Путешествие в страну РАИ

В самом деле, напишем изотопный состав K и Ar и процентное содержание отдельных изотопов в них:

Аргон                      Калий

Ar³⁶      Ar³⁸      Ar⁴⁰       K³⁹       K⁴⁰      K⁴¹

0,337  0,063  99,600 %  93,259  0,012  6,729 %.

Майка все-таки с недоверием смотрела, как я выписываю на фанерке длинный ряд цифр.

— Вы видите, что у аргона преобладает самый тяжелый изотоп (Ar⁴⁰), а у калия — самый легкий (K³⁹). В итоге и получается (можно убедиться в этом, проделав простой арифметический расчет), что атомный вес у Ar больше, чем у K. То же самое мы получим для Co с Ni и Te с J.

Илья уже сказал, что ядро состоит из протонов и нейтронов. Число протонов выражает собой положительный заряд ядра и равно, следовательно, порядковому номеру элемента. Однако число нейтронов, связанных с протонами, может быть различным. Так, в атоме калия протонов всегда 19, а нейтронов может быть 20, 21 и 22. Эти три случая отвечают изотопам калия K³⁹, K⁴⁰ и K⁴¹ соответственно. Итак, ядра изотопов одного и того же химического элемента отличаются лишь числом нейтронов. Сумма нейтронов и протонов в ядре данного изотопа определяет его атомный вес.

Все изотопы можно разделить на две группы — устойчивые (или стабильные) и радиоактивные.

Стабильные изотопы не обладают радиоактивностью. Их число в настоящее время приблизилось к 280. Различные элементы состоят из разного количества стабильных изотопов. «Рекордсменом» в этом отношении является олово, у которого насчитывается десять изотопов.

Мнение, что радиоактивность присуща лишь элементам конца периодической системы, просуществовало недолго. Оказалось, что водород, углерод, калий, рубидий, индий, теллур, лантан, неодим, самарий, лютеций, тантал, рений также имеют радиоактивные изотопы. Их называют, как и продукты распада урана и тория, естественно радиоактивными изотопами. Их шестьдесят.

Радиоактивные изотопы характеризуются периодом полураспада и энергией распада, той энергией, которой обладает вылетающая частица.

Периодом полураспада называется количество времени, в течение которого данный радиоактивный изотоп распадается наполовину, то есть половина его количества превращается в изотоп другого элемента. Величины периодов полураспада (они обозначаются буквой T) у разных изотопов различные: от долей секунды до миллиардов лет. В зависимости от величины T различают изотопы короткоживущие, имеющие среднюю продолжительность жизни, и долгоживущие.

Сейчас известно почти 1500 стабильных и радиоактивных изотопов химических элементов, и большая часть из них получена искусственно.

— Подумать только — полторы тысячи изотопов! — удивилась Майка. — И что, все они применяются?

— Нет, конечно, не все, — улыбнулся я. — Многие вообще нельзя применять, потому что у них очень маленький период полураспада. Но если подсчитать количество изотопов, которые в наше время можно использовать, то сотня смело наберется…

— Кстати говоря, — вмешался Илья, — если внедрение радиоизотопов пойдет и дальше такими же быстрыми темпами, как и сейчас, то в человеческой жизни произойдет целая революция!

— Такой же переворот, какой произвело электричество? — улыбнулся Сергей.

— А ты не смейся! Я говорю серьезно… Внимательнее читайте газеты! В них то и дело встречаются сообщения о том, как все в новые и новые отрасли хозяйства внедряются радиоизотопы. Они и ускоряют производственные процессы, и помогают их автоматизировать, и во много раз повышают их эффективность… Они несут миллиарды рублей экономии. Подумайте только: в Москве, на Юго-Западе, есть специальный магазин «Изотопы»! Единственный в мире! А ты еще сомневаешься! — Илья вызывающе взглянул на Сергея.

— Ну, а где же конкретные применения? — спросила Наташа. — Мы ждем да ждем, а вы все вокруг да около. Ну расскажите, например, как радиоактивные изотопы используют в медицине… Я слышала, с их помощью лечат рак…

— Давайте договоримся! — сказал Илья. — Пусть в этих рассказах будет какая-то система. Больше всего меня убивает в наших спорах полнейшая бессистемность! Анатолий рассказал про определение возраста органических остатков. Но ведь с помощью радиоактивных изотопов определяют возраст и других объектов… Например, Земли. Да, кстати, сколько, по-вашему, лет камню, который лежит около печки?

— Странный вопрос! — удивился Алеша. — Столько же, сколько и Земле!

— Отнюдь нет! Образование различных горных пород и минералов происходило не одновременно. Есть минералы очень древние, есть сравнительно молодые. Так утверждает геология. Как образовывались различные минералы — вопрос сложный. Об этом можно узнать из геологической литературы. Я хочу подчеркнуть, что возраст Земли и разных минералов — величины не всегда одни и те же.

Итак, сколько лет Земле?

Люди пытались ответить на этот вопрос в глубокой древности, задолго до накопления того комплекса знаний об окружающем мире, который позволил подойти к делу научно.