Химия Инертные газы Гелий радиоактивность

Гелий радиоактивность

ГЕЛИЙ РАДИОАКТИВНОСТЬ

Едва научная общественность успела осознать значение открытия солнечного элемента на Земле, как мир потрясла новая сенсация. В марте 1896 года французский физик Анри Беккерель обнаружил интересное явление. Оказалось, что соли урана — самого тяжелого элемента в периодической таблице — служат источником излучения, ранее неизвестного науке, невидимого невооруженным глазом, но, подобно свету, заставляющего темнеть фотопластинку.
 
Молодая исследовательница Мария Склодовская Кюри высказала предположение, что излучение урана является свойством его атомов. Вскоре выяснилось, что подобным свойством — испускать невидимое излучение — обладают не только уран, но и другие химические элементы. Семейство радиоактивных или, как их стали называть, радиоэлементов вскоре пополнилось торием, полонием, радием, радоном.
Появились и первые теории, объясняющие сущность явления  радиоактивности.  Согласно  теории, предложенной английскими учеными  Эрнестом   Резерфордом и Фредериком Содди, радиоактивность — следствие атомного распада, причем атомы радиоактивного вещества в процессе этого распада превращаются в атомы более легкого химического элемента. Впоследствии выяснилось, что вообще все химические элементы, обладающие естественной радиоактивностью, можно отнести к одному из трех радиоактивных семейств, каждое из которых представляет собой цепочку превращений.
 
Когда само радиоактивное излучение подвергли легальному анализу, решив посмотреть, как оно ведет себя в электрическом и магнитном полях, оказалось, что излучение, испускаемое радиоактивными атомами, не одинаково по своей природе, а состоит из трех, совершенно различных компонентов. Часть излучения хорошо отклонялась в электрическом и магнит-ном полях, а значит, имела корпускулярную природу, В магнитном поле могут отклоняться только заряженные частицы. Эти частицы отождествили с обычными электронами и назвали бета-частицами. На другую часть заряженных частиц магнитное поле действовало слабее, чем на бета-частицы. Их назвали альфа-частицами. И наконец, на часть излучения, имевшего электромагнитную природу, так называемое гамма-излучение, магнитное и электрическое по-ля вообще не действовали.
 
Характер отклонений альфа-частиц в магнитном поле свидетельствовал о том, что они заряжены положительно. В 1903 году Э. Резерфорд и Ф. Содди, проанализировав генетические связи урана и тория, пришли к выводу, что продуктом радиоактивного распада должен быть элемент гелий. Правда, потребовалось еще около семи лет, чтобы доказать, что альфа-частицы представляют собой полностью ионизованные атомы гелия.
Э. Резерфорд в последующей серии экспериментов измерил отношение электрического заряда альфа-частиц к их массе. Оказалось, что оно такое же, как и у дважды ионизованного атома гелия.
 
В одном  из  опытов,  проведенных в  1909  году Э. Резерфордом и Т. Ройдсом, альфа-частицы из радиоактивного источника направлялись в стеклянную трубку,  откуда  был  выкачан  воздух.  Содержимое трубки подвергли спектральному анализу. В спектре газа, заключенного в стеклянную трубку, опять появилась та самая ярко-желтая линия, которую ранее видели все причастные к открытию гелия ученыез Ж. Жансен, Дж. Локьер, У. Рамзай, У. Крукс. Сомневаться не приходилось: в процессе радиоактивного распада рождались атомы гелия, впервые на глазах ученых. Начинало казаться, что материя напоминает жидкость, «растекающуюся» по клеточкам периодической системы химических элементов. Вставал более общий вопрос: как вообще образуются химические элементы? «Может быть, в основе их лежит некая «праматерия» и  каждый элемент  превращается в природу другого элемента», — писал еще Р. Бэкон.
 
По мнению У. Крукса, «из всех известных элементов в первую очередь должен начать существовать тот, который обладает простейшим строением и низшим атомным весом ». С ним соглашался Э. Резерфорд: «Более тяжелые атомы возникли из более легких и элементарных веществ — водорода и гелия». Правда, была и другая точка зрения на происхождение элементов. Ее высказывал, в частности, голландский физик Т. Вульф, утверждавший, что не синтез, а распад более тяжелых элементов дает всю их систему, из которой и построен мир.
Простейшим элементом, безусловно, следовало считать водород — элемент № 1. Но в цепочке радиоактивных превращений упорно появлялся не водород, а более тяжелый и, следовательно, более сложный гелий.
 
