Ответы (7) (1183892), страница 8
Текст из файла (страница 8)
Кавендиш все еще изучал "горючий газ". Он сжигалчасть определенного объема этого газа и тщательно изучал образующиеся при этомпродукты. Кавендиш выяснил, что образующиеся при горении газы конденсируются вжидкость, которая, как показали анализы, является всего-навсего водой.Важность этого открытия трудно было переоценить. Теории элементов-стихий былнанесен еще один тяжелый удар, поскольку выяснилось, что вода не простое вещество, апродукт, образующийся при соединении двух газов.Лавуазье, узнав об этом опыте, назвал газ Кавендиша водородом ("образующим воду")и отметил, что водород горит, соединяясь с кислородом, и, следовательно, вода являетсясоединением водорода и кислорода. Лавуазье также полагал, что пищевая субстанция иживая ткань представляют собой множество различных соединений углерода и водорода,поэтому при вдыхании воздуха кислород расходуется на образование не только углекислогогаза из углерода, но и воды из водорода.
Таким образом Лавуазье объяснил, куда расходуетсята часть кислорода, которую он никак не мог учесть в своих первых опытах по изучениюдыхания11.Новые теории Лавуазье повлекли за собой полную рационализацию химии. Былопокончено со всеми таинственными "элементами". С того времени химики сталиинтересоваться только теми веществами, которые можно взвесить или измерить каким-либодругим способом.Заложив таким образом фундамент химической науки, Лавуазье решил занятьсянадстройкой.
В течение 80-х годов XVIII в. Лавуазье в сотрудничестве с тремя другимифранцузскими химиками - Луи Бернаром Гитоном де Морво (1737-1816), Клодом ЛуиБертолле (1748-1822) и Антуаном Франсуа де Фуркруа (1755-1809) - разработал логическуюсистему химической номенклатуры. Этот труд был опубликован в 1787 г.Таблица простых веществ, относящихся ко всем царствам природы,которые можно рассматривать как элементыНовые названия Старые названияСвет СветТеплотаСоставная частьТеплород Ранее не были известныБорный радикалПростые металлические вещества,способные окисляться и образовывать кислотыНовые названия Старые названияАнтимоний (сурьма) Антимоний (сурьма)Мышьяк МышьякВисмут ВисмутКобальт КобальтМедь МедьЗолото ЗолотоЖелезо ЖелезоСвинец СвинецМарганец МарганецРтуть РтутьМолибден МолибденНикель НикельПлатина ПлатинаСеребро СереброОлово ОловоВольфрам ВольфрамЦинк ЦинкПростые солеобразующие вещества земного происхожденияНовые названия Старые названияИзвесть кислород-17 + водород-1.Рис.
23. Схема опыта Резерфорда. Испускаемые альфа-частицы отклоняются припрохождении через золотую фольгу; величина отклонения фиксируется при соударениичастиц с флуоресцентным экраном.Преобразовав один элемент в другой, он осуществил трансмутацию.
Так в XX в.осуществилась самая заветная мечта алхимиков.В последующие пять лет Резерфорд провел серию других ядерных реакций сиспользованием альфа-частиц. Однако возможности его были ограничены, посколькурадиоактивные элементы давали альфа-частицы только со средней энергией. Необходимыбыли частицы с гораздо большими энергиями.Физики принялись за создание устройств, предназначенных для ускорения заряженныхчастиц в электрическом поле. Заставив частицы двигаться с ускорением, можно былоповысить их энергию.
Английский физик Джон Дуглас Кокрофт (1897-1967) совместно сосвоим сотрудником ирландским физиком Эрнестом Томасом Синтоном Уолтоном (род. в1903 г.) первыми разработали идею ускорителя, позволявшего получать частицы с энергией,достаточной для осуществления ядерной реакции. В 1929 г. такой ускоритель был построен.Спустя три года эти же физики бомбардировали атомы лития ускоренными протонами иполучили альфа-частицы.
Эту ядерную реакцию можно записать следующим образом:водород-1 + литий-7 -> гелий-4 + гелий-4.В ускорителе Кокрофта - Уолтона и ряде других подобных ускорителей частицыперемещались по прямолинейной траектории. Получить в таком ускорителе частицы свысокой энергией можно было только при достаточной длине пути частиц, поэтомуускорители такого типа были чрезвычайно громоздки.
В 1930 г. американский физик ЭрнестОрландо Лоуренс (1901-1958) предложил ускоритель, в котором частицы двигались по слаборасходящейся спирали. Этот относительно небольшой циклотрон мог давать частицы скрайне высокой энергией.Первый очень маленький циклотрон Лоуренса является предшественникомсовременных гигантских установок в полкилометра в окружности, которые используются впоисках ответов на сложнейшие вопросы, связанные со строением материи.В 1930 г.
английский физик Пауль Адриен Моррис Дирак (1902-1984) теоретическиобосновал предположение о том, что и протоны и электроны должны иметь своиантичастицы. Антиэлектрон должен обладать массой электрона, но должен быть заряженположительно, антипротон должен обладать массой протона, но быть заряжен отрицательно.Антиэлектрон был обнаружен в 1932 г.
