Айзек Азимов - Популярная физика. От архимедова рычага до квантовой механики
- Название:Популярная физика. От архимедова рычага до квантовой механики
- Автор:
- Жанр:
- Издательство:Центрполиграф
- Год:2006
- Город:М.
- ISBN:нет данных
- Рейтинг:
- Избранное:Добавить в избранное
-
Отзывы:
-
Ваша оценка:
Айзек Азимов - Популярная физика. От архимедова рычага до квантовой механики краткое содержание
Популярная физика. От архимедова рычага до квантовой механики - читать онлайн бесплатно полную версию (весь текст целиком)
Интервал:
Закладка:
Если пропустить поток таких положительных ионов через магнитное поле, то они будут лететь по кривой траектории, причем степень крутизны будет зависеть от заряда и массы отдельных частиц. В данном случае заряд всех ионов одинаков, но масса-то различна! Чем легче частица, тем больше угол кривизны траектории ее полета. Теперь, если у всех ионов потока масса одинакова, то на фотопластинке они образуют одно пятно, однако если же поток электронов состоит из групп ионов с разными массами, то на пластинке будет уже несколько пятен, причем более тяжелые ионы образуют более темное и большее по размерам пятно.
В 1912 году Дж.Дж. Томсон, первооткрыватель электрона, проделал подобный эксперименте неоном. Положительные лучи из неона оставляли на фотопластинке два пятна, по всей видимости ионов неона–20 и неона–22. Первое пятно было почти в 10 раз больше второго. Это говорило о том, что неон состоит из двух изотопов, неона–20 и неона–22, в пропорции примерно 1/ 10. (Позднее было обнаружено присутствие и третьего изотопа, неона–21. Его содержание настолько мало, что из 1000 атомов неона 909 являются атомами неона–20, 88 — неона–22 и только 3 — атомами неона–21.)
В 1919 году работавший вместе с Томсоном английский физик Фрэнсис Уильям Астон (1877–1945) сконструировал более совершенное устройство для анализа положительных лучей. В этом устройстве положительные лучи определенной массы не просто оставляли отпечаток на фотопластинке; они особым образом отклонялись, и при этом повышалось разрешение. В результате пучок ионов одного элемента отпечатывался на фотопластинке в виде последовательности точек («массовый» спектр вместо оптического). По положению точек можно оценить массу отдельных изотопов, а по степени затемнения можно определить, с какой частотой эти изотопы встречаются в данном веществе (то есть относительное содержание). Устройство получило название масс-спектрограф.
С помощью масс-спектрографа ученые определили, что большинство устойчивых элементов состоят из двух и более стабильных изотопов. Полный список этих стабильных изотопов [132] Или же изотопы с настолько низким уровнем радиоактивности, что их можно также считать стабильными.
приведен в табл. 8.
По данным таблицы можно сделать следующие выводы. Во-первых, несмотря на то что большинство из 81 устойчивого элемента имеют два и более стабильных изотопа (а у олова их целых 10), из них 20 элементов имеют всего один изотоп. (Более того, у двух элементов с атомным числом менее 84 вообще нет стабильных изотопов. Эти два элемента с атомными числами 43 и 61 подробно описаны в гл. 10.)
По правде говоря, элемент не может иметь «один изотоп», так как изотопы по определению являются двумя и более элементами, занимающими одну и ту же ячейку периодической системы. В данном случае элемент имеет «одного близнеца», и правильнее называть их нуклидами, то есть элементами с определенной структурой ядра. Тем не менее термин «изотоп» настолько прижился, что я буду продолжать говорить об «одном изотопе».
Не все из 282 приведенных в табл. 7 нуклидов действительно стабильны. 18 из них являются радиоактивными, однако их период полураспада настолько велик, что радиоактивное излучение у них очень слабое. Периоды полураспада некоторых из них достигают квадриллионов лет, поэтому их радиоактивностью можно просто пренебречь. Однако 7 из них очень радиоактивны, поэтому я и привел их в табл. 9.
