Кіріспе

Атомның массалық кемшіліктерді ескермейтін ерте үлгісі. Прауттың гипотезасы 19 ғасырдың басында әртүрлі химиялық элементтердің болуын атомның ішкі құрылысына қатысты болжам арқылы түсіндіруге жасалған тытыс болды. 1815 және 1816 жылдары ағылшын химигі Уильям Прут екі мақала жариялады, онда ол сол кезде белгілі болған элементтердің атомдық салмақтарының сутектің атомдық салмағының толық еселігіне жақын екенін байқады. Ол сутек атомын жалғыз нағыз фундаменталды объекті деп болжады, оны «протил» деп атады, ал басқа элементтердің атомдары – сутек атомдарының әртүрлі топтарынан тұрады деді. Прауттың гипотезасы Эрнест Резерфордқа 1917 жылы альфа бөлшектерімен азот атомдарынан сутек ядроларын «ұрып шығаруға» сәттілік тигізді, соның нәтижесінде ол барлық элементтердің ядролары осындай бөлшектерден (сутек ядросы) құралған болуы мүмкін деген қорытындыға келді. 1920 жылы ол бөлшектерге арналған «-он» жұрнағын Пруттың «протил» сөзіне қосып, оны «протон» деп атауды ұсынды. Резерфорд талқылаған болжамда ядро Z + N = A протондарынан және N электрондарынан тұрады, олар бір жолмен тұтқырланып, оң зарядты +Z-ге дейін төмендетіп, бета-ыдыраудың радиоактивтілігін шамалы түсіндіреді. Мұндай ядролық құрылым классикалық немесе ерте кванттық динамикамен үйлеспейтіні белгілі болды, бірақ Резерфордтың нейтрон гипотезасы мен ағылшын физигі Джеймс Чадвиктің жаңалығына дейін ол сөзсіз болды. Прауттың гипотезасы мен кейбір атомдық салмақтардың сутектің толық еселігінен алшақтайтын мәндері арасындағы қарама-қайшылық 1913 және 1932 жылдар аралығында изотоптар мен нейтронның ашылуымен түсіндірілді. Франсис Астонның толық сан ережесіне сәйкес, Прауттың гипотезасы жеке изотоптардың атомдық массалары үшін дұрыс, қателігі ең көп дегенде 1% құрайды.

Ықпал

Проуттың гипотезасы 1820 жылдары химияда ықпалды болды. Алайда, 1828 жылы Якоб Берзелиус немесе 1832 жылы Эдвард Тернер жинақтаған атомдық салмақтарды мұқият өлшеулер бұл гипотезаны жоққа шығарды. Атап айтқанда, хлордың атомдық массасы, сутек атомынан 35,45 есе артық болатын, сол кезде Проуттың гипотезасымен түсіндірілмеді. Кейбіреулер негізгі бірліктің сутек атомының жартысы екенін алға тартты, бірақ одан әрі келіспеушіліктер пайда болды. Бұл сутек атомының төрттен бірінің ортақ бірлік екенін болжауға әкелді. Бұл болжамдар дұрыс болмаса да, атомдық салмақты одан әрі өлшеуге ықпал етті. 1919 жылға қарай атомдық салмақтардағы айырмашылықтың бір элементтің бірнеше изотоптарының табиғатта кездесуінен туындауы күдік тудырды. Ф.У. Астон массалық спектрографты қолданып, көптеген элементтердің тұрақты изотоптарын анықтады. 1919 жылы Астон неонды жеткілікті дәлдікпен зерттеді, нәтижесінде екі изотоптық массаның 20 және 22 бүтін сандарына өте жақын екені және екеуі де неон газының белгілі молярлық массасына (20,2) тең емес екені анықталды. 1925 жылға қарай хлордың 35Cl және 37Cl изотоптарынан тұратыны анықталды, сондықтан табиғи хлордың орташа салмағы сутек атомынан 35,45 есе көп. Барлық элементтер үшін, А массалық саны бар әрбір жеке изотоптың массасы А еселенген сутек атомының массасына өте жақын болды, қателік әрқашан 1% -дан аспады. Бұл Проут заңының дұрыс болуына жақын еді. Дегенмен, бұл ереже барлық изотоптар үшін изотоп массасын одан жақсы болжамады, себебі атом ядролары пайда болған кезде байланысу энергиясының босатылуынан туындаған массалық ақаулар болды. Барлық элементтер сутектің жоғары элементтерге ядролық синтезінің нәтижесі болғанымен, қазіргі таңда атомдардың протоннан (сутек ядросы) және нейтрондардан тұратыны белгілі. Проут ережесінің қазіргі нұсқасы бойынша, протон саны (атомдық саны) Z және нейтрон саны N болатын изотоптың атомдық массасы, оның құрамындағы протон және нейтрон массаларының қосындысына тең, ядролық байланысу энергиясының массасын алып тастағанда, яғни массалық ақау. Фрэнсис Астон ұсынған бүтін сан ережесіне сәйкес, изотоптың массасы шамамен, бірақ дәл емес, оның массалық саны А (Z + N) еселенген атомдық масса бірлігіне (u) тең, плюс немесе минус байланысу энергиясының айырмашылығы – атомдық масса бірлігі "протон, нейтрон немесе сутек атомының массасы" үшін қазіргі заманғы жуықтама. Мысалы, темірдің 56 атомы (ең жоғары байланысу энергиясына ие) 56 сутек атомынан шамамен 99,1% ғана ауыр. Массаның 0,9% жоғалған энергияны білдіреді, ол темір ядросы жұлдыз ішінде сутектен жасалған кезде жоғалған энергия (жұлдыздық нуклеосинтезді қараңыз).

Әдебиеттік сілтемелер

1891 жылы жазылған "Рэффлз Хоудың ісі" романында Артур Конан Дойл элементтерді атомдық саны төмендеп, сұр затқа дейін басқа элементтерге түрлендіру туралы айтады. 1959 жылғы "Өмір мен тағдыр" романында Василий Гроссманның басты кейіпкері, физик Виктор Штрум, Пруттың сутегінің басқа элементтердің бастауы болғаны туралы гипотезасы (және Пруттың қателігінің нәтижесінде негізінен дұрыс қорытындыға келгені) туралы ойланып, өзінің диссертациясын жасай алмауына алаңдайды.