-->
|
|
|
|
|
Ãëàâà 13. Ôèçèêà àòîìíîãî ÿäðà § 102. ÈçîòîïûÈçó÷åíèå ÿâëåíèÿ ðàäèîàêòèâíîñòè ïðèâåëî ê âàæíîìó îòêðûòèþ: áûëà âûÿñíåíà ïðèðîäà àòîìíûõ ÿäåð.  ðåçóëüòàòå íàáëþäåíèÿ îãðîìíîãî ÷èñëà ðàäèîàêòèâíûõ ïðåâðàùåíèé ïîñòåïåííî îáíàðóæèëîñü, ÷òî ñóùåñòâóþò âåùåñòâà, òîæäåñòâåííûå ïî ñâîèì õèìè÷åñêèì ñâîéñòâàì, íî èìåþùèå ñîâåðøåííî ðàçëè÷íûå ðàäèîàêòèâíûå ñâîéñòâà (ò. å. ðàñïàäàþùèåñÿ ïî-ðàçíîìó). Èõ íèêàê íå óäàâàëîñü ðàçäåëèòü íè îäíèì èç èçâåñòíûõ õèìè÷åñêèõ ñïîñîáîâ. Íà ýòîì îñíîâàíèè Ñîääè â 1911 ã. âûñêàçàë ïðåäïîëîæåíèå î âîçìîæíîñòè ñóùåñòâîâàíèÿ ýëåìåíòîâ ñ îäèíàêîâûìè õèìè÷åñêèìè ñâîéñòâàìè, íî ðàçëè÷àþùèõñÿ, â ÷àñòíîñòè, ñâîåé ðàäèîàêòèâíîñòüþ. Ýòè ýëåìåíòû íóæíî ïîìåùàòü â îäíó è òó æå êëåòêó ïåðèîäè÷åñêîé ñèñòåìû Ä. È. Ìåíäåëååâà. Ñîääè íàçâàë èõ èçîòîïàìè (ò. å. çàíèìàþùèìè îäèíàêîâûå ìåñòà). Ïðåäïîëîæåíèå Ñîääè ïîëó÷èëî áëåñòÿùåå ïîäòâåðæäåíèå è ãëóáîêîå òîëêîâàíèå ãîä ñïóñòÿ, êîãäà Äæ. Äæ. Òîìñîí ïðîâåë òî÷íûå èçìåðåíèÿ ìàññû èîíîâ íåîíà ìåòîäîì îòêëîíåíèÿ èõ â ýëåêòðè÷åñêîì è ìàãíèòíîì ïîëÿõ. Îí îáíàðóæèë, ÷òî íåîí ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé ñìåñü äâóõ âèäîâ àòîìîâ. Áî́ëüøàÿ ÷àñòü èõ èìååò îòíîñèòåëüíóþ ìàññó, ðàâíóþ 20. Íî ñóùåñòâóåò íåçíà÷èòåëüíàÿ ÷àñòü àòîìîâ ñ îòíîñèòåëüíîé àòîìíîé ìàññîé 22.  ðåçóëüòàòå îòíîñèòåëüíàÿ àòîìíàÿ ìàññà ñìåñè áûëà ïðèíÿòà ðàâíîé 20,2. Àòîìû, îáëàäàþùèå îäíèìè è òåìè æå õèìè÷åñêèìè ñâîéñòâàìè, ðàçëè÷àëèñü ìàññîé. Îáà âèäà àòîìîâ íåîíà, åñòåñòâåííî, çàíèìàþò îäíî è òî æå ìåñòî â òàáëèöå Ä. È. Ìåíäåëååâà è, ñëåäîâàòåëüíî, ÿâëÿþòñÿ èçîòîïàìè. Òàêèì îáðàçîì, èçîòîïû ìîãóò ðàçëè÷àòüñÿ íå òîëüêî ñâîèìè ðàäèîàêòèâíûìè ñâîéñòâàìè, íî è ìàññîé. Èìåííî ïîýòîìó ó èçîòîïîâ çàðÿäû àòîìíûõ ÿäåð îäèíàêîâû, à çíà÷èò, ÷èñëî ýëåêòðîíîâ â îáîëî÷êàõ àòîìîâ è, ñëåäîâàòåëüíî, õèìè÷åñêèå ñâîéñòâà èçîòîïîâ îäèíàêîâû. Íî ìàññû ÿäåð ðàçëè÷íû. Ïðè÷åì ÿäðà ìîãóò áûòü êàê ðàäèîàêòèâíûìè, òàê è ñòàáèëüíûìè. Ðàçëè÷èå ñâîéñòâ ðàäèîàêòèâíûõ èçîòîïîâ ñâÿçàíî ñ òåì, ÷òî èõ ÿäðà èìåþò ðàçëè÷íóþ ìàññó.  