Текст книги "Как были открыты химические элементы"
Автор книги: Дмитрий Трифонов
Соавторы: Валерий Трифонов
сообщить о нарушении
Текущая страница: 16 (всего у книги 22 страниц)
В ходе анализа смоляной обманки супруги М. и П. Кюри и Ж. Бемон заметили, что наряду с висмутовой еще одна фракция проявляет повышенную активность. После успешного окончания опытов по выделению полония они начали исследовать и эту фракцию, полагая, что она также может содержать неизвестный радиоактивный элемент.
Днем рождения радия (так был назван новый элемент, – от латинского слова, означающего «испускаю лучи») стало 26 декабря, когда собравшиеся на заседание члены Парижской Академии наук услышали доклад под названием «О новом сильнорадиоактивном веществе, содержащемся в смоляной обманке». Ученые сообщали, что им удалось выделить из урановых отходов вещество, которое содержит новый элемент, по своим свойствам очень похожий на барий. Количество радия, содержащегося в хлориде бария, оказалось достаточным для определения его спектра. Это сделал известный французский спектроскопист Э. Демарсе. Он установил присутствие новой спектральной линии. Так существование нового радиоактивного элемента радия было подтверждено почти одновременно двумя методами: радиометрическим и спектральным.
Из всех природных радиоактивных элементов (торий и уран, по понятным причинам, не в счет) радий сразу оказался в выгодном положении. Это объяснялось многими обстоятельствами. Как вскоре выяснилось, период полураспада радия был довольно велик – 1600 лет. По сравнению с полонием его содержание в урановых рудах гораздо выше (в 4300 раз); это создавало условия для естественного накопления радия. Далее, радий достаточно интенсивно испускал а-лучи, поэтому легко было контролировать его поведение в различных химических операциях. И была у него, наконец, та особенность, что он испускал радиоактивный газ, называемый эманацией (см. с. 153). Удачное сочетание различных свойств сделало радий удобным объектом изучения, и благодаря этому он стал первым радиоактивным элементом (опять же, исключая уран и торий), который вскоре и навсегда нашел свое место в периодической системе. Во-первых, химические и спектральные исследования радия показали, что он по всем статьям принадлежит к подгруппе щелочноземельных металлов; во-вторых, удалось достаточно точно определить его относительную атомную массу. Для этого потребовалось получить препарат радия в весовых количествах.
В течение 45 месяцев в плохо оборудованной лаборатории, не считаясь со временем, М. и П. Кюри перерабатывали тонны отходов, оставшихся после выделения урана. Отходы были получены ими из Иоахимстальских заводов в Богемии. Около десяти тысяч дробных кристаллизаций пришлось провести ученым, чтобы отделить сопутствующие радию элементы. В итоге же они стали обладателями бесценного сокровища – 0,1 г хлорида радия. История науки еще не видела примера такого подвижнического труда. Этого количества хватило, чтобы 28 марта 1902 г. М. Кюри смогла заявить: относительная атомная масса радия равна 225,9 (значение, мало отличающееся от современного 226,02). Эта величина как раз отвечала предполагаемому месту радия в периодической системе.
Открытие радия оказалось самым достоверным на фоне открытий большого числа радиоэлементов – открытий, которые не замедлили произойти. С каждым годом их становилось все больше. И радий же оказался самым первым радиоактивным элементом, который удалось получить в виде металла.
М. Кюри со своим сотрудником А. Дебьерном произвела электролиз раствора, содержащего 0,106 г хлорида радия. Металлический радий осаждался на ртутном катоде и превращался в амальгаму. Ее помещали в железную лодочку и нагревали в струе водорода с целью отогнать амальгаму. После этого на дне лодочки заблестели крупинки серебристо-белого металла.
Событие, происшедшее в 1910 г., стало одним из величайших достижений науки. Изучение радия способствовало коренному пересмотру прежних представлений о свойствах и строении материи, возникновению понятия об атомной энергии. И наконец, радий стал опять же первым радиоактивным элементом, который нашел практическое применение (например, в медицине).
