АТОМИ-БРАТИ
Олгий час хіміки були впевнені у цьому, що атоми хімічних елементів незмінні і вічні. І це не дивно. За будь-яких хімічних процесів, при всіх відомих фізичних впливах атоми одного елемента ніколи не перетворюються на атоми іншого елемента; вони тільки повністю переходять з молекули одного хімічного з'єднання молекули іншого або виділяються у вільному вигляді.
Тепер ми знаємо чому це так: при хімічних реакціях у взаємодію вступають лише електронні оболонки атомів, а ядра, які визначають властивості елементів, залишаються без зміни.
Наприкінці XIX століття у фізиці було зроблено дуже важливе відкриття, після якого уявлення про незмінність атомів довелося переглянути. У 1896 році французький учений А. Беккерель виявив, що деякі речовини, до складу яких входить хімічний елемент урану, безперервно випромінюють особливі промені. Через два роки М. Склодовська-Кюрі зі своїм чоловіком П. Кюрі відкрила два нові, невідомі до того часу елементи,
Промені, що випускають такі ж, як і уран. Один із них вони назвали полонієм (на честь батьківщини Марії Склодовської Польщі), а інший, подібний до своїх хімічних властивостей з елементом барієм, радієм (що латиною означає променистий). Надалі всі хімічні елементи, що випромінюють промені, подібні до променів урану, радію і полонію, отримали загальну назву радіоактивних елементів, а саме явище мимовільного випромінювання-радіоактивності.
У короткий час було відкрито сім радіоактивних елементів: полоній, радон, радій, актіній, торій, протактіній та уран. Згодом список природних радіоактивних елементів значно поповнився.
Радіоактивність природних елементів може виявлятися у різних видах. Наприклад, атоми полонія при радіоактивномурозпаді можуть випромінювати два роду випромінювань: альфа-промені та бета-промені. Альфа-промені - це ядра атомів гелію. Їх називають також альфа-частинками.
Бета-промені - це потік електронів. Тільки це не електрони, які утворюють електронну оболонку навколо ядра атома. Електрони бета-променів, або бета-частинок, мають інше походження (про виникнення бета-частинок у процесі радіоактивного перетворення ядер ми скажемо пізніше).
Випускання ядром альфа-частинки або бета-частинки часто супроводжується випромінюванням, що нагадує промені Рентгена. І ті й інші за своєю природою подібні до звичайного світла, тільки мають значно більшу енергію і знаходяться в невидимій ультрафіолетовій області спектру. Таке випромінювання, що випускається при радіоактивному перетворенні ядер, називають гамма-променями. Будь-яке радіоактивне випромінювання виходить із ядра атома.
Радіоактивний розпад елементів наочно показує, що атоми є вічними і постійними утвореннями. Середня тривалість життя атомів деяких радіоактивних елементів становить мільярди років, інших – тисячі років, третіх – дні чи тижні, а четвертих – мізерні частки секунди.
"Смерть" природного радіоактивного атома супроводжується вильотом з його ядра альфа-або бета-частинки і носить характер вибуху. До чого призводить такий вибух? Візьмемо для прикладу атом полонія. Він займає 84 клітинку в періодичній таблиці елементів (див. таблицю). Заряд його ядра дорівнює за величиною заряду 84 протонів. Ось із ядра вилітає альфа-частка, або, що те саме, ядро атома гелію. Гелій стоїть у 2-й клітині таблиці. Заряд його ядра дорівнює заряду двох протонів. Маса – чотирьом одиницям маси. Залишивши ядро, альфа-частка забирає з собою два позитивні заряди і чотири одиниці маси. Ядро, позбавлене двох позитивних набоїв, неможе вже більше залишатись у своїй клітині, бо це вже не ядро полонію. Його місце на дві клітинки ближче до початку таблиці. Так атом полонію перетворюється при альфа-розпаді на новий атом, маса якого на чотири одиниці менша, ніж у полонію, і заряд ядра дорівнює 82 протонам. Це атом свинцю.
Якщо радіоактивний розпад ядра атома полонію супроводжується вильотом бета-частинки (електрона), то маса ядра практично не змінюється, залишається незмінною. Але позитивний заряд ядра у своїй збільшується на одиницю. Ядро полонію стає ядром іншого атома із зарядом 85. Він повинен стояти в клітці під номером 85, яка зайнята астатином. Таким чином, при бета-розпаді атом елемента полонія перетворюється на атом астатину. Отже, при радіоактивному розпаді атоми одних елементів мимовільно перетворюються на атоми інших елементів.
Тепер подивимося, чи всі атоми одного й того самого елемента однакові між собою. Виходячи з періодичного закону Д. І. Менделєєва, знаменитий український вчений А. М. Бутлеров ще в 1882 році стверджував, що атоми одного і того ж елемента можуть відрізнятися своєю масою. Чотири роки, в 1886 році, ту ж думку висловив англійський хімік та фізик У. Крукс Пройшло близько 30 років, перш ніж ці погляди отримали досвідчене підтвердження.
Детально вивчаючи радіоактивний розпад природних елементів, вчені виявили, що атоми урану і торію ніби очолюють цілі «родини» радіоактивних перетворень. Після розпаду «батька сімейства» «нащадки» виявляються радіоактивними і згодом самі розпадаються. Так, уран-1 в результаті альфа-розпаду перетворюється на радіоактивний уран-Хр, уран-Хг, випускаючи бета - частинку, переходить в уран-Х2; це ядро випускає ще одну бета-частку і перетворюється на уран-11. Потім послідовноутворюються атоми іонія, радію, радону, радію-А, радію-В і т. д. Радіоактивний розпад про -