Текст книги "Рассказ о строении вещества"
Автор книги: Владимир Мезенцев
сообщить о нарушении
Текущая страница: 6 (всего у книги 10 страниц)
Сравнивая далее свойства элементов по периодам, Менделеев увидел в отдельных местах разрывы в последовательности свойств. Например, на месте родственника алюминия стоял совсем не похожий на него титан. А от этого нарушалось сходство в периодах и у других элементов. Значит, на месте титана должен стоять какой-то другой, еще не открытый элемент, по своим химическим свойствам обязательно схожий с алюминием. И Менделеев оставляет на этом месте в таблице пустую клетку. Мало того, он подробно описывает все химические и физические свойства этого неизвестного химикам простого вещества – его цвет, растворимость, удельный вес и пр. Он настолько ясно представляет себе свойства этого никому неведомого элемента, что даже предсказывает, как будет открыто новое простое вещество. Менделеев пишет, что этот металл будет обладать большей летучестью, чем алюминий, а потому можно надеяться, что он будет открыт спектральным исследованием (особый способ физического исследования тел).
Таким же образом Менделеев оставляет пустые места и ещё для двух неоткрытых элементов – родственников кремния и бора.
Оставляя пустые клетки в своей таблице и описывая свойства ещё никем не виданных химических элементов, Менделеев был твёрдо уверен в правоте своего закона. Он был убеждён, что эти неизвестные пока элементы рано или поздно будут открыты.
«Мы не имели до сих пор никакой возможности предвидеть отсутствие тех или других элементов, – писал русский учёный, – потому именно, что не имели никакой строгой для них системы, а тем более не имели повода предсказывать свойства таких элементов. Решаюсь сделать это ради того, чтобы хотя со временем, когда будет открыто одно из этих предсказываемых мною тел, иметь возможность окончательно увериться самому и уверить других химиков в справедливости тех предположений, которые лежат в основании предлагаемой мною системы».
С другой стороны, открытый закон говорил о том, что нечего искать какой-либо неизвестный щёлочной металл, скажем, между натрием и калием; или пытаться обнаружить элементы, которые по своим свойствам и атомному весу могли бы расположиться между азотом и кислородом. Таких элементов в природе нет – так говорил закон Менделеева.
Но так ли всё это обстоит в действительности?
Слово было за будущим. Подтвердит ли оно научное предвидение Менделеева?
2. Проверка временем
Уже давно, около 300 лет назад, было установлено, что обычный белый свет, идущий к нам от солнца или какого-либо искусственного источника, – свет сложный. Он содержит в себе сумму, или, как говорят, спектр различных цветных лучей – красных, оранжевых, жёлтых, зелёных, голубых, синих и фиолетовых.
Мы часто видим эти цвета во многих природных явлениях, например в радуге. При этом явлении белый солнечный свет как раз и разлагается на свои составные части – отдельные цветные лучи. Можно такого разложения добиться и у себя в комнате. Для этого достаточно луч белого света пропустить через трёхгранную стеклянную призму. Пройдя такую призму, свет преломится и распадётся на составные цвета (рис. 7).
Рис. 7. Трехгранная стеклянная призму разлагает сложный белый свет в спектр.
Объясняется это тем, что различные цветные лучи преломляются в призме под разными углами.
Это было известно давно.
Но вот в середине прошлого века, незадолго до открытия Менделеева, изучая спектры света, идущего от различных источников, учёные установили один замечательный факт. Было замечено, что пока свет идёт от какого-либо раскалённого и благодаря этому светящегося тела, твёрдого или жидкого, спектр этого света всегда одинаков и подобен спектру солнечных лучей. Какое бы тело ни было взято, спектр его сплошной, цветные лучи следуют друг за другом и в одном и том же порядке.
Но стоит превратить какое-то твёрдое или жидкое тело в раскалённые газы, как свет, испускаемый этими газами, начинает давать уже совсем иной, так называемый линейчатый спектр. Такой спектр состоит не из цветных полосок, а из цветных линий, разделённых тёмными промежутками. При этом – и это самое замечательное – каждый химический элемент, входящий в состав тела, даёт свой собственный, отличный от всех других, линейчатый спектр!
