Виток спирали
Шрифт:
Скоро студентов будут привозить к нам в детских колясках!" — сказал президент Манчестерского Оуэнс-колледжа, узнав о приеме в университет четырнадцатилетнего Джозефа Джона Томсона. И тут же распорядился не принимать таких малолетних в университетские колледжи.
Однако Томсон с первого же курса стал забирать все стипендии, присуждаемые за лучшие успехи в науках.
Когда ему было 19 лет, его первую работу опубликовали в "Трудах
— Критические времена наступают в университете, если мальчики делаются профессорами!
Двадцативосьмилетный Томсон был назначен преемником лорда Релея и возглавил Кавендншскую лабораторию — крупнейший в миро центр физической науки.
Томсон много занимался электрическим током. У него не было сомнений в том, что в газах, как и в жидкостях, заряды переносятся ионами. Но откуда они берутся в газах? Что превращает в ионы обычные нейтральные атомы азота пли кислорода? Очевидно, напряжение, подведенное к платиновым проволочкам — электродам трубки…
Отклоняя полет ионов в трубке магнитом, Томсон заметил, что чем больше заряд иона и чем меньше ого масса, тем сильнее отклоняется он от прямолинейного направления полета.
Сильней всего отклонялся магнитом ион водорода. Естественно — ведь его атомный вес в четыре раза меньше, чем у ближайшего к нему элемента — гелия, и в двести сорок раз меньше, чем у самого далекого — урана.
Томсон решил измерить массу частицы лучистой материи Крукса. Но для этого следовало определить величину заряда такой частицы.
Наименьшая величина заряда иона в жидкости была известна — ее определил еще Фарадей: одна пятисотмиллиардная часть кулона. Но никто не знал, какой будет величина заряда у ионов в газах. А без этого Томсон не мог работать дальше.
Выручил его физик Чарлз Таунсенд.
Он вспомнил давно известный факт: когда при разложении раствора поваренной соли выделяется хлор, то некоторые его частицы остаются заряженными и вокруг них образуется туман. Такой же туман сгущается и вокруг выделяющихся частиц водорода и кислорода при разложении током воды. Ионы притягивают к себе из воздуха мельчайшие капли воды.
Таунсенд измерил вес одного кубического сантиметра такого тумана, и полный его заряд, и вес одной капельки. И поделил вес всего кубического сантиметра на вес одной капельки, узнав таким образом число капель в кубическом сантиметре. А затем, поделив общий заряд кубического сантиметра на это число, он получил величину одного наименьшего заряда иона в газе. И оказалось, что и в газах наименьший заряд электричества тоже равен одной пятисотмиллиардной части кулона.
Фарадей мерил в жидкости. Таунсенд — в газе. Фарадей считал атомы натрия. Таунсенд — капельки тумана. А получилось одно и то же число! Значит, и там и тут действовала одна и та же порция электрического заряда, самый маленький, можно сказать — элементарный, электрический заряд.
Еще в 1894
Тогда никто не мог доказать, что электрон — частица. Теперь у Томсона были для этого необходимые данные.
Тем же магнитом, которым он отклонял ионы газов, он стал отклонять катодные лучи. И они отклонялись в тысячу раз сильней, чем ион водорода! Значит, их масса была по крайней мере в тысячу раз меньше массы самого маленького атома. Воистину тонкая материя!
Правильно считал Крукс: частицы лучистой материи, электроны, были совершенно иным видом вещества, чем атомы. Но откуда эти электроны брались?
Очевидно, из атомов, причем атомов любого сорта — ибо катодные лучи возникали в любом газе, лишь бы он был достаточно разрежен.
Получалось, что атом вовсе не прост, что он состоит из электронов и еще из чего-то. И это "что-то" должно было нести положительный заряд — ведь целый атом оставался электрически нейтральным.
Как же мог быть устроен этот сложный атом?
Было предложено два варианта. Первый предложил сам Томсон. В круглом, положительно заряженном атоме сидят, как изюминки в кексе, отрицательные электроны.
Второй вариант предложили сразу несколько ученых. Положительное "что-то" находится внутри, а снаружи, вокруг него, как планеты вокруг солнца, кружатся электроны.
Доказать, кто врав, а кто ошибся, удалось только через несколько лет.
Но сначала расскажем еще об одном свидетельстве того, что атом сложен.
Глава вторая,
в которой атомы пытаются говорить с людьми языком радуги, но люди их не понимают
В рассказе о французском химике Лекок де Буабодране и об открытии галлия уже шла речь о спектральном анализе. Этот замечательный способ исследования не только привел к открытию нескольких прежде не известных элементов. Спектроскоп оказался инструментом, проникшим в глубь атома. Уже по одному этому со спектральным анализом надо знакомиться подробнее. И начать это знакомство лучше с фраунгоферовых линий.
Собственно говоря, фраунгоферовы линии первым обнаружил вовсе не Иозеф Фраунгофер, живший в последней трети XVIII и в первой трети XIX века, а его современник Уильям Волластон. Но, в отличие от Фраунгофера, который всю свою жизнь занимался оптикой, Волластон интересовался всем на свете, а более всего химией, в которой он отличился открытием двух родственных платине химических элементов — родия и палладия, а также физикой, ботаникой, медициной, минералогией и другими науками.
Изучая спектр солнечного света, то есть разложенный призмой на семь цветов солнечный луч, Волластон заметил, что на спектре есть несколько резких темных линий.