Оповідання з хімії - Юрій Якович Фіалков

Загадкові елементи 43, 61, 85 та 87 і вже зовсім таємничі зауранові елементи не давались у руки дослідникам, як не давався їх середньовічним попередникам секрет «філософського каменя». Дальші події показали, що остання фраза — це не просто красиве порівняння.

…Тридцяті роки нашого століття. На таблиці елементів Д. І. Менделєєва, яка висить і в шкільному класі, і в лабораторії хіміка, яка вміщена і в науковому журналі, і в студентському підручнику — скрізь чотири знаки запитання на вільних клітинах — 43, 61, 85 і 87.

Коли у 1919 році Резерфорд проводив свій дослід, він і гадки не мав, що його експерименти викличуть до життя слово «алхімія», яке в той час пов’язувалось з таємничими кабалістичними знаками, з напівтемними лабораторіями, заклинаннями й іншими атрибутами середньовічної науки. Справді, що алхімічного в установці, зображеній на рисунку? (стор. 44).

На штативі встановлено джерело α-частинок (ізотоп радіоактивного елемента полонію), α-частинки потрапляють на екран, покритий сірчистим цинком. При співударі α-частинок з сірчистим цинком виникають дуже слабкі світлові спалахи, добре видимі в збільшувач. Якщо між полонієм і екраном вмістити дуже тонку металеву пластинку, то спалахи зразу ж припиняться, бо α-частинки затримуються цією перешкодою.

Та коли камеру, в якій містились всі ці частини приладу, заповнили воднем, то хоч між джерелом і екраном стояла металева пластинка, знову з’явилися спалахи. Причина цього ясна: α-частинки — ядра гелію, зштовхуючись з ядрами водню — протонами, передають їм свою енергію.

Оскільки протони мають удвічі менший заряд, ніж α-частинки, і вчетверо меншу масу, вони можуть проникати крізь металеву перешкоду, неприступну для ядер гелію. Отже, тут дивуватись нема чого.

Але тим більш разючим було те, що, коли водень в камері замінили азотом, на екрані почали спалахувати маленькі мерехтливі вогники, які свідчили, що на нього потрапляють якісь частинки.

У чому ж справа? Адже атоми азоту, ядра яких майже вчетверо важчі за α-частинки, не могли проникнути через перешкоду, доступну лише протонам — маленьким і в’юнким ядрам атомів водню. А звідки тут взятися водню? Можливо, прилад був недосить очищений від слідів цього газу? Дослід повторили ще, а потім ще раз — і все одно екран вперто спалахував, хоч для цього начебто не було ніяких причин.

І раптом, коли вже, здавалось, все безнадійно заплуталось, фотознімок, що реєструє сліди ядерних співударів частинок, усе пояснив: у камері утворився кисень. Кисень з гелію та азоту І Це вже не хімічна реакція, а щось інше. Подібні перетворення згодом дістали назву «ядерні реакції». В описаному приладі була здійснена перша з відомих науці ядерних реакцій. Ось як вона проходить:

Заряд ядра гелію дорівнює двом, азоту — семи. При співударі α-частинки, які вилітають з полонію, що розпадається, з ядром атома азоту, утворювався атом кисню, і при цьому вилітав один протон — ядро водню з атомною вагою 1.

Ось арифметика цього процесу: 2 + 7 = 8 + 1.

Два — це заряд гелію, сім — азоту, вісім — кисню, а один, як вже відомо, — водню.

Цю ядерну реакцію можна записати так:

N7 + Не2 = O8 + Н1.

Дослід Резерфорда показав, що, по-перше, один елемент можна перетворювати в інший, а по-друге, вказав на засоби, за допомогою яких можна досягти цих перетворень. Цими засобами є елементарні частинки, сумірні за розмірами з атомними ядрами. Так були знайдені «снаряди», якими можна обстрілювати атомні ядра.

Тепер треба було сконструювати «гармати» для «вистрілювання» цих снарядів. Природні радіоактивні елементи в даному випадку виявились малопридатними, бо вони випускають надто малу кількість елементарних частинок та ще порівняно невеликої енергії.

Ми б дуже відхилилися від основної теми, якби почали докладно розповідати історію створення «гармат», за допомогою яких можна «стріляти» елементарними частинками. Варто лише сказати, що більшість таких установок основана на здатності ядерних частинок прискорюватись у постійному електричному полі. Причому швидкість, до якої можна розігнати ядерну частинку, тим більша, чим більша напруга цього поля. Таким насамперед е циклотрон.

У циклотронах вдається одержувати протони з енергією до дев’яти мільйонів електрон-вольт (поле, в якому існує різниця потенціалів з такою енергією), дейтерони (ядра ізотопу водню з атомною вагою 2) з енергією до вісімнадцяти мільйонів електрон-вольт і α-частинки з енергією до 35 мільйонів електрон-вольт. В останньому випадку така енергія означає потік часток у кількості приблизно ста тисяч мільярдів на секунду. Щоб одержати таку кількість α-частинок від природних радіоактивних джерел, довелося б взяти з кілограм радію, тобто таку кількість елемента, яку навряд чи можна набрати в лабораторіях усього світу.

Отже, на озброєнні науки стало одне з чудових відкрить нашого століття — ядерна артилерія. Обстріл ядер дав можливість лише за кілька років зробити багато відкрить. Перше з них було зроблене в 1934 році знаменитим французьким вченим Фредеріком Жоліо-Кюрі спільно з Ірен Жоліо-Кюрі. При опроміненні α-частинками вони виявили в алюмінійовій фользі, яка зазнала обстрілу, утворення деякої кількості фосфору. Це явище супроводилось виділенням нейтронів. Цю ядерну реакцію можна записати так:

Цифри зверху означають атомну вагу елемента, знизу — заряд ядра; нейтрон не має ніякого заряду, тому знизу біля нього стоїть нуль. Однак не в цьому полягала, як кажуть, сіль відкриття подружжя Жоліо-Кюрі. Якщо подивитись на таблицю атомних ваг елементів, то побачимо, що фосфор має вагу 31. Ізотоп же фосфору, добутий в цій ядерній реакції, мав атомну вагу 30. Виявилось, що цей ізотоп фосфору радіоактивний. За порівняно короткий час він розпадається з виділенням позитрону (елементарна частинка з масою електрона, яка має заряд +1) і перетворюється в ізотоп кремнію з атомною вагою 30. Так було відкрито явище штучної