Машина-двигатель - [61]

В знак признания гениального предвидения Менделеева, порядковый номер элемента в его таблице, а следовательно, величину заряда ядра, ученые теперь именуют «числом Менделеева».

Что же касается атомных весов, то вскоре ученые обнаружили, что один и тот же элемент может иметь несколько разновидностей, отличающихся по атомным весам, но по химическим свойствам абсолютно схожих. Например, известный металл свинец, помеченный в таблице Менделеева номером 82, если он добывается из урановой руды, имеет атомный вес примерно 206, из ториевой руды — примерно 208, а из всех других руд — 207,2. Этот последний вес был определен химиками давно, но он, в сущности, представляет собой среднее значение между урановым и ториевым свинцом. Это значит, что в обычном свинце перемешаны два рода атомов — с весом 206 и с весом 208. По химическим свойствам оба вида свинца совершенно одинаковы, — заряд ядра их атомов тоже одинаковый. Такие разновидности одного и того же элемента, отличающиеся лишь атомным весом, ученые назвали «изотопами». Следовательно, в одной клетке таблицы Менделеева может находиться несколько изотопов элемента. Стало быть, и это обстоятельство указывает на тот факт, что не атомный вес определяет свойства элемента, а заряд его ядра и количество электронов, находящихся на его орбитах.

Однако, придя к такому выводу, ученые долгое время затруднялись объяснить, как же устроено ядро атома и почему между атомным весом и зарядом существует разница? Действительно, ядро атома водорода — «протон» — имеет единичный положительный заряд, и атомный вес тоже примерно равен единице. Следующий за ним в таблице элемент гелий (№ 2) имеет двойной заряд, но атомный вес его в четыре раза больше атомного веса водорода. Далее идет элемент литий (№ 3) — имеет заряд 3, а атомный вес 7, и т. д. Последний элемент таблицы — уран (№ 92) имеет заряд 92, а атомный вес 238.

В чем же дело? Ведь если ядра всех атомов составлены из разного количества ядер простейшего атома — водорода, то есть из протонов, то атомный вес гелия должен быть лишь вдвое больше атомного веса водорода, атомный вес лития — лишь втрое больше, а атомный вес урана — в 92 раза больше. Значит, ядра атомов состоят не из одних только протонов.

Одно время считали, что атомный вес указывает на количество протонов в ядре, а величина заряда ядра, как полагали, оказывается меньшей лишь только потому, что внутри ядра, кроме протонов, имеется еще некоторое количество «связанных» электронов. Эти ядерные электроны как бы нейтрализуют часть положительно заряженных протонов. А другая часть протонов, которая в сумме обладает зарядом, равным порядковому номеру в таблице Менделеева, связана уже не с ядерными электронами, а с внешними, которые движутся по оболочкам.

В 1932 году была экспериментально найдена еще одна частица, содержащаяся в ядре, — по весу она была равна весу протона, но никакого заряда не носила. В том же 1932 году советский ученый Иваненко высказал мысль о том, что ядро атома должно состоять не из протонов и электронов, а из протонов — положительно заряженных частиц — и совсем незаряженных частиц — нейтронов. Ученые смогли дальше усовершенствовать построенную ими модель атома. Стало понятным, что заряд ядра определяется числом протонов в ядре, а атомный вес — числом протонов и нейтронов вместе взятых.

Вот как теперь представляют себе атомы трех первых элементов таблицы Менделеева.

Водород — имеет ядро из одного протона, а по единственной оболочке вокруг ядра движется один электрон — очень легкая подвижная частичка, с массой в 1836 раз меньшей массы протона. Атомный вес определяется, по существу, только массой протона.

Гелий — имеет ядро, состоящее из двух протонов и двух нейтронов. Заряд — 2, атомный вес — 4. По двум внешним орбитам, составляющим оболочку одного диаметра, движутся два электрона.

Литий — имеет ядро из трех протонов и четырех нейтронов. Заряд — 3, атомный вес — 7. На орбитах — 3 электрона. Орбиты составляют две электронные оболочки: малую — с двумя электронами и большую — с одним.

Схемы атомов водорода, гелия и лития.

Когда был найден нейтрон, стало ясно и что такое изотопы. Вот посмотрите на ядро лития: куча мала! Среди трех протонов тесно разместились 4 нейтрона. А ведь в сложных атомах, где 70, 80, 90 протонов, может разместиться много и нейтронов! Вот и получается, что, например, в свинце с атомным весом 206 на 82 протона приходится 124 нейтрона, а в свинце с атомным весом 208 на те же 82 протона приходится 126 нейтронов. В обоих случаях «куча мала» держится, и оба изотопа существуют, обладая одинаковыми химическими свойствами, так как химические свойства определяются количеством внешних электронов, а их количество определяется величиной заряда ядра, то есть числом протонов.

Могут быть, однако, и неустойчивые изотопы. Нейтрон сначала будто бы и прилепился, а вскоре его выбросило, — из одного изотопа получился другой изотоп.

Но что же, в таком случае, вообще связывает между собой нейтроны и протоны, почему положительно заряженные частички не отталкиваются друг от друга, а нейтральные почему не рассыпаются, как биллиардные шарики из пирамиды?