Азот превращается в кислород
У ядер тяжелых элементов большой заряд. В опытах Резерфорда, которые
привели к созданию ядерной модели, поток а-частиц встречал на своем пути
ядра золота - элемента из конца периодической системы. И электростатические
силы отталкивания между положительным зарядом а-частиц и ядрами атомов
золота были очень велики. А если взять легкие элементы? Скажем, азот. У
его ядра небольшой заряд. Силы, отталкивающие а-частицу от такого ядра,
были бы значительно меньше. Быть может, а-частице удалось бы проникнуть
в ядро? ...В самом конце первой мировой войны Резерфорд однажды не явился
на заседание Британского комитета борьбы с подводными лодками. Когда его
упрекнули в невнимании к своим обязанностям, он в весьма резкой форме ответил:
«Я был занят экспериментами, из которых следует, что атом можно искусственно
разделить. А такая перспектива значительно важнее, чем война!»
Великий ученый нисколько не преувеличивал. В июне 1919 г. он опубликовал
результаты своих исследований. С тех пор начался в атомной науке новый
этап — эпоха искусственного превращения элементов. В природных радиоактивных
процессах элементы превращались друг в друга естественным образом. Человек
оставался лишь свидетелем этого удивительного явления. Резерфорд дал человеку
возможность управлять превращением элементов.
Резерфорд обстреливал азот а-частицами и в результате получил какие-то
более легкие частицы (рис. 9). Он доказал, что эти частицы — ядра атомов
водорода, протоны. Значит, протоны действительно входят в состав атомных
ядер. Если протон покидает атомное ядро, то заряд ядра изменяется и рождается
ядро нового элемента.
Рис. 9. Схема прибора, в котором Резерфорд наблюдал превращение атомных
ядер: 1 - диск, на который был нанесен препарат, испускающий а-частицы;
прибор заполнен азотом; 2 -отверстие в стенке прибора; 3 - экран, покрытый
сернистым цинком; 4 -приспособление для наблюдения вспышек на экране. Диск
находился на таком расстоянии от экрана, что а-частицы не могли его достигнуть.
Но Резерфорд обнаружил на экране вспышки и сделал вывод, что их вызывают
какие-то другие частицы. Ими оказались протоны, выбиваемые а-частицами
из ядер азота.
Массовое число у изотопа азота — 14, заряд ядра. — 7. В ядро азота влетает
а-частица с массой 4 и зарядом 2. Образуется сложная система: ее масса
— 18, а заряд — 9. Вылетающий протон уносит одну единицу массы и одну единицу
заряда. В итоге получается ядро с массой 17 и зарядом 8. Заряд ядра, равный
8, может быть только у кислорода. Следовательно, в опытах Резерфорда азот
превратился в кислород (рис. 10). Это превращение можно записать символами
ядерной физики:
Рис. 10.
или в сокращенном виде :
где р — обозначение протона. Резерфорду удалось расщепить и другие
ядра — атомов бора, натрия, фтора, алюминия, фосфора и других элементов.
Вот как, например, протекало превращение алюминия:
Ha примере этой ядерной реакции ученые впервые подсчитали, какая энергия
выделяется при искусственном превращении элементов. И оказалось, что при
превращении алюминия в кремний выделяется в 700000 раз больше энергии,
чем при химическом сгорании такой же массы углерода.
Но а-частица могла сокрушить лишь ядра легких элементов. Для того чтобы
проникнуть в ядра элементов тяжелее калия, ей не хватало быстроты. Вот
если бы а-частицу удалось каким-нибудь образом ускорить или найти другой
"снаряд", для которого положительный заряд ядра не был бы помехой!
Эрнест Резерфорд (1871—1937)
Английский физик, член Лондонского королевского общества, член академий
и научных обществ ряда стран, почетный член АН СССР, лауреат Нобелевской
премии (1908). Своими фундаментальными открытиями Резерфорд заложил основы
современного учения о радиоактивности и строении атома. В 1899 г. он обнаружил,
что радиоактивное излучение состоит из двух частей, которые он назвал альфа-
и бета-лучами. Совместно с Ф. Содди в 1903 г. создал теорию радиоактивного
распада, которую подтвердил рядом блестящих опытов. В 1911 г. Резерфорд
предложил планетарную модель атома на основе опытов по рассеянию альфа-лучей
атомами различных элементов. В 1919 г. впервые расщепил ядро атома. С этого
времени работы Резерфорда были посвящены вопросам искусственного превращения
атомных ядер под действием быстро-движущихся частиц.
|