АКТИНИЙТолько ли случай способствовал тому, что первыми ласточками среди новых радиоактивных элементов стали полоний и радий? Едва ли. Радий благодаря своему большому периоду полураспада способен накапливаться в урановых рудах. Полоний короткоживущ (138 дней), но обладает энергичным и характерным α-излучением. Хотя открытие полония и вызвало споры, все-таки все быстро встало на свои места.
Третьим в перечне успехов молодой пауки о радиоактивности оказался актиний. Вскоре после открытия радия М. и П. Кюри высказали предположение, что в урановой руде могут скрываться и другие, еще неизвестные радиоактивные элементы. Проверить это они поручили своему сотруднику А. Дебьерну.
Исходным сырьем А. Дебьерну послужили несколько сот килограммов руды. В течение нескольких месяцев он выделял из нее «активное начало». После того как были отделены уран, радий, полоний, осталось немного вещества, активность которого значительно превосходила (примерно в 100 000 раз) активность урана. Первоначально А. Дебьерн сделал вывод, что носитель активности похож на титан по своим химическим свойствам. Затем он отверг эту аналогию и предположил сходство с торием. После этого А. Дебьерн весной 1899 г. провозгласил открытие нового элемента, предложив для него название «актиний». Оно происходило от греческого слова, означающего «излучение».
Дата 1899 г. вошла во все учебники, справочники, монографии и энциклопедии – словом, всюду, где в тексте упоминается об открытии актиния. Но в действительности заявлять, что А. Дебьерн открыл в этом году новый радиоактивный элемент – актиний, – значит, закрывать глаза на явные несоответствия.
Настоящий актиний мало чем похож на торий, но не это химическое различие является аргументом против открытия актиния А. Дебьерном. Главное возражение состоит вот в чем. А. Дебьерн полагал, что его актиний α-активен и в 100 000 раз интенсивнее урана испускает α-частицы. Теперь известно, что актиний – мягкий β-излучатель, т. е. он испускает β-частицы невысокой энергии, и зафиксировать их не так-то просто. А. Дебьерну же с его примитивной радиометрической техникой, это вообще было не под силу.
Что же тогда открыл А. Дебьерн на самом деле? Сложную смесь радиоактивных веществ, среди которых присутствовал и актиний. Но его слабое β-излучение было совершенно неразличимо на фоне α-частиц, испускаемых продуктами радиоактивного распада актиния. Понадобилось несколько лет, чтобы выделить действительный актиний из этой смеси радиоактивных продуктов.
В 1911 г. выдающийся английский радиохимик Ф. Содди написал книгу «Химия радиоэлементов». В ней он характеризовал актиний как почти неизученный элемент. «Атомный вес неизвестен, средняя продолжительность жизни неизвестна, характер излучения – лучей не испускает (вот сколь трудно было уловить β-излучение актиния. – Авт.), материнское вещество неизвестно…»[12]12
Содди Ф. Химия радиоэлементов. Пер. с англ. СПб., 1913.
[Закрыть]. Словом, очень многое в актинии было туманно.
Аргументы А. Дебьерна в пользу открытия актиния современникам не показались убедительными. И не мудрено, что вскоре появился еще один претендент на открытие нового радиоактивного элемента – немецкий химик Ф. Гизель. Он также выделил некое радиоактивное вещество, которое было похоже по своим свойствам на редкоземельные элементы, – факт, с современных позиций уже гораздо более близкий к истине. Ф. Гизель назвал новый элемент эманием, потому что он выделял радиоактивный газ – эманацию, вызывавшую свечение экрана из сульфида цинка. Наряду с дебатами на тему «Радиотеллур или полоний» возникла дискуссия по сходному предмету «Актиний или эманий». В первом случае было доказано тождество. Второй оказался сложнее, и здесь спор не поставил все точки над «и», ибо слишком капризным оказался этот третий по счету новый радиоактивный элемент. На скрижалях истории записано имя А. Дебьерна как первооткрывателя актиния. В то же время вещество, которое выделил Ф. Гизель, как удалось показать впоследствии, состояло в значительной степени из чистого актиния. Ф. Гизелю также удалось наблюдать спектр эмания. Многие ученые считали, что им удалось доказать идентичность актиния и эмания. И постепенно проблема утратила свою остроту.