Так, пары калия дают спектр, состоящий из красной и фиолетовой линий; в спектре водорода три характерные линии: красная, зелёно-голубая и синяя.
Таким образом был открыт новый, замечательный способ исследования различных тел природы – спектральный анализ. В самом деле, стоило лишь каким-либо путём раскалить неизвестное испытуемое вещество так, чтобы раскалённые пары его начали светиться, и направить затем свет, идущий от паров, в аппарат – спектроскоп (основной частью которого является трёхгранная призма), как можно было легко увидеть по спектру излучения, с каким веществом мы имеем дело. И что особенно важно – чувствительность этого нового метода анализа была необычайно велика. Миллионные и миллиардные доли грамма какого-либо элемента обнаруживали своё присутствие в спектроскопе!
Рис. 8. Внешний вид одного из современных спектроскопов: А – зрительная труба; Б – система призм в «оправе»; В – трубка, перед которой ставится испытуемое вещество.
Какой это был чудесный незаменимый способ для открытия новых элементов! Ведь, если только исследователь нападал где-либо на малейшие количества нового, ещё не известного простого вещества, спектральный анализ немедленно обнаруживал этот элемент: в спектроскопе появлялось новое, неизвестное до сих пор сочетание цветных лучей – линий. Обнаружение таких малых количеств неизвестного элемента химическими способами часто бывает невозможно.
Вооружившись этим новым оружием познания, изучив спектры всех известных элементов, химики и физики всех стран ринулись на поиски новых, не известных ещё науке химических элементов.
И в первые же годы применения спектрального анализа учёные открывают ряд новых элементов – тантал, рубидий, цезий, таллий. Но и при помощи этого нового, чудесного средства исследования тел поиски новых элементов остаются все так же случайными.
И несмотря на то, что в 1869–1871 годах Д. И. Менделеев публикует в печати свой великий закон и предсказывает свойства будущих, неизвестных элементов, «охота за неизвестными» продолжается, как и прежде, «вслепую». Мало кто из прочитавших сообщение Менделеева понял всю важность этого открытия. А подавляющее большинство химиков мира и совсем ничего не знало об этом, пока… пока не наступил 1875 год.
В этом году французский химик Лекок-де-Буабодран обнаружил новый элемент в минерале цинковая обманка, привезенном с Пиренейских гор. Незнакомец выдал себя фиолетовым лучом, обнаруженным при помощи спектроскопа, когда Буабодран исследовал несколько крупинок цинковой обманки.
Назвав новый элемент галлием и известив об этом коротким письмом Парижскую академию наук, Буабодран продолжал свою работу. Вскоре он уже смог выделить несколько сотых долей грамма галлия и определить некоторые его свойства. Новый элемент по характеру своих соединений был похож на алюминий. Это сообщение было напечатано в протоколах Парижской академии наук.
С этим сообщением к русскому учёному пришла мировая слава. Ведь это был найден тот самый родственник алюминия – экаалюминий, как его назвал Менделеев, открытие которого он предсказал четыре года назад.
Но тогда должны подтвердиться и предсказанные Менделеевым свойства этого элемента, например, его удельный вес должен быть около 6, атомный вес 68. И Менделеев спешит сообщить обо всём учёному миру, 6 ноября 1875 года он выступает на заседании Русского физико-химического общества. Сообщение Менделеева протоколируется: «Менделеев обратил внимание на то, что элемент, открытый недавно Лекок-де-Буабодраном… совпадает с долженствующим существовать экаалюминием, свойства которого указаны четыре года назад и выведены Менделеевым на основании периодического закона. Если галлий тождественен с экаалюминием, то он будет иметь атомный вес 68, плотность 5,9…».
Такое же сообщение Менделеев направил в Париж.
Между тем, химик, открывший новый элемент, продолжал исследование. И вот, наконец, он держит в руках такое количество галлия, что можно уже определить удельный вес нового вещества Не теряя времени, Буабодран ставит опыт, исследует свойства найденного им элемента.
И удельный вес нового элемента оказывается 4,7, а не 5,9, как предполагал Менделеев на основании периодического закона.