íàñòîÿùåå âðåìÿ óñòàíîâëåíî ñóùåñòâîâàíèå èçîòîïîâ ó áîëüøèíñòâà õèìè÷åñêèõ ýëåìåíòîâ. Íåêîòîðûå ýëåìåíòû èìåþò òîëüêî íåñòàáèëüíûå (ò. å. ðàäèîàêòèâíûå) èçîòîïû. Èçîòîïû åñòü ó ñàìîãî òÿæåëîãî èç ñóùåñòâóþùèõ â ïðèðîäå ýëåìåíòîâ — óðàíà (îòíîñèòåëüíûå àòîìíûå ìàññû 238, 235 è äð.) è ó ñàìîãî ëåãêîãî — âîäîðîäà (îòíîñèòåëüíûå àòîìíûå ìàññû 1, 2, 3). Îñîáåííî èíòåðåñíû èçîòîïû âîäîðîäà, òàê êàê îíè ðàçëè÷àþòñÿ ïî ìàññå â 2 è 3 ðàçà. Èçîòîï ñ îòíîñèòåëüíîé àòîìíîé ìàññîé 2 íàçûâàåòñÿ äåéòåðèåì. Îí ñòàáèëåí (ò. å. íå ðàäèîàêòèâåí) è âõîäèò â êà÷åñòâå íåáîëüøîé ïðèìåñè (1 : 4500) â îáû÷íûé âîäîðîä. Ïðè ñîåäèíåíèè äåéòåðèÿ ñ êèñëîðîäîì îáðàçóåòñÿ òàê íàçûâàåìàÿ òÿæåëàÿ âîäà. Åå ôèçè÷åñêèå ñâîéñòâà çàìåòíî îòëè÷àþòñÿ îò ñâîéñòâ îáû÷íîé âîäû. Ïðè íîðìàëüíîì àòìîñôåðíîì äàâëåíèè îíà êèïèò ïðè 101,2 °Ñ è çàìåðçàåò ïðè 3,8 °Ñ. Èçîòîï âîäîðîäà ñ àòîìíîé ìàññîé 3 íàçûâàåòñÿ òðèòèåì. Îí β-ðàäèîàêòèâåí, è åãî ïåðèîä ïîëóðàñïàäà îêîëî 12 ëåò. Ñóùåñòâîâàíèå èçîòîïîâ äîêàçûâàåò, ÷òî çàðÿä àòîìíîãî ÿäðà îïðåäåëÿåò íå âñå ñâîéñòâà àòîìà, à ëèøü åãî õèìè÷åñêèå ñâîéñòâà è òå ôèçè÷åñêèå ñâîéñòâà, êîòîðûå çàâèñÿò îò ïåðèôåðèè ýëåêòðîííîé îáîëî÷êè, íàïðèìåð ðàçìåðû àòîìà. Ìàññà æå àòîìà è åãî ðàäèîàêòèâíûå ñâîéñòâà íå îïðåäåëÿþòñÿ ïîðÿäêîâûì íîìåðîì â òàáëèöå Ä. È. Ìåíäåëååâà. Ïðèìå÷àòåëüíî, ÷òî ïðè òî÷íîì èçìåðåíèè îòíîñèòåëüíûõ àòîìíûõ ìàññ èçîòîïîâ âûÿñíèëîñü, ÷òî îíè áëèçêè ê öåëûì ÷èñëàì. À âîò àòîìíûå ìàññû õèìè÷åñêèõ ýëåìåíòîâ èíîãäà ñèëüíî îòëè÷àþòñÿ îò öåëûõ ÷èñåë. Òàê, îòíîñèòåëüíàÿ àòîìíàÿ ìàññà õëîðà ðàâíà 35,5. Ýòî çíà÷èò, ÷òî â åñòåñòâåííîì ñîñòîÿíèè õèìè÷åñêè ÷èñòîå âåùåñòâî ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé ñìåñü èçîòîïîâ â ðàçëè÷íûõ ïðîïîðöèÿõ. Öåëî÷èñëåí- íîñòü (ïðèáëèæåííàÿ) îòíîñèòåëüíûõ àòîìíûõ ìàññ èçîòîïîâ î÷åíü âàæíà äëÿ âûÿñíåíèÿ ñòðîåíèÿ àòîìíîãî ÿäðà. Áîëüøèíñòâî õèìè÷åñêèõ ýëåìåíòîâ èìåþò èçîòîïû. Çàðÿäû àòîìíûõ ÿäåð èçîòîïîâ îäèíàêîâû, íî ìàññû ÿäåð ðàçëè÷íû. Âîïðîñ ê ïàðàãðàôó Ñóùåñòâóþò ëè èçîòîïû ó áàðèÿ, îòíîñèòåëüíàÿ àòîìíàÿ ìàññà êîòîðîãî 137,34?
|
|
|