Постепенно уточнялась структура радиоактивных рядов: уранового, ториевого и актиниевого. Их современный вид показан на рисунке 1. Возникла проблема их совмещения со структурой периодической системы. В 1909 г. шведские ученые Д. Стремгольм и Т. Сведберг высказали идею о целесообразности размещения химически неотделимых друг от друга элементов (например, эманаций) в одной и той же клетке менделеевской таблицы. Той же точки зрения придерживался в 1910 г. английский ученый А.Камерон (он, кстати говоря, предложил термин «радиохимия»). Однако было еще много неясного в вопросе о том, как именно меняется химическая природа радиоэлемента после испускания им а- или р-частицы. Это потребовало тщательного изучения. Итогом явилась формулировка так называемых правил сдвига (радиоактивных смещений), данная в 1913 г. К. Фаянсом в Германии и Ф. Содди в Англии. Согласно этим правилам, испуская а-частицу, радиоэлемент перемещался на две клетки влево по периодической системе, а после испускания р-частицы на одну клетку вправо. После того как А. Ван-ден-Брук пришел к выводу о численном равенстве порядкового номера элемента в системе заряду ядра его атома' и этот вывод был подтвержден Г. Мозли, правила сдвига приобрели статус закона.
В таблицах 1—3 приведена хронология открытий отдельных радиоэлементов.
История открытия изотопии. Изотопами называют разновидности химических элементов, в ядрах атомов которых содержится одинаковое число протонов, но различное число нейтронов. Следовательно, изотопы одного и того же химического элемента занимают определенное место в периодической системе, Название происходит от греческих слов: wo — одинаковый и хопо — место. К подобной трактовке явления изотопии наука пришла не сразу, и эволюцию представлений об изотопах мы рассмотрим далее. Здесь же расскажем о той последовательности событий, благодаря которым было открыто само явление изотопии.
В истории открытия изотопов можно выделить три стадии: а) ранняя предыстория; б) непосредственная предыстория и в) собственно открытие. Первая связана с развитием представлений о разновидностях атомов химических элементов; вторая включает накопление и осмысливание экспериментального материала в ходе изучения радиоэлементов; на третьей стадии было окончательно сформулировано представление об изотопах.
Возникновение представлений о разновидностях атомов (первая стадия) относится к 60-м годам XIX в. и связано с попытками объяснения нецелочисленности атомных масс элементов, что противоречило гипотезе Праута. В 1865 г. немецкий химик А. Кекуле писал: «Можно было бы... спорить с тем, что атомы одного и того же элемента совершенно одинаковы по своей величине и весу; можно было бы принять, что они имеют веса, слегка различные, колеблющиеся в узких пределах...». Здесь мысль о возможности существования разновидностей атомов химического элемента сформулирована достаточно четко, что дает основания считать А. Кекуле первым провозвестником явления «изотопии».
Более четкая формулировка представлений о разновидностях атомов была дана в 1886 г. В. Круксом в речи «О происхождении химических элементов»: «Вероятно, наши атомные веса представляют только среднюю величину, около которой действительный атомный вес колеблется внутри известных пределов... Когда мы говорим, например, что атомный вес кальция есть 40, мы, в сущности, выражаем этим, что большинство атомов кальция действительно имеют атомный вес 40, но немалое число их имеют 39 или 41, другие, менее многочисленные—38 или 42 и т.д.»'. Подтверждение своей идеи В. Крукс находил, развивая гипотезу об образовании элементов посредством последовательной конденсации первоматерии, причем в зависимости от «скорости конденсации» возникали элементы разной степени сходства. Дальнейшим развитием воззрений В.Крукса (1887—1889) явилась его концепция так называемых метаэлементов — атомных разновидностей, смесь которых образует элементы в обычном понимании; поскольку же метаэлементы содержатся в элементах в различных пропорциях, то этим объясняется нецело-численностк атомных масс. В. Крукс, далее, предлагал заменить понятие «химический элемент» понятием «элементарная группа», считая, что группы «должны занять места элементов в периодической системе...»2. Таким образом, В. Крукс наиболее близко подошел к предвосхищению изотопии, связав понятие о разновидностях атомов данного элемента с местом, занимаемым элементом в периодической системе.
Однако рассмотренные выше представления фактически не оказали никакого влияния на непосредственную подготовку открытия изотопии, и о них вспомнили уже после того, как открытие состоялось.
|