ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Нейтроны преображают материю из "Изотопы на службе человека " Выдающийся русский химик Александр Бутлеров был создателем теории органических соединений. В последние годы своей жизни он заинтересовался проблемой атомных весов. [c.51] Бутлеров считал, что атомные веса элементов не случайно отличаются от целых чисел. Атомы одного и того же элемента могут обладать разной кинетической энергией, но несмотря на это остаются атомами данного элемента. Почему нельзя допустить, что атомы одного и того же элемента могут иметь несколько отличные атомные веса Например, для атома углерода значения их могли бы лежать в границах от П,8 до 12,0. [c.51] По представлению Бутлерова, каждый элемент имеет несколько разновидностей, полностью идентичных со всех точек зрения, за исключением величины атомного. веса. Атомный вес каждой из разновидностей атомов выражается целым числом, однако атомный вес элемента, состоящего из смеси атомов, по-видимому, будет часто отличаться от целого числа. [c.51] Свои предположения Бутлеров основывал на фактических данных, полученных рядом химиков. К сожалению, смерть прервала собственные исследования Бутлерова, начатые им в целях проверки своего предположения. Вопрос этот был выяснен окончательно только через 30 лет. [c.51] Следовало еще доказать, что и нерадиоактивным элементам присуще явление изотопии. [c.52] Доказательство не заставило себя долго ждать. Уже в 1912 г. Дж. Томсон сконструировал очень тонкую по замыслу установку, с помощью которой были проведены необходимые опыты. [c.52] Это была установка для исследования каналовых лучей. Как видно из рис. 20, устройство ее не очень сложное. Анод А расположен в боковом отростке стеклянного шарового баллона, из которого выкачан воздух. В массивном катоде К имеется отверстие очень маленького диаметра, благодаря чему удалось получить тонкий и почти параллельный пучок каналовых лучей. Пучок этот, состоящий, как нам уже известно, из положительных ионов данного элемента, по выходе из катода проходит между двумя параллельно расположенными пластинами ЕЕ и полюсами магнита ММ. [c.52] Пластины ЕЕ выполнены из металла, на них подается постоянное напряжение. Электрическое поле, образующееся между пластинами, отклоняет положительно заряженные атомы в сторону пластины, имеющей отрицательный заряд. Мы уже имели дело с воздействием электрического поля на ионы в циклотроне. Однако там поле действовало вдоль пучка ионов и лишь ускоряло движение частиц. Только в конце их пути дополнительное электрическое поле, действовавшее уже в поперечном направлении, отклоняло пучок и выводило его из дуантов циклотрона (см. рис. 17). [c.52] Таким образом, Томсон использовал в своей установке параллельные магнитное и электрическое поля. Первое отклоняло ионы в горизонтальном направлении, а второе — в вертикальном. [c.53] Из выражения (3) видно, что при заданном напряжении электрического и магнитного полей величина отклонения ионов зависит только от отношения elm, т. е. от отношения заряда каждого иона к его массе. Те, кто знаком с аналитической геометрией, заметят, наверное, что выражение (3) является уравнением параболы. [c.54] Ионы с одинаковой величиной отношения заряда к массе будут отклоняться в установке Томсона весьма характерным образом. Так, если перпендикулярно к оси установки установить фотографическую пластинку, например, в точке G, то на ней обозначатся параболы — следы воздействия ионов, обладающих разной скоростью, причем каждая из парабол будет отвечать определенной величине отношения elm (рис. 21). Таким образом, ионы водорода (протоны) оставят на пластинке иную параболу, чем, скажем, ионы кислорода О , поскольку массы их различны. В свою очередь парабола — след отклоненных ионов О будет отличной от параболы ионов O ,так как эти ионы обладают разными зарядами, и т. д. [c.54] конечно, случиться, что ионы каких-либо двух элементов будут характеризоваться очень близкими значениями отношения elm, как, например, N+ (однозарядный ион азота) и СО (двукратно заряженный ион окиси углерода). В этом случае параболы могут наложиться одна на другую, и для их разделения нужно применять очень сильные электрическое и магнитное поля. [c.54] В качестве объекта своих исследований Томсон использовал инертный газ неон. В то время это был очень редкий элемент, поскольку мировой его запас (в чистом состоянии) не превышал тогда 1г. [c.54] Посмотрим теперь на параболу, являющуюся следом ионов неона. Конец ее выглядит раздвоенным, т. е. вероятным представлялось, что ионы на обеих ветвях раздвоенной параболы имеют различные массы. Из расчетов следовало, что значения масс равны 20 и 22. [c.55] Проще всего было предположить, что в данном случае мы имеем дело с двумя изотопами неона. [c.55] Однако Томсон в своих выводах был весьма осторожен. Прежде всего, ему было известно, что масса атома неона ) равна 20,2. Это число очень близко к 20, а потому можно было считать, что линия 20 на снимке относится к неону. [c.55] В то же время наличие ионов СО было весьма вероятно, поскольку, как это видно на снимке (см. рис. 21), двуокись углерода СО присутствовала в исследуемом материале. Тогда Томсон попробовал поместить часть аппаратуры в сосуд с жидким воздухом. При низкой температуре (порядка —190° С) двуокись углерода оказалась полностью замороженной, однако линия 22 все-таки появлялась на снимках. [c.56] Томсон и его ученики, особенно Астон, провели тщательное исследование парабол 20 и 22 . Астон чрезвычайно старательно очистил неон от всевозможных посторонних примесей, и тем не менее он продолжал давать на фотопластинках две параболы. [c.56] Вернуться к основной статье