biến
đổi tiếp:

x 

d X 
dt

a
A 
X

 a.P ;  X   a.P.t  aD

Trong đó  x là tốc độ phản ứng tạo sản phẩm X
[X] là nồng độ sản phẩm
A là hằng số tốc độ phản ứng
t là thời gian
Nồng độ sản phẩm phản ứng bức xạ tỷ lệ thuận với liều lượng.
Trên hình 6.1a là đồ thị quan hệ giữa [X] và t trong trường hợp
đang xét. Do sự phụ thuộc tuyến tính giữa hiệu suất sản phẩm phản ứng bức xạ và
liều lượng bức xạ mà hệ thống hóa học hấp thụ, mà quá trình biến đổi dưới tác
dụng bức xạ này có thể dùng để xác định liều lượng bức xạ ion hóa bằng phương

pháp hóa học.


Ví dụ, có thể sử dụng quá trình chuyển hóa Fe2+ thành Fe3+ hoặc
Ce4+ thành Ce3+ trong dung dịch nước cho mục đích trên.
2- Bức xạ gây ra sự chuyển chất A thành chất B, sau đó chất B chuyển
thành sản phẩm X do phản ứng hóa học
a1
k1
A 
 B 
X

x 
B 

d X 
dt

d  B
dt

 k1  B 

 a1.P  k1  B 

(6.13)
(6.14)

Trong đó: a1 và k1 là hằng số tốc độ phản ứng hóa học bức xạ và

phản ứng hóa học
[B] là nồng độ chất B
Từ đó ta có:

 X   P.

a1
(k1t  e k1t  1)
k1

(6.15)

Sự phụ thuộc [X] và t của trường hợp này được trình bày dưới dạng
đồ thị trên hình 6.1b. Trên đoạn đầu của đường cong, nồng độ sản phẩm phản ứng
hóa học bức xạ tăng chậm., cho tới khi tích tụ tới nồng độ dừng của chất B thì
nồng độ sản phẩm tăng nhanh với tốc độ không đổi
Để làm ví dụ chúng ta xét phản ứng hóa học do tác dụng của tia
 trên halogen alkyl trong các dung dịch nước:
RX 
 X *  HOH 
 HX  OH *
Đôi khi trong những trường hợp này phản ứng còn tiếp tục dù đã
ngừng chiếu xạ trên hệ

3- Phản ứng hóa học bức xạ thuận nghịch


X
A 


a1

a2

x 

d X 
dt

 a1P  a2 P  X 

(6.16)


Từ đấy rút ra:

 X   P.

a1
(1  e  a2 Pt )
a2

(6.17)

Tốc độ tạo sản phẩm phản ứng hóa học bức xạ giảm dần. tiến tới
không, còn [X] tiến tới 1 trị số không đổi nào đó (hình 6.1c)
4- Phản ứng hóa học bức xạ thuận nghịch xảy ra giữa chất A và B sau
đó là quá trình chuyển hóa bức xạ B thành C xảy ra song song với
quá trình phản ứng hóa học nối tiếp B thành X và X thành Y.
k1

k2
 
 X 
Y


A  B 
a2
C
 
a3
a1

Trên hình 6.1d là quan hệ hàm mũ của sự tích tụ sản phẩm X theo
thời gian, song cũng như trường hợp 2, tại thời gian đầu quá trình biến đổi, nồng
độ X bị tăng chậm, điều này có thể thấy rõ trên đường cong.
§4 – Các dạng chủ yếu của sự biến đổi hóa học bức xạ
Như đã mô tả ở trên, tất cả các dạng bức xạ ion hóa gây ra 2 quá trình sơ cấp
chủ yếu là sự ion hóa phân tử (nguyên tử):

M 
 M   e
Và kích thích phân tử (nguyên tử):

M 
M*
Trên thực tế quá trình sơ cấp hầu như không phụ thuộc vào loại chất, và
trung bình ứng với 34eV năng lượng hấp thụ sẽ tạo thành 1 cặp ion.
Sau đó thì các ion dương, các phân tử bị kích thích và electron với tốc độ
nhiệt tham gia vào quá trình hóa học thứ cấp. Các quá trình này phụ thuộc vào

dạng bức xạ (mật độ ion hóa), cường độ bức xạ và thành phần của chất bị chiếu xạ.
Các ion phân tử không bền bị phân rã thành gốc tự do, thành ion hoặc các
ion phân tử bền vững và phân tử khác.
M+

