Явление радиоактивности. 
Развитие учения о строении атомов

Явление радиоактивности было открыто в 1896 г. известным французским физиком Анри Беккерелем. Беккерель установил, что металлический уран, а также его минералы и соединения испускают невидимое излучение. Воздух по соседству е препаратами становится хорошим проводником электричества и разряжает электроскоп. Излучение вызывало почернение фотографической пластинки, завернутой в черную бумагу или закрытой непрозрачными предметами. Излучательная способность не зависела от температуры урансодержащего препарата, от его агрегатного состояния, а определялась только содержанием урана. Беккерель из этих наблюдений сделал заключение, что способность к излучению является свойством атомов урана и не зависит от того, входит ли уран в состав соединения.

Вскоре было обнаружено, что излучательной способностью обладает и торий, а в 1898 г. супругами Марией и Пьером Кюри были открыты два новых химических элемента — радий и полоний. Излучательная активность радия вместе с элементами, образующимися и" него, оказалась в миллион раз больше активности урана. Мария Кюри предложила термин радиоактивность для обозначения способности элементов к самопроизвольному излучению. В последующие годы были открыты еще некоторые радиоактивные элементы — актиний, эманации радия, тория и актиния (названные радоном, тороном, актиноном) и многие другие. При этом каждое из выделенных радиоактивных простых тел рассматривалось как самостоятельный химический элемент. Количество подобных «элементов» превосходило число клеток в Периодической системе и некоторые из них обладали тождественными химическими свойствами с уже известными.

Введение

понятия изотопа уменьшило их число. Оказалось, что радон, торон, актинон являются разными изотопами одного и того же элемента. Поэтому они должны занимать одну клетку в Периодической системе. В дальнейшем изотопия стала важнейшим свойством для большинства химических элементов.

В 1913 г. Фаянс и Содди независимо друг от друга формулируют правила радиоактивного смещения:

• 1. При б-р аспаде возникает изотоп элемента, смещенного на две клетки от исходного к началу Периодической системы и имеющий на 4 единицы меньше массовое число.
• 2. в-Распад приводит к возникновению изотопа элемента, смещенного на одну клетку от исходного к концу Периодической системы с тем же массовым числом. Эти правила в еще большей степени способствовали правильной расстановке радиоактивных элементов в Периодической системе и пониманию их химического поведения.

В том же 1913 г. Мозли дает в руки исследователей рентгеноспектральный метод определения положительного заряда ядра элемента, а следовательно, его места в Периодической системе. Это способствовало поиску новых радиоактивных элементов и исправлению численных значений порядковых номеров элементов. Была установлена правильная последовательность превращений одних радиоактивных изотопов в другие, открыты пропущенные звенья в цепи генетически связанных элементов — радиоактивных рядах.

В это время радиохимия как наука о химических и физико-химических свойствах радиоактивных элементов разрабатывает свои специфические методы исследования. В ее задачу входит широкий круг вопросов, связанных с проблемами разделения, очистки, концентрирования радиоактивных элементов.

Таким образом, открытие явления радиоактивности было важной вехой на пути познания окружающего мира. Изучение же радиоактивности дало неопровержимые доказательства сложности структуры атома. Оно стало основным фактом, опровергающим представления о неизменности атомов, и показало, что в определенных условиях одни атомы разрушаются, превращаясь в другие.

В 1919 г. Резерфорд впервые осуществил искусственное превращение элементов. Под действием б-частиц азот был превращен в кислород. В дальнейшем процессы взаимодействия ядер одних элементов с ядрами других (или с элементарными частицами), при которых образовывались ядра новых элементов, стали называть ядерными реакциями. Чаще всего ядерные реакции представляют собой процессы взаимодействия ядер с частицами сравнительно небольшой массы (б-частицами, протонами, нейтронами, дейтеронами и т. д.). Обозначения, которые применяются при записи ядерных реакций, аналогичны обозначениям, принятым при написании уравнений химических реакций. Символы ядер элементов, вступающих в реакцию, записываются слева, а образующихся продуктов — справа. Над символом слева вверху указывается массовое число изотопа, а слева внизу его порядковый номер. Сумма верхних индексов с левой стороны равенства должна равняться их сумме справа. Это требование относится и к сумме нижних индексов. Реакция первого искусственно вызванного ядерного превращения, осуществленного Резерфордом, записывается так:

Нередко используется более короткая запись: символы легких частиц (бомбардирующих и образующихся), записывают в скобках между символами исходного и конечного ядер. Тогда уравнение приведенной реакции запишется: .

В ядерных процессах энергию относят к превращению одного ядра и выражают в электронвольтах. Энергетический эффект ядерных процессов неизмеримо больше тепловых эффектов обычных химических реакций. Так, например, реакция имеет ДН = - 1,19МэВ, или —2,74? 10¹⁰ кал/г-атом. Эта величина по крайней мере в 100 000 раз больше самых высоких значений тепловых эффектов химических реакций.

Ядерные реакции могут идти как с выделением, так и с поглощением энергии. Одним из наиболее известных примеров экзотермического ядерного превращения является реакция деления урана, сопровождающаяся выделением 180 МэВ. Для других ядерных процессов энергетические эффекты не столь значительны. Кроме того, надо иметь в виду, что ядерные реакции по сравнению с химическими представляют собой очень редкое событие. По-видимому, одной из причин этого является малый размер ядер, что делает маловероятными эффективные ядерные соударения. Установлено, что скорость радиоактивного распада пропорциональна наличному числу ядер:

dN / dф = - лN,.

где dN/dф — количество ядер, распадающихся в единицу времени, т. е. скорость распада; N — число имеющихся в данный момент радиоактивных ядер. Коэффициент пропорциональности К называется постоянно и радиоактивного распада. Она равна доле ядер, распадающихся за единицу времени. Для каждого радиоактивного изотопа л имеет определенное значение и не зависит от температуры, давления, электрического и магнитного полей, химического состояния радиоактивного изотопа, его концентрации.