Андрей Несмеянов - Радиоактивные изотопы и их применение

Открытие Марией и Пьером Кюри полония и радия направило ученых на поиски других радиоактивных элементов. Эти поиски увенчались успехом: в рудах урана и тория были открыты новые радиоактивные элементы.

Многие из них по своим химическим свойствам оказались неотличимыми от ранее известных элементов. Так, в 1906 г. был обнаружен элемент ионий, который оказался сходным по свойствам с ранее известным элементом Ⅳ группы периодической системы торием. Все попытки отделить ионий от тория кончались неудачей.

В 1907 году было установлено, что вновь открытый элемент мезоторий химически неотличим от радия.

В последующие годы было обнаружено полное химическое сходство новых элементов радия В и радия D со свинцом. Атомы радия В и радия D имеют такой же заряд ядра, а значит, и такой же порядковый номер, как и атомы свинца, но отличаются от них своей массой. Такое же равенство зарядов и отличие в массах имело место у тория и иония, мезотория и радия.

Оказалось, что в некоторых клетках периодической системы Менделеева должно помещаться несколько видов атомов, имеющих одинаковый заряд ядра, но разную массу. Такие атомы получили название изотопов (изотоп по-гречески означает — занимающий то же место). Радий В и радий D стали называться изотопами свинца, мезоторий 1 — изотопом радия и т. д.

Таким образом, атомы данного элемента содержат одинаковое число протонов, но могут содержать различное число нейтронов.

Изотопы были обнаружены и среди нерадиоактивных элементов. Удалось доказать, например, что газ неон представляет собою смесь атомов неона с различной массой.

Впоследствии были обнаружены или получены искусственным путем изотопы всех элементов.

С помощью химических символов можно легко обозначать изотопы различных элементов. Например, изотопы натрия с массовыми числами 22, 23 и 24 записываются следующим образом:

Ниже приводится таблица природных изотопов некоторых элементов. Как видно из таблицы, алюминий, фосфор и марганец имеют только по одному природному изотопу.

Мы уже говорили о том, что радий испускает альфа-, бета- и гамма-лучи. Излучение, подобное радию, дают уран, торий, полоний и многие другие радиоактивные элементы. Однако распад других радиоактивных веществ не обязательно сопровождается всеми тремя видами излучений. Что же представляют собой альфа-, бета- и гамма-лучи?

В результате исследований действия электромагнитного поля на радиоактивное излучение ученые нашли, что альфа-лучи — это поток положительно заряженных частиц — ядер атомов гелия. Альфа-частицы вылетают из ядра атома с огромной скоростью — например из ядра атома радия со скоростью, примерно равной 17 000 километров в секунду. Они способны проникать через слой воздуха в несколько сантиметров толщиной. Проходя через воздух, они его ионизируют и делают проводником электричества.

Бета-лучи — это поток электронов, некоторые из которых вылетают из ядра атома со скоростью, достигающей величины, близкой к скорости света (300 000 километров в секунду в пустоте). Они проникают через вещества значительно лучше, чем альфа-лучи. Если альфа-лучи задерживаются пластинкой алюминия толщиной, равной 0,05 миллиметра, то бета-лучи способны пройти через слой алюминия толщиною до нескольких миллиметров. Так же, как и альфа-лучи, электроны делают воздух проводником электричества, только в меньшей степени.