R1+R2+
M1++M2


Những ion tích điện dương bền vững có thể tương tác với các phân tử xung
quanh với sự giảm điện tích hoặc có thể tạo thành những ion và gốc mới theo phản
ứng ion-phân tử.
M1++M2
M++M1
R1++R2

[X ]

[X ]

[X ]

a

d

c

b

t

t

[X ]

t

t

Hình 6.1: Sự phụ thuộc cường độ quá trình phân ly bức xạ vào thời gian
a)
b)
c)
d)

Quan hệ tuyến tính
Quan hệ tuyến tính bị “làm chậm”
Quan hệ hàm mũ
Quan hệ hàm mũ bị làm chậm

G(-H2O) (phân tử/100eV)
5

Hình 6.2:
Sự phụ thuộc G(-H2O) vào giá
trị ЛПЭ ban đầu đối với dung
dịch H2SO4 0,4M

4

3

2
0,0 1

0,1

1,0

10

100

ЛПЭ (eV/A0)

1000


Các electron bị làm chậm sẽ trung hòa các ion dương hoặc bị hút vào các
phân tử có ái lực electron lớn hơn:
M   e 
M*
M  e  
M 
M  e  
 M 1  M 2

Các phân tử kết hợp với electron tạo thành phân tử kích thích và ion âm:
M  e 

 M1*  M 2

Các ion âm tái hợp với ion dương tạo thành phân tử kích thích:
M1  M 2 
 M1*  M 2

Hoặc tham gia vào phản ứng tương tự như phản ứng của các ion dương.
Những phân bị kích thích chuyển về trạng bền vững, thành các gốc và ion:
M1+M2
M*

R1+R2
M1++M2+

Quá trình ổn định hóa xảy ra với sự phát huỳnh quang hoặc chuyển năng
lượng electron thành năng lượng dao động phân tử thông qua sự truyền năng lượng
giữa các phân tử. Quá trình này có thể xảy ra không phải chỉ do va chạm trực tiếp
với phân tử không bị kích thích, mà cả bằng những tương tác điện từ khi chúng ở
xa nhau.
Các gố hoạt động, nguyên tử, ion, phân tử tạo thành trong những quá trình
thứ cấp mô tả ở trên sẽ tương tác với các phân tử ở môi trường xung quanh, làm
xảy ra nhiều quá trình hóa học.
Các quá trình mô tả ở trên xảy ra trong pha khí dưới dạng “thuần túy” nhất.
Trong pha ngưng tụ thì các quá trình dễ xảy ra hơn là: sự tái hợp gốc, khử hoạt hóa
phân tử kích thích bằng cách truyền năng lượng, vì vậy mà sản phẩm quá trình
chuyển hóa hóa học bức xạ sẽ giảm đi so với khi quá trình diễn ra trong pha khí.
Trong pha khí, các phân tử bị kích thích có thể tồn tại một thời gian dài, do đó có
thể còn xảy ra phản ứng phân tách chúng, còn trong pha lỏng thì phản ứng ionphân tử dễ xảy ra hơn.
Trong chất rắn phân tử, sự ổn định hóa (khử trạng thái kích thích) diễn ra
giống như quá trình trong chất lỏng không phân cực. Trong tinh thể ion, tùy thuộc

vào dạng bức xạ ion hóa có thể xảy sự trung hòa các ion mà không làm chuyển vị


nguyên tố ở nút mạng để tạo thành những khuyết tật. Trong khi kim loại chỉ có thể
xảy ra trường hợp thứ 2, vì các nguyên tử bị ion hóa sẽ được trung hòa nhanh
chóng bằng các electron tự do.
§5 – Tác dụng của bức xạ ion hóa trên nước và các dung dịch nước
Bức xạ ion hóa gây ra sự ion hóa và kích thích các phân tử nước.
H 2O 
 H 2O   e 
H 2O 
 H 2 O*

Electron tạo thành trong quá trình nêu trên, sau khi bị làm chậm sẽ liên kết
với các phân tử nước bị ion hóa bằng bức xạ để tạo thành phân tử ở trạng thái kích
thích (thuyết Xamuelmagi) hoặc bị solvat hóa và sau đó tương tác với nước tạo
thành Hidro nguyên tử ( lý thuyết Li; Greia và Platsman):

eaq
 H 2O 
 H  OH aq

Nhờ phản ứng thứ cấp của các ion và phân tử nước bị kích thích mà tạo
thành các gốc H và OH:
H 2O* 
 H  OH
H 2O  
 H   OH

