Игорь Вадимов Грандмастер

Как были открыты изотопы?

Еще Менделеев, создавая таблицу элементов, обнаружил, что если сгруппировать элементы по условным тогда «атомным весам», за некоторыми исключениями, получается вполне стройная и логичная система.

Фото: Depositphotos

Ради этой стройности и ясности Менделеев подправил значения атомных весов для 9 тогда известных элементов и поместил в таблицу 11 «дырочек», пустых мест, в которых в будущем должны были появиться тогда еще неизвестные элементы, дав им условные названия типа «экаалюминий» или «экайод». А что произошло дальше?

Некоторое время его методика подвергалась ожесточенной критике, мол, что за ученый, коли ради интересов собственной теории начал переписывать значения, которые были найдены и просчитаны не им? Критиковали его до тех пор, пока не пересчитали атомные веса элементов, поправленные Менделеевым, — и он во всем оказался прав.

А когда были открыты галлий (экаалюминий Менделеева), скандий (экабор Менделеева) и германий (экасилиций Менделеева), «двителлур» — полоний, «экайод» — астат — и все остальные, предсказанные русским ученым, Периодический Закон Менделеева стал общепризнанным.

И. Н. Крамской, «Портрет химика Дмитрия Ивановича Менделеева», 1878 г.
И. Н. Крамской, «Портрет химика Дмитрия Ивановича Менделеева», 1878 г.
Фото: artchive.ru

Со временем, по мере развития физики, выяснилось, что номера элементов периодической таблицы — это заряд ядра атомов данного элемента. А атомный вес — это сумма весов всех изотопов данного элемента, помноженных на их процентное содержание.

В начале XX века перед учеными встала серьезная проблема.

Юлиус Клапрот
Юлиус Клапрот
Фото: ru.wikipedia.org

В 1841 году был открыт элемент уран. История урана весьма интересна. Еще в Древнем Риме природную окись урана использовали для изготовления желтой посуды. В 1789 году немецкий ученый Клапрот сумел извлечь из руды, добытой в Саксонии, новое металлоподобное вещество. Он назвал его ураном в честь новой планеты Солнечной системы, открытой незадолго до этого астрономом Гершелем.

Уран Клапрота 50 лет считали металлом. А в 1841 году французский химик Э. Пелиго доказал, что это не металл, а оксид металла. Он сумел восстановить из оксида чистый металл — настоящий уран.

Атомный вес элемента довольно долго считали равным 120, но в таблицу Менделеева он при этом попадал не в то место, куда хотел бы Менделеев — и ученый почти удвоил его атомный вес. А через 12 лет опыты немецкого ученого Циммермана подтвердили эту догадку Менделеева, атомный вес урана был определен как 238.

Так вот. При исследовании свойств урана в 90-е годы XIX века было установлено, что он испускает некую «эманацию», проникающее излучение. Это явление было открыто Беккерелем в 1896 году. Изучение нового явления продолжалось.

Ученые начали открывать и другие радиоактивные вещества и обнаружили, что они со временем превращаются в другие элементы.

Так в уране начинал появляться элемент торий. Ну, тут очень просто: атом урана, элемента номер 92, испускал альфа-частицу, ядро атома при это теряло 2 протона и атом урана превращался в атом тория — элемента 90.

Химическим путем торий можно было отделить от урана. Однако это был какой-то странный торий.

Йёнс Якоб Берцелиус
Йёнс Якоб Берцелиус
Фото: ru.wikipedia.org

Торий был открыт Берцелиусом в 1828 году. Этот элемент практически стабилен, его период полураспада, вычисленный учеными впоследствии, составляет 14.5 миллиарда лет. Но это верно для 232Th. А при распаде урана-238 получается изотоп тория 234Th. А его период полураспада составляет около 24 суток. Вначале торий, полученный из урана 238 в результате альфа-распада, даже называли «уран Х1», не понимая, что именно происходит с ураном.

В наше время известны десятки изотопов одного только тория — от 208Th до 239Th. И длительный период полураспада имеет только 232Th, у остальных он от микросекунд до нескольких суток.

А тогда ученые просто понимали, что происходит нечто непонятное. Совсем недавно клеймили позором алхимиков, говорили, что атом един и неделим, что превращение свинца в золото — жульничество и только. А тут один элемент постепенно превращался в другой.

И пока ученые ядерной физики не разобрались в ситуации, ученые не знали, что делать с изотопами тория, которые они называли:

  • 227Th — радиоактиний;
  • 228Th — радиоторий;
  • 230Th — ионий;
  • 231Th — уран Y;
  • 234Th — уран X1.

В 1912 году физик Дж. Дж. Томсон произвел эксперимент. Он создал пучок ионов неона и подверг его воздействию магнитного поля. Зная их скорость и напряженность поля, можно было уточнить атомный вес ядер атомов неона. Ученый рассчитывал получить на фотопластинке, фиксирововавшей попадания атомов, засвеченное пятнышко, а получил два пятнышка. Одно — большое, другое — маленькое.

Джозеф Джон Томсон
Джозеф Джон Томсон
Фото: ru.wikipedia.org

Результат опыта показал, что неон имеет минимум два изотопа с разным атомным весом. И по соотношению размеров пятен засветки можно было определить процентное соотношение изотопов неона в природе и их атомные веса.

Методика опыта Дж.Дж.Томсона позволила создать масс-спектрометр. И тут ученые с удивлением и восторгом обнаружили, что все элементы имеют несколько изотопов.

Все эти изыски в исследованиях ученых сначала были просто невинной попыткой удовлетворить человеческое любопытство, двинуть вперед науку.

До тех пор, пока не были проведены опыты по облучению урана нейтронами и не было обнаружено, что если в ядро атома U-235 попадал медленный нейтрон, то ядро атома урана распадалось на барий и криптон с выделением большого количества энергии и нескольких медленных нейтронов, в среднем их выделялось 2.4.

Когда сумели понять, что это означает, шутки сразу кончились и физики-ядерщики из бесшабашных и любопытных чудаков вдруг превратились в создателей самого страшного оружия массового поражения. Надо было лишь придумать способ отделить изотоп U-235 от изотопа U-238…

Энрико Ферми
Энрико Ферми
Фото: ru.wikipedia.org

Говорят, будто Энрико Ферми сразу после испытания первой атомной бомбы процитировал Бхагават-Гиту:

Если блеск тысяч солнц
Разом вспыхнет на небе,
Человек станет Смертью,
Угрозой Земле.

Откуда древние индусы могли такое знать? Может быть, человечество — и впрямь не первая цивилизация разумных на Земле? И все они в своем развитии дошли до изобретения способа разделить изотопы урана, а потом…

Статья опубликована в выпуске 13.09.2019

Комментарии (1):

Чтобы оставить комментарий зарегистрируйтесь или войдите на сайт

Войти через социальные сети: