Резерфорд химия что открыл
Сэр Эрнест Резерфорд и его открытия
Как лауреат премии в области химии, физик Резерфорд, открывший так называемые альфа- и бета- излучения радиоактивных элементов, понимал, что в названии его Нобелевской лекции должно быть слово “химический”, и он придумал такое название: “О химической природе альфа-частиц радиоактивных веществ”.
Но в своем тосте на банкете в королевском дворце в Стогольме не удержался и сказал: “Я имел дело со многими разнообразными превращениями, которые изучал в разные годы, но самым замечательным превращением было то, что я в один миг из физика превратился в химика”.
То, что Резерфорд получил Нобелевскю премию не по физики, а по химии, по-видимому, задевало его. Известно его высказывание тех времен:
All science is either physics or stamp collecting,
что можно перевести так:
Наука либо физика, либо собирание марок.
Как-то представляя аудитории своего молодого друга, голландского ученого Петера Дебая(1884-1966), блестяще работающего на стыке физики и химии твердых тел и газов, Резерфорд сказал:
— Хотя он химик, он неплохой парень.
С 1909 года сотрудники Резерфорда, Ханс Гейгер(1882-1945), который до этого изобрел счетчик заряженных частиц, в том числе альфа-частиц, и Эрнест Марсден(1889-1970), по подсказке шефа начали прощупывать структуру атома, облучая пластинки из золота и других материалов альфа-частицами и регистрируя прохождение последних. Результатом этих экспериментов стало эпохальное открытие существования сверхплотного положительно заряженного точечного атомного ядра, а затем умозрительное построение Резерфордом планетарной модели атома, значительно более близкое к истине, чем модель атома, предложенная до этого, другим мастером английской школы физического эксперимента, Дж.Дж. Томсоном(1856-1940), открывшим электрон.
Казалось бы, что Резерфорд должен был быть удостоен второй Нобелевской премии, уже по физике, тем более, что прецедент в лице Марии Кюри(1867-1934), дважды награжденной Нобелевской премией(по физике в 1903г. и по химии в 1911г.) призывал к награждению.
Но нобелевский комитет, с самого начала своего основания, был склонен «проверять временем» открытия, в которые, сначала, просто надо было уверовать.
Более того, уже к 20-ому году соотечественникам Резерфорда, Френсису Астону(1877-1945) и Артуру Эддингтону(1882-1944) стало ясно, что колоссальное тепловое излучение Солнца обусловлено непрерывным образованием в его центре ядер гелия из ядер водорода. При таком синтезе, из-за «жесткой упаковки», часть массы ядер водорода превращается в энергию, согласно знаменитой формуле Эйнштейна. Эта энергия, путем конвекции, достигает поверхности Солнца и непрерывно излучается уже миллиарды лет.
С другой стороны, перегруженные атомные ядра последних естественных элементов таблицы Менделеева,проявляющие себя в феномене радиоактивности, таили в себе, уже в результате распада ядер, возможность цепной реакции также с выходом колоссальной энергии.
Как это не покажется странным, но Резерфорд, следя за развитием своего открытия атомного ядра, стал на позицию недоступности ядерной энергии для практического использования и в своих публичных выступлениях, до конца жизни, жестко отстаивал эту позицию, называя противоположную точку зрения чушью.
Опыт Резерфорда
Эрнест Резерфорд — уникальный ученый в том плане, что свои главные открытия он сделал уже после получения Нобелевской премии. В 1911 году ему удался эксперимент, который не только позволил ученым заглянуть вглубь атома и получить представление о его строении, но и стал образцом изящества и глубины замысла.
Используя естественный источник радиоактивного излучения, Резерфорд построил пушку, дававшую направленный и сфокусированный поток частиц. Пушка представляла собой свинцовый ящик с узкой прорезью, внутрь которого был помещен радиоактивный материал. Благодаря этому частицы (в данном случае альфа-частицы, состоящие из двух протонов и двух нейтронов), испускаемые радиоактивным веществом во всех направлениях, кроме одного, поглощались свинцовым экраном, и лишь через прорезь вылетал направленный пучок альфа-частиц. Далее на пути пучка стояло еще несколько свинцовых экранов с узкими прорезями, отсекавших частицы, отклоняющиеся от строго заданного направления. В результате к мишени подлетал идеально сфокусированный пучок альфа-частиц, а сама мишень представляла собой тончайший лист золотой фольги. В нее-то и ударял альфа-луч. После столкновения с атомами фольги альфа-частицы продолжали свой путь и попадали на люминесцентный экран, установленный позади мишени, на котором при попадании на него альфа-частиц регистрировались вспышки. По ним экспериментатор мог судить, в каком количестве и насколько альфа-частицы отклоняются от направления прямолинейного движения в результате столкновений с атомами фольги.