Впервые символ Ac поместил (1909) в третью группу периодической системы английский радиохимик А. Камерон (кстати, именно он предложил термин «радиохимия»). Но надежно место актиния было установлено в 1913 г. По мере того как актиний очищался от продуктов распада, выяснилась удивительная картина: его излучение оказывалось настолько слабым, что ученые даже стали сомневаться, испускает ли он лучи вообще. Предложили даже считать, что актиний испытывает совершенно новый тип превращений – безлучевое. Только в 1935 г. удалось достоверно зафиксировать испускаемые актинием β-частицы. Его период полураспада оказался равным 21,6 г.
О выделении металлического актиния долго не могло быть и речи. Ведь в 1 т смоляной обманки содержится всего 0,15 мг актиния, тогда как концентрация радия достигает 400 мг. Металл (несколько миллиграммов) приготовили лишь в 1953 г., восстанавливая AcCl3 парами калия.
РАДОНВ 86-й клетке периодической системы стоит символ Rn, отвечающий элементу радону. Он является самым тяжелым представителем плеяды благородных газов. Он сильно радиоактивен, а в природе его столь мало, что он не мог быть найден в ходе обнаружения В. Рамзаем и М. Траверсом других инертных элементов. Только радиометрический метод сумел зафиксировать существование радона.
То, что сейчас называют радоном, – это совокупное обозначение трех природных изотопов элемента № 86, которые открывали порознь и называли эманациями. С их появлением на авансцене исследований радиоактивности в ее истории наступили новые времена: ученые впервые столкнулись с газообразными радиоактивными веществами.
В начале 1899 г. Э. Резерфорд, работавший в то время в Канаде, и его сотрудник Р. Оуэнс исследовали активность соединений тория. Однажды произошло незначительное на первый взгляд событие. Р. Оуэнс распахнул дверь в лабораторию, где ставили очередной опыт, по комнате пронеслось дуновение воздуха, и ученые заметили, что интенсивность излучения ториевого препарата вдруг резко упала. Поначалу исследователи не придали этому событию никакого значения, но потом убедились, что легкое дуновение всякий раз словно бы лишает торий большей части его активности.
Э. Резерфорд и Р. Оуэнс пришли к выводу, что торий постоянно испускает какое-то газообразное радиоактивное вещество. Они назвали его эманацией (от латинского слова, означающего «истечение») тория или тороном.
По аналогии возникла идея, что и другие радиоактивные элементы способны выделять эманации. В 1900 г. немецкий физик Э. Дорн открыл эманацию радия, а спустя три года А. Дебьерн наблюдал эманацию актиния. Так появились на свет еще два радиоэлемента: радон и актинон. Выяснилось важное обстоятельство, что все три эманации различаются лишь по периодам полураспада: у торона он равен 51,5 с, у радона – 3,8 дня, у актинона – 3,02 с. Самый долгоживущий – радон, поэтому все исследования природы эманаций проводили с этим радиоактивным веществом. Во всем остальном эманации ничем не отличались друг от друга. И все они не обладали химическими свойствами, т. е. были инертными газами (аналогами аргона и его спутников). Как выяснилось позже, они различались и по величине атомных масс. Но в периодической системе для этих трех элементов имелось одно-единственное место в нулевой группе, под ксеноном.
Подобное исключительное положение скоро стало правилом. Поэтому здесь придется коснуться некоторых важных событий на пути развития учения о радиоактивности. Закончим лишь рассказ о радоне. Это название осталось потому, что именно радон наиболее долгоживущий из всех радиоактивных инертных газов. Одно время для него предлагали имя «нитон» (В. Рамзай), по-латыни – «светящийся», но оно не привилось в науке.