Hoặc:

H 2O  H 2O  
 H 3O   OH

Do có nồng độ cao, các gốc tái hợp lại
H  H 
 H2
OH  OH 
 H 2O2
H  OH 
 H 2O

Phản ứng này dễ xảy ra nhất đối với những dạng bức xạ có mật độ ion hóa
lớn, ví dụ như đối với các hạt  : hiệu suất hidro là cực đại khi chiếu xạ bằng hạt
 (bảng 6.2)
Cũng có thể xảy ra phản ứng của phân tử nươc bình thường với phân tử
nước bị kích thích.
H 2O  H 2O* 
 H 2O2  H 2
Ngoài ra, trên đường đi của các hạt, ở những vị trí có nồng độ sản phẩm
phản ứng hóa học bức xạ lớn, thì còn có tương tác giữa chúng nữa.
H 2O2  H 
 H 2O  OH
H 2  OH 
 H 2O  H
H 2O2  OH 
 HO2  H 2O


Các phản ứng này làm cho sản phẩm phân tử của quá trinh biến đổi hóa học

bức xạ đạt tới nồng độ giới hạn ở suất liều lượng đã cho của bức xạ ion hóa, nồng
độ này tỷ lệ với căn bậc 2 của suất liều lượng.
Bảng 6.2: Hiệu suất ban đầu của hidro trong quá trình phân hủy nước
dưới tác dụng của các dạng bức xạ khác nhau
Dạng bức xạ
Năng lượng bức xạ (KeV) G(H2) (phân tử/100eV)
5
0,1 – 0,4
Hạt 
1000
0,2 – 0,5
Electron
5000
2
Hạt 
8000
0,54
Dotron
Gốc HO2 tham gia vào nhiều quá trình chuyển hóa, tạo thành oxy:
OH  HO2 
 H 2O  O2
H 2O2  HO2 
 H 2O  OH  O2
HO2  HO2 
 H 2O2  O2

Do sự khác nhau về mật độ các gốc, khi tác dụng các bức xạ khác nhau vào
nước, G(-H2O) bị giảm khi tăng ЛПЭ vì quá trình tái hợp các gốc H và OH ( hình
6.2)
Khi chiếu xạ dung dịch loãng của nước có chứa một lượng không đáng kể

chất hòa tan thì quá trình phân hủy bức xạ xảy ra dưới tác dụng trực tiếp của bức
xạ. Các phân tử chất tan gặp các gốc tạo thành trong quá trình chuyển hóa bức xạ
của nước và ở đó xảy ra phản ứng oxy hóa khử cùng 1 số phản ứng khác. Khi nồng
độ chất hòa tan nhỏ (nồng độ chất nhận gốc nhỏ) thì phản ứng chỉ xảy ra với những
gốc đã khuếch tán khỏi quĩ đạo hạt ion hóa và của các electron thứ cấp. Khi tăng
nồng độ chất hòa tan từ 0 đến 10-4- 10-2mol/l, phản ứng tạo thành những sản phẩm
dạng phân tử của quá trình phân hủy nước dưới tác dụng bức xạ bị cản trở (H2 và
H2O2), và vì thế hiệu suất của nó chỉ tăng đến 1 giới hạn xác định ứng với nồng độ
chất hòa tan đủ để thâu tóm toàn bộ gốc xuất hiện trong thể tích xung quanh quĩ
đạo hạt. Khi tiếp tục tăng nồng độ, hiệu suất sản phẩm phân tử không đổi, nhưng
các phân tử chất nhận gốc xâm nhập vào ngay gần vị trí tạo thành gốc và tương tác
với chúng ở đó. Điều này làm giảm hiệu suất sản phẩm phân tử của quá trình phân
hủy bức xạ nước.
Trong các dung dịch axit, electron solvat hóa khử các ion hidro



H3O  eap

 H  H 2O

Nguyên tử hidro là chất khử trên thực tế, có tính khử tăng khi tăng pH dung
dịch. Song đôi khi nguyên tử hidro thể hiện tính oxy hóa, tạo thành ion H2+.