Эксперименты подобного рода проводились и раньше. Основная их идея состояла в том, чтобы по углам отклонения частиц накопить достаточно информации, по которой можно было бы сказать что-либо определенное о строении атома. В начале ХХ века ученые уже знали, что атом содержит отрицательно заряженные электроны. Однако преобладало представление, что атом представляет собой что-то похожее на положительно заряженную тонкую сетку, заполненную отрицательно заряженными электронами-изюминами, — модель так и называлась «модель сетки с изюмом». По результатам подобных опытов ученым удалось узнать некоторые свойства атомов — в частности, оценить порядок их геометрических размеров.
Резерфорд, однако, заметил, что никто из его предшественников даже не пробовал проверить экспериментально, не отклоняются ли некоторые альфа-частицы под очень большими углами. Модель сетки с изюмом просто не допускала существования в атоме столь плотных и тяжелых элементов структуры, что они могли бы отклонять быстрые альфа-частицы на значительные углы, поэтому никто и не озабочивался тем, чтобы проверить такую возможность. Резерфорд попросил одного из своих студентов переоборудовать установку таким образом, чтобы можно было наблюдать рассеяние альфа-частиц под большими углами отклонения, — просто для очистки совести, чтобы окончательно исключить такую возможность. В качестве детектора использовался экран с покрытием из сульфида натрия — материала, дающего флуоресцентную вспышку при попадании в него альфа-частицы. Каково же было удивление не только студента, непосредственно проводившего эксперимент, но и самого Резерфорда, когда выяснилось, что некоторые частицы отклоняются на углы вплоть до 180°!
В рамках устоявшейся модели атома полученный результат не мог быть истолкован: в сетке с изюмом попросту нет ничего такого, что могло бы отразить мощную, быструю и тяжелую альфа-частицу. Резерфорд вынужден был заключить, что в атоме большая часть массы сосредоточена в невероятно плотном веществе, расположенном в центре атома. А вся остальная часть атома оказывалась на много порядков менее плотной, нежели это представлялось раньше. Из поведения рассеянных альфа-частиц вытекало также, что в этих сверхплотных центрах атома, которые Резерфорд назвал ядрами, сосредоточен также и весь положительный электрический заряд атома, поскольку только силами электрического отталкивания может быть обусловлено рассеяние частиц под углами больше 90°.
Картина атома, нарисованная Резерфордом по результатам опыта, нам сегодня хорошо знакома. Атом состоит из сверхплотного, компактного ядра, несущего на себе положительный заряд, и отрицательно заряженных легких электронов вокруг него. Позже ученые подвели под эту картину надежную теоретическую базу (см. Атом Бора), но началось всё с простого эксперимента с маленьким образцом радиоактивного материала и куском золотой фольги.
Эрнест Резерфорд: штрихи к портрету
Не все лауреаты Нобелевской премии по химии были химиками — Резерфорд, например, был физиком. Но он впервые расщепил атом, что оказало огромное влияние на философию химии. Сам Резерфорд химию наукой вообще не считал: «Наука — это либо физика, либо собирание марок». По поводу физиков, критикующих его статьи, Резерфорд написал одному из друзей: «Эти проклятые дураки, наверное, когда-то были химиками». Вспомнив, что пишет химику, добавил: «Простите, вы тут ни при чем».
Директор школы, в которой учился Эрнест, обратил внимание на его одаренность, особенно в области математики; он начал давать ему книги по естественным наукам. Первым объектом его экспериментов стали домашние часы — Эрнест полностью их разобрал. Увидев это, отец разволновался: часы — дорогая вещь, но Эрнест сумел их и собрать. Затем последовали самодельные фотокамеры, с которыми Эрнест делал снимки окрестностей.
И вот первая случайность. Эрнест собирался участвовать вместе с младшими братьями в опасной рыбалке в фиордах, узких морских заливах, вдающихся на несколько десятков километров в глубь суши. Но тут мать послала его с каким-то поручением к отцу, до работы которого было неблизко, и в результате Эрнест остался жив, а братья, десятилетний Чарльз и двенадцатилетний Герберт, утонули.