РАДИОЭЛЕМЕНТЫ И ИХ СЕМЕЙСТВАНакануне открытия полония и радия в периодической системе в промежутке между висмутом и ураном насчитывалось семь пустых мест. И пока число вновь открытых радиоактивных элементов было невелико, никаких затруднений с их размещением в менделеевской таблице не возникало. Настораживали эманации. Они имели идентичные свойства, и поэтому их нельзя было расставить по разным клеткам периодической системы, например разместив две из них на пустых местах, соответствовавших неизвестным тяжелым аналогам иода и цезия. Такая операция явилась бы противоестественной.
Но если даже оставить в покое непонятное семейство радона, то и без этого имелись неясности. В 1900 г. В. Крукс обнаружил странное явление. Проведя дробную кристаллизацию уранового соединения, он получил фильтрат и осадок. Уран находился в растворе, но никакой активности обнаружить в нем не удавалось. Напротив, осадок не содержал урана, зато интенсивно излучал. Отсюда В. Крукс сделал парадоксальный вывод: сам уран не радиоактивен, а делает его радиоактивным некая примесь, которую ему (Круксу) и удалось отделить от урана. Словно предчувствуя недоброе, ученый не дал этой примеси какого-либо определенного названия, а стал ее именовать уран-«икс» (UX). Потом выяснилось, что уран, освобожденный от UX, восстанавливает свою активность. Просто UX – гораздо более сильный излучатель. Но в таком случае правомерно рассматривать его в качестве нового радиоактивного элемента.
Спустя два года Э. Резерфорд и Ф. Содди обнаружили такое же временное исчезновение активности у тория. Примесь (опять же по аналогии) получила название торий-«икс» (ThX). Эти ученые пытались разрешить вопрос фундаментальной важности: что происходит с радиоактивным элементом в результате испускания им радиоактивного излучения? Остается его химическая природа неизменной или же меняется? Им удалось сделать ценное наблюдение: эманация тория порождалась не самим торием, а ThX. Иначе говоря, они выявили первую цепочку радиоактивных превращений:
Th→ThX→EmTh
И именно это событие послужило решающим шагом к формулировке теории радиоактивного распада.
По Э. Резерфорду и Ф. Содди, механизм радиоактивного распада заключается в том, что происходит превращение химических элементов, их естественная трансмутация. Особенно четко это удалось проследить на примере радия, который, испуская α-частицу, превращался в радон. Несколько позже выяснилось, что α-частица представляет собой дважды ионизированный атом гелия. В результате распада радия рождались два других элемента – радон и гелий:
Ra→Rn+He
Спустя короткое время это явление экспериментально подтвердили В. Рамзай и Ф. Содди.
Все известные радиоактивные элементы, рассуждали далее Э. Резерфорд и Ф. Содди, не являются совершенно изолированными, а генетически связаны друг с другом (последовательно превращаются один в другой). Они образуют как бы три радиоактивных семейства: урановое, ториевое и радиевое, названные так по имени исходного элемента – родоначальника семейства. Оставалось неясным многое: сколько радиоактивных веществ входит в семейство? Какими элементами заканчиваются эти семейства? И наконец, что же это за «материальное образование» – радиоактивный элемент, какова его истинная природа?
Последний вопрос не является надуманным, ибо начиная с первых лет XX в. число радиоактивных веществ стало стремительно возрастать и проблема их размещения в периодической системе сделалась чрезвычайно актуальной.
Как только не называли ученые новые вещества, обладающие свойствами радиоактивности: и радиоактивными телами, и активностями, и радиоактивными элементами. Было видно, что наука столкнулась с неведомыми раньше материальными образованиями. Существование большинства из них удавалось установить лишь по радиоактивным характеристикам: интенсивности излучения, типу распада, величине периода полураспада. В то же время ничего или почти ничего нельзя было сказать относительно их химической природы. Ведь прежняя классическая химия элементов была связана с весовыми количествами веществ, когда новый элемент (или его соединение) можно было выделить в материальной форме, изучить его реакции, наблюдать спектр. Для большинства открываемых радиоактивных элементов все это было недосягаемо. А потому резонным казался вопрос: да элементы ли они, в химическом понимании этого слова?
