Превращение элементов
Шрифт:
В Химическом обществе Германии к этому сообщению отнеслись с большим интересом, но и с осторожностью, указав что поразительные наблюдения требуют ещё дальнейшего изучения, которое уже начато авторами.
В 1909 г. Рамзай сам выступил в лондонском Химическом обществе, рассказал о своих экспериментах и выразил убеждение в том, что его опыты доказали превращение элементов большего атомного веса в элементы с меньшим атомным весом.
На этот раз недоверие возросло. Опыты Рамзая взяли на проверку М.Кюри и её сотрудница Е.Гледич. Они нашли ошибку: литий был в кварцевой посуде, а не образовывался из сернокислой меди. Об этом сообщили Рамзаю, но тот стоял на своём: «Всё, что я могу сказать, — это то, что нам удалось вызвать эту трансформацию и что Кюри это не удалось».
Возможность превращения меди в литий была проверена учеником Рамзая Е.Перманом — весьма способным и опытным химиком. Результат опыта был отрицательным. Рамзай не придал значения
Наконец за проверку утверждений Рамзая взялись Резерфорд и Ройдс и нашли, что всё гораздо проще: в аппарат Рамзая проник воздух.
Но Рамзай не внимал всем этим доводам и доверял лишь себе. Ведь именно в этот период он не только показал, что гелий рождается из эманации, но и провёл тончайшее исследование её свойств. Именно Рамзаю удалось поставить невероятный по тонкости эксперимент, в результате которого был измерен атомный вес эманации — 222. К этому времени уже был опредёлен и атомный вес радия — 226. И схема радиоактивного распада рисовалась такой:
Ra 226 = Rn 222 + He 4
Рамзай вместе с Н.Колли и Г.Паттерсоном опубликовал работу, в которой утверждалось, что им удалось осуществить превращение уже не более сложных, а менее сложных элементов, т. е. не распад, а синтез. Они якобы получили в катодной трубке гелий из водорода — в одном случае, а в другом, когда там были следы кислорода, — неон. После смерти Рамзая была обнаружена рукопись, в которой есть такая фраза: «Доказано, что в присутствии серы образуется аргон; при отсутствии серы аргона не образуется».
Можно было бы, конечно, не рассказывать о несколько странном поведении Рамзая, чтобы не бросать тень на учёного с мировым именем. Но вряд ли это было бы правильно. Даже его ошибки были ступенями познания, поскольку ошибочность его утверждений выяснилась не в словесном поединке, а в результате многочисленных экспериментов, проверки и перепроверки учёными друг друга.
Интерес к радиоактивности продолжал нарастать. Резерфорд, принявший предложение Манчестерского университета и занявший там должность профессора физики, увлёкся альфа-излучением. Что представляют собой эти загадочные альфа-частицы? Ещё в монреальских экспериментах Резерфорд выяснил, что масса альфа-частиц больше массы водорода. Измерив отношение их заряда к их массе, Резерфорд пришёл к заключению, что они представляют собой не что иное, как атомы гелия, потерявшие по два электрона.
В Манчестере Резерфорд организовал эксперимент, наглядно убедивший всех сомневающихся. Была изготовлена стеклянная трубка с толщиной стенок всего 0,01 миллиметра. Через такие стенки свободно проходят альфа-частицы, но они непроницаемы для газообразного гелия. Трубка была помещена внутри другой (с более толстыми стенками), соединённой с капилляром и трубкой Плюккера. Тонкостенная трубка заполнялась эманацией радия, из внешней трубки откачивали воздух. Через некоторое время было замечено, что в ней накапливается газ. Поступить туда он мог только через тонкие стенки первой трубки, затем по капилляру он прошёл в трубку Плюккера. Спектроскоп чётко удостоверил, что это гелий. Самые упорные скептики могли видеть своими глазами, как гелий образуется из альфа-частиц. Но Резерфорд этим не удовлетворился и поставил контрольный опыт. Внутренняя тонкостенная трубка заполнялась не эманацией, а чистым гелием. Через несколько дней спектроскоп показал, что в разрядной трубке гелия нет — через тонкие стенки газ не проходил, они были проницаемы лишь для альфа-частиц.
В 1908 г. Резерфорд стал лауреатом Нобелевской премии и на заседании по традиции должен был прочитать лекцию. Он озаглавил её так: «О химической природе альфа-частиц радиоактивных веществ». Премия Резерфорду была присуждена не по физике, а по химии. Радиоактивность была совершенно новой областью исследований, и учёные не знали с уверенностью, к какой науке её причислить. А новый лауреат изящно пошутил по этому поводу: «Я имел дело со многими разнообразными превращениями с разными периодами, но самым быстрым из всех оказалось моё собственное превращение в один момент из физика в химика».