Выходит, Менделеев ошибся. Ведь опыт – великий законодатель науки, он последний судья, решающий участь любой теории. Результат опытов Буабодрана говорит о том, что периодический закон неверен, что свойства элементов случайны, что нет путеводной нити, позволяющей уверенно искать новые элементы.
Но Менделеев уверен в своей правоте. Он такой же сторонник опыта, как и другие химики, но ведь опыт может быть и ошибочен!
И русский химик пишет в Париж новое письмо, в котором утверждает, что его французский коллега ошибся. Удельный вес галлия не может быть 4,7; он должен быть от 5,9 до 6,0. Это было очень смелое утверждение. В самом деле, как это может химик из Петербурга, не видя в глаза нового элемента, не присутствуя при опытах с ним, так смело упрекать в ошибках человека, открывшего и исследовавшего новый элемент. Но Менделеев настаивает. И тогда Буабодран решает ещё раз проверить себя. Получив новую порцию очищенного от примесей галлия, он проверяет опыт. И… удельный вес нового элемента оказывается равным 5,94!
Так блестяще подтвердился великий закон, открытый русским химиком. Это означало конец слепых поисков, конец случайностям в поисках новых атомов. Великий закон давал в руки учёных могучее орудие научного предвидения!
Но, может быть, случай с галлием был только единственным «счастливым совпадением»? Нет! Через 5 лет после Буабодрана открывают новый элемент – скандий. На этот раз уже все химики мира ищут для скандия место в менделеевской таблице. И это место находится. Это тот элемент, который был описан Д. И. Менделеевым под названием экабора.
Указывая в своей статье на совпадение свойств скандия со свойствами экабора, существование которого за десять лет до его открытия было предсказано Д. И. Менделеевым, учёный, открывший новый элемент, пишет: «…так подтверждаются самым наглядным образом мысли русского химика, позволившие не только предвидеть существование названного простого тела, но и наперед дать его важнейшие свойства».
И еще через 6 лет – в 1886 году – немецкий химик Винклер открывает элемент германий и пишет Менделееву:
«Уведомляю Вас о… новом триумфе Вашего гениального исследования и свидетельствую Вам своё почтение и глубокое уважение».
Германий – это менделеевский экакремний.
Казалось бы, справедливость великого закона природы была окончательно доказана.
Но нет! В 1894 году закон Менделеева подвергается ещё одному испытанию. В этом году учёные открывают новый химический элемент – аргон. Необыкновенны свойства этого элемента: он не даёт никаких соединений с другими химическими элементами! Это совершенно инертный, бездеятельный газ. Позднее были открыты ещё пять таких же инертных газов – гелий, неон, криптон, ксенон и радон.
Как быть с этими элементами? Им, казалось бы, нет места в существующей таблице Менделеева.
Но это было только кажущимся затруднением. Периодический закон сам наталкивал на мысль о необходимости существования элементов со свойствами инертных газов. Трудно, действительно, представить себе непосредственный переход от активного металлоида фтора к активному металлу натрию и от активного металлоида хлора к активному металлу калию. Невольно рождалась мысль о необходимости существования группы элементов со свойствами, одинаково чуждыми и свойствам металлов и свойствам металлоидов.
Этими необычайными элементами и явились инертные газы. Они заняли уготованную им в периодической таблице нулевую группу.
Интересно отметить, что существование в природе инертных газов предсказал задолго до их открытия известный революционер учёный Н. А. Морозов. Осуждённый царским правительством на пожизненное заключение, этот замечательный человек просидел в одиночестве в Шлиссельбургской крепости 28 лет. Освобождённый революцией 1905 года, он вынес на волю много томов научных трудов, написанных в заключении. В числе его работ имеется книга «Периодические системы строения вещества». В ней Н. А. Морозов, давая несколько замечательных научных предсказаний, говорит о существовании химических элементов нулевой группы. В периодической таблице элементов, помещённой в книге, Н. А. Морозов вводит нулевую группу и в ней на месте открытых в будущем инертных газов проставляет числа 4, 20, 40, 82 и т. д., соответствующие атомным весам предсказываемых элементов.
Это предсказание Н. А. Морозов сделал в 1883 году.
