Радиоактивность

Явление радиоактивности (от слова «радиус» — «луч»), или спонтанного распада ядер, было открыто французским физиком Анри Беккерелем (1852—1908) в 1896 году благодаря случайности. Он обнару­жил, что уран и его соединения испускают лучи или частицы, проникаю­щие сквозь непрозрачные тела и способные засвечивать фотопластинку. Беккерель установил, что интенсивность излучения пропорциональна только концентрации урана и не зависит от внешних условий (температу­ра, давление) и от того, находится ли уран в каких-либо химических со­единениях.
В 1897 году исследованиями урановых лучей занялись супруги Кюри — Мария Склодовская-Кюри (1867-1934)и Пьер Кюри (1859-1906). Они доказали, что радиоактивные излучения испускаются не только атомами урана, но и атомами некоторых других элементов. По радиоактивному из­лучению ими были открыты два неизвестных ранее химических элемен­та — радий и полоний.
Английскими физиками Эрнестом Резерфордом (1871—1937) и Фредери­ком Содди (1877—1956) было доказано, что во всех радиоактивных про­цессах происходят взаимные превращения атомных ядер химических элементов. Изучение свойств излучения, сопровождающего эти процес­сы в магнитном и электрическом полях, показало, что оно разделяется на ci-частицы (ядра гелия), Р-частицы (электроны) и у-лучи (электромаг­нитное излучение с очень малой длиной волны).
 
Используя прибор такого типа с альфа-час­тицами, испускаемыми радием, Э. Резерфорд устано­вил, что, хотя основная часть частиц проходит сквозь золотую фольгу, на большие углы рассеивается больше частиц, чем должно быть в соответствии с томсо-новской моделью атома. Это было истолковано как указание на то, что в центре атома находится малое ядро: 1 — радий, 2 — золотая фольга, 3 — экран из сульфида цинка, 4 — пучок И -частиц, 5 — рассеянные О- -частицы (малое число).
Исследуя явление рассеяния быстрых заряженных частиц при прохожде­нии через тонкие слои вещества, Резерфорд добился большого прогресса в изучении структуры атомов. В этих опытах узкий пучок (X -частиц, испу­скаемых радиоактивным веществом, направлялся на тонкую металличес­кую пластинку. За пластиной помещался экран, покрытый слоем кристал­лов сульфида цинка, способных светиться под ударами быстрых заряженных частиц. Резерфорд обнаружил, что большинство <Х -частиц от­клоняется от прямолинейного пути на углы не более 1—2°. Однако неболь­шая доля & -частиц испытывала отклонение на значительно большие углы. Это явление Резерфорд объяснил тем, что положительный заряд в атоме не распределен равномерно в шаре радиусом 10~10 м, как в модели Томсона, а сосредоточен в центральной части атома в области значительно меньших размеров. В этой центральной положительно заряженной части атома — атомном ядре — сосредоточена почти вся масса атома. Расчеты Резерфорда показали, что радиус атомного ядра равен примерно 10~15 м. Резерфорд предположил, что атом устроен подобно планетной системе. Как вокруг Солнца на больших расстояниях от него обращаются планеты, так электроны в атоме обращаются вокруг атомного ядра. Радиус круговой орбиты самого далекого от ядра электрона и есть радиус атома. Такая мо­дель атома была названа «планетарной» моделью. Вскоре после появления «планетарной» модели атома было обнаружено, что от количества электронов зави­сят химические свойства элемента. Наши сегодняш­ние знания позволяют составить периодическую таб­лицу элементов, последовательно добавляя протоны к ядру самого легкого атома, состоящего из одного протона и одного электрона — атома водорода, а также соответствующее число электронов к «оболочке» ато­ма. Взаимодействие между атомами порождает раз­личные химические процессы, так что вся химия мо­жет быть понята на основе законов атомной физики. Однако, согласно электродинамике Максвелла, та­кой атом не может быть устойчивым: двигаясь по круговым (или эллиптическим) орбитам, электрон испытывает ускорение, а поэтому он должен излу­чать электромагнитные волны с частотой, равной ча­стоте его обращения вокруг ядра. Это, в свою оче­редь, будет приводить к уменьшению энергии.
Потеря энергии приведет электрон к падению на ядро. Таким образом, подобный атом не может существовать в реальности. Разработка следующей модели атома принадлежит Нильсу Бору (1885—1962). Взяв за основу модель Резерфорда, он использовал и идеи квантовой теории. Свои представления о структуре атома Бор сформули­ровал в виде следующих постулатов.