Полуспиритическое состояние и кризис в науке
Всё смешалось в доме элементов. В том самом великолепном здании, которое построил Д.И.Менделеев, — в знаменитой периодической системе. Так, во всяком случае, казалось многим прославленным физикам и химикам начала XX столетия. Всё новые и новые элементы обнаруживались исследователями в цепи радиоактивного распада. Но куда их помещать? В таблице не хватало клеток для этого.
Пьер Кюри не сразу признал теорию превращения элементов. Ему казалось, что тем самым признаётся
Выяснилось, что это не конец. Есть ещё радий-D, радий-E и радий-F.
Осенью 1904 г. для усовершенствования в науках в лабораторию Рамзая прибыл «неспециалист» — химик-органик Отто Ган. Молодого учёного сразу усадили за отделение радия от бариевой фракции, извлечённой из 250 килограммов нового радиоактивного минерала с Цейлона. Новичку пришлось нелегко, так как навыка в работе с радиоактивными веществами у него совсем не было. Но он порученное задание выполнил с честью. Даже больше. Он не только выделил бромистый радий, но нашёл в маточном растворе новое радиоактивное вещество, которое давало эманацию с периодом полураспада в одну минуту. Твёрдый налёт — результат превращения эманации — также был активен (полураспад 11 часов). По всем химическим признакам это был торий, но с исключительно сильной радиоактивностью. Успехи молодого учёного произвели хорошее впечатление на Рамзая, и он сразу рекомендовал его в качестве специалиста по радиоактивности в исследовательский институт Эмиля Фишера. Молодой химик-органик, «птенец» по сути дела, прибыл к маститому органику с новой, совершенно неожиданно приобретённой специальностью физика. Но чувствуя себя в ней ещё не очень уверенно, Ган отправился в Монреаль к Резерфорду подучиться и накопить опыт. Ему быстро удалось убедить Резерфорда в существовании радиотория, как было названо им новое вещество, и в том, что в цепи радиоактивного превращения торий — эманация тория (торон) он предшествует ранее обнаруженному торию-X. Началась упорная работа. Всё было правильно, но вдруг пришло письмо, в котором его автор Болтвуд сообщал, что располагает препаратом радиотория, сохраняющим радиоактивность постоянной в течение двух лет. Это было интересное сообщение, так как по измерениям Гана такой срок должен привести к почти полному распаду этого вещества. Если сведения Болтвуда достоверны, можно было предположить, что запас радиотория постоянно пополняется за счёт распада какого-то другого радиоактивного вещества. Оказалось, что и в самом деле так, — Ган тонко поставленными экспериментами доказал это и новое вещество назвал мезоторием. В работу включились Болтвуд, Мак-Кой и другие исследователи. В конечном счетё было установлено, что есть и другой мезоторий. Цепочку превращения тория в его эманацию оказалось необходимым удлинить: торий — мезоторий I — мезоторий II — радиоторий — торий-X — торон (эманация).
То обстоятельство, что радий всегда добывался только из урановых руд, наводило на мысль, что и сам он — всего лишь ступень в цепи превращений элементов. Содди попытался накопить сколько-нибудь радия непосредственно из урана, однако это ему не удалось, и исследователи сделали вывод, что уран и радий — не соседние звенья радиоактивной цепи. Так оно и оказалось впоследствии. Болтвуд тогда заинтересовался актинием, радиоактивность которого показана была А.Дебьерном ещё в 1899 г. Исследования, начатые Болтвудом и следом за ним Резерфордом, закончились установлением новой цепи превращений: актиний — радиоактиний — актиний-X — актинон — актиний-A — актиннй-B — актиний-C.
Все эти превращения сопровождались излучением; в большинстве своём испускались альфа, реже бета-, а иногда и гамма-лучи.
Описание всех подробностей этих трансформаций не является предметом нашего рассмотрения, и мы того, кто этим заинтересовался, отсылаем к современному учебнику физической или даже неорганической химии, либо к соответствующим популярным изданиям.
Для нашей темы любопытно было то, что активность в ряде превращений, наконец, прекращалась и образовывалось вещество, уже не излучающее. Химики, определяя его атомный вес, получали неодинаковые величины, но всякий раз очень близкие к атомному весу одного из самых известных и обиходных элементов — свинца.