Так, пополняясь и уточняясь с каждым новым открытием, таблица Менделеева приобрела в наше время вид, изображённый на рисунке 9.
Рис. 9. Современная периодическая таблица химических элементов Д. И. Менделеева.
Всего Менделеевым было предсказано существование одиннадцати неизвестных в его время элементов. Все они теперь найдены.
Утверждением справедливости закона Менделеева заканчивается важный этап в многовековой борьбе за познание основ нашего мира.
Ни вода и ни воздух, ни земля и ни огонь, ни ртуть и ни сера – ни все эти вещества вместе, ни каждое из них в отдельности не являются теми простыми веществами, из которых строится всё многообразие мира. Элементов мира много больше, всего их в природе 92 – от самого легкого – водорода до самого тяжёлого – урана. Так говорил великий закон Менделеева[3]3
В настоящее время найдено 88 химических элементов, существующих в природе, и, кроме того, 10 элементов приготовлено в лабораториях учёных искусственным путём (о них будет еще рассказано в последней главе нашей книжки). Таким образом, вместе с искусственно приготовленными элементами их всего известно 98.
[Закрыть].
«Менделеевская „периодическая система элементов“ ясно показывает, какое большое значение в истории природы имеет возникновение качественных изменений из изменений количественных» (Сталин, Соч., т. 1, стр. 301).
Д. И. Менделеев завершает период, начатый в химии Ломоносовым. Он открывает новую эпоху в развитии учения о строении вещества. Менделеев дает новое, диалектическое представление о химических элементах, о глубокой взаимосвязи и взаимозависимости различных атомов, существующих в мире.
Химические элементы составляют одну большую семью. Разбитые Менделеевым на группы и периоды, они наглядно показывают своё родство – свойства каждого элемента повторяются из периода в период; при этом в таком повторении мы видим как бы развитие каждого более лёгкого элемента, заключённого в первом периоде таблицы, в более тяжёлый и более сложно устроенный элемент – свойства этого элемента, в основном, повторяют качества своего более лёгкого родственника, но в то же время они не тождественны – это свойства нового, более сложного элемента. Так, более тяжёлый магний, в основном, повторяет качества бериллия, но при этом он активнее бериллия, легче загорается и т. д.
Таким образом, закон Менделеева не только утверждает единство материи нашего мира, но и показывает, что уже в самом единстве материи заложено её развитие, движение.
Выдержавший испытание истории великий закон Менделеева с каждым годом укреплялся и становился всё более всеобъемлющим. Было установлено, что закон этот справедлив не только для нашего мира. Это закон всей Вселенной. Вся необъятная Вселенная с её огромными мирами без конца и без края построена из тех же самых материалов, что и наша Земля. Об этом людям рассказали сами звёзды. Далёкий свет, идущий от небесных тел, был исследован учёными при помощи спектроскопа, и оказалось, что в состав миров Вселенной входят уже знакомые нам по таблице Менделеева элементы, и только эти элементы!
В том же нас убеждает и анализ «небесных камней» – метеоритов. Падающие на Землю из глубин Вселенной, они состоят из элементов, которые имеются в таблице Менделеева.
Мир, Вселенная построены из одних и тех же материалов!
Более того. Периодический закон явился огромным толчком к дальнейшему развитию наук, могучим незаменимым помощником учёных в новых исследованиях вещества. Таким же помощником учёных великий закон является и в наши дни!
3. Что же такое атом?
Открытый гением Менделеева великий закон порождал новые смелые мысли. В самом деле, периодическая система элементов открыла их родство друг с другом. Но чем объяснить, что свойства всех атомов, какие только существуют в природе, изменяются так закономерно? Ведь ещё Менделеев говорил о том, что свойства различных атомов зависят как от их массы, так и от их состава. А что значит состав атома? Ведь химики XIX века привыкли думать, что атом – это действительно «атом», то-есть нечто «неделимое» («атом» – по-гречески «неделимый»). Но так ли это в действительности? Да и как можно себе представить, что существуют какие-то, пусть самые мельчайшие, частички, которые никак нельзя разделить? Не правильнее ли будет предположить, что атом – это такая частичка вещества, которая неделима только в том смысле, что является самой маленькой частичкой, отражающей свойства какого-то вполне определённого вещества? Ведь это будет равносильно тому же, что мы наблюдаем и при делении какого-либо сложного вещества.
