Физика на пальцах. Для детей и родителей, которые хотят объяснять детям30

Ну, невозможно превратить один химический элемент в другой! Никак нельзя.

И всем это стало понятно.

Каково же было удивление ученых, когда они узнали, что иногда одни химические элементы все-таки пре-вращаются в другие! Сами по себе. Правда, в количе-стве одного атома, а не всего слитка целиком.

Почему так бывает?

А помните мы говорили про изотопы? Это такие атомы-уродцы, у которых на один-два лишних нейтрона боль-ше, чем у собратьев. Так вот, эти лишние нейтроны, чувствуя свою ненужность плотной семье атомного ядра, впадают в меланхолию и кончают жизнь само-убийством.

Распадаются.

Так бывает не всегда. Есть стабильные изотопы, в ко-торых нейтронам живется хорошо, они водят хороводы и всячески прославляют жизнь внутри атомного ядра, даже не думая распадаться. Но не все изотопы столь благостны.

Газ неон, например, которым заполняют неоновые лампочки, имеет стабильные изотопы. В норме

у «здорового» атома неона 10 нейтронов на 10 про

тонов. Но среди нормальных атомов встречаются

и изотопные, у которых 12 нейтронов. Ничего, пре-красно себя такой неон чувствует. Неон-22 столь же устойчив, что и неон-20. Цифра здесь – это атомный вес, как вы поняли.

Есть стабильные изотопы и у кислорода. Например, кислород-17 и кислород-18. В норме атомный вес кислорода – 16 единиц (если не верите, гляньте в та-бличку дедушки Менделеева), но если присутствует лишний нейтрончик, то вес вырастает на единичку,

и получается О17. А если два лишних нейтрона – О18.

Науке на сегодняшний день известно несколько сотен стабильных изотопов у разных элементов и несколько тысяч нестабильных.

Нестабильные – самые интересные! Возьмем, напри-мер, нестабильный изотоп углерода. Он называется углерод-14 или кратко – С14.

Углерод имеет номер 6 (проверьте, не соврал ли дядя-писатель) и атомный вес 12. То есть у нормального, прилично себя ведущего углерода 12 нуклонов в атом-ном ядре – 6 протонов и 6 нейтронов.

А вот у «больного» углерода на два нейтрона больше, соответственно атомный вес, измеряемый в гирьках нуклонов, у него составляет 14 единиц. Потому и зовут его углерод-14.

Такой больной атом с раздутым нейтронным флюсом долго не живет. Впрочем, смотря что называть словом «долго». Срок его существования измеряется тысяче-летиями. По сравнению с человеческой жизнью это много, конечно. Но если сравнивать с нормальными ядрами, которые «живут» вечно, то это просто миг.  Что же происходит с С14 после «смерти»? Как он закан-чивает свой жизненный путь?

Один из лишних нейтронов распадается. Мы уже зна-ем, что при этом получается – протон, электрон и ней-трино. Легкий электрон и совсем невесомое нейтрино выстреливаются из ядра с огромными скоростями

и уносятся, как пули, прочь, а тяжелый протон остается в ядре. А что это значит?

Это значит, что в ядре стало на один протон больше, то есть углерод превратился в азот! Именно у азота в ядре 13 протонов. Можете посмотреть в таблице Менделеева.

Вообще, это удивительно! Свойства химического эле-мента, как мы знаем, определяются количеством про-тонов в ядре его атома. И вот к каким переменам при-водит добавление всего одного лишнего протона... Углерод (6 протонов) – черный, твердый, пачкающий материал. Посмотрите на грифель простого каранда-ша – это чистый углерод. А азот (7 протонов) – про-зрачный газ без запаха. Тем не менее, углерод превра-тился в азот, стоило появиться там лишнему плюсово-му заряду. Понятно, что превратился в азот всего

один-единственный изотопный атом из миллионов окружающих его нормальных углеродных, но все равно интересно.

Срок жизни атома-уродца по имени Углерод-14 состав-ляет... А сколько же он составляет? Выше я написал, что несколько тысяч лет. Почему так неточно? Что дяде-писателю помешало написать точный или хотя бы приблизительный срок жизни С14?

А то помешало, что у атома изотопа углерода нет опре-деленного срока жизни. Он может прожить минуту,  а может сто тысяч лет. Предсказать это никоим обра-зом невозможно – таковы законы микромира. Но зато мы может предсказать другое!

Мы совершенно точно можем указать период полурас-пада, то есть тот срок, за который распадется полови-на атомов-мутантов. Для углерода-14 он составляет 5700 лет. То есть из миллиона атомов-мутантов через 5700 лет распадется 500 тысяч. Через следующие 5700 лет распадется еще половина – 250 тысяч. Еще через один период полураспада снова распадется по-ловина – 125 тысяч. И так далее.

То есть в микромире мы можем предсказывать поведе-ние только больших ансамблей микрочастиц. А пове-дение одной частицы предсказать не можем. В этом элементарные частицы схожи с людьми, между про-чим! Мы не можем предсказать, пойдет ли конкретный Вася Пупкин сегодня в магазин или накатит рюмку

и проспит весь день дома, а в магазин отправится зав-тра. Но мы, изучив статистику, можем точно сказать: ежедневно этот магазин посещают около четырех ты-сяч человек. А каковы их фамилии, неважно.

Скачано с www.znanio.ru