Стипендия округа Марлборо, давшая ему возможность учиться в Нельсоновском колледже, случайной не была: Эрнест получил на экзаменах 580 баллов из 600! В этом колледже он проучился с 16 до 18 лет, став первым по всем предметам. Окончив его, Эрнест сумел получить следующую стипендию, позволившую ему учиться в Крайчестерском университете. А вот то, что в университете только недавно появилась физическая лаборатория, можно назвать случайностью, определившей судьбу студента Резерфорда. Именно там зародилась страсть Эрнеста к физике. Его успехи в математике были больше, но учитель математики был скучным педантом.
И наконец, главная случайность. В 1851 году в Британии по случаю Всемирной выставки была учреждена специальная стипендия для окончивших университеты «в заморских владениях». Она присуждалась раз в два года и давала возможность продолжить научную работу в метрополии. В 1895 году ее должен был получить химик Джеймс Скотт Маклорен (1864–1939), о котором умалчивают почти все биографы Резерфорда. Это был достойный соперник, старше Эрнеста на семь лет, тоже выходец из большой семьи шотландских иммигрантов (у его родителей было 11 детей). Но Маклорен, обремененный семьей и имевший хорошую работу, не захотел ехать, и стипендия досталась Резерфорду.
Резерфорд отправился к своему кумиру, знаменитому физику Джозефу Джону Томсону, который заведовал кафедрой экспериментальной физики в Кембридже. Дальнейшее хорошо известно. В феврале 1896 года он установил мировой рекорд по дальности приема радиоволн (о чем историки радио обычно забывают). Далее было открытие альфа- и бета- излучения, восьмилетнее профессорство в Канаде, теория радиоактивных превращений (разработанная совместно с Содди), первое в истории искусственное превращение атомов одного элемента в атомы другого. И разве не поразительно, что первый опыт его студенческих размышлений назывался «Эволюция элементов», а последняя работа носила название «Современная алхимия»?
Резерфорд был обладателем бесчисленного числа наград, премий и почетных званий. Главной, конечно, была Нобелевская премия. В решении Нобелевского комитета от 10 ноября 1908 года значилось, что премия присуждена «за исследования по расщеплению элементов и химии радиоактивных веществ». Cам Резерфорд об этом решении сказал в свойственной ему манере: «В свое время я наблюдал много превращений с разными временами, но самое быстрое, с которым я когда-либо встречался, — это мое собственное превращение из физика в химика». Тем не менее Резерфорд не стал огорчать Нобелевский комитет и назвал свою лекцию так, чтобы она соответствовала номинации: «Химическая природа альфа-частиц, испускаемых радиоактивными веществами».
Резерфорд был превосходным экспериментатором. Ему часто приходилось работать с примитивным оборудованием, но это его не смущало. «Я мог бы заниматься научной работой и на Северном полюсе», — как-то заявил он. По словам английского писателя и физика Чарльза Перси Сноу, «Резерфорд работал с допотопными, простыми приборами, но действительно выжимал из них все, что они могли дать». Список его научных трудов — один из самых больших в истории науки. Он обладал непревзойденной интуицией. Трудно найти ученого, который за свою жизнь допустил бы так мало ошибок. Одну из них он сделал в 1933 году во время выступления в Британской ассоциации содействия науке, когда сказал: «Эти превращения атомов представляют исключительный интерес для ученых, но мы не сможем управлять атомной энергией в такой степени, чтобы это имело какую-нибудь коммерческую ценность, и я считаю, что вряд ли мы когда-нибудь будем способны сделать это. Об атомных превращениях наговорили множество всякой чепухи. Наш интерес к этой проблеме чисто научный». Это было сказано за шесть лет до открытия цепной реакции деления урана и за девять лет до того, как начал работать первый атомный реактор.
В результате Резерфорд всегда жил скромно, хотя при желании мог стать миллионером. В своем завещании он оставил сумму, равную полученной им некогда Нобелевской премии, что составляло тогда 7000 фунтов стерлингов.
Любимый ученик Резерфорда, Петр Капица, писал: «Я не могу вспомнить другого ученого, современника Резерфорда, в лаборатории которого воспитывалось бы столько крупных физиков».
В заключение — несколько высказываний самого Резерфорда.
«Господа, мы израсходовали на эксперименты все деньги. Настало время думать».
«Если ваш эксперимент требует статистической обработки, проделайте эксперимент лучше».
«Если вы спорите о чем-то в науке, что кажется вам невозможным, никогда не ставьте больше одного против 2 10 ».