Возьмём, скажем, воду. Мы можем её делить до тех пор, пока у нас не останется самая крохотная частичка этого вещества – его молекула. Молекула воды будет наименьшей частичкой, имеющей свойства воды. Дальнейшее деление такой частички приведёт уже к исчезновению воды как вполне определённого вещества. Тем не менее разделить молекулу воды можно, её можно разбить на три части – один атом кислорода и два атома водорода. Эти частички – осколки молекулы воды – уже не будут иметь ничего общего с водой, но они реально существуют.
Почему же нельзя допустить нечто подобное и по отношению к атомам различных веществ?
О сложности строения атомов говорит и другое важное обстоятельство. Мы уже знаем, что свойства атомов периодически повторяются по мере возрастания их атомных весов так, как будто бы в строении атомов повторяются какие-то сходные черты. Об этом писал Менделеев сразу же после открытия своего замечательного закона:
«…При всей видимой простоте дела ныне еще нет возможности утверждать какую-либо гипотезу, достаточно объясняющую этот закон периодичности… Легко предположить, но ныне пока нет возможности доказать… что атомы простых тел суть сложные вещества, образованные сложением некоторых еще меньших частей (ультиматов), что называемое нами неделимым (атом) – неделимо только обычными химическими силами».
К этой же мысли приходили и другие, наиболее прозорливые умы прошлого века. Первым совершенно чётко об этом сказал другой замечательный русский химик XIX столетия А. М. Бутлеров, так много сделавший для изучения строения молекул сложных химических соединений:
«…атомы…неделимы не по своей природе, а неделимы только доступными нам средствами и сохраняются лишь в тех химических процессах, которые известны теперь, но могут быть разделены в новых процессах, которые будут открыты впоследствии. Такое строгое отношение к понятию об атоме вполне отвечает духу точной науки…»
Об этом же в прошлом столетии писал Энгельс: «…Атомы отнюдь не являются чем-то простым, не являются вообще мельчайшими известными нам частицами вещества».
Интересно высказывание Н. А. Морозова.
«Можно ли заключить, – писал он в прошлом веке, – что атомы не распадаются никогда на более первоначальные частички при каких-либо иных космических условиях, вроде тех небесных пожаров, которые обнаруживаются время от времени при спектральном исследовании внезапно вспыхивающих звезд?
Конечно нет! Есть много данных, что атомы химических элементов совершают свою эволюцию в бесконечной истории мироздания».
Морозов считал, что атомы состоят из центральной части и лёгких электрических частиц.
Более того, о сложном строении атома уверенно говорил московский профессор М. Г. Павлов еще в первой четверти прошлого века! Убеждённый атомист, он писал в те годы в своих лекциях, что атом представляет собой сложную систему, наподобие солнечной.
Подробную картину строения атома, основанную на математических расчетах, давал в конце прошлого века русский химик Б. Н. Чичерин.
Новый великий вопрос встал перед наукой XIX века: что же таит в себе атом? Как устроена, из чего состоит эта мельчайшая частичка вещества?
Решили эту новую загадку вещества учёные нашего, XX века.
VI. НА ПОРОГЕ НОВОГО МИРА
1. Электрические заряды и атом
Кто из вас не знает такого опыта: если гребешок из пластмассы слегка потереть куском сукна, то гребешок, а также суконка приобретают способность притягивать к себе различные лёгкие тела – кусочки бумаги, пушинки. Говорят, гребешок и суконка в этом случае «наэлектризовываются», приобретают «электрический заряд».
Убедиться в том, что оба натёртых тела – гребешок и суконка – действительно приобретают электрические заряды, можно при помощи простого физического прибора – электроскопа. Этот прибор представляет собой стеклянный или металлический сосуд, закрытый пробкой из эбонита, янтаря или другого вещества, в котором движение электрических зарядов невозможно (такие вещества называются изоляторами). В пробку вставлен металлический стержень, а к концу его прикреплены два тонких, лёгких алюминиевых или золотых листочка или же листочки из папиросной бумаги.
Если металлический стержень зарядить, то-есть перенести на него электрический заряд с какого-либо наэлектризованного тела, то листочки электроскопа разойдутся. И чем больше будет заряд стержня, тем сильнее разойдутся листочки электроскопа. Если удалить со стержня заряд, например, дотронувшись до него пальцем, то листочки под действием собственной тяжести снова сойдутся.
Поднесите поочерёдно оба натёртых тела к стержню электроскопа – его листочки в обоих случаях разойдутся. И вот что интересно: в том и другом случае листочки прибора разойдутся на один и тот же угол. Это говорит о том, что оба заряда, возникшие на гребешке и на суконке, одинаковы по величине.
Если же вы перенесёте электрические заряды с гребешка и суконки – один за другим – на электроскоп, не разряжая его после перенесения заряда с гребешка, то листки электроскопа сначала разойдутся, а потом снова упадут. Оба заряда как бы уничтожат, нейтрализуют друг друга!
Выходит, что если по количеству заряды на суконке и гребешке и равны друг другу, то в качественном отношении они различны.
И действительно, было установлено, что в природе существуют электрические заряды двух «родов».
Чтобы различать эти два вида электрических зарядов, один из них называют положительным и обозначают знаком «+», а другой заряд отрицательным и обозначают знаком «—».
Таким образом, при электризации двух тел – и не только при электризации трением – на них всегда возникают заряды обоих видов и притом в одинаковом количестве.
Если зарядить два лёгких пробковых шарика зарядами одного и того же знака, то шарики будут отталкиваться друг от друга, словно их отбрасывает какая-то сила. И, наоборот, когда шарики имеют электрические заряды разных знаков, они притягиваются друг к другу (рис. 10).
Рис. 10. Взаимодействие заряженных шариков.
Все эти факты были известны давно. Но как их объяснить?
И вот тогда родилась догадка о существовании электрического вещества, причём вещества двух родов – положительного и отрицательного. В самом деле, когда оба рода такого электрического вещества находятся в каком-либо теле в одинаковых количествах, тело не имеет электрического заряда, положительное и отрицательное электрическое вещество нейтрализуют друг друга. Если же каким-либо образом в теле создаётся избыток одного вида электрического вещества, тело становится электрически заряженным, приобретает электрический заряд.
Если это так, то всякий процесс электризации тел сводится лишь к тому, что мы должны каким-то способом разделить частицы положительного и отрицательного электричества. При этом в одном теле окажется избыток положительного электрического вещества – положительный электрический заряд, а в другом – избыток отрицательного электричества – отрицательный заряд. По величине оба заряда будут одинаковы.
Такая догадка оказалась в известном смысле правильной, хотя никакой «тонкой электрической жидкости», наполняющей материю, о которой так много писали физики в XVIII веке, и не существует. Оказалось, что электрический заряд является свойством материи.
В конце прошлого века было твёрдо установлено, что электрический заряд не может быть бесконечно мал. Был найден и измерен самый маленький, далее уже неделимый заряд – своего рода «атом электричества». Иначе говоря, оказалось, что электрические заряды, подобно химическим элементам, состоят из мельчайших равных между собой частичек.
Правда, это можно было сказать пока только об отрицательных электрических зарядах, так как обнаружен был лишь «атом отрицательного электричества». Он получил название электрон.
Таким образом, если какое-то тело имеет отрицательный заряд, то это означает, что в нём в избытке находятся мельчайшие частички «отрицательного электричества» – электроны.
Ну, а что же тогда представляет собой заряд «положительного электричества»? И что, вообще, представляют собой эти частички электричества?
Эти вопросы возникли в науке в конце прошлого и начале нашего столетия и требовали настоятельного ответа.
В 1888 году известный русский физик профессор Московского университета А. Г. Столетов проводил очень интересные опыты.
Он наблюдал рождение электрического тока под действием света!
Установка Столетова изображена на рисунке 11.
Рис. 11. Опыт А. Г. Столетова.
В ней два небольших диска – сплошная металлическая пластинка и тонкая металлическая сетка – соединялись друг с другом проволокой. Тут же были включены электрическая батарея и чувствительный прибор для измерения слабых электрических токов – гальванометр. Таким образом получалась так называемая электрическая цепь. При этом отрицательный полюс батареи соединялся с металлической пластинкой.
