Книга Дальтон. Атомная теория - Enrique Joven Alvarez

Историки приписывают Резерфорду также открытие в 1918 году протона ("первый") — позитивно заряженной субатомной частицы. Хотя, наверное, следовало бы присвоить славу ее открытия (хотя бы частично) немецкому физику Ойгену Гольдштейну (1850-1930). В 1886 году Гольдштейн осуществил похожий на эксперимент Томсона опыт с перфорированным катодом и выделил частицу, масса которой была сходна с массой атома водорода, но позитивно заряженную. Он принял эту частицу за простой ион.

Резерфорд повторил опыт, бомбардируя атомы азота альфа-частицами, и обнаружил сверкание, которое мог производить только азот. Эта реакция стала первым превращением, осуществленным искусственно, в отличие от естественной радиации. Мы можем представить ее сегодня как физическую реакцию со следующей формулой:

4He + 14N → 17O + 1Н,

в которой величины соответствуют атомной массе. Слева направо ядро гелия (2 протона и 2 нейтрона) взаимодействует с ядром водорода (7 протонов и 7 нейтронов), и образуются ядро кислорода-17 (изотоп с 8 протонами, но 9 нейтронами) и ядро водорода (1 протон). Наверное, это была первая алхимическая реакция в истории.

ЧАСТИЦА БЕЗ ЗАРЯДА

Модель атома Резерфорда (см. рисунок на странице 134) с электронами на периферии и протонами, содержащимися в плотном ядре, превратилась для физиков в неразрешимую проблему.

ПРОТОН

Протон был выделен в 1920 году Эрнестом Резерфордом во время изучения ядер гелия, раньше называвшихся альфа-частицами и излучаемых при естественной радиоактивности. На самом деле Резерфорд выделил ядро водорода, самый распространенный в природе изотоп которого состоит из одного протона. Во время этого опыта Резерфорд осуществил первую в истории атомную реакцию, превратив атомы азота в кислород. В продукте реакции Резерфорд выделил ядро водорода и предположил, как и задолго до него английский химик Уильям Прут (1785-1850), что водород может быть основным элементом, или частицей, образующей другие атомы. Даже если на самом деле это не совсем так, факт заключается в том, что Резерфорд предложил называть его протоном по двум причинам: во-первых, он заимствовал греческое слово, означающее "первый", во-вторых, это название напоминало о фамилии Прута.

Перво· атомное превращение в истории заключалось в превращении атома азота в кислород в следующей реакции:

4He + 14N → 17O + 1Н.

Она противоречила законам электромагнетизма, описанным Джеймсом Клерком Максвеллом, хотя эти законы были доказаны многочисленными опытами. По Максвеллу, электрический заряд в движении — в нашем случае электрон — должен постоянно излучать энергию. И со временем из-за потери этой энергии он должен упасть на ядро, и тогда атом коллапсирует. Кроме того, протоны с одинаковым положительным зарядом должны отталкиваться друг от друга, а не оставаться в маленьком пространстве в центре атома.

Появилась главная проблема: микроскопический мир вел себя не так, как макроскопический. Резерфорд долгие годы размышлял над этим вопросом и в итоге пришел к гипотезе, что положительный заряд протона должен быть компенсирован, или, скорее, нейтрализован, другими частицами. Когда мы описывали получение протона из азота, мы уже использовали понятие нейтрона.

Один из учеников Резерфорда, английский физик Джеймс Чедвик, попытался найти нейтроны, и это ему удалось сделать в 1932 году, после 11 лет исследований. В результате нейтрон стал главным инструментом при ядерном делении, или распаде, поскольку он лишен электрического заряда, следовательно никак себя не проявляет, пока не проникнет в атомы более тяжелых элементов. Лауреат Нобелевской премии по физике 1935 года Чедвик против своей воли проложил дорогу к атомной бомбе.

Схема модели Резерфорда (1911).

НЕЙТРОН