1. Водород … 1, 2
2. Гелий … 3, 4
3. Литий … 6, 7
4. Бериллий … 9
5. Бор … 10, 11
6. Углерод … 12, 13
7. Азот … 14, 15
8. Кислород … 16, 17, 18
9. Фтор … 19
10. Неон … 20, 21, 22
11. Натрий … 23
12. Магний … 24, 25, 26
13. Алюминий … 27
14. Кремний … 28, 29, 30
15. Фосфор … 31
16. Сера … 32, 33, 34, 36
17. Хлор … 35, 37
18. Аргон … 36, 38, 40
19. Калий … 39, 40, 41
20. Кальций … 40, 42, 43, 44, 46, 48
21. Скандий … 45
22. Титан … 46, 47, 48, 49, 50
23. Ванадий … 50, 51
24. Хром … 50, 52, 53, 54
25. Марганец … 55
26. Железо … 54, 56, 57, 58
27. Кобальт … 59
28. Никель … 58, 60, 61, 62, 64
29. Медь … 63, 65
30. Цинк … 64, 66, 67, 68, 70
31. Галлий … 69, 71
32. Германий … 70, 72, 73, 74, 76
33. Мышьяк … 75
34. Селен … 74, 76, 77, 78, 80, 82
35. Бром … 79, 81
36. Криптон … 78, 80, 82, 83, 84, 86
37. Рубидий … 85, 87
38. Стронций … 84, 86, 87, 88
39. Иттрий … 89
40. Цирконий … 90, 91, 92, 94, 96
41. Ниобий … 93
42. Молибден … 92, 94, 95, 96, 97, 98
44. Рутений … 86, 98, 99, 100, 101, 102, 104
45. Родий … 103
46. Палладий … 102 104, 105, 106, 108, 110
47. Серебро … 107 109
48. Кадмий … 106 108, 110, 111, 112, 113, 114, 116
49. Индий … 113 115
50. Олово … 112 114, 115, 116, 117, 118, 119, 120, 122, 124
51. Сурьма … 121 123
52. Теллур … 120 122, 123, 124, 125, 126, 128, 130
53. Йод … 127
54. Ксенон … 124 126, 128, 129, 130, 131, 132, 134, 136
55. Цезий … 133
56. Барий … 130 132, 134, 135, 136, 137, 138
57. Лантан … 138 139
58. Церий … 136 138, 140, 142
59. Празеодим … 141
60. Неодим … 142 143, 144, 145, 146, 148, 150
62. Самарий … 144 147, 148, 149, 150, 152, 154
63. Европий … 151 153
64. Гадолиний … 152 154, 155, 156, 157, 158, 160
65. Тербий … 159
66. Диспрозий … 156, 158, 160, 161. 162, 163, 164
67. Гольмий … 165
68. Эрбий … 162, 164, 166, 167, 168, 170
69. Тулий … 169
70. Иттербий … 168, 170, 171, 172, 173, 174, 176
71. Лютеций … 175, 176
72. Гафний … 174, 176, 177, 178, 179, 180
73. Тантал … 180, 181
74. Вольфрам … 180, 182, 183, 184, 186
75. Рений … 185, 187
76. Осмий … 184, 186, 187, 188, 189, 190, 192
77. Иридий … 191, 193
78. Платина … 190, 192, 194, 195, 196, 198
79. Золото … 197
80. Ртуть … 196, 198, 199, 200, 201, 202, 204
81. Таллий … 203, 205
82. Свинец … 204, 206, 207, 208
83. Висмут … 209
Может показаться странным, что радиоактивность не была обнаружена ранее, особенно на примере калия–40, так как калий — вполне обычный химический элемент, а у калия–40 (входит в список элементов табл. 9) период полураспада короче, чем у урана–238 и урана–232, поэтому он и более радиоактивный.
На то есть две причины. Во-первых, в природе калий–40 встречается довольно редко: из 10 000 атомов калия только 1 является атомом калия–40. Во-вторых, хотя и уран, и торий являются родителями ряда очень радиоактивных элементов, именно их дочерние элементы порождают явления, которые наблюдали Беккерель и Кюри.
Ни один из радиоактивных элементов с длинным периодом полураспада, являющийся изотопом более легких элементов, не может быть родителем радиоактивного ряда. Они испускают бета-частицу и тут же становятся стабильными изотопами элемента с атомным числом, больше на 1. Таким образом, рубидий–87 становится устойчивым стронцием–87, лантан–138 становится устойчивым церием–138 и т. д.
У калия–40 все немного по-другому. Около 89% всех распадающихся атомов калия–40 действительно излучают бета-частицу и превращаются в устойчивый кальций–40. Ядра оставшихся 11% атомов поглощают электрон К-оболочки (см. гл. 5), и этот процесс получил название К-захват. Этот захваченный электрон нейтрализует положительный заряд протона, и в итоге в ядре появляется еще один нейтрон. При этом количество нуклонов не меняется, а следовательно, и атомный вес остается прежним, но вот атомное число уменьшается на 1. Путем К-захвата калий–40 (атомное число 19) становится устойчивым аргоном–40 (атомное число 18).
Читать дальшеИнтервал:
Закладка: