Страница 21 из 31
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?
2. Когда «умирают» атомы
Кто не знает в наше время рентгеновских лучей. Эти лучи обладают способностью проникать через тела и предметы, непрозрачные для лучей видимого света. При помощи рентгеновских лучей можно «просвечивать», видеть внутреннее строение человеческого тела, куска дерева, металлического предмета. Под действием этих лучей светятся в темноте некоторые химические вещества. Действуют эти невидимые лучи и на фотографические пластинки. Если фотопластинку, завёрнутую в плотную бумагу, подвергнуть воздействию рентгеновских лучей, она будет испорчена: лучи пронижут бумагу и разрушат светочувствительный слой пластинки.
Открытие рентгеновских лучей помогло сделать в конце прошлого века новое, очень интересное открытие.
Французский учёный Беккерель изучал свечение различных тел. Особенно интересовался он веществами, которые приобретали способность светиться после освещения их солнечными лучами. Желая узнать, не испускают ли эти вещества невидимых лучей, проходящих через непрозрачные тела, он каждый день брал какое-либо светящееся вещество, клал его на завёрнутую в плотную чёрную бумагу фотографическую пластинку и выставлял всё это на некоторое время на свет. Позднее в тёмной комнате он вскрывал пакет с фотопластинкой, проявлял её и смотрел, каков был результат действия лучей, исходящих из излучаемого вещества.
Много опытов уже сделал учёный. Самые различные вещества, побывавшие на солнечном свету вместе с фотопластинкой, не действовали на неё. Но вот однажды — это было в 1896 году — учёный ставил свой очередной опыт. Только он собрался выставить кусок нового светящегося вещества и завёрнутую в бумагу пластинку на солнечный свет, как набежали облака, и солнце скрылось. Учёный решил подождать, когда выглянет солнце, а пока убрал закрытую фотопластинку и кусок изучаемого вещества в тёмный шкаф. Занявшись другими делами, Беккерель вспомнил о пластинке только спустя несколько дней. Достав из шкафа пластинку, учёный решил проявить её, не выставляя на солнце — ведь на пластинке, хотя и в темноте, лежал несколько дней кусок испытуемого вещества.
Велико было изумление учёного, когда он проявил эту пластинку. На ней чётко отпечаталась форма того куска вещества, который лежал в тёмном шкафу на пластинке. Отпечаток был такой яркий, как будто кусок вещества был снят на фотопластинку обычным способом — при помощи фотоаппарата.
Обнаруженное явление заставило исследователя забыть все свои остальные дела и заняться его изучением. Прежде всего надо было повторить опыт. Но новые опыты дали тот же результат. Тогда учёный обратился к куску вещества. Это была урановая руда — минерал, содержащий самый тяжёлый химический элемент менделеевской таблицы — уран. Выходило, что этот элемент испускал какие-то невидимые лучи, которые, подобно невидимым лучам Рентгена, действуют на фотопластинку.
Что это были за лучи?
Задавшись первый раз таким вопросом, исследователь и не подозревал, что он стоял перед великим открытием.
Работы Беккереля продолжили польская ученая Мария Склодовская и ее муж Пьер Кюри. И уже через два года они сообщили о результатах своих исследований. Они нашли, что не только урановая руда испускает новые лучи. Существует несколько таких веществ, и особенно замечательно среди них одно. Действие лучей этого вещества в 2 миллиона раз сильнее, чем действие лучей, испускаемых ураном! Новое вещество супруги Кюри назвали «радием», что означает «лучистый» («радиус» — по-латыни «луч»).
Удивительны были свойства этого вещества! Постоянно испуская какие-то невидимые лучи, радий делает находящийся вокруг воздух хорошим проводником электричества. Для людей и животных его лучи очень опасны. Достаточно лишь на 15–20 секунд поднести руку к крупинке радия, и на ней спустя некоторое время образуется пятнышко, как от ожога. Более длительное облучение радием ведёт к появлению открытых язв. Листья растений желтеют и сохнут от его лучей. Как и лучи Рентгена, лучи радия проникают сквозь непрозрачные для солнечного света тела.
Изучение лучей урана и радия привело к столь же неожиданным, сколь и удивительным результатам. Оказалось, что часть лучей этих веществ есть не что иное, как поток частичек — осколков атомов! Атомы — «вечные и неизменные» основы Вселенной — распадались на глазах человека!
Вылет этих частичек можно было наблюдать воочию. Стоило лишь рядом с маленьким кусочком радия поместить небольшой экран, покрытый специальным, светящимся под ударами летящих частичек, веществом, как на нём становились видны маленькие попеременные вспышки, напоминающие собой мельчайшие звёздочки. Это ударялись об экран вылетающие из кусочка радия частички — осколки его атомов.
Позднее учёные нашли простой и красивый способ делать видимыми пути полёта таких частичек.
Известно, что в воздухе, как правило, находятся водяные пары. При этом чем выше температура воздуха, тем большее количество паров воды он может содержать. С понижением температуры избыточные водяные пары обычно превращаются в мельчайшие капельки воды, становятся видимыми. Облака, туман, утренняя роса — всё это и есть как раз охладившиеся и превратившиеся в жидкость пары воды.
Замечено, что образование капелек воды из паров происходит легче всего на пылинках, почти всегда находящихся в воздухе. Если же воздух очень чист, то сжижения водяных паров не наступает, даже если температура воздуха и сильно понижена. Однако стоит только загрязнить воздух пылью, дымом, как тут же вокруг каждой пылинки начнётся образование капелек воды Ещё лучше водяные пары конденсируются, то-есть сжижаются, на заряженных частичках вещества. Вот это-то свойство водяных паров и используется в приборе, в котором можно воочию наблюдать полёт быстро летящих заряженных частичек, вылетающих при распаде атомов (этот прибор называют камерой Вильсона).
Представьте себе небольшой закрытый цилиндрический сосуд, дно которого представляет собой как бы поршень насоса (рис. 12).
Рис. 12. Схема камеры Вильсона.
Сосуд наполнен воздухом, насыщенным водяными парами. Если теперь дно-поршень прибора быстро опустить, то воздух, находящийся в нём, расширяется, а вместе с этим в камере понижается и температура воздуха. Однако заряженных частичек, на которых могли бы образовываться капельки воды, в камере нет, и сжижение паров в ней не наблюдается.