Мнения пионеров исследования радиоактивности здесь разделились. М. и П. Кюри и А. Дебьерн предполагали, что все новые радиоактивные вещества имеют элементарную природу и, следовательно, являются новыми химическими элементами. Обнаружение полония, радия и актиния, казалось бы, подкрепляло такую позицию, и названные ученые поначалу не склонны были менять свою точку зрения, даже когда радиоактивные вещества стали открывать во множестве. Но подобное упорство вело лишь к противоречиям.
Иных соображений придерживались Э. Резерфорд и Ф. Содди. Они считали, что радиоактивные вещества могут иметь различную природу. Опираясь на свои представления о радиоактивных семействах, они рассуждали так: существуют относительно устойчивые радиоактивные элементы – родоначальники рядов, т. е. уран, торий и радий. Их химическая природа известна, поэтому они могут быть причислены к обыкновенным элементам, отличаясь от последних лишь свойством радиоактивности. Элементы, замыкающие радиоактивные семейства, суть устойчивые, обычные элементы (уже появлялись смутные догадки, что завершать радиоактивные семейства должен свинец). Между этими двумя сортами атомов, рассуждали далее Э. Резерфорд и Ф. Содди, существуют промежуточные вещества, основная черта которых – неустойчивость, их нельзя охарактеризовать с точки зрения химии. Они не есть элементы в обычном понимании, они лишь своеобразные атомы – осколки. Для них было предложено название «метаболоны» (от греческих слов, означающих «превращающиеся тела»). А потому вопрос о размещении метаболонов в периодической системе не имел смысла.
Однако термин «метаболон» широкого использования не получил. Да и Ф. Содди вскоре решил считать метаболон такой же химической индивидуальностью, как и обычные радиоактивные элементы. На смену пришел другой термин «радиоэлемент», введенный в 1902 г. английским физиком Дж. Мартином. Этот термин (без объяснений) уже мелькал на страницах книги. Объяснение ему будет дано дальше. Здесь лишь четко подчеркнем, что ни в коем случае нельзя ставить знака равенства между понятиями «радиоактивный элемент» и «радиоэлемент», хотя в литературе иногда встречается путаница в использовании этих терминов.
По сути дела, вся история радиохимии первых двух десятилетий XX в. – это поиск новых радиоэлементов и выяснение их генетической связи с другими, уже открытыми. Все более четкие контуры приобретали радиоактивные семейства, и они становились своеобразными систематиками радиоэлементов, подобно тому как периодическая система была систематикой элементов стабильных. Бывшее радиевое семейство оказалось составным фрагментом уранового, зато сформировалось новое, актиниевое семейство, определить родоначальника которого долгое время не удавалось (вопрос фактически решился только в 1935 г.). Большинство радиоэлементов являлись короткоживущими продуктами, чьи периоды полураспада измерялись секундами и (в лучшем случае) минутами. Расшифровка их химической природы и установление места в радиоактивных семействах представляли собой труднейшую задачу: ни с чем, даже отдаленно подобным, химики раньше не встречались, даже при проведении утомительных и однообразных процессов разделения редкоземельных элементов. Чтобы рассказать об этом подробно, пришлось бы написать целую книгу. Поэтому мы вынуждены ограничиться лишь сводными хронологическими таблицами открытий радиоэлементов (см. табл. 1–3).
Таблица 1
Радиоактивное семейство урана-238
| Уран-I | 1896[13]13
Дата открытия радиоактивности урана. [Закрыть] | А. Беккерель |
| Уран-X1 | 1900 | В. Крукс |
| Уран-Х2 | 1913 | К. Фаянс, 0. Гёринг |
| Уран-II | 1911 | Г. Гейгер, Дж. Наттол |
| Ионий | 1907 | Б. Болтвуд |
| Радий | 1898 | П. и М. Кюри, Ж. Бемон |
| Эманация радия | 1900 | Е. Дорн |
| Радий-А | 1903 | Э. Резерфорд, Г. Бэрнс |
| 1904 | П. Кюри, Ж. Данн | |
| Радий-В | 1903 | П. Кюри, Ж. Данн |
| Радий-С | 1903 | П. Кюри, Ж. Данн |
| Радий-С' | 1909 | О. Ган, Л. Мейтнер |
| Радий-С'' | 1912 | К. Фаяцс |
| Радий-D (радиосвинец) | 1900 | К. Гофман, Э. Штраус |
| Радий-Е | 1904 | К. Гофман, Л. Гондер, В. Вельф |
| 1905 | Э. Резерфорд | |
| Радий-F (полоний) | 1898 | П. и М. Кюри |
[13] Дата открытия радиоактивности урана.
