Д.Д. Томсон: Кн. для учащихся - Кудрявцев С.П.
Скачать (прямая ссылка):
59 Фотографии парабол Томсона: 1— фото параболы неона; 2—3— фото парабол неона и его изотопа.
лизации и диссоциации частиц, составляющих положительные лучи. ,
Метод Томсона стал мощным средством химического анализа. С его помощью были открыты изотопы неона. Изучая фотографии положительных лучей некоторых газов, Томсон, наряду с другими параболами, увидел яркую параболу неона с атомной массой 20. Рядом с этой параболой всегда обнаруживалась парабола с атомной массой 22. Он заключил, что ни один из известных элементов не обладает такой атомной массой, и сделал вывод: «... мы имеем дело с новым элементом».
Томсон еще не предполагал, что химический элемент может иметь изотопы. Возможность существования изотопов у атомов была предсказана в 1913 г. английским ученым Фредериком Содди (1877—1956). Томсон считал, что открытый им новый элемент входит в группу неона. Его ученик Астон разработал несколько методик для отделения нового элемента от неона. Вначале Астон пытался разделить газы посредством их поглощения углем из кокосового ореха. Однако это ему не удалось. Тогда он разрабатывает диффузный метод разделения. Об этом изобретении Астона Томсон писал: «Другой метод фракционирования, использованный г. Астоном, был более успешным и состоял в том, что смеси газов предоставлялась возможность диффундировать через пористое вещество, подобное мундштуку глиняной трубки для табака. Легкая составляющая диффундирует быстрее, чем тяжелая, и таким путем он получил достаточное изменение соотношения двух газов, что отмечалось изменением в яркости обеих линий на фотографии
60 положительных лучей и изменением плотности, достаточно большим, чтобы быть обнаруженным кварцевыми весами. Однако в спектре смеси нельзя было заметить никаких изменений; этот факт, равно как и безуспешность поглощения углем наводят на мысль, что оба газа, несмотря на их различный атомный вес, неразличимы в своих химических и спектральных свойствах».
Позже Астон создал первый масс-спектрограф и открыл еще два изотопа неона, а также изотопы других элементов. Созданный им масс-спектрограф действовал по электромагнитному методу, разработанному Дж. Дж. Томсоном.
Отметим еще одно важное изобретение, сделанное Томсоном в связи с изучением положительных лучей,— электрический метод регистрации лучей, с помощью которого он подсчитывал число заряженных частиц, составляющих эти лучи. Хотя фотографическая пластинка и являлась, как сказал Томсон, «превосходным средством для обнаружения различных родов положительных частиц», однако фотография лучей не давала возможности судить о числе частиц, составляющих положительные лучи, поскольку интенсивность линий на фотографии зависела не только от числа частиц, но и от других факторов. В частности, атомы легких веществ производят более сильное действие на фотографическую пластинку, чем атомы тяжелых. Томсон поставил на место фотографической пластинки металлическую пластинку, в которой была вырезана щель в форме параболы. За щелью находился цилиндр Фарадея, связанный с электрометром, так что заряд частиц, проходящих через щель, мог быть измерен, а следовательно, могло быть измерено и число заряженных частиц. Этот метод уточнял представление о положительных лучах и, вместе с фотографическим методом, был ценным средством в изучении этих лучей.
Исследования положительных лучей были обобщены Томсоном в монографии «Лучи положительного электричества», вышедшей в 1913 г. Из нее мы узнаем, что Томсон не только подробно изучил каналовые лучи, но и детально исследовал другой тип положительных лучей, возникающих в газоразрядной трубке. Он назвал эти лучи «обратными», поскольку их направление было противоположным направлению движения положительных лучей. Оно совпадало с направлением движения отрицательно заряженных частиц, составляющих катодные лучи. Оказалось, что по составу и по своим свойствам эти лучи мало чем отличались от обычных положительных лучей.
Для того чтобы объяснить, как частицы, образующие эти лучи, двигались против электрического поля, Томсон предложил следующую гипотезу. Нейтральные атомы или молекулы приобретают отрицательный заряд у катода. Эти отри-
61 дательные ионы ускоряются электрическим полем и в процессе движения в трубке сталкиваются дважды с молекулами газов, находящихся в трубке. Первое столкновение Отрывает электрон у этих частиц, и -они становятся нейтральными, второе столкновение отделяет от них еще один электрон, и они становятся положительно заряженными частицами.
В заключение отметим, что исследования Томсоном каналових лучей не дали такого определенного ответа на вопрос о природе положительного электричества, какой он получил, исследуя природу отрицательного электричества. Томсон не обнаружил положительной частицы, меньшей, чем атом водорода, от которого был оторван электрон. Была эта частица единицей положительного электричества или нет — этот вопрос оставался для него открытым. Он писал: «Произведенные над единицей положительного электричества опыты показывают, что она обладает совершенно другими свойствами, чем единица отрицательного электричества: масса отрицательной единицы необыкновенно мала в сравнении с каким угодно атомом; напротив, те отдельные положительные единицы, которые были добыты до сих пор, по массе своей вполне сравнимы с массой атома водорода; по-видимому, они по массе действительно равны ему. Это обстоятельство не дает нам возможности удостовериться в том, что единица положительного электричества действительно нами выделена; мы должны постоянно иметь в виду, что она может представлять собою тело гораздо меньшее, пристающее к водородным атомам...» Высказывание Томсона о том, что положительное электричество сосредоточено в теле, меньшем по размеру, чем даже электрон,— в ядре атома, содержащем в себе почти всю массу атома,— было уже новым шагом в раскрытии природы положительного электричества.