американским физиком Карлом ДэвидомАндерсоном (1905-1991) во время исследования космических лучей51. Когда космическиелучи сталкиваются с ядрами атомов в атмосфере, то при этом образуются частицы, которыеотклоняются в магнитном поле на такой же угол, что и электроны, но в противоположномнаправлении. Частицы такого рода Андерсон назвал позитронами.Антипротон не удавалось обнаружить еще в течение четверти столетия. Посколькумасса антипротона в 1836 раз больше массы антиэлектрона, то для образования антипротонатребуется в 1836 раз больше энергии, и поэтому до 50-х годов XX в.
это превращение былонеосуществимо. В 1955 г. американским физикам Эмилио Сегре (1905-1989) и ОуэнуЧемберлену (род. в 1920 г.) удалось, используя мощные ускорители, получить и обнаружитьантипротон.Было установлено, что могут существовать такие своеобразные атомы, у которыхотрицательно заряженные ядра, содержащие антипротоны, окружены положительнозаряженными позитронами. Естественно, что такое антивещество не может долгосуществовать ни на Земле, ни, вероятно, даже в пределах нашей Галактики, поскольку приконтакте вещества с антивеществом они аннигилируют (уничтожаются), высвобождаяогромное количество энергии. И все-таки астрономы задаются вопросом, не могут лисуществовать Галактики, построенные из антивещества? Если такое возможно, тообнаружить такие Галактики будет очень трудно.ИСКУССТВЕННАЯ РАДИОАКТИВНОСТЬВ результате успешного проведения первых ядерных реакций были получены ужеизвестные, встречающиеся в природе изотопы.
Однако полученные таким образомнейтронно-протонные комбинации могли отличаться от комбинаций, характерных дляприродных изотопов. Ведь первые органические молекулы, синтезированные химиками,отличались от молекул природных соединений (см. гл. 6). Нейтронно-протонныекомбинации нового типа были получены в 1934 г. французскими физиками супругамиФредериком Жолио-Кюри (1900-1958) и Ирен Жолио-Кюри (1897-1956) (дочь известныхфизиков супругов Кюри, прославившихся открытием радия, см. гл. 13).Супруги Жолио-Кюри бомбардировали алюминий альфа-частицами и при этомвыяснили, что алюминий продолжает испускать частицы и после окончания бомбардировки.В результате проведенных исследований были открыты алюминий-27 (13 протонов плюс 14нейтронов) и фосфор-30 (15 протонов плюс 15 нейтронов).Но фосфор, встречающийся в природе, имеет только одну разновидность атомов фосфор-31 (15 протонов плюс 16 нейтронов), следовательно, фосфор-30 - искусственныйизотоп.
Причина, по которой этот изотоп не встречается в природе, очевидна: периодполураспада фосфора-31 составляет всего 14 дней. Излучение именно этого изотопа инаблюдали супруги Жолио-Кюри.Супруги Жолио-Кюри первыми открыли явление искусственной радиоактивности. Кнастоящему времени получено более тысячи радиоактивных изотопов, не встречающихся вприроде. У каждого элемента имеется один или несколько радиоактивных изотопов. Одинрадиоактивный изотоп имеется даже у водорода; период полураспада водорода-3,называемого также тритием, составляет 12 лет.В 1940 г.
американский химик Мартин Д. Камен (род. в 1913 г.) открыл необычныйрадиоактивный изотоп углерода - углерод-14. Некоторое количество этого изотопаобразуется в атмосфере в результате бомбардировки азота космическими лучами. Этоозначает, что все живые существа, в том числе и мы, постоянно вдыхаем некотороеколичество углерода-14, который потом попадает в ткани. Американский химик УиллардФрэнк Либби (1908-1980) предложил определять возраст археологических находок исходя изсодержания углерода-14.
Аналогичный метод используется при определении возрастаземной коры: его определяют исходя из содержания урана и свинца. Таким образом, химияпришла на помощь историкам и археологам.Осуществляя синтез химических веществ, можно часть обычных изотопов заменить наредкие стабильные изотопы. Например, водород-1 можно заменить на водо-род-2,углерод-12 - на углерод-13, азот-14 - на азот-15, а кислород-16 - на кислород-18. С помощьютаких меченых соединений можно изучать механизмы реакций, происходящих в живыхтканях.
Новатором в такого рода работе был американский биохимик Рудольф Шонхеймер(1898-1941), который, используя водород-2 и азот-15, провел важные исследования жиров ибелков. После окончания Второй мировой войны такие изотопы стали более доступны, чтопозволило провести более тщательное изучение механизмов реакций. Примером того, какуюроль могут сыграть изотопы, служит работа американского биохимика Малвина Келвина(род. в 1911 г.).
В 50-х годах XX в. он применил углерод-14 для изучения механизма реакцийфотосинтеза. Работу эту Келвин проделал с такой обстоятельностью, которая всего лишьдвадцать лет назад считалась совершенно невозможной.Вслед за искусственными изотопами физикам удалось получить и искусственныеэлементы. В 1937 г. изобретатель циклотрона Лоуренс провел бомбардировку образцамолибдена (порядковый номер 42) дейтронами (ядра водорода-2), после чего отправил этотобразец Сегре в Рим.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
