Виктор Михайлов - Физические основы получения атомной энергии

Отсюда видно, что массы (соответственно и веса) атомов в граммах выражаются крайне малыми числами. Поэтому в атомной физике применяют обычно специальные единицы веса и массы, более удобные на практике.

Вес атомов выражают в относительных единицах, в которых вес атома кислорода принимается равным 16 единицам. Число, равное отношению веса данного атома к весу 1/16 части атома кислорода, называется атомным весом. Атомный вес водорода, самого легкого из всех химических элементов, составляет 1,008, что приблизительно равно единице. Отсюда следует, что приближенно атомный вес можно определить как вес данного атома по отношению к весу атома водорода.

Массу атомов выражают в специальных атомных единицах массы(сокращенно а.е.м.), в которых масса атома кислорода принимается равной 16 единицам. 1 а.е.м., равна 1,66∙10 -24 г , что соответствует приблизительно массе атома водорода.

Из вышеизложенного следует, что относительный атомный вес и масса атома в атомных единицах численно равны между собой. В силу этого атомный вес, приведенный в таблице Д. И. Менделеева (рис. 1) для каждого элемента, дает нам в то же время массу атома этого элемента в атомных единицах. Если, например, атомный вес гелия равен 4,003, то это значит, что масса атома гелия равна 4,003 а.е.м.

Атом урана — самый тяжелый из всех атомов, существующих в природе, — в 238 раз тяжелее атома водорода, его атомный вес 238; масса его атома равна 238 а.е.м. Атомный вес, округленный до целых единиц, называется массовым числом.

Почти до конца прошлого столетия в науке господствовало ошибочное убеждение, что атом представляет собой неизменную, абсолютно неделимую элементарную частицу вещества.

В конце XIX и начале XX столетий, когда наука смогла проникнуть внутрь атома, выяснилось, что атом представляет собой сложное материальное образование, состоящее из нескольких более простых частиц и способное к изменениям и превращениям.

В обосновании нового учения об атоме и овладении заключенной в нем энергией выдающуюся роль сыграл открытый в 1869 г. гениальным русским химиком Д. И. Менделеевым периодический закон химических элементов. Глубочайшая вера в объективность законов природы привела Менделеева, убежденного материалиста и диалектика, к открытию великого закона природы, которое Ф. Энгельс оценивал как научный подвиг.

Менделеев установил, что свойства химических элементов изменяются периодически и что между ними существует внутренняя закономерная связь. Основываясь на этом, Менделеев расположил химические элементы в ряд по их атомным весам, построив таким образом периодическую систему (таблицу) элементов, которая охватывает все существующие химические элементы (рис. 1).

В 1869 г. было известно только 64 элемента. Из них лишь 35 были изучены настолько хорошо, что их можно было уверенно расположить в системе. У остальных известных элементов даже основные свойства еще не были изучены в достаточной мере.

Однако глубоко уверенный в правильности открытого им закона. Менделеев размещал элементы в периодической системе, изменяя неверные значения атомного веса ряда элементов и предсказывая новые их свойства. В некоторых случаях ученый оставил в таблице пустые клетки для не открытых, но, по его мнению, существующих в природе элементов.

«Каждый естественный закон, — писал Менделеев, — однако, тогда только приобретает особое научное значение, когда из него есть возможность извлекать практические, если можно так выразиться, следствия, то есть такие логические заключения, которые объясняют не объясненное еще, указывают на явления, до тех пор неизвестные, и, особенно, когда он дает возможность делать такие предсказания, которые возможно подтвердить опытом. Тогда очевидна становится польза закона и получается возможность испытать его справедливость».

Опираясь на открытый им закон, Д. И. Менделеев предсказал существование новых, неизвестных еще элементов и наперед описал физико-химические свойства некоторых из них.

Дальнейшее развитие науки блестяще подтвердило замечательные предвидения великого ученого. Несколько из указанных Менделеевым элементов были открыты еще при его жизни, и свойства их полностью совпали с его предсказаниями.

Величие подвига Д. И. Менделеева стало особенно отчетливым в XX столетии, когда открытый им закон получил глубокое обоснование новыми открытиями физики.

Новейшие исследования показали, что в принятом Менделеевым порядке размещения элементов нет ни одной ошибки. Все элементы, открытые после 1869 г., разместились на оставленных для них местах, подчиняясь тому же единому для всех элементов периодическому закону.

В настоящее время в периодической системе Менделеева насчитывается 102 элемента, начиная с самого легкого водорода, находящегося на первом месте, и кончая менделевием, открытым в 1955 г. и занимающим 101 место, и нобилием, открытым в 1957 г. и занимающим 102 место. Американский физик Г. Сиборг и его сотрудники, открывшие 101 элемент, присвоили ему название менделевий в честь автора периодической системы, служащей в течение почти столетия ключом к открытию новых элементов.

Каждый химический элемент имеет в периодической системе строго определенное место с определенным порядковым номером, называемым числом Менделеева, или атомным номером. Водород, открывающий таблицу, имеет номер 1, гелий — 2, уран — 92 и т. д. Атомный номер набран в таблице (рис. 1) крупным жирным шрифтом. Там же под наименованием элементов приведены их атомные веса. С возрастанием атомного номера свойства элементов периодически изменяются. Зная место элемента в периодической таблице, можно указать его основные свойства.

Атомный номер Z и атомный вес А — это основные величины, которыми характеризуются атомы каждого элемента.

Из периодического закона следует, что атомы различных элементов внутренне связаны между собой и поэтому, отличаясь друг от друга, они должны в то же время иметь что-то общее, дающее им возможность к изменениям и превращениям друг в друга. Отсюда получается, что атомы не могут быть простыми и неизменными шариками с раз и навсегда данными свойствами, а должны иметь сложное строение.

Новый взгляд на атом, как на качественно своеобразную материальную систему, не являющуюся чем-то простым и неизменным, был сформулирован Ф. Энгельсом раньше, чем это сделали сами физики и химики, а в дальнейшем развит В. И. Лениным. Энгельс указывал, что атомы «отнюдь не являются чем-то простым, не являются вообще мельчайшими известными нам частицами вещества» [4] Ф. Энгельс. Диалектика природы, 1952 г., стр. 216. .