А может быть, в качестве «праматерии» выступают не водород или гелий, а какой-то другой, пока не найденный на Земле элемент? Кстати, лавры первооткрывателей гелия побуждали многих исследователей искать элементы, которых нет на Земле, но которые якобы присутствуют в спектрах отдаленных звезд, в космической пыли и туманностях, в солнечной короне. Но гипотетические элементы подобного; рода — геокороний, небулий, архоний, протофтор — в отличие от гелия не выдержали проверки экспериментом.  Из  многочисленной плеяды   «звездных» элементов остался только гелий.
 

Гелий без радиоактивных ступенек

Долгое время гелий, вопреки своему положению в периодической системе Менделеева, как ни странно, казался простым элементом, даже проще водорода. Что означала эта простота?
Мысль о возможности существования вокруг стабильного химического элемента неустойчивых атомных группировок, высказанная впервые У. Круксом еще в 1900 году, получила свое развитие в трудах известного английского радиохимика Ф. Содди. «Три естественных радиоактивных ряда включают в себя около тридцати пяти отдельных превращений и столько же различных видов атомов. По мере того как они открывались, оказывалось, что новые члены рядов были не новыми химическими элементами, подобно полонию, радию и актинию, а изотопами общих элементов. Так, радиосвинец или радий-D, прямой предшественник полония, является, как говорит его название, химически подобным свинцу; ионий — непосредственный предшественник радия — подобен торию и т. д.»,— писал он в книге «История атомной энергии».
 
Попытки химическим путем разделить атомные группировки, названные Ф. Содди изотопами, не увенчались успехом. «Ни один из химиков не может от-делить радиоторий от тория, так как эти радиоэлементы химически идентичны, хотя атомные их массы различаются на четыре единицы», — писал он.
Изучение естественной радиоактивности позволило Ф. Содди ответить на вопросы: что же происходит с атомами радиоактивных веществ, когда они теряют альфа- или бета-частицу; что представляют собой радиоэлементы: являются ли они обычными химическими элементами с необычными свойствами, или это совершенно новый вид материи? Закон радиоактивных смещений, открытый Ф. Содди, гласил: испускание бета-частицы ведет к смещению радиоэлемента в периодической системе на одно место вправо, а испускание альфа-частицы — к смещению его на два места влево. И эти новые элементы, образовавшиеся в процессе радиоактивного распада, оказываются по химическим свойствам сходными с теми, в чьи ячейки они попали. Химические элементы, занимающие в периодической системе одно место, но различающиеся атомными массами и способностью к радиоактивному распаду, Ф. Содди и назвал изотопами .
 
В 1919 году появилась возможность проверить, существуют ли изотопы только у тяжелых радиоактивных элементов, замыкающих периодическую систему, или же изотопия — это универсальное свойство всех химических элементов независимо от их местоположения в системе Менделеева.
Для поиска изотопов английским ученым Фрэнсисом Астоном был сконструирован прибор — масс-спектрометр. В этом приборе заряженные частицы движутся в электрическом и магнитном полях, что приводит к отклонению их траекторий. Место попадания частицы в детектор (например, на фотопластинку) определяется зарядом, массой частицы и ее скоростью. Первыми были открыты изотопы неона с массовыми числами 20 и 22. Затем масс-спектро-, скопическому анализу были  подвергнуты  ртуть  и хлор. В 1920 году, когда наряду с другими элементами был впервые исследован и гелий, ученых ждало разочарование. Гелий, в отличие от других представителей периодической  системы,   был   представлен только одним изотопом с массовым числом четыре. Искали же в основном изотопы гелия с массовыми числами 3 и 5.
Постепенно элемент за элементом была исследована вся периодическая система. В 30-е годы обна-ружили тяжелый   изотоп   водорода — дейтерий,   а вскоре в международную таблицу, изотопов попал и тритий— еще более тяжелый изотоп водорода, ока-завшийся радиоактивным. А на подступах к гелию не было никаких радиоактивных ступенек. В природном гелии упрямо присутствовал лишь один единственный изотоп .
Статья на тему Гелий радиоактивность

Топовые страницы

  1. Азот аммиак свойства
  2. Ряд активности металлов
  3. Концентрация растворов
  4. Хромирование