Эрнест Резерфорд
английский физик, «отец» ядерной физики, создатель планетарной модели атома
Эрнест Резерфорд
Эрнест Резерфорд (англ. Ernest Rutherford) родился 30 августа 1871 года в Спринг-Грув (Новая Зеландия). Окончил Кентерберийский колледж и к 23 годам получил степени бакалавра гуманитарных и естественных наук, магистра гуманитарных наук. А через год был направлен на обучение в Кембриджском университете в Англии, где он провел 3 года как студент-исследователь под руководством Дж.Томсона, одного из ведущих ученых того времени.
В 1898 году Резерфорд стал профессором физики Макгильского университета в Канаде, а в 1907 году вернулся в Англию, чтобы возглавить физический факультет Манчестерского университета. В 1919 году Резерфорд вернулся в Кембридж, на этот раз как директор Кавендишской лаборатории, и оставался на этом посту до конца жизни.
В 1899 году он открыл Альфа– и Бета-излучения, и через год ввел понятие периода полураспада. В 1903 году вместе с Ф.Содди разработал теорию радиоактивного распада, которую обосновал экспериментально, и установил закон превращений радиоактивных элементов. Доказал, что Альфа-излучение – это поток положительно заряженных частиц, а затем установил закон рассеяния Альфа-частиц на атомах различных элементов (формула Резерфорда).
Эти эксперименты привели его в 1911 году к созданию новой модели строения атома – планетарной. Вскоре Резерфорд выдвинул идею об искусственном превращении атомных ядер, которую в 1919 году первым подтвердил экспериментально.
Резерфорд – лауреат Нобелевской премии по химии (1908) за исследования по превращению элементов и химии радиоактивных веществ, член многих академий наук и научных обществ, член Лондонского королевского общества и его президент в 1925-1930 годах.
Эрнест создал большую школу физиков, среди его учеников О.Ган, Г.Мозли, Дж.Червик, Д.Хевеши. У него учились известные советские физики П.Капица, Ю.Харитон и др. Награжден «Орденом за заслуги», медалями Румфорда и Копли, в 1931 году стал пэром Англии, получив титул лорда Нельсона.
Умер Эрнест Резерфорд 19 октября 1937 года в Кембридже, не дожив всего нескольких лет до открытия деления урана немецкими физиками О.Ганом и Л.Майтнером. Был похоронен в Вестминстерском аббатстве неподалеку от могил И.Ньютона и Ч.Дарвина.
Эрнест Резерфорд
Ernest Rutherford
Британский физик новозеландского происхождения. Известен как «отец» ядерной физики. Лауреат Нобелевской премии по химии. Своим знаменитым опытом рассеяния альфа-частиц ученый доказал существование в атомах положительно заряженного ядра и отрицательно заряженных электронов вокруг него. На основе результатов опыта создал планетарную модель атома.
Эрнест Резерфорд родился 30 августа 1871 года в городе Брайтуотер Новой Зеландии. Окончил Кентерберийский колледж и к 23 годам получил степени бакалавра гуманитарных и естественных наук, магистра гуманитарных наук. А через год был направлен на обучение в Кембриджском университете в Англии, где он провел 3 года как студент-исследователь под руководством Дж.Томсона, одного из ведущих ученых того времени.
Затем в 1898 году Резерфорд стал профессором физики Макгильского университета в Канаде, а в 1907 году вернулся в Англию, чтобы возглавить физический факультет Манчестерского университета. В 1919 году Резерфорд вернулся в Кембридж, на этот раз как директор Кавендишской лаборатории, и оставался на этом посту до конца жизни.
Эрнест Резерфорд умер 19 октября 1937 года в английском городе Кембридж. Похоронен великий ученый в Вестминстерском аббатстве неподалеку от могил Ньютона и Дарвина.
Семья Эрнеста Резерфорда
Награды Эрнеста Резерфорда
В 1914 году Георг V посвятил Резерфорда в рыцари, в качестве рыцаря-бакалавра. В 1925 году принял его в члены Ордена Заслуг, а в 1931 году назначил Резерфорда бароном.
В честь Эрнеста Резерфорда названы:
астероид (1249) Резерфордия;
кратер на обратной стороне Луны;
Медаль и премия Резерфорда Института физики (Великобритания);
Мемориальная медаль Резерфорда Королевского общества Канады;
Медаль Резерфорда Королевского общества Новой Зеландии.