Таблица 2
Радиоактивное семейство урана-235
| Уран-235 (AcU) | 1935 | А. Демпстер |
| Уран-Y | 1911 | Г. Н. Антонов |
| Протактиний | 1918 | О. Ган, Л. Мейтнер |
| 1918 | Ф. Содди, А. Кранстон | |
| Актиний | 1899 | А. Дебьерн |
| 1902 | Ф. Гизель | |
| Радиоактиний | 1906 | О. Ган |
| Актиний-К | 1939 | М. Перей |
| Актиний-Х | 1900 | А. Дебьерн |
| 1904 | Ф. Гизель | |
| 1905 | Т. Годлевский | |
| Эманация актиния | 1902 | Ф. Гизель |
| Актиний-А | 1911 | Г. Гейгер |
| Актиний-В | 1904 | А. Дебьерн |
| Актиний-С | 1904 | Г. Брукс |
| Актиний-С' | 1908 | О. Ган, Л. Мейтнер |
| Актиний-С'' | 1913 | Э. Марсден, Р. Вильсон |
| 1914 | Э. Марсден, П. Перкинс |
Таблица 3
Радиоактивное семейство тория-232
| Торий | 1898[14]14
Дата открытия радиоактивности тория. [Закрыть] | Г. Шмидт, М. Кюри |
| Мезоторий-I | 1907 | О. Ган |
| Мезоторий-II | 1908 | О. Ган |
| Радиоторий | 1905 | О. Ган |
| Торий-Х | 1902 | Э. Резерфорд, Ф. Содди |
| Эманация тория | 1899 | Э. Резерфорд |
| Торий-А | 1910 | Г. Гейгер, Э. Марсден |
| Торий-В | 1899 | Э. Резерфорд |
| Торий-С | 1903 | Э. Резерфорд |
| Торий-С' | 1909 | О. Ган, Л. Мейтнер |
| Торий-С'' | 1906 | О. Ган |
[14] Дата открытия радиоактивности тория.
Современный вид трех радиоактивных семейств приведен на странице 159.
Радиоактивные ряды урана-238, урана-235, тория-232.
Радиоактивные семейства разделяются каждое на две характерные части. Радиоэлементы, предшествующие эманациям, являются сравнительно долгоживущими; напротив, радиоэлементы, следующие за эманациями, имеют очень малые периоды полураспада. Для их обозначения даже была выработана специальная номенклатура, использующая латинские буквы А, В и С рядом с символами соответствующих элементов (Ra, Th, Ac). Совокупности этих недолговечных радиоэлементов называли активными осадками; они-то и представили наибольшие трудности для исследования и послужили причиной многих заблуждений и ошибок. Но именно изучение активных осадков в значительной степени способствовало становлению радиохимии как новой научной дисциплины.
По мере того как радиоактивные семейства приобретали современный облик, все резче заявляла о себе необходимость рационального размещения радиоэлементов в периодической системе. Ведь в конечном счете каждый из них обнаруживал химическое сходство с тем или иным «обычным» элементом, занимающим определенную клетку в таблице. Но радиоэлементов было слишком много. В. Рамзай определил ситуацию французским выражением embarras en richess (теснота вследствие изобилия)[15]15
embarras en richess (фр.) – неловкость из-за богатства, затруднение из-за большого выбора. – прим. Гриня
[Закрыть]. Ведь около 40 радиоэлементов стало известно в начале второго десятилетия нашего века. И среди них наблюдалось несколько совокупностей радиоэлементов, которые были настолько близки по химическим свойствам, что разделить их не удавалось никакими из существующих методов. Например, все три эманации, а также торий, ионий, радиоторий, или, наконец, радий и торий-Х.