Поскольку электрическая цепь была разомкнута, между дисками находился воздушный промежуток, то естественно, что электрического тока в ней не наблюдалось, хотя в цепь и была включена электрическая батарея.
Однако стоило только направить на металлическую пластинку сильный свет от электрической дуги, как стрелка гальванометра тотчас же отклонялась – в цепи появлялся ток!
Выходило, что свет как бы переносил электрические заряды с диска на диск – с пластинки на сетку.
Столетов брал для своих опытов диски из самых различных металлов – алюминиевые, цинковые, медные, серебряные, и во всех случаях он наблюдал, что под действием света электрической дуги в цепи его опытной установки возникал электрический ток. Это наблюдалось, однако, лишь в том случае, если металлическая пластинка была соединена с отрицательным полюсом батареи, а сетка – с положительным. Если же переместить полюсы батареи, то-есть металлическую пластинку соединить с положительным полюсом батареи, а сетку – с отрицательным, ток в цепи не появляется.
Таким образом, выходило, что свет способен переносить с пластинки на сетку лишь отрицательные электрические заряды.
Заинтересованный этим необычным физическим явлением, названным позднее «фотоэлектрическим эффектом» («фотос» – по-гречески «свет», а латинское слово «эффект» означает «влияние», «действие»), Столетов ставит новые и новые опыты.
И устанавливает ещё более замечательный факт.
Оказывается, что даже совершенно не заряженная пластинка при освещении её светом электрической дуги приобретает небольшой положительный электрический заряд.
В то же время было установлено, что при освещении металлической пластинки из неё вылетают «атомы отрицательного электричества» – электроны. Именно они и создавали электрический ток в цепи установки Столетова.
Но как можно объяснить это явление? Откуда здесь взялись электроны? Ведь пластинка, на которую падает свет, состоит только из атомов.
Выходит, что электроны входят в состав самих атомов.
Да. Так именно и обстоит дело в действительности. Электроны входят в состав атомов всех элементов[4]4
Теперь известно, что в металлах часть электронов, помимо того, находится и в «свободном» состоянии – они беспорядочно движутся между атомами по всему куску металла.
[Закрыть]. В настоящее время в этом нельзя сомневаться. Учёные доказали этот факт самыми различными опытами. Так, те же опыты с фотоэлектрическим эффектом показали, что это явление можно наблюдать почти у всех тел природы – у твёрдых, жидких и газообразных. Нужно только подобрать соответствующее освещение. У одних тел электроны вылетают из атомов под влиянием обычного белого света, для других необходимы ультрафиолетовые лучи и т. д.
Оказалось, что можно удалять электроны из металлов и другим, ещё более простым способом – нагреванием. Достаточно, например, взять тонкую проволочку из вольфрама (из этого металла делают волоски электрических лампочек) и раскалить её докрасна, и из проволочки, как из сита, «посыплются» электроны. Если около такой нити поместить положительно заряженное тело, то электроны, вылетающие из нагретой проволочки, устремятся к нему. В то же время можно убедиться, что при вылете электронов из раскалённой нити последняя приобретает положительный электрический заряд.
Были получены электроны из атомов и другими путями. И во всех случаях электроны, как бы они ни были получены, были тождественны друг другу. Они притягивались положительно заряженными телами, отклонялись при своём движении под действием магнита, имели один и тот же заряд и одну и ту же массу. Масса электрона, определённая очень тонким и сложным способом, была во всех случаях равна 1/1840 доле массы самого лёгкого атома – атома водорода.
Таким образом, было твёрдо установлено, что в атомах всех химических элементов, а значит, и во всех телах Вселенной имеются электрически заряженные частички – электроны. Но мы знаем, что в обычном состоянии атом не имеет электрического заряда, как говорят, он нейтрален. Значит, ясно, что в нём, наряду с отрицательными частичками, должны находиться и положительные заряды.
Что же представляют собой эти положительные заряды атома? Как они располагаются в атоме вместе с электронами? Вообще, как устроен атом, эта, как долго думали, простейшая неделимая частичка материи?
