После того как был открыт периодический закон, долгое время для ученых оставалось совершенно непонятным один вопрос. Почему свойства химических веществ зависят от их атомной массы? Исследователи не могли понять самой причины периодичности. Им предстояло разобраться с физическим законом, лежавшим в основе периодической системы.
Плод человеческих рук или естественное явление?
Явление радиации на самом деле существовало всегда. Люди с самого начала своей истории жили в среде так называемого естественного радиоактивного поля. Но радиоактивность как свидетельство сложного строения атома стала известным феноменом лишь в начале 20-го века.
Из космоса до земной поверхности доходит часть ионизирующего излучения. Люди также облучаются от тех источников, которые содержатся в недрах Земли и в полезных ископаемых. Даже в составе человеческого тела находятся те вещества, которые принято называть радионуклидами. Но до конца 19-го века обо всем этом ученые могли лишь догадываться.
Незнание о радиоактивности
Радиоактивность как свидетельство сложного строения атомов была неизвестна обычным горнякам. Например, в 16-м веке на свинцовых копях в Австрии от так называемой горной болезни шахтеры погибали массово в возрасте всего лишь 30-40 лет. Местные женщины выходили замуж по несколько раз, так как смертность шахтеров превышала уровень смертности простого населения более чем в 50 раз. Тогда о таком приеме, как измерение радиоактивности, еще не знали. Люди даже не могли предполагать, что в свинцовых рудах может содержаться опасный уран. Только в 1879 году врачи узнали, что «горная болезнь» - это на самом деле рак легких.
Открытие радиоактивных процессов Беккерелем
В конце 19-го века были совершены исследования, в результате которых радиоактивность как свидетельство сложного строения атомов стала очевидной для общества. В 1896 году исследователь А. А. Беккерель определил, что содержащие уран вещества могут осветлять фотопластинку в темноте. Позднее ученому удалось выяснить, что таким свойством обладает не только уран. Далее польский химик Мария Склодовская-Кюри вместе со своим супругом Пьером Кюри открыли два новых радионуклида: полоний и радий.
Сам опыт Беккереля был довольно простым. Он брал соли урана, заворачивал их в ткань темного цвета и потом выставлял на солнце, чтобы посмотреть, каким образом накопленная этим веществом энергия будет переизлучаться. Но однажды ученый заметил, что фотопластинка начинает светиться даже тогда, когда соли урана не были выставлены на солнце. Это и привело к тому, что была открыта радиоактивность. Беккерель назвал неизвестные лучи Х-лучами (по аналогии с названием рентгеновских).
Опыты Резерфорда
Далее радиоактивностью увлекся английский ученый Эрнест Резерфорд. В 1899 году им был проведен эксперимент по изучению данного явления. Заключался он в следующем. Ученый брал соль урана и помещал в цилиндр, сделанный из свинца. Через узкое отверстие поток альфа-частиц попадал на фотопластинку, находящуюся сверху. В начале экспериментов Резерфорд не использовал электромагнитную пластину.
Поэтому фотопластинка, как и в предыдущих экспериментах, засвечивалась в одной и той же точке. Затем Резерфорд начал подключать магнитное поле. При его малом значении луч начал разделяться надвое. Когда же магнитное поле увеличивалось еще больше, на пластинке появлялось темное пятно. Таким образом были открыты различные виды радиоактивности: альфа-, бета- и гамма-излучение.
Выводы, последовавшие из исследований
После всех этих опытов и стала известной радиоактивность как свидетельство сложного строения атомов. Ведь оказалось, что именно процессы внутри ядра атома приводят к подобному излучению. Здесь уместно вспомнить, что со времен Древней Греции атом считался неделимой частицей мироздания. Само слово «атом» означало «неделимый». В результате исследований ученых люди узнали о самопроизвольном электромагнитном излучении, а также о новых частицах атомов – настолько серьезный шаг вперед сделала физика. Радиоактивность, которая была открыта светилами науки на заре нового века, доказала, что атом в действительности делится на части.
Строение атома
Экспериментальными исследованиями было подтверждено, что атом имеет сложное строение. Он состоит из ядра и отрицательно заряженных электронов. В 1932 году отечественными исследователями Д. Иваненко и Е. Гапоном, а также независимо от них немецким физиком Гейзенбергом была предложена модель строения атома, названная протонно-нейтронной. Согласно данной концепции, атом состоит из частиц, называющихся протонами и нейтронами. Они объединены в общую группу нуклонов.
Практически вся масса атома находится в его ядре. Протоны, нейтроны и электроны образуют собой категорию элементарных частиц. В результате экспериментальных исследования было установлено, что порядковый номер вещества в периодической системе элементов равен заряду его ядра.
Свойства радионуклидов
Чтобы понять, что представляет собой радиоактивность и каким образом она связана со строением ядра атома, необходимо освоить несколько простых терминов. Например, радионуклидами сейчас называют радиоактивные изотопы. Они отличаются от нестабильных тем, что имеют разный период полураспада.
Радиоактивные изотопы, превращаясь в другие изотопы, становятся источниками ионизирующего излучения. Разные радионуклиды обладают разной степенью нестабильности. Некоторые могут распадаться в течение сотен и тысяч лет. Такие радионуклиды называют долгоживущими. В качестве примера могут служить все изотопы урана. Короткоживущие радионуклиды, напротив, распадаются очень быстро: в течение секунд, минут или месяцев.
В чем измеряют радиоактивность?
Единица радиоактивности – это 1 Беккерель. Если в одну секунду происходит один распад, то говорят о том, что активность того или иного изотопа равна одному Беккерелю. Активность – это та величина, которая позволяет оценить мощность распада арифметически. Раньше учеными применялась другая единица радиоактивности – Кюри. Соотношение между ними следующее: на 1 Ки приходится 37 млрд Бк.
При этом необходимо различать активность разного количества вещества, к примеру 1 кг и 1 мг. Активность определенного количества вещества в науке принято называть удельной активностью. Эта величина обратно пропорциональна периоду полураспада.
Опасность радиоактивности
Радиоактивность как свидетельство сложного строения атомов стала считаться одним из самых опасных феноменов. Узнав больше об этом явлении, люди стали небезосновательно бояться его последствий. У многих сложилось впечатление, что наибольшую угрозу может нести гамма-излучение. Но это не совсем так, по крайней мере, оно не угрожает жизни. Облучение радиацией гораздо опаснее в связи с его проникающей способностью. Конечно, у гамма-лучей этот показатель выше, чем, к примеру, у бета-лучей. Но опасность определяется не этим показателем, а дозой.
Одна и та же доза может быть безопасной для человека с одной массой тела и опасной для другого. Воздействие ионизирующего излучения определяется при помощи показателя поглощенной дозы. Но даже этого недостаточно для оценки вреда. Ведь не каждое излучение является одинаково опасным. Коэффициент опасности излучения называется взвешивающим. Единица радиоактивности, которая используется для оценки дозы облучения с взвешивающим коэффициентом, называется зивертом.