Между тем радиоэлементы каждой из таких совокупностей заметно различались по атомным массам, порой на несколько единиц. Такое положение вещей рождало растерянность. Некоторые ученые предлагали оставлять многие радиоэлементы вообще вне менделеевской таблицы. Но творческая мысль не мирилась с этим. В 1910 г. шведские ученые Д. Стремгольм и Т. Сведберг предложили размещать по нескольку радиоэлементов в одной клетке таблицы (их правота вскоре стала очевидной). Идею шведских исследователей поддержал в 1911 г. английский радиохимик А. Камерон.
Хотя еще в 1903 г. было доказано, что радиоактивность сопровождается превращением элементов, долгое время ученые не могли сказать с полной определенностью, что именно происходит с тем или иным радиоэлементом, когда он испускает α– либо β-частицу? А ведь ответ на этот вопрос позволял представить, куда перемещается данный радиоэлемент в периодической системе в результате радиоактивного распада. Люди еще не знали, как устроен атом, и о всяких переменах в природе радиоэлемента можно было судить, сопоставляя химические свойства его и продукта его превращения. А задача часто была чрезвычайно трудной, поскольку радиохимикам приходилось оперировать с исчезающе малыми количествами веществ. Во многих случаях химический «портрет» радиоэлемента приходилось рисовать лишь по косвенным признакам.
Упорство исследователей и накопление опыта сделали свое дело: удалось сформулировать правило радиоактивных смещений. В разработке его формулировки участвовали многие ученые, но главная роль принадлежала Ф. Содди и польскому химику К. Фаянсу, поэтому его часто называют правилом Содди-Фаянса. Вот в чем оно заключается: при α-распаде образуется радиоэлемент, который занимает место на две клетки влево от исходного, а при β-распаде на одну клетку вправо. Когда было доказано, что заряд ядра атома равен порядковому номеру соответствующего элемента в периодической системе, эмпирическое правило стало законом радиоактивных смещений: α-частица уносит с собой два положительных заряда, и потому порядковый номер (заряд ядра) исходного элемента понижается на две единицы. Напротив, вылет β-частицы означает повышение положительного заряда ядра на единицу.
Закон сдвига гармонично связал радиоактивные семейства с периодической системой элементов. Через несколько последовательных α– и β-распадов родоначальники семейств превращались в стабильный свинец, а по ходу дела образовывались природные радиоактивные элементы, которые в таблице Менделеева расположились между ураном и висмутом. Но получалось при этом, что каждой клетке системы соответствовало по нескольку радиоэлементов. Они имели одинаковый заряд ядра, но разную массу, т. е. они как бы являлись разновидностями данного элемента, одинаковыми по химическим свойствам и различающимися по массе и радиоактивным характеристикам. Ф. Содди в декабре 1913 г. назвал такие разновидности изотопами (от греческих слов, означающих «одинаковоместные», т. е. занимающие одно место в периодической системе).
Теперь становится понятным, что радиоэлементы не что иное, как изотопы естественных радиоактивных элементов. Три эманации – это изотопы одного радиоактивного элемента радона, занимающего 86-ю клетку периодической системы. Уран, торий, полоний, актиний – все они представлены своими изотопами в радиоактивных семействах. Потом стало ясно, что изотопы есть и у многих стабильных элементов. И вот какое интересное соображение отсюда следует. Открытие стабильного элемента означало одновременное открытие его изотопов, всей плеяды его изотопов. У природных радиоактивных элементов сначала обнаруживали отдельные изотопы. Открытие радиоэлементов и было открытием изотопов. В этом моменте состоит существенная разница между стабильными и радиоактивными элементами с точки зрения особенностей их обнаружения в природе. Немудрено, что периодической системе пришлось выдержать серьезное испытание, когда возникла необходимость размещения в ней обилия радиоэлементов. Ведь она была систематикой элементов, а не изотопов. Формулировка закона сдвига и открытие изотопии внесли существенную ясность и позволили двинуться дальше.
